今年以來,“元宇宙”概念持續(xù)升溫,被視為元宇宙入口的AR/VR設備也被推至浪尖,AR/VR硬件成為國際科技巨頭搶奪元宇宙蛋糕重要一環(huán),蘋果、Meta、三星、微軟、任天堂紛紛宣布其布局AR/VR硬件設備的計劃。

行業(yè)機構預測,巨頭“帶路”VR/AR硬件設備有望迎來大幅增長。IDC預測,VR頭戴設備的出貨量將從2020 年的約500萬臺增加到2025年的2800萬臺以上。AR頭戴設備出貨量預計將從2020年約30萬臺增加到2025年的2100萬臺。

據(jù)作為AR/VR硬件重要組成部分近眼顯示也將受VR/AR硬件驅動,迎來新一輪產業(yè)春天。目前,快速響應液晶屏產品憑借成熟的工藝、充足的量產和最高的性價比,成為VR硬件設備中應用最廣泛的顯示方案;AR方面,硅基液晶和硅基OLED成為AR終端兩大近眼顯示解決方案,現(xiàn)階段硅基OLED因在功耗、對比度等指標優(yōu)于硅基液晶而成為AR主流產品的選擇;Micro LED成為近眼顯示產業(yè)探索的重點方向,有望乘著“元宇宙”東風,加快產業(yè)化和產品化進程。

硅基OLED最先乘風

今年11月,“蘋果頭號預言家”郭明錤透露,蘋果2022年Q4發(fā)布的首款AR頭顯設備將配備索尼4K Micro OLED(硅基OLED)顯示屏,目標是在10年內取代iPhone,預計出貨將超過10億部。

作為蘋果首款AR設備的顯示方案選擇,Micro OLED(硅基OLED)有何魔力?

記者了解到,硅基OLED是一種融合了顯示和半導體的技術,具有高分辨率、高集成度、低功耗、體積小、重量輕等優(yōu)勢,像素尺寸為傳統(tǒng)顯示器件的1/10,精細度遠遠高于傳統(tǒng)器件,適用于頭盔顯示器、立體顯示鏡以及眼鏡式顯示器等。

“玻璃基的AMOLED受制于FMM工藝,像素尺寸做不小,PPI不高導致畫面顆粒感比較明顯。”京東方科技集團股份有限公司顯示事業(yè)VR/AR BU總經理楊婷婷早前接受《中國電子報》記者采訪時解釋說。而硅基OLED微顯示器的像素密度可達5000PPI,可以削弱用戶因畫面響應速度慢和分辨率不足導致“紗窗效應”產生的眩暈感。

賽迪智庫集成電路所馬蓓蓓博士在接受《中國電子報》記者采訪時表示,硅基OLED+光波導是目前高端AR硬件的不二之選。她解釋說,理論上硅基OLED也可作為VR顯示屏,但受制于硅片特性原因,硅基OLED尺寸還無法做到更大,目前更多應用于AR硬件。

“超高PPI、分辨率大于4K、大于等于90赫茲的刷新率、以及大于等于3000尼特的亮度。滿足以上所有指標的近眼顯示方案才能給用戶呈現(xiàn)出逼真畫面?！碑a業(yè)專家對《中國電子報》記者說,此外,近眼顯示方案還要兼顧輕薄、功耗低和像素密度高、技術成熟度高等。

硅基顯示方案在各項指標上已經很好滿足近眼顯示的需求,但是技術成熟度和量產能力還有待加強?！笆芄鈱W鏡頭能力限制和硅片價格昂貴導致成本偏高,硅基OLED應用在高端產品上,未來隨著技術和市場的發(fā)展,硅基OLED若具成本競爭力,會掀起革命式的爆發(fā)?！睏铈面帽硎尽?/span>

近年來,國內掀起硅基OLED投資熱潮,僅2020年產線投資規(guī)模超過200億元,奧雷德、京東方、維信諾旗下昆山夢顯、熙泰科技、合肥視涯等企業(yè)紛紛入局。根據(jù)廠商披露的產線建設規(guī)劃,2022年部分產線將完成建設進入點亮甚至開始爬坡和量產。如京東方發(fā)布的公告顯示,12英寸OLED微顯示器件(硅基OLED)項目將分3期實施,項目第一階段預計于2021年點亮,第二階段于2022年點亮,第三階段于2023年點亮,預計將于2024年1月全部完成。

隨著京東方、視涯等廠商產線點亮和產能提升,硅基OLED有望成為最先“乘風”元宇宙,產能和市場都有望迅速擴張。中國電子信息產業(yè)發(fā)展研究院預計,2023年硅基OLED市場規(guī)模有望達900億美元。

Micro LED還在產品化路上

相比硅基OLED,Micro LED是科技巨頭押寶的另一個AR/VR近眼顯示方案。國外廠商Vuzix、TCL旗下雷鳥科技、小米等廠商已經發(fā)布Micro LED智能眼鏡或AR設備概念產品。有消息顯示,蘋果也在和中國臺灣的LED廠商晶元光電 (Epistar) 合作研發(fā)Micro LED顯示產品。

中國科學院院士鄭有炓曾表示,Micro LED可應用于VR/AR兩個微顯示領域,他認為Micro LED應該最先突破AR。他解釋說,AR眼鏡用近眼Micro LED顯示要求極小面積、高分辨率,由于傳統(tǒng)的精準拾放、轉印等巨量轉移技術面臨挑戰(zhàn),另辟蹊徑可以借助Si微電子技術實現(xiàn)。因此與VR相比,由于AR產品上的Micro LED可以單色、單片、用硅材料支撐,進而可以批量生產。

據(jù)了解,Micro LED具有超薄、低功耗、高亮度、高對比、體積小、功耗低、壽命長、反應速度快等優(yōu)點。 

賽迪智庫集成電路研究所光電子研究室主任耿怡早前向《中國電子報》記者介紹說,從參數(shù)上來看,相比硅基OLED的微秒級響應,Micro LED已經能夠實現(xiàn)納秒級響應,響應速度進一步提升;在對比度指數(shù)上,相比硅基液晶的1000∶1,Micro LED已經提升至100000∶1,亮度提升至100000尼特。此外,Micro LED可搭配光波導成像方案,生產的產品厚度更低。由于Micro-LED具備的上述特點,該類型屏幕更容易實現(xiàn)高PPI、體積小、易于攜帶、功耗低,更適合應用于近眼顯示設備。由于單個LED燈珠的體積更小,Micro-LED將能夠在單位面積的尺寸上實現(xiàn)更高的分辨率。從這個角度來看,Micro-LED將在AR/VR應用中具備更大的優(yōu)勢。

盡管Micro LED具有諸多顯示優(yōu)點,但是其產業(yè)化程度較低、良率較低、成本較高導致AR硬件產品近一兩年還不可能實現(xiàn)大規(guī)模使用Micro LED方案。

“Micro LED正經歷從樣品到商品化的過程,但還無法實現(xiàn)產品化。 ”產業(yè)專家指出,Micro-LED的發(fā)展還處于早期階段,外延成本高、產線不成熟、掌握該技術的廠家極少,仍未真正進入消費級市場。   

據(jù)了解,臺積電和蘋果正在合作研發(fā)Micro LED顯示技術。業(yè)內預測,Micro LED是否具備大規(guī)模生產能力,需要到2022年之后才有更清晰的判斷。半導體分析機構Yole預測,2022至2023年,Micro LED 的應用將會有很大的突破。在技術發(fā)展較為樂觀情況下,到2025年,Micro LED才能夠逐漸商業(yè)化;2026年Micro LED面板出貨量有望達到1.34億片,2027年總產量可達2.51億片。