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面向下一代計算的微顯示器

2020-01-15 17:36:06 來源:Sri Peruvemba,信息顯示協會營銷主席
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。
 
其中的基本技術在谷歌、微軟、Oculus、MagicLeap和其他先驅公司已得到廣泛使用,這些技術的需求也很廣泛,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行動起來。目前是功能第一,形式第二,規模經濟會大幅降低生產成本。在這個領域內,有三種顯示技術已經走到了最前沿,其中的microOLED正一馬當先率領其它兩種技術一起進軍22世紀。
 
AR/VR:發展與變革
 
AR/VR的炒作已經結束,在過去的一年中,一些認真的參與者一直在開發可以提升這些設備價值的實用性應用。就市場潛力而言,我們現在尚處于冰山一角,AR和頭戴式VR在未來十年內實現突飛猛進將絕對不會是意外。我們已經看到了尺寸、重量和性能方面的重大突破,微型顯示器、光學引擎和觸覺反饋組件將是這個領域的關鍵驅動力。在CES和其他場館展出的創新型頭戴設備引起了人們對“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、健康跟蹤設備以及許多其他設備進行交互。不斷增長的組件生態系統將為這些新設備提供源源不斷的支持。
 
谷歌是未來技術的領頭羊
 
谷歌正努力將22世紀情景帶入手機和其他便攜式設備,他們的下一代“助手”將在您的便攜式設備上顯示強大的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。
 
看看面部識別領域發生了什么。設備現在可以認出您、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、關閉音樂或調低音量。
 
現在,啟用GPS的地圖已經非常智能,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》的數據,它在與您同行時會說:“這里要轉彎了,朋友。”您還可以將聲音轉換為可讀的文本(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備領域
 
伴隨微型顯示器所發生的一切簡直令人瞠目結舌。全球科技巨頭紛紛加入,進行巨額投資以改善技術和性能。新的技術和制造商不斷涌入該領域。VR頭顯的發布、賦能技術以及優化組件的發展,必將使虛擬現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,微顯示器技術將滿足日益增長的各種近眼顯示器和其他“可穿戴設備”的需求。全球微顯示器市場2024年預計將達到5000萬臺,包括AR/VR系統、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用。在AR系統、智能眼鏡和HUD領域,我們已經目睹了刷新率的巨大提高,可防止戴上頭顯時出現動暈癥問題。
 
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新的用戶界面,以及近眼顯示器、光學器件和能量存儲設備都在獲得巨大的技術進步,所有產品的性能和接受度都在不斷提高。當然,在消費者廣泛接受該技術之前,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”才能在各種環境中工作。
 
一項技術的廣泛市場接受度與成本密切相關,因此成本必須下降。得益于谷歌、蘋果、微軟和Facebook等行業大咖,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AR / VR作為商務和娛樂的下一代計算平臺的愿景。他們將創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“壯志凌云”式軍事應用
 
用于AR HMD的高性能microOLED已成為當今軍事飛行員的“標配”。事實上,當今一些最好的HMD都用于軍事應用。Collins Aerospace公司價值40萬美元的混合現實(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飛機的飛行員而設計,極具遠見性。
 
羅克韋爾·柯林斯(Rockwell Collins)、埃爾比特(Elbit)和洛克希德·馬?。↙ockheed Martin)是這種快速增長行業中的一些關鍵企業,他們通過不斷相互超越來提高產品性能。軍事應用對透明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。
 
 (技術側欄)



(2Kx2K MicroOLED .. eMagin公司供稿)
 
下面簡要介紹將在未來十年推動AR/VR和其他人機設備取得突破的三大微顯示技術。
 
MicroOLED顯示器
 
現在最熱門的顯示技術是microOLED。OLED微顯示器市場預計在2019-2024年期間將以超過19%的復合年增長率增長,這項技術有望對VR、軍事、工業、醫療和智能眼鏡應用產生巨大影響。具有超薄、高亮度和對比度的microOLED由固態硅晶圓基板組成,它們的高分辨率與頭戴式AR/VR設備完美契合,而重量輕和快速響應速度更是無與倫比。
 
與整個顯示行業相比,MicroOLED的全球市場相當溫和,但BoE和SeeYa未來計劃交付的microOLED顯示器的產量將是當今的十倍。在過去的18個月中,晶圓廠對microOLED的投資超過了5億美元。本季度產量將有明顯提升,這是對當前正破繭而出的技術的一種認可。持續不斷的改進表明,microOLED在未來三到五年內可能占據微型顯示器市場中的主導地位。也就是說,在AR市場中MicroLED將與MicroOLED短兵相接。
 
MicroOLED是一種發光器件(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具有出色的圖像質量和全彩色光譜,響應時間在幾微秒內。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設備使用。具有緊湊、快速、明亮特點的這種顯示器可輕松應對各種工業和消費類應用——從高端攝像頭的電子取景器到VR的高沖擊力3D頭戴式設備應有盡有。當然這種技術并非沒有缺點,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,大批量生產價格約為今天的15%。
 
LCoS顯示器  
 
對成本敏感的應用通常更喜歡硅基液晶(LCoS)顯示器。首先,這種顯示器已經存在數十年了,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成,當在兩塊板之間施加電壓時,液晶分子充當快門或光閥,與TFT(薄膜晶體管)一起形成開關像素。色彩則是使用此結構頂部的濾色器生成的。
 
實現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的原因。
 
LCoS顯示器雖然價格便宜,但是卻不具備某些應用(尤其是AR)所需的對比度或速度。在VR應用中,該技術是因運動模糊而引起惡心感的罪魁禍首。此外,顯示器往往也更重,由于背光一直亮著并因此而發出微光,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,而且沒有經常困擾傳統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。作為一種發光顯示器,microLED不需要依靠有機化合物來發光,這就是為什么它們能夠提供完美的黑色、優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用,例如建筑物上的廣告牌和標牌。但是,具有高分辨率的MicroLED現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應用。
 
用于電視和標牌應用的MiniLED已得到實際部署,MicroLED也將緊隨其后用于這些應用。但是,用于微型顯示器的MicroLED還有很長的路要走。它會及時上市以發揮AR新興市場的優勢并打破供應鏈嗎?我們拭目以待。
 
當今技術水平

 
本文小結
 
微型顯示器正在不斷變化發展。在接下來的十年中,它們將改變我們對AR/VR、HUD、HMD和其他可穿戴設備的認識方式。最終,人類可能會擺脫鍵盤、鼠標和“技術盒”的束縛。業界正在設計下一代計算設備,當十年后我們回顧這一天,我們可以自豪地將其標記為一切的開始。我們需要的一切都可由語音、眼動和揮手來完成。這項大膽的新技術將達到甚至超越《少數派報告》等電影所預言的未來。 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是信息顯示協會(SID)的董事會成員兼營銷主席。他是一位行業資深人士,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。在顯示技術行業擁有30多年經驗的Peruvemba一直是電子硬件技術發展方面有影響力的倡導者。他是傳感器、電子顯示器、觸覺、觸摸屏和相關技術領域的公認專家;并在全球范圍內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。

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