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VRAR显现器首要器材OLED、LTPS、OLEDoS、LEDoS的规划和供应链

发布时间:2022-04-25 16:52:33 来源:米乐m6官网

  从整机系统规划的视点来看,可穿戴增强实践(AR)和虚拟实践(VR)设备包括三个首要部分。首要是演示或显现(presentation or display),再者是人机界面与机器传感(user interface and machine sensing)。能够传感真实国际,并且予以数字化的传感器对高端的AR设备尤为重要。第三个部份是运算与通讯(computing and communication)。要为VR、AR或混合实践(MR)烘托出电脑图画(computer-generated objects),运算功能必不可少;运算的处理器可所以可穿戴设备自身,或是运用衔接(tethering)的手机或是个人电脑。衔接的过程中,可所以有线,或者是运用Wi-Fi 6、5G调制解调器等无线衔接以取得彻底的无线体会。人机接口和机器传感能够运用现有的传感器技能。可是,将实践国际(或是运用设备时的周围国际)予以数字化的三维深度传感(3D depth sensing)则更具挑战性。特别是用户与设备在实践国际还有物理移动时,一同定位与地图构建(SLAM, simultaneous localization and mapping)或许也会规划参加。三维深度感测的技能上,考虑到传感原理、传感间隔、环境光、深度建构演算的杂乱度等要素,飞翔时刻(time of flight, ToF)或许比结构光(structured light)技能更为适宜。不过,一般低端的VR或AR设备或许不需求追寻或数字化真实国际。AR和VR在显现部分则有不同的显现技能,这是取决于运用端运用时的环境与需求来决议。穿戴式VR设备一般会运用关闭的做法(occlusion),这种关闭的作法是为了进步运用者感同身受的体会(immersion)。一同,也正由于这种关闭的情境,使得显现时的考虑要素相关于AR来得简略些。穿戴式AR设备运用时首要的搅扰来自环境光(或许超越800 nits),或实践国际环境的杂乱度在与AR显现堆叠后,形成运用者不易辨识。例如:黑色不易在AR显现中体现,深色也或许与环境中的深色目标相混杂。关于选用“直接可视”(OST, optical see-through)的AR设备规划来说,实践国际与虚拟的AR显现是在波导光学元件(waveguide optics)相叠在一同的,前述的搅扰状况较为显着。另一方面,选用“摄入而视”(video see-through or passthrough)的设备(像是VR或是一些MR设备规划),实践国际是经过设备的前方镜头拍照进入后,透过设备的印象运算后,才与虚拟国际相堆叠。因而,搅扰的状况透过印象与处理就能够改进。穿戴式AR与VR设备有各自不同的运用与运用意图,并不是存在着彼此替代的联系。例如:运用“摄入而视”的设备时,用户在实践国际中的移动才干、辨认才干都会受限,可是“直接可视”的设备就较无这类约束。所以,穿戴式AR与VR设备的开展,以及对显现技能的需求并不彻底相同。别的,相关于VR需求穿戴发生关闭情境,AR的发生并不必定都仰赖可穿戴设备,智能手机与车载上的昂首显现器(HUD, head-up display)都能够发生AR的效果与运用。

  关于VR显现器,智能手机上现已适当遍及的TFT LCD和AMOLED均适用于VR设备。不过,也有一些设备厂商选用 “硅基OLED”(OLEDoS, OLED on silicon or micro OLED),OLEDoS有根据半导体CMOS硅的驱动电路,而不是根据TFT线路。因而,OLEDoS有时机在解析度与巨细上比AMOLED有更好的标准。VR显现器规划可所以单显现器或双显现器,这两种做法都有厂商选用,首要是考量到本钱、视界与穿戴时调整的舒适性等要素 。别的,光学透镜,如菲涅尔透镜(Fresnel lens),或是折叠镜头(pancake lens)被用来更好地集合显现光传送到眼睛。对VR显现器的要求首要是更高的分辨率,以取得更高的“每单位视点像素”(PPD, pixels per degree)和更低的“纱网效应”(screen-door effect)。PPD中的“视点”的是根据显现器和眼睛之间的夹角或视界(FOV, field of view)。越大的FOV能够供给越好的沉溺感。显现的无推迟(low persistence)是一项重要的标准,由于大大都VR运用的内容是3D运算烘托出来的电脑图画。一般VR显现屏会着重90Hz或是120Hz的刷新率(refresh rate)。可是,在实践规划VR设备时,需求在产品的营销定位上做一些折衷的考量;更高的显现标准意味着更高的显现本钱、更高的功耗和更大的外形尺寸。例如,第一代的Oculus选用的是双屏规划的3.5吋1440x1600 AMOLED,更受欢迎的第二代却是单屏规划5.5吋3664x1920 LTPS TFT LCD,借此将本钱与价格下降与进步商场浸透率。下一代的高阶产品或许又回复到双屏规划。大大都AR显现器是根据硅线路的微型显现器(micro display),例如:微机电系统(MEMS)的微型显现技能,包括数字光处理(diigital mirror device, DMD or DLP)、激光束扫描(laser beam scanning, LBS) ─ 用于Microsoft HoloLens,以及自发光的硅基LED(LEDoS, LED on silicon or micro LED)。在实践的光学规划中,用户并不是直接注视微型显现器,而是透过附加的光学元件来观看,这与常见的平面显现器(例如:TFT LCD与AMOLED)是适当不同的。前期的AR显现光学规划八成无法统筹轻浮与显现面积,例如,Google Glass的专利(US9013793)提醒了运用偏振分光棱镜(polarization beam splitter, PBS)的做法,将光线由微显现器引进具有必定厚度的棱镜中,而该光学元件则是坐落用户的眼镜上。当时比较干流的作法是选用波导光学元件(waveguide optics),在薄度、造型上都比较令人满意。运用这些穿戴式AR设备时,印象显现来自微型显现器发射;然后光线被引导进入波导光学元件中。波导光学元件是轻浮而挨近通明的,所以运用者能够一同看到实践国际与虚拟国际的物件在波导光学元件中迭合。波导光学元件的效果原理有绕射(diffusion)或是全息(holography)等作法。不幸的是,光线经过波导后的丢失简直到达99%,这样会使得弱小的光线在实践国际的强光反差之下更显得弱小、不明,因而,高亮度对AR显现器至关重要。总的来说,与AR显现器比较,VR显现器的供应链、五颜六色技能现已适当老练。这是由于现已大量出产的LTPS TFT LCD或AMOLED显现器被广泛运用,并且许多面板厂商现已存在 ,像是JDI、SHARP和Samsung Display等。

  AR显现器供应链之所以还不太老练,有一些原因。首要,运用于可穿戴设备、成为微型显现器的制作难度与精度,肯定不下于一般的TFT显现器。再者,纵然有一些可运用的微型显现器技能,可是在光机巨细、效能、五颜六色、本钱等要素的考量之下,业界还未能有最佳的技能老练度与一致。当然,更重要的是当时的穿戴式AR设备出货量真实太小,现在首要的运用八成是会集在笔直范畴(例如:工业、医疗、军事等),无法压服制作商在供应链中增加投资和出产。而现在这个供应链中的许多制作商规划偏小,有些职工人数约仅100-200人, 并且设备的量产等级与TFT显现器职业彻底不可同日而语。为了促进选用和生态系统开展,一些制作商彼此合作,一同供给包括显现、光学和设备的参阅规划,以鼓舞更多的品牌开发产品。AR显现器的首要元器材是微型显现器和光学器材,两者是一个组合。LEDoS的优势在于高亮度,即便经过波导光学元件的削弱(仅存1%左右),都有时机保持到1,000 nits。但其RGB的五颜六色技能没有老练,测验的技能方向包括色转(color conversion)、堆叠(RGB stacking)、组合(RGB chips in a cube)。相对地,OLEDoS的五颜六色技能愈加老练,常见的是混出白光后透过五颜六色滤光片做法,但这种作法的光损较高。别的,也有一些作法是在OLEDoS的资料、仓库(例如:Kopin Trio Stack)或是直接精密蒸镀(例如:eMagin dPd)上着手。OLEDoS比较合适VR和MR这类的关闭设备规划,但其亮度值关于经过波导光学元件的AR设备(开放式规划)来说或许太低。LCoS、LBS和DMD尽管光机相关于LEDoS与OLEDoS较大,可是很重要的长处便是五颜六色化与高亮度实现是可行的,三者均能够经过激光光源来进步亮度值。

  相关于LEDoS技能上尚待进一步的开展,OLEDoS现在在供应链上的联系、串联现已略见雏形,并且既有的TFT生态系统的AMOLED面板厂也展示出了爱好。在TFT生态系统中,DDIC(显现驱动芯片)与AMOLED制程(显现像素线路与蒸镀)是分隔、各司其职的。DDIC用于驱动显现面板,而面板厂则担任制作根据TFT的显现像素电路。可是,这不必定彻底适用于OLEDoS。与根据TFT的AMOLED比较,OLEDoS的供应链仍处于起步阶段。DDIC芯片商和OLEDoS面板厂之间或许有更多的商业模式。第一种,DDIC芯片商在晶圆上一同规划DDI和显现像素(display pixels)电路。然后,OLEDoS面板厂则仅担任在晶圆上进行OLED蒸镀,并将其分割成OLEDoS芯片。DDI线路和显现像素电路一同位在一颗芯片(die)上,成为了一种单芯片规划,而DDIC芯片商扮演着要害人物。第二种,DDIC芯片商只供给DDIC芯片。此芯片或许是来自面板厂托付规划的芯片(ASIC),或者是DDIC芯片商的既有产品。不论哪一种,DDIC与显现像素电路是分隔的,而成为了一种双芯片解决方案。DDIC能够贴合于显现像素芯片上,这种作法相似TFT LCD上的COG(chip on glass)。第三种,面板厂担任悉数规划与制作,从DDIC到显现像素电路。这或许是一个单芯片或是双芯片解决方案,并着重了面板厂在供应链中的价值。关于单芯片或双芯片的OLEDoS仍有争辩。一般,DDIC电路需求更高等级的半导体工艺制程,如28nm或40nm,特别是当解析度进一步拉高时。但显现像素电路则或许运用较低等级的工艺制程就能够满意,如90nm或um级。假如两者的半导体工艺距离过大,单芯片规划不必定比双芯片规划更有本钱效益。现在VR设备的出货量显着高于AR设备,除了显现技能与供应链较为老练外,运用端比较倾向消费性商场也是重要要素。VR在游戏、虚拟交际的潜力很简单就看出来。不过,在招引了初期的玩家后,终究未必大都的顾客都有爱好长时刻戴上厚重的设备,进入一个虚拟国际里。关于AR商场的腾飞起点,知名品牌将起最重要的效果。穿戴式AR设备系统或许比智能手机更为杂乱,无论是显现、光学仍是运算。而另一方面,用户却未必乐意承受与高阶智能手机相同的价格。只要知名品牌才干平衡功能、技能老练度、外形尺寸和BOM本钱等要素,从而拉动整个生态系统与供应链的生长。