L’AR/VR Display Forum, la conférence virtuelle de DSCC le 3 novembre^rd et 4^ème axé sur les tendances émergentes en matière d’affichage qui façonnent le marché. Il y a un regain d’intérêt pour le marché AR (Réalité Augmentée)/VR (Virtual Realty) en raison de l’attention récente accordée au Metaverse par des leaders de l’industrie tels que Meta (le nouveau nom de Facebook), Microsoft et d’autres.

Metaverse intègre AR/VR, avatar holographique, vidéo et autres moyens de communication. Certains voient l’AR/VR comme la plateforme de communication de nouvelle génération. Pour en faire une réalité, de nombreux développements technologiques sont nécessaires et de multiples défis doivent être résolus. Les technologies d’affichage émergentes font partie intégrante du développement du marché AR/VR.

Bataille des technologies d’affichage pour le marché AR/VR

Selon Guillaume Chansin, directeur de la recherche Display chez DSCC, Meta (Facebook) mise sur l’AR/VR avec un investissement de 10 milliards de dollars en 2021. Son Oculus Quest 2 est le casque qui s’est vendu le plus rapidement, et l’entreprise prévoit un « projet Cambria ». (casque VR haut de gamme, avec optique pancake en 2022) et « project Nazare » (lunettes AR transparentes fines et légères). Apple devrait lancer un casque VR haut de gamme en 2022 (avec deux écrans smicroOLED CMOS Si+ et OLED et Sony présentera son casque VR de deuxième génération pour PlayStation 5. Des sociétés telles que Magic Leap, Snap, ByteDance (Tiktok) , Nreal et d’autres investissent tous dans l’AR/VR cette année.

Les développements technologiques, les lancements de produits et l’augmentation des investissements stimuleront la croissance de l’AR/VR au cours des prochaines années. Les prévisions de DSCC montrent que les revenus des écrans AR/VR augmenteront à un TCAC de 51,6 %, passant de 0,3 milliard de dollars en 2020 à 4,2 milliards de dollars en 2026. La réalité virtuelle (y compris l’AR pass-through) constituera un segment de marché beaucoup plus important pour les fournisseurs d’écrans, générant 4,2 fois plus de revenus que la RA transparente d’ici 2026.

Selon la présentation, les exigences d’affichage sont différentes pour la VR (et l’AR pass-through) et l’AR transparente.

Pour la VR (et l’AR pass-through), la plupart des écrans sont basés sur TFT LCD et AMOLED. La VR a besoin d’une densité de pixels élevée pour réduire ou éliminer l’effet de porte moustiquaire, car les lentilles optiques agrandissent l’image. Il nécessite également des taux de rafraîchissement élevés et un cycle de service court pour réduire le mal des transports. Il existe un besoin pour des casques plus petits et plus légers.

Pour la RA transparente, tous les casques sont actuellement basés sur des micro-écrans (DLP, Micro-LCD, LCoS, Micro OLED) ou un scanner à faisceau laser (LBS). Ils ont besoin d’écrans à très haute luminosité pour correspondre à la lumière ambiante ; l’écran doit être petit et économe en énergie pour rendre les casques plus fins et légers. DSCC prévoit que l’OLED sur silicium captera la plus grande part des expéditions à partir de 2025 pour le marché des écrans AR/VR, suivi de l’écran LCD en deuxième position. AMOLED perdra des parts en raison des limitations de densité de pixels. Les MicroLED avec une luminosité potentielle plus élevée auront un avantage pour la RA transparente mais seront moins importantes pour la VR.

LCD : Forte présence grâce à une densité de pixels élevée, un clignotement global et un MiniLED

Selon une présentation de JDI, LCD est leader sur le marché de la réalité virtuelle grâce à des avancées technologiques telles qu’un PPI élevé.

La société a annoncé son dernier écran LCD à PPI élevé pour la réalité virtuelle lors du forum. Il s’agit d’un écran LCD TFT LTPS 1201 PPI de 2,88 pouces (taux de rafraîchissement de 120 Hz, rétroéclairage clignotant global). JDI a utilisé un LTPS avancé (fond de panier LTPS+Oxide) pour produire l’écran et cela a contribué à un taux d’ouverture plus élevé (30 % plus élevé qu’auparavant), ce qui est essentiel pour la réalité virtuelle. L’utilisation de la technologie de gradation locale a permis d’obtenir un contraste plus élevé et une consommation d’énergie inférieure.

Un affichage impulsionnel est également réalisé en appliquant un rétroéclairage clignotant global et en raccourcissant le temps d’affichage et en minimisant les images fantômes pour fournir une image plus claire. La société utilise la technologie SLC-IPS pour une réponse rapide LC (3 ms N/B). En combinant le rétroéclairage clignotant (affichage impulsionnel) et la réponse rapide LC, il peut obtenir « pas de flou » et « pas d’image fantôme ». Selon la présentation de JDI, l’écran LCD est la meilleure technologie pour les écrans de 2 à 3 pouces pour le VR-HMD, car il offre un large champ de vision (HFV), ce qui est un facteur critique pour un VR-HMD immersif. Pour les futurs écrans LCD VR, JDI prévoit un écran 4Kx4K de 2,x pouces avec 1 700-2 000 PPI, 1 000 cd/m², un rapport de contraste > 100 000, une gamme de couleurs > DCI-P3 95 % avec gradation locale. JDI a également développé un prototype de HMD utilisant un écran LCD rétroéclairé au laser de 2,89 pouces de diagonale, avec 1058 PPI. Les lasers ont prouvé une gamme de couleurs plus large que le BT 2020 (97 %).

Les entreprises commencent également à utiliser le rétroéclairage miniLED pour les écrans LCD pour un contraste plus élevé et une consommation d’énergie réduite. Une présentation DSCC a montré deux produits : le Varjo Aero(1 900 $) avec deux écrans LCD miniLED (Shadow devient aérodynamique) et le Pimax Reality (12K QLED) (2 399 $) avec deux panneaux LCD miniLED (taux de rafraîchissement de 200 Hz et couche QD pour une gamme de couleurs élevée, résolution 6K par œil avec 1 200 PPI) (Le nouveau casque de Pimax est doté de « 12K » et de MiniLED – Abonnement WBS requis).

Lynx a annoncé un casque à 500 $ avec AR pass-through couleur, polyvalent et couvrant la réalité mixte. Dans sa présentation, Stan Larroque, PDG de Lynx, a déclaré que son produit utilise l’écran LCD de JDI en raison des faibles coûts de nomenclature et des taux de rafraîchissement élevés. Ils envisagent également d’autres présentoirs pour les futurs produits.

Micro OLED : prêt à dominer avec une très haute résolution et une luminance élevée

Les micro-écrans OLED (microOLED) sont visualisés via un système optique et ont généralement des densités de pixels plus élevées que les AMOLED. L’OLED sur silicium est la technologie la plus couramment utilisée pour mettre en œuvre le microOLED. Il peut être utilisé à la fois pour la réalité virtuelle et la réalité augmentée transparente.

Les écrans MicroOLED peuvent généralement être classés en classes RVB OLED et White OLED (WOLED). Cependant, les microécrans OLED RVB haute résolution sont toujours confrontés à des défis en raison d’un effet d’ombre lors du processus de dépôt à l’aide d’un FMM (Fine Metal Mask). L’OLED blanc utilise un filtre de couleur pour générer l’image et peut atteindre un PPI élevé (4 000 PPI). Cependant, le filtre coloré absorbe un pourcentage très élevé de la lumière émise, ce qui limite la luminosité maximale du microOLED.

Sony utilise un microLens pour augmenter la luminosité maximale de son micro-écran OLED. Kopin a développé une architecture trio stack pour augmenter la luminosité. Selon la présentation d’Andrew Sculley, PDG d’eMagin, il existe quatre défis majeurs pour le marché AR/VR : les écrans, l’optique, le contenu et le prix.

• Affichage : haute résolution, haute luminosité, contraste élevé, faible consommation, pas d’effet de porte moustiquaire, facteur de remplissage élevé
• Optique : grand FOV (champ de vision), pas de distorsion, haute efficacité, légèreté, petit facteur de forme
• Contenu : jeux, films, événements en direct, etc. et vitesse de traitement graphique
• Prix : doit être correct

La capacité de résolution de l’œil humain est de 60 pixels/degré (PPD). La démonstration du micro-écran OLED d’eMagin a 40 PPD par rapport au PPD de 20 de l’Oculus Quest 2. Pour le microOLED, son PPD plus élevé, sa luminance élevée (pour éliminer les artefacts de mouvement), sa haute résolution (pour éliminer les effets de porte moustiquaire), son facteur de remplissage élevé, son efficacité plus élevée et sa durée de vie plus longue. les capacités de durée de vie entraînent une demande accrue pour l’application VR.

La RA transparente nécessite également une très haute luminosité, de très hautes résolutions et un contraste très élevé. Ces exigences rendent les micro-écrans OLED plus applicables à la fois à la réalité augmentée et à la réalité virtuelle. eMagin a atteint une luminosité de 10 000 nits dans un micro-écran OLED 4K 1 920 x 1 200, réalisé par motif direct (éliminant le filtre de couleur) d’émetteurs de sous-pixels rouge, vert et bleu (RVB) sur le fond de panier. Les émetteurs rouge et vert étaient fabriqués à partir de matériaux phosphorescents et le bleu à partir de matériaux fluorescents. Cela a permis une amélioration significative de l’efficacité et de la durée de vie. eMagin a une feuille de route pour développer une luminance maximale en couleur de 30 000 nits.

Développements chinois

Une présentation DSCC de Chase Li sur le développement des capacités microOLED en Chine a montré que neuf entreprises ont des projets de construction, dont BOE, Lakeside, SeeYa, Sidtek et Jicui. La plupart d’entre eux adopteront une approche de filtre de couleur OLED+ blanc. D’ici 2025, 81 % de la capacité proviendra de micro-écrans OLED fabriqués dans des usines de 12 pouces (300 mm). BOE devrait augmenter sa production dans les deux à trois prochaines années. Selon Chansin de DSCC, les écrans de 0,71 pouces de BOE sont dans une conception de référence Qualcomm pour les lunettes Smart Viewer. L’écran de 1,03 pouces de SeeYa est utilisé dans le casque Arpara VR en 2021. L’écran LG de Corée a présenté un écran micro OLED de 0,42″ (3 500 PPI) lors de la SID Display Week 2021.

MicroLED : présence émergente avec une luminosité ultra élevée, une fiabilité élevée et un petit facteur de forme

La très haute luminosité, la haute fiabilité (écran LED inorganique) et la capacité à créer des facteurs de forme ultra compacts de MicroLED présenteront des avantages majeurs pour le marché de la réalité augmentée transparente. Comme présenté par DSCC, de nombreuses sociétés, dont Vuzix, Snap, Xiomi, TCL et Meta, lancent des casques AR/VR basés sur un écran microLED. Le verre intelligent de nouvelle génération de Vuzix utilise la microLED de Jade Bird Display (JBD). Waveoptics (Snap) a annoncé un kit de développement et un projecteur utilisant un écran JBD et Kopin a annoncé une collaboration avec JBD pour développer des écrans microLED monochromes. Xiaomi et TCL ont tous deux introduit des prototypes de lunettes intelligentes basées sur microLED en 2021.

La présentation d’Applied Material par Nag Patibandla a montré qu’ils avaient démontré un affichage à vue directe microLED utilisant la technologie Quantum Dot UV-A à longueur d’onde unique et sans CD dans une architecture de pixels innovante (réduisant et simplifiant le transfert de masse et la réparation). Ils ont atteint une efficacité plus élevée, une résolution plus élevée (technologie EQE uvMicroLED + Quantum Dot élevée) (impression à jet d’encre + durcissement auto-aligné) et un rendement plus élevé (transfert de masse unique). La société a présenté deux écrans : un avec microLED, 433 PPI, 1 000 nits, le second avec microLED, 318 PPI, 10 000 nits. L’AR à proximité de l’œil de la société affiche une feuille de route de 1 588 PPI et 3 396 PPI avec uvMicroLED. (Applied Materials surmonte certains défis de MicroLED pour VR)

Une présentation de Leon Baruah de JBD a montré que JBD se concentre sur la commercialisation de microécrans basés sur microLED. Elle renforce sa capacité de fabrication pilote actuelle à Shanghai et démarrera celle de Hefei en 2022 (l’exploitation débutera au premier trimestre 2023). Les microécrans microLED JBD ont atteint une luminosité élevée (jusqu’à 4,5 millions de nits), une efficacité énergétique (6 mW pour 10 000 nits), un petit facteur de forme (pas de pixel de 2,5 microns à 5 microns) et un contraste de plus de 100 000:1, un noir profond et un taux de rafraîchissement de 125 Hz. . La société a introduit un très petit projecteur microLED monochrome (0,35 cc en volume) et un projecteur polychrome (1,35 cc en volume).

Une présentation Mojo Vision de Naamah Argaman a montré qu’ils ont créé une lentille de contact intelligente avec un écran microLED (nanoLED) intégré (avec un pas de pixel de 1,8 microns, vert monochrome, 14 000 PPI) qui donne des informations aux utilisateurs sans interrompre leur concentration. Ils construisent des prototypes. Ils travaillent également sur la conversion des couleurs Quantum Dot du bleu pour obtenir des pixels plus lumineux. Les écrans MicroLED ont un grand potentiel en AR/VR en raison de leur haute luminosité et de leur contraste élevé. (Mojo Vision développe des NanoLED)

Des entreprises telles que le CEA-Leti, MICLEDI et Coherent LaserSystems ont participé et présenté des présentations à la session de fabrication de microLED du forum AR/VR.

Les développements technologiques, les lancements de produits et les investissements plus élevés stimuleront la croissance de l’AR/VR au cours des prochaines années. Les développements de la technologie d’affichage feront partie intégrante de la croissance du marché AR/VR. (DAKOTA DU SUD)

Sweta Dash, présidente, Dash-Insights

Sweta Dash est la présidente fondatrice de Dash-Insights, une société d’études de marché et de conseil spécialisée dans l’industrie de l’affichage. pour plus d’informations, contactez [email protected] ou visitez www.dash-insights.com