大面积OLED微型显示器：让VR眼镜更小巧轻便
导读
德国弗劳恩霍夫协会的研究人员采用大面积微型显示器技术，开发出一种创新型OLED微型显示器，它具有极高的帧频、分辨率、对比度，能达到全高清效果，同时采用的光学组件更少，低功耗更低，性能明显超越目前市场上的同类产品。
背景
时下，虚拟现实（VR）眼镜正变得越来越流行，市场上出现了各式各样的虚拟现实眼镜产品。然而，目前这些眼镜通常会存在体积太大，重量太重的问题，影响着用户体验。这些眼镜之所以笨重，主要瓶颈还是在显示器部分。对于每副VR眼镜来说，这部分都至关重要。通常商用VR眼镜会采用智能手机市场上的显示器。虽然此类显示器非常便宜，采用了简单光学器件达到宽视野的效果，但缺点是制造出的像素图像分辨率有限，像素密度不足。
创新
大面积微型显示器技术有望改变这一现状，因为这一技术有望制造出符合人体工学同时又较轻的VR眼镜。这类VR眼镜的图像非常清晰，在你身边创造出魔法般的虚幻效果，让你如同身处一个令人不可思议的真实世界。
现在，这种新型OLED显示器可达到极高的帧频和分辨率，实现“扩展版的全高清”。该创新项目是欧盟LOMID项目的一部分，LOMID代表“大规模低成本OLED微型显示器及其应用”。德国弗劳恩霍夫协会有机电子、电子射线和等离子技术研究所（FEP）的研究人员与工业伙伴合作开发出了创新型OLED微型显示器，性能明显超越目前市场上的同类产品。在LOMID项目中，弗劳恩霍夫协会 FEP 研究所负责设计硅芯片集成电路，制造OLED原型，以及协调整个项目。
（图片来源：Claudia Jacquemin）
技术
有时候，我们也会采用经调制的LCD和LCOS微型显示器，但它们并不是自发光的，需要外界光源。为了制造出轻便且符合人体工学的VR眼镜，一些制造商开始把目光聚焦于OLED微型显示器。
去年，笔者介绍过德国弗劳恩霍夫协会的研究人员开发出一种采用OLED技术的显示器，它不仅将功耗降到很低，延长了智能眼镜的待机时间，同时也降低了因处理器发热给佩戴者带来的不适感。
（图片来源：Fraunhofer FEP）
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，它们不仅节能，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。
OLED 另外一个优势就是：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。
弗劳恩霍夫协会 FEP 研究所的部门负责人 Philipp Wartenberg 表示：
“我们的目标是开发新一代的OLED显示器，提供卓越的图像质量，使之可用于制造VR眼镜以及为视觉障碍者设计小型眼戴式设备。我们致力于通过这种特殊设计的OLED微型显示器达到该目标。”
到目前为止，一切都不错。然而，在这个项目中开发出微型显示器特别之处在哪里？答案是分辨率。它们可以达到扩展版的全高清，也就是说分辨率可达1920 x 1200 像素（WUXGA）。屏幕对角线尺寸约为1英寸，帧率约为120赫兹，也就是说每秒可显示120幅图像，使得虚拟世界的运动画面变得非常流畅。
（图片来源：Claudia Jacquemin）
显示器有两个组件：控制像素的硅芯片和OLED。OLED由几层有机层构成，这些有机层在硅晶圆上整体集成。芯片上的集成电路可设定微型显示器的分辨率和帧率。
价值
研究人员已经制造出了首个原型，并将在2017年度欧洲电子元件和系统论坛（EFECS）上展示。更进一步的原型将在2018年中期展示。参与该项目的行业伙伴已经对未来将这种微型显示器转化为市场产品，表现出浓厚兴趣。
然而，真正的创新点在于使用的电路类型。Wartenberg 称，诀窍并不是仅仅提高分辨率和帧率，而是同时将功耗降到最低。因为有了聪明的系统概念设计和现代设计方法，以及弗劳恩霍夫协会 FEP 研究所在设计和技术实现OLED微型显示器方面超过10年的经验，他们的设计变得非常成功。
从某种意义上说，OLED微型显示器的应用将不限于VR眼镜领域，它有望在一段时间后发展为最大的市场。OLED微型显示器也适用于其他产品，例如增强现实（AR）眼镜，或者摄像头取景器。集成CMOS的光线发射器（和其他探测器）的底层技术也有望应用于其他细分市场，例如光学计量与识别或者光遗传学。
未来
特别是对于面向消费者的增强现实眼镜中的微型显示器，研究人员仍然看到一些挑战，有待于未来着手解决。这些挑战包括：极高的亮度和效率（它将迫使移除目前一直使用的颜色过滤器，用结构化的反射器进行取代）；大（芯片）面积的高产量；更紧凑的光学曲面；圆形微型显示面板；具有更高像素密度的不规则像素阵列；集成眼球追踪技术；透明基板。
关键字
参考资料
【1】https://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2017/december/lightweigth-compact-VR-glasses-made-possible-by-large-area-microdisplays.html
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