“备胎”Micro OLED技术：元宇宙显示硬件新入口

来源:电子工程专辑发布时间:2023-02-282337浏览

最近，业界传出苹果将在2024年发布的AppleWatchUltra上采用MicroLED技术之后，苹果和Meta这两大科技巨头又传出正在国内寻找MicroLED微显示器件，并已在多家公司下了数笔订单，用于AR眼镜的概念验证（POC），每笔订单规模在50套-100套左右。这说明MicroLED正在加速商业化应用，尽管这一技术仍然存在大规模量产的问题。

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然而，就在MicroLED技术悄然火热之时，又有行业媒体报道，暗地押注MicroLED技术的Meta又在布局另一显示技术——MicroOLED。尽管两者仅一个字母之差，但技术原理截然不同。据悉，Meta将与韩国半导体大厂SK海力士及面板厂LGDisplay合作开发MicroOLED面板，用于MetaXR（扩展现实）设备，已进入签署协议阶段。

这也说明Meta在XR设备上首先应用MicroOLED技术面板，无疑是由技术量产性和成本综合考量因素所决定的。实际上，MicroOLED技术也是当前元宇宙概念硬件设备重要的硬件之一，比如预计今年苹果发布的XR也将采用该技术。该技术也一直有MicroLED技术“备胎”之说，但MicroLED技术正式大规模量产之前，其是否拥有很好的发展前景呢？

MicroOLED技术是“备胎”？

MicroOLED技术最大特点是以单晶硅芯片为基底，以通过在硅晶圆上沉积红、绿、蓝有机材料，而非玻璃基板，像素密度比OLED面板更精细，可实现超高解析度，面板厚度和体积也更薄、更小，因此成为XR设备的最佳选择之一。

图1：MicroOLED与OLED像素尺寸对比

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MicroOLED像素尺寸为传统显示器件的1/10，精细度远远高于传统器件。而且，单晶硅芯片采用现有成熟的集成电路CMOS工艺，不但实现了显示屏像素的有源寻址矩阵，还在硅芯片上实现了如SRAM存储器、T-CON等多种功能的驱动控制电路，大大减少了器件的外部连线，增加了可靠性，实现了轻量化。

相对传统的AMOLED显示技术，MicroOLED有以下突出特点：

一是基底芯片采用成熟的集成电路工艺，可通过集成电路代工厂制造，制造良率更是大大高于目前主流的LTPS技术。

二是采用单晶硅，迁移率高、性能稳定，寿命高于AMOLED显示器。

三是200mm×200mm的OLED蒸镀封装设备就可满足制造要求(与8英寸晶圆尺寸兼容)，而不像AMOLED需要追求高世代产线。

四是OLED微显示器体积小，非常便于携带，并且其依借小身材提供的近眼显示效果可以与大尺寸AMOLED显示器相媲美。

当然，MicroOLED技术与目前主流VR/AR显示技术FastLCD相比，也有不少优势，主要体现在低功耗、工作温度宽、高对比度、响应速度快等性能上。不过，该技术与MicroLED相比，几乎没有技术优势而言，但因MicroLED在芯片制造、巨量转移、全彩化等技术问题量产难度大，则有规模化量产的优势。这也是MicroOLED技术“备胎”的来源。

具体可以参考表1不同微显示技术的性能比较，可以看出MicroOLED(OLEDonSilicon)在性能上有较为明显的优势，其中亮度、综合发光利用率、对比度、色彩能力、像素点距性能都非常优秀，也是该技术受到苹果、Meta、索尼等大厂推崇的主要原因。

表1：各大VR/AR显示技术对比

来源：天风证券

据悉，苹果此前已找上台积电合作开发MicroOLED面板，将用于苹果XR头戴设备。该设备将装有两片约与眼睛同宽、像素密度（ppi）达3000以上的超高分辨率MicroOLED屏幕，采用28纳米制程。因此，随着成熟度提升和产能扩充，台积电28纳米芯片工艺将多一个“出海口”。而有消息称，苹果XR头戴设备的MicroOLED屏幕首批将由索尼供应。

MicroOLED技术工艺难题

实际上，MircoOLED最早应用于军事方面，主要用于飞机显示设备，如今还应用于头戴式观瞄设备等数字信息作战系统。而随着最近几年元宇宙概念的提出与发展，VR/AR等虚拟现实应用推动了MircoOLED这一核心部件快速增长。

从技术特点来看，MicroOLED是显示技术和半导体技术的深度结合，即CMOS技术与OLED技术的紧密结合，也是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。目前，尽管MicroOLED已经具备初步量产的能力，但其工艺也存在诸多技术挑战。整体来看，CMOS技术主要使用光刻工艺、CMP工艺等，湿法制成较多，而OLED技术则主要采用真空蒸镀技术工艺，以干法制程为主。两者皆专业且复杂，将两者集成于同一显示器件之中，对工艺技术要求非常严苛。

从MicroOLED器件制造来看，集成电路晶圆代工厂按照IC设计公司的设计和要求完成硅基芯片的制造；OLED代工厂完成硅基OLED微显示器制造工艺，主要包括OLED微腔顶发射技术、阳极材料技术、全彩化技术等；集成电路芯片封装厂完成OLED封装制程，包括薄膜封装，玻璃cover贴合封装等；模组与系统开发厂商完成显示驱动与系统，与硅基芯片设计制造紧密相连。因此，相比传统AMOLED制造，MicroOLED器件需解决更多的工艺制程的问题。

具体来看，MicroOLED主要技术挑战体现在：一是IC驱动设计和IC代工并不成熟，导致良率比较低；二是OLED器件因需采用TOPDevice设计方案，导致出现RGB光谱平衡性调制难、色度差、效率低等问题；三是贴合工艺效率比较低，还存在彩色化率的问题等。当然，相对MicroLED技术，MicroOLED大规模量产将更早到来。

根据Meta与SK海力士、LGDisplay合作开发MicroOLED面板的协议，Meta将负责芯片设计，SK海力士负责晶圆生产，LGDisplay负责最后的制造工序，即将OLED沉积在晶圆上，然后切割成MicroOLED面板。

据悉，SK海力士将通过位于韩国利川市的M10晶圆生产线，制造用于MicroOLED的晶圆。该产线原本只生产DRAM，后续还加入了CMOS图像传感器的制造。据消息人士透露，SK海力士计划在2025年至2026年期间，每月投3万片晶圆的产能，采用28nm或45nm传统制程生产MicroOLED晶圆。鉴于此前依赖于DRAM和NAND闪存等产品，SK海力士布局MicroOLED晶圆代工，将带来新的业务补充，提振其整体业务表现。

MicroOLED成为元宇宙的重要入口

随着元宇宙概念逐渐升温以及技术不断成熟，以苹果、Meta、索尼等为代表的科技大厂将以MicroOLED技术作为显示硬件入局，也将进一步推动MicroOLED技术快速增长。今年，苹果将发布打磨许久的XR头戴设备，据传将搭载4K分辨率的MicroOLED面板，也成为2023年度最值得期待的苹果新品。相关数据显示，随着苹果在其XR产品中使用MicroOLED，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。

从MicroOLED产业链来看，MicroOLED早期的制造商主要有索尼、爱普生、eMagin和Kopin。其中，美国eMagin公司和法国MicroOLED公司的产品主要应用于军事领域，能成熟量产的MicroOLED供应商只有索尼公司，其在全球市场处于垄断地位。

而苹果预计也将采用MicroOLED+Pancake方案，以较高的定位、参数和价格与目前的主流VR产品形成差异化竞争，首代产品将采用索尼的MicroOLED，未来也将向三星和LGDisplay下单采购，其光学、传感等则基本由苹果原来的供应链厂商配合。

据韩媒ETnews最近报道，三星已选择MicroOLED作为下一代显示技术，且计划在韩国忠清南道牙山建设产线，据传已开始订购相关设备。该报道称，由于尚处于早期阶段，三星第一条产线预计将处于“试产”水平，生产少量产品，将于今年下半年开始运营，2024年量产MicroOLED显示屏。三星电子MX（移动体验）业务部门负责人卢泰文最近在旧金山举行的GalaxyUnpacked2023上也宣布，“我们正在与高通和谷歌准备下一代XR。”

当然，国内厂商也在快步入场，京东方、视涯科技、湖畔光电、云南奥雷德、梦显、熙泰等布局多年，预计未来产量将大幅增加。

根据国泰君安证券最近研报，目前国内企业在硅基OLED产业链中积极布局，未来将深度受益。其中，在硅基OLED面板上，目前消费市场上硅基OLED屏多为Sony供应，三星和LG也持续扩建产能，国内京东方、视涯科技、清越科技等也积极布局。在后端模组上，长信科技、立讯精密凭借优秀的制造能力和客户优势在显示模组端积极布局。在上游材料及设备上，奥来德硅基OLED材料已供应面板厂，同时小型蒸镀机设备也有望加速推进。莱特光电作为京东方OLED有机材料供应商，其目前也有产品可以用于硅基OLED显示面板的生产。

此前，有供应链人士透露，视涯科技MicroOLED已经多次向苹果送样，目前苹果研发人员还在合肥工厂与视涯科技共同推进XR设备用的MicroOLED。华兴源创则可提供MicroOLED检测设备，包括老化检测设备、Mura检测与修复设备等，大客户包括苹果、三星、索尼等，并已获批量订单。