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苹果Vision Pro这块屏,有故事

jh18616091022 来源:AIOT大数据 2023-10-22 10:11 次阅读

苹果在今年 6 月发布的 Vision Pro 可以说刷新了 XR 头戴设备体验的天花板。

尽管目前还没有上市,但从媒体们现场体验的震撼反馈和 Vision Pro 本身的堆料和创新技术来看,说天花板并不夸张。

Vision Pro 包含的顶尖技术有很多,但其中最重要的莫过于那两块由索尼供应的 Micro OLED 屏幕。

这两块屏幕大小分别为 1.42 英寸,像素超过 2300 万,像素密度为 3386ppi,成本约 700 美元,能占到总 BOM 成本的约 46%。

体验过 Vision Pro 的媒体们都对这两块屏幕的显示效果表示了肯定。屏幕显示效果可以说是 XR 都带设备的灵魂,而 Vision Pro 的屏幕做到了看不到像素点,几乎就是肉眼看世界的清晰度,用苹果的概念就是“XR 时代的视网膜屏”。

这一切背后,这两块 Micro OLED 无疑就是最大功臣。

说到 Micro OLED,很多同学可能会把它和另一种屏幕搞混,就是 Micro LED,两者就差一个字母,但却是完全不一样的屏幕技术。

但是,对于 XR 设备来说,Micro LED 同样也是非常理想的屏幕技术。那么,苹果为什么会选中 Micro OLED,它和 Micro LED 又有什么区别,哪种技术方案才是 XR 设备的终极之选呢?

Micro OLED,用造芯片的技术造屏幕

我们先来说说 Micro OLED。关注屏幕的朋友相信都知道 OLED 屏,Micro OLED 顾名思义就是“微小的 OLED”。它和 OLED 一样都基于有机发光二极管进行显示,无需背光,像素自发光,具有高对比度、高色域、高响应速度和轻薄等优势。

Micro OLED 相比 OLED 主要的特点是以单晶硅材料为基板,用标准的 CMOS 工艺在单晶硅衬底上制作驱动电路

CMOS 技术主要用到光刻工艺、CMP 工艺等。说到这相信大家能明白,这可是制造芯片的技术。

没错,Micro OLED 就是要将屏幕的驱动电路直接集成到芯片级的硅基板上,然后在上面制备有机发光层,因为采用了造芯片的技术,它不仅单个像素很小,像素间距也能做到微米级别,因此整个屏幕的像素密度能达到普通 OLED 难以企及的 3000 以上 ppi,

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图自:索尼官网

再加上屏幕整体轻薄短小、耗电量少以及在显示效果上的优势,相比其他 LCD、Fast-LCD、Amoled 等材质,Micro OLED 是目前最适合用在 XR 设备上的,这也是苹果非它不用的原因。

在苹果 Vision Pro 之前,市场上其实已经有数款采用 Micro OLED 屏幕的 XR 设备,比如华为的 Vision Glass、Nreal Air、Rokid Air 升级版、雷鸟智能眼镜先锋版等,但总体来说,Micro OLED 目前在 XR 头显市场的占有率还是非常低的,并没有到大规模量产的程度。这也是因为 Micro OLED 用到半导体技术,本身在制造难度、专利壁垒和成本方面都是很高的,像苹果 Vision Pro 那样定制极致堆料和创新的屏幕,更是极为罕见。

不过,随着苹果的带动效应,接下来 Micro OLED 在 XR 设备中的渗透率应该会有一波提升,根据显示面板业咨询机构 DSCC 的报告,2023 年全球 MicroOLED 的销售额将超过 13 亿美元,并于 2024 年翻番,超过 26 亿美元。

在 Micro OLED 产业方面,目前能够开发、生产 Micro OLED 的企业主要集中在欧美国家,包括美国 eMagin 公司、英国 Micro Emissive Displays (MED) 公司、德国 Fraunhofer IPMS 研究机构、法国 Micro OLED 公司、日本索尼等,国内在这方面进步也比较迅速,主要有奥雷德、京东方、视涯科技、清越科技等。

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图自:索尼官网

其中,索尼可以说是 Micro OLED 行业的龙头,他们在 2009 年就开始研发这项技术了,并且在 2011 年就已经将第一代 Micro OLED 屏幕用在相机取景器里。

Micro LED,不仅是 XR 的终极解决方案

前面我们介绍了 Micro OLED,如果说 Micro OLED 在 XR 设备上的普及是很快就会发生的事,那 Micro LED 或许就是全行业都在期待的未来。

我们知道,传统的 LED 屏幕是需要背光的,也就是用发光二极管作为光源,而如果将这个背光的光源做得足够小、足够多,屏幕就能获得更好的色彩表现、动态范围、对比度等。

遵循这个思路,原来一块 LED 屏幕可能有几十个 LED 灯,后来可以放进几千个、几万个甚至更多,这是就是大家常听到的 Mini-LED 屏幕。

而如果在此基础上 LED 灯持续缩小、变多,多到能够让每个灯珠扮演一个像素,可单独驱动点亮,像素点距离在微米量级,这是 LED 屏就出现了质变,因为它也具备了自发光的特性,有点像 OLED 了,这就是 Micro LED。

由于 Micro LED 使用的是无极发光材料,所以可以避免 OLED 氧化、老化、烧屏等问题,提高显示器的寿命,同时它的理论全彩亮度能达到 100000nit,功耗却比 OLED 屏幕节省 90%,此外,Micro LED 在对比度、色域、相应速度等方面也不仅好于 OLED,也好于 Micro OLED。

对此,国内安信证券等机构曾对 Fast-LCD、Micro OLED、Micro LED 的各种性能指标做过一个对比,这里IT之家将其整理出来,大家做个参考。

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数据来自:星空财富,安信证券研究中心

综合来说,Micro LED 在色彩显示、像素自发光、亮度、寿命、功耗等方面相较目前现有的其他屏幕显示技术都有优势,几乎是一项完美的显示技术,因此,未来它不仅能成为 XR 设备的终极解决方案,更可以成为手机电脑、电视等终端显示屏幕的最佳选择。

也许有同学就要问了,既然 Micro LED 这么好,那为什么苹果这次 Vision Pro 没有使用 Micro LED 呢?

答案自然还是那个老问题:不具备商业化量产的条件。

这里说的不具备商业化量产是指在手机、PC、XR、电视等设备上量产全彩全尺寸的 Micro LED。事实上,对于 AR、VR 设备需要的小尺寸 Micro LED 屏幕来说,眼下也有能够规模化量产的,但是只有单一绿色发光,而不能做到全彩。

此外还有极少数厂商如三星、索尼,能够实现大尺寸 Micro LED 大批量出货,但是这些屏幕主要是超大的商用拼接屏幕或者大尺寸家用电视,在像素大小、像素间距方面还不能满足消费级智能终端的标准。

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三星有一款 110 超大屏幕电视即采用 Micro LED 屏幕,图自:三星官网

真正适用于广泛消费终端的 Micro LED 屏幕规模量产,目前还有诸多难题待解。

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图自:playnitride 官网

如果我们把 Micro LED 简单看成是在一个很小很小的芯片上有数以万计、百万计的小灯珠,

那么它生产的第一步,就是需要在晶圆上生长出微型的 LED 晶粒,而且这样的晶粒有三种,分别是 RGB 不同颜色的晶粒。

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图自:playnitride 官网

然后还需要在另外的基板上制作 LED 的驱动电路,这里的基板可以是硅基板,也可以是玻璃基板甚至柔性材料基板。

第三步,就是将第一步生长的微型 LED 晶粒从晶圆上分离到有驱动电路的基板上。这是最难的一步,难就难在 LED 晶粒有数十万甚至上百万个,而且还不止一种,需要一次性转移到驱动电路基板上,而且要每一个 LED 晶粒都精准对齐电路上的位置,这个过程还得十分快速,要知道,目标电路基板本身也是非常小的。

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图自:playnitride 官网

这个过程,叫做巨量转移,可以看到,这是一个非常复杂且十分高精度的操作,而且有着近乎变态的良率要求,比如一百万颗像素,只能有一颗不良,良率要高达 99.9999%。

如果巨量转移成功,接下来就要对显示面板进行封装,最终完成一个 Micro LED 显示器的制作。

巨量转移可以说是目前影响 Micro LED 商业化量产的主要拦路虎,当然,除了巨量转移,Micro LED 要想实现大规模量产,还有很多坎要过,比如 Micro LED 芯片量产必须具备先进的高精尖微型设备,同时对车间的卫生环境、生产效能等的要求极高,如何推动产线产能的成熟就是个问题。此外量产需要储备的大量原料对厂商的实力来说也是一个考验。

尽管 Micro LED 目前在商业化量产方面目前仍存在难题,但由于其在各方面都有着近乎完美的表现,仍然被全行业认为是真正的下一代显示技术,更是全球资本市场长期以来重点关注和青睐的宠儿。

根据国际第三代半导体论坛给出的信息,2020 年以来,全球 Micro LED 领域的投资已超过 1000 亿元人民币,其中不乏苹果谷歌这样的科技巨头。

比如苹果早在 2014 年便收购了 Micro LED 创业公司 LuxVue,同时据日本经济新闻报道,他们过去十年在 Micro LED 研发上就投入了超十亿美元,还有消息显示苹果已经在中国台湾桃园龙潭扩建厂区,用于研发 Micro LED。

还有 Meta 子公司 Oculus 在 2016 年收购了从爱尔兰廷德尔国家研究院和爱尔兰科克大学衍生出来 InfiniLED,谷歌则于次年注资 Micro LED 制造商 Glo,又在 2019 年投资了 Mojo Vision。

2018、2020 年,包括三星、晶电、友达在内的屏幕和半导体巨头也投资了 Micro LED 开发商 PlayNitride。

国内方面,Micro LED 领域在一级市场上的融资于 2021 年就有 9 起,2022 年共 10 起,阿里巴巴、比亚迪、小米、吉利等都有参与其中。

在资本的持续投入和科技企业不断迭代技术的推动下,相信 Micro LED 的商业化难题终将得到解决。

事实上,根据 DSCC 最新预测,到 2027 年,全球 Micro LED 显示器市场规模将达到 13.8 亿美元,未来 5-8 年,Micro LED 就有望实现商业化。

结语

回顾 XR 产品显示器技术方案演进过程,早期的设备以 AMOLED 为高端产品标配,随后 Fast-LCD 出现,较大幅度提高了屏幕刷新率,并凭借低成本成为 2018 年至今的主流,而 Mini-LED 背光技术则对其进一步增强,但也存在技术难度高、画面有拖影的情况。

在可预见的未来,Micro OLED 将成为 XR 设备的主流,但是在其大规模商用化前,Mini-LED 背光的 Fast LCD 也许都将成为优先的过渡方案。

如果将目光看向更远处,Micro LED 作为一名六边形战士,将拉开屏幕显示真正的下一个时代,不仅仅是 XR 设备,而是可以拓展到几乎所有带屏幕的设备中。

试想一下,未来我们的手机屏幕也都将是 Micro LED 屏幕,可以呈现比现在 OLED 屏幕更逼真完美的画面,而且在不烧屏,寿命长、功耗上也比现在的屏幕更低,手机也能做得更轻更薄,想想还真的很令人期待。

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原文标题:苹果Vision Pro这块屏,有故事

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