中金：Micro OLED成本有望持续下降，成为VR显示主流方案-格隆汇

Micro OLED，又称硅基OLED或OLEDoS，是将传统OLED的玻璃基板替换为单晶硅基板，并采用有机发光技术。与传统OLED外置驱动不同，硅基OLED将单晶硅通过CMOS工艺加工成驱动背板，可以将单个像素点尺寸缩小至原来的1/10左右，以实现更高精度的显示效果。我们认为随着ARVR终端显示方案升级，硅基OLED有望成为未来虚实交互的显示窗口。

展望未来，在VR领域，我们看好苹果Vision Pro推动高端头显产品有望陆续搭载硅基OLED，以实现更加沉浸及真实的交互显示效果；在AR领域，我们认为硅基OLED搭配Birdbath设计已成为消费级AR眼镜的主流方案，随着消费级AR产品出货量增长，我们看好硅基OLED需求有望持续增长。

摘要

苹果Vision Pro搭载双眼8K硅基OLED，突破屏幕限制优化用户体验。2023年6月，苹果在WWDC23发布全新Vision Pro头显，产品搭载硅基OLED屏幕，可实现双眼8K分辨率。根据我们测算，Vision Pro的PPD（每角度像素点）约为35-40，大幅领先同类竞品（15-20 PPD），更加接近人眼（60 PPD）。我们认为，借助硅基OLED高分辨率特点，Vision Pro可以提供更加真实的显示效果，突破目前LCD和OLED分辨率瓶颈，改善用户体验。展望未来，我们认为硅基OLED或将成为中高端VR标配屏幕，通过更加真实的显示效果，给用户带来深度沉浸式体验，并提升用户粘性。

产线尺寸决定最终成本，良率提升推动成本边际下降。由于基板材质为单晶硅，硅基OLED的生产成本与晶圆尺寸高度相关。由于AR眼镜所用硅基OLED尺寸在0.3-0.4英寸，4-8寸晶圆均能实现相近成本生产。但VR屏幕尺寸在1英寸以上，根据我们测算，12寸晶圆成本将明显低于8寸及以下晶圆产线。因此，我们认为未来在VR屏幕领域12寸晶圆产线有望成为主流方案。此外，在生产端，良率的提升也对成本下降有较为明显的推动。目前VR尺寸的硅基OLED良率仍显著低于AR尺寸产品，我们看好未来技术成熟推动VR尺寸硅基OLED良率提升，以及大厂新增产能投入，有望推动硅基OLED成本持续下降，成为VR显示主流方案。

风险

Micro OLED技术发展及产品落地不及预期；下游终端出货不及预期。

Micro OLED：显示领域创新方案之一

Micro OLED结构与工艺流程

Micro OLED又称硅基OLED、OLEDoS（OLED on Silicon），属于有机发光二极管显示技术的一种。Micro OLED以单晶硅片为衬底，相比传统OLED所使用的玻璃基板，单晶硅背板具有更高的载流子迁移率，因此Micro OLED可以制备更小的像素尺寸（通常在6~15微米，约为传统显示器件的1/10），实现显示像素微小化、精细化。

我们认为Micro OLED是无机半导体材料与有机OLED材料结合，生产流程是将OLED发光模块沉积至单晶硅衬底构成完整显示模组。其器件结构由驱动背板和OLED前端两部分组成：

► 驱动背板：Micro OLED不同于传统OLED的外置驱动芯片，通过CMOS工艺将驱动芯片包含的不同功能模块（包括时序控制模块、行列驱动电路、电源管理模块等）和TFT像素阵列电路集成至单晶硅芯片上，减少器件外部连接线，实现轻量化及精细化显示。

► OLED前端：OLED发光模块主要包含像素阳极层、有机发光层、阴极层、彩色滤光层；阳极层和阴极层构成完整回路用于通电；有机发光层包含空穴注入/传输层、发光层、电子传输/注入层，在外电场作用下，空穴和电子相向运动形成激子，激子经过弛豫、扩散等过程发出光；彩色滤光层用于将白光过滤成三原色，并最终调配出任意颜色。

图表1：Micro OLED模拟驱动芯片架构

资料来源：《高亮度硅基OLED微显示器研究》，杨建兵，2016，中金公司研究部

图表2：Micro OLED器件结构

资料来源：《超还原硅基有机发光微显示器研究》，季渊，2012，中金公司研究部

Micro OLED器件的制作流程主要分为五个部分：（1）硅基背板制造：IC设计厂商负责设计芯片，面板厂商负责设计像素电路，最后一并交于晶圆代工厂进行集成制造；（2）有机发光器件制作：首先将金属阳极层制备于基板上，接着依次完成空穴注入/传输层、发光层、电子传输/注入层的蒸镀过程，最后制作透明阴电极；（3）薄膜封装：利用PECVD或者ALD工艺在发光模块上制备致密薄膜，避免其与空气中的水氧接触而变质；（4）彩色化与封装：通过涂胶、曝光、显影等步骤制作Micro OLED需要的R、G、B三原色图形，并与玻璃盖贴合完成封装；（5）模组工艺：将完成上述流程的器件切片、测试并与显示系统绑定形成模组。

图表3：Micro OLED器件制作流程

注：Micro OLED与传统AMOLED制作过程的差异主要体现在有虚线框的步骤资料来源：MicroDisplay，《超还原硅基有机发光微显示器研究》，季渊，2012，中金公司研究部

Micro OLED VS 传统AMOLED

OLED驱动方式可分为被动矩阵驱动（PM）和主动矩阵驱动（AM），相比于被动驱动，主动驱动方式通过TFT电路精确控制每个像素的发光强度，可以产生更高的显示分辨率和更高的灰度等级。Micro OLED属于主动矩阵驱动OLED的一种，但与传统AMOLED在部分制作工艺上有所不同，带来了一定的制造壁垒。

背板及像素电路

传统AMOLED的基板一般采用玻璃材质，在上面刻画TFT像素电路，由面板厂商自行设计生产；Micro OLED的基板采用单晶硅，在上面刻画像素电路和驱动IC所含功能模块，由面板厂商、芯片设计厂商分别设计像素电路和驱动功能电路，并交由芯片制造厂商完成最终制造，由于背板集成度更高，整体工艺难度较大，开发效率较低。

发光及彩色化方案

传统AMOLED普遍采用RGB三色独立发光方案。此种方案利用精密金属掩模板（FMM）和CCD像素对位技术，将红、绿、蓝三种不同颜色的发光材料依次蒸镀于玻璃背板上，独立调节每个单色子像素的发光强度，三色混合后便可发出彩色光。经典的子像素排列方案为并列，后衍生出各类排列如PenTile排列、钻石排列、Delta排列等。

FMM的开孔决定子像素，开孔间距直接决定了子像素的间距和密度，WOLED是目前硅基OLED主流。若要实现Micro OLED的RGB发光方案，需要极高尺寸精度的FMM和具备超精确定位的蒸镀机作为基础。对比可实现RGB材料直接蒸镀的传统AMOLED FMM规格和Micro OLED FMM设计规格，可以发现从多个指标来看，两者差距均接近一个数量级，表明AMOLED通用的FMM无法满足Micro OLED的技术要求。目前市面上可适用RGB的Micro OLED FMM和蒸镀设备较少，因此其主流发光方案暂为WOLED+CF（白光+彩色滤光片）。

Micro OLED的彩色滤光片将白光过滤成RGB三色光，并通过改变不同光的透射强度即可混合成彩色光。制备滤光片时，需先在玻璃上制备黑色矩阵，用于隔离三原色、避免产生杂色光；RGB三基色材料按一定图案排列，并与背板上的子像素电路位置一一对应，厂商需具备高精度制造工艺和对位能力，典型的子像素排列方式有并列式、马赛克式、三角形式等。

由于彩色滤光片会降低光的透过率，亮度成为WOLED的主要缺陷，各大面板厂商亦在探索其他路径的Micro OLED发光方案。当前已有部分厂商成功实现突破：eMagin提出直接图案化技术，不需要FMM便可直接在硅基背板上单独图案化RGB三基色材料，摆脱彩色滤光片实现独立发光；Hunet Plus通过与Sunic System联合研究，开发出可用于Micro OLED的超高清掩模板（UHM），可实现2000ppi至8000ppi的超高分辨率，Sunic System也相应开发出可实现超精确对准的RGB Micro OLED蒸镀机。

图表4：RGB子像素蒸镀过程及排列方式

资料来源：DNP官网，PAOKA，中金公司研究部

图表5：AMOLED FMM规格和Micro OLED FMM设计规格

资料来源：《硅基有机电致发光微显示关键技术研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

图表6：典型串联叠层白光结构

资料来源：《硅基微显示器发展现状与研究进展》，季渊，2022，中金公司研究部

图表7：彩色滤光片结构及RGB三基色排列方式

资料来源：新材料在线，PAOKA，中金公司研究部

图表8：eMagin直接图案化技术及显示效果

资料来源：eMagin官网，中金公司研究部

封装及模组工艺

Micro OLED通常采用薄膜封装结构：完成发光模块蒸镀后，在OLED器件上沉积多层有机及无机薄膜，达到封装效果。有机膜层分子无法整齐排列，阻隔效果较差，无机膜层分子虽阻隔效果较好，但由于膨胀或收缩会自行剥离，故无机膜层和OLED器件之间需存在有机膜层作为缓冲层。完成薄膜封装后的器件将与彩色滤光片通过UV固化胶贴合，彩色滤光片的玻璃基板可起到盖板作用，形成封闭空间，从而最终完成封装工艺。

传统AMOLED器件在完成封装后，需先经过切片、清洗、干燥等基础流程，接着进行面板点亮测试，测试通过后依次与ACF导电胶膜、驱动IC、FPC进行贴合绑定，随后进行模组老化与点亮测试，通过后与外引线和驱动板装配，最终包装入库。Micro OLED器件由于不需要外接驱动芯片，在基础流程完成后直接与PCB电路板贴合、涂保护胶烘烤成品，接着进行模组老化和光电性能检测，最终筛选出合格商品、包装入库。

图表9：固化胶封装结构、Glass Frit封装结构和薄膜封装结构

资料来源：《硅基有机电致发光微显示关键技术研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

面板检测工艺

面板生产包含阵列（Array）→成盒（Cell）→模组（Module）三大制程，而检测工艺贯穿生产全过程，对面板的光学、信号、电性能等各种功能进行检测，从而保证各段生产制程的可靠性和稳定性，提升良品率。对于传统OLED器件，主要检测项目包括Array制程光学、电性能检测和Cell/Module制程光学、平整度、老化、触控检测。

对于Micro OLED等新型显示器件，由于其具有更高的解析度、刷新率、信号传输速度，检测设备需具有更高的技术性能、集成度和检测效率；且由于其采用硅基工艺，检测设备商逐渐向显示晶圆及芯片段等中后道检测领域拓展。

图表10：传统OLED制程及检测项目

资料来源：华兴源创招股说明书，华兴源创2023年半年报，中金公司研究部

图表11：华兴源创Micro OLED核心技术

资料来源：华兴源创2023年半年报，中金公司研究部

Micro OLED产业链

Micro OLED产业链包括上游的原材料厂商、制造设备厂商、检测设备厂商、芯片设计厂商、芯片制造厂商等，中游的面板制造厂商，以及下游包括AR/VR、工业安防、医疗等各个领域的组装厂、整机厂和解决方案提供商。

► 硅基背板：Micro OLED背板芯片由面板厂商、芯片设计商、芯片制造商协同开发完成；芯片设计领域，部分公司具备完整芯片设计和显示器研发生产能力；背板制造主要由晶圆代工厂负责。

► 原材料：Micro OLED所需的上游原材料包括硅基片、阳极金属材料（铜、铝等）、有机发光材料（发光层材料、载流子输送材料等）、封装材料（有机材料、无机材料）、光刻显影材料（光刻胶、显影液、剥离液等）、彩色滤光层材料（感光胶、黑矩阵材料等）；对于其中有机发光材料较为关键，受制于精细化工技术差距，全球主要竞争企业为日韩、欧美等国外厂商。

► 制造设备：Micro OLED制造过程中涉及的主要设备包括蒸镀设备、光刻设备、显影/刻蚀设备、薄膜沉积设备等；对于蒸镀设备环节，全球市场呈现寡头垄断格局，主要参与者为日本Canon Tokki，韩国Sunic System则因近期研制出可实现RGB独立发光的Micro OLED蒸镀设备而受到关注，国内亦有部分企业实现了高精度蒸镀机国产化。

► 检测设备：Micro OLED检测设备主要用于在生产过程中，对器件进行显示、触控、光学、信号、电性能等各种功能检测，提升整体良率。

► 面板制造：全球范围内，欧美、日韩公司较早进入市场，积累了一定的先发优势，主要为美国eMagin、日本Sony、法国Microoled、德国Fraunhofer、韩国LG Display等；伴随扩展现实行业景气度提升，Micro OLED技术逐渐受到市场关注，国内企业亦布局消费级Micro OLED面板技术。

► 终端应用：Micro OLED产品可应用于头盔显示器、立体显示镜、眼镜式显示器等近眼显示和投影显示系统，具体产品包括AR眼镜、VR/MR头戴式显示设备、电子取景器、汽车抬头显示、工业测温设备、高端医疗器械、夜视仪等；当前市场对于Micro OLED的关注集中于AR/VR领域。

整体而言，当前Micro OLED器件制造良率较低，主要原因在于：1）制造流程复杂，且由于像素尺寸小导致工艺精度要求高；

2）有机发光材料遇到水或氧气容易发生反应导致失效，因此需要保持真空制造环境，且需保证封装工艺和彩色滤光片的贴合质量；3

）硅基背板需要面板厂商、芯片厂商协同设计，且需要在小尺寸晶圆上集成多个电路，对晶圆厂的加工能力提出了极高的要求，导致背板整体开发制造效率较低。

伴随其技术成熟度逐渐提高及国内外厂商产能释放，我们看好Micro OLED产业化趋势，有望成为XR主流显示方案。

图表12：Micro OLED产业链

资料来源：Wind，iFinD，彭博资讯，中金公司研究部

Micro OLED未来有望成为ARVR显示主流方案

Micro OLED可实现单个像素调教且面积较小

显示技术主要包括LCD、LED、OLED三大类。LCD由于成本较低且技术成熟，在中大尺寸面板显示领域占据主要份额。LED具有自发光特性，且色彩显示效果佳，但由于其小型化（即Micro LED）及巨量转移仍未成熟，目前主要用于照明、背光及超大屏显示领域。OLED因其轻薄性、对比度高、响应速度快、功耗较低等优势，已逐步成为小型及微型显示方案的主流。

OLED按照驱动方式可分为主动式驱动（AMOLED）和被动式驱动（PMOLED）。AMOLED显示品质佳、反应速度快，目前主要应用于中大尺寸显示屏。PMEOLED亮度较高、生产成本较低，目前以中小尺寸显示屏为主。Micro OLED属于AMOLED的技术拓展，将背板材料换成硅晶圆且无需外接驱动IC，节约了内部空间，具有分辨率高、体积小等特点。

图表13：OLED驱动方式分类

资料来源：清越科技招股说明书，中金公司研究部

Micro OLED可对单个像素实行精确控制，模组响应速度较快，可有效减少显示场景快速变化时的色彩残留现象。而由于发光模组沉积于硅晶圆之上，Micro OLED器件的底层电路借助成熟的半导体CMOS工艺进行制造，单个像素尺寸可达到个位数的微米级别，在同样的显示屏尺寸下可实现更高的分辨率，显著提升显示效果。同时由于没有背光源的存在，Micro OLED器件更轻薄，功耗更低，并且可实现“纯黑”的色彩效果，带来较高的显示对比度。

图表14：主流显示方案对比

资料来源：Ofweek，BOE官网，MicroDisplay，中金公司研究部

Micro OLED有望成为现阶段XR显示方案主流

AR/VR借助头戴式显示设备实现虚拟元素与真实场景的交互。头部科技厂商已陆续布局此领域并积极推进新品发布，伴随技术迭代与产品升级，我们认为更为轻量化的头显设备有望成为消费电子的下一代终端：索尼凭借其在泛娱乐终端的强大实力有望加速VR向游戏、娱乐等场景渗透，苹果、Meta及Pico则将强化VR的办公属性。

图表15：头部科技厂商VR出货节奏

资料来源：The Information，Meta官网，Apple官网，Sony官网，MWC 2023官网，中金公司研究部

头戴式显示设备是近眼显示技术主要的应用方向，对于显示屏幕提出了较高的要求。理想情况下，屏幕像素数量应当为满足人眼视觉需求的像素数量。人眼能够识别的最小视场角为1/60度，每一度人眼可分辨的像素数量即为60 PPD；人眼视场角可分为水平和垂直方向，可实现人体立体视场的水平方向视场角为120度，垂直方向视场角为135度；因此，满足人眼视觉需求的屏幕分辨率为单眼7200×8100。

像素尺寸及间距过大时，屏幕分辨率不足，会产生“纱窗效应”导致显示模糊，引发头晕、恶心等晕动症反应。作为头显设备的核心部件之一，屏幕承载了实现智能终端视觉需求的重要任务，因此升级屏幕显示精细度成为当前头显设备升级主线。同时屏幕显示功耗亦是设备制造商主要关注因素，低功耗的显示屏可减轻发热情况，延长设备续航时间，提升使用体验。在此情况下，Micro OLED由于像素密度高、功耗较低等优点，逐渐被头显设备商关注。

图表16：主要VR新品屏幕像素参数

资料来源：AR圈，中金公司研究部

当前VR头显设备的主流屏幕选择为Fast LCD。传统LCD的电场反应较慢、刷新率较低，Fast LCD使用全新液晶材料（铁电液晶材料）与超速驱动技术，可将有效刷新率提升至75-90Hz，同时成本较低、量产良品率稳定，性价比较高。Mini LED技术的搭载进一步增强了Fast LCD的显示效果，通过将一整块背光板划分成数个可单独控制亮度的背光区域，提升了画面的对比度和颜色饱和度。

我们预计Micro OLED有望替代Fast LCD。VR初期，由于色彩对比度高、响应速度快等优势，厂商们主要选用AMOLED为显示方案。伴随行业景气度提升，众多厂商入局，在降低成本并尽量保证显示效果的前提下，Fast LCD成为大多数厂商的选择。发展至今，VR设备厂商的追求已逐渐转变为提升产品的实际使用效果，而苹果Vision Pro对于Micro OLED的搭载引起了行业对于此种显示方案的高度关注。对比Fast LCD，Micro OLED具备较大的性能优势：

► 高分辨率：根据CSDN数据，近眼显示设备削弱纱窗效应需要角分辨率在30 PPD以上，结合视场角在100-120度，像素密度达到需要3,000-4,000 PPI；Micro OLED像素密度可实现3000 PPI，较Fast LCD（1,000-2,000 PPI）有大幅增长，我们认为可显著提升设备的角分辨率，从而有效增强VR设备的显示效果。

► 高刷新率：根据VR陀螺数据，减弱眩晕感需要VR设备刷新率提高至150-240Hz及以上；根据VR compare数据，Fast LCD的反应速度为毫秒至纳秒级，刷新率在90-100Hz左右，Micro OLED刷新率可达到120Hz；我们认为这有望改善运动模糊现象及闪烁现象，从而有效减缓VR设备的使用眩晕感。

► 轻量化、低功耗：Micro OLED在硅芯片基底集上成阵列电路和功能电路，像素尺寸更小，且无需外接驱动芯片，减少了器件的外部连线，重量相比传统显示器件明显减少；据TOPWAY数据显示，由于Micro OLED为自发光技术，无需背光源，功耗约为LCD的30-40%，进一步提升整机续航能力。

Micro OLED已具备初步量产能力，成本为当前主要制约因素。已有多家行业龙头厂商宣布入局Micro OLED，部分厂商已成功量产并导入终端客户，行业整体技术形态逐渐成熟，并伴有一定的技术创新出现。据Yole数据显示，相比LCD屏幕（单块价格约为20-40美元），Micro OLED屏幕价格较高（单片价格在1-200美元）。我们认为，伴随Micro OLED量产能力提升，规模效应将带动屏幕成本下降，有望推动Micro OLED在更多VR设备上搭载。

图表17：VR显示技术演进

资料来源：Omdia，MicroDisplay，中金公司研究部

AR光学显示方案多元化，Micro OLED加速渗透。近期，Xreal、Rokid等品牌均发布最新款AR眼镜，主打C端消费场景，光学方案均搭载较为成熟的Birdbath+硅基OLED方案。我们认为，尽管光波导+Micro LED在体积及功耗等领域均有明显优势，但从成本及成熟度来看，Birdbath+硅基OLED方案可以将显示模组成本压缩至消费级产品的价格，且显示效果也能满足日常基本使用。

图表18：AR光学成像方案总结一览

资料来源：VR陀螺，各公司官网，中金公司研究部

图表19：AR光源方案总结一览

资料来源：MicroDisplay，MicroLED，VR陀螺，中金公司研究部

硅基OLED有望实现高速增长，VR渗透率提升推动规模扩大。近期，Rokid及Xreal均有新品发布，面向C端消费市场，均搭载硅基OLED屏幕。我们认为目前硅基OLED主要在AR产品应用。在VR领域，我们看好苹果Vision Pro有望推动硅基OLED的高端场景渗透持续提升。我们预测硅基OLED市场2026年有望达到25亿美元。

图表20：2021-26年硅基OLED市场高速增长