2022年世界正站在元宇宙时代入口，而AR/VR作为元宇宙最重要的人机界面，是电子信息行业的下一个突破口，即将进入黄金发展期。在国家政策、产业投资、配套以及5G应用的扩张下，AR/VR产业发展路径和前景愈发清晰。
作为元宇宙的重要入口之一，VR在经历了初期快速发展后，目前也迫切需要自我革新。为了解决以往VR终端大而笨重、显示细腻度不足、功耗大等缺点，迫切需要一种轻薄、低功耗、高显示质量、长寿命的微显示方案。
近年来AR/VR开始陆续采用一种新型近眼显示技术OLED on Silicon，即 硅基OLED，也称Micro OLED。与现在主流VR产品使用的Fast-LCD相比，硅基OLED在亮度、对比度、响应时间、功耗、体积等方面优势巨大，成为AR/VR头显方案新选择。
以苹果为代表的大厂正式以硅基 OLED 技术路线进军 AR/VR 市场，将为硅基 OLED 技术带来新一轮的增长。使其从原本仅作为军用和专业用途的小众产品开始走入大众消费市场。
受AR/VR产业发展牵引，硅基OLED显示面板市场规模有望迅速扩张。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CAGR将达到77.1%。 AR/VR对显示技术提出了更高的挑战，而硅基OLED会成为AR/VR产业未来发展的核心所在。
那么硅基OLED究竟是一种怎样的技术？为什么说它符合目前AR/VR设备的发展趋势？其应用范围和前景如何？带着这些问题，CINNO与南京昀光科技有限公司（简称南京昀光）创始人季渊博士展开了一场关于“元宇宙”显示入口的对话。
硅基OLED是什么？优点在哪？
OLED显示器是一种利用有机材料自发光特性而制成的显示器件。而硅基OLED微显示器以单晶硅为衬底（OLED器件结构中的基板），集成CMOS驱动电路，是一种结合了半导体与OLED的微显示器技术。
季渊博士表示：“硅基OLED依托半导体工艺成熟发展，将像素点直接置于硅晶圆上，而不是玻璃基版，因此像素尺寸可以做到更小，像素密度更高。”
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”以下）达到极高像素密度（3000PPI以上）。”季渊博士举例。
此外，因为自发光的特性，不需要背光的介入，这意味着在纯黑背景下不会发生漏光现象，因此不会出现LCD屏幕下“灰底白字”情况的发生。对比度较LCD更好，暗部和亮部的细节更清晰，能够涵盖各类色彩空间，色彩表现也更好。
“元宇宙”需求推动硅基OLED产业发展
2021年，随着Facebook更名为Meta，元宇宙作为一个新兴概念，受到了来自社会各界的广泛关注。该词最早出现于科幻小说《雪崩》，指代一种由计算机模拟、与真实世界平行的虚拟空间。作为元宇宙的硬件基础，AR/VR等可穿戴设备等产业真正迎来了发展窗口。
硅基OLED在此期间迅速成为了VR等近眼显示设备的优选。“因为硅基OLED最早在2000年刚研发出来之时，尽管拥有小尺寸超高PPI等特性，但近眼显示概念在当时还是比较超前的，加上成本等问题，一直没有在消费领域普及。”季渊博士说起硅基OLED的发展历史。
“硅基OLED微显示最早的应用领域实际是军方，这是因为当时携带上飞机的显示设备有轻薄的需求，加上军方可以负担相对高昂的价格。现在硅基OLED已经是战斗机、武装直升机、坦克的头戴式观瞄设备的核心显示技术，也是未来数字士兵和数字信息作战系统中的重要组成部分。”季渊博士补充。
一直到2010年左右，谷歌第一次推出了名为谷歌眼镜的新物种，近眼显示在消费电子领域的市场被打开，紧接着AR/VR相关概念和终端才开始发展。
初代VR由于技术、成本等限制，使用的是LCD显示技术，存在色彩显示不够丰富、对比度不高、功耗和体积大等缺点。目前半导体和显示技术相比当时发展更为成熟，AR/VR头显设备轻量化已势在必行。
于是硅基OLED便成为了“元宇宙”显示市场继续发展的底层技术，季渊博士认为：“元宇宙的到来可以看做是互联网3.0版本，元宇宙提出了一个革新性需求，即更加沉浸式的体验，这也是近眼显示与传统显示最重要的区别。”传统平板显示（非近眼显示方案）实现沉浸式体验的成本较高，需要在空间四周、地板和房间顶部铺设显示屏（例如LED大屏幕）或者架设多个投影机/投影仪，成本较高，移动性有限，仅适合某些特殊场景应用。而近眼显示方案就可以采用“微显示器+光学”的方案，以较低的成本，实现沉浸式体验。
硅基OLED将会成为VR行业趋势选择
行业消息指出苹果公司的首款VR/MR头显有望在年内或明年推出，这款头显产品将配备三块屏幕，其中有两块采用硅基OLED显示屏。
行业龙头对技术路线的选择往往具有引领供应链趋势的作用，选择硅基OLED路线标志着其在VR设备方面的应用前景已得到认可。
季渊博士指出：“目前硅基OLED在VR应用上的综合优势比较明显，相比较Fast-LCD和Micro LED，其色彩表现要更强，沉浸体验更好。并且由于VR是相对封闭的显示环境，并不需要后两者的超高亮度便可以满足要求。”
此外对于LCD屏幕来说，由于其拥有黑矩阵的工艺，因而限制了LCD的PPI提高，即便像素密度提高到1000ppi以上也难以完全消除纱窗效应；对于Micro LED来说，尚存在工艺和产业化问题，成熟度不够高，而且也可能会存在像素点亮度不一致较大的问题。
从技术角度看，硅基OLED已经进入成熟量产阶段。其技术工艺主要分为单晶硅光刻的基底驱动层技术和OLED蒸镀技术。
对于单晶硅光刻的基底驱动层技术而言，硅基OLED采用的是28nm、55nm、或者180nm成熟的CMOS工艺，其工艺难度要远低于目前的顶级光刻单晶硅技术。由于28nm、55nm甚至更早的CMOS工艺制程此前被光电传感器所广泛采用，已经踏入了成熟阶段，因此硅基OLED可以采用半导体工艺成熟且低成本的技术和设备便能够满足生产制造要求，享受半导体端的成熟体系红利。
对于OLED蒸镀工艺而言，难点核心在于“均匀性”。不过制约均匀性的最大难题往往是蒸镀面积过大，而硅基OLED蒸镀工艺主要集中在8”和12”硅晶圆上，面积小，难度相对低很多，一致性问题也能够有效保证。
从工艺角度看，硅基OLED可以说是受到半导体芯片光刻技术与OLED蒸镀技术两方面发展水平红利的影响，可以利用成熟技术、材料制作。相比较大尺寸液晶或者OLED面板，硅基OLED的生产线的投资规模更低，可以快速实现建线到量产。
除了生产制造工艺外，还需要关注硅基OLED显示的实际规格参数。以南京昀光研发的硅基OLED产品为例，其最新开发的第四代有源芯片，能够在1.31”上实现2.5K×2.5K分辨率。
季渊博士表示：“初代工程样品分辨率为2K，与同样分辨率的LCD比较，硅基OLED显示效果更胜一筹。”
“目前我们已经可以将分辨率提升至2.5K，未来会朝着4K分辨率迈进。理论计算上，在FOV为100度的情况下，6K分辨率就是人眼分辨率的极限，而4K基本上是接近这个极限，2.5K距离极限还有一点距离。”季渊博士告诉CINNO。
在近眼显示中，人眼感知的临界点在2K-2.5K之间，如果分辨率在2K以下，使用者会明显感受到颗粒感，眼部肌肉需要不停对焦，容易导致眼部干涩甚至流泪，而分辨率超过2K后，眼部疲劳会有所改善，但仍会感觉图像不是十分清晰。
早年的VR分辨率在1.2K或1.4K，这时大部分使用者无法长时间观看。季渊博士指出：“通过实验，在分辨率达到4K级别的时候，使用者感受到的画面会非常清晰，视力仿佛恢复到1.5甚至2.0，因此达到4K分辨率对于硅基OLED的VR应用是一个很重要的指标。”
硅基OLED凭借着工艺制造、产业投资、性能参数等一系列的优势，在新型显示产品中具有不俗的成熟度，成为VR行业主流选择顺理成章。
技术驱动实现硅基OLED创新成长
乘着元宇宙的东风，中国硅基OLED产业也在快速增长，不少公司提早从事硅基OLED相关的研发和布局，南京昀光是当中的佼佼者。
除了其开发的硅基OLED产品拥有极高的2.5K级别分辨率（4K级别开发中）外，不得不提的是其采用了独特的数字驱动方案。与传统的模拟驱动相比，数字驱动硅基OLED微显示器在显示质量、功耗、寿命等性能上占有显著优势，相较同类微显示器产品具有更高的刷新率、对比度以及更低的功耗（功耗约为模拟驱动方案的1/3）。
季渊博士强调：“南京昀光拥有全球领先的数字驱动技术，该技术十年前便已经着手研发，判断将会取代目前的模拟驱动方式。数字驱动方式不但能让刷新提高，而且还能让功耗有效降低，实现用更低成本去实现更高分辨率的目标。”
针对OLED寿命的问题，昀光发现采用数字驱动的OLED寿命要比模拟驱动的寿命更长。有OLED本质老化研究结果显示，以直流电驱动点亮组件一段时间，再将组件的电源切断几分钟（5min~10min），可以发现器件由寿命测试所造成的亮度衰退可以得到一定程度的恢复。因此将器件在常温放置后出现的亮度回升现象称为OLED器件的自发性亮度恢复。
在数字驱动方式下，某个像素点在某个比特位为0时，这个像素点相当于处于电源切断状态，不会被点亮；模拟驱动方式下被点亮时，灰度依靠电流/电压大小来表示，相当于一直被点亮，没有关断状态。可以推断，当OLED在相同电压下以这两种方式驱动点亮时，仅有数字驱动方式可给予OLED发生自发性亮度恢复的条件，可得到更长的寿命。
季渊博士设计了一组实验，结果显示尽管电压将加速OLED老化，数字驱动方式下，占空比越小，OLED的寿命越高；模拟驱动实验组的电压最小，但寿命性能最差。这个实验可以说明，因为OLED的自发性亮度恢复特性，数字驱动方式比模拟驱动方式的寿命性能更好。该结果已经发表于行业知名期刊《光学学报》2021年第10期。
“我们对三种不同的硅基OLED微显示器都进行了相同的测试，结果证明这不属于偶然现象，这验证了数字驱动技术在寿命性能上的优越性。” 季渊博士补充，“数字驱动技术是南京昀光的独有技术，国内目前尚未见其他公司效仿。”
季渊博士总结了南京昀光在硅基OLED方面的核心技术，主要有四点：第一，通过独创阳极一次图形化工艺技术，解决工艺兼容问题，大幅降低投资成本（节省千万元光刻设备）、提升良率；第二，采用数字PWM恒流像素单元驱动技术，解决了传统模拟驱动精度不高、亮度和对比度低、功耗大的问题；第三，国际唯一3D分形扫描控制算法，亮度效率接近100%；第四，基于人眼凝视的图像编码和超像素技术，达到行业最高的4K单目分辨率，这是苹果2022年底计划达到的规格指标。
目前南京昀光依托国内新型显示技术高地——上海大学微电子中心、新型显示技术教育部重点实验室进行相关技术研发，已申请发明专利 58项，集成电路布图保护专利6项。
锚定XR产业，推动生态圈组建
南京昀光是一家面向各类超高像素密度微型显示器产品研发、生产和销售的公司，是解决国内新型显示和半导体领域科技创新体系“卡脖子”难题的技术突破型企业。
季渊博士为南京昀光创始人和CEO，他解释道：“昀光的意思就是日光，我们希望做出的显示屏像日光一样均匀而柔和，能带给消费者细腻自然的感觉，这是昀光公司始终如一的追求。”
目前南京昀光建有一条8”硅基OLED量产线，可以制作高性能硅基OLED微显示器，还拥有一支高素质的显示驱动芯片研发团队。季渊博士是微型显示器行业领军人才、集成电路专家，拥有近20年的行业背景，以其为首，汇聚了显示专业研发人员近50名，核心成员来自华为海思、中芯国际、京东方、华星光电等产业化团队，行业经验丰富，博士、硕士比例达到了80%。
按计划，公司一期生产线年产能达30万片硅基OLED微显示器（1.3”规格），销售产值约2亿元人民币。本轮融资7500万元，目标为达成一期建设目标。二期扩产生产线将达300万片，预计2023年开始建设。
“在融资和技术双重推动下，产品研发时间大大缩短。实际我们第一条8”生产线2020年9月才开始建设，而我们1.3”产品点亮时间是2021年10月。我们只花了一年多的时间就从无到有，把产品研发出来，传统的行业公司普遍需要二、三年的时间，足可以看出我们团队的专业程度。”季渊博士告诉我们。
巨大的市场存量需求以及日益丰富的XR应用内容，成为南京昀光发展所锚定的方向。“我们是把自身定位为基础器件供应商，提供显示屏产品，实际上南京昀光采用了相对简单的商业模式。”季渊博士表示。
不过由于元宇宙下的AR/VR概念尚比较前沿，硅基OLED仍是一种新型显示技术，南京昀光不但会为客户提供屏幕产品，而且还会为其提供一整套的解决方案，帮助对接他们的应用需求。
此外南京昀光为了打通整个XR产业，作为上游屏提供商，也在尝试依靠自身的经验和认知赋能到行业，包括内容构建、与中下游厂商合作提供端到端的终端解决方案等。元宇宙与XR产业的生态发展，不仅需要上游器件供应商，也需要整个产业中下游玩家深度参与。
“我们非常乐意与产业朋友一道，把生态圈搭建起来，包括上游器件、设备厂商、下游应用团队、内容团队、运营团队等。只有上下游协同才能有效推进产业生态圈的做大做强。”季渊博士强调，“南京昀光期盼加入到这个生态里一并努力。”
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CINNO于2012年底创立于上海，是致力于推动国内电子信息与科技产业发展的国内独立第三方专业产业咨询服务平台。公司创办十年来，始终围绕泛半导体产业链，在多维度为企业、政府、投资者提供权威而专业的咨询服务，包括但不限于产业资讯、市场咨询、尽职调查、项目可研、管理咨询、投融资等方面，覆盖企业成长周期各阶段核心利益诉求点，在显示、半导体、消费电子、智能制造及关键零组件等细分领域，积累了数百家大陆、台湾、日本、韩国、欧美等高科技核心优质企业客户。
