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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(shè)備也被推至風(fēng)口浪尖。AR/VR硬件成為國際科技巨頭搶食元宇宙蛋糕的重要一環(huán)，蘋果、Meta、三星、微軟、任天堂紛紛宣布布局AR/VR硬件設(shè)備的計劃。

行業(yè)機(jī)構(gòu)預(yù)測，在巨頭“帶路”下，VR/AR硬件設(shè)備有望迎來大幅增長。IDC預(yù)計，VR頭戴設(shè)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(shè)備的出貨量預(yù)計將從2020年約30萬臺增加到2025年的2100萬臺。

作為AR/VR硬件重要組成部分，近眼顯示也將受VR/AR硬件驅(qū)動，迎來新一輪產(chǎn)業(yè)高潮。目前，快速響應(yīng)液晶屏產(chǎn)品憑借成熟的工藝、充足的量產(chǎn)和極高的性價比，成為VR硬件設(shè)備中應(yīng)用極為廣泛的顯示方案。

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(biāo)上優(yōu)于硅基液晶，成為AR主流產(chǎn)品的選擇。Micro LED作為近眼顯示產(chǎn)業(yè)探索的重點方向，有望乘著“元宇宙”東風(fēng)，加快產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品化進(jìn)程。

硅基OLED最先乘風(fēng)

今年11月，“蘋果頭號預(yù)言家”郭明錤透露，蘋果2022年第四季度發(fā)布的首款A(yù)R頭顯設(shè)備，將配備索尼4K Micro OLED(硅基OLED)顯示屏，目標(biāo)是在10年內(nèi)取代iPhone，預(yù)計出貨將超過10億部。

成為蘋果首款A(yù)R設(shè)備的最終顯示方案，Micro OLED有何魔力?

《中國電子報》記者了解到，硅基OLED是一種融合了顯示和半導(dǎo)體的技術(shù)，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(xì)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)致畫面顆粒感比較明顯。”京東方科技集團(tuán)股份有限公司顯示事業(yè)VR/AR BU總經(jīng)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(dá)5000PPI，可以削弱用戶因畫面響應(yīng)速度慢和分辨率不足導(dǎo)致“紗窗效應(yīng)”產(chǎn)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(dǎo)”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，但受制于硅片特性等原因，硅基OLED尺寸還無法做到更大，目前更多應(yīng)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(biāo)的近眼顯示方案才能給用戶呈現(xiàn)出逼真畫面。”業(yè)內(nèi)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(shù)成熟度高等因素。

硅基顯示方案在各項指標(biāo)上已經(jīng)很好地滿足了近眼顯示的要求，但是技術(shù)成熟度和量產(chǎn)能力還有待提高。“光學(xué)鏡頭能力的限制和硅片價格昂貴導(dǎo)致成本偏高，硅基OLED主要應(yīng)用在高端產(chǎn)品上。未來隨著技術(shù)和市場的發(fā)展，硅基OLED若具備成本競爭力，會出現(xiàn)革命式的爆發(fā)。”楊婷婷表示。

近年來，國內(nèi)掀起硅基OLED投資熱潮，僅2020年產(chǎn)線投資規(guī)模超過200億元，奧雷德、京東方、維信諾旗下的昆山夢顯、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(chǎn)線建設(shè)規(guī)劃，2022年部分產(chǎn)線將完成建設(shè)進(jìn)入點亮階段，甚至開始爬坡和量產(chǎn)。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(yù)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(yù)計將于2024年1月全部完成。

隨著京東方、視涯等廠商的產(chǎn)線點亮和產(chǎn)能提升，硅基OLED有望最先“乘風(fēng)”元宇宙，產(chǎn)能和市場都將迅速擴(kuò)張。中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院預(yù)計，2023年硅基OLED的市場規(guī)模將達(dá)900億美元。

Micro LED還在產(chǎn)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旗下的雷鳥科技、小米等眾多廠商已經(jīng)發(fā)布Micro LED智能眼鏡或AR設(shè)備概念產(chǎn)品。有消息稱，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(chǎn)品。

中國科學(xué)院院士鄭有炓曾經(jīng)表示，Micro LED可應(yīng)用于VR/AR兩個微顯示領(lǐng)域。他認(rèn)為Micro LED會最先在AR領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

鄭有炓解釋說，AR眼鏡用近眼Micro LED顯示方案，要求極小面積、高分辨率。由于傳統(tǒng)的精準(zhǔn)拾放、轉(zhuǎn)印等巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)面臨挑戰(zhàn)，可以借助Si微電子技術(shù)實現(xiàn)另辟蹊徑。與VR相比，由于AR產(chǎn)品上的Micro LED可以單色、單片以及用硅材料支撐，因此可以批量生產(chǎn)。

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(yīng)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(yīng)，Micro LED已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)納秒級響應(yīng)，響應(yīng)速度進(jìn)一步提升。在對比度指數(shù)上，相比硅基液晶的1000∶1的對比度，Micro LED的對比度已經(jīng)提升至100000∶1，亮度提升至10萬尼特。此外，Micro LED可搭配光波導(dǎo)成像方案，生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度更薄。

由于Micro LED具備上述特點，該類型屏幕更容易實現(xiàn)高PPI、體積小、易于攜帶、功耗低，因此更適合應(yīng)用于近眼顯示設(shè)備。由于單個LED燈珠的體積更小，Micro LED能夠在單位面積上實現(xiàn)更高的分辨率。從這個角度來看，Micro LED將在AR/VR應(yīng)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(chǎn)業(yè)化程度較低、良率較低、成本較高，這也導(dǎo)致AR硬件產(chǎn)品近一兩年還不可能大規(guī)模使用Micro LED方案。

“Micro LED正經(jīng)歷從樣品到商品的過程，但還無法實現(xiàn)產(chǎn)品化。”產(chǎn)業(yè)專家表示，Micro LED的發(fā)展還處于早期階段，外延成本高、產(chǎn)線不成熟、掌握該技術(shù)的廠家極少，仍未真正進(jìn)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(shù)。業(yè)內(nèi)預(yù)測，Micro LED是否具備大規(guī)模生產(chǎn)能力，需要到2022年之后才有更清晰的判斷。半導(dǎo)體分析機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測，2022年至2023年，Micro LED的應(yīng)用將有很大突破。在技術(shù)發(fā)展較為樂觀的情況下，到2025年，Micro LED才能夠逐漸商業(yè)化。2026年，Micro LED的面板出貨量有望達(dá)到1.34億片，2027年總產(chǎn)量可達(dá)2.51億片。