From Micro OLED to Micro LED, what is the future of cell phone screens?

苹果在6月6日的WWDC上发布了一款令人惊艳的头显设备——Vision Pro，出色的显示效果、强大的硬件和创新的交互方式，在苹果总部体验过真机的科技媒体们都表示十分震撼。但是新鲜劲过去，Vision Pro仍然缺少行业期待的“杀手锏”应用，与营销号们口中的“下一个iPhone”也还扯不上关系。不可否认的是，Vison Pro所搭载的很多技术都是目前消费电子领域最先进的，比如这两块参数惊人的Micro OLED屏幕。

▲图源苹果官网

什么是Micro OLED？

从名字我们可以看出Micro OLED与OLED在原理上是相近的，都是基于有机发光二极管的技术，每颗像素都可以独立发光，拥有极高的对比度、宽广的色域和微秒级的响应速度。最大的区别就在于“Micro”，意味着像素更小，从而可以达到头显设备、EVF等近眼设备所需要的极高像素密度（ppi，每英寸像素量）。

▲图源索尼官网

Micro OLED的优势主要来自于CMOS技术与OLED技术的紧密结合，也是无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合。与传统OLED屏幕采用玻璃基板不同，Micro OLED采用的是单晶硅基板，并且将驱动电路直接集成在基板上，减少了屏幕整体厚度。而因为采用了半导体技术，因此它的像素间距可以做到几微米级别，从而提高整体像素密度，可以简单理解为用造芯片的技术来造屏幕。

▲图源MircoDisplay

也正是因为Micro OLED采用了半导体技术，因此它的实现难度、专利壁垒和成本都是超高的，早期主要以单色面板在特种设备中存在，比如军用瞄准镜、夜视仪等，目前只有索尼等少数厂商能实现全彩Micro OLED面板的稳定出货。

为什么苹果一定要用Micro OLED？

对于头显设备这种近眼设备，像素密度、刷频率、色彩、亮度、响应时间都要达到一定水平才能实现“骗过人眼”的效果，以实现沉浸式的体验。天风证券做过一项分析，列举了Fast LCD、Mini LED、Micro OLED和Micro LED四种显示技术的优劣，从中我们也可以看出目前最适合VR头显设备的技术就是Micro OLED，具备高分辨率、高亮度、高对比度、高色域、高刷新率、微秒级响应速度等优势，并且具备量产条件，搭载Micro OLED屏幕的XREAL（原Nreal）Air、索尼PS VR2等都已实现批量出货。

▲图源天风证券

作为一家市值超过3万亿美元的大型公司，苹果向来喜欢在新产品上使用先进但是成熟的技术，并且与供应商共同研发迭代，使其产品领先市面同期同类产品。Vision Pro所使用的这两块Micro OLED屏幕像素超过2300万，业内人士透露每块屏幕大小为1.42英寸，分辨率为3600*3200，像素密度达到了3386 ppi，大部分人都看不出其中的像素点，也就不存在所谓的“纱窗效应（纱窗效应是由像素之间的无光空间引起，这会导致在用户和虚拟世界之间出现一种"纱窗"，降低沉浸感）。

▲图源苹果官网

举个例子，当我们戴着VR设备快速转动头部时，屏幕上的内容也应该同步变化，才是符合人体直觉的，毫秒级的延迟大多数人感受不出，但是长期佩戴的话仍然会有一种视觉与体感不同步的失真感，而微秒级的延迟人体几乎无法感知。

综上，Micro OLED是目前唯一符合苹果Vision Pro要求的面板，其多种特性都是目前无法取代的。

为什么手机不用Micro OLED？

讲到这里，应该会有小可爱问：Micro OLED这么好，手机为什么不用？

先从成本来说，现在Vison Pro用的这两块Micro OLED来自索尼，据称物料成本就高达每块350美元，而其尺寸只有1.42英寸，需要好多块才能拼出一块6.7英寸的手机屏幕，即便有土豪厂商愿意这么做，屏幕接缝、调校和控制也是大难题。

▲图源索尼官网

从生产来说，Micro OLED是基于晶圆制造的，晶圆本就不适合大尺寸产品，即便强如苹果，M2 Ultra这种大芯片也得用两片小芯片拼起来，更别说要切一整块7寸的手机屏幕下来。如果要用拼接法，也会徒增很多生产步骤，最终效果可能也不理想。

最重要一点的是，Micro OLED的响应时间和像素密度优势对于手机来说属于“杀鸡用牛刀”。手机不像VR设备，距离人眼有一段距离，按照20cm算的话只需要400 ppi以上人眼就分辨不出像素点，而微秒级的响应时间对于手机而言也感知不强。比起现在的OLED，Micro OLED在亮度和刷新率上也没有优势。

因此，Micro OLED屏幕目前并不适用于手机，更适合用于AR/VR头显等小尺寸、高性能、高清晰度的显示设备。

真正的未来属于Micro LED

那么，手机有没有更好的显示技术呢？答案是有的，那就是Micro LED。

Micro LED是一种基于LED（发光二极管）的微型显示技术，与Micro OLED类似，Micro LED也是由数百万个微小的LED像素组成，每个像素都可以自主发光，不需要背光源或滤光片。但与Micro OLED不同的是，Micro LED使用的是无机材料，而不是有机材料。这样就可以避免有机材料容易氧化、老化、烧屏等问题，从而提高显示器的稳定性和寿命。

▲图源Trendforce

至于具体参数，Micro LED屏幕理论的全彩亮度可以达到100000nit，功耗却比OLED屏幕节省90%，同时在色彩方面也可以全面超越OLED。还有响应时间，更是达到了可怕的纳秒级，并且功耗可低至LCD的10%、OLED的50%。

综合来说，Micro LED结合了OLED的像素发光、对比度和颜色优势，和LCD高亮度、耐用的优点，避免了OLED容易老化、烧屏的有机材料缺点，几乎是最完美的显示技术。

Micro LED的商业化难题

从理论上来看，Micro LED是完美的，但是它却离我们普通消费者还有段距离，还面临着很多挑战和瓶颈。

目前市面上能做到大批量出货全彩Micro LED屏幕的只有少数厂商，其中三星和索尼的技术最为先进。三星以The Wall系列产品线为主，包括大型商用拼接屏幕，以及家用电视，比如前几个月那台关注度很高的百万电视。索尼则没有家用产品，主要以Crystal LED产品线为主，提供多款尺寸和规格的拼接单元，通常应用在高端展厅、虚拟影棚中，比如广州天环Apple Store二楼那块大屏。

▲图源三星官网

不难看出，现在已经商用的Micro LED产品都是大尺寸产品，三星像素间距最小为0.63mm、索尼像素间距最小为1.27mm，连手机都比不上，更别说VR眼镜。这就是Micro LED目前主要的难题：像素尺寸不够小。

▲图源三星官网

我们可以把简单地把Micro LED屏幕看成是由许多小灯泡组成的拼图，每个小灯泡都可以发出不同颜色的光，拼在一起就可以显示出各种图像。而制作这个拼图的过程就是Micro LED的生产工艺。

▲图源LEDinside

第一步，就是制作小灯泡。我们需要用一种特殊的材料，叫做蓝宝石，来做灯泡的底座。然后在蓝宝石上涂上一层能发光的液体，叫做EPI层。这样就形成了一个能发光的晶体。接着我们要用刀子把这个晶体切成很小很小的碎片，每个碎片就是一个小灯泡，叫做Micro LED芯片。

第二步，就是把小灯泡转移到拼图板上。我们需要用一种特殊的工具，叫做转移机，来把小灯泡从蓝宝石上取下来，然后粘到拼图板上。拼图板是一种有电路的板子，叫做电路基板。每个小灯泡都要对准电路基板上的一个位置，才能被点亮。这个过程要求非常精确和快速，否则会造成小灯泡的损坏或错位。

第三步，就是封装拼图。我们需要用一层透明的玻璃或其他材料，来覆盖在拼图上，保护它不受水氧等环境因素的影响。这样就完成了一个Micro LED显示器的制作。这个显示器可以发出非常亮丽和细致的图像，比普通的LED显示器更加优秀。

▲图源Trendforce

现在的半导体技术已经可以生产出微米级大小的“灯泡“，困难的是如何快速把这些”灯泡“移到”拼图“上。就拿三星的The Wall 1.26/1.68产品来说，它的分辨率是480x270，也就是129600个像素，在生产中需要一次性把这12万个像素精确放到基板上，如果1920x1080分辨率，像素量就是2073600。而手机屏幕只有这么几寸大，如何在这么小的空间里同时转移几百万个”灯泡“还不出错，就是目前Micro LED行业所面临的巨量转移难题。

自从2000年德州理工大学教授Hongxing Jiang和Jingyu Lin率先提出Micro LED技术以来，全球范围内已有许多厂商投入相关技术研发，比如我们熟悉的三星、索尼、LG、京东方、华星光电等显示器行业巨头，鸿海、台积电等巨头也在持续布局，另外还有LuxVue（2014年被苹果收购）、eLux等小型公司专注于技术攻关，更有报道说苹果10年来在投入超过10亿美元在Micro LED上。

根据LEDinside整理的资料，截至今年6月初，今年已有29款Micro LED相关产品出现，包括产业上中游的晶圆、芯片、器件、背板材料、驱动芯片、生产设备、微显示器、微显示模组，产业下游的显示屏、车灯、消费级电视、AR眼镜等终端产品；研究成果则有17项，涉及红光效率的提升、全彩化显示的实现、巨量转移效率的提升、新型结构和材料。

▲图源LEDinside

可即便如此，目前能量产的Micro LED产品仍然以大尺寸商用产品为主，高像素密度的小尺寸产品仍然处于原型产品阶段，距离量产还有一段距离。换言之，在Micro LED大规模应用于消费电子产品之前，这项技术都是投入远高于回报的。

手机用上Micro LED还要等多久？

国际半导体产业协会（SEMI）的高级总监在2020年预计2024年会有高端手机搭载Micro LED屏幕上市，2026年达到普及，不过行业内主要都在关注苹果的动态，因为关于Apple Watch要使用Micro LED屏幕的传闻由来已久，几乎快成行业风向标了。一方面是因为苹果的行业影响力，另一方面是因为智能手表确实是Micro LED迈向大规模应用的良好试验田。

首先是Micro LED的高亮度、高对比度、高色彩饱和度、低功耗、长寿命、轻薄化等优点可以满足智能手表的显示需求，其次是智能手表的屏幕尺寸和分辨率也适合Micro LED的制程。智能手表的屏幕尺寸一般在1.5英寸左右，分辨率约为300x300，相当于30万颗Micro LED。这样的尺寸和分辨率是单次巨量转移可以完成的，不需要像大尺寸显示器那样进行多次拼接和对位，降低了制程的难度和成本。

知名面板供应链分析师Ross Young在4月份曾预计搭载Micro LED的Apple Watch Ultra最快将在2025年下半年推出，而研究机构最新给出的预期表示苹果不太可能在2026年一季度之前推出，因为在生产方面遇到了问题，目前的成本无法大规模量产。

简而言之，手机要用上Micro LED起码要等到2026年。

最后

回望手机OLED屏幕的发展历程，真正普及开来也就是最近一两年的事情，Micro OLED和Micro LED作为新兴技术，距离真正普及还有很长的路要走。不过，我相信随着科技的发展和用户的需求，这些新兴技术会逐渐成熟和普及，或许会有副屏采用Micro LED的手机先上市也说不定呢？新技术或许又能给手机形态带来新的改变，想想就令人期待！

来源：太平洋科技