AR/VR 显示技术的未来—MicroOLED&MicroLED分析

    由于 Meta 等行业领导者最近对虚拟世界的关注，人们对 AR（增强现实）/VR（虚拟现实）市场的兴趣激增。Apple 推出 Vision Pro 开启了空间计算的新时代。有些人将 AR/VR 视为下一代 3D 数字交互 IT 平台。截至目前，市场的实际情况与人们的高期望并不相符。IDC 9 月份的新闻稿指出，“全球 AR/VR 耳机出货量连续第四季度下降，2023 年第二季度销量同比下降 44.6%。” 需要解决多项挑战才能推动需求并提高采用率。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。

    更高的增长预测

    根据 Guillaume Chansin（DSCC 显示研究总监）9 月份在 DSCC AR/VR 显示论坛上的演讲，AR/VR 耳机市场预计从 2024 年开始的未来 5 年将出现更强劲的增长。假设是：由于采用即将推出的高通 Snapdragon XR2 Gen 2 的新耳机，2024 年将出现显着增长。IDC 还预测 AR/VR 耳机出货量将在 2024 年反弹，由于 Meta 和字节跳动的新硬件、苹果的 Vision Pro，以及越来越多的小公司。DSCC 预计 Vision Pro 的销量较低（300,000 件），价格为 3,499 美元，并且需要视力矫正光学镜片（由蔡司设计）的用户需要支付额外费用。Meta 预计将在今年年底推出 Quest 3，三星可能会在阔别已久之后重新进入该市场。

    随着产品多屏化的趋势，AR/VR显示屏出货量将超过头显。大多数设备都有两个显示器（每只眼睛一个）。DSCC 预测 AR/VR 的显示器出货量将在 2028 年达到 1.24 亿台。正如 Guillaume 在论坛上指出的那样，“AR/VR 不会取代手机，而是用作第二屏幕（就像今天的平板电脑）。DSCC 预计 VR（包括穿透式 AR）将主导消费领域。透视 AR 主要面向专业人士。

    在 AR/VR 中，系统分辨率可以用 PPD（每度像素）来衡量。如果 PPD 不够高，则会出现屏蔽门效应。为了克服这个问题，许多公司开始使用高分辨率微型显示器。VR 系统开始使用 MicroOLED 来缩小外形尺寸并减少纱门效应。DSCC 预测，未来几年，硅基 OLED 将占据 VR 显示市场出货量的最大份额，而 LCD 将位居第二。由于像素密度的限制，AMOLED 将失去份额。具有更高亮度潜力的 MicroLED 对于透视 AR 来说具有优势，但对于 VR 来说就不那么重要了。

    MicroOLED：准备在 VR 和透明 AR 显示领域占据主导地位

    OLED 微型显示器 (MicroOLED) 开始用于 VR/MR（混合现实）显示器，特别是现在 Apple Vision Pro。它既可用于 VR，也可用于透视 AR。它可以帮助减少外形尺寸和屏蔽门效应。MicroOLED显示器通常可分为RGB OLED和白色OLED（WOLED）。然而，高分辨率RGB OLED微型显示器仍然面临FMM（精细金属掩模）沉积过程中阴影效应的挑战。白色OLED使用彩色滤光片生成图像，可以实现高PPI（4000PPI）。然而，彩色滤光片会吸收很高比例的发射光，这限制了 MicroOLED 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 开发了三重堆栈架构来提高亮度。eMagin 在 WUXGA 4K OLED 微显示器中实现了 10,000 尼特的亮度，该显示器是通过在背板上直接图案化（消除滤色器）红色、绿色和蓝色 (RGB) 子像素发射器而制成的。三星显示器已收购 eMagin。

    MicroLED：AR 显示的新兴存在

    MicroLED 的极高亮度、高可靠性（无机 LED 显示器）以及以低功耗打造超紧凑外形的能力将为透视 AR 市场带来重大优势。为了在单个基板上开发具有亚微米芯片尺寸的高效率 MicroLED。与此同时，MicroLED的效率随着芯片尺寸的缩小而下降。三星显示器公司的研究表明，正如富有洞察力的文章“高级 VR 和 AR 显示器”所指出的，“通过使用适当的侧壁钝化结构和方法最大限度地减少表面缺陷，可以缓解与尺寸相关的外部量子效率 (EQE) 降低问题”在 Samsung Display 团队的《信息显示》杂志（2023 年 3 月/4 月）中。文章称，多个研究小组和公司正在开发横截面RGB和堆叠垂直RGB，以在单晶圆上实现RGB，但该技术还不够成熟，无法应用于大规模生产。第 一步将使用光学组合器将三个 RGB 面板商业化，下一步预计将开发使用单片 RGB 面板的 AR 产品。Jade Bird Display (JBD)、Porotech、PlayNitride 等公司最近展示了全彩 microLED 演示。

    根据 Mojo 首席执行官 Nikhil Balaram 在 DSCC AR/VR 论坛上的演讲，需要在单个基板上实现高效的亚微米尺寸 RGB MicroLED。对于制造业来说，它需要成熟的生态系统和具有成本效益的可扩展流程。Mojo 开发了一种彩色显示器，采用高性能量子点 (HPQD)、高效亚微米蓝色和绿色 microLED 以及高效红色和绿色 QD 墨水。他们使用 300mm 硅基氮化镓制造工艺。

    Nanosys 高级科学家 Ilan Jen-La Plante 在论坛上表示：“QDCC 工艺简化了 microLED 制造，并提高了 R/G/B LED 芯片标准巨量转移的良率，因为只需要蓝色芯片。由于仅使用蓝芯片，驱动电子设备将被简化。红色 QD-MicroLED 比固有红色 MicroLED 效率更高，尤其是在像素尺寸较小时”。

    JBD于10月宣布，“其0.13英寸红色MicroLED芯片的亮度已超过100万尼特。JBD的红色MicroLED像素间距仅为4um，而发射极尺寸甚至<2um，面临效率的严峻挑战。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，显着提高了内量子效率。红色亮度里程碑将 JBD 的 Hummingbird X-cube 多色投影机提升到了一个新的水平。JBD将推出量产的蜂鸟光学引擎，以提振消费级AR玻璃市场”。蜂鸟彩色投影仪集成了三个 0.13 英寸 microLED 显示屏。MicroLED 正在走向商业化：

    应用材料：UV-A microLED 和无 Cd RGB QD，高 EQE、高效率、简化传质、第 4 个子像素的像素修复方案，提高制造良率并降低生产成本

    PlayNitride：针对AR/MR，μ-PixeLED，单器件0.49英寸FHD全彩MicroLED微显示屏，超高4,536ppi，>150,000nits

    Porotech：0.26、1280×720 MicroLED 微显示单面板，用于 AR 全彩

    JBD：用于 AR、VGA 的 0.13 英寸单片 MicroLED 微显示器，带彩色投影仪（正在生产）

    NS Nanotech：用于 ARVR 的 NanoLED 微型显示器，亚微米级、高效、多色光源单片集成在单个芯片上

    LCD：MiniLED 在 VR 显示器中的强势表现

    LCD 凭借高 PPI 等技术进步引领 VR 市场。目前，这些公司正在使用先进的LTPO（LTPS+氧化物背板）来生产对于VR至关重要的更高开口率的显示器。局部调光技术的使用实现了更高的对比度和更低的功耗。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 也更具成本竞争力。

    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，尤其是 Micro OLED 和 MicroLED，对于推动 AR/VR 市场的增长至关重要。