趁AR风口，Micro LED和Micro OLED加速落地

　　随着AR生态圈日臻完善，AR眼镜正逐渐走向商用化。一些新技术也乘着AR眼镜的风口，加速了商业落地的进程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。

　　2022年6月中旬，锤子科技创始人罗永浩在宣布将正式开启AR（增强现实）创业。他坚信，特定用途的垂直类型AR设备，比如针对教育、复杂技能培训、特殊行业的AR眼镜，完全可能在两三年内成功商业化。

　　近年来，随着AR生态圈日臻完善，AR眼镜正逐渐走向商用化。一些新技术也乘着AR眼镜的风口，加速了商业落地的进程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。本文主要围绕AR头显设备的显示材料的量产进度来分析。

　　AR眼镜发展简史

 

 

　　图1：AR的发展历程 制图/来源：国际电子商情

　　L.Frank Baum在1901年发布的小说《万能钥匙》中有这样一段描述：“这是角色标记器。它是一副眼镜。当你戴上它时，你遇到的每个人的前额上都会有一个字母，表明他们的角色。好人的前额上会有一个G，坏人的前额上会有一个E。智者的前额上会有一个W，傻瓜的前额上会有一个F。外邦人的前额上会有一个K，残忍的人的前额上会有一个C。”这被认为是关于AR应用场景最早的描述。

　　1992年，出现了Augmented Reality（增强现实）概念，它被用来描述将计算机呈现的元素覆盖在真实世界上的技术。

　　AR眼镜首次引发关注热潮是在2012年，谷歌发售了一款名为Google Project Glass的智能眼镜，它是一款增强现实型穿戴式智能眼镜，可通过声音控制拍照、视频通话和辨明方向以及上网冲浪、处理文字信息和电子邮件等。由于Google Project Glass的成本高昂，仅定金就达高达1500美元。2015年，谷歌停售了第一版Google Project Glass，但一直在坚持研发AR相关的技术——2020年，谷歌收购了加拿大智能眼镜初创公司North，North的AR眼镜外形与普通眼镜无差别，并在眼镜架配置了微型激光“投影仪”；2022年3月，谷歌收购初创公司Raxium，后者拥有Micro LED显示屏技术；2022年5月，谷歌在其2022年度全球开发者大会上，展示了一款AR眼镜原型机，该机器具备实时翻译功能。

　　2021年元宇宙概念大火，AR眼镜被视为元宇宙的入口，受到了科技公司的青睐，谷歌、Mate（前脸书）、苹果、OPPO、索尼、阿里巴巴、腾讯、小米等企业均加大投资AR眼镜。

　　Micro OLED方案将率先商用

　　AR眼镜的光学系统由图像源器件与显示镜面两个主要配件构成，在使用过程中成像系统不能挡在视线前方，其中的光学组合器通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体。穿透式AR眼镜对于户外应用的亮度需求非常高，加上光波导组件的光效率影响，对入射光的亮度需求将大幅提高。

　　以AR眼镜两种显示路径Micro LED和Micro OLED为例，它们同为自发光技术，与LED和OLED、LCD等材料相比，Micro LED和Micro OLED具备高亮度、高分辨率、高对比度、轻薄化、小型化、低功耗、设计灵活等特点。

 

 

表1：当前Micro LED和Micro OLED各项指数的对比

　　具体来看，Micro OLED由CMOS技术与OLED技术紧密结合而成，是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。不过，因掺和了有机半导体材料，Micro OLED的使用寿命低于Micro LED。另外，通过对比Micro LED和Micro OLED各项指标，在发光效率、亮度、对比度、响应时间、工作温度等方面，Micro LED均优于Micro OLED。但Micro LED晶片像素尺寸更小、量产难度更大，目前单色光源的Micro LED接近量产，但仍面临良率问题。

　　苹果AR眼镜采用Micro OLED方案。因为有引领智能手机市场的先例，所以苹果在AR/VR头显领域的发展也被看好。近日，天风证券分析师郭明錤表示，苹果AR/MR头显将于今年Q3开始工程验证和测试，明年2月份结束前提供开发工具包，到Q2开始接受消费者预订，明年全球开发者大会前上市销售。而海通国际技术研究分析师Jeff Pu则称，苹果首款AR眼镜将在2024年底推出，到2025年上线发售。

　　综上所述，业内较为统一的观点认为，在Micro OLED方案的支持下，AR生态圈或将于2025年迎来第一波大爆发。

　　Micro LED +光波导方案成熟度仍待提升

　　因为AR的光波导要损失90%多的效率，AR眼镜屏幕一定要高亮度。Micro LED自带的高亮度属性，能让它成为AR眼镜的主流材料，未来AR会是Micro LED小屏的主战场。

　　Micro LED（Micro Light Emitting Diode）又称为微发光二极体，也可以写作μLED。Micro LED是将传统LED薄膜化、微小化和矩阵化，使像素点距离从毫米级降低至微米级别，并在一个晶片上高度集成的固体自发光显示技术。

　　行业对Micro LED等新型显示技术尚无统一的标准。根据第三方市调机构集邦科技旗下LEDinside的定义：Micro LED指无蓝宝石衬底，且芯片尺寸至少小于75μm的微型LED芯片，其阵列可达到超高密度像素级别并具备自发光特性。

　　Micro LED Display主要有两大类应用趋势：1.小间距、大尺寸、高分辨率的室内/外显示屏、部分穿戴装置，主流尺寸为15×30μm至34×58μm；2.高分辨率、强便携性、低功耗、高亮度的穿戴设备显示屏，其中就包括了AR眼镜。

　　AR眼镜被视为Micro LED实现量产的突破口，它的兴起推动了小尺寸Micro LED的商业化进程。穿戴装置的光引擎尺寸要求非常小，大约在0.5寸至1寸之间，而AR眼镜要给人眼传递资讯，要做到4K分辨率，PPI高达4000dpi以上，每颗Micro LED的大小要求5微米以下。

　　Micro LED的量产受多个条件的限制，包括从前期的磊晶技术瓶颈、巨量转移（Mass Transfer）良率、封装测试，到后续的检测、维修。在磊晶和芯片方面还面临着均匀性的问题，只有达到波长均匀性＜±3纳米、良率≥95%的条件，才具备批量量产的可能性。Micro LED的尺寸小到微米级别，如何在制程中把生产控制到更精准，也是取决于能否尽早在AR产品上实现Micro LED商品化的关键。

　　AR眼镜对Micro LED的分辨率要求高，不管是传统的PCB背板，或者是主动式的玻璃背板，都无法实现4000dpi的PPI需求。必须要改为硅基CMOS基板，但其精准性方面还在摸索阶段。

　　另外，以巨量转移为例，它分为基板分离和晶片取放两个关键制程：其中，基板分离是以某种作用力将晶片与源基板批量整体式分离。晶片取放是通过转移装置，将分离后的Micro LED晶片，高精度选择性地从源基板上拾取，并转移放置在目标显示基板的特定位置上。

　　据资料显示，Micro LED的LED晶片尺寸大约为头发丝的十分之一，体积约为主流LED大小的1%。其在巨量转移过程中的精度极高，一次转移需要移动几万至几十万颗以上的LED。传统LED晶片在封装环节，主要采用真空吸取的方式，真空管的物理极限下只能做到80μm左右，目前转移设备的精密大约为±34μm，覆晶固晶机的精密度是±1.5μm（每次移转为单一晶片）。

　　全彩Micro LED+光波导技术是业界公认的最佳技术实现路径，这也是AR行业多年难以突破的技术难题。虽然弹性印章转印、静电转印等已经取得了成功，但是在制造能满足AR/VR应用的高分辨率全彩Micro LED显示器仍是巨大挑战。

　　Micro LED晶片红光发光效率差，采用全蓝光又会面临“如何高效色转换”的问题，这使得“无法实现全彩高亮显示”成为Micro LED在近眼显示领域的主要缺陷。全彩化可能需要用到镭射转移技术，10微米以下的红光EQE（外量子效率）还未有效克服，wafer bonding做色转换的方式或将成为Micro LED在AR领域最早实现的方案。

　　此前，市面上已经发布的Micro LED AR眼镜，以采用单色方案为主，具体或是单目或是双目，比如OPPO的 Air Glass就是单目+单绿色显示方案，该类方案主要适用于浏览简单的资讯或导航应用等。

　　即使量产困难重重，也挡不住市场的努力。近年来，Micro LED在降成本方面颇有成效。在2021年之前，Micro LED晶片基本上处于试验阶段。到2022年，4/6英寸Micro LED晶片正式量产，RGB三基色Micro LED芯片成本缩减了30%以上。预估到2024年之后，传统拾取转移会转向镭射转移，将进一步降低Micro LED晶片成本。同时，新6英寸工厂的投资也将推动Micro LED晶片降成本进度。集邦科技预测，将Micro LED芯片从外延晶圆迁移到显示背板的成本，在2025年有望降到2021年的四分之一，甚至还可能会更低。

　　AR眼镜玩家的两条主流路径

 

 

表2：智能眼镜/AR眼镜玩家信息汇总

　　从2020年初到2022年上半年，全球推出了多款AR眼镜新品，发力的厂商包括OPPO、VUZIX、WaveOptics等。从现阶段主要的AR眼镜厂商的布局中，我们也可以看到一些信息（详见表2）——不管是针对光引擎还是下游品牌端，厂商主要围绕Micro OLED或Micro LED来布局。

　　在光引擎方面，Micro OLED阵营有三星、索尼、京东方、LG Display、eMagin、Kopin等企业，Micro LED阵营有Raxium、Jade Bird Display（JBD）、Plessey、Saphlux、Porotech、PlayNitride等企业。

　　在AR眼镜品牌方面，Micro OLED阵营有Solo、苹果、ODG（Osterhout Design Group）、爱普生等品牌，Micro LED阵营有谷歌、Meta、OPPO、索尼、Vuzix、Mojo、tooz、WaveOptics等品牌。

　　由于Micro OLED量产进度比Micro LED快，预期采用Micro OLED方案的AR眼镜或能更快量产，比如苹果AR眼镜预计2024-2025年实现量产，而Micro LED方案的AR眼镜则可能还需更久的持续投入和研发。

　　其实，AR眼镜这类产品还很新，还面临多方面的挑战。从技术角度来看，微投影技术还面临困难，牵涉到FOB、分辨率、亮度，甚至光引擎的设计，此外还要解决光波导衰减、电池耗电量等问题。从市场角度来看，各大品牌正在研究“AR眼镜能为使用端带来的最大价值是什么”，这需要市场来持续摸索。

　　在其他小屏穿戴市场，Micro LED也有发展机遇。Micro LED还有可能向上延展，在VR市场与Micro OLED来竞争。VR显示屏的核心问题在于亮度和效率上，Micro LED有机会打入到VR市场。在智能穿戴手表部分，部分厂商展示了Micro LED面板的手表，Micro LED的高亮、高对比度的特性，或能满足极限运动/户外运动爱好者的需求。

　　除了尚未批量量产的AR眼镜之外，智能穿戴领域的其他许多产品均已实现量产，比如医疗领域的血压/血糖仪，消费电子领域的智能手环、智能手表、TWS耳机等已经得到较好的应用。作为AIoT领域的一部分，智能穿戴市场的发展值得大家关注。2022年6月29日，全球领先的专业电子机构媒体AspenCore和深圳市新一代信息通信产业集群将在深圳联合主办【2022国际AIoT生态发展大会】，推动工业互联网、智慧家庭、智慧机器人、智慧两轮车、智能穿戴等行业上下游企业之间的技术交流与商业合作，整合国际国内AIoT领域的技术力量与市场渠道资源，打造粤港澳大湾区电子产业链上下游企业发现未来独角兽企业、挖掘更合适技术合作伙伴、对接生态合作平台、拓展市场渠道资源的核心枢纽平台。