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苹果在6月6日的WWDC上发布了一款令人惊艳的头显设备VisionPro

时间:2023-07-11 17:28:13 来源:财经头条
导读 苹果在6月6日的WWDC上发布了一款令人惊艳的头显设备——VisionPro,出色的显示效果、强大的硬件和创新的交互方式,在苹果总部体验过真机的...

苹果在6月6日的WWDC上发布了一款令人惊艳的头显设备——VisionPro,出色的显示效果、强大的硬件和创新的交互方式,在苹果总部体验过真机的科技媒体们都表示十分震撼。但是新鲜劲过去,VisionPro仍然缺少行业期待的“杀手锏”应用,与营销号们口中的“下一个iPhone”也还扯不上关系。不可否认的是,VisonPro所搭载的很多技术都是目前消费电子领域最先进的,比如这两块参数惊人的MicroOLED屏幕。

从名字我们可以看出MicroOLED与OLED在原理上是相近的,都是基于有机发光二极管的技术,每颗像素都可以独立发光,拥有极高的对比度、宽广的色域和微秒级的响应速度。最大的区别就在于“Micro”,意味着像素更小,从而可以达到头显设备、EVF等近眼设备所需要的极高像素密度(ppi,每英寸像素量)。

MicroOLED的优势主要来自于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。与传统OLED屏幕采用玻璃基板不同,MicroOLED采用的是单晶硅基板,并且将驱动电路直接集成在基板上,减少了屏幕整体厚度。而因为采用了半导体技术,因此它的像素间距可以做到几微米级别,从而提高整体像素密度,可以简单理解为用造芯片的技术来造屏幕。

也正是因为MicroOLED采用了半导体技术,因此它的实现难度、专利壁垒和成本都是超高的,早期主要以单色面板在特种设备中存在,比如军用瞄准镜、夜视仪等,目前只有索尼等少数厂商能实现全彩MicroOLED面板的稳定出货。

为什么苹果一定要用MicroOLED?

对于头显设备这种近眼设备,像素密度、刷频率、色彩、亮度、响应时间都要达到一定水平才能实现“骗过人眼”的效果,以实现沉浸式的体验。天风证券做过一项分析,列举了FastLCD、MiniLED、MicroOLED和MicroLED四种显示技术的优劣,从中我们也可以看出目前最适合VR头显设备的技术就是MicroOLED,具备高分辨率、高亮度、高对比度、高色域、高刷新率、微秒级响应速度等优势,并且具备量产条件,搭载MicroOLED屏幕的XREAL(原Nreal)Air、索尼PSVR2等都已实现批量出货。

作为一家市值超过3万亿美元的大型公司,苹果向来喜欢在新产品上使用先进但是成熟的技术,并且与供应商共同研发迭代,使其产品领先市面同期同类产品。VisionPro所使用的这两块MicroOLED屏幕像素超过2300万,业内人士透露每块屏幕大小为1.42英寸,分辨率为3600*3200,像素密度达到了3386ppi,大部分人都看不出其中的像素点,也就不存在所谓的“纱窗效应(纱窗效应是由像素之间的无光空间引起,这会导致在用户和虚拟世界之间出现一种"纱窗",降低沉浸感)。

除了像素密度,响应时间也是MicroOLED的一大优势,因为它的结构紧凑、像素点小。简单来讲,响应时间就是屏幕上像素变化所需要的时间,时间长了就会出现拖影等影响观感的现象,我们常见的手机、显示器等大都在毫秒级,而MicroOLED是微秒级。就是这几个量级的差距,决定了VR设备的沉浸感。

举个例子,当我们戴着VR设备快速转动头部时,屏幕上的内容也应该同步变化,才是符合人体直觉的,毫秒级的延迟大多数人感受不出,但是长期佩戴的话仍然会有一种视觉与体感不同步的失真感,而微秒级的延迟人体几乎无法感知。

综上,MicroOLED是目前唯一符合苹果VisionPro要求的面板,其多种特性都是目前无法取代的。

为什么手机不用MicroOLED?

讲到这里,应该会有小可爱问:MicroOLED这么好,手机为什么不用?

先从成本来说,现在VisonPro用的这两块MicroOLED来自索尼,据称物料成本就高达每块350美元,而其尺寸只有1.42英寸,需要好多块才能拼出一块6.7英寸的手机屏幕,即便有土豪厂商愿意这么做,屏幕接缝、调校和控制也是大难题。

从生产来说,MicroOLED是基于晶圆制造的,晶圆本就不适合大尺寸产品,即便强如苹果,M2Ultra这种大芯片也得用两片小芯片拼起来,更别说要切一整块7寸的手机屏幕下来。如果要用拼接法,也会徒增很多生产步骤,最终效果可能也不理想。

最重要一点的是,MicroOLED的响应时间和像素密度优势对于手机来说属于“杀鸡用牛刀”。手机不像VR设备,距离人眼有一段距离,按照20cm算的话只需要400ppi以上人眼就分辨不出像素点,而微秒级的响应时间对于手机而言也感知不强。比起现在的OLED,MicroOLED在亮度和刷新率上也没有优势。

因此,MicroOLED屏幕目前并不适用于手机,更适合用于AR/VR头显等小尺寸、高性能、高清晰度的显示设备。

那么,手机有没有更好的显示技术呢?答案是有的,那就是MicroLED。

MicroLED是一种基于LED(发光二极管)的微型显示技术,与MicroOLED类似,MicroLED也是由数百万个微小的LED像素组成,每个像素都可以自主发光,不需要背光源或滤光片。但与MicroOLED不同的是,MicroLED使用的是无机材料,而不是有机材料。这样就可以避免有机材料容易氧化、老化、烧屏等问题,从而提高显示器的稳定性和寿命。

至于具体参数,MicroLED屏幕理论的全彩亮度可以达到100000nit,功耗却比OLED屏幕节省90%,同时在色彩方面也可以全面超越OLED。还有响应时间,更是达到了可怕的纳秒级,并且功耗可低至LCD的10%、OLED的50%。

综合来说,MicroLED结合了OLED的像素发光、对比度和颜色优势,和LCD高亮度、耐用的优点,避免了OLED容易老化、烧屏的有机材料缺点,几乎是最完美的显示技术。

MicroLED的商业化难题

从理论上来看,MicroLED是完美的,但是它却离我们普通消费者还有段距离,还面临着很多挑战和瓶颈。

目前市面上能做到大批量出货全彩MicroLED屏幕的只有少数厂商,其中三星和索尼的技术最为先进。三星以TheWall系列产品线为主,包括大型商用拼接屏幕,以及家用电视,比如前几个月那台关注度很高的百万电视。索尼则没有家用产品,主要以CrystalLED产品线为主,提供多款尺寸和规格的拼接单元,通常应用在高端展厅、虚拟影棚中,比如广州天环AppleStore二楼那块大屏。

不难看出,现在已经商用的MicroLED产品都是大尺寸产品,三星像素间距最小为0.63Mm、索尼像素间距最小为1.27mm,连手机都比不上,更别说VR眼镜。这就是MicroLED目前主要的难题:像素尺寸不够小。

我们可以把简单地把MicroLED屏幕看成是由许多小灯泡组成的拼图,每个小灯泡都可以发出不同颜色的光,拼在一起就可以显示出各种图像。而制作这个拼图的过程就是MicroLED的生产工艺。

第一步,就是制作小灯泡。我们需要用一种特殊的材料,叫做蓝宝石,来做灯泡的底座。然后在蓝宝石上涂上一层能发光的液体,叫做EPI层。这样就形成了一个能发光的晶体。接着我们要用刀子把这个晶体切成很小很小的碎片,每个碎片就是一个小灯泡,叫做MicroLED芯片。

第二步,就是把小灯泡转移到拼图板上。我们需要用一种特殊的工具,叫做转移机,来把小灯泡从蓝宝石上取下来,然后粘到拼图板上。拼图板是一种有电路的板子,叫做电路基板。每个小灯泡都要对准电路基板上的一个位置,才能被点亮。这个过程要求非常精确和快速,否则会造成小灯泡的损坏或错位。

第三步,就是封装拼图。我们需要用一层透明的玻璃或其他材料,来覆盖在拼图上,保护它不受水氧等环境因素的影响。这样就完成了一个MicroLED显示器的制作。这个显示器可以发出非常亮丽和细致的图像,比普通的LED显示器更加优秀。

现在的半导体技术已经可以生产出微米级大小的“灯泡“,困难的是如何快速把这些”灯泡“移到”拼图“上。就拿三星的TheWall1.26/1.68产品来说,它的分辨率是480x270,也就是129600个像素,在生产中需要一次性把这12万个像素精确放到基板上,如果1920x1080分辨率,像素量就是2073600。而手机屏幕只有这么几寸大,如何在这么小的空间里同时转移几百万个”灯泡“还不出错,就是目前MicroLED行业所面临的巨量转移难题。

自从2000年德州理工大学教授HongxingJiang和JingyuLin率先提出MicroLED技术以来,全球范围内已有许多厂商投入相关技术研发,比如我们熟悉的三星、索尼、LG、京东方、华星光电等显示器行业巨头,鸿海、台积电等巨头也在持续布局,另外还有LuxVue(2014年被苹果收购)、eLux等小型公司专注于技术攻关,更有报道说苹果10年来在投入超过10亿美元在MicroLED上。

根据LEDinside整理的资料,截至今年6月初,今年已有29款MicroLED相关产品出现,包括产业上中游的晶圆、芯片、器件、背板材料、驱动芯片、生产设备、微显示器、微显示模组,产业下游的显示屏、车灯、消费级电视、AR眼镜等终端产品;研究成果则有17项,涉及红光效率的提升、全彩化显示的实现、巨量转移效率的提升、新型结构和材料。

可即便如此,目前能量产的MicroLED产品仍然以大尺寸商用产品为主,高像素密度的小尺寸产品仍然处于原型产品阶段,距离量产还有一段距离。换言之,在MicroLED大规模应用于消费电子产品之前,这项技术都是投入远高于回报的。

手机用上MicroLED还要等多久?

国际半导体产业协会(SEMI)的高级总监在2020年预计2024年会有高端手机搭载MicroLED屏幕上市,2026年达到普及,不过行业内主要都在关注苹果的动态,因为关于AppleWatch要使用MicroLED屏幕的传闻由来已久,几乎快成行业风向标了。一方面是因为苹果的行业影响力,另一方面是因为智能手表确实是MicroLED迈向大规模应用的良好试验田。

首先是MicroLED的高亮度、高对比度、高色彩饱和度、低功耗、长寿命、轻薄化等优点可以满足智能手表的显示需求,其次是智能手表的屏幕尺寸和分辨率也适合MicroLED的制程。智能手表的屏幕尺寸一般在1.5英寸左右,分辨率约为300x300,相当于30万颗MicroLED。这样的尺寸和分辨率是单次巨量转移可以完成的,不需要像大尺寸显示器那样进行多次拼接和对位,降低了制程的难度和成本。

知名面板供应链分析师RossYoung在4月份曾预计搭载MicroLED的AppleWatchUltra最快将在2025年下半年推出,而研究机构最新给出的预期表示苹果不太可能在2026年一季度之前推出,因为在生产方面遇到了问题,目前的成本无法大规模量产。

简而言之,手机要用上MicroLED起码要等到2026年。

最后

回望手机OLED屏幕的发展历程,真正普及开来也就是最近一两年的事情,MicroOLED和MicroLED作为新兴技术,距离真正普及还有很长的路要走。不过,我相信随着科技的发展和用户的需求,这些新兴技术会逐渐成熟和普及,或许会有副屏采用MicroLED的手机先上市也说不定呢?新技术或许又能给手机形态带来新的改变,想想就令人期待!

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