Micro OLED和Micro LED屏幕将成为AR/VR头显的未来

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由于Meta和苹果等巨头对元宇宙的关注,市场对AR/VR/MR等领域的兴趣正在不断增加。到目前为止,行业的实际情况与大家的高度期望并不相符。根据IDC的数据,全球AR/VR头显出货量连续第四个季度下降,2023年第二季度同比下降44.6%。

要推动普及,我们需要解决多重挑战,而显示技术的创新对于开发AR/VR产品和推动市场增长至关重要。目前,诸如Meta,苹果和三星等都在积极探索Micro OLED和Micro LED,因为它们可以以微小尺寸实现高分辨率,并具有高亮度、高对比度、高PPI、高集成度、低响应时间及低功耗等等特性,特别适合AR/VR等近眼设备。

在早前一篇文章中,显示器市场研究机构Dash-Insights的Sweta Dash撰文介绍了自己对未来AR/VR市场的展望,并认为MicroOLED和MicroLED将成为AR/VR显示器的未来:

更高的增长预测

根据于9月份举行的AR/VR显示论坛,从2024年开始,AR/VR头显市场预计将在未来5年内实现更强劲的增长。我们的假设是,随着打造高通骁龙XR2 Gen 2的新头显陆续亮相,市场在2024年将出现显著增长。

IDC预测,AR/VR头显出货量将在2024年反弹,同比增长46.8%,原因是Meta和字节跳动的新硬件,苹果Vision Pro的推出,以及小公司的崛起。DSCC则预计Vision Pro实现小批量出货(30万台)。Meta已经推出Quest 3,而三星电子将在长期缺席后重新进入市场。

DSCC进一步预测,到2028年,AR/VR显示器的出货量将达到1.24亿台。他们指出:“AR/VR不会取代手机,而是会用作第二个屏幕。”DSCC认为VR将主导消费领域,而透明AR将主要面向专业人士。

多种显示技术之争

VR和AR的显示要求不尽相同。

VR:

  • 主要基于TFT LCD和AMOLED
  • Micro OLED已经引入
  • 需要高像素密度来减少纱窗效果
  • 需要高刷新率以减少晕动症
  • 需要更小更轻

AR

-主要采用微型显示器(DLP, Micro-LCD, LCoS, MicroOLED)或激光束扫描仪LBS。

  • Micro LED进入市场
  • 需要高分辨率,非常高的亮度显示,眼镜形态设计,小尺寸(更薄更轻)和小功耗
  • 基本配置包括显示单元、放大光学元件和组合器

对于AR/VR,系统分辨率可以用PPD(每度像素)来测量。如果PPD不够高,就会出现纱窗效果。为了克服这个问题,一系列的企业开始使用高分辨率微型显示器。例如,VR系统开始使用Micro OLED来减小尺寸和减少纱窗效果。

DSCC预测,在未来几年内,硅基OLED将占据VR显示器市场的最大出货量份额,其次是LCD。由于像素密度的限制,AMOLED将失去市场份额。具有更高亮度潜力的Micro LED则对AR具有优势,但对VR不太重要。

Micro OLED:有望主导VR和AR

Micro OLED已经开始用于VR/MR显示器,尤其是苹果Vision Pro。它可以帮助减少尺寸和纱窗效果。Micro OLED显示器一般可分为RGB OLED和白色OLED (WOLED)。然而,高分辨率RGB OLED微型显示器依然面临着FMM沉积过程中的阴影效应的挑战。白色OLED采用彩色滤光片生成图像,可实现高PPI (4000PPI)。然而,彩色滤光片吸收了非常高百分比的发射光,限制了Micro OLED的最大亮度。

索尼一直在使用microLens来提高OLED微型显示器的峰值亮度。Kopin开发了一个三重堆栈架构来提高亮度。三星收购的eMagin在WUXGA 4K OLED微型显示器身上实现了10000 nits的亮度(通过在背板直接图像化红、绿、蓝亚像素发射器制成)。

对于Micro OLED来说,更高的PPD、高亮度、高分辨率、高填充系数、更高的效率和更长的寿命能力导致了VR需求的增加。AR需要非常高的亮度、非常高的分辨率和非常高的对比度,所述要求使得Micro OLED显示器更适用于AR和VR。

  • OLED oS具有更高的效率、更长的使用寿命和越来越多的市场份额
  • 苹果推出了Vision Pro采用了索尼的2块Micro OLED显示屏,售价3499美元,预计将于2024年初推出
  • 索尼提供了1.3英寸的Micro OLED(采用microLens),4032PPI
  • LG展示了用于AR的0.42英寸OLED显示器,3500 ppi
  • 京东方展示了1.3英寸4K4K Micro OLED VR显示屏,>4000PPI
  • 三星将从2024年开始批量生产Micro OLED,并已经收购了eMagin

MicroLED与AR

Micro LED的高亮度、高可靠性、以及超低功耗的超紧凑外形对AR而言具有主要优势。但同时,Micro LED的效率随着芯片尺寸的缩小而下降。三星的研究结果表明,通过适当的侧壁钝化结构和方法将表面缺陷最小化,这可以缓解与尺寸相关的EQE降低问题。目前有多个研究小组和公司正在开发横截面RGB和堆叠垂直RGB,以便在单晶圆实现RGB,但技术尚不够成熟,无法应用于量产。最近,Jade Bird Display 、Porotech、PlayNitride 等公司都已经演示了自家的全彩Micro LED。

根据Mojo在DSCC AR/VR论坛的演讲,需要在单一衬底实现高效的亚微米尺寸RGB MicroLED。对于制造而言,它需要一个成熟的生态系统和具有成本效益的可扩展流程。Mojo开发了一种使用高性能量子点的彩色显示器,其具有高效的亚微米蓝色和绿色Micro LED以及高效的红色和绿色QD ink。他们正在使用300毫米氮化镓硅制造工艺。

Nanosys在论坛中表示:“QDCC工艺简化了Micro LED的制造,因为只需要蓝筹片。驱动电子设备将简化为只使用蓝色芯片。红色QD-MicroLED比固有的红色MicroLED效率更高,特别是在小像素尺寸下。”

Jade Bird Display在10月份宣布,其0.13英寸红色Micro LED芯片的亮度已超过100万尼特。这个红色Micro LED的像素间距仅为4um,射极尺寸甚至小于2um。结合新材料和新工艺的出色钝化,最终设计进一步突破了尺寸效应障碍,显著提高了内部量子效率。

可以看到,Micro LED正在走向商业化:

  • 应用材料:UV-A Micro LED和Cd-free RGB量子点,高EQE,高效率,4亚像素像素修复方案,提高制造良率,降低生产成本
  • PlayNitride:μ-PixeLED,单个器件0.49英寸FHD全彩MicroLED显示器,超高4536ppi,亮度大于150000nits
  • Porotech:0.26英寸, 1280×720 MicroLED单面板全彩AR
  • Jade Bird Display:0.13英寸单片Micro LED显示器,带多色投影仪
    NS Nanotech:用于ARVR的NanoLED微型显示器,亚微米级,高效率,多色光源单片集成在单个芯片之上。

LCD:在VR显示中有很强的存在感

LCD以高PPI等技术进步引领VR市场。企业正在使用先进的LTPO生产具有更高孔径比的显示器。另外,采用局部调光技术实现了更高的对比度和更低的功耗,而MiniLED背光的集成有助于提高LCD在响应时间、对比度、亮度和寿命方面的性能。lCD在成本方面同样更具竞争力。

对于AR/VR市场来说,每种显示技术都有自己的优势和挑战。显示技术的创新,特别是MicroOLED和MicroLED对于推动AR/VR市场的增长至关重要。

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