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    解讀硅基微顯示技術:未來顯示的新機遇

    來源:投影時代 更新日期:2022-06-29 作者:那山那水

        在顯示產業基礎技術中,“硅基微顯示”即是一個新興產業,也是一個古老產業。但是,從應用市場看,包括XR擴展現實(AR/VR/MR)和投影機大屏、投影嵌入式顯示,都會是硅基微顯示的“重要市場”。而這兩大類終端消費品,近年來都處于爆發增長的快車道上。因此,從消費端看,“硅基微顯示”正在成為一個“真正的顯示行業大金礦”。

        硅基微顯示是個啥?

        硅基微顯示技術,顧名思義,就是以硅基半導體為背部驅動板的新型顯示器件。從共性角度看,這類產品都繼承了成熟的硅基半導體技術,采用CMOS結構的電路作為背部驅動板。通俗看,硅基半導體CMOS背板有點像液晶顯示中的TFT基板、或者是LED大屏的PCB電路板。

        采用硅基背板當然是一種高成本、高工藝難度的選擇。但是硅基控制板具有眾多典型優勢:如,1.微結構尺寸小、密度高,對應于顯示設備就是PPI分辨率極高,例如可以達到5000PPI的水平;2.電路性能出色、可控性強、開關效應反應迅速、電流承載力強,這使得采用這一技術的顯示單元,如micro LED可以實現數十萬尼特nit的亮度水平;3.硅基背板特別適合制備更為復雜的控制電路,甚至是直接集成制備信息處理和存儲的簡單單元,這是硅基半導體的核心優勢之一。

    解讀硅基微顯示技術:未來顯示的新機遇

        因此在微型顯示領域,硅基技術幾乎成為了“主流”方案和未來方向——特別是微型顯示單元,越是追求“小巧輕便”,就越是有利于硅基顯示技術的優勢的發揮。甚至,在更小尺寸單元上的集成硅基顯示技術,還能進一步壓縮這種“顯示器件”的單位單元成本。

        以硅基電路為基礎,目前主要發展出了包括:主動發光顯示,如硅基OLED、硅基micro LED、硅基量子點(QLED);以及反射顯示,如硅基的DMD光閥(即DLP)顯示方案和LCOS顯示光閥等技術產品。

        這些產品在控制層采用硅基電路結構,但是在顯示層卻采用完全不同的技術。導致了不同類型的硅基微顯示器件的制備工藝、應用特點和市場結構“截然不同”。例如,硅基OLED主要應用在頭戴式顯示的XR設備之中,在軍用、民用市場都有不錯的市場表現,也是目前行業新興投資最廣闊的產品類型——據不完全統計,國內市場已經建成、開工和計劃的硅基OLED投資規模近300億元。這也使得我國成為硅基微顯示領域的首屈一指的投資大國。

        但是,硅基的微機電DMD顯示光閥,卻是比較傳統的技術,已經有二十多年實用歷史。市場幾乎被美國TI公司壟斷。其技術目前主要的市場是投影顯示,如電影院的投影大屏幕和市場火爆的家用智能投影機9成以上采用該技術方案。

        “無論是技術上還是市場上,不同類型的硅基微顯示都表現出‘共性很大’、‘差異也很大’的特點”。但是,這不妨礙從XR和投影大屏應用的火爆成長中,行業窺伺到這一新興顯示技術的“巨大商機”。

        多元布局,行業企業把握產業先機

        目前,硅基微顯示的布局已經成為顯示行業“下一代顯示設備”競爭的核心方向之一。包括單一技術布局、多元技術布局等多種方式,眾多業內企業正在加速投資這一產業。

        例如,成立于2017年的南京芯視元,已經先后發布了硅基LCoS微顯示芯片、硅基OLED微顯示芯片、硅基Micro LED微顯示芯片、硅基micro QLED微顯示芯片。該公司以產品研發設計和技術支持為中心,采用輕資產思路,提供微顯示核心器件。該企業今年6月20日發布的0.39英寸Micro OLED硅基微顯示芯片產品,分辨率為1920x1080,平均亮度大于1000nit,可滿足XR市場主流設備需求。

    解讀硅基微顯示技術:未來顯示的新機遇

        再例如,作為國內半導體顯示產業的領頭羊京東方科技從一開始就高度關注“微顯示”技術的進步,并采用獨立或者合作方式投資了眾多硅基 OLED顯示項目:如,云南創視界成立于2017年11月,注冊資本30.4億元,京東方持股約82.8%,其8英寸硅基Micro OLED生產線于2019年8月實現量產,12英寸Micro OLED生產線一期于2021年9月量產,12英寸線共規劃年產能為523萬片。京東方在硅基微顯示領域,采用了制造為中樞,統領上游技術設計和下游產品開發創新的投資布局。類似路線的企業還包括昆山夢顯、熙泰科技、合肥視涯、深圳芯視佳等企業項目。

        除了面向XR市場的硅基 micro OLED投資之外,國內企業在LCOS領域也有不錯的布局。例如,南京芯視元就有多款“時序彩色化”LCOS顯示光閥芯片。晨鑫科技所屬慧新辰自主研發的國內首顆無機取向LCoS芯片于2020年年底達到量產條件,目前處于小批量生產之中;坌鲁娇萍疾粌H致力于LCOS芯片技術的研發,同時也自建生產設施。目前是國內炙手可熱的智能投影產品核心“芯”進口替代競爭路線上的領跑者之一。

        不僅是硅基OLED和lcos上國內企業高度關注,QLED和micro LED發光技術應用于“硅基微顯示”作為“新興技術”也得到了國內企業的高度關注。這兩項技術尚未實現產業化應用,但是與其它硅基微顯示技術具有很大的“目標市場重疊和理論上的顯示性能優勢”,是眾多硅基OLED企業眼中的潛在“替代性”選項。但是,由于產業進程較為緩慢,硅基QLED和硅基 MICRO LED,目前均以“研發投資為主”——對比而言硅基OLED和硅基微顯示的LCOS、DMD技術則應用成熟度較高,以“產能投資為主”。

        在硅基微顯示的投資中,DMD/DLP技術是一個比較特殊的類別。該技術的二維大陣列微機電原理,不僅導致其制造設計門檻更高,更有TI二十多年的苦心經營,在全球市場形成了產能、市場和技術專利的壟斷。目前國內對其投資和研發都處于“低谷”狀態。

        整體上,從研發創新到制造環節,硅基顯示正在迎來數百億的國內市場投資高潮,并在全球市場處于技術創新和投資領跑的第一梯隊。作為依托XR應用、投影智屏等新型消費需求市場的“特種顯示產品”,國內企業有望從“產業源頭”、“市場起點”開始,構建領先的先進產業鏈和產業實力,為中國制造的創新升級舔磚加瓦。

        硅基微顯示產業“加速”需求擴張

        相對于技術推動,硅基微顯示的投資高潮更多的依賴于“市場需求”引領。這方面的例子不勝枚舉。

        例如,2014年到2021年,國內智能投影機市場的規模從每年四十多萬臺,上升到近五百萬臺。其中,中高端產品幾乎都采用DMD光閥的DLP解決方案,屬于硅基微機電顯示產業陣營。行業預計,短期內國內投影顯示需求規模,甚至渴望超過2010年全球市場規模,最終形成一個千萬臺的投影大屏市場。這對于DMD和LCOS兩大硅基微顯示產業都是不錯的機遇。

    解讀硅基微顯示技術:未來顯示的新機遇

        再例如,在XR市場上,2021年全球需求首次突破千萬臺規模。XR更是被認為是元宇宙的最典型應用硬件。目前獲得了包括META、蘋果、騰訊、百度愛奇藝、微軟、索尼等公司的高度重視和投資。行業預測2022年全球XR銷量在1500-2000萬臺,增長率在50-100%之間。值得一提的是,XR的頭顯設備也是現代高精尖軍事裝備和軍事訓練中,如殲擊機、坦克、數字訓練設施等必備組件。對于大國而言,布局這一產業鏈具有“軍事信息安全”上的特殊意義。行業預計,2022年硅基OLED的需求大約超過三成來自國防軍工市場。

        從產品端看,硅基微顯示的代表產品也很多。例如,arpara AIO 5K Micro-OLED VR一體機,擁有Pancake短焦光學方案,1.03英寸Micro-OLED屏幕,分辨率為5120*2560,換算成PPI像素密度為3514,可以實現90Hz的刷新率,95° FOV視場,高達1,000,000:1的對比度,DCI-P3 90%(sRGB 127%)的色域表現。

        例如,TCL電子旗下的雷鳥科技智能眼鏡先鋒版,采用雙目全彩Micro OLED全息光波導技術,是領先的AR眼鏡產品。該產品外觀上類似于一個普通的眼鏡產品,整體的設備重量也控制在了75g以內,可謂之在輕巧上再創新臺階,也間接證明了硅基 Micro OLED技術在XR領域的優勢。

        再例如,由海爾、小米等實業資本投資的一數科技,致力于為汽車提供基于LCOS技術的“抬頭顯示”解決方案。根據高工智能汽車研究院監測數據顯示,2021年僅1-5月國內新車前裝標配搭載HUD上險量為41.45萬輛,同比增長118.96%。車載嵌入式顯示,正在成為DMD和LCOS硅基微顯示,在投影大屏之外的競爭新賽場。國內激光顯示上市公司光峰科技也為業界提供基于激光光源和DMD技術的車載顯示解決方案。

        整體上,硅基微顯示技術的門類眾多、應用終端類型眾多,但是卻都具有“發展迅速、潛力巨大”的特點。硅基微顯示不僅推動了上游產業的發展,也與下游應用創新有效共振,逐漸形成了良性循環。行業預測無論是投影大屏還是XR顯示,或者嵌入式微顯示全球市場,未來數年內都渴望保持3成以上的復合增長率,持續演繹行業高速成長的“財富機遇”。

        行業發展方興未艾,技術迭代和行業創新是關鍵

        未來全球硅基微顯示市場的規?赡芨哌_“萬億人民幣”!面對這樣的行業機遇,業內企業需要把握“硅基微顯示處于創新路上”這一主線,在既有技術、成熟技術、前沿技術,上游創新、下游創新、生態伙伴體系和融投資體制創新等方面持續“推動綜合生態競爭力”的建設。

    解讀硅基微顯示技術:未來顯示的新機遇

        特別是從技術路線角度看,DMD和LCOS是高度重疊的競爭技術、硅基OLED與硅基 QLED/硅基 micro LED也是高度重疊的競爭技術。這些技術重疊度高的產品,誰能取得市場勝利,即與技術成熟度、產品效果、成本有關系,也與競爭生態格局,下游廠商的產業鏈安全布局有關。

        “上中下游的合作和系統整合是產業成功的關鍵!毙袠I專家認為,硅基微顯示企業切記單打獨斗。例如,硅基micro LED技術,就需要與硅片、LED晶圓等上游企業,XR等終端產品開發,游戲、教育等XR應用場景與內容企業構成“貫通鏈條”,才能真正實現“技術落地、產品落地、價值落地”。

        技術會不斷迭代升級、行業和商業模式也會創新升級:硅基微顯示行業方興未艾之際,既要把握戰略大勢,也更需要精耕戰術細節。期待國內科技創新業,在硅基微顯示時代,無論是在上游產業鏈和技術上,還是在下游終端和應用上,都能抓住“新物種”創生發展的歷史性機遇,創造產業成長的新奇跡。

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