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“元宇宙”这把火已经烧到上游产业链了!

近日,TCL科技发布公告称,将投资150亿元扩建一条第6代LTPS LCD显示器件生产线,生产中小尺寸高端显示屏幕,可用于VR等设备。

TCL科技发布公告

京东方控股的子公司云南创视界正在新建一条12英寸硅基OLED生产线,总投资额为34亿元,计划年产能达到523万片。同时,京东方还在为VR/AR厂商们提供小尺寸的Fast LCD和硅基OLED等目前常用的微型显示屏幕。

国内屏幕厂商们正在加大布局VR/AR设备中微型显示屏幕产线。中国的上游显示产业链玩家,正通过一块小小的微显示屏,实打实地打通元宇宙概念的大门,也让中国制造,试图抢先站稳元宇宙领域的一个制高点。

微型显示屏幕占用空间小,主要应用于体积小、便携式的近眼显示系统和投影显示系统。目前,常见的微型显示屏幕有硅基液晶(LCoS)、液晶显示器(LCD)、数字微镜器件(DMD)、硅基OLED(OLED-on-Si)、Micro LED、Mini LED几类。

VR头显Varjo Aero采用Mini LED微型显示屏幕

Markets&Markets调研机构预计2024年微型OLED屏幕市场将达到近16亿美元。国际信息显示学会董事会成员Sri Peruvemba同样表示,全球微显示器市场2024年预计将达到5000万台,覆盖AR/VR设备、智能眼镜、头戴式显示器(HMD)和抬头显示器(HUD)等产品领域。

微型显示屏幕是VR/AR等硬件实现交互的基础,也是进入“元宇宙”的核心技术之一。供应链上游显示屏幕厂商将如何押注未来VR/AR产业发展?微型显示屏幕的核心技术又有哪些?国内玩家能否实现弯道超车?在与多位上游产业链资深人士交流后,我发现了微型显示屏幕背后的机遇和挑战。

一、微型显示屏幕与其他屏幕有何不同?

很多人好奇,VR设备、AR设备上的显示屏幕与手机、平板等电子设备上的屏幕有什么不同?

VR设备、AR设备以及传统电子设备的显示屏幕距离眼睛的距离不同以及显示效果不同,因此采用不同的光学显示方案。

除此之外,同类型的屏幕会根据产品的需求针对屏幕亮度、屏幕像素给出不同设计方案,但整体的工艺制造流程上大体相似。

VR设备和AR设备不同的显示方案

不仅VR设备和AR设备与普通的消费电子搭载的屏幕有所不同,VR设备与AR设备上的屏幕同样也根据产品需要拥有不同的衡量标准。

1、用VR设备不再眩晕,难题何时解?

决定VR设备的显示效果有三大核心要素:视场角(FOV)、角分辨率(PPD)以及视觉暂留(Persistence)。其中,微型显示屏幕决定VR设备的角分辨率大小和视觉暂留,也就是晕动症程度。

我们常用PPI来衡量手机屏幕分辨率大小,但在VR设备中人的视野会受限,因此我们会用PPD(角分辨率)来判断屏幕的清晰程度。PPD指视场角中平均每1°夹角内填充的像素点的数量。

角分辨率示意图

对于头戴显示类产品,PPD数值越大,就说明该产品对细节的显示越精细。而想要增加VR设备的PPD,可以通过减少视角或者增大每1°夹角里的像素点两种方式。

但收窄设备显示视角将会降低用户的沉浸感,因此厂商只能设计拥有更多像素点的屏幕从而增加VR头显屏幕的显示分辨率,这也对屏幕的显示工艺提出更高的要求。

据了解,屏幕显示主要涉及对屏幕本身以及对镜片两大方面的工艺要求,比如说如何能在一块有限的屏幕中塞入更多的像素点、如何处理像素点之间的漏电问题、以及如何制造出更薄的透镜运用到屏幕当中。

另一方面,佩戴VR/AR设备常常会引起视觉暂留现象,即人们在佩戴VR头显时,光信号传到人的大脑神经中几乎是瞬时的,人们几乎瞬时看到每一个画面,但视觉效果会在脑海中停留一段时间,这就导致了人的大脑和眼前景象造成混乱,从而导致眩晕。这同样也是很多用户不能也不愿意长时间使用VR设备的主要原因之一。

“元宇宙”这把火,烧到了中国微显示屏

VR设备刚开始时使用时,很容易造成眩晕

爱奇艺智能技术负责人史明告诉智东西,造成眩晕的主要原因有人体感官平衡失调、设备延时较大和游戏资源流畅度三个方面。“屏幕刷新率和延时往往呈现正相关的关系,我们默认屏幕刷新率越高,所造成的延时越小。”

史明讲到VR设备的屏幕刷新率达到72Hz或者90Hz后,并不会对眩晕造成主要的影响,“最主要的原因还是延时”。

他表示,在实际设备成像的过程中,用户感受到的延时是从画面第一帧开始渲染到用户真正看到过程中所消耗的时间,目前该过程的时间在20ms左右,但如果要呈现更好的显示效果,这个时间还需要压缩。

部分VR设备相关屏幕数据对比(智东西整理)

我们看到在屏幕大小方面,像Pico、Oculus厂商选择用一整块微型显示屏幕,但是HTC和爱奇艺的VR头显却选择用两块显示屏幕。爱奇艺智能技术负责人史明讲到VR设备上使用两块微型显示屏幕,一方面是可以达到更高的屏幕分辨率,另一方面可以更好地调节瞳距,从而提升观看感受。

此外,在VR屏幕类型方面,据智东西调查,目前市场上的VR头显多采用LCD屏幕或者Fast LCD屏幕。Fast LCD屏幕呈像需要一定背光响应和数据传输时间,但OLED屏幕不需要,这也是部分高端VR头显在现阶段选择采用OLED屏幕的原因之一。

事实上,OLED屏幕也不是VR设备厂商中的最佳方案,从性能上来看,Micro LED屏幕更具优势。Micro LED屏幕拥有较薄的显示屏幕、更低的功耗以及更高的显示分辨率。据报道,有业内人士预测,Micro LED屏幕所消耗的功耗可能只需要OLED屏幕的一半,就可以产生相同的亮度。

由于如今Micro LED屏幕还未开始量产,Micro LED是否真的能在微型显示屏幕市场占据主导地位,还有待行业认证。

VR设备搭载的微型显示屏幕对比

我们可以看到,微型显示屏幕决定了VR设备的角分辨率以及易眩晕程度。要想提高VR设备的显示清晰程度,需要提高屏幕的角分辨率,增加更多的像素点。并且,厂商需要让显示延时缩短,从而减少用户的眩晕感。

2、AR设备的屏幕也在等Micro LED?

与VR设备不同,AR设备是基于现实环境为主,显示更多的信息,人们并非直接通过人眼看到画面,而是通过其他光学器件折射到人们的眼前。

AR设备的光学显示系统主要分为两大部分,光学显示技术和微型显示屏幕,其中在微型显示屏幕的选择上,目前存在硅基液晶(LCoS)、数字光处理(DLP)、硅基OLED(OLED-on-Si)和Micro LED几种方案。

AR设备搭载的微型显示屏幕之间的对比

基于成本、性能等多方面考虑,目前厂商们主要采用LCoS,但大家都默认LCoS只是一种过渡阶段的产品,未来Micro LED可以提供更好的光学显示效果,同时或成为主流的微型显示屏幕元器件。

其中,LCoS的优势在于其量产的工艺较为成熟,并且大部分参数都适配光波导,是目前AR设备的主要方案。但是因为在光线损耗程度等原因,LCoS并不是所有厂商们心目中期待的微型显示屏幕。

那最佳的显示方案是什么?从刷新率、亮度、发光方式、像素密度等几个方面考虑,Micro LED是业界内比较公认的最佳解决方案。但其像素尺寸,间距都是几微米量级,给量产和全彩方案设计都带来了极大的挑战。

Micro LED像素点

“未来较长一段时间内,无论是AR设备,还是VR设备,在微型显示屏幕这里,应该都是几种方案并行,我们会根据客户的需求来选择。”一位终端厂商的高管告诉智东西。

总体来看,VR设备的微显示屏幕目前主要采用的是Fast LCD屏幕,AR设备主要采用的是LCoS屏幕或者是硅基OLED,但无论是AR设备厂商还是VR设备厂商均对Micro LED屏幕持有很高的期待。

二、京东方、TCL纷纷押注微型显示屏幕赛道

现在我们知道,目前主流的VR设备主要将以Micro LED、硅基OLED为主流,AR设备显示方案有LCoS光波导+Micro LED。那么,国内外哪些厂家在此布局,以及国内玩家与国外玩家处于一个什么样的地位上呢?

我们首先来看看一线屏幕厂商京东方,京东方已经推出5644PPI屏幕分辨率、120Hz+刷新率的硅基OLED屏幕,并表示可以应用于VR、AR等领域。

调研机构Omdia表示,京东方Mini LED显示产品的像素间距范围已经能达到0.7mm至1.2mm,Micro OLED产品的像素间距范围为0.39至0.71英寸。

在2021维信诺创新大会上,维信诺表示,其子公司辰显光电已经建成了自己全制程Micro LED中试线,未来将通过这条产业线专注研发Micro LED,为VR/AR设备提供微型显示屏幕。

并且,在今年7月下旬,辰显光电点亮了国内首个拥有326PPI像素密度、具备1600nit显示亮度、近180°广视角、1.84英寸Micro LED穿戴样品流片。据悉,这是目前中国大陆像素密度最高、尺寸最大的Micro LED可穿戴产品。

辰显光电的Micro LED穿戴样品流片

11月16日,TCL科技推出全球首款2.02吋LTPS VR显示屏幕,拥有1512PPI高分辨率。这同样是TCL科技打造的首款VR显示屏幕,标志着TCL科技正式进军VR显示领域。

此外,TCL电子和雷鸟科技联合创办的雷鸟创新发布了首款双目全彩AR眼镜雷鸟智能眼镜先锋版,采用的是全息光波导技术和Micro LED微型显示屏幕。

雷鸟智能眼镜先锋版搭载Micro LED微型显示屏幕

与此同时,一些初创企业也攻坚克难,计划在Micro LED产业上抢占一席之地。中国香港Micro LED制造商JBD宣布,他们已正式发布0.13英寸的J013X01VGA系列Micro LED AR微型显示器产品。

JBD的0.13英寸J013X01VGA Micro LED显示器

不仅国内玩家在布局未来可适用于VR/AR设备的微型屏幕上干得热火朝天,国外玩家同样早早看准这一赛道。

据韩媒ETnews报道,苹果正在开发一款硅基OLED显示屏幕的XR设备。并且,美国微型显示技术开发商Kopin宣布与一家日本消费电子制造商达成合作关系,双方将共同开发2Kx2K全彩Micro LED微型显示器,瞄准AR/MR等应用。

此外,显示屏幕制造厂商eMagin在11月1日宣布推出一款全彩色OLED微型显示器产品原型,像素分辨率高达1920×1200。据悉,该产品采用了直接图案显示(dPd)技术,亮度达到超高的10000尼特,这是目前世界上亮度最高的高分辨率、全彩色OLED微型显示器。

eMagin首席执行官安德鲁·斯克里(Andrew G. Sculley)表示,现有的微型显示器通常无法为VR/AR提供足够的亮度。厂商的目标是10%的占空比,而光学系统效率通常同样在10%的范围之内,因此如果想要眼睛获得100尼特的亮度,显示器至少需要10000尼特。

三星,屏幕界的“老大哥”,目前看起来却在微型显示屏幕方面并无大动作,似乎认为大屏幕以及电视才是OLED未来应用的主流场景。据悉,三星正在开发新技术,目的是将100英寸以下Micro LED电视的像素间距缩小至0.5mm。

无论是高分辨率,还是小尺寸,甚至是屏幕亮度,不同玩家正在纷纷涌入其中,根据自己的优势开始落子微型显示屏幕市场。

TCL华星COO赵军曾在2021TCL华星全球显示生态大会上分析了国内外显示屏幕的格局。他认为,在LCD领域,中国的厂商已经形成了全球领先竞争力。而在OLED领域,可能差不多两到三年,中国和韩国有望在大尺寸和小尺寸能够达到一个同场竞技的水平。

但同时赵军也透露,“在OLED领域、小尺寸蒸镀OLED、大尺寸的白光OLED,韩国的厂商竞争力比较强。三星SDC在小尺寸、LG显示在大尺寸等各自领域形成了比较大的领先优势。”

最后他讲到未来三到五年,甚至五到十年,新一代的显示技术,包括印刷OLED、Mini LED和 Micro LED等显示技术,中国企业的进展相对来说比较快。

三、微型显示屏幕市场还有哪些痛点?

作为VR/AR设备上的关键零部件,微型显示屏幕市场还处于刚刚发展的阶段。

一方面,是因为在价格上,Micro LED的成本较高,据报道,Micro LED的成本主要分布在巨量转移及修复两大项目上,其中巨量转移是指将Micro LED芯片在更大尺寸且带有逻辑电路的基板上进行组装,从而满足应用需求。Micro LED屏幕的成本至少约为LCD屏幕的10倍或OLED显示屏幕的8倍。

微型显示屏幕

另一方面,目前的VR/AR设备主要以B端市场为主,距离普通的消费者人群还较远。对于普通消费群体来说,VR/AR设备还是个“新鲜玩意”,听说过,但还没有体验过。

国外调研机构尼尔森去年发布的《5G零售行业应用白皮书》指出,目前90后和00后人群对AR/VR的认知度最高,但并没有覆盖到全人群。VR/AR设备市场的应用受限,也影响了整个微型显示屏幕的市场规模。

高成本以及市场规模有限都是Micro LED量产阶段的“拦路虎”,因此多数厂商们不愿意在自己的设备上采用Micro LED的屏幕。随着技术的发展,国内外的Micro LED产线布局逐渐落实,Micro LED的刷新率、亮度等特点都将成为其在微型显示屏幕赛道的独特优势。

同时,三星、京东方等厂商的涌入也意味着微型显示屏幕是一个拥有较大潜力的蓝海市场。

结语:微型显示屏幕或成显示屏幕厂商新的发力点

今年科技圈的年度热词“元宇宙”为VR/AR赛道的玩家们带来了较高的关注度,VR/AR设备上的微型显示屏幕也逐渐成为各大显示厂商追逐新的发力点。

近日,索尼在其活动日上公布了一款8K分辨率的VR头显模型,采用的是Micro OLED微型显示屏,Micro OLED微型显示屏幕也逐渐开始成为高端VR设备的优先选择。

据调研机构Omdia的报告显示,到2026年,消费类VR市场价值将达到160亿美元,比2021年增长148%。随着VR/AR设备的广泛应用,微型显示屏幕即将成为屏幕赛道新的风口。

国内玩家能否可以借此机会弯道超车,率先抢占优势?我们将持续关注涉及微型显示屏幕的厂商们在新的市场变动中如何发挥自己的优势。

原文链接:http://www.toutiao.com/a7042246473362342413

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