OLED抬头显示器眼镜的潜力.doc

集合在线全球首个电子元器件团购平台OLED抬头显示器眼镜的潜力随着 LED 和 OLED 技术的发展，之前主要用於飞航和军事领域的抬头和近眼显示器，可能将成为新兴的可行方案。 在商业领域中，Google Glass 等高度受瞩目的产品，纳入越来越多抬头显示器 (HUD) 和头戴式显示器的概念。早期尝试打造的符合成本效益穿戴式 HUD，失败的主要原因不是装置太笨重而不实际，就是显示器亮度不足无法在日光下使用。目前正在开发的两种作法，有助於克服显示器亮度的挑战。 第一种作法来自於美国，采用 LED 背光的传统 LCD 萤幕，但尺寸较小。 第二种来自欧洲，采用有机发光二极体 (OLED) 显示技术，因此无需使用 LED 背光。本文将概述这两种作法在朝向穿戴式显示器应用迈进下的发展。 此外，将着重在 OLED 显示器的最新进展，说明此作法的发光方式以及优点。 本文将以 Newhaven Display International 目前的 NHD 系列字母数字型和图形 OLED 显示器装置作为基准点。即便 Newhaven 的显示器尚未达到 HUD 与显示器眼镜所要求的外型尺寸，但已经展现此类应用的技术潜力。 展示板 (NHDEV) 已经供货，能让设计人员评估此产品。市场商机根据 Transparency Market Research1 (TMR) 针对穿戴式科技的最新报告显示，预计到 2018 年，市场规模将成长到 58 亿美元，年复合成长率 (CAGR) 达到惊人的 40.8%。 穿戴式科技市场的显示器商机，特别是挠式显示器，主要会来自於资讯娱乐以及军事航太领域。 随着智慧型手表与智慧型眼镜等技术的演进，TMR 预测资讯娱乐领域将在 2018 年成为穿戴式技术市场中的领先获利来源。穿戴式技术成功的主要条件包括轻巧、可携、灵活和低功率。 年轻消费者快速接纳此技术是驱策资讯娱乐领域成长的主要因素，健康监测应用的优点也将持续刺激医疗与保健领域的成长。一般航空美国德州的新创企业 Aerocross Systems，即将推出适用於一般航空领域的低成本抬头显示器。 产品名为 Brilliant Eyes，此近眼头戴式显示器的目标使用族群为轻型飞机驾驶，能显示传统的六组资讯：高度、航向、空速、垂直速率、水平方向以及磁罗盘。图 1：Aircross Systems 的首款 Brilliant Eyes 数据眼镜原型，适合轻型飞机驾驶使用，采用 LED 背光式 LCD。此开发商具有军事用显示器产品的技术设计背景，非常了解目前产品的缺点。 以阿帕契直升机驾驶为例，使用相当庞大的安全帽附挂式单片眼镜设计显示目标数据，而且成本也受到限制。 在 Google 和竞争对手的启发下，开发出可装在标准眼镜上的小型彩色 LCD 萤幕，并具有适合消费型市场的低廉成本，因此 Aerocross 更有自信能打造出可行的抬头显示器。 关键在於克服实体上的挑战，打造出轻量且容易穿戴的装置。 第二项挑战在於设计出低成本光学元件，让最终产品价格合理。首款原型采用单片眼镜结构，具有小型 LED 背光式 LCD，而此设计已经在平面电视上证实有效。 影像的光线会穿越光学模组，此模组会将光线无限聚焦，再注入到玻璃或聚碳酸酯材质镜片的光学波导结构中。 试验结果显示，绝大多数的受试者皆可清楚看见影像。 然而，开发商表示，仍然会有一小部分的飞行员无法适应近眼显示器，抑或是发生晕眩和或眼睛疲劳的症状。最终产品将整合影像处理器，可透过连接远端感测器或数位装置的无线链路接收数据。 即便显示器原型可在全日光下操作，该公司正努力升级 LCD 的背光，进一步提升亮度。微显示器德国德勒斯登的 Fraunhofer Centre 正在开发另一种方式，采用 OLED 材料产生数据眼镜用的高亮度 (5000 cd/m2) 微显示器。 正交光微影制程在 200 mm 的 CMOS 背板上以 OLED 材料布局，达到适合大众市场的低成本生产。开发商表示此高亮度能让虚拟影像顺畅融合到日光环境中，对於扩增实境应用已经足够。 适用数据眼镜的应用还包括需定期取得参考数据的手术和其他医疗或科学程序。Fraunhofer 的互动式双眼数据眼镜图片图 2：Fraunhofer 的互动式双眼数据眼镜采用 OLED 微显示器。Fraunhofer 采用其 OLED 微显示器开发出 COMEDD 互动式双眼数据眼镜。 使用者能以正常方式看见环境，并可在微显示器上看见额外的资讯。 此装置可同时显示并撷取影像，例如显示器上会持续呈现与内容相关的资讯，同时也会识别与使用者的互动。 此互动可能是眼球移动或是脸部表情。OLED的潜力有机发光二极体显示器是相当新的技术，主要的优势在於无需背光即可运作，因此比起传统LCD，厚度更薄、重量更轻。 OLED 的近期发展，已经可在装置两边产生透明或半透明的触点，能大幅提升对比度，因此更加容易在日光下观看显示器。 其他优势包括更快速的反应时间、更宽广的观看角度、提升的色彩呈现，以及显示真实黑色的能力。以往生产成本是一项阻碍，但在可扩充的量产方式推出後，将可比传统 LCD 更加低廉。 此外，OLED 显示器在显示主色为黑色的影像时，功耗通常不到 LCD 的一半。 在绝大多数其他显示应用中，OLED 的功耗只有 LCD 的 60 至 80%。在结构上，OLED 显示器系在两层导体间置入一层有机材料所构成。 这两层导体（阳极和阴极）接着会置入到玻璃顶板（密封）以及玻璃底板（基板）之间（参阅图 3）。OLED 产品的发光方式示意图图 3：OLED 的发光方式。 资料来源：Newhaven Display International。电流导入两层导体後，有机材料就会产生明亮的电致发光 (electro-luminescent) 亮光。 能量从负极层（阴极）穿越有机材料通到阳极层时，电子会从传导层移向发射层。 传导层内残留的电洞，会跳跃到发射层，然後与电子再次结合。 因此额外的能量会以光的形式释放，从玻璃的最外层看见。为了让 OLED 显示色彩，需要电流刺激 OLED 显示器的相关像素。 阴极和阳极彼此以垂直的方式排列，形成像素矩阵。 电流导入选定的阳极和阴极带上，即可决定要启动哪些像素，哪些像素维持关闭状态。每个像素皆分为红、绿和蓝色子像素。调整各个子像素的电流强度，即可产生不同的色彩与色阶。每个像素的亮度与施加的电流量成正比。LCD 的替代品Newhaven Display International 提供一系列 OLED 显示器模组，可用於字元和图形应用。 Newhaven 的显示器即使还不适用於即将上市的数据眼镜或头戴式显示器等穿戴式应用，但已经展现出 OLED 技术的潜力。NHD-0216KZW 是该公司目前最小型的标准尺寸字元显示器之一，尺寸仅有 80 x 36 mm，厚度仅有 10 mm。 在设计上是 LCD 或 VFD 模组的相容替代品，提供三种型号，分别提供蓝色、黄色或绿色的双列 16 字元显示器。 采用序列或平行 MPU 介面，具有 LCD 相容指令，并含有四套内建字型表。此外也有提供全彩 OLED。 NHD-1.27-12896UGC3 尺寸为 45 x 45 x 5 mm，具有 128 x 96 像素，可显示 26 万 2 千色。 这些 18 位元彩色被动式矩阵显示器的视角为 160 度，号称可显示比 LCD 更加锐利且清晰的影像，并具有 10 s 的快速反应时间，因此能更快、更顺畅地显示图形动画。 这个多功能合一的低功率设计含有一个模组，其中包含所有必要的逻辑，包括控制器以及内建睡眠模式。 此单元仅需要一个介面电源供应器（3 或 5 V）。此外也有提供开发板 NHDev，可用来针对 Newhaven 的字元和图形 OLED 显示器进行评估或原型开发。 此板件已经预先编程，可支援该系列显示器。 此板件采用 STM332F103 Cortex-M3 微控制器为基础，含有 SD 卡，其中预载影像与文字档案。结论OLED显示器无需使用背光，因此能达到更薄的厚度，并可进一步提供挠性特色，因此非常