2024年开年,AR/VR领域最火的事件莫过于苹果Vision Pro在今日(2月2日)开售了。作为苹果划时代的重磅新品,官方宣称其定位远超iPhone,将作为下一代性设备培养。
从苹果的物料清单(BOM)成本看,Vision Pro的主要成本来自显示屏幕。尤其是设备的两块定制硅基OLED屏幕,以总价700美元的价格,占了整个成本的50%。
硅基OLED究竟是什么技术?与以LCD、Fast-LCD为代表的主流技术相比,其优势在哪?技术成本上是否还隐藏着空间?一时间,硅基OLED在市场内的热度快速攀升。这一现象在南京昀光科技有限公司CEO季 渊看来,无疑传达了一种积极信号。
“苹果、三星、LG等大厂都已表态进军硅基OLED领域,这表明微显示屏在技术路线选择上已愈发明朗,未来硅基OLED的产能将大幅提升,并将成为微显示屏的‘主流’。”季渊认为。
昀光科技的前身是2005年上海大学的硅基OLED研究小组,以季渊为代表的研究人员在当时点亮了国内第一块数字驱动硅基OLED微显示器,开启了我国微显示领域的研究先河。2019年,昀光科技在南京成立。公司专注近眼显示领域硅基微显示技术,已建成8英寸硅基OLED微显示器生产线 ,合作客户包括华为、字节跳动等国内外消费电子大厂。
2023年10月,昀光科技一路闯关至总决赛,最终从1024个项目脱颖而出,荣获第八届“i创杯”互联网创新创业大赛特等奖。
季渊在赛后表示,“昀光科技在产业链最上游进行了基础创新,研发出新一代高性价比硅基OLED微显示器,以便大家在元宇宙场景中进行人机交互时,可以看到更清晰的世界。通过参与‘i创杯’互联网创新创业大赛,我们也期待为国内的互联网行业贡献更多力量。”
二十年前,季渊于读硕期间师从微电子研究领域的资深专家——冉峰教授,专攻微型显示器研发课题,并成为国内首批接触到硅基OLED微显技术的人。“当时写论文都找不到相关参考。”
在科技“无人区”,最能做出原创性研究。季渊表示,在他求学时期,模拟信号驱动发光技术在国内大行其道,最常见的应用莫过于模拟电视。人们在模拟电视上常看到的“雪花”,即为电视天线未能收到模拟信号或模拟信号衰减所产生的现象。
当时,季渊所在的上海大学硅基OLED研究团队,已经开始研究用数字驱动取代模拟信号,从而让显示器达到更高的分辨率、更快的刷新速度和更低的功耗。这一整套技术组合,便是昀光科技场堆叠发光(Field Stack Lighting)技术的前身。
研究生毕业后,季渊来到华为海思担任应用处理器芯片的研发经理,其团队早期研发的SoC芯片等产品热销于欧洲,在荣耀手机上也得到广泛应用。
在华为的5年,季渊了解了芯片研发体系和设计底层技术。期间,他还曾荣获年度团队金牌奖、年度个人金牌奖,这是华为授予员工的最高荣誉。
尽管已在大厂有所成就,但季渊对研究生时期的硅基OLED课题始终念念不忘。他认为,在手机上呈现图形图像,空间相对有限。而以硅基OLED为硬件支撑的微显示技术,则能给用户带来更具沉浸感的视觉体验,其提供的画面更绝不仅局限于方寸之间。
季渊将自己的想法告诉冉峰教授。在导师的鼓励下,他辞去华为的工作,回到母校读博,并发表了国内硅基OLED微显领域的第一篇博士论文。
2012年,季渊获得公派留学名额,前往美国明尼苏达大学继续他的博士后深造。国外对原创性研究较为宽容和支持,当查到硅基OLED领域尚无人涉足时,他非常振奋,一个创业的念头同时也在脑海中愈发清晰起来。
2014年,季渊回国,在上海大学留校任教,至今成为上海大学微电子研发中心的博士生导师。2016年,他在上海创立了昀光微电子(上海)有限公司(以下简称“昀光微电子”),致力于各类超高密度微型显示器、显示驱动芯片及其解决方案的研发和产业化。“我们通过为行业提供驱动芯片的角度去切入微显示器市场,积累了一批原始客户。”
2019年底,季渊成立南京昀光科技有限公司(以下简称“昀光科技”),专注于高性能硅基OLED微型显示器产品研发、生产和销售,并完成天使轮融资。季渊认为,芯片设计和微显示器制造耦合非常紧密,如果只做其中一个环节,不利于公司技术迭代和发展,打通设计和生产环节上下游更容易做出好的产品。
2021年,昀光科技在南京完成了8英寸OLED微显示器生产线建设,并下线点亮了行业第一块自研自发的数字驱动硅基OLED微显示器,显示面积达到1.3吋,这也是行业里几乎最早应用于VR的硅基OLED微显示器。
“我们要从只提供芯片的上游,变成硅基微显示器的制造商,原本的客户就成为了我们的同行。而且跟同行相比,我们还有完全自主的芯片设计能力。当别人还在寻求国外技术授权的时候,国外已经反过来买我们的芯片了。”季渊表示。
元宇宙作为一个新兴概念,在2021年伴随着Facebook改名为Meta之后火遍全球。作为进入元宇宙的关键媒介,头显设备直接决定虚拟空间显示效果,也将最终影响用户视觉体验的好坏。
季渊介绍,伴随着虚拟现实愈发“真实”,底层显示技术也经历了从LCD、OLED、Fast-LCD到硅基OLED的演变。尤其是2018年后,Fast-LCD技术采用全新液晶材料与超速驱动技术,刷新率、响应速度得到明显提高,成为头显制造商的方案首选。据行业统计数据,2022年Fast-LCD在全球XR头显用面板出货中占比达94%。
技术的脚步不断向前,所谓的“主流”也会被新事物颠覆。随着采用硅基OLED屏幕的苹果Vision Pro进入人们视野,业界发现,与Fast-LCD相比,硅基OLED在亮度、对比度、响应时间、功耗、体积等方面都有很大的优势,能够给予用户更好的沉浸体验。
“硅基OLED依托半导体成熟工艺,将像素点直接置于硅晶圆上,因此像素尺寸可以做到更小,像素密度更高。”季渊表示。
硅基OLED在微显领域的优势之一便是能做到超高PPI。“以极小的物理尺寸(1.5英寸以下)达到极高像素密度(3000PPI以上)。”此外,因为硅基OLED具备自发光特性,不需要背光的介入,也意味着在纯黑背景下不会发生LCD屏幕常见的漏光现象。
季渊进一步解释道,在近眼显示中,人眼感知的临界点在2K—2.5K之间。如果微显示器分辨率在2K以下,使用者会明显感到颗粒感,好像眼睛与画面之间隔着一层纱窗。人眼在看模糊画面时不停对焦,很容易导致眼部干涩甚至流泪。
“达到4K分辨率对于硅基OLED的VR应用是一个很重要的指标。”季渊指出,“在分辨率4K、视场角100度左右时,硅基OLED使用者感受到的画面会非常清晰,视力感受恢复到1.5甚至2.0。”
更值得一提的是,昀光科技硅基OLED创新采用场堆叠TM发光技术,显著优势便是以数字脉宽信号代替模拟电流信号来驱动OLED。实验数据显示,采用数字驱动的硅基OLED微显示器的对比度、刷新率要比模拟驱动的更高更快,同时器件的成本、功耗、拖影等指标均改善明显,由于刷新率提高,显示屏也更加绿色护眼,这是未来近眼显示中非常重要的特性。
2021年10月,昀光科技第一款1.3英寸硅基OLED显示器正式点亮,型号为SRS5020。一般而言,硅基显示器在业内从建立生产线到点亮第一个样品的速度约为24-30个月,但昀光科技布局SRS5020只花了16个月,“这16个月的背后是我们团队16年理论学术研究和实践结晶。”
季渊介绍,2022年,昀光科技完成2.5K背板芯片流片,背板良率达90%以上。同年,昀光科技发布新款单绿色高亮硅基OLED显示模组,显示尺寸为0.39英寸,亮度高达25000nit,有效解决户外AR眼镜入眼亮度不足的技术痛点。
2023年初,昀光科技发布1.32英寸微型显示器,刷新率最高可达144Hz。面对快速移动的图像,该产品可提供更加平滑、舒适的体验,也完美适应当前视频与游戏为主流的VR内容生态。
季渊透露,目前昀光科技已经与近20家客户达成合作,其中多数是以华为为代表的消费电子头部厂商,另一类客户是在教育、医疗、办公等领域对头显有特殊要求的B端客户。
谈到这里,季渊表示,不同客户对微显示器的要求各不相同。消费电子厂商希望尽可能降低成本,而显示面板占整个BOM成本50%以上,这就要求昀光科技既保证工艺质量,也要在价格上做到对方满意。
而当客户为各细分领域的B端企业时,昀光科技会根据对方实际需求做定制化开发。“比如游戏场景要求头显屏幕具备较高刷新率,而教育场景则对分辨率要求很高。有位医疗客户要将设备运用在辐射较强的CT检查场景中,这要求产品在信号传输上具备一定的抗辐射干扰能力。”
目前,硅基OLED显示方案的市场占比还不及Fast-LCD,季渊认为随着技术的更新,硅基OLED将愈发受到消费者的青睐,“手机、平板呈现的还是二维。