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面向下一代計算的微顯示器

2020-01-15 17:36:06 Sri Peruvemba，信息顯示協(xié)會營銷主席

點擊關(guān)注->創(chuàng)芯網(wǎng)公眾號，后臺告知EETOP論壇用戶名，獎勵200信元

一種新的平臺如同浪潮一樣正向我們撲面而來，這種平臺很可能會改變我們的溝通方式，甚至相互之間的互動和行為方式。忘了筆記本電腦、平板電腦、手機或智能手表，與鍵盤和鼠標(biāo)說再見，擁抱能夠理解眨眼、語音命令和手勢的全新可穿戴設(shè)備吧。一個微型攝像機將跟隨您的指尖和身體移動，使您可以像在《頭號玩家》中所描繪的那樣來移動圖像和文本，甚至可以比《黑客帝國》中描繪的VR走得更遠(yuǎn)。

其中的基本技術(shù)在谷歌、微軟、Oculus、MagicLeap和其他先驅(qū)公司已得到廣泛使用，這些技術(shù)的需求也很廣泛，不過還需要改進以提高性能并降低成本。世界上最大的參與者已經(jīng)行動起來。目前是功能第一，形式第二，規(guī)模經(jīng)濟會大幅降低生產(chǎn)成本。在這個領(lǐng)域內(nèi)，有三種顯示技術(shù)已經(jīng)走到了最前沿，其中的microOLED正一馬當(dāng)先率領(lǐng)其它兩種技術(shù)一起進軍22世紀(jì)。

AR/VR：發(fā)展與變革

AR/VR的炒作已經(jīng)結(jié)束，在過去的一年中，一些認(rèn)真的參與者一直在開發(fā)可以提升這些設(shè)備價值的實用性應(yīng)用。就市場潛力而言，我們現(xiàn)在尚處于冰山一角，AR和頭戴式VR在未來十年內(nèi)實現(xiàn)突飛猛進將絕對不會是意外。我們已經(jīng)看到了尺寸、重量和性能方面的重大突破，微型顯示器、光學(xué)引擎和觸覺反饋組件將是這個領(lǐng)域的關(guān)鍵驅(qū)動力。在CES和其他場館展出的創(chuàng)新型頭戴設(shè)備引起了人們對“超級智能”眼鏡的極大興趣。這些可穿戴計算機將提供令人大開眼界的功能，能讓穿戴者與智能手機、健康跟蹤設(shè)備以及許多其他設(shè)備進行交互。不斷增長的組件生態(tài)系統(tǒng)將為這些新設(shè)備提供源源不斷的支持。

谷歌是未來技術(shù)的領(lǐng)頭羊

谷歌正努力將22世紀(jì)情景帶入手機和其他便攜式設(shè)備，他們的下一代“助手”將在您的便攜式設(shè)備上顯示強大的AI力量。想象一下，一個可以實時理解和處理人們口頭請求的助手——可以將回答速度提高十倍。啟用語音功能的助手可以完全針對您的生活、工作甚至開車方式進行自定義。假設(shè)您在開車時接到一個電話，那么眼鏡或其他地方的“助手”可以告訴您是誰打來的電話，并詢問您是否愿意接聽——這個過程您都無需看屏幕一眼。

看看面部識別領(lǐng)域發(fā)生了什么。設(shè)備現(xiàn)在可以認(rèn)出您、向您打招呼并提供您特有的信息。它甚至可以識別手的動作，憑這些動作可以打開、關(guān)閉音樂或調(diào)低音量。

現(xiàn)在，啟用GPS的地圖已經(jīng)非常智能，您能看到帶有箭頭的街道級照片代替屏幕上的點來描繪步行路線。唯一更好的是《星際迷航》的數(shù)據(jù)，它在與您同行時會說：“這里要轉(zhuǎn)彎了，朋友。”您還可以將聲音轉(zhuǎn)換為可讀的文本（如果您在辦公會議中并且不想打擾到周圍的人）。

是的，人機界面正變得越來越模糊。AI不僅會像其他人類一樣與您一起工作，而且還能預(yù)見到您的需求，使生活變得更輕松更簡單。

大玩家們紛紛涌入新的可穿戴設(shè)備領(lǐng)域

伴隨微型顯示器所發(fā)生的一切簡直令人瞠目結(jié)舌。全球科技巨頭紛紛加入，進行巨額投資以改善技術(shù)和性能。新的技術(shù)和制造商不斷涌入該領(lǐng)域。VR頭顯的發(fā)布、賦能技術(shù)以及優(yōu)化組件的發(fā)展，必將使虛擬現(xiàn)實躍升至個人計算的最前沿。事實上，今年VR頭顯的出貨量已超過1000萬部。

毫無疑問，微顯示器技術(shù)將滿足日益增長的各種近眼顯示器和其他“可穿戴設(shè)備”的需求。全球微顯示器市場2024年預(yù)計將達到5000萬臺，包括AR/VR系統(tǒng)、智能眼鏡、頭盔式顯示器（HMD）和抬頭顯示器（HUD）——幾乎每個需要高分辨率的應(yīng)用。在AR系統(tǒng)、智能眼鏡和HUD領(lǐng)域，我們已經(jīng)目睹了刷新率的巨大提高，可防止戴上頭顯時出現(xiàn)動暈癥問題。

來源: Sri Peruvemba

在市場廣泛接受前進行性能改善

可穿戴式傳感器和創(chuàng)新的用戶界面，以及近眼顯示器、光學(xué)器件和能量存儲設(shè)備都在獲得巨大的技術(shù)進步，所有產(chǎn)品的性能和接受度都在不斷提高。當(dāng)然，在消費者廣泛接受該技術(shù)之前，必須進行一些改進，例如組件體積需要縮小，功效必須提高才能使產(chǎn)品在充電之前有更長的使用時間。此外，組件需要“進一步加固”才能在各種環(huán)境中工作。

一項技術(shù)的廣泛市場接受度與成本密切相關(guān)，因此成本必須下降。得益于谷歌、蘋果、微軟和Facebook等行業(yè)大咖，他們的大量投資將有效地推動成本降低。其他一些舉足輕重的參與公司還包括eMagin、Kopin、索尼、Olightek和Himax。中國對microOLED也有極大的興趣。這些重度參與者以及一些新進者都將有助于找到具有成本效益的最佳平衡點，以實現(xiàn)AR / VR作為商務(wù)和娛樂的下一代計算平臺的愿景。他們將創(chuàng)造出新的功能和外形以支持未來全新的近眼式（near-eye）和眼上式（on-eye）計算機。

再現(xiàn)“壯志凌云”式軍事應(yīng)用

用于AR HMD的高性能microOLED已成為當(dāng)今軍事飛行員的“標(biāo)配”。事實上，當(dāng)今一些最好的HMD都用于軍事應(yīng)用。Collins Aerospace公司價值40萬美元的混合現(xiàn)實（MR）頭盔就是一個很好的例子。這款MR頭盔專為駕駛洛克希德·馬丁公司的新型F-35飛機的飛行員而設(shè)計，極具遠(yuǎn)見性。

羅克韋爾·柯林斯（Rockwell Collins）、埃爾比特（Elbit）和洛克希德·馬丁（Lockheed Martin）是這種快速增長行業(yè)中的一些關(guān)鍵企業(yè)，他們通過不斷相互超越來提高產(chǎn)品性能。軍事應(yīng)用對透明AR HUD的亮度和對比度要求很高。在許多情況下，AR信息必須與外界的強光同臺競爭，尤其是在日光下。

軍方需要超過5000cd/m²的高亮度顯示器。飛行員需要這種高亮度，因為透視AR HMD通常需要非常明亮的顯示屏才能克服這種高空環(huán)境下遇到的問題。航空HMD中的圖像和圖形必須足夠明亮，以便飛行員可以在白色云層和直射陽光下看到它們。

(技術(shù)側(cè)欄)

(2Kx2K MicroOLED .. eMagin公司供稿)

下面簡要介紹將在未來十年推動AR/VR和其他人機設(shè)備取得突破的三大微顯示技術(shù)。

MicroOLED顯示器

現(xiàn)在最熱門的顯示技術(shù)是microOLED。OLED微顯示器市場預(yù)計在2019-2024年期間將以超過19％的復(fù)合年增長率增長,這項技術(shù)有望對VR、軍事、工業(yè)、醫(yī)療和智能眼鏡應(yīng)用產(chǎn)生巨大影響。具有超薄、高亮度和對比度的microOLED由固態(tài)硅晶圓基板組成,它們的高分辨率與頭戴式AR/VR設(shè)備完美契合，而重量輕和快速響應(yīng)速度更是無與倫比。

與整個顯示行業(yè)相比，MicroOLED的全球市場相當(dāng)溫和,但BoE和SeeYa未來計劃交付的microOLED顯示器的產(chǎn)量將是當(dāng)今的十倍。在過去的18個月中，晶圓廠對microOLED的投資超過了5億美元。本季度產(chǎn)量將有明顯提升，這是對當(dāng)前正破繭而出的技術(shù)的一種認(rèn)可。持續(xù)不斷的改進表明，microOLED在未來三到五年內(nèi)可能占據(jù)微型顯示器市場中的主導(dǎo)地位。也就是說，在AR市場中MicroLED將與MicroOLED短兵相接。

MicroOLED是一種發(fā)光器件（LCoS顯示器則是一種光閥）。它們在兩層電極之間使用能夠發(fā)光的熒光粉材料，而不是使用偏振器或背光燈。在兩個電極之間加電后會發(fā)出單色光，再通過濾色器（紅-綠-藍）生成所需的顏色。MicroOLED具有出色的圖像質(zhì)量和全彩色光譜，響應(yīng)時間在幾微秒內(nèi)。它們的高分辨率、色深、較低的功耗和高亮度使其非常適合VR設(shè)備使用。具有緊湊、快速、明亮特點的這種顯示器可輕松應(yīng)對各種工業(yè)和消費類應(yīng)用——從高端攝像頭的電子取景器到VR的高沖擊力3D頭戴式設(shè)備應(yīng)有盡有。當(dāng)然這種技術(shù)并非沒有缺點，它沒有那么亮，價格貴，而且具有包括不同程度老化等壽命問題。

未來的MicroOLED顯示器將達到4k x 4K的分辨率，亮度超過5000cd/m2，大批量生產(chǎn)價格約為今天的15％。

LCoS顯示器

對成本敏感的應(yīng)用通常更喜歡硅基液晶（LCoS）顯示器。首先，這種顯示器已經(jīng)存在數(shù)十年了，成本相對microOLED來說非常低。其次，它們還具有超高的亮度和對比度，以及能量和加熱效率。

LCoS顯示器由夾在兩塊板之間的液晶材料構(gòu)成，當(dāng)在兩塊板之間施加電壓時，液晶分子充當(dāng)快門或光閥，與TFT（薄膜晶體管）一起形成開關(guān)像素。色彩則是使用此結(jié)構(gòu)頂部的濾色器生成的。

實現(xiàn)此效果的材料和配置因制造商而異，一些制造商使用向列液晶或鐵電晶體。 LCoS設(shè)備的像素之間通常有很小的間隙。像素間距（相同顏色的像素之間的水平距離）可小至8微米，這正是它能降低紗窗效應(yīng)的原因。

LCoS顯示器雖然價格便宜，但是卻不具備某些應(yīng)用（尤其是AR）所需的對比度或速度。在VR應(yīng)用中，該技術(shù)是因運動模糊而引起惡心感的罪魁禍?zhǔn)住４送猓@示器往往也更重，由于背光一直亮著并因此而發(fā)出微光，因此它們不是夜視鏡的理想選擇。

MicroLED顯示器

目前，市場將賭注押在仍處于起步階段的microLED技術(shù)上。這種顯示器包含多個微型LED，它們會自我照亮每個顯示像素。但與OLED不同的是，microLED采用無機材料。另外，由于microLED不需要單獨的背光燈，因此您可以獲得更黑的黑色和更亮的白色，而且沒有經(jīng)常困擾傳統(tǒng)顯示器的光泄漏問題。與OLED一樣，microLED將每個像素用作光源，從而可以提供令人難以置信的對比度和色彩深度。

MicroLED比OLED明亮得多，對比度可達1,000,000：1。作為一種發(fā)光顯示器，microLED不需要依靠有機化合物來發(fā)光，這就是為什么它們能夠提供完美的黑色、優(yōu)異的色彩和近乎完美的斜角觀看效果的原因。它們也往往非常纖薄，不易老化，在AR中具有很好的應(yīng)用前景。從歷史上看，由于分辨率低，LED一般適合觀看者離顯示器幾英尺到幾百英尺的應(yīng)用，例如建筑物上的廣告牌和標(biāo)牌。但是，具有高分辨率的MicroLED現(xiàn)在可以使顯示器用于電視以及觀看者離顯示器更近的室內(nèi)應(yīng)用。

用于電視和標(biāo)牌應(yīng)用的MiniLED已得到實際部署，MicroLED也將緊隨其后用于這些應(yīng)用。但是，用于微型顯示器的MicroLED還有很長的路要走。它會及時上市以發(fā)揮AR新興市場的優(yōu)勢并打破供應(yīng)鏈嗎？我們拭目以待。

當(dāng)今技術(shù)水平

本文小結(jié)

微型顯示器正在不斷變化發(fā)展。在接下來的十年中，它們將改變我們對AR/VR、HUD、HMD和其他可穿戴設(shè)備的認(rèn)識方式。最終，人類可能會擺脫鍵盤、鼠標(biāo)和“技術(shù)盒”的束縛。業(yè)界正在設(shè)計下一代計算設(shè)備，當(dāng)十年后我們回顧這一天，我們可以自豪地將其標(biāo)記為一切的開始。我們需要的一切都可由語音、眼動和揮手來完成。這項大膽的新技術(shù)將達到甚至超越《少數(shù)派報告》等電影所預(yù)言的未來。正如史蒂夫·喬布斯（Steve Jobs）所指出的那樣，“我們將在宇宙中大放異彩”。

作者簡介

Sri Peruvemba是信息顯示協(xié)會（SID）的董事會成員兼營銷主席。他是一位行業(yè)資深人士，在Standish Industries、Planar、夏普、E Ink和CLEARink等著名的顯示器制造商中都有過任職。在顯示技術(shù)行業(yè)擁有30多年經(jīng)驗的Peruvemba一直是電子硬件技術(shù)發(fā)展方面有影響力的倡導(dǎo)者。他是傳感器、電子顯示器、觸覺、觸摸屏和相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的公認(rèn)專家；并在全球范圍內(nèi)就這些主題開展過咨詢、撰文和演講。以硅谷為基地的Peruvemba為美國、加拿大和歐洲的高科技公司提供咨詢服務(wù)。