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高分辨率微型显示器崭露头角

导读: 新兴的微型显示器技术可能会给便携式设备带来巨大的变革。

    新兴的微型显示器技术可能会给便携式设备带来巨大的变革。
    微型显示器与较大的平板显示器一样,也能提供大量的信息,但不同的是,它的可携带性和方便性却大为提高。新兴的微型显示器技术较现行的微型显示器具有更好的彩色品质和增大了的视角,相信不久会有更多新的应用领域。 
    随着微型显示器市场的复兴,涌现出几种新的显示技术,如:硅片上的液晶(LCoS)和硅片上的有机发光二极管(OLEDoS)等显示技术。

    微型显示器要考虑的问题
    由于LCoS微型显示器能将嵌入的控制电子线路包含在内,从而使显示器成本降低,且体积减小的。然而,LCoS微型显示器也有一些缺点,那就是这种显示器是不发光的,因而当需要增加其功率和面积时,就需要额外的照明。LCoS微型显示器的另一个缺点是,形成时间连续色彩的电路非常昂贵并且要求提供更多的功率。
    对于LCoS来说,实现实用的大视野装置是很困难的,因为输出的光线要有很大的角度要求,但是对于安装在头上的微型显示器来说大视野并没有必要。此外,它们要求比投射式LCD或发光技术更复杂的光学部件。
    另一种值得注意的技术是激光扫描,靠一面镜子的振动扫描激光束来产生影像。通常把光束扫描在一块光导纤维荧光屏上,然后像二维显示器那样对它进行处理并放大,以产生一幅虚像。
    通过某些途径,让扫描激光本身进入眼睛,以便直接在视网膜上形成图像。如果使用大功率的激光,就能获得非常明亮的显示。安全性、成本、尺寸、温度敏感性、失真、蜕变和功率都是这种技术必须面对的基本问题。

    适于靠近眼睛的应用
    对于那些影响靠近眼睛的装置在显示器市场中成为主打产品的所有问题来说,OLEDoS微型显示器提供了可能的解决办法。做在IC上的有机二极管能够以宽视角的方式提供类似于CRT(阴极射线管)的来自每个像素的全色光。
    OLED技术的基本特性是能提供许多胜过LCoS的好处。因为OLEDoS微型显示器发射光,所以它们比LCoS微型显示器具有更宽的视角,同时由于它们在整个正向视角上具有同样的高亮度,因而它们允许有更大的视野和优良的光学影像。
    与LCoS微型显示器(对于彩色连续情况,它们需要光源和单独的ASIC控制,以及存储芯片)不同,基于OLED的微型显示器自身几乎完全包含这些配套部件,从而降低了整个装置的成本。这类器件在电学上与无机的LED类似,只是OLED是由类似于塑料的有机材料制成的,而LED一般都是由镓和砷制成的。
    基本的小分子团OLED单元的结构(由柯达首创并取得专利)是由夹在透明的阳极和金属阴极之间的一堆有机薄层构成的(见图1)。有机薄层包括一个有孔的入射层、一个有孔的输送层、一个发射层和一个电子输送层。

    当把适当的电压(一般为几伏)加到这个单元上时,注入的正电荷和负电荷在发射层内复合而生成光(场致发光)。设计好有机层的结构并选择好阳极和阴极,可使发射层中的复合过程达到最大,从而可从OLED器件中获得最大的光输出。

    色彩的均衡
    在2001年4月,第一批用于视频的全色OLEDoS微型显示器已能批量供货(见图2)。SVGA+高分辨率的微型显示器具有超过150万个的潜在的彩色子像素元(600×3×852个像素),并可在显示器阵列中的每个像素元上贮存全部的色彩和亮度信息。同时也消除了大多数其他高分辨率显示器技术常会遇到的闪烁或彩色蜕变。
    通过产生包括白光在内的均衡光谱,基于OLED的装置为客户提供了比其他便携式显示器技术所能达到的更好的彩色范围。结合每个像素上的精密的亮度等级控制和每个像素上的彩色存储,OLED微型显示器为用户提供了优越的视频品质和可移动的信息产品的性能。
    这些改进不仅消除了彩色蜕变的敏感性,同时也降低了装置的电源消耗和成本,从而,在均衡的全色光谱方面,OLED视频微型显示器超过了可批量供货的最好的LCD笔记本显示器。

    光学要求
    对于某些技术来说,最有趣的、同时也是最困难的是光学要求。为了存取大量的信息并产生大屏幕的感受,一个大的视角是很必要的。为了在即使是戴眼镜时也能舒适地观看,让眼睛得到极大地松弛是必不可少的。
    还需要充足的出射光孔,以确保当靠眼睛转动来适应大视角时让瞳孔充满,同时保证微型观察器相对于眼睛的一些移动不会使图像衰变。当头戴式设备不再用手来操纵时,也就是说,当不能进行细调时,后者是特别重要的。这也会使眼睛的疲劳降低到最低程度。
    就LCD技术来说,存在着众所周知的亮度和对比度随着一个方向(通常是垂直方向)的角度而变化的现像。如果显示器是Lambertian式的(也就是说,正如OLED的情况那样,它存在着与角度无关的始终如一的状态 ),则在微型观察器中,显示器的状态将与眼睛的位置和转动无关。
    这是一个难以实现的要求,因为靠通常采用的扭曲向列LCD不能满足这一要求,除非在那里允许有小的视角。更确切地说,在要求充满观察镜片的所有角度范围内,显示器的状态必须是Lambertian式的。同样地,LCD通过的偏振光会在低成本快速模压的聚丙烯镜片中增加畸变。

    人机工程学
    目前,存在着两种基本的靠近眼睛的虚像装置:取景器和戴在头上的显示器(head-mounted display, HMD)。取景器显示装置通常直接安装在一个临时固定在靠近眼睛的设备上,比如装在摄录像机、电子双目镜或瞄准器上。而HMD装置就是戴在头上的。HMD含有安在头盔里或头盔上的微型显示器、眼镜、防护镜或简单的头带,可完全凭体验概略描画出观察者的周围景物。
    用OLEDoS微型显示器,用户不需要使HMD那么精确地定位到眼睛上,因为眼睛的适度移动不会改变影像的亮度或色彩,也允许把显示器和镜片放在离眼睛更远一些的地方。此外,OLEDoS微型显示器能提供更快的响应时间,并且可比其他解决办法消耗更低的功率,这是因为发光薄膜的厚度仅为几十纳米,所以在OLEDoS中,像素可以构造得非常之小。
    OLEDoS微型显示器有可能为极轻便的数字器具和娱乐类产品创造新的机会。OLED微型显示器的制造商通过把数百万个个别的低压光源做在低成本的硅集成电路芯片上,就能生产出单色、白色或全色的显示器系列。
    此外,还可以把许多计算机和视频电子系统的功能直接嵌入在OLED下面的硅内,结果是在降低整个系统成本的情况下,与其他可能的技术相比,它成为超小型的装置。 eMagin公司推出的广角光输出、长寿命、高速、全可见彩色光谱能力、低成本以及低压CMOS的兼容性等技术,使得OLEDoS在宽范围的“专用显示器”的应用方面成为理想的微型显示器技术。

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