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AR/VR时代潜力无限的下一代显示技术--Micro LED

MicroLED.cn MicroLED 2021-01-30 11:56:52 49647 0 | 文章出自:MicroLED MicroLED

人们从未停止过对显示设备的追求,从CRT到等离子、液晶显示,日本韩国以及台湾地区企业的之间争霸故事之精彩堪比小说,大陆企业在这几十年间也几经沉浮,有过短暂辉煌,也曾洒下辛酸泪。

一代面板造就一代霸主,没跟上脚步就会成为时代的弃儿,如今已是OLED的时代,三星赚的盆满钵满,以LCD闻名的日企则已有了萧索之感。

OLED 目前就是一颗璀璨无比的新星,风头之盛一时无两。然而历史总是一再的重演,干掉OLED 的下一代显示方案必然已经在一旁虎视眈眈了。

下一代显示技术Micro LED的一些特性,也许会让它成为AR/VR时代的宠儿。

苹果对于新技术的预见性一向十分精准,2014年对LuxVue Technology这家小公司的收购让名为Micro LED技术真正进入人们的视野。

在仔细介绍Micro LED之前,不妨先聊聊OLED先,OLED 在很多年前就已经提出并研发,它的许多优秀特点被看好并被视为LCD的有力竞争者。

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OLED的结构使得它的厚度比LCD薄很多,手机的显示屏能够做薄,留给其他元器件的空间也就更多,手机的外形也能做的更美观,这一特点使得OLED受到手机行业的追捧。

OLED 不需要背光的特性使得它显示黑色的效果更好,相较之下LCD的黑色并不纯粹,对比度方面OLED更胜一筹。当屏幕显示黑色的时候,OLED 更为省电——不需要发光。(但是在白画面的情况下OLED 就没有优势了)

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可弯曲、色域广,也让屏幕能做成曲面,显示效果更好。

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OLED有着远超LCD的高响应速率,用在AR/VR上时能有效减少不适,增加沉浸感。

看上去OLED 已经足够完美了,然而并不是。

三星手机、pixel 2 XL都被爆出过“烧屏”,不是屏幕真的烧了起来,而是长期高亮度显示的屏幕区域老化损伤,导致屏幕留下了残影。造成烧屏的原因和OLED 屏幕的结构有关,想要延缓烧屏的出现,不要长期使用最高亮度、不能长期让屏幕某一区域显示同一图案。Pixel 2 XL的输入法部分(该部位长期高亮度白光显示),造成了该屏幕区域的损坏。

iPhone X也面临烧屏的风险,不过苹果会针对这一问题进行软件优化,延缓老化的进程。

而Micro LED可以说是继承了OLED 优点的同时,更上一层楼,在体积微型、低耗电、高色彩饱和度、反应速度上更加优秀,与此同时比OLED的使用寿命更长,简直完美。

Micro LED将LED晶体薄膜用微缩制程技术进行微缩化、阵列化、薄膜化,然后通过巨量转移技术将晶体薄膜批量转移到电路板上,利用物理沉积制造保护层,最后完成封装。

Micro LED将LED的像素大小从毫米级降低到了微米级,目标1~10μm,而目前LED的尺寸大多数在250-750μm。

更小的LED尺寸使得相同体积下能装下更多的像素点,使得Micro LED的ppi能够遥遥领先。不过要将如此巨量的微小LED晶粒安装到紧密的适当位置很难做到,这些晶粒非常的小,对安装精度要求也很高,是一件高精尖的活。

不过Micro LED出色的特性完全值得这些技术上的攻坚克难。

高PPI的Micro LED小屏是AR/VR的不二选择,除了画素密度高之外,Micro LED的响应速度也达到纳秒级别,优于OLED 的微妙级以及LCD的毫秒级。

使用寿命长,不需要同oled那样小心翼翼的使用。同样是自发光,兼具了OLED的优点,功耗更低。

目前Micro LED在技术上仍存在问题需要克服,成本也不具备和OLED、LCD的竞争的能力,等到技术成熟或许还需要三五年时间,而这个时间差不多是对AR/VR眼镜预计的成熟时机,到时候二者应当是一拍即合,相得益彰。

下一代显示技术的竞争者中还有三星押宝的QLED,不过就AR/VR显示屏选择的角度来看,Micro LED的优势更为明显。

东亚各面板企业之间的战争仍在继续,京东方OLED成果可喜,希望在新一轮的技术升级中国产厂商能够稳住上升的势头,抓住Micro LED的机会弯道超车,完成逆袭。

MicroLED和光波导:决定AR未来的关键技术

据麦姆斯咨询报道,数十年来,增强现实(AR)和虚拟现实(VR)热度不减。基于现有光学和传感元件,VR已面向消费者推出多年。除了对VR和AR设备的整体改进之外,产业界也致力于尺寸小型化。因此,带来了很多微型显示器技术,包括硅基有机发光显示(OLED-on-Silicon)、microled,与Pancake光学元件搭配,能够提供适当的像素密度、视场和外形尺寸。

AR,曾经也将继续成为消费电子产品公司实现替代智能手机梦想的技术。人类已经习惯了高质量的显示器。但到目前为止,作为平板显示器行业的下一代产品,AR所能提供的图像质量还无法达到人类需求。随着各项技术的不断进步,我们看到光波导和MicroLED取得的一些进展将带来新功能。

Yole预计,第一代头戴式AR设备的销量将于2021年达到首个里程碑。这将基于MEMS微镜或硅基OLED显示解决方案的传统光学器件。但是,市场要真正启动,需要彻底的技术范式转换。这一切光学技术都围绕着波导展开。长期以来,大家一直在与波导可能带来的不良光学效率进行斗争。从过去不到1%的光学效率,到现在,我们看到的结果已提高了一个数量级。因此,能满足原始设备制造商(OEM)对均匀性改善的最低要求。Yole预计,到2023年左右将达到第二个里程碑,届时知名消费电子品牌将推出满足消费者对性能、成本和外形三方面要求的产品。但是目前仍然缺少一个元素:显示器。虽然业界一直在努力,但尚未出现MicroLED产品。MicroLED微型显示器可以提供其它解决方案无法媲美的优势,包括亮度、尺寸、色彩和对比度。所有OEM厂商都在等待这个机会的实现,预计到2027年MicroLED渗透率将达到30%。

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消费类AR市场将分别于2021年和2023年迎来销量里程碑(来源:Yole)

以可接受的成本和适当的性能水平实现MicroLED微型显示器的制造是一件非常复杂的工程。在过去的2年里,厂商用不同制造方式展示了许多原型,包括红色、绿色、蓝色(RGB)三元色,色彩转换和混合键合。2020年3月下旬,Facebook与AR屏幕厂商Plessey签署独家供应协议,表明Plessey和Vuzix在AR领域的合作告一段落。这说明了Facebook对AR技术的兴趣以及建立自有供应链的意图。

同时,光波导也是投资和合作伙伴关系活动频繁的产业。在过去的几年中,Lumus与Quanta,Digilens与Foxconn(富士康),WaveOptics与Goertek(歌尔股份),Apple(苹果)与Akonia,纷纷宣布了合作或收购等动作。反射、衍射和全息波导这三种技术,谁将获得最大的市场份额?我们拭目以待!

一切都取决于性能和成本。成本与不同技术所采用的制造方式密切相关。多年来,基于表面浮雕光栅的波导已经是众所周知的AR显示技术,Microsoft(微软)和Magic Leap是该技术的代表企业。但是,该技术路线曾一度因纳米压印光刻(NIL)制造工艺的复杂性导致良率低,成本高居不下。如今该问题这已经得到了改进,WaveOptics或Dispelix可能会向所有OEM厂商提供波导,这不再是专供某家厂商的独家技术,将成为公开可用的技术。

苹果、Facebook、华为和三星,哪家将率先提供设计时尚、性能优良和价格合理的消费类头戴式AR设备?无须质疑的是,尽管苹果已经将各种核心技术收至麾下,但所有主要品牌厂商都在紧密合作,并与波导厂商和MicroLED厂商建立了合作伙伴关系,共同努力以满足消费者的需求。

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AR产业:起源、厂商及其关系(来源:Yole)

因为性能、成本和外形尺寸三者难以平衡,AR对专业技术的要求非常高。但随着各项技术的进步,预计2019~2027年期间,头戴式AR设备的复合年增长率(CAGR)将达到105%。如此强劲的市场增长率带来的希望激发了许多厂商进入该供应链,其中有些厂商仍处于“隐身模式”。

波导技术的进步,不仅得益于设计方面的努力,还得益于EV Group、Oxford Instruments(牛津仪器)和基板制造商等设备制造商的大力推动。玻璃衬底厂商也一直努力为波导制造提供高折射率晶圆。考虑到AR带来的晶圆数量和市场规模预测,如果消费市场蓬勃发展,即使对现有巨大的玻璃晶圆业务来讲,这也将是不可忽略的一部分。

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用于AR设备DOE和HOE的高折射率玻璃晶圆市场规模预测(来源:Yole)

对于蓬勃发展的消费市场而言,这不仅仅是硬件,还是一副看似普通却可以提供高质量图像的眼镜。如果最终只是将一块智能手表屏幕放在眼前,那么这可能还不够吸引人。因此,我们希望OEM厂商能够提出适当的建议,以真正启动市场。AR的采用曲线将遵循与智能手表发展曲线类似的路径,早期的首批产品可能无法提供具有竞争力的性能和用例,直到大量投入为止。苹果似乎是非常有潜力的厂商:在MicroLED、波导、ARKit应用以及3D传感等多个领域积累了丰富的经验。

在较新产品中使用这些技术时,有助于提高对AR技术的认识。当头戴式AR设备技术一切准备就绪时,消费者就可以享用了。也许在2023年就会发生。

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