“元宇宙”概念让VR头显产品的热度居高不下。随着VR技术不断发展,作为底层显示技术支撑的LCD和OLED也在不断演进当中。目前来看,两者为了争锋元宇宙,正使出浑身解数。
技术先行,面板企业抢占VR/AR风口
不过,现有的VA/AR产品存在纱窗效应,戴着VA/AR产品,就像眼前蒙着纱窗,存在模糊感,大大干扰视觉效果,影响VR/AR的沉浸感和视觉清晰度。纱窗效应是现有VR/AR产品需要解决的一大痛点,造成纱窗效应的原因跟PPI(像素密度)过低有关,PPI越低,次像素之间的间距越大,不发光的部分越明显。
提高VR/AR显示屏PPI是解决纱窗问题的一个方向,但这对于显示屏要求极高。目前业界使用LTPS技术已实现1000 PPI,分辨率在2K*2K LCD产品。而要达到1000-1500 PPI,需要新的LTPS TFT架构,更高解析度曝光设备,更高解析度的Color filter材料。
11月16日,TCL科技在全球显示生态大会推出一款重磅新品——全球首款2.02吋1512超高PPI LTPS VR显示屏。这是TCL科技发布的首款VR显示屏,标志着TCL科技正式进军VR显示领域。这款VR显示屏具有双眼4K分辨率,业界极致LCD显示模组,PPI之高已达到了业界领先水准,极大改善了VR显示一大痛点——纱窗效应,给用户带来更加细腻的VR体验。
TCL科技CTO、TCL华星CTO闫晓林在全球显示生态大会上介绍,在LCD微显示领域,接下来很快会提升到1700PPI,甚至冲击2000PPI,力争在LCD VR显示领域领先。
同样为了提高PPI,京东方为VR/AR智慧终端提供的显示解决方案包括高PPI、高刷新率的Fast LCD和超高分辨率、超高对比度的硅基OLED等极具代表性的显示技术。
PPI的大小,可以作为判断VR/AR设备进一步发展的指标。中国信通院白皮书根据PPI的大小,将虚拟现实划分为几个阶段,2015-2017年为初步沉浸,这个时期硬件显示器与网络传输都相对较落后,整个行业PPI<800;2018-2021年为部分沉浸期,这个阶段PPI可以做到1000+。
在TCL科技、京东方等面板企业努力下,未来VR/AR产品PPI有望提高。中国信通院白皮书预测,2021年到2025年VR/AR产品PPI将达到2500+,虚拟现实将进入深度沉浸期。到2026年之后,VR/AR产品PPI将达到4000+,虚拟现实将进入完全沉浸期,VR/AR产品无处不在,体验感可达到完全的身临其境。
如今,解决纱窗效应等问题的技术成为面板企业扩大VR/AR市场份额的一张王牌。中国面板企业通过扩大VR/AR技术储备,正推动元宇宙从概念走向现实。
LCD主流地位尚未被撼动
从当前VR市场的应用情况来看,大多数VR头戴设备使用的是LCD屏。
根据IDC数据,2021年全年全球VR头显出货量达1095万台,其中仅Oculus一家的份额就已经占据80%。目前,在全球出货量为TOP5的品牌中,只有索尼Play Station VR在采用OLED屏。Oculus、Pico、HTC、Value等主流终端厂商在其VR产品中都采用了LCD屏,包括Oculus Quest 2,HTC Vive和focus3,DPPI Ultra一体机,以及Pico Neo3和Value index等机型。值得一提的是,Oculus Quest 2和HT CVive两大热销产品均是放弃了第一代采用的OLED屏,转而投向LCD。
事实上,早期的VR头戴式设备大部分采用就是普通LCD屏,而后逐渐被OLED取代。
“LCD技术早已十分成熟,能做到很高的分辨率。”赛迪顾问物联网产业研究中心副总经理刘暾向记者介绍称,但由于其响应速度较慢等原因,导致用户体验感差,因此VR产品一直没有被消费者真正接受。
据刘暾介绍,普通LCD响应速度只有AMOLED的1/100~1/1000,当用户戴上头盔有比较大的头部转动时,将会出现无法弥补的拖影。
而在实际应用中,相比普通LCD,OLED响应速度更快,能有效避免屏幕拖影。于是,2016年前后,OLED技术尝试用于VR设备中,并一度成为VR设备生产商的首选。
但彼时采用OLED技术的VR产品也有致命缺点:纱窗效应明显。
京东方科技集团股份有限公司显示事业VR/AR BU总经理杨婷婷曾向记者表示,玻璃基的OLED受制于FMM(精细金属掩膜版)工艺,做到超小像素极其困难,PPI(单位像素密度)不高导致画面颗粒感比较明显,存在纱窗效应,影响VR的沉浸感及视觉清晰度。
据悉,目前OLED像素密度尚未突破1000PPI,大概在600左右。三星显示曾于2018年展示过806PPI和1200PPI的VR OLED面板,但由于没有大量订单,未能实现规模化生产。而LCD像素密度已超过1000PPI。据TCL华星消息,创维VR发布的PANCAKE 1的屏幕就是TCL华星的2.1英寸的1512 PPI LCD-VR屏。
“VR若要尽快走向消费者,既要技术跟得上,又要成本足够低。”元宇宙产业咨询服务商维势咨询创始合伙人顾伟在接受记者采访时表示,LCD在保持成本优势的情况下,响应速度慢的问题也开始得到有效解决。
2018年以后,Fast-LCD技术的出现让厂商们的天平开始向LCD倾斜。改良后的Fast-LCD技术使用全新液晶材料(铁电液晶材料)与超速驱动技术有效提升刷新率至75~90Hz,响应速度得到了明显提高,大大缩短了与OLED之间的距离,且具有较高的量产稳定性及良率。
IDC中国高级分析师赵思泉向记者指出,在满足技术进步的情况下,Fast-LCD显示技术凭借成本优势在VR领域力压OLED一头。目前,兼具效果与性价比的Fast-LCD已经广泛应用于主流的VR头显产品中。
技术进步脚步不停歇
如今,消费者对近眼显示需求不断升级,LCD和OLED两大技术也没有停止进步脚步。Mini LED 背光Fast-LCD,以及硅基 OLED(OLEDoS),应运而生。
“Fast-LCD固然具备优势,但同时也存在一些缺点。例如,由于背光层存在,容易出现显示器漏光等问题。”赛迪智库集成电路研究所光电子研究室主任耿怡在接受记者采访时表示,Fast-LCD与Mini LED相结合,不仅可以很好的解决漏光难题,也能够进一步提升Fast-LCD在高对比度、高刷新率、高亮度等方面的性能,辅以HDR功能,将更好的发挥VR产品近眼超清细腻画质要求。
业内预计,在VR领域,Fast-LCD在MiniLED背光技术的加持下,未来将会占据大部分应用市场,份额或许将达到85%以上。
而OLED为了改善了纱窗效应也在向硅基OLED转变。硅基OLED创新性结合半导体与 OLED,显示器件采用单晶硅芯片基底。因为硅基OLED都是在6英寸、8英寸的晶圆上小面积蒸镀,大大减小了生产OLED时要克服的蒸镀均匀性难题。硅基OLED无论是亮度,还是像素密度表现都有明显提升。据悉,硅基OLED的像素密度可以达到在3000~4000PPI。
目前,硅基OLED开始迅速成为VR等近眼显示设备的新宠。据韩国媒体The Elec报道,三星显示和LG Display都在开发硅基OLED和硅基LED技术。预计将于明年发布的苹果AR/MR头显或将使用LG的硅基OLED显示技术。咨询机构DSCC预计,到2027年,硅基OLED将占所有AR/VR显示器出货量的48%。
“不过硅基OLED的成本相对较高。”CINNO Research资深分析师刘雨实在接受记者采访时表示,一方面大面积硅基板成本较高,另一方面使用较小的硅片又需要更复杂的光学设计,成本依然不低,因此将主要用于高端VR产品。
刘雨实指出,随着技术和市场的发展,硅基OLED在满足成本竞争力的情况下,必会迎来爆发。
CINNO Research统计数据显示,2021年全球AR/VR硅基OLED显示面板市场规模为1.7亿美元,未来随着AR/ VR产业的发展以及硅基OLED技术的进一步渗透,预计至2025年全球AR/VR硅基OLED显示面板市场规模将达到16.7亿美元,2021年至2025年年均复合增长率将达到77.1%。
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。
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。
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。
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。
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。
元宇宙显示技术不会拘泥一种
业内人士认为,Fast-LCD和硅基OLED两种产品,将成为AR/VR头显领域的两条重要赛道。
日前,京东方在回答投资者关于在AR/VR以及传感领域有何产品与规划时表示,公司为VR/AR/MR智慧终端提供的显示解决方案包括高PPI、高刷新率的Fast-LCD和超高分辨率、超高对比度的硅基OLED等极具代表性的显示技术。
奥莱德、维信诺旗下昆山梦显、熙泰科技、合肥视涯等企业纷纷入局硅基OLED,产线投资规模已超过百亿元。
微软创新基地技术导师刘鸿惠在接受《中国电子报》记者采访时表示:“接下来,凭借性价比优势和产能保证,Fast-LCD将成为助力VR产业快速发展的主要推手。而当产品向更高端发展时,或许还是会选择硅基OLED为主导技术。”
在采访中,记者了解到,从LCD、OLED到Fast-LCD,再到硅基OLED,AR/VR对显示技术提出了更高的要求,显示技术路线也在一步步前进。元宇宙显示技术不只是VR形态,还包含了AR、MR,以及各种不同造型的横屏、竖屏、曲面屏,甚至是全息投影等。
顾伟指出,接下来,还会有更多显示前沿技术被开发出来,因此元宇宙显示技术不会拘泥一种,应该是多技术并行的格局。
文章来源: 华牛原创,智东西,中国电子报