用芯片技术造屏幕,苹果 Vision Pro 这块屏有故事

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苹果今年6月发布的Pro可以说刷新了XR耳机体验的天花板。

虽然还没有上市,但从媒体现场体验的震撼反馈以及Pro本身的堆叠和创新技术来看,说天花板一点也不夸张。

Pro中包含了许多顶级技术,但其中最重要的是索尼提供的两块Micro OLED屏幕。

图片来自:苹果官网

这两款屏幕尺寸均为1.42英寸,像素超过2300万,像素密度为1000。 成本约为700美元,可占总BOM成本的46%左右。

图片来自:苹果发布会

用芯片技术造屏幕,苹果 Vision Pro 这块屏有故事-第1张图片

体验过Pro的媒体都对这两款屏幕的显示效果给予了肯定。 屏幕显示效果可以说是所有XR设备的灵魂,而Pro的屏幕看不到像素,几乎就是肉眼看世界的清晰度。 苹果的概念是“XR时代的视网膜屏幕”。

这一切的背后,这两款Micro OLED无疑是最大的功臣。

说到Micro OLED,很多同学可能会把它与另一种屏幕混淆,那就是Micro LED。 两者之间只有一个字母的区别,但却是完全不同的屏幕技术。

不过,对于XR设备来说,Micro LED也是一种理想的屏幕技术。 那么,苹果为什么选择Micro OLED,它和Micro LED有什么区别,哪种技术方案才是XR设备的最终选择呢?

Micro OLED,利用芯片制造技术制造屏幕

我们先来说说Micro OLED。 关注屏幕的朋友相信都知道OLED屏幕。 Micro OLED,顾名思义,就是“微型OLED”。 与OLED一样,它也是基于有机发光二极管进行显示,没有背光源,像素是自发光的。 具有高对比度、高色域、高响应速度、轻薄等优点。

与OLED相比,Micro OLED的主要特点是采用单晶硅材料作为基板,驱动电路采用标准CMOS工艺制作在单晶硅基板上。

CMOS技术主要采用光刻工艺、CMP工艺等,说到这里相信大家都能明白,这是一种制造芯片的技术。

没错,Micro OLED就是将屏幕的驱动电路直接集成到芯片级硅基板上,然后在其上制备有机发光层。 由于芯片制作技术的原因,不仅单个像素非常小,而且像素间距也可以做到微米级,因此整个屏幕的像素密度可以达到以上,这是目前很难做到的。普通OLED。

图片来自:索尼官网

再加上整体屏幕薄短、功耗低以及显示效果上的优势,与其他LCD、Fast-LCD等材质相比,Micro OLED目前最适合在XR设备上使用,这也是苹果不这没有理由。

在Apple Pro之前,市场上其实已经有几款采用Micro OLED屏幕的XR设备,比如华为的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目前处于领先地位。 XR耳机的市场占有率还很低,还没有达到量产的水平。 这也是因为Micro OLED采用的是半导体技术,其本身在制造难度、专利壁垒、成本等方面都非常困难。好好学习网 像Apple Pro这样定制极致堆叠和创新的屏幕是极其罕见的。

图片来自:华为官网

不过,在苹果的带动下,Micro OLED在XR设备中的渗透率应该会有一波提升。 根据显示面板行业咨询机构DSCC的报告,2023年全球销售额将突破13亿美元,2024年将实现翻倍,达到26亿美元以上。

就Micro OLED产业而言,目前有能力研发和生产Micro OLED的公司主要集中在欧美国家,包括美国公司、英国Micro(MED)公司、德国IPMS研究机构、法国Micro OLED公司、日本等。索尼。 进展也比较快,主要有奥瑞德、京东方、石亚科技、清越科技等。

图片来自:索尼官网

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其中,索尼可以说是Micro OLED行业的领导者。 他们从2009年开始开发这项技术,2011年他们就已经在相机取景器中使用了第一代Micro OLED屏幕。

Micro LED,不仅仅是XR的终极解决方案

之前我们介绍过Micro OLED。 如果说Micro OLED在XR设备上的普及是很快就会发生的事情,那么Micro LED或许就是整个行业期待的未来。

我们知道,传统的LED屏幕需要背光源,即采用发光二极管作为光源,而如果背光源的光源做得足够小、足够大,屏幕可以获得更好的色彩表现、动态范围、对比度等。

按照这个思路,一块LED屏可能有几十个LED灯,后来可以放入几千、几万甚至更多,这就是大家经常听到的Mini-LED屏。

在此基础上,如果LED灯不断缩小并增加数量,使每个灯珠充当一个像素,可以独立驱动点亮,且像素距离为微米量级,这就是LED屏幕发生了质的变化,因为它还具有自发光的特性,有点像OLED,也就是Micro LED。

由于Micro LED采用无电极发光材料,因此可以避免OLED氧化、老化、烧屏等问题,提高显示屏的寿命。 同时,其理论全彩亮度可达到比OLED屏幕节省90%的功耗。 此外,Micro LED不仅优于OLED,在对比度、色域、响应速度等方面也优于Micro OLED。

对此,安信证券等国内机构对Fast-LCD、Micro OLED、Micro LED的各项性能指标进行了对比。 IT之家在此整理出来,供大家参考。

数据来源:星财富、安信证券研究中心

总体而言,Micro LED在色彩显示、好好学习网像素自发光、亮度、寿命、功耗等方面较其他现有屏幕显示技术具有优势。 这几乎是一种完美的显示技术。 因此,未来它不仅可以成为XR设备的终极解决方案,也可以成为手机、电脑、电视等终端显示屏幕的最佳选择。

或许有同学会问,既然Micro LED这么好,为什么苹果这次不在Pro中使用Micro LED呢?

答案自然是老问题:不具备商业化量产的条件。

这里所说的非商业化量产,是指在手机、PC、XR、电视等设备上实现全彩全尺寸Micro LED的量产。 事实上,对于AR和VR设备所需的小尺寸Micro LED屏幕,目前已经有大规模量产的屏幕,但只是单一的绿光,而不是全彩。

此外,三星、索尼等厂商能够实现大尺寸Micro LED的批量出货的厂商寥寥无几,但这些屏幕主要是超大型商用拼接屏或大尺寸家用电视,无法满足消费级需求就像素大小和像素间距而言。 智能终端的标准。

三星有110超大屏电视采用Micro LED屏幕,图片来自:三星官网

真正适合广泛消费终端的Micro LED屏幕的量产还有很多问题需要解决。

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如果我们简单地将Micro LED看成是一块很小的芯片上的数万、数百万个小灯珠,

那么其生产的第一步就是在晶圆上生长微小的LED晶粒,这种晶粒一共有三种,分别是RGB不同颜色的晶粒。

图片来自:官网

然后,需要在另一基板上制作LED驱动电路,该基板可以是硅基板、玻璃基板甚至是柔性材料基板。

第三步是将第一步生长的Micro-LED晶粒从晶圆上分离到带有驱动电路的基板上。 这是最困难的一步。 困难在于LED管芯有几十万甚至上百万个,而且种类不止一种。 它们需要一次性转移到驱动电路基板上,并且每个 LED 晶粒必须精确对齐。 在电路上定位,这个过程一定非常快,要知道目标电路基板本身也很小。

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这个过程称为传质。 可见,这是一个非常复杂、精度非常高的操作,有着近乎变态的良率要求。 例如,如果一百万像素中只有一个坏像素,那么良率应该高达99.9999%。

如果巨量转移成功,下一步就是封装显示面板,最终完成Micro LED显示屏的制作。

巨量转移可以说是目前影响Micro LED商业量产的主要障碍。 当然,除了巨量转移之外,Micro LED要实现量产还有很多障碍需要克服。 例如,Micro LED芯片的量产必须拥有先进的高精度微型设备,同时对车间的卫生环境和生产效率有极高的要求。 如何促进产线产能成熟是一个问题。 另外,批量生产需要储存大量的原材料,这也是对厂家实力的考验。

尽管Micro LED商业化量产还存在困难,但由于其各方面近乎完美的表现,仍然被全行业认为是真正的下一代显示技术,一直是全球关注的焦点。资本市场长期以来。 和受宠的宠儿。

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,其中包括苹果、谷歌等科技巨头。

例如,苹果早在2014年就收购了一家Micro LED初创公司,同时据日本经济新闻报道,他们在过去十年中在Micro LED研发上的投入超过10亿美元。 还有消息称,苹果已在台湾桃园龙潭进行扩张。 厂区用于Micro LED研发。

2016年,Meta子公司收购了爱尔兰廷德尔国家研究所和爱尔兰科克大学的衍生品。 谷歌次年投资了Micro LED制造商Glo,并于2019年投资了Mojo。

2018年和2020年,三星、晶电、友达等屏幕和半导体巨头也投资了Micro LED开发商。

国内方面,2021年Micro LED领域一级市场融资有9笔,2022年共计10笔。阿里巴巴、比亚迪、小米、吉利等均参与其中。

在资本的持续投入和科技公司技术的不断迭代推动下,相信Micro LED的商业化问题最终将得到解决。

事实上,根据 DSCC 的最新预测,到 2027 年全球 Micro LED 显示市场规模将达到 13.8 亿美元,Micro LED 预计将在未来 5-8 年内实现商业化。

结语

回顾XR产品显示技术方案的演进过程,早期设备被认为是高端产品的标配,后来出现了Fast-LCD,大大提高了屏幕刷新率,并自2018年开始成为主流。其成本低。 Mini-LED背光技术进一步增强,但也存在技术难度高、屏幕拖尾的情况。

在可预见的未来,Micro OLED将成为XR设备的主流,但在大规模商用之前,采用Mini-LED背光的Fast LCD可能会成为优先过渡方案。

图片来自:苹果官网

如果把目光放得更远,Micro LED作为六边形战士,将拉出屏幕展现真正的下一个时代,不仅仅是XR设备,而是可以扩展到几乎所有有屏幕的设备。

试想,未来我们手机的屏幕也将是Micro LED屏幕,它可以比现在的OLED屏幕呈现更真实、更完美的画面,而且不会烧屏,寿命长,耗电也比现在的OLED屏幕低。当前屏幕。 想到它能够变得更轻、更薄,真是令人兴奋。

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