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。我们大家都认为随着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，以实现更沉浸及真实的交互显示效果；在AR领域，我们大家都认为硅基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。
苹果Vision Pro搭载双眼8K硅基OLED，突破屏幕限制优化使用者真实的体验。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。依照我们测算，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），更接近人眼（60 PPD）。我们大家都认为，借助硅基OLED高分辨率特点，Vision Pro能够给大家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，我们大家都认为未来在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。
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。
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
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。
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
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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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、生产所带来的成本较低，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。
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。
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，我们大家都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。
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。
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。
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。
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。
Micro OLED技术发展及产品落地不及预期。硅基OLED技术目前仍处在发展前期，多种生产及封装技术路径尚未清晰，生产良率较低，如果良率提升不及预期，或将影响产品生产成本及客户采购意愿，导致产品最终落地情况不及预期。
下游终端出货不及预期。Micro OLED目前下游主要为ARVR等消费电子新型终端，市场规模与产品出货量高度相关，如果ARVR硬件出货不及预期，或将导致硅基OLED市场规模低于预期，从而影响行业内相关公司发展空间。
注：本文摘自中金公司2023年11月28日已经发布的《ARVR系列#6：Micro OLED虚实交互之窗》
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