MicroOLED是以單晶硅半導體為襯底,集成了千萬個晶體管構成CMOS驅動電路,在CMOS驅動電路上蒸鍍OLED有機材料形成發光二極管,可完美實現高分辨率和微小尺寸的微型顯示器件。
來源:億容投資
MicroOLED微型顯示器尺寸小于1英寸,是OLED顯示器的細分類別。MicroOLED最大特色是將微顯示直接搭載在晶圓之上,采用單晶硅晶圓為背板,能夠讓顯示器更輕薄短小、耗電量更少、自主發光、高效率發光,特別適用于AR、VR等顯示穿戴式設備。
顯示技術主要包括LCD、LED、OLED三大類。LCD由于成本較低且技術成熟,在中大尺寸面板顯示領域占據主要份額。LED具有自發光特性,且色彩顯示效果佳,但由于其小型化(即Micro LED)及巨量轉移仍未成熟,目前主要用于照明、背光及超大屏顯示領域。OLED因其輕薄性、對比度高、響應速度快、功耗較低等優勢,已逐步成為小型及微型顯示方案的主流。
OLED按照驅動方式可分為主動式驅動(AMOLED)和被動式驅動(PMOLED)。AMOLED顯示品質佳、反應速度快,目前主要應用于中大尺寸顯示屏。PMEOLED亮度較高、生產成本較低,目前以中小尺寸顯示屏為主。Micro OLED屬于AMOLED的技術拓展,將背板材料換成硅晶圓且無需外接驅動IC,節約了內部空間,具有分辨率高、體積小等特點。
圖表1:OLED驅動方式分類
Micro OLED可對單個像素實行精確控制,模組響應速度較快,可有效減少顯示場景快速變化時的色彩殘留現象。而由于發光模組沉積于硅晶圓之上,Micro OLED器件的底層電路借助成熟的半導體CMOS工藝進行制造,單個像素尺寸可達到個位數的微米級別,在同樣的顯示屏尺寸下可實現更高的分辨率,顯著提升顯示效果。同時由于沒有背光源的存在,Micro OLED器件更輕薄,功耗更低,并且可實現“純黑”的色彩效果,帶來較高的顯示對比度。
圖表2:主流顯示方案對比
資料來源:BOE官網,MicroDisplay,中金公司研究部
Micro OLED有望成為現階段XR顯示方案主流
AR/VR借助頭戴式顯示設備實現虛擬元素與真實場景的交互。頭部科技廠商已陸續布局此領域并積極推進新品發布,伴隨技術迭代與產品升級,我們認為更為輕量化的頭顯設備有望成為消費電子的下一代終端:索尼憑借其在泛娛樂終端的強大實力有望加速VR向游戲、娛樂等場景滲透,蘋果、Meta及Pico則將強化VR的辦公屬性。
圖表3:頭部科技廠商VR出貨節奏
資料來源:The Information,Meta,Apple,Sony,中金公司研究部
頭戴式顯示設備是近眼顯示技術主要的應用方向,對于顯示屏幕提出了較高的要求。理想情況下,屏幕像素數量應當為滿足人眼視覺需求的像素數量。人眼能夠識別的最小視場角為1/60度,每一度人眼可分辨的像素數量即為60 PPD;人眼視場角可分為水平和垂直方向,可實現人體立體視場的水平方向視場角為120度,垂直方向視場角為135度;因此,滿足人眼視覺需求的屏幕分辨率為單眼7200×8100。
像素尺寸及間距過大時,屏幕分辨率不足,會產生“紗窗效應”導致顯示模糊,引發頭暈、惡心等暈動癥反應。作為頭顯設備的核心部件之一,屏幕承載了實現智能終端視覺需求的重要任務,因此升級屏幕顯示精細度成為當前頭顯設備升級主線。同時屏幕顯示功耗亦是設備制造商主要關注因素,低功耗的顯示屏可減輕發熱情況,延長設備續航時間,提升使用體驗。在此情況下,Micro OLED由于像素密度高、功耗較低等優點,逐漸被頭顯設備商關注。
圖表4:主要VR新品屏幕像素參數
資料來源:AR圈,中金公司研究部
當前VR頭顯設備的主流屏幕選擇為Fast LCD。傳統LCD的電場反應較慢、刷新率較低,Fast LCD使用全新液晶材料(鐵電液晶材料)與超速驅動技術,可將有效刷新率提升至75-90Hz,同時成本較低、量產良品率穩定,性價比較高。Mini LED技術的搭載進一步增強了Fast LCD的顯示效果,通過將一整塊背光板劃分成數個可單獨控制亮度的背光區域,提升了畫面的對比度和顏色飽和度。
預計Micro OLED有望替代Fast LCD。VR初期,由于色彩對比度高、響應速度快等優勢,廠商們主要選用AMOLED為顯示方案。伴隨行業景氣度提升,眾多廠商入局,在降低成本并盡量保證顯示效果的前提下,Fast LCD成為大多數廠商的選擇。發展至今,VR設備廠商的追求已逐漸轉變為提升產品的實際使用效果,而蘋果Vision Pro對于Micro OLED的搭載引起了行業對于此種顯示方案的高度關注。對比Fast LCD,Micro OLED具備較大的性能優勢:
? 高分辨率:根據CSDN數據,近眼顯示設備削弱紗窗效應需要角分辨率在30 PPD以上,結合視場角在100-120度,像素密度達到需要3,000-4,000 PPI;Micro OLED像素密度可實現3000 PPI,較Fast LCD(1,000-2,000 PPI)有大幅增長,我們認為可顯著提升設備的角分辨率,從而有效增強VR設備的顯示效果。
? 高刷新率:根據VR陀螺數據,減弱眩暈感需要VR設備刷新率提高至150-240Hz及以上;根據VR compare數據,Fast LCD的反應速度為毫秒至納秒級,刷新率在90-100Hz左右,Micro OLED刷新率可達到120Hz;我們認為這有望改善運動模糊現象及閃爍現象,從而有效減緩VR設備的使用眩暈感。
? 輕量化、低功耗:Micro OLED在硅芯片基底集上成陣列電路和功能電路,像素尺寸更小,且無需外接驅動芯片,減少了器件的外部連線,重量相比傳統顯示器件明顯減少;據TOPWAY數據顯示,由于Micro OLED為自發光技術,無需背光源,功耗約為LCD的30-40%,進一步提升整機續航能力。
Micro OLED已具備初步量產能力,成本為當前主要制約因素
已有多家行業龍頭廠商宣布入局Micro OLED,部分廠商已成功量產并導入終端客戶,行業整體技術形態逐漸成熟,并伴有一定的技術創新出現。據Yole數據顯示,相比LCD屏幕(單塊價格約為20-40美元),Micro OLED屏幕價格較高(單片價格在1-200美元)。我們認為,伴隨Micro OLED量產能力提升,規模效應將帶動屏幕成本下降,有望推動Micro OLED在更多VR設備上搭載。
圖表5:VR顯示技術演進
資料來源:Omdia
AR光學顯示方案多元化,Micro OLED加速滲透
近期,Xreal、Rokid等品牌均發布最新款AR眼鏡,主打C端消費場景,光學方案均搭載較為成熟的Birdbath+硅基OLED方案。我們認為,盡管光波導+Micro LED在體積及功耗等領域均有明顯優勢,但從成本及成熟度來看,Birdbath+硅基OLED方案可以將顯示模組成本壓縮至消費級產品的價格,且顯示效果也能滿足日常基本使用。
圖表6:AR光學成像方案總結一覽
資料來源:VR陀螺,各公司官網,中金公司研究部
圖表7:AR光源方案總結一覽
資料來源:MicroDisplay,VR陀螺
硅基OLED有望實現高速增長,VR滲透率提升推動規模擴大
近期,Rokid及Xreal均有新品發布,面向C端消費市場,均搭載硅基OLED屏幕。我們認為目前硅基OLED主要在AR產品應用。在VR領域,我們看好蘋果Vision Pro有望推動硅基OLED的高端場景滲透持續提升。我們預測硅基OLED市場2026年有望達到25億美元。
圖表8:2021-26年硅基OLED市場高速增長
資料來源:IDC
圖表8:VR有望成為硅基OLED成長動力
資料來源:IDC
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原文標題:藏在蘋果Vision Pro的創新——MicroOLED微顯示器分析
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