面向下一代計(jì)算的微顯示器

一種新的平臺(tái)如同浪潮一樣正向我們撲面而來，這種平臺(tái)很可能會(huì)改變我們的溝通方式，甚至相互之間的互動(dòng)和行為方式。忘了筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)或智能手表，與鍵盤和鼠標(biāo)說再見，擁抱能夠理解眨眼、語(yǔ)音命令和手勢(shì)的全新可穿戴設(shè)備吧。一個(gè)微型攝像機(jī)將跟隨您的指尖和身體移動(dòng)，使您可以像在《頭號(hào)玩家》中所描繪的那樣來移動(dòng)圖像和文本，甚至可以比《黑客帝國(guó)》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(jìn)以提高性能并降低成本。世界上最大的參與者已經(jīng)行動(dòng)起來。目前是功能第一，形式第二，規(guī)模經(jīng)濟(jì)會(huì)大幅降低生產(chǎn)成本。在這個(gè)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(jìn)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(jià)值的實(shí)用性應(yīng)用。就市場(chǎng)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(shí)現(xiàn)突飛猛進(jìn)將絕對(duì)不會(huì)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(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。在CES和其他場(chǎng)館展出的創(chuàng)新型頭戴設(shè)備引起了人們對(duì)“超級(jí)智能”眼鏡的極大興趣。這些可穿戴計(jì)算機(jī)將提供令人大開眼界的功能，能讓穿戴者與智能手機(jī)、健康跟蹤設(shè)備以及許多其他設(shè)備進(jìn)行交互。不斷增長(zhǎng)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(jī)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(qiáng)大的AI力量。想象一下，一個(gè)可以實(shí)時(shí)理解和處理人們口頭請(qǐng)求的助手——可以將回答速度提高十倍。啟用語(yǔ)音功能的助手可以完全針對(duì)您的生活、工作甚至開車方式進(jìn)行自定義。假設(shè)您在開車時(shí)接到一個(gè)電話，那么眼鏡或其他地方的“助手”可以告訴您是誰(shuí)打來的電話，并詢問您是否愿意接聽——這個(gè)過程您都無需看屏幕一眼。

看看面部識(shí)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(shí)別手的動(dòng)作，憑這些動(dòng)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(jí)照片代替屏幕上的點(diǎn)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(shí)會(huì)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(huì)議中并且不想打擾到周圍的人）。

是的，人機(jī)界面正變得越來越模糊。AI不僅會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)直令人瞠目結(jié)舌。全球科技巨頭紛紛加入，進(jìn)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(shí)躍升至個(gè)人計(jì)算的最前沿。 事實(shí)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(zhǎng)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(chǎng)2024年預(yù)計(jì)將達(dá)到5000萬臺(tái)，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(gè)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(shí)出現(xiàn)動(dòng)暈癥問題。

來源: Sri Peruvemba

在市場(chǎng)廣泛接受前進(jìn)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(chǔ)設(shè)備都在獲得巨大的技術(shù)進(jìn)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(fèi)者廣泛接受該技術(shù)之前，必須進(jìn)行一些改進(jìn)，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(zhǎng)的使用時(shí)間。此外，組件需要“進(jìn)一步加固”才能在各種環(huán)境中工作。

一項(xiàng)技術(shù)的廣泛市場(chǎng)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(dòng)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(guó)對(duì)microOLED也有極大的興趣。這些重度參與者以及一些新進(jìn)者都將有助于找到具有成本效益的最佳平衡點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)AR / VR作為商務(wù)和娛樂的下一代計(jì)算平臺(tái)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(jì)算機(jī)。

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(shí)上，當(dāng)今一些最好的HMD都用于軍事應(yīng)用。Collins Aerospace公司價(jià)值40萬美元的混合現(xiàn)實(shí)（MR）頭盔就是一個(gè)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(jī)的飛行員而設(shè)計(jì)，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?。↙ockheed Martin）是這種快速增長(zhǎng)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(duì)透明AR HUD的亮度和對(duì)比度要求很高。在許多情況下，AR信息必須與外界的強(qiáng)光同臺(tái)競(jìng)爭(zhēng)，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?yàn)橥敢旳R 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(yáng)光下看到它們。 

(2Kx2K MicroOLED .. eMagin公司供稿)

下面簡(jiǎn)要介紹將在未來十年推動(dòng)AR/VR和其他人機(jī)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(chǎng)預(yù)計(jì)在2019-2024年期間將以超過19％的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng),這項(xiàng)技術(shù)有望對(duì)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(duì)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(gè)顯示行業(yè)相比，MicroOLED的全球市場(chǎng)相當(dāng)溫和,但BoE和SeeYa未來計(jì)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(gè)月中，晶圓廠對(duì)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(duì)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(jìn)表明，microOLED在未來三到五年內(nèi)可能占據(jù)微型顯示器市場(chǎng)中的主導(dǎo)地位。也就是說，在AR市場(chǎng)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?cè)趦蓪与姌O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(gè)電極之間加電后會(huì)發(fā)出單色光，再通過濾色器（紅-綠-藍(lán)）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(shí)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(diǎn)的這種顯示器可輕松應(yīng)對(duì)各種工業(yè)和消費(fèi)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(diǎn)，它沒有那么亮，價(jià)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(dá)到4k x 4K的分辨率，亮度超過5000cd/m2，大批量生產(chǎn)價(jià)格約為今天的15％。

LCoS顯示器

對(duì)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(duì)microOLED來說非常低。其次，它們還具有超高的亮度和對(duì)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(shí)，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(shí)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(jià)格便宜，但是卻不具備某些應(yīng)用（尤其是AR）所需的對(duì)比度或速度。在VR應(yīng)用中，該技術(shù)是因運(yùn)動(dòng)模糊而引起惡心感的罪魁禍?zhǔn)?。此外，顯示器往往也更重，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(chǎng)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(gè)微型LED，它們會(huì)自我照亮每個(gè)顯示像素。但與OLED不同的是，microLED采用無機(jī)材料。另外，由于microLED不需要單獨(dú)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(gè)像素用作光源，從而可以提供令人難以置信的對(duì)比度和色彩深度。

MicroLED比OLED明亮得多，對(duì)比度可達(dá)1,000,000：1。作為一種發(fā)光顯示器，microLED不需要依靠有機(jī)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(shí)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(zhǎng)的路要走。它會(huì)及時(shí)上市以發(fā)揮AR新興市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)并打破供應(yīng)鏈嗎？我們拭目以待。

當(dāng)今技術(shù)水平

 * = 差;     ***** = 優(yōu)秀(來源: Sri Peruvemba)

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(duì)AR/VR、HUD、HMD和其他可穿戴設(shè)備的認(rèn)識(shí)方式。最終，人類可能會(huì)擺脫鍵盤、鼠標(biāo)和“技術(shù)盒”的束縛。業(yè)界正在設(shè)計(jì)下一代計(jì)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(yǔ)音、眼動(dòng)和揮手來完成。這項(xiàng)大膽的新技術(shù)將達(dá)到甚至超越《少數(shù)派報(bào)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”。

編者注：Sri Peruvemba是信息顯示協(xié)會(huì)（SID）的董事會(huì)成員兼營(yíng)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(yàn)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(guó)、加拿大和歐洲的高科技公司提供咨詢服務(wù)。SID一直致力于為所有相關(guān)技術(shù)的行業(yè)協(xié)作、交流和培訓(xùn)提供獨(dú)特的平臺(tái)，同時(shí)展示行業(yè)最佳的新產(chǎn)品。2020年顯示周將于2020年6月7日至12日在舊金山舉行。