2020年01月15日 | 技术文章—面向下一代计算的微显示器

一种新的平台如同浪潮一样正向我们扑面而来，这种平台很可能会改变我们的沟通方式，甚至相互之间的互动和行为方式。忘了笔记本电脑、平板电脑、手机或智能手表，与键盘和鼠标说再见，拥抱能够理解眨眼、语音命令和手势的全新可穿戴设备吧。一个微型摄像机将跟随您的指尖和身体移动，使您可以像在《头号玩家》中所描绘的那样来移动图像和文本，甚至可以比《黑客帝国》中描绘的VR走得更远。

其中的基本技术在谷歌、微软、Oculus、MagicLeap和其他先驱公司已得到广泛使用，这些技术的需求也很广泛，不过还需要改进以提高性能并降低成本。世界上最大的参与者已经行动起来。目前是功能第一，形式第二，规模经济会大幅降低生产成本。在这个领域内，有三种显示技术已经走到了最前沿，其中的microOLED正一马当先率领其它两种技术一起进军22世纪。

AR/VR：发展与变革

AR/VR的炒作已经结束，在过去的一年中，一些认真的参与者一直在开发可以提升这些设备价值的实用性应用。就市场潜力而言，我们现在尚处于冰山一角，AR和头戴式VR在未来十年内实现突飞猛进将绝对不会是意外。我们已经看到了尺寸、重量和性能方面的重大突破，微型显示器、光学引擎和触觉反馈组件将是这个领域的关键驱动力。在CES和其他场馆展出的创新型头戴设备引起了人们对“超级智能”眼镜的极大兴趣。这些可穿戴计算机将提供令人大开眼界的功能，能让穿戴者与智能手机、健康跟踪设备以及许多其他设备进行交互。不断增长的组件生态系统将为这些新设备提供源源不断的支持。

谷歌是未来技术的领头羊

谷歌正努力将22世纪情景带入手机和其他便携式设备，他们的下一代“助手”将在您的便携式设备上显示强大的AI力量。想象一下，一个可以实时理解和处理人们口头请求的助手——可以将回答速度提高十倍。启用语音功能的助手可以完全针对您的生活、工作甚至开车方式进行自定义。假设您在开车时接到一个电话，那么眼镜或其他地方的“助手”可以告诉您是谁打来的电话，并询问您是否愿意接听——这个过程您都无需看屏幕一眼。

看看面部识别领域发生了什么。设备现在可以认出您、向您打招呼并提供您特有的信息。它甚至可以识别手的动作，凭这些动作可以打开、关闭音乐或调低音量。

现在，启用GPS的地图已经非常智能，您能看到带有箭头的街道级照片代替屏幕上的点来描绘步行路线。唯一更好的是《星际迷航》的数据，它在与您同行时会说：“这里要转弯了，朋友。”您还可以将声音转换为可读的文本（如果您在办公会议中并且不想打扰到周围的人）。

是的，人机界面正变得越来越模糊。AI不仅会像其他人类一样与您一起工作，而且还能预见到您的需求，使生活变得更轻松更简单。

大玩家们纷纷涌入新的可穿戴设备领域

伴随微型显示器所发生的一切简直令人瞠目结舌。全球科技巨头纷纷加入，进行巨额投资以改善技术和性能。新的技术和制造商不断涌入该领域。VR头显的发布、赋能技术以及优化组件的发展，必将使虚拟现实跃升至个人计算的最前沿。 事实上，今年VR头显的出货量已超过1000万部。

毫无疑问，微显示器技术将满足日益增长的各种近眼显示器和其他“可穿戴设备”的需求。全球微显示器市场2024年预计将达到5000万台，包括AR/VR系统、智能眼镜、头盔式显示器（HMD）和抬头显示器（HUD）——几乎每个需要高分辨率的应用。在AR系统、智能眼镜和HUD领域，我们已经目睹了刷新率的巨大提高，可防止戴上头显时出现动晕症问题。

在市场广泛接受前进行性能改善

可穿戴式传感器和创新的用户界面，以及近眼显示器、光学器件和能量存储设备都在获得巨大的技术进步，所有产品的性能和接受度都在不断提高。当然，在消费者广泛接受该技术之前，必须进行一些改进，例如组件体积需要缩小，功效必须提高才能使产品在充电之前有更长的使用时间。此外，组件需要“进一步加固”才能在各种环境中工作。

一项技术的广泛市场接受度与成本密切相关，因此成本必须下降。得益于谷歌、苹果、微软和Facebook等行业大咖，他们的大量投资将有效地推动成本降低。其他一些举足轻重的参与公司还包括eMagin、Kopin、索尼、Olightek和Himax。中国对microOLED也有极大的兴趣。这些重度参与者以及一些新进者都将有助于找到具有成本效益的最佳平衡点，以实现AR / VR作为商务和娱乐的下一代计算平台的愿景。他们将创造出新的功能和外形以支持未来全新的近眼式（near-eye）和眼上式（on-eye）计算机。

再现“壮志凌云”式军事应用

用于AR HMD的高性能microOLED已成为当今军事飞行员的“标配”。事实上，当今一些最好的HMD都用于军事应用。Collins Aerospace公司价值40万美元的混合现实（MR）头盔就是一个很好的例子。这款MR头盔专为驾驶洛克希德·马丁公司的新型F-35飞机的飞行员而设计，极具远见性。

罗克韦尔·柯林斯（Rockwell Collins）、埃尔比特（Elbit）和洛克希德·马丁（Lockheed Martin）是这种快速增长行业中的一些关键企业，他们通过不断相互超越来提高产品性能。军事应用对透明AR HUD的亮度和对比度要求很高。在许多情况下，AR信息必须与外界的强光同台竞争，尤其是在日光下。

军方需要超过5000cd/m2的高亮度显示器。飞行员需要这种高亮度，因为透视AR HMD通常需要非常明亮的显示屏才能克服这种高空环境下遇到的问题。航空HMD中的图像和图形必须足够明亮，以便飞行员可以在白色云层和直射阳光下看到它们。

下面简要介绍将在未来十年推动AR/VR和其他人机设备取得突破的三大微显示技术。

MicroOLED显示器

现在最热门的显示技术是microOLED。OLED微显示器市场预计在2019-2024年期间将以超过19％的复合年增长率增长,这项技术有望对VR、军事、工业、医疗和智能眼镜应用产生巨大影响。具有超薄、高亮度和对比度的microOLED由固态硅晶圆基板组成,它们的高分辨率与头戴式AR/VR设备完美契合，而重量轻和快速响应速度更是无与伦比。

与整个显示行业相比，MicroOLED的全球市场相当温和,但BoE和SeeYa未来计划交付的microOLED显示器的产量将是当今的十倍。在过去的18个月中，晶圆厂对microOLED的投资超过了5亿美元。本季度产量将有明显提升，这是对当前正破茧而出的技术的一种认可。持续不断的改进表明，microOLED在未来三到五年内可能占据微型显示器市场中的主导地位。也就是说，在AR市场中MicroLED将与MicroOLED短兵相接。

MicroOLED是一种发光器件（LCoS显示器则是一种光阀）。它们在两层电极之间使用能够发光的荧光粉材料，而不是使用偏振器或背光灯。在两个电极之间加电后会发出单色光，再通过滤色器（红-绿-蓝）生成所需的颜色。MicroOLED具有出色的图像质量和全彩色光谱，响应时间在几微秒内。它们的高分辨率、色深、较低的功耗和高亮度使其非常适合VR设备使用。具有紧凑、快速、明亮特点的这种显示器可轻松应对各种工业和消费类应用——从高端摄像头的电子取景器到VR的高冲击力3D头戴式设备应有尽有。当然这种技术并非没有缺点，它没有那么亮，价格贵，而且具有包括不同程度老化等寿命问题。

未来的MicroOLED显示器将达到4k x 4K的分辨率，亮度超过5000cd/m2，大批量生产价格约为今天的15％。

LCoS显示器 

对成本敏感的应用通常更喜欢硅基液晶（LCoS）显示器。首先，这种显示器已经存在数十年了，成本相对microOLED来说非常低。其次，它们还具有超高的亮度和对比度，以及能量和加热效率。

LCoS显示器由夹在两块板之间的液晶材料构成，当在两块板之间施加电压时，液晶分子充当快门或光阀，与TFT（薄膜晶体管）一起形成开关像素。色彩则是使用此结构顶部的滤色器生成的。

实现此效果的材料和配置因制造商而异，一些制造商使用向列液晶或铁电晶体。 LCoS设备的像素之间通常有很小的间隙。像素间距（相同颜色的像素之间的水平距离）可小至8微米，这正是它能降低纱窗效应的原因。

LCoS显示器虽然价格便宜，但是却不具备某些应用（尤其是AR）所需的对比度或速度。在VR应用中，该技术是因运动模糊而引起恶心感的罪魁祸首。此外，显示器往往也更重，由于背光一直亮着并因此而发出微光，因此它们不是夜视镜的理想选择。

MicroLED显示器 

目前，市场将赌注押在仍处于起步阶段的microLED技术上。这种显示器包含多个微型LED，它们会自我照亮每个显示像素。但与OLED不同的是，microLED采用无机材料。另外，由于microLED不需要单独的背光灯，因此您可以获得更黑的黑色和更亮的白色，而且没有经常困扰传统显示器的光泄漏问题。与OLED一样，microLED将每个像素用作光源，从而可以提供令人难以置信的对比度和色彩深度。

MicroLED比OLED明亮得多，对比度可达1,000,000：1。作为一种发光显示器，microLED不需要依靠有机化合物来发光，这就是为什么它们能够提供完美的黑色、优异的色彩和近乎完美的斜角观看效果的原因。它们也往往非常纤薄，不易老化，在AR中具有很好的应用前景。从历史上看，由于分辨率低，LED一般适合观看者离显示器几英尺到几百英尺的应用，例如建筑物上的广告牌和标牌。但是，具有高分辨率的MicroLED现在可以使显示器用于电视以及观看者离显示器更近的室内应用。

用于电视和标牌应用的MiniLED已得到实际部署，MicroLED也将紧随其后用于这些应用。但是，用于微型显示器的MicroLED还有很长的路要走。它会及时上市以发挥AR新兴市场的优势并打破供应链吗？我们拭目以待。

当今技术水平

来源: Sri Peruvemba

* = 差;     ***** = 优秀

本文小结

微型显示器正在不断变化发展。在接下来的十年中，它们将改变我们对AR/VR、HUD、HMD和其他可穿戴设备的认识方式。最终，人类可能会摆脱键盘、鼠标和“技术盒”的束缚。业界正在设计下一代计算设备，当十年后我们回顾这一天，我们可以自豪地将其标记为一切的开始。我们需要的一切都可由语音、眼动和挥手来完成。这项大胆的新技术将达到甚至超越《少数派报告》等电影所预言的未来。 正如史蒂夫·乔布斯（Steve Jobs）所指出的那样，“我们将在宇宙中大放异彩”。