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MicroOLED和MicroLED: AR/VR显示器的未来

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。苹果推出的Vision Pro开启了空间计算的新时代。有些人认为AR/VR是下一代3D数字互动IT平台。到目前为止,市场的实际情况与人们的高期望并不相符。正如国际数据公司9月份的新闻稿所指出的那样,“全球AR/VR头显出货量连续第四个季度下降,2023年第二季度的销量同比下降44.6%。”要推动需求和提高采用率,需要解决多重挑战。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

DSCC显示研究主管Guillaume Chansin在9月份的DSCC AR/VR显示论坛上表示,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,由于即将推出的高通骁龙XR2 Gen 2驱动的新耳机,2024年将出现显着增长。IDC还预测,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预计Vision Pro的小批量销售(300,000台),价格为3,499美元,需要视力矫正光学插件(蔡司设计)的用户需要额外费用。Meta预计将在今年年底推出Quest 3,三星电子将在长期缺席后重新进入市场。


AR/VR显示器出货量将超过头戴式耳机,产品中使用多种显示器的趋势。大多数设备将有两个显示器(每只眼睛一个)。DSCC预测,到2028年,AR/VR显示器的出货量将达到1.24亿台。正如纪尧姆在论坛上指出的,“AR/VR不会取代手机,而是会被用作第二个屏幕(就像今天的平板电脑一样)。”DSCC预计VR(包括直通式AR)将主导消费领域。透明AR将主要面向专业人士。


来源:DSCC


多种显示技术之争

VR(以及透式AR)和透视AR的显示要求是不同的。


VR(和直通AR):


  • 主要基于TFT LCD和AMOLED

  • MicroOLED已经被引入

  • 需要高像素密度来减少纱窗效应

  • 需要高刷新率和短工作周期,以减少晕眩症

  • 需要更小更轻的头显


对于透视AR:


  • 所有头显:微型显示器(DLP, Micro-LCD, LCoS, MicroOLED)或激光束扫描仪(LBS)。

  • MicroLED进入市场

  • 需要高分辨率,非常高的亮度显示,玻璃状设计,小尺寸(更薄更轻)和功率效率

  • 基本配置包括显示单元、放大光学元件和组合器

在AR/VR中,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来减小外形尺寸和减少纱窗效应。


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MicroLED将对透明AR具有优势,但对VR不太重要。


来源:DSCC


MicroOLED:有望主导VR和透明AR显示

对于MicroOLED来说,其更高的PPD、高亮度(消除运动伪影)、高分辨率(消除纱窗效应)、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。透明增强现实还需要非常高的亮度、非常高的分辨率和非常高的对比度。这些要求使得OLED微型显示器更适用于AR和VR。


  • SiOLED (OLED oS) MicroOLED具有更高的效率、更长的使用寿命和越来越多的市场份额

  • 苹果公司推出了Apple Vision Pro:索尼+ 1 AMOLED的2块OLED微显示屏,售价3499美元,预计将于2024年初推出

  • 索尼有1.3英寸MicroOLED(使用microLens),用于VR的4K MicroOLED显示器,4032PPI

  • LG电子展示了用于AR的0.42英寸OLED(硅上有机发光二极管)显示器,尺寸为3500 ppi

  • 京东方展示了1.3英寸4K4K微型OLED VR显示屏,>4000PPI

  • 三星显示将从2024年开始批量生产MicroOLED示范生产线,并收购了eMagin


来源:索尼半导体解决方案


MicroLED:新兴存在与AR显示

MicroLED的高亮度、高可靠性(无机LED显示屏)以及超低功耗的超紧凑外形将为透明增强现实市场带来主要优势。为了在单一衬底上开发高效率的亚微米级微电子发光二极管(MicroLED)。同时,MicroLED的效率随着芯片尺寸的缩小而下降。三星显示的研究结果表明,三星显示团队在《Information Display》杂志(2023年3月/ 4月)上发表的文章《先进VR和AR显示器》中指出,“通过适当的侧壁钝化结构和方法,将表面缺陷最小化,可以缓解与尺寸相关的外部量子效率(EQE)降低问题。”文章称,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,以便在单晶圆上实现RGB,但技术还不够成熟,无法应用于量产。在第一步中,将使用光学组合器实现3块RGB面板的商用化,下一步将开发使用单片RGB面板的AR产品。最近,Jade Bird Display (JBD)、Porotech、play氮化物等公司展示了全彩色微LED的演示。


根据Mojo首席执行官Nikhil Balaram在DSCC AR/VR论坛上的演讲,需要在单一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(HPQD)的彩色显示器,该显示器具有高效的亚微米蓝色和绿色MicroLED以及高效的红色和绿色QD墨水。他们正在使用300毫米氮化镓硅制造工艺。


Nansys高级研究员Ilan Jen-La Plante在论坛上表示:“QDCC工艺简化了微型LED的制造,提高了R/G/B LED芯片的标准传质率,因为只需要蓝筹片。驱动电子设备将简化为只使用蓝筹股。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。


JBD在10月份宣布,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,射极尺寸甚至小于2um,在效率方面面临着很高的挑战。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,显着提高了内部量子效率。红色亮度里程碑将JBD的蜂鸟X-cube多色投影仪提升到一个新的水平。JBD将推出其量产的蜂鸟光学引擎,以推动消费级AR玻璃市场”。蜂鸟多色投影仪集成了三个0.13英寸的微型led显示屏。MicroLed正在走向商业化:


  • 应用材料:

    • UV-A微led和无cd RGB量子点,高EQE,高效率,简化传质,4亚像素像素修复方案,提高制造良率,降低生产成本

  • PlayNitride:

    • 用于AR/MR, μ-PixeLED,单个器件0.49英寸FHD全彩MicroLED微型显示器,超高4,536ppi, bbb10 150,000nits

  • Porotech:

    • 0.26, 1280×720 MicroLED微显示单面板全彩AR

  • JBD:

    • 0.13“单片微led微显示器,用于AR, VGA,带多色投影仪(在生产中)

  • NS纳米技术:

    • 用于ARVR的纳米oled微显示器,亚微米级,高效率,多色光源单片集成在单个芯片上


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。两家公司目前正在使用先进的LTPO (LTPS+氧化物背板)生产具有更高孔径比的显示器,这对VR至关重要。采用局部调光技术实现了更高的对比度和更低的功耗。mini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在成本上也更具竞争力。


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,特别是微型OLED和微型led,对于推动AR/VR市场的增长至关重要。


Sweta Dash是Dash- insights的创始总裁,这是一家专门从事显示行业的市场研究和咨询公司。欲了解更多信息,请联系sweta@dash-insights.com或访问www.dash-insights.com