[原创] 超声波技术将是显示屏的未来？
2021-12-28
14:01:44
来源: 半导体行业观察
当下，1000亿美元规模的可穿戴设备市场正面临着基本的用户体验挑战，这些设备无法捕捉和感知用户输入。同时，设备制造商需要持续给消费者带来惊喜和愉悦，为了实现这一目标，可穿戴设备需要在任何条件下（包括有水的环境）都能实现自然的、不受限制的交互。
在这样的背景下，显通科技利用超声波技术突破了这些限制，可以在任何材料（金属/玻璃/塑料）、任何形状（弯曲或平面）和任何条件（潮湿或干燥）的表面上实现精准触控和压力敏交互。目前显通科技的技术将先进的射频技术映射到在超声波触控领域，其ML处理器系列已经搭载在超过200 万部智能手机上，都实现了由软件来定义智能表面。
可穿戴设备需要在微小曲面上实现防水的交互性，而可穿戴设备表面空间非常有限，没有按键或屏幕，并且不仅仅是佩戴，可穿戴设备需要在有水的环境下正常工作。除了可穿戴设备，手机在薄金属边框也需要更多的交互和情景触控功能，游戏手机还需要更多“控件”，曲面屏显示、超薄机身的手机意味着需要去除物理按键。大型显示屏则需要交互式触控，目前只有一小部分大屏能够支持人们已经在移动设备上习惯的用户体验。传统的电容式触控仅限于平面玻璃，当前的电容式触控方案被应用在大屏幕上时经济性急剧下降。
显通科技提出的解决方案是
软件定义智能表面
。显通科技的超声波传感技术使任何表面（无论材料、形状或环境如何）都可用作可编程触控和力敏传感界面。预估超声波传感技术的市场空间每年将在120亿美金左右，目前已经在3个市场中有应用，分别是手机的单手操作、游戏控制和相机控制。显通科技的市场策略是，从移动和有相关性的可穿戴设备开始，进而扩展到支持显示屏和汽车。
显通科技总裁兼首席执行官李政扬表示，超声波技术并不是单一的一个运算，而是分很多的层次。第一，需要对超声波技术的物理特性做非常深的研究，包括这方面的专利。第二，如何接收到信号，并把这些信号同时送到专用的大规模集成电路芯片当中，让它对信号进行分析和判断。第三，如何把这些超声波的传感器通过模组的形式呈现出来，如何把这样的模组集成到非常小的空间当中，包括手机的边框这一类；在很小的空间当中如何集成，如何让集成的过程形成自动化的组装，包括自动化组装的设备设计与开发，以及组装完成以后如何在软件上能够把超声波的应用体现出来，这一整套多层次的技术都是我们的核心技术。
首先是传感器融合，压电陶瓷发射器和接收器形成密集的波矩阵，能够以高空间敏锐度进行“成像”，超声调制应变计提供绝对的压力灵敏度，可实现带壳和戴手套操作。在显通科技SDSWave处理器上处理，在基材中传递超声波振动，检测手指如何反射和接收振动。显通科技的触控平台，可以“看穿”几毫米的实心不锈钢或钛，具有亚毫米空间分辨率，以及低于5克的压力敏精度。
围绕声学机电的核心 IP，显通科技已申请专利110项，已获授权76项。其中超声波触控/压力敏传感核心专利已获授权，多项专利集中在用户界面中超声波应变传感和滑动手势的新用途。向美国专利商标局、欧洲专利局、中国和韩国提交的所有关键专利。
过去在传感器的生产组装上，多数用的都是FPC软板技术。而显通科技最新的模组产品SNT520，用硬PCB替代软板，硬板技术更成熟成本更低廉，同时它的可靠性也更高。SNT520模组的好处在于，它大大增加了与边框的粘合面积（提高了可靠性、简化了组装、更高的 UPH），重量更轻（在跌落测试中表现更好），而且简化了物料清单，使成本更低，开发出了用单独的软排线连接的模块化概念。
在可穿戴领域，显通科技利用超声波技术，对设备进行了变革性影响，达到了自然的用户体验。显通科技的超声波触控技术在小曲面上表现出色，譬如智能手表、智能眼镜和耳机，在可穿戴设备常面临的有水环境下也不受影响，不会在水滴或轻雾下产生误触。还具有堆叠和集成的灵活性，及直观的触控手势操控，可在屏幕较小或根本无法使用屏幕的设备上实现全新的自然的用户体验。显通科技的超声波技术还可以帮助AR/MR 可穿戴设备公司做小巧的触控控制，来帮助AR眼镜的应用。
显通科技还发布了最新一代的集成电路处理器SNT8255，它基于40纳米ULP的第五代平台，具有2.7 x 2.7毫米的超小外形，适合可穿戴设备的尺寸；还有20 uA 的超低漏电功率，
泄漏比电池自泄漏低 5 倍，能支持手表、眼镜和小型控制器等严苛的应用场景。
在大型显示屏领域，如POS/自助服务终端、智能电视和智能屏等可交互的显示屏市场，显通科技通过超声波来提供显示器的触控技术，主要是面向15英寸以及15英寸以上的大尺寸屏幕。
据显通科技销售和市场高级副总裁Remi Lacombe介绍，对于电容触控，不得不使用多层的内容去实现触控能力，包括很多的透明金属线，相应的传感的导体。但是超声波的触控就非常的简单，只需要在玻璃上面用我们的超声波传感器粘合上去就完成了，整体的生产和成本都会被非常好的管控。
相对于电容式触控，显通科技的技术优势体现在，其更具可扩展性和成本颠覆性；更简单的传感器结构能实现更高的良率，制造更简单；压力传感技术能改进手势识别；具有防射频噪声（不稳定的触控）的能力等等。
一般来说，电容电容屏随着尺寸的增加，成本也会上升得非常快。但显通科技的超声波触控技术对于尺寸并不敏感，如下图所示，随着尺寸的增加，成本的上升是非常有限的。对于一直以低成本为宣传导向的AR技术非常有优势。
在两维尺寸屏幕上，显通科技可以支持从4英寸到100英寸的尺寸规格，超声波都可以支持两维尺寸上精准的触控。同时，其传感器厚度大概在0.7毫米到3.2毫米之间。最重要的是，显通科技所支持的传感基板包括玻璃和金属两种。
本次显通科技也首次发布了大尺寸显示屏解决方案，而且这是和国内的供应链厂商合作的成果。它所使用的触控芯片也是公司的核心产品SNT8020，这款芯片可以支持15.6英寸到22英寸的尺寸范围。在这个尺寸范围之内，显通科技的成本可以控制在10美金到20美金之间，这是一个非常经济的、出色的解决方案。
超声波技术不仅解锁了平面和曲面的形态，还解锁了材料，使触控不仅仅依赖于平面玻璃，在金属、塑料、木材上成为了可能。更重要的一点是，超声波触控技术不怕水，这对于当下电子设备来说是一项很重要的需求。未来超声波技术能否取代电容式触屏技术呢？
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