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“备胎”Micro OLED技术:元宇宙显示硬件新入口

最近,业界传出苹果将在2024年发布的Apple Watch Ultra上采用Micro LED技术之后,苹果和Meta这两大科技巨头又传出正在国内寻找Micro LED微显示器件,并已在多家公司下了数笔订单,用于AR眼镜的概念验证(POC),每笔订单规模在50套-100套左右。这说明Micro LED正在加速商业化应用,尽管这一技术仍然存在大规模量产的问题。

来源:flatpanelshd

然而,就在Micro LED技术悄然火热之时,又有行业媒体报道,暗地押注Micro  LED技术的Meta又在布局另一显示技术——Micro OLED。尽管两者仅一个字母之差,但技术原理截然不同。据悉,Meta将与韩国半导体大厂SK海力士及面板厂LG Display合作开发Micro OLED面板,用于Meta XR(扩展现实)设备,已进入签署协议阶段。

这也说明Meta在XR设备上首先应用Micro OLED技术面板,无疑是受到技术量产性和成本综合考量因素所决定的。实际上,Micro OLED技术也是当前元宇宙概念硬件设备重要的硬件之一,比如预计今年苹果发布的XR也将采用该技术。该技术也一直有Micro LED技术“备胎”之说,但Micro LED技术正式大规模量产之前,其是否拥有很好的发展前景呢?

Micro OLED技术最大特点是以单晶硅芯片为基底,以通过在硅晶圆上沉积红、绿、蓝有机材料,而非玻璃基板,像素密度比OLED面板更精细,可实现超高解析度,面板厚度和体积也更薄、更小,因此成为XR设备的优异选择之一。

图1:Micro OLEDOLED像素尺寸对比

来源:ARinChina

Micro OLED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。而且,单晶硅芯片采用现有成熟的集成电路CMOS工艺,不但实现了显示屏像素 的有源寻址矩阵,还在硅芯片上实现了如SRAM存储器、T-CON等多种功能的驱动控制电路,大大减少了器件的外部连线,增加了可靠性,实现了轻量化。

相对传统的AMOLED显示技术,Micro OLED 有以下突出特点:

一是基底芯片采用成熟的集成电路工艺,可通过集成电路代工厂制造,制造良率更是大大高 于目前主流的LTPS技术。

二是采用单晶硅,迁移率高、性能稳定,寿命高于AMOLED显示器。

三是200mm×200mm的OLED蒸镀封装设备就可满足制造要求(与8英寸晶圆尺寸兼容),而不像AMOLED需要追求高世代产线。

四是OLED微显示器体积小,非常便于携带,并且其依借小身材提供的近眼显示效果可以与大尺寸AMOLED显示器相媲美。

当然,Micro OLED技术与目前主流VR/AR显示技术Fast LCD相比,也有不少优势,主要体现在低功耗、工作温度宽、高对比度、响应速度快等性能上。不过,该技术与Micro LED相比,几乎没有技术优势而言,但因Micro LED在芯片制造、巨量转移、全彩化等技术问题量产难度大,则有规模化量产的优势。这也是Micro OLED技术“备胎”的来源。

具体可以参考表1不同微显示技术的性能比较,可以看出Micro OLED(OLED on Silicon)在性能上有较为明显的优势,其中亮度、综合发光利用率、对比度、色彩能力、像素点距性能都非常优异,也是该技术受到苹果、Meta、索尼等大厂推崇的主要原因。

1各大VR/AR显示技术对比

来源:天风证券

据悉,苹果此前已找上台积电合作开发Micro OLED面板,将用于苹果XR头戴设备。该设备将装有两片约与眼睛同宽、像素密度(ppi)达3000以上的超高分辨率Micro OLED屏幕,采用28纳米制程。因此,随着成熟度提升和产能扩充,台积电28纳米芯片工艺将多一个“出海口”。而有消息称,苹果XR头戴设备的Micro OLED屏幕首批将由索尼供应。

实际上,Mirco OLED较早应用于军事方面,主要用于飞机显示设备,如今还应用于头戴式观瞄设备等数字信息作战系统。而随着最近几年元宇宙概念的提出与发展,VR/AR等虚拟现实应用推动了Mirco OLED这一核心部件慢慢快速增长。

从技术特点来看,Micro OLED是显示技术和半导体技术的深度结合,即CMOS技术与OLED技术的紧密结合,也是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。目前,尽管Micro OLED已经具备初步量产的能力,但其工艺也存在诸多技术挑战。整体来看,CMOS技术主要使用光刻工艺、CMP工艺等,湿法制成较多,而OLED技术则主要采用真空蒸镀技术工艺,以干法制程为主。两者皆专业且复杂,将两者集成于同一显示器件之中,对工艺技术要求非常严苛。

从Micro OLED器件制造来看,集成电路晶圆代工厂按照IC设计公司的设计和要求完成硅基芯片的制造;OLED代工厂完成硅基OLED微显示器制造工艺,主要包括OLED微腔顶发射技术、阳极材料技术、全彩化技术等;集成电路芯片封装厂完成OLED封装制程,包括薄膜封装,玻璃cover贴合封装等;模组与系统开发厂商完成显示驱动与系统,与硅基芯片设计制造紧密相连。因此,相比传统AMOLED制造,Micro OLED器件需解决更多的工艺制程的问题。

具体来看,Micro OLED主要技术挑战体现在:一是IC驱动设计和IC代工并不成熟,导致良率比较低;二是OLED器件因需采用TOP Device设计方案,导致出现RGB光谱平衡性调制难、色度差、效率低等问题;三是贴合工艺效率比较低,还存在彩色化率的问题等。当然,相对Micro LED技术,Micro OLED大规模量产将更早到来。

根据Meta与SK海力士、LG Display合作开发Micro OLED面板的协议,Meta将负责芯片设计,SK海力士负责晶圆生产,LG Display负责最后的制造工序,即将OLED沉积在晶圆上,然后切割成Micro OLED面板。

据悉,SK海力士将通过位于韩国利川市的M10晶圆生产线,制造用于Micro OLED的晶圆。该产线原本只生产DRAM,后续还加入了CMOS图像传感器的制造。据消息人士透露,SK海力士计划在2025年至2026年期间,每月投3万片晶圆的产能,采用28nm或45nm传统制程生产Micro OLED晶圆。鉴于此前依赖于DRAM和NAND闪存等产品,SK海力士布局Micro OLED晶圆代工,将带来新的业务补充,提振其整体业务表现。

随着元宇宙概念逐渐升温以及技术不断成熟,以苹果、Meta、索尼等为代表的科技大厂将以Micro OLED技术作为显示硬件入局,也将进一步推动Micro OLED技术快速增长。今年,苹果将发布打磨许久的XR头戴设备,据传将搭载4K分辨率的Micro OLED面板,也成为2023年度最值得期待的苹果新品。相关数据显示,随着苹果在其XR产品中使用Micro OLED,2023年全球Micro OLED的销售额将超过13亿美元,并于2024年翻番,超过26亿美元。

从Micro OLED产业链来看,Micro OLED早期的制造商主要有索尼、爱普生、eMagin和Kopin。其中,美国eMagin公司和法国Micro OLED公司的产品主要应用于军事领域,能成熟量产的Micro OLED供应商只有索尼公司,其在全球市场处于垄断地位。

而苹果预计也将采用Micro OLED+Pancake方案,以较高的定位、参数和价格与目前的主流VR产品形成差异化竞争,首代产品将采用索尼的Micro OLED,未来也将向三星和LG Display下单采购,其光学、传感等则基本由苹果原来的供应链厂商配合。

据韩媒ETnews最近报道,三星已选择Micro OLED作为下一代显示技术,且计划在韩国忠清南道牙山建设产线,据传已开始订购相关设备。该报道称,由于尚处于早期阶段,三星名列前茅条产线预计将处于“试产”水平,生产少量产品,将于今年下半年开始运营,2024年量产Micro OLED显示屏。三星电子MX(移动体验)业务部门负责人卢泰文最近在旧金山举行的Galaxy Unpacked 2023上也宣布,“我们正在与高通和谷歌准备下一代XR。”

当然,国内厂商也在快步入场,京东方、视涯科技、湖畔光电、云南奥雷德、梦显、熙泰等布局多年,预计未来产量将大幅增加。

根据国泰君安证券最近研报,目前国内企业在硅基OLED产业链中积极布局,未来将深度受益。其中,在硅基OLED面板上,目前消费市场上硅基OLED屏多为Sony供应,三星和LG也持续扩建产能,国内京东方、视涯科技、清越科技等也积极布局。在后端模组上,长信科技、立讯精密凭借优异的制造能力和客户优势在显示模组端积极布局。在上游材料及设备上,奥来德硅基OLED材料已供应面板厂,同时小型蒸镀机设备也有望加速推进。莱特光电作为京东方OLED有机材料供应商,其目前也有产品可以用于硅基OLED显示面板的生产。

此前,有供应链人士透露,视涯科技Micro OLED已经多次向苹果送样,目前苹果研发人员还在合肥工厂与视涯科技共同推进XR设备用的Micro OLED。华兴源创则可提供Micro OLED检测设备,包括老化检测设备、Mura检测与修复设备等,大客户包括苹果、三星、索尼等,并已获批量订单。

来源:公开资料整理

整体来看,Micro OLED技术仍然处于初步量产的阶段,但随着元宇宙这一利基市场的出现,已经吸引越来越多企业入场布局。其中,苹果XR设备的发布,将进一步带动Micro OLED技术成熟与量产,也将使其成为元宇宙重要的显示硬件入口。

文章来自:https://www.eet-china.com/

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