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紧密跟随国家产业指导及技术发展
微显示科普——硅基OLED浏览数:342
9月1日,LG Display副总裁Yang Joon-young在首尔The ELEC Metaverse Conference上发表演讲,表示OLEDoS将成为AR/VR微显示器市场的主流技术。OLEDoS即OLED on Silicon,或称Micro OLED,或称硅基OLED,是一种结合半导体制程工艺和 OLED 技术,以单晶硅晶圆为基底制备OLED器件的新型显示技术,可以说是集成了半导体和OLED这两大高精尖技术的结晶,硅基OLED也被业内人士称为“最具成熟性”的“全新高科技显示产品”。

                                                                                                                 
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视频源:Epson

  • 结构工艺

硅基OLED器件结构如下图,包括驱动背板和OLED器件两部分。驱动背板采用标准的CMOS工艺制备,形成像素电路、行列驱动电路以及其他的功能电路,此步骤在晶圆代工厂进行。CMOS电路的上方制作图形化的金属层,作为OLED器件阳极,此步骤在晶圆代工厂或者显示面板厂均可制备。然后在阳极上方制作完整OLED器件,通常包括空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层、半透明的顶电极,顶电极上制备薄膜封裝层。如采用WOLED+CF的发光方式(OLED彩色化技术可参见微显示器科普——OLED彩色化技术),需要继续制备色阻层,最后使用玻璃盖板进行贴合封装。OLED及后续步骤均在显示面板厂进行。

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  • 性能特点

硅基OLED采用成熟的集成电路CMOS工艺,一般100 nm以上制程即可,PPI可以做到3500甚至5000以上,其像素尺寸为传统显示器件的1/10,精细度远高于传统器件。硅基OLED采用自发光模式,亮度高,一般在1500 nit以上,优秀的产品可达7000 nit,满足VR以及AR的需求。硅基OLED响应速度快,μs级,功耗低,比LCD小20%左右;色彩鲜艳,对比度高,工作温度宽(固态器件),这些都是高端AR/VR眼镜必不可少的性能需求。IC方面,手机的驱动IC和像素电路是独立的,而硅基OLED的驱动IC和像素电路是集成在一起的,其技术主要掌握在深圳云英谷,北京数字光芯,美国的高平公司等IC设计公司手中。该方式的好处是集成度高,但是带来的问题也很多,如开发难度高,通用性差。因此硅基OLED IC也在朝着2chip模式发展:驱动IC独立,通用性高;像素电路由显示面板厂单独设计,如此可采用不同的CMOS工艺节点制备以降低成本,同时产品开发的灵活度将大幅提升。
图片图源:LG Display

AR/VR微显示领域可供选择的技术包括Micro LED、硅基OLED、Fast-LCD、LCoS等。Micro LED目前尚无法实现量产,硅基OLED相比其他技术具备快速响应、高分辨率、高对比度、低功耗、大视角等明显的优势(具体对比见下表),由于当前成本较高、产能有限,市场普及率还有待提升。

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  • 产品市场

最新发布的和即将发布的AR/VR产品越来越多采用硅基OLED技术。AR如Nreal Air、Rokid Air、联想Glasses T1、米家眼镜相机等VR如GOOVIS VR、大疆Goggles 2、以及即将发布的苹果MR、PS VR2,均已明确采用硅基OLED技术。AR/VR眼镜两个重要技术点光学方案和微显示屏需要互相搭配,目前光学方案的技术路线已较明确:VR向Pancake演变,AR向光波导演变,这两种光学方案的光损都比较严重,因此需要微显示屏提供更高的亮度。LCD无法提供足够的亮度,因此各厂家将目光投向硅基OLED和Micro LED。相比硅基OLED,Micro LED具备更高的亮度但目前还仅限于单色,彩色Micro LED距离量产还有相当长的路要走,因此硅基OLED是当前以及较长一段时间内高端AR/VR眼镜的首选。

图片图源:Nreal

市场方面,CINNO Research统计数据显示,2021年全球AR/VR硅基OLED显示面板市场规模约为6400万美元。未来随着AR/VR产业的发展以及硅基OLED技术的进一步渗透,预计至2025年全球AR/VR硅基OLED显示面板市场规模将达到14.7亿美元,2021年至2025年年均复合增长率CAGR将达119%。

图片图源:CINNO Research

  • 企业布局

国内外具备生产硅基OLED能力的企业很多,最早如美国的eMagin、法国的Micro OLED、国内的奥雷德,但大多是供应军方,不具备供应消费市场的能力。目前消费市场上的硅基OLED屏多为Sony供应。国内方面,合肥视涯拥有12英寸硅基OLED产线,2017年成立,目前已量产出货到消费市场,如Rokid Air、大疆Goggles 2均使用了视涯研发和生产的硅基OLED屏。最近,由于苹果的需求,LG和三星也已经明确表态进军硅基OLED领域,这表明微显示屏在技术路线选择上已趋于明朗,未来硅基OLED的产能将大幅提升,并将逐渐成为微显示屏的主流技术。此趋势与传统显示屏从LCD到OLED的演变过程非常类似。

图片图源:SAMSUNG DISPLAY

元宇宙或者说虚拟现实是庞大的生态系统,涉及的技术种类繁多,AR/VR眼镜是虚拟世界的重要接口,微显示屏是AR/VR眼镜必不可少的重要部件,其重要性不言而喻。期待硅基OLED的进一步发展,带来更好的虚拟现实体验。


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