VR专属:硅基OLED如何大步走来

萧萧 2017-09-25

    2017年第三季度,VR显示迎来了一个关键转折期。以硅基OLED为核心,两条新的生产线落地,未来将为VR等超微显示和近眼大屏设备提供强有力的上游支援。

    两大项目先后“落地”

    7月份三板上市企业云南北方奥雷德光电科技股份有限公司,对外公告成将与国内产能首位的显示面板企业京东方联合投资新一代OLED微显示器件项目。

    公告称奥雷德拟与京东方、云南省滇中产业发展集团有限责任公司、高平科技(深圳)有限公司共同出资设立参股公司昆明京东方显示技术有限公司,注册资本10亿元。其中奥雷德拟以技术和专利作价出资2亿元,占注册资本的20.00%,京东方以现金方式出资人民币6.7亿元, 占67.00%股份,滇中发展出资0.95亿元,高平出资0.35亿元。

VR专属:硅基OLED如何大步走来

    目前,京东方系统性的掌握有常规液晶显示面板、低温多晶硅、金属氧化物、硬屏和柔性OLED制备工艺,拥有国内最长和最全面的显示面板制造技术和产品。奥雷德则掌握有硅基OLED的系列专利技术。公开资料表明其至少已经拥有28项OLED微显示领域的专利授权。奥雷德实际控制人为中国兵器工业集团公司,下游客户主要是美国的eMagin公司、SONY公司等国际知名公司。奥雷德将以其合法持有的专有技术的排他性使用权出资2亿元,构成新公司的重要股东。与奥雷德的合作有助于京东方获得单晶硅为基地的COMS等半导体技术,并应用于显示、微传感等领域。

    9月1日,总投资20亿元的硅基OLED微型显示器项目落户合肥新站区。合肥市政府副市长、新站高新区党工委书记、管委会主任王文松,安徽省经信委副主任王厚亮,上海视涯信息科技有限公司董事长顾铁,集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟秘书长石瑛,新站高新区管委会副主任朱胜利,市产投集团董事长雍凤山等领导出席,着重显示了当地对这一项目的重视。

    据悉,该项目由上海视涯公司主要投资,计划今年开工,2018年9月开始设备搬入,2019年投产,设计产能2000万片微显示器件!目前上海视涯公司已经掌握有常规液晶显示生产线、低温多晶硅TFT液晶和蒸渡工艺OLED产品的制造技术。上海视涯公司董事长顾铁是国内显示领域的领军人物,曾规划并筹建了中国第一条4.5代TFT-LCD生产线、国内第一条OLED中试线、国内第一条5.5代LTPS生产线和第一条OLED量产线。

    面对合肥与昆明两个硅基OLED量产项目的运作,业内认为硅基OLED已经进入发展的快车道。这将为OLED微显示行业的崛起奠定基础。

    VR微显示芯片的“三高”需求

    目前,显示产业已经有充沛的产能制造各种尺寸的显示器件。那么为何相关企业还要竭尽全力的建设硅基OLED项目呢?这还要从VR等近眼显示设备的“特殊需求”谈起。

    近眼显示设备强调的是大屏沉浸感。这就需要显示画面非常细腻,即像素分辨率要求极高。同时,近眼显示过程为了避免眩晕感,亦需要极高的刷新率。对此,业内以“两个2000”来形容。即,2000PPI的分辨率和2000HZ的刷新水平,才能提供理想的近眼显示效果。

    然而,目前近眼显示设备采用的低温多晶硅OLED产品,只能提供最高800PPI和120HZ的技术指标。这也是2016年头戴显示设备风生水起后迅速降温的原因——在显示器核心芯片品质不够高的背景下,产品的体验感不理想、眩晕等副作用过大。

VR专属:硅基OLED如何大步走来

    而解决近眼显示芯片的显示像素密度问题,核心是提高其背板TFT基层的结构密度。在这方面,传统玻璃基板上采用的低温多晶硅、金属氧化物,以及最早的非晶硅技术的潜力正在“耗尽”。且,即便投影仪芯片采用的高温多晶硅技术也难以满足2000PPI的像素密度需求。这时候,半导体工艺上,包括CPU、内存闪存、CCD、cMOS等上面大量采用单晶或者高纯度硅硅基半导体背板电路就成为了超高密度TFT驱动结构的最优选择。且这个技术路线,还可以充分利用半导体产业已有的成熟技术、设备、甚至半成品。

    采用硅基TFT结构的好处,还包括另外两个重要的层面。第一是,硅基材料是典型的“可承载高刷新率”技术的产品。即实现近眼显示芯片2000HZ的刷新率并无太大困难。同时,虽然与半导体计算、存储、感光产品不同,显示设备是“大电流”需求的品类(传统半导体产品则是主要完成信号处理工作,其内部电流量比较小),但是单晶或者高纯度硅半导体材质却比非晶硅、低温多晶硅、金属氧化物、高温多晶硅等技术在“电流通过量”上还具有优势。

    所以,从分辨率密度、刷新频率高度、大电流承载这个“微显示芯片的三高”需求角度看,硅基TFT几乎是最好的选择。当然,没有绝对完美的技术,硅基TFT也有其缺点,即工艺技术复杂、成本更高。

    对于工艺技术而言,硅基TFT可以继承半导体行业的技术体系。且显示设备的像素精密度不会像Cpu那么高,也就是说只需要10年前,甚至更古老的半导体工艺就可以满足硅基OLED的应用需求。例如130纳米工艺,这种2000年左右的技术,就可以满足高分辨率微显示的基本需求。

    不过,成本上,硅基OLED将主要决定于芯片最终的面积,即高纯度硅的使用量。可喜的是,近年来硅材料产业得益于太阳能、半导体存储等产业的发展,已经格外壮大,且成本大幅下降。

    正是以上这些不错的“产业条件”,以及近年来近眼显示的兴起,使得硅基OLED产业成为一个投资热点。而且该产业国外企业并不具有时间和技术上的显著优势,这有利于本土企业积极布局抢占行业高地。

    硅基OLED会和Micro LED产品撞车吗

    在谈论硅基OLED的时候,很多人都会想到另一个前沿性的显示新技术:Micro LED。后者的主要目标也是超高精细、超高显示刷新率的微显示产品。

    首先,从产品结构体系看,Micro LED与硅基OLED几乎相似——TFT结构上的自主发光产品。且从高性能基板看,采用硅基TFT(CMOS电路)是二者共同的选择方向之一(当然,如果Micro LED用于手机或者TV显示,完全可以采用更为廉价的玻璃基板TFT)。这种相似性,让二者可能处于完全重叠的市场需求空间之中。

    第二,从技术差异看,OLED产品的涂覆采用蒸渡工艺。且微显示器件都是低世代小尺寸线制造,其蒸渡设备和工艺成熟度非常高、成本也在整个OLED工艺体系中处于最低端。其与手机和电视用OLED产品蒸渡技术的差异主要在于,采用更为精细的金属荫罩技术(超精细金属荫罩是一种比较成熟的技术产品,最早曾在CRT显示器上大量应用),实现更小的像素尺寸。

    而Micro LED用到的自主发光器件,即LED半导体灯珠,却是一个正负极性明确、体积形状固定的固体小颗粒灯珠。这导致大量的微小LED灯珠器件的平面化集成,即“巨量转移”技术,不仅难度极高、而且是Micro LED产业独有技术,难以从其它相关产业获得巨大的技术帮助。所以,突破巨量转移技术就成了Micro LED走向产业化的“命门”。

    目前,Micro LED巨量转移技术依然处在实验室攻关阶段。最新的消息称,台企錼创已经可以基本实现良率已达到99%以上,且单次抓取LED颗数可达20万颗,耗时约10秒钟的“巨量转移”工艺。不过业内专业人士依然认为,这项技术进入真正工业化阶段还需要3年的时间。

    第三,从产品技术的投资逻辑看。硅基OLED更受巨头的喜爱。因为它与半导体技术和OLED显示一脉相承。这是京东方、三星等关注这一技术的原因所在(毕竟OLED是所有显示巨头绕不过去的未来)。同时,硅基OLED的市场方向确定,应用范畴没有普通OLED那么广泛,结合其产品多为小尺寸芯片、投资规模更小,也使得硅基OLED成为了中小显示面板企业“差异化产品”的重要选择。

    这方面,Micro LED在主流显示面板企业眼中的地位就要差很多。一边是Micro LED技术目前还有巨大困难要克服,需要时间磨练——而竞争技术,如OLED未必会给予其足够的时间;另一边,Micro LED面对OLED和QLED难以确立足够强大的理论性能优势,这使得其面对已经有巨大产业投资的OLED时候,显得“愿景单薄”。所以,Micro LED事实上成为了边缘些的显示企业“企图投机性超车”的工具。或者说,Micro LED背后的企业实力略逊色于硅基OLED。

    综上所述可以看到,硅基OLED和Micro LED比较,前者具有成熟度高、产业进程快,以及至少暂时的成本优势。且由于整个OLED体系的技术进步的支撑,其在市场声望上也高于Micro LED。这使得,二者在市场目标有高端重合度——近眼微显示设备——的背景下,两种技术的“撞车”,必然是当年彩电行业等离子与液晶之争的重演。当然,从竞品技术角度看,德州仪器的DLP、3M等公司的LCOS技术,也是硅基OLED和Micro LED微显示技术的对手产品。

    不过,对于微显示相关的VR等近眼显示虚拟现实、头戴显示消费电子设备、瞄准系统、监视系统、模拟训练、工业检测、医疗器械等相关行业和领域而言,多一个技术思路会是更好的消息。无论是Micro LED还是硅基OLED都能提供符合近眼显示系统“三高”需求的“超级微显示器件”。这将有助于VR虚拟现实等产业的发展,甚至令后者成为一个巨大的消费电子新金矿。

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