屏幕显示技术发展:将传感器直接集成到屏幕中,还有很长的路要走!

本文总览了当前屏幕与机身比例的趋势和将传感器集成到屏幕所存在的动力和挑战。

        提高屏幕占比的时机

        自智能手机时代开始以来,屏幕与机身比例不断提高。不仅手机其他任何人们可以想到的显示器,包括电视、笔记本电脑、智能手机等。这一现象始终保持增长趋势,甚至促进了对新的显示技术开发。

        与此同时,自IOT时代开始以来,数十亿基于显示器连接的设备相互交互,需要更多的传感器和执行器,以帮助他们与世界和人类进行交互。由于视觉是人类接收信息的主要方式。因此最大限度地提高屏幕占比也在情理之中。

        为了确保屏幕占比,人机交互 (HMI) 的基础元件传感器和执行器必须集成在显示器下方或顶部的面板堆栈中。目前,有些完全改变人们互动方式的传感器,甚至是最重要的传感器,如前置摄像头,由于太大太复杂而无法简单集成。所以面板制造商不得不用 "打孔" 或 "缺口" 切割屏幕的方法进行集成,这样即对用户交互体验不友好又缺乏设计感。

        所以问题现在集中在: 面板制造商能否直接将一些功能集成到屏幕中,这样是否会导致供应链中断?此外,这些 HMI如何完成,是否有容易整合的趋势,以及何时实现?

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2018-2023年显示屏中人机交互水平尝试路线图

        为人机交互集成改进显示面板制造并不常见

        实际上,在谈到显示屏集成时,焦点一般集中在 OLED 面板上,因为它们更薄也不需要背光单元,而且它们的传感器和执行器在集成时相当灵活。但是,他们的缺点是制造周期却漫长而复杂。

        另一个限制因素是,对于消费几十亿美元的面板制造商来说,为了生产一个显示面板采取几十步,一个工艺流程发生微小变化就可能造成整体产量大幅降低。此外,目前的市场环境生产过剩、价格竞争,甚至是晶圆厂产能不断增长,这并不可取。

        因此, 面板制造商不愿意接受 "智能背板" 的概念,尽管一些制造商正在研发试图在背板中集成传感功能,但大多数面板制造商及其相关的 OEMS还是向将传感器集成在显示器下方或顶部努力,而不是在显示器里面。因此,大多数HMI将继续保留,条件是他们能够应对集成在显示器下的挑战。

        至于前置摄像头,考虑到它们的体积和复杂度,在未来几年内似乎不可能让它们消失,除非它们可以嵌入滑行或弹出式机制中,但这将带来另一个问题:可靠性。

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人机交互集成到显示屏的动力和挑战

        未来的一些显示技术或能实现传感器和执行器更简单的集成

        由于现在显示屏制造方式,面板制造商很可能不会接收背板集成。现在,是否有可以规避面板制造问题的技术,绕开TFT。

        眼下MicroLED显示技术,可能就是一个机会。MicroLED技术简单来说就是将LED背光源进行薄膜化、微小化以及阵列化,可以让LED单元小于100微米,与OLED一样能够实现每个像素单独定址,单独驱动发光(自发光)。MicroLED技术的特性就在于低功耗、高亮度(据悉TheWall亮度可以达到2000尼特)、超高分辨率与色彩饱和度、响应速度快、寿命长等优点,MicroLED的功率消耗量约为LCD的10%。事实上,对MicroLED显示屏的热情是显而易见的,尤其是苹果2014年收购 Luxvue 后。

        组装工艺似乎是最具挑战的一环。不过,最近有一些组装技术良率已经接近99.99%甚至99.999%。虽然组装仍然是一项重大挑战,但已经有了鼓舞人心的快速进展。然而,制造一款真正的MicroLED显示器所需要的许多技术组件仍然需要努力,例如:颜色转换、光管理、驱动等等。

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过去两年的技术趋势

        但是如果MicroLED显示屏能够实现,它很可能会改变市场游戏规则,由于MicroLED 芯片每个像素上低像素填充因子,可能形成巨大的空间用于前面板智能集成,并且有可能集成更多的传感器。将人机交互直接集成到显示器中可能成为下一个重点,即使OEM厂商目前的OLED面板方案路线图看起来已经足够好,但是最难集成的传感器 (即摄像头模组) 还是被搁置一边。

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显示屏技术vs2023年可能集成的人机交互功能矩阵

但是它目前仍旧是一项初生的技术。MicroLED面板的造价非常高,生产难度也很大,甚至超过了OLED面板。所以,未来MicroLED技术要实现主流地位的转变,注定还有很长的一段路要走。

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