中金：Micro OLED成本有望持續下降，成為VR顯示主流方案

格隆匯 11-28 14:39

本文來自格隆匯專欄：中金研究，作者：李澄寧賈順鶴等

Micro OLED，又稱硅基OLED或OLEDoS，是將傳統OLED的玻璃基板替換為單晶硅基板，並採用有機發光技術。與傳統OLED外置驅動不同，硅基OLED將單晶硅通過CMOS工藝加工成驅動背板，可以將單個像素點尺寸縮小至原來的1/10左右，以實現更高精度的顯示效果。我們認為隨着ARVR終端顯示方案升級，硅基OLED有望成為未來虛實交互的顯示窗口。

展望未來，在VR領域，我們看好蘋果Vision Pro推動高端頭顯產品有望陸續搭載硅基OLED，以實現更加沉浸及真實的交互顯示效果；在AR領域，我們認為硅基OLED搭配Birdbath設計已成為消費級AR眼鏡的主流方案，隨着消費級AR產品出貨量增長，我們看好硅基OLED需求有望持續增長。

摘要

蘋果Vision Pro搭載雙眼8K硅基OLED，突破屏幕限制優化用户體驗。2023年6月，蘋果在WWDC23發佈全新Vision Pro頭顯，產品搭載硅基OLED屏幕，可實現雙眼8K分辨率。根據我們測算，Vision Pro的PPD（每角度像素點）約為35-40，大幅領先同類競品（15-20 PPD），更加接近人眼（60 PPD）。我們認為，藉助硅基OLED高分辨率特點，Vision Pro可以提供更加真實的顯示效果，突破目前LCD和OLED分辨率瓶頸，改善用户體驗。展望未來，我們認為硅基OLED或將成為中高端VR標配屏幕，通過更加真實的顯示效果，給用户帶來深度沉浸式體驗，並提升用户粘性。

產線尺寸決定最終成本，良率提升推動成本邊際下降。由於基板材質為單晶硅，硅基OLED的生產成本與晶圓尺寸高度相關。由於AR眼鏡所用硅基OLED尺寸在0.3-0.4英寸，4-8寸晶圓均能實現相近成本生產。但VR屏幕尺寸在1英寸以上，根據我們測算，12寸晶圓成本將明顯低於8寸及以下晶圓產線。因此，我們認為未來在VR屏幕領域12寸晶圓產線有望成為主流方案。此外，在生產端，良率的提升也對成本下降有較為明顯的推動。目前VR尺寸的硅基OLED良率仍顯著低於AR尺寸產品，我們看好未來技術成熟推動VR尺寸硅基OLED良率提升，以及大廠新增產能投入，有望推動硅基OLED成本持續下降，成為VR顯示主流方案。

風險

Micro OLED技術發展及產品落地不及預期；下游終端出貨不及預期。

Micro OLED：顯示領域創新方案之一

Micro OLED結構與工藝流程

Micro OLED又稱硅基OLED、OLEDoS（OLED on Silicon），屬於有機發光二極管顯示技術的一種。Micro OLED以單晶硅片為襯底，相比傳統OLED所使用的玻璃基板，單晶硅背板具有更高的載流子遷移率，因此Micro OLED可以製備更小的像素尺寸（通常在6~15微米，約為傳統顯示器件的1/10），實現顯示像素微小化、精細化。

我們認為Micro OLED是無機半導體材料與有機OLED材料結合，生產流程是將OLED發光模塊沉積至單晶硅襯底構成完整顯示模組。其器件結構由驅動背板和OLED前端兩部分組成：

► 驅動背板：Micro OLED不同於傳統OLED的外置驅動芯片，通過CMOS工藝將驅動芯片包含的不同功能模塊（包括時序控制模塊、行列驅動電路、電源管理模塊等）和TFT像素陣列電路集成至單晶硅芯片上，減少器件外部連接線，實現輕量化及精細化顯示。

► OLED前端：OLED發光模塊主要包含像素陽極層、有機發光層、陰極層、彩色濾光層；陽極層和陰極層構成完整迴路用於通電；有機發光層包含空穴注入/傳輸層、發光層、電子傳輸/注入層，在外電場作用下，空穴和電子相向運動形成激子，激子經過弛豫、擴散等過程發出光；彩色濾光層用於將白光過濾成三原色，並最終調配出任意顏色。

圖表1：Micro OLED模擬驅動芯片架構

資料來源：《高亮度硅基OLED微顯示器研究》，楊建兵，2016，中金公司研究部

圖表2：Micro OLED器件結構

資料來源：《超還原硅基有機發光微顯示器研究》，季淵，2012，中金公司研究部

Micro OLED器件的製作流程主要分為五個部分：（1）硅基背板製造：IC設計廠商負責設計芯片，面板廠商負責設計像素電路，最後一併交於晶圓代工廠進行集成製造；（2）有機發光器件製作：首先將金屬陽極層製備於基板上，接着依次完成空穴注入/傳輸層、發光層、電子傳輸/注入層的蒸鍍過程，最後製作透明陰電極；（3）薄膜封裝：利用PECVD或者ALD工藝在發光模塊上製備緻密薄膜，避免其與空氣中的水氧接觸而變質；（4）彩色化與封裝：通過塗膠、曝光、顯影等步驟製作Micro OLED需要的R、G、B三原色圖形，並與玻璃蓋貼合完成封裝；（5）模組工藝：將完成上述流程的器件切片、測試並與顯示系統綁定形成模組。

圖表3：Micro OLED器件製作流程

注：Micro OLED與傳統AMOLED製作過程的差異主要體現在有虛線框的步驟資料來源：MicroDisplay，《超還原硅基有機發光微顯示器研究》，季淵，2012，中金公司研究部

Micro OLED VS 傳統AMOLED

OLED驅動方式可分為被動矩陣驅動（PM）和主動矩陣驅動（AM），相比於被動驅動，主動驅動方式通過TFT電路精確控制每個像素的發光強度，可以產生更高的顯示分辨率和更高的灰度等級。Micro OLED屬於主動矩陣驅動OLED的一種，但與傳統AMOLED在部分製作工藝上有所不同，帶來了一定的製造壁壘。

背板及像素電路

傳統AMOLED的基板一般採用玻璃材質，在上面刻畫TFT像素電路，由面板廠商自行設計生產；Micro OLED的基板採用單晶硅，在上面刻畫像素電路和驅動IC所含功能模塊，由面板廠商、芯片設計廠商分別設計像素電路和驅動功能電路，並交由芯片製造廠商完成最終制造，由於背板集成度更高，整體工藝難度較大，開發效率較低。

發光及彩色化方案

傳統AMOLED普遍採用RGB三色獨立發光方案。此種方案利用精密金屬掩模板（FMM）和CCD像素對位技術，將紅、綠、藍三種不同顏色的發光材料依次蒸鍍於玻璃背板上，獨立調節每個單色子像素的發光強度，三色混合後便可發出彩色光。經典的子像素排列方案為並列，後衍生出各類排列如PenTile排列、鑽石排列、Delta排列等。

FMM的開孔決定子像素，開孔間距直接決定了子像素的間距和密度，WOLED是目前硅基OLED主流。若要實現Micro OLED的RGB發光方案，需要極高尺寸精度的FMM和具備超精確定位的蒸鍍機作為基礎。對比可實現RGB材料直接蒸鍍的傳統AMOLED FMM規格和Micro OLED FMM設計規格，可以發現從多個指標來看，兩者差距均接近一個數量級，表明AMOLED通用的FMM無法滿足Micro OLED的技術要求。目前市面上可適用RGB的Micro OLED FMM和蒸鍍設備較少，因此其主流發光方案暫為WOLED+CF（白光+彩色濾光片）。

Micro OLED的彩色濾光片將白光過濾成RGB三色光，並通過改變不同光的透射強度即可混合成彩色光。製備濾光片時，需先在玻璃上製備黑色矩陣，用於隔離三原色、避免產生雜色光；RGB三基色材料按一定圖案排列，並與背板上的子像素電路位置一一對應，廠商需具備高精度製造工藝和對位能力，典型的子像素排列方式有並列式、馬賽克式、三角形式等。

由於彩色濾光片會降低光的透過率，亮度成為WOLED的主要缺陷，各大面板廠商亦在探索其他路徑的Micro OLED發光方案。當前已有部分廠商成功實現突破：eMagin提出直接圖案化技術，不需要FMM便可直接在硅基背板上單獨圖案化RGB三基色材料，擺脱彩色濾光片實現獨立發光；Hunet Plus通過與Sunic System聯合研究，開發出可用於Micro OLED的超高清掩模板（UHM），可實現2000ppi至8000ppi的超高分辨率，Sunic System也相應開發出可實現超精確對準的RGB Micro OLED蒸鍍機。

圖表4：RGB子像素蒸鍍過程及排列方式

資料來源：DNP官網，PAOKA，中金公司研究部

圖表5：AMOLED FMM規格和Micro OLED FMM設計規格

資料來源：《硅基有機電致發光微顯示關鍵技術研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

圖表6：典型串聯疊層白光結構

資料來源：《硅基微顯示器發展現狀與研究進展》，季淵，2022，中金公司研究部

圖表7：彩色濾光片結構及RGB三基色排列方式

資料來源：新材料在線，PAOKA，中金公司研究部

圖表8：eMagin直接圖案化技術及顯示效果

資料來源：eMagin官網，中金公司研究部

封裝及模組工藝

Micro OLED通常採用薄膜封裝結構：完成發光模塊蒸鍍後，在OLED器件上沉積多層有機及無機薄膜，達到封裝效果。有機膜層分子無法整齊排列，阻隔效果較差，無機膜層分子雖阻隔效果較好，但由於膨脹或收縮會自行剝離，故無機膜層和OLED器件之間需存在有機膜層作為緩衝層。完成薄膜封裝後的器件將與彩色濾光片通過UV固化膠貼合，彩色濾光片的玻璃基板可起到蓋板作用，形成封閉空間，從而最終完成封裝工藝。

傳統AMOLED器件在完成封裝後，需先經過切片、清洗、乾燥等基礎流程，接着進行面板點亮測試，測試通過後依次與ACF導電膠膜、驅動IC、FPC進行貼合綁定，隨後進行模組老化與點亮測試，通過後與外引線和驅動板裝配，最終包裝入庫。Micro OLED器件由於不需要外接驅動芯片，在基礎流程完成後直接與PCB電路板貼合、塗保護膠烘烤成品，接着進行模組老化和光電性能檢測，最終篩選出合格商品、包裝入庫。

圖表9：固化膠封裝結構、Glass Frit封裝結構和薄膜封裝結構

資料來源：《硅基有機電致發光微顯示關鍵技術研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

面板檢測工藝

面板生產包含陣列（Array）→成盒（Cell）→模組（Module）三大製程，而檢測工藝貫穿生產全過程，對面板的光學、信號、電性能等各種功能進行檢測，從而保證各段生產製程的可靠性和穩定性，提升良品率。對於傳統OLED器件，主要檢測項目包括Array製程光學、電性能檢測和Cell/Module製程光學、平整度、老化、觸控檢測。

對於Micro OLED等新型顯示器件，由於其具有更高的解析度、刷新率、信號傳輸速度，檢測設備需具有更高的技術性能、集成度和檢測效率；且由於其採用硅基工藝，檢測設備商逐漸向顯示晶圓及芯片段等中後道檢測領域拓展。

圖表10：傳統OLED製程及檢測項目

資料來源：華興源創招股説明書，華興源創2023年半年報，中金公司研究部

圖表11：華興源創Micro OLED核心技術

資料來源：華興源創2023年半年報，中金公司研究部

Micro OLED產業鏈

Micro OLED產業鏈包括上游的原材料廠商、製造設備廠商、檢測設備廠商、芯片設計廠商、芯片製造廠商等，中游的面板製造廠商，以及下游包括AR/VR、工業安防、醫療等各個領域的組裝廠、整機廠和解決方案提供商。

► 硅基背板：Micro OLED背板芯片由面板廠商、芯片設計商、芯片製造商協同開發完成；芯片設計領域，部分公司具備完整芯片設計和顯示器研發生產能力；背板製造主要由晶圓代工廠負責。

► 原材料：Micro OLED所需的上游原材料包括硅基片、陽極金屬材料（銅、鋁等）、有機發光材料（發光層材料、載流子輸送材料等）、封裝材料（有機材料、無機材料）、光刻顯影材料（光刻膠、顯影液、剝離液等）、彩色濾光層材料（感光膠、黑矩陣材料等）；對於其中有機發光材料較為關鍵，受制於精細化工技術差距，全球主要競爭企業為日韓、歐美等國外廠商。

► 製造設備：Micro OLED製造過程中涉及的主要設備包括蒸鍍設備、光刻設備、顯影/刻蝕設備、薄膜沉積設備等；對於蒸鍍設備環節，全球市場呈現寡頭壟斷格局，主要參與者為日本Canon Tokki，韓國Sunic System則因近期研製出可實現RGB獨立發光的Micro OLED蒸鍍設備而受到關注，國內亦有部分企業實現了高精度蒸鍍機國產化。

► 檢測設備：Micro OLED檢測設備主要用於在生產過程中，對器件進行顯示、觸控、光學、信號、電性能等各種功能檢測，提升整體良率。

► 面板製造：全球範圍內，歐美、日韓公司較早進入市場，積累了一定的先發優勢，主要為美國eMagin、日本Sony、法國Microoled、德國Fraunhofer、韓國LG Display等；伴隨擴展現實行業景氣度提升，Micro OLED技術逐漸受到市場關注，國內企業亦佈局消費級Micro OLED面板技術。

► 終端應用：Micro OLED產品可應用於頭盔顯示器、立體顯示鏡、眼鏡式顯示器等近眼顯示和投影顯示系統，具體產品包括AR眼鏡、VR/MR頭戴式顯示設備、電子取景器、汽車抬頭顯示、工業測温設備、高端醫療器械、夜視儀等；當前市場對於Micro OLED的關注集中於AR/VR領域。

整體而言，當前Micro OLED器件製造良率較低，主要原因在於：1）製造流程複雜，且由於像素尺寸小導致工藝精度要求高；

2）有機發光材料遇到水或氧氣容易發生反應導致失效，因此需要保持真空製造環境，且需保證封裝工藝和彩色濾光片的貼合質量；3

）硅基背板需要面板廠商、芯片廠商協同設計，且需要在小尺寸晶圓上集成多個電路，對晶圓廠的加工能力提出了極高的要求，導致背板整體開發製造效率較低。

伴隨其技術成熟度逐漸提高及國內外廠商產能釋放，我們看好Micro OLED產業化趨勢，有望成為XR主流顯示方案。

圖表12：Micro OLED產業鏈

資料來源：Wind，iFinD，彭博資訊，中金公司研究部

Micro OLED未來有望成為ARVR顯示主流方案

Micro OLED可實現單個像素調教且面積較小

顯示技術主要包括LCD、LED、OLED三大類。LCD由於成本較低且技術成熟，在中大尺寸面板顯示領域佔據主要份額。LED具有自發光特性，且色彩顯示效果佳，但由於其小型化（即Micro LED）及巨量轉移仍未成熟，目前主要用於照明、背光及超大屏顯示領域。OLED因其輕薄性、對比度高、響應速度快、功耗較低等優勢，已逐步成為小型及微型顯示方案的主流。

OLED按照驅動方式可分為主動式驅動（AMOLED）和被動式驅動（PMOLED）。AMOLED顯示品質佳、反應速度快，目前主要應用於中大尺寸顯示屏。PMEOLED亮度較高、生產成本較低，目前以中小尺寸顯示屏為主。Micro OLED屬於AMOLED的技術拓展，將背板材料換成硅晶圓且無需外接驅動IC，節約了內部空間，具有分辨率高、體積小等特點。

圖表13：OLED驅動方式分類

資料來源：清越科技招股説明書，中金公司研究部

Micro OLED可對單個像素實行精確控制，模組響應速度較快，可有效減少顯示場景快速變化時的色彩殘留現象。而由於發光模組沉積於硅晶圓之上，Micro OLED器件的底層電路藉助成熟的半導體CMOS工藝進行製造，單個像素尺寸可達到個位數的微米級別，在同樣的顯示屏尺寸下可實現更高的分辨率，顯著提升顯示效果。同時由於沒有背光源的存在，Micro OLED器件更輕薄，功耗更低，並且可實現“純黑”的色彩效果，帶來較高的顯示對比度。

圖表14：主流顯示方案對比

資料來源：Ofweek，BOE官網，MicroDisplay，中金公司研究部

Micro OLED有望成為現階段XR顯示方案主流

AR/VR藉助頭戴式顯示設備實現虛擬元素與真實場景的交互。頭部科技廠商已陸續佈局此領域並積極推進新品發佈，伴隨技術迭代與產品升級，我們認為更為輕量化的頭顯設備有望成為消費電子的下一代終端：索尼憑藉其在泛娛樂終端的強大實力有望加速VR向遊戲、娛樂等場景滲透，蘋果、Meta及Pico則將強化VR的辦公屬性。

圖表15：頭部科技廠商VR出貨節奏

資料來源：The Information，Meta官網，Apple官網，Sony官網，MWC 2023官網，中金公司研究部

頭戴式顯示設備是近眼顯示技術主要的應用方向，對於顯示屏幕提出了較高的要求。理想情況下，屏幕像素數量應當為滿足人眼視覺需求的像素數量。人眼能夠識別的最小視場角為1/60度，每一度人眼可分辨的像素數量即為60 PPD；人眼視場角可分為水平和垂直方向，可實現人體立體視場的水平方向視場角為120度，垂直方向視場角為135度；因此，滿足人眼視覺需求的屏幕分辨率為單眼7200×8100。

像素尺寸及間距過大時，屏幕分辨率不足，會產生“紗窗效應”導致顯示模糊，引發頭暈、噁心等暈動症反應。作為頭顯設備的核心部件之一，屏幕承載了實現智能終端視覺需求的重要任務，因此升級屏幕顯示精細度成為當前頭顯設備升級主線。同時屏幕顯示功耗亦是設備製造商主要關注因素，低功耗的顯示屏可減輕發熱情況，延長設備續航時間，提升使用體驗。在此情況下，Micro OLED由於像素密度高、功耗較低等優點，逐漸被頭顯設備商關注。

圖表16：主要VR新品屏幕像素參數

資料來源：AR圈，中金公司研究部

當前VR頭顯設備的主流屏幕選擇為Fast LCD。傳統LCD的電場反應較慢、刷新率較低，Fast LCD使用全新液晶材料（鐵電液晶材料）與超速驅動技術，可將有效刷新率提升至75-90Hz，同時成本較低、量產良品率穩定，性價比較高。Mini LED技術的搭載進一步增強了Fast LCD的顯示效果，通過將一整塊背光板劃分成數個可單獨控制亮度的背光區域，提升了畫面的對比度和顏色飽和度。

我們預計Micro OLED有望替代Fast LCD。VR初期，由於色彩對比度高、響應速度快等優勢，廠商們主要選用AMOLED為顯示方案。伴隨行業景氣度提升，眾多廠商入局，在降低成本並儘量保證顯示效果的前提下，Fast LCD成為大多數廠商的選擇。發展至今，VR設備廠商的追求已逐漸轉變為提升產品的實際使用效果，而蘋果Vision Pro對於Micro OLED的搭載引起了行業對於此種顯示方案的高度關注。對比Fast LCD，Micro OLED具備較大的性能優勢：

► 高分辨率：根據CSDN數據，近眼顯示設備削弱紗窗效應需要角分辨率在30 PPD以上，結合視場角在100-120度，像素密度達到需要3,000-4,000 PPI；Micro OLED像素密度可實現3000 PPI，較Fast LCD（1,000-2,000 PPI）有大幅增長，我們認為可顯著提升設備的角分辨率，從而有效增強VR設備的顯示效果。

► 高刷新率：根據VR陀螺數據，減弱眩暈感需要VR設備刷新率提高至150-240Hz及以上；根據VR compare數據，Fast LCD的反應速度為毫秒至納秒級，刷新率在90-100Hz左右，Micro OLED刷新率可達到120Hz；我們認為這有望改善運動模糊現象及閃爍現象，從而有效減緩VR設備的使用眩暈感。

► 輕量化、低功耗：Micro OLED在硅芯片基底集上成陣列電路和功能電路，像素尺寸更小，且無需外接驅動芯片，減少了器件的外部連線，重量相比傳統顯示器件明顯減少；據TOPWAY數據顯示，由於Micro OLED為自發光技術，無需背光源，功耗約為LCD的30-40%，進一步提升整機續航能力。

Micro OLED已具備初步量產能力，成本為當前主要制約因素。已有多家行業龍頭廠商宣佈入局Micro OLED，部分廠商已成功量產並導入終端客户，行業整體技術形態逐漸成熟，並伴有一定的技術創新出現。據Yole數據顯示，相比LCD屏幕（單塊價格約為20-40美元），Micro OLED屏幕價格較高（單片價格在1-200美元）。我們認為，伴隨Micro OLED量產能力提升，規模效應將帶動屏幕成本下降，有望推動Micro OLED在更多VR設備上搭載。

圖表17：VR顯示技術演進

資料來源：Omdia，MicroDisplay，中金公司研究部

AR光學顯示方案多元化，Micro OLED加速滲透。近期，Xreal、Rokid等品牌均發佈最新款AR眼鏡，主打C端消費場景，光學方案均搭載較為成熟的Birdbath+硅基OLED方案。我們認為，儘管光波導+Micro LED在體積及功耗等領域均有明顯優勢，但從成本及成熟度來看，Birdbath+硅基OLED方案可以將顯示模組成本壓縮至消費級產品的價格，且顯示效果也能滿足日常基本使用。

圖表18：AR光學成像方案總結一覽

資料來源：VR陀螺，各公司官網，中金公司研究部

圖表19：AR光源方案總結一覽

資料來源：MicroDisplay，MicroLED，VR陀螺，中金公司研究部

硅基OLED有望實現高速增長，VR滲透率提升推動規模擴大。近期，Rokid及Xreal均有新品發佈，面向C端消費市場，均搭載硅基OLED屏幕。我們認為目前硅基OLED主要在AR產品應用。在VR領域，我們看好蘋果Vision Pro有望推動硅基OLED的高端場景滲透持續提升。我們預測硅基OLED市場2026年有望達到25億美元。

圖表20：2021-26年硅基OLED市場高速增長