今年以來，“元宇宙”概念持續升溫，被視為元宇宙入口的AR/VR設備也被推至風口浪尖。AR/VR硬件成為國際科技巨頭搶食元宇宙蛋糕的重要一環，蘋果、Meta、三星、微軟、任天堂紛紛宣布布局AR/VR硬件設備的計劃。
行業機構預測，在巨頭“帶路”下，VR/AR硬件設備有望迎來大幅增長。IDC預計，VR頭戴設備的出貨量將從2020年的約500萬臺增加到2025年的2800萬臺以上。AR頭戴設備的出貨量預計將從2020年約30萬臺增加到2025年的2100萬臺。
作為AR/VR硬件重要組成部分，近眼顯示也將受VR/AR硬件驅動，迎來新一輪產業高潮。目前，快速響應液晶屏產品憑借成熟的工藝、充足的量產和極高的性價比，成為VR硬件設備中應用極為廣泛的顯示方案。
AR方面，硅基液晶和硅基OLED成為AR終端兩大近眼顯示解決方案，現階段硅基OLED因在功耗、對比度等指標上優于硅基液晶，成為AR主流產品的選擇。Micro LED作為近眼顯示產業探索的重點方向，有望乘著“元宇宙”東風，加快產業化和產品化進程。
硅基OLED最先乘風
今年11月，“蘋果頭號預言家”郭明錤透露，蘋果2022年第四季度發布的首款AR頭顯設備，將配備索尼4K Micro OLED(硅基OLED)顯示屏，目標是在10年內取代iPhone，預計出貨將超過10億部。
成為蘋果首款AR設備的最終顯示方案，Micro OLED有何魔力?
《中國電子報》記者了解到，硅基OLED是一種融合了顯示和半導體的技術，具有高分辨率、高集成度、低功耗、體積小、重量輕等優勢，像素尺寸為傳統顯示器件的1/10，精細度遠遠高于傳統器件，適用于頭盔顯示器、立體顯示鏡，以及眼鏡式顯示器等。
“玻璃基的AMOLED受制于FMM工藝，像素尺寸做不小、PPI不高導致畫面顆粒感比較明顯。”京東方科技集團股份有限公司顯示事業VR/AR BU總經理楊婷婷早前接受《中國電子報》記者采訪時解釋說。而硅基OLED微顯示器的像素密度可達5000PPI，可以削弱用戶因畫面響應速度慢和分辨率不足導致“紗窗效應”產生的眩暈感。
賽迪智庫集成電路所馬蓓蓓博士在接受《中國電子報》記者采訪時表示，“硅基OLED+光波導”是目前高端AR硬件的不二之選。她解釋說，理論上硅基OLED也可作為VR顯示屏，但受制于硅片特性等原因，硅基OLED尺寸還無法做到更大，目前更多應用于AR硬件。
“超高PPI、分辨率大于4K、大于等于90赫茲的刷新率，以及大于等于3000尼特的亮度，滿足以上所有指標的近眼顯示方案才能給用戶呈現出逼真畫面。”業內專家對《中國電子報》記者說。此外，近眼顯示方案還要兼顧輕薄、功耗低和像素密度高、技術成熟度高等因素。
硅基顯示方案在各項指標上已經很好地滿足了近眼顯示的要求，但是技術成熟度和量產能力還有待提高。“光學鏡頭能力的限制和硅片價格昂貴導致成本偏高，硅基OLED主要應用在高端產品上。未來隨著技術和市場的發展，硅基OLED若具備成本競爭力，會出現革命式的爆發。”楊婷婷表示。
近年來，國內掀起硅基OLED投資熱潮，僅2020年產線投資規模超過200億元，奧雷德、京東方、維信諾旗下的昆山夢顯、熙泰科技、合肥視涯等企業紛紛入局。根據廠商披露的產線建設規劃，2022年部分產線將完成建設進入點亮階段，甚至開始爬坡和量產。京東方發布的公告顯示，12英寸OLED微顯示器件(硅基OLED)項目將分3期實施，項目第一階段預計于2021年點亮，第二階段于2022年點亮，第三階段于2023年點亮，預計將于2024年1月全部完成。
隨著京東方、視涯等廠商的產線點亮和產能提升，硅基OLED有望最先“乘風”元宇宙，產能和市場都將迅速擴張。中國電子信息產業發展研究院預計，2023年硅基OLED的市場規模將達900億美元。
Micro LED還在產品化路上
相比硅基OLED，Micro LED是科技巨頭押寶的另一個AR/VR近眼顯示方案。
國外廠商Vuzix、TCL旗下的雷鳥科技、小米等眾多廠商已經發布Micro LED智能眼鏡或AR設備概念產品。有消息稱，蘋果也在和中國臺灣的LED廠商晶元光電 (Epistar) 合作研發Micro LED顯示產品。
中國科學院院士鄭有炓曾經表示，Micro LED可應用于VR/AR兩個微顯示領域。他認為Micro LED會最先在AR領域實現突破。
鄭有炓解釋說，AR眼鏡用近眼Micro LED顯示方案，要求極小面積、高分辨率。由于傳統的精準拾放、轉印等巨量轉移技術面臨挑戰，可以借助Si微電子技術實現另辟蹊徑。與VR相比，由于AR產品上的Micro LED可以單色、單片以及用硅材料支撐，因此可以批量生產。
據了解，Micro LED具有超薄、低功耗、高亮度、高對比、體積小、功耗低、壽命長、反應速度快等優點。
賽迪智庫集成電路研究所光電子研究室主任耿怡早前向《中國電子報》記者介紹說，從參數上來看，相比硅基OLED的微秒級響應，Micro LED已經能夠實現納秒級響應，響應速度進一步提升。在對比度指數上，相比硅基液晶的1000∶1的對比度，Micro LED的對比度已經提升至100000∶1，亮度提升至10萬尼特。此外，Micro LED可搭配光波導成像方案，生產的產品厚度更薄。
由于Micro LED具備上述特點，該類型屏幕更容易實現高PPI、體積小、易于攜帶、功耗低，因此更適合應用于近眼顯示設備。由于單個LED燈珠的體積更小，Micro LED能夠在單位面積上實現更高的分辨率。從這個角度來看，Micro LED將在AR/VR應用中具備更大的優勢。
盡管Micro LED具有諸多顯示優點，但是其產業化程度較低、良率較低、成本較高，這也導致AR硬件產品近一兩年還不可能大規模使用Micro LED方案。
“Micro LED正經歷從樣品到商品的過程，但還無法實現產品化。”產業專家表示，Micro LED的發展還處于早期階段，外延成本高、產線不成熟、掌握該技術的廠家極少，仍未真正進入消費級市場。
據了解，臺積電和蘋果正在合作研發Micro LED顯示技術。業內預測，Micro LED是否具備大規模生產能力，需要到2022年之后才有更清晰的判斷。半導體分析機構Yole預測，2022年至2023年，Micro LED的應用將有很大突破。在技術發展較為樂觀的情況下，到2025年，Micro LED才能夠逐漸商業化。2026年，Micro LED的面板出貨量有望達到1.34億片，2027年總產量可達2.51億片。
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