電子發燒友網報道(文/莫婷婷)受益于技術進步、價格親民化和多樣化應用場景的推動,AR智能眼鏡市場呈現快速增長的趨勢。CINNO的數據顯示,2023年國內消費級AR設備銷量同比增長138.9%,銷量達到22.7萬臺。在今年第二季度,消費級AR設備銷量為7.1萬臺,環比增長8%。
與此同時,微顯示芯片技術作為AR智能眼鏡的關鍵技術,從開年至今已有多家芯片廠商推出新品,并且通過不斷地迭代滿足市場需求。在技術發展趨勢上,從單色向單片全彩迭代,成為接下來發展的重點。為了獲得更多的市場份額,芯片廠商又是如何在各自選擇的技術路線下,挑戰量產難題的呢?
多款Micro-LED微顯示新品亮相,輕量化、高亮度進展明顯
據了解,在AR設備的BOM成本中,光學顯示模組的占比是最大的,其中光引擎(顯示模組)的占比是最大的,為30%,光波導(光學模組)的占比達到15%。處理器芯片的占比為25%,顯存、其他零部件及組裝的占比為15%。
AR產品顯示方案一般有硅基OLED、LCoS和Micro-LED三種。這三種技術方案各有優劣勢,硅基OLED在輕便型設備中表現突出,LCoS則因成本和色彩表現占優,而Micro-LED憑借其綜合性能成為未來的發展趨勢。
具體來看,硅基OLED的亮度低于1萬尼特、壽命低于5000小時,且其壽命與亮度成平方反比的關系,無法用于戶外高亮場景。LCoS采用被動發光技術,發光效率低、功耗高、像素點響應速度慢,容易產生拖影現象。
思坦科技FAE技術專家劉斌芝在行業論壇上表示,Micro-LED具有百萬尼特亮度足以支持光波導技術,超低功耗、超高分辨率和納秒級響應速度,是最有希望將AR眼鏡大規模推向市場的顯示技術。
在現有的AR智能眼鏡技術中,光波導+Micro-LED被認為是最有潛力的光學顯示方案。其中光波導方案又分為VST和OST方案。劉斌芝分享了一組數據,AR產品采用VST+Micro-LED的入眼亮度一般小于500nit,整機重量小于100g。而采用OST+Micro-LED方案的入眼亮度可以做到大于1500nit,整機重量可以做到小于50g。隨著AR智能產品對輕量化、高亮度需求的提升,Micro-LED搭載光波導的OST方案被認為是最優解。
但光波導+Micro-LED的光學顯示方案也存在一定的問題,例如由于制造工藝的限制導致衍射光波導存在亮度不均、色彩失真等顯示缺陷、個體差異性問題,如何提升畫面均勻性和色彩準確性成為提升AR智能眼鏡體驗的關鍵。
為此,JBD推出了業內首個光波導畫質校正方案ARTCs,采用One-shot系統級均勻性補償計算、近眼光波導顯示畫質算法等技術方式提高了亮度均勻性、消除色彩失真和顆粒感,亮度均勻性>80%,色差0.02。
在近期的光博會上,JBD展示了采用畫質校正方案ARTCs的蜂鳥Ⅰ彩色光學模組。根據介紹,基于蜂鳥Ⅰ彩色光引擎,蜂鳥Ⅰ彩色光學模組配合光波導實現了6000nit的亮度,且典型功耗可以維持在150mw的水平。
蜂鳥Ⅰ彩色光學模組(電子發燒友網攝)
AR光學顯示方案體驗的提升得益于光學引擎的優化和創新。近期業內多家Micro-LED微顯示解決方案商在單色光引擎以及全彩光引擎技術上都有所突破,并且在光博會上帶來了各自的新品。
在單片全彩方面,鐳昱在9月的光博會上正式發布量產級全新微顯示系列——PowerMatch 1全彩Micro-LED微顯示屏,屏幕尺寸為0.13英寸,全彩分辨率為320×240,峰值全彩亮度達到了25萬尼特,6350 PPI,同時支持QSPI和MIPI兩種接口。
鐳昱PowerMatch 1(電子發燒友網攝)
思坦科技也推出了單色以及全彩的Micro-LED微顯示屏,包括0.45英寸、0.2英寸的單片全彩Micro-LED微顯示屏,亮度突破10萬+尼特。
在單色方面,JBD推出了蜂鳥MiniⅡ單色光引擎,在小型化上實現了進一步的突破。體積僅為0.15cc,重量為0.3g,光通量達到8 lm。鴻石智能首次展示了極光A6微顯示芯片,0.12英寸,800萬尼特亮度。
從上述新品來看,Micro-LED顯示屏主要是朝著超高亮度、高環境對比度、高分辨率以及小體積的方向發展,在亮度方面,最高可以達到百萬尼特等級,以滿足陣列、衍射光波導的需求。與此同時,小型化、輕量化、智能化、立體化、高畫質以及低功耗已經成為Micro-LED顯示產品的重要迭代方向。
單片全彩成為焦點,芯片廠商各有技術優勢
單片全彩是Micro-LED微顯示技術的挑戰之一,也是行業內各大芯片廠商重點投入研發攻克的方向。不僅僅是芯片廠商,終端廠商也期待用上全彩的顯示方案,提升產品的使用體驗和競爭優勢。
在終端應用中,單色Micro-LED顯示方案是應用最多的,包括魅族 MYVU標準版、李未可 MetaLens S3、OPPO Air Glass 2等。采用全彩Micro-LED方案的有雷鳥創新。2023年10月發布的雷鳥X2 Lite采用全彩Micro LED+衍射光波導方案,被認為是業內第一款真正意義上實現了雙目全彩Micro-LED+光波導方案的AR智能眼鏡。
目前,單片全彩Micro-LED受限于技術成熟度、工藝復雜度、量產難度等多個問題,在應用端并不常見。從市場的角度來看,單片全彩Micro-LED有著巨大的發展潛力,因此也成為產業鏈企業以及學術界都在關注的焦點。
資料顯示,Micro-LED的全彩化主要有棱鏡合色(X-cube),量子點轉換,垂直堆疊等技術路徑。不同技術路線都有芯片廠商在布局。棱鏡合色是將附于三個不同面的紅、綠、藍單色 微顯示面板進行光學合色,達成全彩顯示效果。據了解,雷鳥 X2正是采用了該方案。鐳昱科技、鴻石智能、思坦科技采用的是量子點轉換。諾視科技采用的是垂直堆疊。JBD也在2023年根據垂直堆疊發布了單片全彩的Demo。
雖說部分廠商用了同一種技術路線,但在核心技術的布局上各有不同。鐳昱創始人兼CEO莊永漳在接受電子發燒友網采訪時表示,鐳昱重構了單片集成技術,采用大尺寸晶圓級鍵合技術,配合自研光刻式量子點工藝(QDPR),在精度、效率以及量產可行性上具備優勢。思坦科技通過自主研發的量子點轉色方案,可以讓Micro-LED的sRGB色域提高到139.4%,呈現出色彩細節度更高的圖像效果。鴻石智能預告,公司將發布首個0.12英寸、超100萬尼特亮度的單片全彩Micro-LED顯示芯片。
諾視科技在8月宣布推出量產級單片全彩XGA Micro-LED微顯示芯片,峰值亮度超過50萬尼特。該產品基于諾視WLVSP(晶圓級堆疊)技術平臺,將RGB三原色化合物和硅基CMOS驅動背板在垂直方向上進行堆疊集成。諾視科技介紹,公司打通垂直堆疊工藝流程,實現AlGaInP和GaN材料體系的單片集成。
但不管是棱鏡合色、量子點轉換,還是垂直堆疊都存在技術難點,包括工藝成熟度、材料、成本、量產可行性等方面。巨大的市場之下,如何加快 Micro-LED微顯示芯片的量產步伐,是業內都在關注的問題。
在量產進程上,思坦科技在今年6月宣布廈門Micro-LED量產基地正式投產。諾視科技預計將在2025年量產單片全彩微顯示芯片。鴻石智能在不斷提升工藝成熟度,為大批量產做鋪墊。為了適配更多下游客戶的產品,芯片廠商推出全彩Micro-LED也從支持單一接口,到同時支持多個接口。
小結:
微顯示芯片隨著AR行業的發展也逐漸實現迭代。在全彩化方面,不同的芯片廠商選擇了不同的技術路線,最終誰能夠率先實現量產值得期待。
隨著技術的發展,筆者認為,AR智能眼鏡行業將在光學顯示上迎來兩大發展趨勢:一是AR智能眼鏡隨著AI技術而進化,微顯示芯片如何配合AR智能眼鏡發揮出AI交互載體的潛力,需要進一步思考。二是AR行業正處于快速發展階段,光學顯示方案在未來幾年不會被某一種方案“統一”,而是呈現多樣化的格局。電子發燒友網關注到,不同于光波導技術,Gyges Labs的近眼顯示光學系統/解決方案基于自主研發的DigiWindow技術,顯示模組體積最小可達2*2*2mm,并且基于該技術推出全球首款隱顯眼鏡。越來越多光學顯示方案廠商的出現,將讓AR智能眼鏡產品變得更多樣化。
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