Micro LED还是OLED?AR/VR设备显示技术怎么选

光电星探 2023-08-14
1978 字丨阅读本文需 5 分钟

大家都知道,苹果是比较喜欢在自己的高端设备上采用一些新技术的。比如说在iPad上率先使用了Mini LED背光模组,自己也在中国台湾和很多厂商合作研发Micro LED,另外下一代苹果的产品也会使用双层OLED面板。而在苹果这次展出的Vision Pro这款设备上,苹果又使用了索尼的Micro OLED面板,单片像素值高达1150万,已经超过了4K分辨率。

但是很多人则发出疑问:既然苹果自己研发Micro LED,为啥在Vision Pro上还要采用Micro OLED?都是高端的显示技术,这两种技术的差异在什么地方?谁更适合这种小型的显示设备?所以这次我们就简单来聊聊Micro LED和Micro OLED的区别,当然只限于头显这种AR/VR的设备上。

AR 设备也分理想和现实

虽然许多 AR 设备都有增强现实(AR)功能,但如同苹果 Vision Pro 一样,最终外貌并非库克理想中的样子。 了解开发过程的知情人士透露,这款产品其实远远偏离库克最初设想,苹果当初想设计不显眼且能每天配戴的设备,但现在变成类似滑雪镜,且需要单独的电池组。

事实上,从目前技术来看,要实现真正理想中的AR产品,可能时日过早。 目前AR功能产品严格来说大都采用影像透视(Video See-Through,VST)技术,即相机捕捉真实世界场景,再透过运算、电脑图像技术结合,呈现于不透明显示器上。

理想上是光学透视(Optical See-Through,OST)技术,用户透过眼前的半透明光学合成器看到真实世界,搭配投影投射到用户眼睛,结合真实世界和虚拟世界。

研调机构TrendForce透露,理想中的穿透式智能眼镜必须符合三大条件:首先,为了尽可能减轻眼镜的穿戴负担,显示光引擎(又称「光机」,Light Engine)尺寸大小约在1吋以下; 其次是内容辨识度要求方面,显示器亮度规格至少要达到 4,000 nits 以上,确保不受天气或场地等外在环境影响; 最后是分辨率至少须达3,000 PPI以上,让投影放大画面清晰。

业界人士表示,穿透式AR眼镜主要场景可能是户外与行进中,必须考量一般户外天气甚至晴天的亮度,加上目前光波导(Waveguide)镜片效率很低,约介于0.1-1%,光损失非常大,所以需要很强的光来通过光波导镜片,才能显示在显示器上。 一般来说,AR显示器亮度必须超过100万、甚至1,000万nits才行。

发展 AR 眼镜,哪一个显示技术较具优势?

AR 眼镜的主流显示技术可分为被动式微显示技术、主动式微显示技术及扫描显示技术。

被动式微显示技术包括 LCD、LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶)和 DLP(Digital Light Processing)技术(表格左 3 项),须以 RGB LED 或 RGB激光作为光源,目前技术较成熟,缺点是光引擎尺寸(Light Engine Size)较其他技术大。

主动式微显示技术包括 Micro OLED 和 Micro LED(表格右 2 项),Micro OLED 拥有自发光等特性,但易受限于亮度问题; Micro LED 在对比度、寿命、省电等规格表现上优于 Micro OLED,但因为 RGB 整合难度大,应用在 AR 眼镜仍有许多挑战。

扫描显示技术(Laser Beam Scanning,LBS)使用 RGB 激光作为光源,搭配 MEMS 进行扫描成像,但可能导致散斑现象。

介绍完所有主流显示技术后,我们接着会以 Micro OLED、Micro LED、LCOS和 LBS 这四种技术进行优劣分析:

1.Micro OLED:适合发展 VR/MR 设备,亮度是硬伤

苹果 Vision Pro 采用 Micro OLED 技术,但因有机材料发光特性,亮度表现上仍输给 Micro LED、LBS、LCOS 和 DLP(Digital Light Processing)。

即使 Micro OLED 厂商持续提升亮度,如透过不同光层来发光、调整 Pattern、采用磷光材料等方式,但调高亮度的同时仍使有机材料寿命减少,可说是天生硬伤。 而在亮度表现上,则以 LBS、Micro LED 表现最好。

Micro OLED技术仍以索尼为主要供应商,由于投入时间较长,更具技术优势,但据最新消息,韩厂LGD(LG Display)已加入苹果Vision Pro Micro OLED供应链,打破SONY独供局面,这有助增加苹果Vision Pro产量、使成本下滑。

2.Micro LED:AR 应用最具竞争优势,但技术仍有一段路需克服

不管是PPI、亮度、对比度、光引擎尺寸,Micro LED皆拿下五颗星,但技术成熟度是一大问题。 Micro LED AR 眼镜因全彩化技术瓶颈,目前仍以单色显示为主,主要是信息提示、导航、翻译以及提词器等基本的显示信息功能。

此外,高分辨率势必需要进行芯片微缩,Micro LED尺寸需要缩小至5um,这时磊晶制程会因波长均匀性问题而影响良率,同时也会出现红光芯片的外部量子效率(EQE)问题。 但中长期来看,Micro LED仍是绝佳选择。

3.LCOS:技术成熟但高功耗、低对比度限制发展

LCOS 是AR终端常用的显示技术,成本低、色域广,由于是反射式技术,光利用率可提高至40%,即产生较高的亮度,并随着半导体制程的微细化,逐步提高分辨率; 缺点是对比度低,且通常必须搭配「偏振分光器」(Polarizing Beam Splitter,PBS),限制了整体光引擎的小型化过程。

4.LBS:光引擎尺寸微缩媲美 Micro LED,但技术一样未成熟

LBS 技术原理是以RGB激光作为光源,经由光学元件校准以及合束后搭配搭配MEMS进行扫描成像,耦合进入光波导。 光波导如同一般眼镜的镜片,影像会在光波导里面传递,然后最终投射进用户的眼睛。

LBS 优势包括亮度高、低功耗、色纯度高、高对比等,但激光可能导致光斑(Speckle)现象。 目前欧司朗(Ams OSRAM)开发一款适用于LBS技术的RGB集成式激光搭配MEMS方案,可将整个光引擎体积缩小到1cc以下,有助于消费类AR眼镜开发。

根据欧司朗系统方案工程经理的说法,基于 ams OSRAM 的三合一 RGB 激光(VEGALAS RGB)设计的光引擎可将尺寸进一步缩小至 0.7cc。 值得注意的是,由于这颗激光尚未整合光束整形光学,所以光束校准和合束需要在封装外实现。

Micro LED 仍处于瓶颈,但中长期表现有望超越 Micro OLED

JBD 营运长徐慧文曾说过,要实现 AR 眼镜轻量化,最关键的是光引擎尺寸,「光引擎尺寸达 1cc,才能使眼镜变成接近正常眼镜的型态」,而光引擎尺寸必须小于 1 cc,也成为业界共识。

整体来说,虽然 Micro LED 应用在 AR 眼镜还有诸多挑战,但在对比度、反应性、寿命、省电等诸多规格表现上仍优于 Micro OLED,在考虑穿透式 AR 眼镜因光波导元件技术的限制,导致光效率难以突破 1% 限制的前提下,中长期来说 Micro LED 仍是绝佳选择。

也因此,若要导入 Micro LED 技术,苹果预计先用在 Apple Watch,目前推出计划也因为技术瓶颈从 2024 年延后到 2025 年后。事实上,苹果过去 10 年投入大笔资金,与欧司朗(ams Osram)合作开发 Micro LED 元件,待技术足以量产后,苹果很可能会亲自执行最关键的「巨量转移」制程,传由桃园龙潭的秘密研发中心进行。

值得注意的是,除了 Micro LED 外,桃园龙潭研发中心也是苹果跟台积电合作 MR 设备 Micro OLED 技术的地方。

文章来源: 科技新报,杰夫视点,TechNews

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