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AR/VR 显示技术的未来—MicroOLED&MicroLED分析

来源:MicroDisplay 更新日期:2023-11-01 作者:佚名

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。Apple 推出 Vision Pro 开启了空间计算的新时代。有些人将 AR/VR 视为下一代 3D 数字交互 IT 平台。截至目前,市场的实际情况与人们的高期望并不相符。IDC 9 月份的新闻稿指出,“全球 AR/VR 耳机出货量连续第四季度下降,2023 年第二季度销量同比下降 44.6%。” 需要解决多项挑战才能推动需求并提高采用率。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

根据 Guillaume Chansin(DSCC 显示研究总监)9 月份在 DSCC AR/VR 显示论坛上的演讲,AR/VR 耳机市场预计从 2024 年开始的未来 5 年将出现更强劲的增长。假设是:由于采用即将推出的高通 Snapdragon XR2 Gen 2 的新耳机,2024 年将出现显着增长。IDC 还预测 AR/VR 耳机出货量将在 2024 年反弹,由于 Meta 和字节跳动的新硬件、苹果的 Vision Pro,以及越来越多的小公司。DSCC 预计 Vision Pro 的销量较低(300,000 件),价格为 3,499 美元,并且需要视力矫正光学镜片(由蔡司设计)的用户需要支付额外费用。Meta 预计将在今年年底推出 Quest 3,三星可能会在阔别已久之后重新进入该市场。

随着产品多屏化的趋势,AR/VR显示屏出货量将超过头显。大多数设备都有两个显示器(每只眼睛一个)。DSCC 预测 AR/VR 的显示器出货量将在 2028 年达到 1.24 亿台。正如 Guillaume 在论坛上指出的那样,“AR/VR 不会取代手机,而是用作第二屏幕(就像今天的平板电脑)。DSCC 预计 VR(包括穿透式 AR)将主导消费领域。透视 AR 主要面向专业人士。

在 AR/VR 中,系统分辨率可以用 PPD(每度像素)来衡量。如果 PPD 不够高,则会出现屏蔽门效应。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 来缩小外形尺寸并减少纱门效应。DSCC 预测,未来几年,硅基 OLED 将占据 VR 显示市场出货量的最大份额,而 LCD 将位居第二。由于像素密度的限制,AMOLED 将失去份额。具有更高亮度潜力的 MicroLED 对于透视 AR 来说具有优势,但对于 VR 来说就不那么重要了。

MicroOLED:准备在 VR 和透明 AR 显示领域占据主导地位

OLED 微型显示器 (MicroOLED) 开始用于 VR/MR(混合现实)显示器,特别是现在 Apple Vision Pro。它既可用于 VR,也可用于透视 AR。它可以帮助减少外形尺寸和屏蔽门效应。MicroOLED显示器通常可分为RGB OLED和白色OLED(WOLED)。然而,高分辨率RGB OLED微型显示器仍然面临FMM(精细金属掩模)沉积过程中阴影效应的挑战。白色OLED使用彩色滤光片生成图像,可以实现高PPI(4000PPI)。然而,彩色滤光片会吸收很高比例的发射光,这限制了 MicroOLED 的最大亮度。索尼一直在使用 microLens 来提高 OLED 微型显示器的峰值亮度。Kopin 开发了三重堆栈架构来提高亮度。eMagin 在 WUXGA 4K OLED 微显示器中实现了 10,000 尼特的亮度,该显示器是通过在背板上直接图案化(消除滤色器)红色、绿色和蓝色 (RGB) 子像素发射器而制成的。三星显示器已收购 eMagin。

MicroLED:AR 显示的新兴存在

MicroLED 的极高亮度、高可靠性(无机 LED 显示器)以及以低功耗打造超紧凑外形的能力将为透视 AR 市场带来重大优势。为了在单个基板上开发具有亚微米芯片尺寸的高效率 MicroLED。与此同时,MicroLED的效率随着芯片尺寸的缩小而下降。三星显示器公司的研究表明,正如富有洞察力的文章“高级 VR 和 AR 显示器”所指出的,“通过使用适当的侧壁钝化结构和方法最大限度地减少表面缺陷,可以缓解与尺寸相关的外部量子效率 (EQE) 降低问题”在 Samsung Display 团队的《信息显示》杂志(2023 年 3 月/4 月)中。文章称,多个研究小组和公司正在开发横截面RGB和堆叠垂直RGB,以在单晶圆上实现RGB,但该技术还不够成熟,无法应用于大规模生产。第 一步将使用光学组合器将三个 RGB 面板商业化,下一步预计将开发使用单片 RGB 面板的 AR 产品。Jade Bird Display (JBD)、Porotech、PlayNitride 等公司最近展示了全彩 microLED 演示。

根据 Mojo 首席执行官 Nikhil Balaram 在 DSCC AR/VR 论坛上的演讲,需要在单个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 开发了一种彩色显示器,采用高性能量子点 (HPQD)、高效亚微米蓝色和绿色 microLED 以及高效红色和绿色 QD 墨水。他们使用 300mm 硅基氮化镓制造工艺。

Nanosys 高级科学家 Ilan Jen-La Plante 在论坛上表示:“QDCC 工艺简化了 microLED 制造,并提高了 R/G/B LED 芯片标准巨量转移的良率,因为只需要蓝色芯片。由于仅使用蓝芯片,驱动电子设备将被简化。红色 QD-MicroLED 比固有红色 MicroLED 效率更高,尤其是在像素尺寸较小时”。

JBD于10月宣布,“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,而发射极尺寸甚至<2um,面临效率的严峻挑战。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,显着提高了内量子效率。红色亮度里程碑将 JBD 的 Hummingbird X-cube 多色投影机提升到了一个新的水平。JBD将推出量产的蜂鸟光学引擎,以提振消费级AR玻璃市场”。蜂鸟彩色投影仪集成了三个 0.13 英寸 microLED 显示屏。MicroLED 正在走向商业化:

应用材料:UV-A microLED 和无 Cd RGB QD,高 EQE、高效率、简化传质、第 4 个子像素的像素修复方案,提高制造良率并降低生产成本

PlayNitride:针对AR/MR,μ-PixeLED,单器件0.49英寸FHD全彩MicroLED微显示屏,超高4,536ppi,>150,000nits

Porotech:0.26、1280×720 MicroLED 微显示单面板,用于 AR 全彩

JBD:用于 AR、VGA 的 0.13 英寸单片 MicroLED 微显示器,带彩色投影仪(正在生产)

NS Nanotech:用于 ARVR 的 NanoLED 微型显示器,亚微米级、高效、多色光源单片集成在单个芯片上

LCD:MiniLED 在 VR 显示器中的强势表现

LCD 凭借高 PPI 等技术进步引领 VR 市场。目前,这些公司正在使用先进的LTPO(LTPS+氧化物背板)来生产对于VR至关重要的更高开口率的显示器。局部调光技术的使用实现了更高的对比度和更低的功耗。MiniLED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 也更具成本竞争力。

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,尤其是 Micro OLED 和 MicroLED,对于推动 AR/VR 市场的增长至关重要。

 标签: VR上游 市场观察
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