元宇宙加速近眼显示产业化

今年以来，“元宇宙”概念持续升温，被视为元宇宙入口的AR/VR设备也被推至风口浪尖。AR/VR硬件成为国际科技巨头抢食元宇宙蛋糕的重要一环，苹果、Meta、三星、微软、任天堂纷纷宣布布局AR/VR硬件设备的计划。

行业机构预测，在巨头“带路”下，VR/AR硬件设备有望迎来大幅增长。IDC预计，VR头戴设备的出货量将从2020年的约500万台增加到2025年的2800万台以上。AR头戴设备的出货量预计将从2020年约30万台增加到2025年的2100万台。

作为AR/VR硬件重要组成部分，近眼显示也将受VR/AR硬件驱动，迎来新一轮产业高潮。目前，快速响应液晶屏产品凭借成熟的工艺、充足的量产和极高的性价比，成为VR硬件设备中应用极为广泛的显示方案。

AR方面，硅基液晶和硅基OLED成为AR终端两大近眼显示解决方案，现阶段硅基OLED因在功耗、对比度等指标上优于硅基液晶，成为AR主流产品的选择。Micro LED作为近眼显示产业探索的重点方向，有望乘着“元宇宙”东风，加快产业化和产品化进程。

硅基OLED最先乘风

今年11月，“苹果头号预言家”郭明錤透露，苹果2022年第四季度发布的首款AR头显设备，将配备索尼4K Micro OLED（硅基OLED）显示屏，目标是在10年内取代iPhone，预计出货将超过10亿部。

成为苹果首款AR设备的最终显示方案，Micro OLED有何魔力？

记者了解到，硅基OLED是一种融合了显示和半导体的技术，具有高分辨率、高集成度、低功耗、体积小、重量轻等优势，像素尺寸为传统显示器件的1/10，精细度远远高于传统器件，适用于头盔显示器、立体显示镜，以及眼镜式显示器等。

“玻璃基的AMOLED受制于FMM工艺，像素尺寸做不小、PPI不高导致画面颗粒感比较明显。”京东方科技集团股份有限公司显示事业 VR/AR BU 总经理杨婷婷早前接受记者采访时解释说。而硅基OLED微显示器的像素密度可达5000PPI，可以削弱用户因画面响应速度慢和分辨率不足导致“纱窗效应”产生的眩晕感。

赛迪智库集成电路所马蓓蓓博士在接受记者采访时表示，“硅基OLED+光波导”是目前高端AR硬件的不二之选。她解释说，理论上硅基OLED也可作为VR显示屏，但受制于硅片特性等原因，硅基OLED尺寸还无法做到更大，目前更多应用于AR硬件。

“超高PPI、分辨率大于4K、大于等于90赫兹的刷新率，以及大于等于3000尼特的亮度，满足以上所有指标的近眼显示方案才能给用户呈现出逼真画面。”业内专家对记者说。此外，近眼显示方案还要兼顾轻薄、功耗低和像素密度高、技术成熟度高等因素。

硅基显示方案在各项指标上已经很好地满足了近眼显示的要求，但是技术成熟度和量产能力还有待提高。“光学镜头能力的限制和硅片价格昂贵导致成本偏高，硅基OLED主要应用在高端产品上。未来随着技术和市场的发展，硅基OLED若具备成本竞争力，会出现革命式的爆发。”杨婷婷表示。

近年来，国内掀起硅基OLED投资热潮，仅2020年产线投资规模超过200亿元，奥雷德、京东方、维信诺旗下的昆山梦显、熙泰科技、合肥视涯等企业纷纷入局。根据厂商披露的产线建设规划，2022年部分产线将完成建设进入点亮阶段，甚至开始爬坡和量产。京东方发布的公告显示，12英寸OLED微显示器件（硅基OLED）项目将分3期实施，项目第一阶段预计于2021年点亮，第二阶段于2022年点亮，第三阶段于2023年点亮，预计将于2024年1月全部完成。

随着京东方、视涯等厂商的产线点亮和产能提升，硅基OLED有望最先“乘风”元宇宙，产能和市场都将迅速扩张。中国电子信息产业发展研究院预计，2023年硅基OLED的市场规模将达900亿美元。

Micro LED还在产品化路上

相比硅基OLED，Micro LED是科技巨头押宝的另一个AR/VR近眼显示方案。

国外厂商Vuzix、TCL旗下的雷鸟科技、小米等众多厂商已经发布Micro LED智能眼镜或AR设备概念产品。有消息称，苹果也在和中国台湾的LED厂商晶元光电 （Epistar） 合作研发Micro LED显示产品。

中国科学院院士郑有炓曾经表示，Micro LED可应用于VR/AR两个微显示领域。他认为Micro LED会最先在AR领域实现突破。

郑有炓解释说，AR眼镜用近眼Micro LED显示方案，要求极小面积、高分辨率。由于传统的精准拾放、转印等巨量转移技术面临挑战，可以借助Si微电子技术实现另辟蹊径。与VR相比，由于AR产品上的Micro LED可以单色、单片以及用硅材料支撑，因此可以批量生产。

据了解，Micro LED具有超薄、低功耗、高亮度、高对比、体积小、功耗低、寿命长、反应速度快等优点。

赛迪智库集成电路研究所光电子研究室主任耿怡早前向记者介绍说，从参数上来看，相比硅基OLED的微秒级响应，Micro LED已经能够实现纳秒级响应，响应速度进一步提升。在对比度指数上，相比硅基液晶的1000∶1的对比度，Micro LED的对比度已经提升至100000∶1，亮度提升至10万尼特。此外，Micro LED可搭配光波导成像方案，生产的产品厚度更薄。

由于Micro LED具备上述特点，该类型屏幕更容易实现高PPI、体积小、易于携带、功耗低，因此更适合应用于近眼显示设备。由于单个LED灯珠的体积更小，Micro LED能够在单位面积上实现更高的分辨率。从这个角度来看，Micro LED将在AR/VR应用中具备更大的优势。

尽管Micro LED具有诸多显示优点，但是其产业化程度较低、良率较低、成本较高，这也导致AR硬件产品近一两年还不可能大规模使用Micro LED方案。

“Micro LED正经历从样品到商品的过程，但还无法实现产品化。”产业专家表示，Micro LED的发展还处于早期阶段，外延成本高、产线不成熟、掌握该技术的厂家极少，仍未真正进入消费级市场。

据了解，台积电和苹果正在合作研发Micro LED显示技术。业内预测，Micro LED是否具备大规模生产能力，需要到2022年之后才有更清晰的判断。半导体分析机构Yole预测，2022年至2023年，Micro LED的应用将有很大突破。在技术发展较为乐观的情况下，到2025年，Micro LED才能够逐渐商业化。2026年，Micro LED的面板出货量有望达到1.34亿片，2027年总产量可达2.51亿片。（中国电子报）