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第779篇推文
硅基AMOLED微显示技术介绍
以单晶硅半导体为衬底,在半导体中集成了由千万个晶体管构成CMOS驱动电路,CMOS驱动电路顶层制作OLED有机发光二极管,是同时实现高分辨率和微小尺寸的微型显示器件。
Micro-OLED微显示器件采用单晶硅晶圆(Wafer)为背板,具有自发光、厚度薄、质量轻、视角大、响应时间短、发光效率高等特性,而且更容易实现高PPI(像素密度)、体积小、易于携带、功耗低等优异特性,特别适合应用于头盔显示器、立体显示镜以及眼镜式显示器等AR/VR显示设备。
索尼发布0.5英寸OLED微型显示器
Micro OLED微显示器件采用单晶硅晶圆(Wafer)为背板,具有自发光、厚度薄、质量轻、视角大、响应时间短、发光效率高等特性,而且更容易实现高PPI(像素密度)、体积小、易于携带、功耗低等优异特性,特别适合应用于头盔显示器、立体显示镜以及眼镜式显示器等AR/VR显示设备。
目前主要应用在AR 领域
早在2005年,eMagin就推出消费型头戴设备Z800 3dvisor,搭载SVGA分辨率显示屏的微型显示头盔(40度视场角)。
另外在MWC2016世界移动通信大会上,爱普生(Epson)发布了新款AR眼镜Moverio BT-300,也使用了Micro OLED技术,另外还有很多设备就不一一举例了。
目前MicroOLED技术主要应用在VR和AR上,主要玩家有eMagin、Kopin、Fraunhofer、爱普生和索尼、奥雷德、京东方、视涯等。
在VR领域,显示器已从传统的 LCD 进化到AMOLED,色彩还原度、对比度和响应速度等问题已经得到了较好的解决,但受限于高解析度瓶颈,目前使用AMOLED的VR产品显示效果仍然不尽如人意。
另外,虽然 AMOLED 屏幕轻薄不用背光,但体积还是很庞大,比如索尼PlayStation的VR设备为5.7英寸,设备体积很大,限制了光学设计和设备外观设计。
对此,Micro OLED 可以解决AMOLED的上述问题,首先,Micro OLED的分辨率可以做到几千PPI,完全无惧VR设备中的放大镜;其次,Micro OLED的体积可以做到很小,可以使VR设备实现更加复杂的光学设计。
在AR领域,Micro OLED经验丰富。在AR设备的发展过程中,Micro OLED最大的竞争对手是 LCOS (液晶覆硅画面投射技术),其中最典型的应用为google glass和微软Hololens,LCOS详细的原理这里就不讲了,因为今天的主角并不是它,你可以把它当成一个微型投影仪。
这在VR的暗光环境下可能不是什么问题,但在AR的自然光场景中,Micro OLED的亮度不足则成为了致命伤,对不起,无解。
索尼发布0.5英寸OLED微型显示器
AMOLED微显示芯片技术特点
基底芯片采用成熟的集成电路工艺,可通过集成电路代工厂制造,制造良率更是大大高于目前主流的LTPS(低温多晶硅)技术;
采用单晶硅,迁移率高、性能稳定,寿命高于AMOLED显示器;
200mm×200mm的OLED蒸镀封装设备就可满足制造要求(即与8英寸晶圆尺寸兼容),而不像AMOLED需要追求高世代产线。OLED微显示器体积小,非常便于携带,并且其依借小身材提供的近眼显示效果,可以与大尺寸AMOLED显示器相媲美,与其他微显示技术相比。
与LCD屏幕相比的优势
:
Micro OLED可快速开关,开关速度可达百万分之一秒,而LCD 的开关速度是千分之一秒。这样不仅可以达到很高的帧率,同时也可以应用特殊的调制工艺提高图像质量。
● LCD微显示器
TN 液晶显示电光效应原理
TN 液晶盒原理图
与OLED相比
● OLED 微显示器
OLED微显示器结构
OLED微显示器像素微显照片
与Lcos显示器相比:
Lcos显示器不是自发光,需要外光源发射光线和背板反光,功耗较大,而且色彩对比度只有1000:1。OLED微型显示器基于有机发光二级管,这些有机发光二极管集成于硅芯片之上,且是自发光的,因此,不仅节能,而且可达到非常高的对比度,高于10,000:1。此外,无需背光也意味着构造起来更简便,需要的光学组件更少。
LCOS具有利用光效率高、体积小、开口率高、制造技术较成熟、低成本等特点,它可以很容易的实现高分辨率和充分的色彩表现,另外LCOS可以通过复杂的光学设计达到比Micro OLED更高的像素密度,还可以对波导进行集成(Hololens的 显示 系统就是二维光波导)。
相比之下,Micro OLED 依靠有机材料发光,在高PPI的条件下,每个像素的面积很小,而OLED的发光亮度又恰好与像素面积成正比,当然这还并没有算上效率差到不行的蓝色荧光材料,还有过滤掉2/3亮度的WOLED彩色滤光片。
高对比度在AR眼镜的UI显示里有非常大的作用,比如想要实现AR透明效果,透视的UI背景就需要纯黑色,Micro OLED的纯黑色部分的像素可以通过像素点不发光来实现,从而实现完全的黑,在AR眼镜中就是完全的透明。
然而Lcos因为显示器的原理,始终会有外光源背光照射,就无法做到完全的黑色显示,黑色始终会偏灰,因此在AR显示透视效果的时候,总是会有一层半透明的背景,无法做到完全透明。
Google glass采用的就是微型LCOS屏幕 实拍画面可以看到成像背景不是完全透明
再近一点拍摄LCOS屏幕效果,比较清楚地看到背景区域不是完全透明的。
耐德佳NED+GlassX2 AR眼镜采用索尼微型OLED实拍,模型外的背景是完全透明。
从上面几张实拍图对比中就能很明显感受到Micro OLED的显示效果非常适合在AR眼镜和其他AR显示中应用。
最后要提一句,AR的 显示 方案除了 LCOS 和Micro OLED,还有最近大红大紫的MicroLED,它在解决Micro OLED亮度不足的同时,也具有Micro OLED的所有优点。
文章来源:网络