OLED技术会铺平通向微显示器之路吗?

2008-05-05 11:24:55来源: 电子系统设计
  低功耗显示器继续获得进一步增长动力,特别是在移动应用市场,如音乐/视频播放器、照相机和摄像机的取景器、以及消费者用视频眼镜。目前有不少微型显示技术在竞争这一市场。透射式显示(特别是微型液晶技术)技术已经通过日益普及的大屏幕TV和监视器应用市场而成熟。反射式显示技术(包括数字光源处理技术DLP和硅基液晶技术LCOS)对投射系统而言特别有优势,而且多年来它们已经在各种流行应用中得到了实现,并已取得了重大进展。放射式显示技术(如OLED,即有机LED)相对较新,但已经能跟LCD和LCOS技术在价格和性能上进行竞争。此外,由于它们相对而言还是处于早期发展阶段的技术,因此它们未来还有更大的改进空间。

  OLED显示器可以使用小有机分子或聚合物。从整个显示市场来看,可溶解的发光聚合物有主要的优势,因为它无需温度受控的真空环境就可容易地沉淀到显示衬底上的溶液中(如通过旋转涂覆或喷墨印刷)。与小分子OLED相比,聚合物技术允许制造更大屏幕尺寸的显示器,因为它无需真空淀积处理所需的遮蔽掩模。聚合物OLED(P-OLED)显示器也可在更低的电压下工作,而且比基于小分子的显示器功耗更低。

  P-OLED技术在上世纪九十年代初期才获得真正的发展,当时以英国为基地的初创公司Cambridge Display Technology(CDT)从剑桥大学独立出来发展发光聚合物,它是一种位于P-OLED显示器中心部位的荧光材料。

图1:Ian Underwood教授展示eyescreen ME3204。

  今天,P-OLED技术可用来制造各种尺寸和性能的显示器,从简单的单色显示器到可显示动态视频的全彩图形显示器。根据一家领先的行业研究公司NanoMarkets LC,有机电子技术正在迅速地走出实验室并进入实际应用。如OLED、有机薄膜晶体管和其它由有机材料制成的显示器产品市场将从2007年的14亿美元大幅增长到2012年的197亿美元,并继续在2014年实现344亿美元的营收。到2012年,OLED工业(包括显示器、标识牌和照明应用)市场有望增长到108亿美元。

  微显示器(显示器与驱动器和控制电子电路一起集成在一个硅衬底上)目前发展势头强劲。微显示器应用分为两大种类:投影式和近眼式。P-OLED微显示器提供最大优势的近眼式微显示器又可细分为两个主要的子类。在第一子类中,微显示器模块嵌入到产品中,然后再用手举到眼前,如用于视频摄像机和数码相机的电子取景器,以及用于一些专用系统(如夜视镜、电子双筒望远镜和望远镜)的电子取景器。在另一子类中,微显示器模块采用一个免提结构放置在眼前,或像一付视频眼镜一样戴在头上(如个人多媒体播放机的头戴式显示器),它们使得可通过移动电话观看TV和在路上玩游戏。

  针对上述应用的P-OLED微显示器的最新代表之作是位于英国爱丁堡的MicroEmissive Displays(MED)公司开发的eyescreen ME3204,它提供了一个完整的数字微显示器解决方案,以及很高的电子和光学集成度。ME3204可提供第一流的图像质量和超低功耗,它可提供杰出的QVGA分辨率(320×240, 230k像素点)的图像质量,对角线像素阵列的间距仅为0.24英寸(6mm)。

  无需背光元件的放射式聚合物有机发光二极管(P-OLED)技术,以及ME3204上集成的显示驱动电子电路和数字视频接口,允许ME3204直接无缝集成到很多种系统中,并使得产品设计师能够开发更小和更轻的产品。Eyescreen ME3204供应时配有一个集成的电线集合。

  低功耗

  微显示器示器的关键要素是功耗、图像质量和寿命。功耗是一个问题,它对视频眼镜的影响要大过取景器,因为取景器仅是手持式设备的其中一个有源部件,而在视频眼镜中,微显示器基本上是主要的有源部件。

  在数码相机中,LCD显示屏大概是单个部件中功耗最大的。这也是为什么经常给出的建议是关掉LCD显示屏以保存电池寿命。例如,一个典型的320×240像素的LCD显示屏可能消耗300或400mW的功率,而一个典型的LCD微显示器消耗的功率不足200mW。不过,一个相当的P-OLED微显示器仅消耗50mW的功率,因此使用一个P-OLED EVF替代一个LCD显示屏或LCD微显示器,相当于在电池寿命上做出了一个非常重大的改进。

  造成这一现象的一个原因要追根溯源到显示技术的基本特性。LCD需要一个非常明亮的背光,因为它们是透射式的,而且效率很低。与此相反,P-OLED自身会发光,而且效率非常高。

  功耗在视频眼镜中是一个非常大的问题,此处微显示器是单个功耗最大的部件。50mW的功耗相当于一节碱性AA电池理论上的30小时电池寿命。一个LCD微显示器维持不到9小时。

  更好的图像

  如果这些优势还不足够的话,那么LCD和P-OLED之间最切实的差别就是图像质量了。尽管质量在很大程度上是主观的,不过还是有一些可定义的客观因素,它们使得某个显示器主观上看起来比其它更好。这些因素包括:亮度、对比度、黑色区域的暗度、像素锐度、颜色自然度、以及处理快速运动图像的能力。P-OLED在所有这些方面都胜过他人。

  正如你可期望的那样,LCD的透射本质意味着,它的亮度取决于背光的功耗和液晶透射的效率。P-OLED在本质上比LCD更有效率,而且其显示图像的视角比LCD更宽。

  高对比度通过产生更大的景深增强了视觉体验效果。环境光会影响到对比度,但对于EVF或封闭式头戴显示器来说(环境光被排除在外),对比度不会大幅降低。LCD的对比度还会由于光泄漏而受到限制,而P-OLED的对比度则反而会得到大幅增强。在LCD显示器的暗像素处,背光会泄漏出来,而P-OLED显示器则不会有这问题。液晶显示器从来不能显示真正的黑色,因为即便在最暗的像素处,还是会有一些光透射出来。而P-OLED显示器上的黑色像素则可以是真正的黑色,因为此处的的确确是没有光。其结果是一个看起来几乎是3维的显示器,而这一切要归功于P-OLED显示器的亮度和对比度。

  显示图像的锐度可提高感觉到的质量,因为人眼觉得它更真实。在电子显示器中,清晰的像素点会使图像的锐度大幅下降。也就是说,如果显示器上点亮的像素点明显分离或这些像素点间的黑暗间隙是可见的,整幅图像的某些部份可能看起来是锯齿状的,而不是光滑的或连续的。最糟糕的情况是,用户看到的是单独的像素点而不是连续的图像。

  从技术的观点来看,关键的因素是像素点的数量和一个像素点区域的百分之多少被点亮了。这一百分比越大,点亮的区域越一致,图像质量就越好。如果一个像素点区域被点亮的部分太少,整个屏幕看起来就像是铁丝网眼,而不是某个颜色的相邻碎片。P-OLED的填充因子在80%左右,LCD的填充因子则常常不足25%,这使得P-OLED显示器上显著的单独像素点要大大少于LCD显示器。

  当这些考虑同时平等地应用到静态和动态图像上时,快速变化视频可以真正地将好显示器遴选出来。它是凭感觉测试真实图像质量的最好方法之一。

  当显示器上的像素不能足够快地开关时,图像就会出现模糊和闪烁。现象就是运动物体滞后或留下较慢像素点的尾迹。这里,P-OLED显示器再一次展示出比LCD更好的特性。LCD显示器的典型刷新时间是15ms左右,而P-OLED显示器的刷新时间不到1ms,这使得P-OLED显示器可产生很好的运动图像,而完全没有慢速开关导致的赝象。

  更简单的集成

  排在电池寿命(功耗)之后的图像质量也是消费者购买时的主要考虑因素。此外,设备制造商不得不考虑显示器与整体系统的集成:特别是与设备电子电路的集成。微型化LCD微显示器通常是玻璃衬底上的一个液晶阵列,这使得它不可能与控制电路完全集成。另一方面,MicroEmissive Displays公司的P-OLED微显示器采用了CMOS硅衬底,因此电子电路可非常容易地集成上去。这可带来两个方面的好处,一是设计和开发时间缩短了,二是制造也相对更简单了,因此上市周期可更短,生产成本也可相应降低。

  尽管OLED技术有上面这些优势,但设计师可能会因为OLED短产品寿命和更低可靠性的历史名声而被误导,从而忽视OLED技术的潜力。事实上,更低寿命的观念有一些历史的原因。在特定的工作条件下,OLED显示器将随着时间的推移而变暗。不过,这不是一个非常短的时间段:对于面向消费者的近眼式应用(如摄像机和视频眼镜)来说,OLED显示器的寿命已经足够长了,而且在正常使用下它的寿命将大大超过主设备。今天,我们可以期待P-OLED微显示器在每天使用几小时的情况下仍可以能接受的性能工作好几年。

  当然,逐渐老化的问题也是有的:蓝色波长OLED材料不能像红色或绿色波长材料那样长久地维持光输出。其后果是RGB OLED显示器经过一段时间之后黄颜色会脱落。MicroEmissive Displays公司采纳的解决方案是将白色P-OLED显示器与红、绿、蓝滤光器一起使用,这可确保任何颜色的变暗在光谱上都是连续的。在颜色平衡上没有突变。

  凭借这些优势,基于P-OLED技术的微显示器产品将继续在未来五年中向主流应用市场渗透。市场会有一个从很小OLED显示器到更大尺寸OLED显示器的演进过程,而且还会出现一系列非显示器应用,包括LCD屏的P-OLED背光、用于照明的P-OLED面板、以及其它革命性产品(如用于治疗皮肤癌的P-OLED粘性膏药)。P-OLED技术的前景是非常光明的。

关键字:视频  波长  显示器  摄像机  成本  像素  亮度

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/ledanddisplay/200805/article_20997.html
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