北京時間06月13日消息，中國觸摸屏網訊， 專訪昀光｜硅基OLED：下一代虛擬世界“元宇宙”首選顯示方案。2022年世界正站在元宇宙時代入口，而AR/VR作為元宇宙最重要的人機界面，是電子信息行業的下一個突破口，即將進入黃金發展期。在國家政策、產業投資、配套以及5G應用的擴張下，AR/VR產業發展路徑和前景愈發清晰。

    本文來自：http://www.zc28898.cn/lcd/news/dynamic/2022/0613/61542.html

作為元宇宙的重要入口之一，VR在經歷了初期快速發展后，目前也迫切需要自我革新。為了解決以往VR終端大而笨重、顯示細膩度不足、功耗大等缺點，迫切需要一種輕薄、低功耗、高顯示質量、長壽命的微顯示方案。

近年來AR/VR開始陸續采用一種新型近眼顯示技術OLED on Silicon，即 硅基OLED，也稱Micro OLED。與現在主流VR產品使用的Fast-LCD相比，硅基OLED在亮度、對比度、響應時間、功耗、體積等方面優勢巨大，成為AR/VR頭顯方案新選擇。

以蘋果為代表的大廠正式以硅基 OLED 技術路線進軍 AR/VR 市場，將為硅基 OLED 技術帶來新一輪的增長。使其從原本僅作為軍用和專業用途的小眾產品開始走入大眾消費市場。

受AR/VR產業發展牽引，硅基OLED顯示面板市場規模有望迅速擴張。CINNO Research統計數據顯示，2021年全球AR/VR硅基OLED顯示面板市場規模為1.7億美元，未來隨著AR/ VR產業的發展以及硅基OLED技術的進一步滲透，預計至2025年全球AR/VR硅基OLED顯示面板市場規模將達到16.7億美元，2021年至2025年年均復合增長率CAGR將達到77.1%。 AR/VR對顯示技術提出了更高的挑戰，而硅基OLED會成為AR/VR產業未來發展的核心所在。

那么硅基OLED究竟是一種怎樣的技術？為什么說它符合目前AR/VR設備的發展趨勢？其應用范圍和前景如何？帶著這些問題，CINNO與南京昀光科技有限公司（簡稱南京昀光）創始人季淵博士展開了一場關于“元宇宙”顯示入口的對話。

硅基OLED是什么？優點在哪？

OLED顯示器是一種利用有機材料自發光特性而制成的顯示器件。而硅基OLED微顯示器以單晶硅為襯底（OLED器件結構中的基板），集成CMOS驅動電路，是一種結合了半導體與OLED的微顯示器技術。

南京昀光科技有限公司 創始人兼CEO

季淵博士表示：“硅基OLED依托半導體工藝成熟發展，將像素點直接置于硅晶圓上，而不是玻璃基版，因此像素尺寸可以做到更小，像素密度更高。”

硅基OLED在微顯領域的優勢之一便是能做到超高PPI。“以極小的物理尺寸（1.5”以下）達到極高像素密度（3000PPI以上）。”季淵博士舉例。

此外，因為自發光的特性，不需要背光的介入，這意味著在純黑背景下不會發生漏光現象，因此不會出現LCD屏幕下“灰底白字”情況的發生。對比度較LCD更好，暗部和亮部的細節更清晰，能夠涵蓋各類色彩空間，色彩表現也更好。


一般來說，與硅基OLED顯示器相對應的是LTPS-TFT驅動的普通OLED。與LTPS基板相比，硅基OLED采用成熟的半導體工藝，通過晶圓代工廠制造；硅基OLED微顯示器的像素點間距很小，一般小于15um，而普通OLED顯示器的像素間距在25~80um，這種特性導致硅基OLED更適用于微顯示器；硅基OLED的穩定性、驅動性能更好，因而具有更好的顯示效果。
概括來說，硅基OLED屏幕具有自發光、輕薄小巧、響應時間短以及像素密度高、亮度高等眾多優點，是近眼顯示設備首選的屏幕技術。
“元宇宙”需求推動硅基OLED產業發展

2021年，隨著Facebook更名為Meta，元宇宙作為一個新興概念，受到了來自社會各界的廣泛關注。該詞最早出現于科幻小說《雪崩》，指代一種由計算機模擬、與真實世界平行的虛擬空間。作為元宇宙的硬件基礎，AR/VR等可穿戴設備等產業真正迎來了發展窗口。

硅基OLED在此期間迅速成為了VR等近眼顯示設備的優選。“因為硅基OLED最早在2000年剛研發出來之時，盡管擁有小尺寸超高PPI等特性，但近眼顯示概念在當時還是比較超前的，加上成本等問題，一直沒有在消費領域普及。”季淵博士說起硅基OLED的發展歷史。

“硅基OLED微顯示最早的應用領域實際是軍方，這是因為當時攜帶上飛機的顯示設備有輕薄的需求，加上軍方可以負擔相對高昂的價格。現在硅基OLED已經是戰斗機、武裝直升機、坦克的頭戴式觀瞄設備的核心顯示技術，也是未來數字士兵和數字信息作戰系統中的重要組成部分。”季淵博士補充。

一直到2010年左右，谷歌第一次推出了名為谷歌眼鏡的新物種，近眼顯示在消費電子領域的市場被打開，緊接著AR/VR相關概念和終端才開始發展。

初代VR由于技術、成本等限制，使用的是LCD顯示技術，存在色彩顯示不夠豐富、對比度不高、功耗和體積大等缺點。目前半導體和顯示技術相比當時發展更為成熟，AR/VR頭顯設備輕量化已勢在必行。

于是硅基OLED便成為了“元宇宙”顯示市場繼續發展的底層技術，季淵博士認為：“元宇宙的到來可以看做是互聯網3.0版本，元宇宙提出了一個革新性需求，即更加沉浸式的體驗，這也是近眼顯示與傳統顯示最重要的區別。”傳統平板顯示（非近眼顯示方案）實現沉浸式體驗的成本較高，需要在空間四周、地板和房間頂部鋪設顯示屏（例如LED大屏幕）或者架設多個投影機/投影儀，成本較高，移動性有限，僅適合某些特殊場景應用。而近眼顯示方案就可以采用“微顯示器+光學”的方案，以較低的成本，實現沉浸式體驗。

硅基OLED將會成為VR行業趨勢選擇

行業消息指出蘋果公司的首款VR/MR頭顯有望在年內或明年推出，這款頭顯產品將配備三塊屏幕，其中有兩塊采用硅基OLED顯示屏。

行業龍頭對技術路線的選擇往往具有引領供應鏈趨勢的作用，選擇硅基OLED路線標志著其在VR設備方面的應用前景已得到認可。

季淵博士指出：“目前硅基OLED在VR應用上的綜合優勢比較明顯，相比較Fast-LCD和Micro LED，其色彩表現要更強，沉浸體驗更好。并且由于VR是相對封閉的顯示環境，并不需要后兩者的超高亮度便可以滿足要求。”

此外對于LCD屏幕來說，由于其擁有黑矩陣的工藝，因而限制了LCD的PPI提高，即便像素密度提高到1000ppi以上也難以完全消除紗窗效應；對于Micro LED來說，尚存在工藝和產業化問題，成熟度不夠高，而且也可能會存在像素點亮度不一致較大的問題。

從技術角度看，硅基OLED已經進入成熟量產階段。其技術工藝主要分為單晶硅光刻的基底驅動層技術和OLED蒸鍍技術。

對于單晶硅光刻的基底驅動層技術而言，硅基OLED采用的是28nm、55nm、或者180nm成熟的CMOS工藝，其工藝難度要遠低于目前的頂級光刻單晶硅技術。由于28nm、55nm甚至更早的CMOS工藝制程此前被光電傳感器所廣泛采用，已經踏入了成熟階段，因此硅基OLED可以采用半導體工藝成熟且低成本的技術和設備便能夠滿足生產制造要求，享受半導體端的成熟體系紅利。

對于OLED蒸鍍工藝而言，難點核心在于“均勻性”。不過制約均勻性的最大難題往往是蒸鍍面積過大，而硅基OLED蒸鍍工藝主要集中在8”和12”硅晶圓上，面積小，難度相對低很多，一致性問題也能夠有效保證。

從工藝角度看，硅基OLED可以說是受到半導體芯片光刻技術與OLED蒸鍍技術兩方面發展水平紅利的影響，可以利用成熟技術、材料制作。相比較大尺寸液晶或者OLED面板，硅基OLED的生產線的投資規模更低，可以快速實現建線到量產。

除了生產制造工藝外，還需要關注硅基OLED顯示的實際規格參數。以南京昀光研發的硅基OLED產品為例，其最新開發的第四代有源芯片，能夠在1.31”上實現2.5K×2.5K分辨率。

季淵博士表示：“初代工程樣品分辨率為2K，與同樣分辨率的LCD比較，硅基OLED顯示效果更勝一籌。”

“目前我們已經可以將分辨率提升至2.5K，未來會朝著4K分辨率邁進。理論計算上，在FOV為100度的情況下，6K分辨率就是人眼分辨率的極限，而4K基本上是接近這個極限，2.5K距離極限還有一點距離。”季淵博士告訴CINNO。

在近眼顯示中，人眼感知的臨界點在2K-2.5K之間，如果分辨率在2K以下，使用者會明顯感受到顆粒感，眼部肌肉需要不停對焦，容易導致眼部干澀甚至流淚，而分辨率超過2K后，眼部疲勞會有所改善，但仍會感覺圖像不是十分清晰。

早年的VR分辨率在1.2K或1.4K，這時大部分使用者無法長時間觀看。季淵博士指出：“通過實驗，在分辨率達到4K級別的時候，使用者感受到的畫面會非常清晰，視力仿佛恢復到1.5甚至2.0，因此達到4K分辨率對于硅基OLED的VR應用是一個很重要的指標。”

硅基OLED憑借著工藝制造、產業投資、性能參數等一系列的優勢，在新型顯示產品中具有不俗的成熟度，成為VR行業主流選擇順理成章。

技術驅動實現硅基OLED創新成長

乘著元宇宙的東風，中國硅基OLED產業也在快速增長，不少公司提早從事硅基OLED相關的研發和布局，南京昀光是當中的佼佼者。

除了其開發的硅基OLED產品擁有極高的2.5K級別分辨率（4K級別開發中）外，不得不提的是其采用了獨特的數字驅動方案。與傳統的模擬驅動相比，數字驅動硅基OLED微顯示器在顯示質量、功耗、壽命等性能上占有顯著優勢，相較同類微顯示器產品具有更高的刷新率、對比度以及更低的功耗（功耗約為模擬驅動方案的1/3）。

季淵博士強調：“南京昀光擁有全球領先的數字驅動技術，該技術十年前便已經著手研發，判斷將會取代目前的模擬驅動方式。數字驅動方式不但能讓刷新提高，而且還能讓功耗有效降低，實現用更低成本去實現更高分辨率的目標。”

針對OLED壽命的問題，昀光發現采用數字驅動的OLED壽命要比模擬驅動的壽命更長。有OLED本質老化研究結果顯示，以直流電驅動點亮組件一段時間，再將組件的電源切斷幾分鐘（5min~10min），可以發現器件由壽命測試所造成的亮度衰退可以得到一定程度的恢復。因此將器件在常溫放置后出現的亮度回升現象稱為OLED器件的自發性亮度恢復。

在數字驅動方式下，某個像素點在某個比特位為0時，這個像素點相當于處于電源切斷狀態，不會被點亮；模擬驅動方式下被點亮時，灰度依靠電流/電壓大小來表示，相當于一直被點亮，沒有關斷狀態。可以推斷，當OLED在相同電壓下以這兩種方式驅動點亮時，僅有數字驅動方式可給予OLED發生自發性亮度恢復的條件，可得到更長的壽命。

季淵博士設計了一組實驗，結果顯示盡管電壓將加速OLED老化，數字驅動方式下，占空比越小，OLED的壽命越高；模擬驅動實驗組的電壓最小，但壽命性能最差。這個實驗可以說明，因為OLED的自發性亮度恢復特性，數字驅動方式比模擬驅動方式的壽命性能更好。該結果已經發表于行業知名期刊《光學學報》2021年第10期。

“我們對三種不同的硅基OLED微顯示器都進行了相同的測試，結果證明這不屬于偶然現象，這驗證了數字驅動技術在壽命性能上的優越性。” 季淵博士補充，“數字驅動技術是南京昀光的獨有技術，國內目前尚未見其他公司效仿。”

季淵博士總結了南京昀光在硅基OLED方面的核心技術，主要有四點：第一，通過獨創陽極一次圖形化工藝技術，解決工藝兼容問題，大幅降低投資成本（節省千萬元光刻設備）、提升良率；第二，采用數字PWM恒流像素單元驅動技術，解決了傳統模擬驅動精度不高、亮度和對比度低、功耗大的問題；第三，國際唯一3D分形掃描控制算法，亮度效率接近100%；第四，基于人眼凝視的圖像編碼和超像素技術，達到行業最高的4K單目分辨率，這是蘋果2022年底計劃達到的規格指標。

目前南京昀光依托國內新型顯示技術高地——上海大學微電子中心、新型顯示技術教育部重點實驗室進行相關技術研發，已申請發明專利 58項，集成電路布圖保護專利6項。

錨定XR產業，推動生態圈組建

南京昀光是一家面向各類超高像素密度微型顯示器產品研發、生產和銷售的公司，是解決國內新型顯示和半導體領域科技創新體系“卡脖子”難題的技術突破型企業。

季淵博士為南京昀光創始人和CEO，他解釋道：“昀光的意思就是日光，我們希望做出的顯示屏像日光一樣均勻而柔和，能帶給消費者細膩自然的感覺，這是昀光公司始終如一的追求。”

目前南京昀光建有一條8”硅基OLED量產線，可以制作高性能硅基OLED微顯示器，還擁有一支高素質的顯示驅動芯片研發團隊。季淵博士是微型顯示器行業領軍人才、集成電路專家，擁有近20年的行業背景，以其為首，匯聚了顯示專業研發人員近50名，核心成員來自華為海思、中芯國際、京東方、華星光電等產業化團隊，行業經驗豐富，博士、碩士比例達到了80%。

按計劃，公司一期生產線年產能達30萬片硅基OLED微顯示器（1.3”規格），銷售產值約2億元人民幣。本輪融資7500萬元，目標為達成一期建設目標。二期擴產生產線將達300萬片，預計2023年開始建設。

“在融資和技術雙重推動下，產品研發時間大大縮短。實際我們第一條8”生產線2020年9月才開始建設，而我們1.3”產品點亮時間是2021年10月。我們只花了一年多的時間就從無到有，把產品研發出來，傳統的行業公司普遍需要二、三年的時間，足可以看出我們團隊的專業程度。”季淵博士告訴我們。

巨大的市場存量需求以及日益豐富的XR應用內容，成為南京昀光發展所錨定的方向。“我們是把自身定位為基礎器件供應商，提供顯示屏產品，實際上南京昀光采用了相對簡單的商業模式。”季淵博士表示。

不過由于元宇宙下的AR/VR概念尚比較前沿，硅基OLED仍是一種新型顯示技術，南京昀光不但會為客戶提供屏幕產品，而且還會為其提供一整套的解決方案，幫助對接他們的應用需求。

此外南京昀光為了打通整個XR產業，作為上游屏提供商，也在嘗試依靠自身的經驗和認知賦能到行業，包括內容構建、與中下游廠商合作提供端到端的終端解決方案等。元宇宙與XR產業的生態發展，不僅需要上游器件供應商，也需要整個產業中下游玩家深度參與。

“我們非常樂意與產業朋友一道，把生態圈搭建起來，包括上游器件、設備廠商、下游應用團隊、內容團隊、運營團隊等。只有上下游協同才能有效推進產業生態圈的做大做強。”季淵博士強調，“南京昀光期盼加入到這個生態里一并努力。”

觸摸屏與OLED網推出微信公共平臺，每日一條微信新聞，涵蓋觸摸屏材料、觸摸屏設備、觸控面板行業主要資訊，第一時間了解觸摸屏行業發展動態。關注辦法：微信公眾號“i51touch” 或微信中掃描下面二維碼關注，或這里查看詳細步驟