隨著 LED 和 OLED 技術(shù)的發(fā)展，主要針對航空電子和軍用市場的頭戴式和近眼式顯示器也許會(huì)得以成真，最終成為一個(gè)切實(shí)可行的應(yīng)用領(lǐng)域。 象谷歌眼鏡這樣的、在商業(yè)領(lǐng)域高調(diào)推出的產(chǎn)品，正讓平視顯示器 (HUD) 概念越來越可信。

早期嘗試走高性價(jià)比路線的可穿戴式 HUD 失敗了，主要原因是要么由于體積、重量過大而不實(shí)用，要么顯示器在陽光下亮度不夠?qū)е聼o法操作。

目前有兩種方法正在開發(fā)之中，可以解決顯示器照明方面的難題。 第一種方法是來自美國、采用 LED 背光的小型傳統(tǒng) LCD 顯示器。 第二種方法是來自歐洲、采用不需要 LED 背光的 OLED（有機(jī) LED）顯示器技術(shù)。

本文將簡要介紹這種兩種方法的開發(fā)方向，二者均針對 LCD 和 OLED 顯示應(yīng)用。 然后，重點(diǎn)介紹最新的 OLED 顯示器，解釋其發(fā)光原理及優(yōu)勢。 我們將以 Newhaven Display International 提供的 NHD 字母數(shù)字和圖形OLED 顯示裝置為例。

雖然 Newhaven 顯示器還沒有達(dá)到 HUD 和眼鏡要求的體積，但在這類應(yīng)用方面已展示出這種技術(shù)的發(fā)展?jié)摿Α?為方便設(shè)計(jì)人員評估該產(chǎn)品，該公司還提供了演示板 (NHDEV)。

市場機(jī)會(huì)

按照透明度市場研究 (Transparency Market Research, TMR) 機(jī)構(gòu)1 在其最新發(fā)布的可穿戴技術(shù)報(bào)告中預(yù)測，這一市場到 2018 年將增長至 58 億美元，年復(fù)合增長率 (CAGR) 達(dá)到驚人的 40.8%。 在可穿戴市場中顯示器的發(fā)展機(jī)會(huì)，尤其對柔性顯示器，主要表現(xiàn)在信息娛樂和軍事/航空航天領(lǐng)域。 TMR 預(yù)計(jì)，隨著智能手表和智能眼鏡等技術(shù)的出現(xiàn)，信息娛樂領(lǐng)域到 2018 年將成為可穿戴技術(shù)市場的主要收入來源。

可穿戴技術(shù)成功的基本條件包括緊湊性、便攜性、靈活性和低功耗。 年輕消費(fèi)群體會(huì)很快接受這類技術(shù)，這是信息娛樂領(lǐng)域一股特別強(qiáng)大的推動(dòng)力；同時(shí)，其在健康監(jiān)控領(lǐng)域的明顯優(yōu)勢也將繼續(xù)刺激醫(yī)療和保健領(lǐng)域的增長。

通用航空

Aerocross Systems 是位于美國德克薩斯的一家新創(chuàng)公司，即將針對通用航空領(lǐng)域推出一款低成本平視顯示器。 這種貼近眼睛的頭戴式顯示器被命名為“智能眼 (Brilliant Eyes)”，適用于輕型飛機(jī)駕駛員，它可顯示傳統(tǒng)的“六塊腹肌”排列式信息：高度、飛行方向、垂直速度、氣流速度、水平方向和磁羅盤。

圖 1：Aircross Systems 的首個(gè)針對輕型飛機(jī)駕駛員的、采用 LED 背光式 LCD 的“智能眼”數(shù)據(jù)眼鏡原型。

該制造商擁有設(shè)計(jì)軍用顯示器產(chǎn)品的技術(shù)背景，因此對非常了解當(dāng)前產(chǎn)品的不足之處。 例如，阿帕奇直升飛機(jī)駕駛員采用成本過高且相當(dāng)笨重的頭盔安裝式單鏡片設(shè)計(jì)顯示目標(biāo)數(shù)據(jù)。 Google 及其競爭對手正在開發(fā)一種可以安裝到普通眼鏡上的彩色 LCD 屏幕，且價(jià)格足以讓消費(fèi)市場接受，Aerocross 受此啟發(fā)，確信自己也可以制造一種切實(shí)可行的平視顯示器。 關(guān)鍵是克服物理方面的難題——制造某種容易穿戴的輕型材料。 第二個(gè)難題是設(shè)計(jì)能使最終產(chǎn)品價(jià)格實(shí)惠的低成本光學(xué)器件。

首個(gè)原型產(chǎn)品采取單眼法，其特點(diǎn)是采用已在平板電視領(lǐng)域發(fā)展成熟的 LED 背光式微型 LCD 設(shè)計(jì)。 來自圖像的光線穿過一個(gè)光學(xué)器件模塊，該模塊聚焦無窮遠(yuǎn)處的光線，然后將光線注入內(nèi)置于眼鏡中的光學(xué)波導(dǎo)或者眼鏡的聚碳酸酯鏡片中。 試驗(yàn)證明大多數(shù)人能看到清晰的圖像。 然而開發(fā)人員說，始終會(huì)有一少部分飛行員通過調(diào)整也無法適應(yīng)近眼式顯示器，或者會(huì)出現(xiàn)惡心和/或視疲勞情況。

最終產(chǎn)品將集成圖像處理器，以便利用連接遠(yuǎn)程傳感器或數(shù)字設(shè)備的無線鏈路接收數(shù)據(jù)。 雖然原型顯示器能在全日光下工作，但該公司仍在通過升級 LCD 的背光技術(shù)來提高亮度。

微型顯示器

這是一種正由德國德累斯頓 (Dresden) 市弗勞恩霍夫中心 (Fraunhofer Centre) 開發(fā)的替代性方法，它采用 OLED 材料來生產(chǎn)用于數(shù)據(jù)眼鏡的高亮度 (5000 cd/m2) 微型顯示器。 在 200 mm CMOS 背板上實(shí)現(xiàn) OLED 材料構(gòu)造的正交光刻工藝應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模市場化的低成本生產(chǎn)。

開發(fā)人員稱，該產(chǎn)品的高亮度能充分適應(yīng)不斷增加的實(shí)際應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，虛擬圖像必須與日光環(huán)境平穩(wěn)地融合。 為數(shù)據(jù)化眼鏡設(shè)想的應(yīng)用包括其它外科手術(shù)或動(dòng)物科學(xué)實(shí)驗(yàn)，這些應(yīng)用都需要定期獲取參考數(shù)據(jù)。

圖 2：Fraunhofer 采用 OLED 微型顯示器的交互式雙眼數(shù)據(jù)眼鏡。

Fraunhofer COMEDD 使用其 OLED 微型顯示器開發(fā)出交互式雙眼數(shù)據(jù)眼鏡（見圖 2）。 用戶不僅可以正常感知環(huán)境，還能看到微型顯示器上的其它信息。 該設(shè)備可同時(shí)顯示和捕捉圖像，這樣顯示器就能連續(xù)顯示前后連貫的信息，同時(shí)識(shí)別用戶的交互動(dòng)作。 這類交互可能是眼睛或表情動(dòng)作。

OLED 的發(fā)展?jié)摿?/strong>

有機(jī) LED 顯示器是一種相對較新的技術(shù)，主要優(yōu)點(diǎn)是工作時(shí)不需背光，使其比傳統(tǒng) LCD 更薄更輕。 在設(shè)備的兩個(gè)面上形成透明或半透明隱形眼鏡是 OLED 技術(shù)的最新發(fā)展，它能極大地提高對比度，讓使用者在明亮日光下更易觀察顯示器。 其它優(yōu)勢包括響應(yīng)時(shí)間更快、視角更寬、外觀顏色更好（含純黑色顯示能力）。

引入靈活的大批量生產(chǎn)方法后，曾經(jīng)是瓶頸的生產(chǎn)成本如今已有可能低于傳統(tǒng) LCD。 此外，OLED 顯示器的典型能耗還不到 LCD 在顯示主要是黑色圖像時(shí)的一半。 用于大多數(shù)其他顯示器應(yīng)用時(shí)，OLED 能耗是 LCD 的 60% 到 80%。

在結(jié)構(gòu)方面，OLED 顯示器由置于兩個(gè)導(dǎo)體之間的有機(jī)材料層組成。 然后，這兩個(gè)導(dǎo)體（陽極和陰極）被夾在眼鏡頂板（密封層）和底板（基層）之間（圖 3）。