AR/VR 顯示技術(shù)的未來—MicroOLED&MicroLED分析

    由于 Meta 等行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者最近對(duì)虛擬世界的關(guān)注，人們對(duì) AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）/VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）市場(chǎng)的興趣激增。Apple 推出 Vision Pro 開啟了空間計(jì)算的新時(shí)代。有些人將 AR/VR 視為下一代 3D 數(shù)字交互 IT 平臺(tái)。截至目前，市場(chǎng)的實(shí)際情況與人們的高期望并不相符。IDC 9 月份的新聞稿指出，“全球 AR/VR 耳機(jī)出貨量連續(xù)第四季度下降，2023 年第二季度銷量同比下降 44.6%�！� 需要解決多項(xiàng)挑戰(zhàn)才能推動(dòng)需求并提高采用率。顯示技術(shù)的創(chuàng)新對(duì)于開發(fā) AR/VR 產(chǎn)品和推動(dòng)市場(chǎng)增長(zhǎng)至關(guān)重要。

    更高的增長(zhǎng)預(yù)測(cè)

    根據(jù) Guillaume Chansin（DSCC 顯示研究總監(jiān)）9 月份在 DSCC AR/VR 顯示論壇上的演講，AR/VR 耳機(jī)市場(chǎng)預(yù)計(jì)從 2024 年開始的未來 5 年將出現(xiàn)更強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。假設(shè)是：由于采用即將推出的高通 Snapdragon XR2 Gen 2 的新耳機(jī)，2024 年將出現(xiàn)顯著增長(zhǎng)。IDC 還預(yù)測(cè) AR/VR 耳機(jī)出貨量將在 2024 年反彈，由于 Meta 和字節(jié)跳動(dòng)的新硬件、蘋果的 Vision Pro，以及越來越多的小公司。DSCC 預(yù)計(jì) Vision Pro 的銷量較低（300,000 件），價(jià)格為 3,499 美元，并且需要視力矯正光學(xué)鏡片（由蔡司設(shè)計(jì)）的用戶需要支付額外費(fèi)用。Meta 預(yù)計(jì)將在今年年底推出 Quest 3，三星可能會(huì)在闊別已久之后重新進(jìn)入該市場(chǎng)。

    隨著產(chǎn)品多屏化的趨勢(shì)，AR/VR顯示屏出貨量將超過頭顯。大多數(shù)設(shè)備都有兩個(gè)顯示器（每只眼睛一個(gè)）。DSCC 預(yù)測(cè) AR/VR 的顯示器出貨量將在 2028 年達(dá)到 1.24 億臺(tái)。正如 Guillaume 在論壇上指出的那樣，“AR/VR 不會(huì)取代手機(jī)，而是用作第二屏幕（就像今天的平板電腦）。DSCC 預(yù)計(jì) VR（包括穿透式 AR）將主導(dǎo)消費(fèi)領(lǐng)域。透視 AR 主要面向?qū)�業(yè)人士。

    在 AR/VR 中，系統(tǒng)分辨率可以用 PPD（每度像素）來衡量。如果 PPD 不夠高，則會(huì)出現(xiàn)屏蔽門效應(yīng)。為了克服這個(gè)問題，許多公司開始使用高分辨率微型顯示器。VR 系統(tǒng)開始使用 MicroOLED 來縮小外形尺寸并減少紗門效應(yīng)。DSCC 預(yù)測(cè)，未來幾年，硅基 OLED 將占據(jù) VR 顯示市場(chǎng)出貨量的最大份額，而 LCD 將位居第二。由于像素密度的限制，AMOLED 將失去份額。具有更高亮度潛力的 MicroLED 對(duì)于透視 AR 來說具有優(yōu)勢(shì)，但對(duì)于 VR 來說就不那么重要了。

    MicroOLED：準(zhǔn)備在 VR 和透明 AR 顯示領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位

    OLED 微型顯示器 (MicroOLED) 開始用于 VR/MR（混合現(xiàn)實(shí)）顯示器，特別是現(xiàn)在 Apple Vision Pro。它既可用于 VR，也可用于透視 AR。它可以幫助減少外形尺寸和屏蔽門效應(yīng)。MicroOLED顯示器通�？煞譃镽GB OLED和白色OLED（WOLED）。然而，高分辨率RGB OLED微型顯示器仍然面臨FMM（精細(xì)金屬掩模）沉積過程中陰影效應(yīng)的挑戰(zhàn)。白色OLED使用彩色濾光片生成圖像，可以實(shí)現(xiàn)高PPI（4000PPI）。然而，彩色濾光片會(huì)吸收很高比例的發(fā)射光，這限制了 MicroOLED 的最大亮度。索尼一直在使用 microLens 來提高 OLED 微型顯示器的峰值亮度。Kopin 開發(fā)了三重堆棧架構(gòu)來提高亮度。eMagin 在 WUXGA 4K OLED 微顯示器中實(shí)現(xiàn)了 10,000 尼特的亮度，該顯示器是通過在背板上直接圖案化（消除濾色器）紅色、綠色和藍(lán)色 (RGB) 子像素發(fā)射器而制成的。三星顯示器已收購 eMagin。

    MicroLED：AR 顯示的新興存在

    MicroLED 的極高亮度、高可靠性（無機(jī) LED 顯示器）以及以低功耗打造超緊湊外形的能力將為透視 AR 市場(chǎng)帶來重大優(yōu)勢(shì)。為了在單個(gè)基板上開發(fā)具有亞微米芯片尺寸的高效率 MicroLED。與此同時(shí)，MicroLED的效率隨著芯片尺寸的縮小而下降。三星顯示器公司的研究表明，正如富有洞察力的文章“高級(jí) VR 和 AR 顯示器”所指出的，“通過使用適當(dāng)?shù)膫?cè)壁鈍化結(jié)構(gòu)和方法最大限度地減少表面缺陷，可以緩解與尺寸相關(guān)的外部量子效率 (EQE) 降低問題”在 Samsung Display 團(tuán)隊(duì)的《信息顯示》雜志（2023 年 3 月/4 月）中。文章稱，多個(gè)研究小組和公司正在開發(fā)橫截面RGB和堆疊垂直RGB，以在單晶圓上實(shí)現(xiàn)RGB，但該技術(shù)還不夠成熟，無法應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。第 一步將使用光學(xué)組合器將三個(gè) RGB 面板商業(yè)化，下一步預(yù)計(jì)將開發(fā)使用單片 RGB 面板的 AR 產(chǎn)品。Jade Bird Display (JBD)、Porotech、PlayNitride 等公司最近展示了全彩 microLED 演示。

    根據(jù) Mojo 首席執(zhí)行官 Nikhil Balaram 在 DSCC AR/VR 論壇上的演講，需要在單個(gè)基板上實(shí)現(xiàn)高效的亞微米尺寸 RGB MicroLED。對(duì)于制造業(yè)來說，它需要成熟的生態(tài)系統(tǒng)和具有成本效益的可擴(kuò)展流程。Mojo 開發(fā)了一種彩色顯示器，采用高性能量子點(diǎn) (HPQD)、高效亞微米藍(lán)色和綠色 microLED 以及高效紅色和綠色 QD 墨水。他們使用 300mm 硅基氮化鎵制造工藝。

    Nanosys 高級(jí)科學(xué)家 Ilan Jen-La Plante 在論壇上表示：“QDCC 工藝簡(jiǎn)化了 microLED 制造，并提高了 R/G/B LED 芯片標(biāo)準(zhǔn)巨量轉(zhuǎn)移的良率，因?yàn)橹恍枰�藍(lán)色芯片。由于僅使用藍(lán)芯片，驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備將被簡(jiǎn)化。紅色 QD-MicroLED 比固有紅色 MicroLED 效率更高，尤其是在像素尺寸較小時(shí)”。

    JBD于10月宣布，“其0.13英寸紅色MicroLED芯片的亮度已超過100萬尼特。JBD的紅色MicroLED像素間距僅為4um，而發(fā)射極尺寸甚至<2um，面臨效率的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。結(jié)合新材料和新工藝的出色鈍化，最終設(shè)計(jì)進(jìn)一步突破了尺寸效應(yīng)障礙，顯著提高了內(nèi)量子效率。紅色亮度里程碑將 JBD 的 Hummingbird X-cube 多色投影機(jī)提升到了一個(gè)新的水平。JBD將推出量產(chǎn)的蜂鳥光學(xué)引擎，以提振消費(fèi)級(jí)AR玻璃市場(chǎng)”。蜂鳥彩色投影儀集成了三個(gè) 0.13 英寸 microLED 顯示屏。MicroLED 正在走向商業(yè)化：

    應(yīng)用材料：UV-A microLED 和無 Cd RGB QD，高 EQE、高效率、簡(jiǎn)化傳質(zhì)、第 4 個(gè)子像素的像素修復(fù)方案，提高制造良率并降低生產(chǎn)成本

    PlayNitride：針對(duì)AR/MR，μ-PixeLED，單器件0.49英寸FHD全彩MicroLED微顯示屏，超高4,536ppi，>150,000nits

    Porotech：0.26、1280×720 MicroLED 微顯示單面板，用于 AR 全彩

    JBD：用于 AR、VGA 的 0.13 英寸單片 MicroLED 微顯示器，帶彩色投影儀（正在生產(chǎn)）

    NS Nanotech：用于 ARVR 的 NanoLED 微型顯示器，亞微米級(jí)、高效、多色光源單片集成在單個(gè)芯片上

    LCD：MiniLED 在 VR 顯示器中的強(qiáng)勢(shì)表現(xiàn)

    LCD 憑借高 PPI 等技術(shù)進(jìn)步引領(lǐng) VR 市場(chǎng)。目前，這些公司正在使用先進(jìn)的LTPO（LTPS+氧化物背板）來生產(chǎn)對(duì)于VR至關(guān)重要的更高開口率的顯示器。局部調(diào)光技術(shù)的使用實(shí)現(xiàn)了更高的對(duì)比度和更低的功耗。MiniLED背光的集成有助于提高LCD在響應(yīng)時(shí)間、對(duì)比度、亮度和壽命方面的性能。LCD 也更具成本競(jìng)爭(zhēng)力。

    對(duì)于AR/VR市場(chǎng)來說，每種顯示技術(shù)都有自己的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。顯示技術(shù)的創(chuàng)新，尤其是 Micro OLED 和 MicroLED，對(duì)于推動(dòng) AR/VR 市場(chǎng)的增長(zhǎng)至關(guān)重要。