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得以成真，最終成為一個切實(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

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，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)識別用戶的交互動作。 這類交互可能是眼睛或表情動作。

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 顯示器由置于兩個導(dǎo)體之間的有機(jī)材料層組成。 然后，這兩個導(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）。