AR/VR 顯示技術的未來—MicroOLED&MicroLED分析

    由于 Meta 等行業(yè)領導者最近對虛擬世界的關注，人們對 AR（增強現實）/VR（虛擬現實）市場的興趣激增。Apple 推出 Vision Pro 開啟了空間計算的新時代。有些人將 AR/VR 視為下一代 3D 數字交互 IT 平臺。截至目前，市場的實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%�！� 需要解決多項挑戰(zhàn)才能推動需求并提高采用率。顯示技術的創(chuàng)新對于開發(fā) AR/VR 產品和推動市場增長至關重要。

    更高的增長預測

    根據 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 耳機市場預計從 2024 年開始的未來 5 年將出現更強勁的增長。假設是：由于采用即將推出的高通 Snapdragon XR2 Gen 2 的新耳機，2024 年將出現顯著增長。IDC 還預測 AR/VR 耳機出貨量將在 2024 年反彈，由于 Meta 和字節(jié)跳動的新硬件、蘋果的 Vision Pro，以及越來越多的小公司。DSCC 預計 Vision Pro 的銷量較低（300,000 件），價格為 3,499 美元，并且需要視力矯正光學鏡片（由蔡司設計）的用戶需要支付額外費用。Meta 預計將在今年年底推出 Quest 3，三星可能會在闊別已久之后重新進入該市場。

    隨著產品多屏化的趨勢，AR/VR顯示屏出貨量將超過頭顯。大多數設備都有兩個顯示器（每只眼睛一個）。DSCC 預測 AR/VR 的顯示器出貨量將在 2028 年達到 1.24 億臺。正如 Guillaume 在論壇上指出的那樣，“AR/VR 不會取代手機，而是用作第二屏幕（就像今天的平板電腦）。DSCC 預計 VR（包括穿透式 AR）將主導消費領域。透視 AR 主要面向專業(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，則會出現屏蔽門效應。為了克服這個問題，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。DSCC 預測，未來幾年，硅基 OLED 將占據 VR 顯示市場出貨量的最大份額，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 對于透視 AR 來說具有優(yōu)勢，但對于 VR 來說就不那么重要了。

    MicroOLED：準備在 VR 和透明 AR 顯示領域占據主導地位

    OLED 微型顯示器 (MicroOLED) 開始用于 VR/MR（混合現實）顯示器，特別是現在 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。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（精細金屬掩模）沉積過程中陰影效應的挑戰(zhàn)。白色OLED使用彩色濾光片生成圖像，可以實現高PPI（4000PPI）。然而，彩色濾光片會吸收很高比例的發(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)了三重堆棧架構來提高亮度。eMagin 在 WUXGA 4K OLED 微顯示器中實現了 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 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 市場帶來重大優(yōu)勢。為了在單個基板上開發(fā)具有亞微米芯片尺寸的高效率 MicroLED。與此同時，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 VR 和 AR 顯示器”所指出的，“通過使用適當的側壁鈍化結構和方法最大限度地減少表面缺陷，可以緩解與尺寸相關的外部量子效率 (EQE) 降低問題”在 Samsung Display 團隊的《信息顯示》雜志（2023 年 3 月/4 月）中。文章稱，多個研究小組和公司正在開發(fā)橫截面RGB和堆疊垂直RGB，以在單晶圓上實現RGB，但該技術還不夠成熟，無法應用于大規(guī)模生產。第 一步將使用光學組合器將三個 RGB 面板商業(yè)化，下一步預計將開發(fā)使用單片 RGB 面板的 AR 產品。Jade Bird Display (JBD)、Porotech、PlayNitride 等公司最近展示了全彩 microLED 演示。

    根據 Mojo 首席執(zhí)行官 Nikhil Balaram 在 DSCC AR/VR 論壇上的演講，需要在單個基板上實現高效的亞微米尺寸 RGB MicroLED。對于制造業(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展流程。Mojo 開發(fā)了一種彩色顯示器，采用高性能量子點 (HPQD)、高效亞微米藍色和綠色 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 高級科學家 Ilan Jen-La Plante 在論壇上表示：“QDCC 工藝簡化了 microLED 制造，并提高了 R/G/B LED 芯片標準巨量轉移的良率，因為只需要藍色芯片。由于僅使用藍芯片，驅動電子設備將被簡化。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”。

    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，面臨效率的嚴峻挑戰(zhàn)。結合新材料和新工藝的出色鈍化，最終設計進一步突破了尺寸效應障礙，顯著提高了內量子效率。紅色亮度里程碑將 JBD 的 Hummingbird X-cube 多色投影機提升到了一個新的水平。JBD將推出量產的蜂鳥光學引擎，以提振消費級AR玻璃市場”。蜂鳥彩色投影儀集成了三個 0.13 英寸 microLED 顯示屏。MicroLED 正在走向商業(yè)化：

    應用材料：UV-A microLED 和無 Cd RGB QD，高 EQE、高效率、簡化傳質、第 4 個子像素的像素修復方案，提高制造良率并降低生產成本

    PlayNitride：針對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）

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

    LCD：MiniLED 在 VR 顯示器中的強勢表現

    LCD 憑借高 PPI 等技術進步引領 VR 市場。目前，這些公司正在使用先進的LTPO（LTPS+氧化物背板）來生產對于VR至關重要的更高開口率的顯示器。局部調光技術的使用實現了更高的對比度和更低的功耗。MiniLED背光的集成有助于提高LCD在響應時間、對比度、亮度和壽命方面的性能。LCD 也更具成本競爭力。

    對于AR/VR市場來說，每種顯示技術都有自己的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。顯示技術的創(chuàng)新，尤其是 Micro OLED 和 MicroLED，對于推動 AR/VR 市場的增長至關重要。