解讀硅基微顯示技術(shù)：未來顯示的新機(jī)遇

    在顯示產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)中，“硅基微顯示”即是一個新興產(chǎn)業(yè)，也是一個古老產(chǎn)業(yè)。但是，從應(yīng)用市場看，包括XR擴(kuò)展現(xiàn)實（AR/VR/MR）和投影機(jī)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(fèi)品，近年來都處于爆發(fā)增長的快車道上。因此，從消費(fèi)端看，“硅基微顯示”正在成為一個“真正的顯示行業(yè)大金礦”。

    硅基微顯示是個啥？

    硅基微顯示技術(shù)，顧名思義，就是以硅基半導(dǎo)體為背部驅(qū)動板的新型顯示器件。從共性角度看，這類產(chǎn)品都繼承了成熟的硅基半導(dǎo)體技術(shù)，采用CMOS結(jié)構(gòu)的電路作為背部驅(qū)動板。通俗看，硅基半導(dǎo)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(dāng)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(yōu)勢：如，1.微結(jié)構(gòu)尺寸小、密度高，對應(yīng)于顯示設(shè)備就是PPI分辨率極高，例如可以達(dá)到5000PPI的水平；2.電路性能出色、可控性強(qiáng)、開關(guān)效應(yīng)反應(yīng)迅速、電流承載力強(qiáng)，這使得采用這一技術(shù)的顯示單元，如micro LED可以實現(xiàn)數(shù)十萬尼特nit的亮度水平；3.硅基背板特別適合制備更為復(fù)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(dǎo)體的核心優(yōu)勢之一。

    因此在微型顯示領(lǐng)域，硅基技術(shù)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(shù)的優(yōu)勢的發(fā)揮。甚至，在更小尺寸單元上的集成硅基顯示技術(shù)，還能進(jìn)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(chǔ)，目前主要發(fā)展出了包括：主動發(fā)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(shù)產(chǎn)品。

    這些產(chǎn)品在控制層采用硅基電路結(jié)構(gòu)，但是在顯示層卻采用完全不同的技術(shù)。導(dǎo)致了不同類型的硅基微顯示器件的制備工藝、應(yīng)用特點和市場結(jié)構(gòu)“截然不同”。例如，硅基OLED主要應(yīng)用在頭戴式顯示的XR設(shè)備之中，在軍用、民用市場都有不錯的市場表現(xiàn)，也是目前行業(yè)新興投資最廣闊的產(chǎn)品類型——據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)市場已經(jīng)建成、開工和計劃的硅基OLED投資規(guī)模近300億元。這也使得我國成為硅基微顯示領(lǐng)域的首屈一指的投資大國。

    但是，硅基的微機(jī)電DMD顯示光閥，卻是比較傳統(tǒng)的技術(shù)，已經(jīng)有二十多年實用歷史。市場幾乎被美國TI公司壟斷。其技術(shù)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(jī)9成以上采用該技術(shù)方案。

    “無論是技術(shù)上還是市場上，不同類型的硅基微顯示都表現(xiàn)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(yīng)用的火爆成長中，行業(yè)窺伺到這一新興顯示技術(shù)的“巨大商機(jī)”。

    多元布局，行業(yè)企業(yè)把握產(chǎn)業(yè)先機(jī)

    目前，硅基微顯示的布局已經(jīng)成為顯示行業(yè)“下一代顯示設(shè)備”競爭的核心方向之一。包括單一技術(shù)布局、多元技術(shù)布局等多種方式，眾多業(yè)內(nèi)企業(yè)正在加速投資這一產(chǎn)業(yè)。

    例如，成立于2017年的南京芯視元，已經(jīng)先后發(fā)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(chǎn)品研發(fā)設(shè)計和技術(shù)支持為中心，采用輕資產(chǎn)思路，提供微顯示核心器件。該企業(yè)今年6月20日發(fā)布的0.39英寸Micro OLED硅基微顯示芯片產(chǎn)品，分辨率為1920x1080，平均亮度大于1000nit，可滿足XR市場主流設(shè)備需求。

    再例如，作為國內(nèi)半導(dǎo)體顯示產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊京東方科技從一開始就高度關(guān)注“微顯示”技術(shù)的進(jìn)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(chuàng)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(chǎn)線于2019年8月實現(xiàn)量產(chǎn)，12英寸Micro OLED生產(chǎn)線一期于2021年9月量產(chǎn)，12英寸線共規(guī)劃年產(chǎn)能為523萬片。京東方在硅基微顯示領(lǐng)域，采用了制造為中樞，統(tǒng)領(lǐng)上游技術(shù)設(shè)計和下游產(chǎn)品開發(fā)創(chuàng)新的投資布局。類似路線的企業(yè)還包括昆山夢顯、熙泰科技、合肥視涯、深圳芯視佳等企業(yè)項目。

    除了面向XR市場的硅基 micro OLED投資之外，國內(nèi)企業(yè)在LCOS領(lǐng)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(fā)的國內(nèi)首顆無機(jī)取向LCoS芯片于2020年年底達(dá)到量產(chǎn)條件，目前處于小批量生產(chǎn)之中�；坌鲁娇萍疾粌H致力于LCOS芯片技術(shù)的研發(fā)，同時也自建生產(chǎn)設(shè)施。目前是國內(nèi)炙手可熱的智能投影產(chǎn)品核心“芯”進(jìn)口替代競爭路線上的領(lǐng)跑者之一。

    不僅是硅基OLED和lcos上國內(nèi)企業(yè)高度關(guān)注，QLED和micro LED發(fā)光技術(shù)應(yīng)用于“硅基微顯示”作為“新興技術(shù)”也得到了國內(nèi)企業(yè)的高度關(guān)注。這兩項技術(shù)尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，但是與其它硅基微顯示技術(shù)具有很大的“目標(biāo)市場重疊和理論上的顯示性能優(yōu)勢”，是眾多硅基OLED企業(yè)眼中的潛在“替代性”選項。但是，由于產(chǎn)業(yè)進(jìn)程較為緩慢，硅基QLED和硅基 MICRO LED，目前均以“研發(fā)投資為主”——對比而言硅基OLED和硅基微顯示的LCOS、DMD技術(shù)則應(yīng)用成熟度較高，以“產(chǎn)能投資為主”。

    在硅基微顯示的投資中，DMD/DLP技術(shù)是一個比較特殊的類別。該技術(shù)的二維大陣列微機(jī)電原理，不僅導(dǎo)致其制造設(shè)計門檻更高，更有TI二十多年的苦心經(jīng)營，在全球市場形成了產(chǎn)能、市場和技術(shù)專利的壟斷。目前國內(nèi)對其投資和研發(fā)都處于“低谷”狀態(tài)。

    整體上，從研發(fā)創(chuàng)新到制造環(huán)節(jié)，硅基顯示正在迎來數(shù)百億的國內(nèi)市場投資高潮，并在全球市場處于技術(shù)創(chuàng)新和投資領(lǐng)跑的第一梯隊。作為依托XR應(yīng)用、投影智屏等新型消費(fèi)需求市場的“特種顯示產(chǎn)品”，國內(nèi)企業(yè)有望從“產(chǎn)業(yè)源頭”、“市場起點”開始，構(gòu)建領(lǐng)先的先進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈和產(chǎn)業(yè)實力，為中國制造的創(chuàng)新升級舔磚加瓦。

    硅基微顯示產(chǎn)業(yè)“加速”需求擴(kuò)張

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

    例如，2014年到2021年，國內(nèi)智能投影機(jī)市場的規(guī)模從每年四十多萬臺，上升到近五百萬臺。其中，中高端產(chǎn)品幾乎都采用DMD光閥的DLP解決方案，屬于硅基微機(jī)電顯示產(chǎn)業(yè)陣營。行業(yè)預(yù)計，短期內(nèi)國內(nèi)投影顯示需求規(guī)模，甚至渴望超過2010年全球市場規(guī)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(chǎn)業(yè)都是不錯的機(jī)遇。

    再例如，在XR市場上，2021年全球需求首次突破千萬臺規(guī)模。XR更是被認(rèn)為是元宇宙的最典型應(yīng)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(yè)預(yù)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(shè)備也是現(xiàn)代高精尖軍事裝備和軍事訓(xùn)練中，如殲擊機(jī)、坦克、數(shù)字訓(xùn)練設(shè)施等必備組件。對于大國而言，布局這一產(chǎn)業(yè)鏈具有“軍事信息安全”上的特殊意義。行業(yè)預(yù)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(chǎn)品端看，硅基微顯示的代表產(chǎn)品也很多。例如，arpara AIO 5K Micro-OLED VR一體機(jī)，擁有Pancake短焦光學(xué)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(xiàn)90Hz的刷新率，95° FOV視場，高達(dá)1,000,000：1的對比度，DCI-P3 90%（sRGB 127%）的色域表現(xiàn)。

    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(dǎo)技術(shù)，是領(lǐng)先的AR眼鏡產(chǎn)品。該產(chǎn)品外觀上類似于一個普通的眼鏡產(chǎn)品，整體的設(shè)備重量也控制在了75g以內(nèi)，可謂之在輕巧上再創(chuàng)新臺階，也間接證明了硅基 Micro OLED技術(shù)在XR領(lǐng)域的優(yōu)勢。

    再例如，由海爾、小米等實業(yè)資本投資的一數(shù)科技，致力于為汽車提供基于LCOS技術(shù)的“抬頭顯示”解決方案。根據(jù)高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2021年僅1-5月國內(nèi)新車前裝標(biāo)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(nèi)激光顯示上市公司光峰科技也為業(yè)界提供基于激光光源和DMD技術(shù)的車載顯示解決方案。

    整體上，硅基微顯示技術(shù)的門類眾多、應(yīng)用終端類型眾多，但是卻都具有“發(fā)展迅速、潛力巨大”的特點。硅基微顯示不僅推動了上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也與下游應(yīng)用創(chuàng)新有效共振，逐漸形成了良性循環(huán)。行業(yè)預(yù)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(shù)年內(nèi)都渴望保持3成以上的復(fù)合增長率，持續(xù)演繹行業(yè)高速成長的“財富機(jī)遇”。

    行業(yè)發(fā)展方興未艾，技術(shù)迭代和行業(yè)創(chuàng)新是關(guān)鍵

    未來全球硅基微顯示市場的規(guī)模可能高達(dá)“萬億人民幣”！面對這樣的行業(yè)機(jī)遇，業(yè)內(nèi)企業(yè)需要把握“硅基微顯示處于創(chuàng)新路上”這一主線，在既有技術(shù)、成熟技術(shù)、前沿技術(shù)，上游創(chuàng)新、下游創(chuàng)新、生態(tài)伙伴體系和融投資體制創(chuàng)新等方面持續(xù)“推動綜合生態(tài)競爭力”的建設(shè)。

    特別是從技術(shù)路線角度看，DMD和LCOS是高度重疊的競爭技術(shù)、硅基OLED與硅基 QLED/硅基 micro LED也是高度重疊的競爭技術(shù)。這些技術(shù)重疊度高的產(chǎn)品，誰能取得市場勝利，即與技術(shù)成熟度、產(chǎn)品效果、成本有關(guān)系，也與競爭生態(tài)格局，下游廠商的產(chǎn)業(yè)鏈安全布局有關(guān)。

    “上中下游的合作和系統(tǒng)整合是產(chǎn)業(yè)成功的關(guān)鍵。”行業(yè)專家認(rèn)為，硅基微顯示企業(yè)切記單打獨斗。例如，硅基micro LED技術(shù)，就需要與硅片、LED晶圓等上游企業(yè)，XR等終端產(chǎn)品開發(fā)，游戲、教育等XR應(yīng)用場景與內(nèi)容企業(yè)構(gòu)成“貫通鏈條”，才能真正實現(xiàn)“技術(shù)落地、產(chǎn)品落地、價值落地”。

    技術(shù)會不斷迭代升級、行業(yè)和商業(yè)模式也會創(chuàng)新升級：硅基微顯示行業(yè)方興未艾之際，既要把握戰(zhàn)略大勢，也更需要精耕戰(zhàn)術(shù)細(xì)節(jié)。期待國內(nèi)科技創(chuàng)新業(yè)，在硅基微顯示時代，無論是在上游產(chǎn)業(yè)鏈和技術(shù)上，還是在下游終端和應(yīng)用上，都能抓住“新物種”創(chuàng)生發(fā)展的歷史性機(jī)遇，創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)成長的新奇跡。