Micro OLED，又稱硅基OLED或OLEDoS，是將傳統OLED的玻璃基板替換為單晶硅基板，并采用有機發光技術。與傳統OLED外置驅動不同，硅基OLED將單晶硅通過CMOS工藝加工成驅動背板，可以將單個像素點尺寸縮小至原來的1/10左右，以實現更高精度的顯示效果。

展望未來，在VR領域，看好蘋果Vision Pro推動高端頭顯產品有望陸續搭載硅基OLED，以實現更加沉浸及真實的交互顯示效果；在AR領域，硅基OLED搭配Birdbath設計已成為消費級AR眼鏡的主流方案，隨著消費級AR產品出貨量增長，我們看好硅基OLED需求有望持續增長。

Micro OLED結構與工藝流程

Micro OLED又稱硅基OLED、OLEDoS（OLED on Silicon），屬于有機發光二極管顯示技術的一種。Micro OLED以單晶硅片為襯底，相比傳統OLED所使用的玻璃基板，單晶硅背板具有更高的載流子遷移率，因此Micro OLED可以制備更小的像素尺寸（通常在6~15微米，約為傳統顯示器件的1/10），實現顯示像素微小化、精細化。

Micro OLED是無機半導體材料與有機OLED材料結合，生產流程是將OLED發光模塊沉積至單晶硅襯底構成完整顯示模組。其器件結構由驅動背板和OLED前端兩部分組成：

? 驅動背板：Micro OLED不同于傳統OLED的外置驅動芯片，通過CMOS工藝將驅動芯片包含的不同功能模塊（包括時序控制模塊、行列驅動電路、電源管理模塊等）和TFT像素陣列電路集成至單晶硅芯片上，減少器件外部連接線，實現輕量化及精細化顯示。

? OLED前端：OLED發光模塊主要包含像素陽極層、有機發光層、陰極層、彩色濾光層；陽極層和陰極層構成完整回路用于通電；有機發光層包含空穴注入/傳輸層、發光層、電子傳輸/注入層，在外電場作用下，空穴和電子相向運動形成激子，激子經過弛豫、擴散等過程發出光；彩色濾光層用于將白光過濾成三原色，并最終調配出任意顏色。

圖表1：Micro OLED模擬驅動芯片架構

資料來源：《高亮度硅基OLED微顯示器研究》，楊建兵，2016，中金公司研究部

圖表2：Micro OLED器件結構

資料來源：《超還原硅基有機發光微顯示器研究》，季淵，2012，中金公司研究部

Micro OLED器件的制作流程主要分為五個部分：（1）硅基背板制造：IC設計廠商負責設計芯片，面板廠商負責設計像素電路，最后一并交于晶圓代工廠進行集成制造；（2）有機發光器件制作：首先將金屬陽極層制備于基板上，接著依次完成空穴注入/傳輸層、發光層、電子傳輸/注入層的蒸鍍過程，最后制作透明陰電極；（3）薄膜封裝：利用PECVD或者ALD工藝在發光模塊上制備致密薄膜，避免其與空氣中的水氧接觸而變質；（4）彩色化與封裝：通過涂膠、曝光、顯影等步驟制作Micro OLED需要的R、G、B三原色圖形，并與玻璃蓋貼合完成封裝；（5）模組工藝：將完成上述流程的器件切片、測試并與顯示系統綁定形成模組。

圖表3：Micro OLED器件制作流程

注：Micro OLED與傳統AMOLED制作過程的差異主要體現在有虛線框的步驟
資料來源：MicroDisplay，《超還原硅基有機發光微顯示器研究》，季淵，2012，中金公司研究部

Micro OLED產業鏈

Micro OLED產業鏈包括上游的原材料廠商、制造設備廠商、檢測設備廠商、芯片設計廠商、芯片制造廠商等，中游的面板制造廠商，以及下游包括AR/VR、工業安防、醫療等各個領域的組裝廠、整機廠和解決方案提供商。

? 硅基背板：Micro OLED背板芯片由面板廠商、芯片設計商、芯片制造商協同開發完成；芯片設計領域，部分公司具備完整芯片設計和顯示器研發生產能力；背板制造主要由晶圓代工廠負責。

? 原材料：Micro OLED所需的上游原材料包括硅基片、陽極金屬材料（銅、鋁等）、有機發光材料（發光層材料、載流子輸送材料等）、封裝材料（有機材料、無機材料）、光刻顯影材料（光刻膠、顯影液、剝離液等）、彩色濾光層材料（感光膠、黑矩陣材料等）；對于其中有機發光材料較為關鍵，受制于精細化工技術差距，全球主要競爭企業為日韓、歐美等國外廠商。

? 制造設備：Micro OLED制造過程中涉及的主要設備包括蒸鍍設備、光刻設備、顯影/刻蝕設備、薄膜沉積設備等；對于蒸鍍設備環節，全球市場呈現寡頭壟斷格局，主要參與者為日本Canon Tokki，韓國Sunic System則因近期研制出可實現RGB獨立發光的Micro OLED蒸鍍設備而受到關注，國內亦有部分企業實現了高精度蒸鍍機國產化。

? 檢測設備：Micro OLED檢測設備主要用于在生產過程中，對器件進行顯示、觸控、光學、信號、電性能等各種功能檢測，提升整體良率。

? 面板制造：全球范圍內，歐美、日韓公司較早進入市場，積累了一定的先發優勢，主要為美國eMagin、日本Sony、法國Microoled、德國Fraunhofer、韓國LG Display等；伴隨擴展現實行業景氣度提升，Micro OLED技術逐漸受到市場關注，國內企業亦布局消費級Micro OLED面板技術。

? 終端應用：Micro OLED產品可應用于頭盔顯示器、立體顯示鏡、眼鏡式顯示器等近眼顯示和投影顯示系統，具體產品包括AR眼鏡、VR/MR頭戴式顯示設備、電子取景器、汽車抬頭顯示、工業測溫設備、高端醫療器械、夜視儀等；當前市場對于Micro OLED的關注集中于AR/VR領域。

整體而言，當前Micro OLED器件制造良率較低，主要原因在于：1）制造流程復雜，且由于像素尺寸小導致工藝精度要求高；2）有機發光材料遇到水或氧氣容易發生反應導致失效，因此需要保持真空制造環境，且需保證封裝工藝和彩色濾光片的貼合質量；3）硅基背板需要面板廠商、芯片廠商協同設計，且需要在小尺寸晶圓上集成多個電路，對晶圓廠的加工能力提出了極高的要求，導致背板整體開發制造效率較低。伴隨其技術成熟度逐漸提高及國內外廠商產能釋放，我們看好Micro OLED產業化趨勢，有望成為XR主流顯示方案。

圖表12：Micro OLED產業鏈

資料來源：Wind，iFinD，彭博資訊，中金公司研究部

Micro OLED VS 傳統AMOLED

OLED驅動方式可分為被動矩陣驅動（PM）和主動矩陣驅動（AM），相比于被動驅動，主動驅動方式通過TFT電路精確控制每個像素的發光強度，可以產生更高的顯示分辨率和更高的灰度等級。Micro OLED屬于主動矩陣驅動OLED的一種，但與傳統AMOLED在部分制作工藝上有所不同，帶來了一定的制造壁壘。

背板及像素電路

傳統AMOLED的基板一般采用玻璃材質，在上面刻畫TFT像素電路，由面板廠商自行設計生產；Micro OLED的基板采用單晶硅，在上面刻畫像素電路和驅動IC所含功能模塊，由面板廠商、芯片設計廠商分別設計像素電路和驅動功能電路，并交由芯片制造廠商完成最終制造，由于背板集成度更高，整體工藝難度較大，開發效率較低。

發光及彩色化方案

傳統AMOLED普遍采用RGB三色獨立發光方案。此種方案利用精密金屬掩模板（FMM）和CCD像素對位技術，將紅、綠、藍三種不同顏色的發光材料依次蒸鍍于玻璃背板上，獨立調節每個單色子像素的發光強度，三色混合后便可發出彩色光。經典的子像素排列方案為并列，后衍生出各類排列如PenTile排列、鉆石排列、Delta排列等。

FMM的開孔決定子像素，開孔間距直接決定了子像素的間距和密度，WOLED是目前硅基OLED主流。若要實現Micro OLED的RGB發光方案，需要極高尺寸精度的FMM和具備超精確定位的蒸鍍機作為基礎。對比可實現RGB材料直接蒸鍍的傳統AMOLED FMM規格和Micro OLED FMM設計規格，可以發現從多個指標來看，兩者差距均接近一個數量級，表明AMOLED通用的FMM無法滿足Micro OLED的技術要求。目前市面上可適用RGB的Micro OLED FMM和蒸鍍設備較少，因此其主流發光方案暫為WOLED+CF（白光+彩色濾光片）。

Micro OLED的彩色濾光片將白光過濾成RGB三色光，并通過改變不同光的透射強度即可混合成彩色光。制備濾光片時，需先在玻璃上制備黑色矩陣，用于隔離三原色、避免產生雜色光；RGB三基色材料按一定圖案排列，并與背板上的子像素電路位置一一對應，廠商需具備高精度制造工藝和對位能力，典型的子像素排列方式有并列式、馬賽克式、三角形式等。

由于彩色濾光片會降低光的透過率，亮度成為WOLED的主要缺陷，各大面板廠商亦在探索其他路徑的Micro OLED發光方案。當前已有部分廠商成功實現突破：eMagin提出直接圖案化技術，不需要FMM便可直接在硅基背板上單獨圖案化RGB三基色材料，擺脫彩色濾光片實現獨立發光；Hunet Plus通過與Sunic System聯合研究，開發出可用于Micro OLED的超高清掩模板（UHM），可實現2000ppi至8000ppi的超高分辨率，Sunic System也相應開發出可實現超精確對準的RGB Micro OLED蒸鍍機。

圖表4：RGB子像素蒸鍍過程及排列方式

資料來源：DNP官網，PAOKA，中金公司研究部

圖表5：AMOLED FMM規格和Micro OLED FMM設計規格

資料來源：《硅基有機電致發光微顯示關鍵技術研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

圖表6：典型串聯疊層白光結構

資料來源：《硅基微顯示器發展現狀與研究進展》，季淵，2022，中金公司研究部

圖表7：彩色濾光片結構及RGB三基色排列方式

資料來源：新材料在線，PAOKA，中金公司研究部

圖表8：eMagin直接圖案化技術及顯示效果

資料來源：eMagin官網，中金公司研究部

封裝及模組工藝

Micro OLED通常采用薄膜封裝結構：完成發光模塊蒸鍍后，在OLED器件上沉積多層有機及無機薄膜，達到封裝效果。有機膜層分子無法整齊排列，阻隔效果較差，無機膜層分子雖阻隔效果較好，但由于膨脹或收縮會自行剝離，故無機膜層和OLED器件之間需存在有機膜層作為緩沖層。完成薄膜封裝后的器件將與彩色濾光片通過UV固化膠貼合，彩色濾光片的玻璃基板可起到蓋板作用，形成封閉空間，從而最終完成封裝工藝。

傳統AMOLED器件在完成封裝后，需先經過切片、清洗、干燥等基礎流程，接著進行面板點亮測試，測試通過后依次與ACF導電膠膜、驅動IC、FPC進行貼合綁定，隨后進行模組老化與點亮測試，通過后與外引線和驅動板裝配，最終包裝入庫。Micro OLED器件由于不需要外接驅動芯片，在基礎流程完成后直接與PCB電路板貼合、涂保護膠烘烤成品，接著進行模組老化和光電性能檢測，最終篩選出合格商品、包裝入庫。

圖表9：固化膠封裝結構、Glass Frit封裝結構和薄膜封裝結構

資料來源：《硅基有機電致發光微顯示關鍵技術研究》，徐洪光，2013，中金公司研究部

面板檢測工藝

面板生產包含陣列（Array）→成盒（Cell）→模組（Module）三大制程，而檢測工藝貫穿生產全過程，對面板的光學、信號、電性能等各種功能進行檢測，從而保證各段生產制程的可靠性和穩定性，提升良品率。對于傳統OLED器件，主要檢測項目包括Array制程光學、電性能檢測和Cell/Module制程光學、平整度、老化、觸控檢測。

對于Micro OLED等新型顯示器件，由于其具有更高的解析度、刷新率、信號傳輸速度，檢測設備需具有更高的技術性能、集成度和檢測效率；且由于其采用硅基工藝，檢測設備商逐漸向顯示晶圓及芯片段等中后道檢測領域拓展。

圖表10：傳統OLED制程及檢測項目

資料來源：華興源創招股說明書，華興源創2023年半年報，中金公司研究部

圖表11：華興源創Micro OLED核心技術

資料來源：華興源創2023年半年報，中金公司研究部

來源：中金研究

審核編輯：湯梓紅