其中,JBD 首席運營官 徐慧文為與會來賓奉上了 "AM μ LED 微顯示的技術突破及商業(yè)化進展 " 的主題演講。
以下為演講實錄:
感謝陀螺的邀請,很榮幸今天有這個機會跟大家分享,我是徐慧文,來自 JBD。今天我給大家分享的主題叫 "AM μ LED 微顯示的技術突破及商業(yè)化進展 "。我的分享將主要涵蓋幾個方面:技術、產品和商業(yè)化。
首先我會給大家介紹一下 AM μ LED 微顯示技術,技術面對的挑戰(zhàn),以及 JBD 歷經 8 年時間所做出的突破。此外,介紹 JBD 形成的產品矩陣,和這些產品目前給 AR 行業(yè)帶來的解決方案,以及目前商業(yè)化的進展。
首先大家可以看一看左邊這幅圖,這是 JBD 的 0.13 寸,一個典型的 μ LED 微顯示屏的樣子。第一眼的感覺是它很小,屏幕的尺寸比一個鉛筆頭還要小很多。
如果用幾個點來介紹 MicroLED 的特征:首先,它的顯示尺寸一般小于 0.5 英寸。第二,它的像素特別小,5 微米是門檻,或者換而言之,像素密度必須要大于 5000 PPI。在每一個像素里,發(fā)光體就更小了,一般只有 2 個微米以下。μ LED 微顯示芯片是一塊集成電路,每一個小的發(fā)光體和它底部的硅基 " 大腦 " 被集成在一起的,每一個像素可以被獨立地控制來形成發(fā)光、形成圖像。值得注意的是,在 MicroLED 微顯示芯片中因為發(fā)光體尺寸過小 , 大家熟悉的巨量轉移技術并不適用。
那么什么技術適用于制作 MicroLED 微顯示屏呢?答案就是:混合集成半導體技術,用集成電路的辦法來做顯示。這是由 JBD 在 2015 年所發(fā)明,并成為當今 MicroLED 微顯示主流的一項技術。
如圖,是混合集成半導體技術的簡要流程。首先在標準的襯底之上生長三五族半導體發(fā)光層,緊跟著將這一層僅有幾微米厚度的發(fā)光層轉移到設計并加工好的硅基 IC 之上,形成 " 混合集成晶圓 "。" 混合集成晶圓 " 的下部是硅基 IC,表面則是半導體發(fā)光層。隨后利用標準的半導體設備和工藝,晶圓會被加工成像素的陣列,且每個像素會被底部的大腦所連接和獨立地控制。最后在每個像素上還要形成像素級的光學結構來控制像素的發(fā)光角度和方向。JBD 使用到的 CMOS 線寬為 40 納米,三五族線寬約為 100 納米。在每一平方厘米之上可以集成一億個 CMOS 管和一千萬個 MicroLED。每一顆微顯示屏都 "All in one",包括驅動、MicroLED,及光學。
流程圖看似簡單,但是要實現(xiàn) MicroLED 微顯示的產品化,需要面對眾多挑戰(zhàn)。從功能性和性能的角度來講,我們需要解決 CMOS 的背板設計;要解決硅基和 μ LED 之間的混合集成;要實現(xiàn)高的亮度和高的效率,我們必須要解決三五族的外延的針對性的生長基礎,并且要去克服 LED 小尺寸效應帶來的劇烈效率衰減;此外,我們還要精準地控制每個像素的發(fā)光角度和方向,讓它在光學系統(tǒng)之中能很好地被利用。晶圓級的封裝技術也是保證所有結構緊密而小的一個重要因素。
從產品的角度,必須要解決顯示質量的問題。這里的挑戰(zhàn)涉及到 LED 的死點控制,像素間串繞的控制,色彩均勻性的控制。我們需要開發(fā)像素級、甚至系統(tǒng)級的 DeMura 技術,讓顯示均勻,產生好的顯示質量。此外我們還要考慮系統(tǒng)中因反射造成的影像質量下降,所以表面的消反射技術也是一個重要的考慮。
歷經 8 年,JBD 在這些方面都取得了重大的突破,在微顯示的關鍵性指標上,一直保持著紀錄。微顯示最關鍵的指標之一是亮度,尤其是紅光亮度——這是一大業(yè)界難題。大家可以看到這幾幅圖是我們從 2021 年到 2023 年的典型的紅色屏點亮時候的照片。在 2021 年,JBD 實現(xiàn)紅光 30 萬尼特,這是一個重要的里程碑;2022 年更進一步實現(xiàn) 50 萬尼特;今天我要很欣喜地分享最新的結果——我們的產品級的紅光突破了 100 萬尼特。除了紅光,我們的藍光和綠光也早早地就跨入了百萬尼特的大關——藍光 100 萬,綠光更是到了 500 萬尼特。總之,JBD 的 RGB 三色顯示屏均已突破百萬尼特的超高亮度,又一個新的里程碑!
除亮度之外,另一個關鍵指標是集成度,反映為像素密度,或者說像素的大小。今天 JBD 已經可以實現(xiàn) 2 微米像素,或 12.5K DPI 像素密度。這些指標都是紀錄。
此外,我們還能精準地控制光束的發(fā)散角度,從起初的無控制狀態(tài)下朗伯分布,到 50 度,再到今天的 36 度以內的發(fā)光。像素之間的均勻度也從起初的 60%,提升到 95%。此外 JBD 的 MicroLED 產品具備高的可靠性,壽命大于 3 萬個小時,并且可以支持 -40 度到 120 度的苛刻環(huán)境條件下的使用。
行業(yè)非常關心 " 彩色化 "。JBD 在 MicroLED 彩色化上已耕耘多年,并在多個方向上作出了深入探索。如圖所示,為三個主要的探索方向。
第一個方案是單色的屏幕通過光學合色來形成彩色;第二個方案是原生發(fā)光的單片全彩方案,在單片的背板之上堆疊不同的發(fā)光層,并精準地控制每一層的發(fā)光來形成彩色;第三個則是量子點的色轉換技術。
跟大家分享我們最新的重大突破。首先是合色的全彩方案。大家可以看到三個單色屏通過一個合色棱鏡和投影鏡頭的合成,就可以形成一個彩色化 MicroLED 光引擎。2015 年 JBD 即提出了合光引擎的概念,歷時 5 年,JBD 在 2020 年產出了世界上第一個彩色化的 μ LED 合色光引擎,它僅有 1.5 CC,但能輸出 0.8 流明的亮度。隨后三年,我們不斷地優(yōu)化,使引擎體積不斷地縮小,性能不斷地提升。到今天我們給產業(yè)交出來的答卷是 0.4 CC 的超小彩色引擎,它可以輸出 4 流明的超高亮度,可以被很輕松地植入到你的眼鏡中,讓 AR 眼鏡輕量化。
另一個重磅分享是我們的原生發(fā)光單片全彩技術的突破。大約在十天前,我們發(fā)布了單片全彩的 Demo。我們在一個背板之上通過垂直堆疊的方法,像建房子一樣,把 RGB 三層發(fā)光體建在同一個像素之上,并可以精準地控制每一層的發(fā)光來實現(xiàn)彩色化。左側有一個視頻,可以清楚地看到每一個像素顆粒,像素尺寸為 5 微米。每一個像素點亮時,可選擇性地產生 R、G、B 顏色,或者它們同時發(fā)光合成的白色。右側的視頻,可以看到我們最近發(fā)布的 0.22 寸 2K 的面板。在其之上,直接產生了原生了彩色化顯示。它具備超高的亮度,很輕松可以達到數(shù)十萬尼特。
JBD 在 MicroLED 微顯示技術上耕耘多年,在光效、亮度、集成度、全彩化上有全方位的突破。這些突破,讓 MicroLED 技術同時可以具備小體積、超高亮度、低功耗的特點,在眾多微顯示技術方案中脫穎而出,成為最適合 AR 應用的技術方案。
相比于 DLP、LCoS、LBS 技術,MicroLED 有小的多的體積,通常是其它光引擎典型尺寸的 1/10。相比于同樣有自發(fā)光特點的 MicroOLED 技術,MicroLED 則亮的多,是 OLED 的數(shù)百倍。
基于不斷的技術突破,JBD 已給業(yè)界提供了四代產品,一代產品、一代紀錄。2018 年,第一代 0.31 寸產品是 SID 的最佳原型;2020 年,我們推出的 0.22 寸則是全球最小的 FHD 的屏;2021 年, 0.13 寸屏批量量產,是世界上最小的屏;2023 年,我們推出了 0.13 寸的二代屏,讓全彩化的顯示變成了可能。
除了微顯示屏,我們還可以給業(yè)界提供基于屏的光引擎和光模組,包括單、彩色引擎和單、彩色引擎和波導結合成的模組,讓行業(yè)伙伴可以快速地使用和導入。
單色引擎加光波導模組是我們給業(yè)界提供的一個智能眼鏡解決方案。如圖,中間即是一個單色的光引擎,它的尺寸只有 0.3 CC。右圖是它結合光波導的形態(tài),是一個很輕巧的樣子。它只有 0.6 克,但可以產生 8 流明的強大輸出。它的功耗僅有幾十毫瓦,所以可以很輕松地支持眼鏡一天的續(xù)航時間。搭配波導,它可以提供高達 4000 尼特的入眼亮度,讓眼鏡在戶內和戶外的各種環(huán)境下都可以輕松的使用。" 超小 "、" 超亮 "、" 超低功耗 ",讓這個方案已經變成了市面上幾乎所有輕量級眼鏡的首選。
大家可以看個例子,這是我們的合作伙伴 Vuzix 在 2021 年發(fā)布的產品 Shield,是一款雙目的單色眼鏡。我們可以看到眼鏡的形態(tài)已經非常的接近普通眼鏡的樣子。另一個例子,現(xiàn)在正在召開發(fā)布會的影目的最新產品,它也是一款使用此光引擎的單色的眼鏡。同步影目的發(fā)布,這個眼鏡已經在 JBD 的展臺同步上線展覽,歡迎大家一會去參觀。
單色引擎已經讓 AR 眼鏡近似于正常眼鏡的形態(tài),但我們希望更極致。我們計劃將單色引擎的體積再縮小一半,變到約 0.15 CC,如圖所示。用上它,未來的 AR 眼鏡基本上就會跟大家現(xiàn)在所佩戴的普通眼鏡看上去一模一樣。
除了單色引擎,JBD 同樣提供了全彩化的解決方案。今年 4 月份,JBD 重磅推出了僅有 0.4 CC 的蜂鳥光引擎。這個引擎是目前世界上最小的彩色光引擎,但是它可以輸出 3-5 流明的光通量,并且支持全真彩,搭配波導之后可以產生大約 2000 尼特的入眼亮度,支持絕大多數(shù)的戶外戶內場景的使用。更重要的是它的功耗極低,只有僅約 200 毫瓦,因此可以支持 AR 眼鏡實現(xiàn)長續(xù)航。
近期的眾多技術突破催生了蜂鳥產品。包括背板的升級,從 4bit 更新到 8bit;封裝的升級,讓引擎尺寸不斷的縮小;更重要的是性能的提升,讓引擎的性能實現(xiàn)了飛躍。我們認為,蜂鳥有可能會是第一個跨入消費級的 AR 光引擎產品。
這是一些美圖,大家可以看到蜂鳥引擎比一個櫻桃的要小很多,跟個筆頭的尺寸差不多。這是它與一副普通眼鏡擺在一起的樣子,可以想像它容易可以被包入鏡腿。蜂鳥會讓彩色化,普通眼鏡形態(tài)的智能眼鏡變成可能!
很鄭重地告訴大家,蜂鳥引擎已經量產了,并且很快大家就會看到運用蜂鳥引擎的眼鏡產品問世,跟大家見面。
這里要感謝一下 Yole Report,他給做了一個小結來體現(xiàn)我們商業(yè)化的進展。這是 2022 年 Yole 統(tǒng)計出來的市面上的輕量型 AR 眼鏡,大概有十款,它們絕大多數(shù)都使用了 JBD 的產品。到今天,使用 JBD 微顯示的眼鏡正在激增,已經有數(shù)十家的國內外 AR 廠家正在使用單色和彩色的產品和解決方案,來打造終端眼鏡。
我們也會給業(yè)界不斷地提供新的產品。像今天介紹的 " 蜂鳥 "(Hummingbird),它的 FOV 是 30 度;我們已規(guī)劃 45 度 FOV 的 " 走鵑 "(Roadrunner)系列產品,以及我們基于單片全彩的 56 度的 " 鳳凰 "(Phoenix)。產品線將覆蓋從 Smart Glasses 到 Immersive AR 的不同應用需求。
最后跟大家分享一些喜訊。今年 5 月份,我們很榮幸地獲得了 SID 的 "Display of the Year" 大獎,這應該在全球范圍是歷史上第一個獲得此獎項的微顯示企業(yè)。Yole 也給了我們高度的評價:" 在 AR 這個領域,他們認為 JBD 和蘋果、meta 會并列作為未來十年的關鍵玩家 "。我們非常感謝行業(yè)對 JBD 的認可 !
最后再提一下,我們的展會正在進行,有很多新產品和產技術的體驗,歡迎大家到展會來交流學習,謝謝!