Mirasol speglar solen

Vad är det som drar mest ström i en mobiltelefon, näst efter sändaren? När sändaren inte sänder är det displayens bakgrundsbelysning som suger ur batteriet fortast. Därför ser mobiltelefontillverkarna till att stänga av den så fort som möjligt, och displayen blir snabbt oläsbar. Nu finns det bot. Medan bakgrundsbelysningen hos en traditionell telefon i medeltal drar 275 mW drar Qualcomms nya Mirasoldisplay bara 14 mW totalt. Vad mera är, bilden blir kvar oförändrad när man stänger av strömmen.

Aha, tänker du, en e-boksläsare som kan hålla kvar sidan utan batterier. I månadtal. Och i färg och med gråtoner. Alldeles riktigt.

Display utan ljus

En helt vanlig mobil med färgskärm är i princip oläslig i solljus vare sig bakgrundsbelysningen är av eller på, och med belysningen av spelar det egentligen ingen roll hur mycket solen lyser. Mirasol fungerar som en styrbar spegel och "lyser" alltså starkare ju starkare solen lyser.

I mörker syns Mirasol givetvis inte bättre än en papperssida, så man måste lägga till belysning framifrån när det befintliga ljuset inte räcker. Tack var den höga reflektiviteten kan dock effekten för detta läggas på ungefär 1/2 till 1/3 av den traditionella. Men ögonen har en utmärkt förmåga att anpassa sig till låga ljusnivåer, som det inte alls är fel att utnyttja.

Vi stackars slavar under de flytande kristallernas många nackdelar, skulle bli mycket gladare av Mirasol, tack vare att displayen:

>> Bibehåller kontrast och färger oavsett belysningsnivå
>> Syns utmärkt i solljus
>> Kan betraktas även genom polariserade solglasögon
>> Har mycket stor betraktningsvinkel

Funktionsprincip

Faktum är att färg-LCD absorberar så mycket utifrån kommande ljus att det inte fungerar att låta ljuset komma utifrån, reflekteras mot en diffus reflektor och ta sig tillbaka genom LCD-n till betraktaren. Polarisatorn absorberar drygt 50% av ljuset vid varje passage. Det kan man lätt se på valfri telefon. Utan bakbelysning är displayen i princip svart. Qualcomms Mirasol är inte baserad på LCD utan på en interferometrisk princip kallad IMOD (Interferometric Modulator).

Displayen är uppbyggd med pixlar i MEMS-teknik (Mikroelektromekaniska system: http://t360.idg.se/2.8229/1.205348/dagens-ord-mems).

Bilden visar strukturen i en IMOD-pixel. Pixeln har ett glassubstrat täckt av flera tunna filmer. De tunna filmerna utgör interferensfilter. Mirasoldisplayen är alltså iridiscent, ungefär som en fjärlisvinge, och baseras på interferens i tunna skikt, inte färgfilter och absorption som LCD-displayen.

Under glassubstratet sitter ett ledande membran separerat från glaset av ett tunt gap. När man lägger på en spänning mellan membranet och de tunna filmerna utsätts membranet för en elektrostatisk kraft och dras mot glaset. Detta kallas för det kollapsade tillståndet, varvid pixeln ser svart ut eftersom det ljus som reflekteras hamnar i ultraviolett. Vänder man spänningen återvänder membranet till sitt ursprungliga läge, kallat för det öppna tillståndet. I detta tillstånd ser pixeln ljus och färgad ut. Färgen orsakas alltså av interferens, som har betydligt högre verkningsgrad än (absorberande) färgfilter.

Anledningen till att displayen drar så lite ström beror på dess mekaniska struktur. Mekaniken har en hysteres-effekt som gör att den hålls kvar i ändlägena nästan utan påförd spänning. Den är bistabil och alltså behålls en pålagd bild nästan utan tillförd effekt.

Varje pixel kan bara vara till eller från, så gråtoner får ordnas antingen genom dithering av flera pixel, eller genom att pixlarna blinkar snabbt. Av vad undertecknad själv såg hos Qualcomm var detta inget problem. Trots att displayen är mekanisk var det inte heller några problem att visa video.

Handportabla enheter är utsatta för elementens raseri, vilket påverkar LCD-displayen. LCD fungerar normalt bara inom intervallet 10-30 grader och hastigheten begränsas av viskositeten hos de flytande kristallerna (som alltså stelnar när det blir kallt). Mirasol har en fördel eftersom den fungerar mellan –30 och 70 grader. En annan fördel är att den inte påverkas negativt av att utsättas för UV-ljus.

Spektrum för en RGBY-display.

Qualcomm funderar på att överge RGB-principen som de allra flesta displayer baseras på idag, och gå över till RGBY. En pixel kommer då att byggas upp av delfärgerna rött, grönt, blått och gult. Skillnaden från RGB är att det spektrum som blir möjligt att återge blir betydligt jämnare än RGB-spektrum, som har större gropar mellan delfärgerna. Resultatet av RBGY är sålunda bättre färgkvalitet.

Spektrum för en vanlig RGB-display är mycket ojämnare.

Jämför till exempel CMYK som används vid tryck på papper. Den har en jättegrop i spektrum vid blått, som i princip inte kan tryckas med fyrfärgstryck – man ersätter alltid med någon slags blå-cyan. Riktigt knallblå färg på bildskärmen, blir grådaskig om man skriver ut den på CMYK-skrivare.

Sparad ström innebär sparad miljö

Displayen är mobiltelefonens primära användargränssnitt och dess prestanda har stor betydelse för batteriets livslängd. Om alla de ungefär fyra miljarderna telefoner med LCD-display eller OLED som fanns 2008 istället hade haft en energieffektivare typ av display uppskattar man att vi alla tillsammans hade sparat 2,4 terawattimmar energi per år. Just effektivare displayer är ett viktigt steg på vägen mot ”grönare” telefoner. En telefon med IMOD-display skulle förbruka cirka 34% mindre energi, vilket skulle utöka batteritiden med cirka 51% kontra en telefon med LCD. Vid en analys av displayens hela livscykel skulle detta innebära cirka 94% mindre utsläpp av koldioxid (räknat på bara displayen, alltså), samtidigt som det skulle resultera i att telefonen kunde laddas 58 gånger färre per år, vilket samtidigt skulle utöka batteriets livslängd med 1,25 år.

Läs mer på www.mirasoldisplays.com/index-mirasol-display-technology.php

Jörgen Städje