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Jim zhuang:显示应用面对的趋势和挑战

2016-11-11 16:33 | 作者: Jim zhuang 来源:中国企业家网 京东方

【中国企业家网】2016年11月8日,主题为“开放两端 芯屏气/器和”的京东方全球创新伙伴大会(BOE IPC·2016)在北京举行。显示器件分会场,Intel人机交互技术资深总监Jim zhuang发表“显示应用的趋势和挑战”主题演讲,分享了显示技术最近的发展趋势和他们所面临的挑战。

轮播图-剩余分会2

以下为演讲实录:

谢谢大家!今天我尝试用中文做这个报告,这也是在今天创新大会上我个人对自己的一个创新。今天我想在应用方面跟大家一起探讨一下显示技术最近的发展趋势和我们所面临的挑战。首先让我们来看一看为什么我们这么关注这个话题,为什么像英特尔这样一个做芯片的公司也有专门的团队来关心和介入显示屏幕的研究和开发。

这是一个市场分析报告,它给出了在电脑销售渠道中,影响消费者购买选择的主要核心因素。我们可以看到在影响消费选择前六大因素中,和显示技术相关的因素至少有五个。在很大程度上显示屏幕是所有系统设计中最直观的一个因素,它从很多的方式中决定了一个产品的重要性和它在市场上的成功和失败。

这里我们分析了不同的手机和电脑产品的成本研究分析结果,我们可以看到在大多数情况下,显示和触屏成本远远高于芯片的部分,在很大程度上显示和触屏的优化基本上决定了整个产品的成本结构。另外一个系统的重要设计参数就是整机设备的功耗和电池的续航能力,我们列出了三种不同产品的能耗损耗的分析。我们可以看出显示屏幕比例是50%,这个比例在不断增加,从某种角度讲,相对于其他组成部分来说,显示屏幕是电池续航最重要的因素。

另外我们看显示对产品设计的影响。在今天工业设计里面,产品的厚度、重量还有边框都是重要的设计参数。我们看到的产品不管是手机还是电脑,它的厚度越来越轻薄,显示屏幕越来越大,而且产品的外观也越来越有吸引力。另外由于柔性显示所产生的曲面设计也有了很大的发展,这些给我们产品形态创新带来一个新的空间。没有显示屏幕的巨大变化,所有这一切都是不可能实现的。

下面我们仔细观察一下显示和触屏技术的变化,我刚才谈到了显示屏幕和输入对于产品的成本、功耗和工业设计都是最有影响的部分。另外在销售渠道中,显示和输入也对整个产品消费者的购买决策产生着巨大的影响。我们就来看看在满足消费者上,我们取得什么样的成就。

在我个人看来,最好的总结我们在显示技术中取得的成就,就是所谓的显示工业界的摩尔定律,集成电路的摩尔定律是由英特尔共同创始人最早在50年代发现和提出的,主要在三极管的数量每两年要增加一倍,这个定律在过去四十多年中被验证。在显示工业中我们也有一个类似的规律,显示屏幕能够显示的信息总量每十八个月要增加一倍。这个图像纵坐标表示的是信息总量,虚线代表每一年半增加一倍,我们可以看到过去二十年中,旗舰手机的屏幕规格跟这条曲线非常吻合,这代表了我们显示屏幕取得的重大成就,我们应该为我们创新速度感到骄傲。

这大部分发展都是由于手机工业带来的,手机作为差异化设计的因素,成为了我们手机技术发展的主要驱动力。而且手机技术所带来的技术发展也对我们面板工业产生了尾流效应,包括电脑设计也给这些市场中的产品外观和触感带来了显著的变化。

除了显示应用对技术的推动以外,显示应用的转变也吸引越来越先进的显示技术到市场中来。四五年前我们看到了4K内容在市场上的出现,液晶显示电视、等离子电视的背景下,这个技术的转变极大的推动了电视工业的快速发展,从普通的4K更新到高动态的4K产品。8K技术也已经出现,这种显示设备和显示内容的互动,创造了一股可持续的动力,不断推动业界向前发展。

从手机技术拓宽到其他应用的一个最好的例子就是窄边框的设计,在过去十几年中,手机屏幕尺寸不断变大。而与此同时,手机整机的尺寸基本上保持着一定范围,主要原因就是我们人手掌尺寸没有什么变化,这就产生了窄边框的设计。今天在电脑设计中我们看到了窄边框最大的好处,在过去11英寸到12英寸的整机中,我们可以加入13到14英寸的屏幕,这样的设计已经在市场上得到了消费者积极的反应。

另外一种拓宽技术的例子,就是AMOLED的应用,今年我们看到有AMOLED屏幕的电脑也开始在市场出现。最近使用AMOLED技术的厂商正在积极寻找供应商伙伴。除了产品的厚度和边框以外,由于柔性显示而带来的曲面和可弯曲的设计,也产生了巨大的变化,特别是在手机应用中变得非常的流行。他们在其他应用中的出现也只是时间问题,而更有意思的是有可折叠式AMOLED带来的变化,我们这几年看到了很多非常不同凡响的样品设计。我们知道可携带屏幕的尺寸最终限制于手掌的大小,这种可折叠的技术可以帮助我们突破这个限制,使我们终于实现携小用大的理想,我们可以只携带一个设备,而延伸出非常广泛的应用。比如从手机到电脑,甚至更大的设计产品的应用。这在过去是不可想象的。

我们刚才谈到二十年显示技术发生突飞猛进的变化。经过二十年的发展,手机这个产品越来越成熟,它的增长速度不断减慢,任何技术创新需要一个杀手级的应用来保持它的发展动力。现在有一个新的市场正在崛起,而且这个市场对显示应用的需求远远超过我们过去很多的应用,就是虚拟现实,而且这个技术已经在工业领域里触动了很多人。

有意思的是虚拟现实并不是一个新鲜事物,这个概念已经有了很多年。分辨率和显示速度都不能达到虚拟现实所要求的类现实的感受要求,最近虚拟现实逐渐得到了消费者的关注,而其中一个最大的原因就是我们过去十多年来在手机技术上产生的突飞猛进的变化。换句话说,有人经常应用虚拟现成功,是手机应用军备竞赛的红利。我个人认为虚拟现实将替代移动应用,在未来几年推动我们显示技术发展的领导者。

为什么我们对虚拟现实有那么高的期望?其中一个原因就是它具有参与到我们生活中很多部分的潜力,也会成为我们生活中不可缺少的一部分。我们列出了虚拟现实的一些应用,其中在游戏上虚拟现实应用大家都比较熟悉,我不花时间过多解释。另外很重要的一个原因,我们对虚拟现实那么高的期望,就是媒体和直播。今天我们看到在体育赛事和音乐会都有电视直播或网上流服务,这些服务很少能给我们带来真正身临其境的感觉,而虚拟现实可以改变这种状态,通过360度虚拟世界的形式,能让我们不但得到真正身临现场的那种感觉,还能在任何一个角度观看不同的体育赛事或者音乐会,这在现实生活中是做不到的。

同样这种体验我们也可以应用其他像工业设计、房地产、医疗、旅游等很多方面,虚拟现实可以说是商机无限。我们看看虚拟现实到底有些什么特别要求?为了达到虚拟现实这种沉浸感,我们最重要的一个设计参数就是人类的视场,在所有虚拟现实的设计中为了达到这样的视场,我们所有的光学系统设计的研究都指出,我们每个眼睛对应显示屏幕的尺寸应该不小于两寸左右,这就给虚拟现实的屏幕设计带来了很多指导的原则。

就像跟现实生活一样,头戴式虚拟现实设备允许我们通过头部的移动,来得到虚拟的观察能力。使得这样的感受很真实,也能避免很多不良的影响,我们需要整机从动作到图片的延迟时间小于25毫秒,这对整个显示屏幕的反应速度带来了很大的挑战。我们知道今天大多的显示屏幕都是在60赫兹的频率中,它的周期超过16个毫秒,使得整个系统只剩下8毫秒的时间来实行图象处理,导致我们经常不能达到25毫秒整个系统延迟时间的要求,所以在今天为了达到我们整机的屏宽要求,大部分的头戴式显示屏幕的设计,要求显示屏幕的速度超过60个赫兹,相对于现在的手机设计,它的屏宽速度超过了50%以上。这也就是为什么在头戴式虚拟设备中,AMOLED更有吸引力的一个原因,即使是AMOLED我们也有很多其他的挑战。

其中一个挑战就是运动模糊,我们现在所有的半导体显示技术大部分都是持久性的,每个象素都保持它的图像清晰,以至于在整个我们观察快速移动的物体中,我们的眼睛会对他所有的图像进行一个平均。这就导致了这些快速物体的边缘变得非常模糊,为了解决这个问题,我们需要加入很多黑色的区间,这对整个显示屏幕的设计特别是象素的能力带来了很大的挑战。

如果大家都试着带过头戴式虚拟现实设备的话,我们可以发现我们非常容易看到其中图像的网格效应。它看上去有点像纱窗看出去的效果,很多人称它为纱窗效应。我们需要多少像素才能克服这个因素,做了一个简单的计算。我们最高能看到60个像素,如果我们把这60个像素平均分配到110度视场的话,我们需要超过六千个以上的像素才能达到要求。在市场上虚拟现实器设备中,我们最高都在一千左右,所以我们在现在的产品中能看到网格效应是一件不奇怪的事情。

我们需要六千个像素才能达到虚拟现实没有纱窗效应的效果,如果我们根据现在平均600PPI最常见的像素密度来计算,通过这张图,我们可以发现我们需要超过八英寸以上的显示屏幕,才能达到6000PPI的要求。在左上角人脸的平面图我们可以看到,人眼两孔距的平均距离大概在2.5英寸左右,我们根本没有办法把六英寸的屏幕放到一个头戴式显示设备中,而保证他们相合之间不会有重叠。这也给整个虚拟现实设备屏幕的最大尺寸带来一个限制,我们一般在2英寸到2.5英寸的显示距离,这是非常窄的距离,如果我们把6000像素平均分布到这个区间之中,我们可以得到最大像素密度,大概在3000PPI左右,远远超过我们今天面板技术的工艺水平,所以在未来的几年中,我们显示技术一个研究的重点将是在很小的尺寸里,找到怎样能够包容或者包装这么多的像素。

由于虚拟现实的高像素和高频率的要求,面板的像素密度还不是我们唯一的问题。我们对不同的面板分辨率它的界面接口的数据速率做了一个简单的计算,我们可以清楚的看到在超过2K的分辨率以后,我们对界面的速率很快超过了40个bps,在两寸左右的贴合宽度上怎么能够连接到这么多的象素,我们会碰到FOG的贴合间距的限制。这里有一个不小的鸿沟,需要我们用创新来填补。

为了解决这些问题,我们有一个好消息,我们可以用很低的分辨率在其他的区域里面也能满足虚拟现实的屏幕要求。这个虚拟现实业界对这个想法在做积极的研发,这样的技术叫焦点渲染技术,它可以在系统中很有效的减低芯片的运算负荷,也能有效降低我们系统的延迟时间的效应。如果我们想把同样的道理放到显示屏幕的设计中,我们可以想象在一个屏幕中并没有平均的密度,在旁边的区域逐渐的减低像素的密度,这样可以有效的减低整个屏幕的总像素数,也可以帮助我们解决我们刚才所说的界面的输入数据效率。我们可以把这种技术叫做焦点式的显示。

除了刚才所说的这些挑战外,在虚拟设备的设计中还有很多其他的因素会带来图像质量各种各样的问题,其中一个就是透镜相差或者透镜畸变,这样的处理步骤会在整个图象处理中带来更多的时间延迟。另外一个类似的光学问题就是虚拟现实色彩失真,也是由于透镜的设计限制,在图像聚焦的时候,色彩的聚焦互相分离,对整个系统的延迟效应带来负面的影响。在这里有一个提议,怎么把这种固定的图像处理移植到我们显示这边来,这样我们就可以把这种相差的补偿和图像中的处理并行运行,不但可以减少整个系统的时间延迟,还可以给我们显示业界带来更多的附加值。

今天我们大多数虚拟现实设备都在90度左右,要达到200度需要很大的帮助,我们需要在两个方向上进行弯曲。这就造成整个显示屏幕要是一个凹面的曲线形式,可惜这远远超过我们现在柔性显示的工业能力。如果我们能在这个领域取得一些进展的话,会对整个虚拟现实设备的设计带来很大的突破。

我们刚才谈到了很多在显示方面的挑战,最后我们来关注一下在虚拟现实输入方面会有一些什么问题?我们现在对手势还缺乏一种精确探测的方式,如果我们真的能够精确的探测我们的手势,我们可以达到与虚拟世界的交流。我还想对我们整个业界提出一个挑战,能不能通过我们很熟悉的触控技术,来协助对手和手指位置精确的探测,如果达到这一点,会对虚拟现实的体验带来很大的变化。

现在让我们来对由于虚拟现实对显示技术和输入技术的研发重点做一个倡议,我们需要开发更好的背板技术,特别要增加我们最高的像素密度的能力。第二,我们需要扩大显示接口的带宽,第三我们需要进行驱动芯片和面板联合创新,最后我们需要研发更自然的手势输入。

最后,让我们对我们今天的讨论做一个回顾总结,在过去的十年中,在手机应用强有力的驱动下,显示技术和触控技术出现了突飞猛进的变化,而虚拟现实很有可能成为下一个十年的行业新秀,在未来十年带动我们显示技术继续向前发展,我们的业界仍然新机无限。谢谢大家

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