革命性技術(shù)已出現(xiàn)，AR/VR有望實(shí)現(xiàn)一次飛躍
時(shí)間：2021-08-19 15:09:13
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[導(dǎo)讀]智東西2020年受益宅經(jīng)濟(jì)，VR/AR行業(yè)迎來爆發(fā)式增長，VR設(shè)備出貨量達(dá)670萬臺(tái)。目前看VR上游基礎(chǔ)硬件性能基本完備，下游軟件生態(tài)日益豐富，VR行業(yè)已具爆發(fā)條件。2022年VR出貨量有望達(dá)到1400萬臺(tái)，同比翻倍。而各大科技公司如蘋果、Facebook、谷歌和微軟等企業(yè)均在A...
本文來源：智東西
2020年受益宅經(jīng)濟(jì)，VR/AR行業(yè)迎來爆發(fā)式增長，VR設(shè)備出貨量達(dá)670萬臺(tái)。目前看VR上游基礎(chǔ)硬件性能基本完備，下游軟件生態(tài)日益豐富，VR行業(yè)已具爆發(fā)條件。2022年VR出貨量有望達(dá)到1400萬臺(tái)，同比翻倍。
而各大科技公司如蘋果、Facebook、谷歌和微軟等企業(yè)均在AR領(lǐng)域進(jìn)行深入布局。AR依然是巨頭們看好的下一個(gè)大藍(lán)海，其蘊(yùn)含廣闊產(chǎn)業(yè)發(fā)展紅利。
VR/AR，爆發(fā)前夜
受益宅經(jīng)濟(jì)，VR產(chǎn)業(yè)在20年迎來爆發(fā)式增長，2020年全球VR出貨量670萬臺(tái)，同比增長72%。21年預(yù)計(jì)全球出貨量達(dá)到約800萬臺(tái),22年預(yù)計(jì)1480萬臺(tái)，邁過最重要門檻。
VR未來作為重要的家庭娛樂終端，未來主打游戲功能的沉浸式VR在C端的市場(chǎng)空間可近似比擬游戲主機(jī)市場(chǎng)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我們預(yù)計(jì)VR在未來五年出貨量也有望達(dá)到5000萬臺(tái)。除主打游戲市場(chǎng)沉浸類VR外，觀影類VR以及各類B端應(yīng)用落地場(chǎng)景逐漸成熟，特別是觀影類VR，潛在目標(biāo)人群6億左右，目前行業(yè)正在快速成長。
▲VR出貨量歷史數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)
目前VR產(chǎn)品主要分為主打觀影的高清觀影VR和主打游戲的沉浸式VR。目前觀影式VR增長迅速，知名VR廠商GOOVIS 19年出貨量約6-7千萬、GOOVIS 20年出貨約1萬臺(tái)左右，處于快速增長階段。隨著硅基OLED屏幕成本進(jìn)一步下降，觀影VR價(jià)格下探，行業(yè)有望進(jìn)一步快速發(fā)展。
主打游戲市場(chǎng)的沉浸式VR，主要以O(shè)culus、SONY、HTC和PICO等主要市場(chǎng)玩家，目前各大VR主機(jī)廠商均會(huì)在今年下半年以及明年上半年陸續(xù)推出新款產(chǎn)品，行業(yè)有望進(jìn)一步快速發(fā)展。
▲VR產(chǎn)品分類情況以及潛在用戶
VR下游生態(tài)日漸完善，各類游戲大作推動(dòng)VR活躍用戶增加。根據(jù)VR陀螺數(shù)據(jù)顯示，SteamVR的會(huì)話數(shù)量達(dá)到1.04億次，平均每場(chǎng)會(huì)話時(shí)長達(dá)到30分鐘。VR層出不窮的游戲大作持續(xù)吸引各類玩家。3A級(jí)VR游戲《Half-LifeLAlyx》刺激VR活躍用戶大幅增長,預(yù)購人數(shù)超過30萬，同時(shí)在線人數(shù)峰值達(dá)到42583人。
VR上游供應(yīng)鏈已基本完善，如光學(xué)、微型顯示、主芯片、結(jié)構(gòu)件、定位以及代工廠等都可提供穩(wěn)定成熟的產(chǎn)品供應(yīng)。這將進(jìn)一步推動(dòng)VR產(chǎn)業(yè)走向成熟。
▲VR頭顯總結(jié)與分析
目前市場(chǎng)主要VR廠商有Oculus、DPVR、Pico和HTC等。其中Oculus市占率超過50%，而HTC和SONY份額下降較快。其主要原因在于當(dāng)前兩公司的在售產(chǎn)品款式較老，同時(shí)又即將發(fā)布新款產(chǎn)品，導(dǎo)致大部分消費(fèi)者選擇觀望。憑借Sony在游戲行業(yè)內(nèi)多年的積累以及出色內(nèi)容產(chǎn)出，是Oculus短期內(nèi)最有力競(jìng)爭者。
▲VR不同廠商產(chǎn)品市占率情況▲各家公司產(chǎn)品活躍度情況情況
同樣受益于宅經(jīng)濟(jì)，AR行業(yè)也迎來了增長。20年出貨量為40萬臺(tái)，同比增長33%。21年預(yù)計(jì)出貨70萬臺(tái),同比增長75%。
▲AR出貨量預(yù)測(cè)
AR行業(yè)目前上游還處于核心零部件和技術(shù)的攻關(guān)階段，下游生態(tài)也并不成熟，同時(shí)產(chǎn)品定位也并不是很清晰。關(guān)于產(chǎn)品定位，目前對(duì)于AR的定位有兩種：一是手機(jī)屏幕的延伸，二是替代手機(jī)是下一代的計(jì)算中心。兩種產(chǎn)品定位對(duì)應(yīng)兩種完全不同市場(chǎng)空間，目前產(chǎn)品走向還并不清晰。
目前市場(chǎng)大部分AR廠商的操作系統(tǒng)主要是基于安卓做二次開發(fā)。但幾家大型AR企業(yè)均在自研操作系統(tǒng)，如Hololens推出基于Windows的OS，Magic Leap則重新打造Lumin OS?？傮w看目前整體市場(chǎng)還沒有出現(xiàn)完善的操作系統(tǒng)。
AR的下游應(yīng)用還處在探索階段，在C端還沒有找到殺手級(jí)應(yīng)用。目前大部分應(yīng)用主要集中在目標(biāo)識(shí)別，多用于行業(yè)解決方案。
AR的上游核心技術(shù)還并不成熟，諸多技術(shù)環(huán)節(jié)還在研發(fā)階段。
微顯示：因?yàn)锳R需要工作在外部環(huán)境，需要使用亮度很強(qiáng)的微顯示產(chǎn)品。目前看Micro LED是最理想的解決方案。但目前Micro LED還處在技術(shù)攻克階段，從襯底/外延材料、單片集成到驅(qū)動(dòng)，目前都沒有成熟的解決方案。
光學(xué)：目前主要方案有自由曲面、Birdbath、光波導(dǎo)的方案，目前看衍射光波導(dǎo)方案是未來主流方案。主芯片：目前行業(yè)主要使用高通曉龍8系列芯片，目前市場(chǎng)還沒有專門為AR設(shè)備設(shè)計(jì)的主芯片。
▲AR上游核心技術(shù)情況
AR行業(yè)經(jīng)歷高開低走，產(chǎn)品策略從C端轉(zhuǎn)向B端。由于技術(shù)問題，面向C端市場(chǎng)的的Google Glass和Magic LeapOne等產(chǎn)品銷量遠(yuǎn)不達(dá)預(yù)期，隨后大部分廠商紛紛轉(zhuǎn)向行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。雖然進(jìn)入短暫低谷期，但是仍是科技巨頭未來重點(diǎn)方向。
Facebook蘋果等科技公司正在加速開發(fā)面向消費(fèi)者的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡。蘋果從2006年開始申請(qǐng)了數(shù)百項(xiàng)有關(guān)AR的專利，還收購了10多家AR相關(guān)技術(shù)企業(yè)。Facebook于2017年首次宣布AR眼鏡計(jì)劃，之后接連申請(qǐng)了一系列AR技術(shù)相關(guān)專利。還正在研發(fā)AR眼鏡搭配的腕帶等產(chǎn)品。
VR上游技術(shù)，光學(xué)、顯示技術(shù)不斷革新
VR具有三大重要參數(shù)：FOV、PDD和 Persistence。
1、 FOV：視場(chǎng)角在光學(xué)工程中又稱視場(chǎng)，視場(chǎng)角的大小決定了視野范圍。在VR設(shè)備中視場(chǎng)角是最為關(guān)鍵的參數(shù)，市場(chǎng)角的大小直接決定了VR設(shè)備的沉浸感。為了得到更好的效果，需要VR設(shè)備的FOV做到90°以上。
2、 PPD：與傳統(tǒng)屏幕衡量分辨率不同，VR等近眼設(shè)備衡量屏幕清晰度使用角分辨率PPD。指視場(chǎng)角表示平均每1°夾角內(nèi)填充的像素點(diǎn)的數(shù)量。對(duì)于頭戴顯示類產(chǎn)品，PPD 數(shù)值越大，就說明對(duì)細(xì)節(jié)的顯示越精細(xì)。
3、 Persistence：余暉效應(yīng)指人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，從而產(chǎn)生眩暈感。為了降低暈眩感，VR設(shè)備需要高刷新率來降低屏幕余暉。
光學(xué)器件和屏幕的性能決定了上述三大核心參數(shù)。
光學(xué)鏡片起到了放大屏幕圖像提供合適的FOV,其次是幫助人眼聚焦清晰的看到屏幕。是VR系統(tǒng)中最重要的零部件。目前主要廠商產(chǎn)品FOV可以達(dá)到90°- 110°左右，未來產(chǎn)品向著160°方向進(jìn)展。
目前總體看，為了進(jìn)一步使VR變得更加輕薄，廠商多會(huì)選擇采用菲涅爾透鏡而不是非球面鏡。同時(shí)為了更好的成像，廠商還會(huì)選擇組合透鏡的方式，來消除單一菲涅爾透鏡帶來的問題。
通常VR光學(xué)系統(tǒng)主要遇到以下幾點(diǎn)問題：球面像差、色像差、畸變等。特別是為了消除像差問題，目前VR通常需要采用非球面鏡。非球面鏡表面曲率不同，可以讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置重合，從而消除球面像差的問題。除此之外，非球面邊緣厚度小，可以降低光學(xué)系統(tǒng)的重量。
菲涅爾透鏡，又名螺紋透鏡，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片。其在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度，所以菲涅爾透鏡的質(zhì)量要比傳統(tǒng)非球面透鏡輕薄很多。但菲涅爾的成像質(zhì)量存在一定的瑕疵。由于菲尼爾透鏡存在齒距和非工作面，所以會(huì)存在一球差問題，并且無法完全消除。
折疊光路，又稱短焦距光學(xué)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)是未來VR光學(xué)方案的主要方向。因?yàn)殓R頭需要將來自顯示器的光聚焦到用戶眼中，而光線的聚焦必須留以足夠的距離，所以VR頭顯必須保持一定的厚度。折疊光路則是將距離”折疊到其自身，使光線可以在更窄的空間內(nèi)穿越同樣的距離。這樣就可以使得整體VR設(shè)備變輕薄。
與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭不同，折疊光路主要由偏光片、分光器和透鏡等組成。缺點(diǎn)是光線經(jīng)過多次反射會(huì)損失能量，所以需要亮度足夠的顯示屏加以配合。光學(xué)透鏡目前主要使用光學(xué)塑料材料和注塑成型工藝作為首選方案，優(yōu)勢(shì)在于低成本和輕量化，注塑成型是VR光學(xué)透鏡首選方案。
▲光學(xué)透鏡加工工藝與塑料光學(xué)系統(tǒng)材料
整體加工過程主要分為填充階段、保壓階段和冷卻階段。精密注塑成型是把注塑機(jī)料桶內(nèi)的塑料熔融體精確的填充到模具型腔，塑料熔融體與模具型腔之間進(jìn)行冷熱交換而造成塑料熔融體的快速冷卻，形成注塑零件的工藝過程。
影響注塑成型的關(guān)鍵因素主要包括模仁模具和注塑成型的仿真技術(shù)。模仁模具直接決定了鏡片的性能和成本。
▲注塑成型的關(guān)鍵因素
產(chǎn)業(yè)鏈總體可分為光學(xué)塑料、光學(xué)鏡片和光學(xué)鏡頭。其中光學(xué)鏡頭和鏡片廠商通常為一家，但有時(shí)鏡頭廠商會(huì)把鏡片產(chǎn)能外包到第三方。
PPD決定了屏幕的清晰度。與傳統(tǒng)手機(jī)等屏幕不同，由于VR屏幕離眼睛近，所以引入了PPI的概念。在110°的FOV下，需要2800的PPI才能滿足要求，對(duì)屏幕廠商提出了很大的挑戰(zhàn)。為了減少余暉現(xiàn)象，VR設(shè)備需要高刷屏才能降低人們的眩暈感。這對(duì)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、像素材料帶來了很大的挑戰(zhàn)。
▲VR核心參數(shù)示意圖
為了降低用戶的眩暈感，必須降低余暉，加快屏幕的刷新率。如果刷新率可以達(dá)到200hz，眩暈感將大幅降低。VR顯示屏正在從LTPS IPS屏幕逐步向硅基OLED邁進(jìn)。屏幕的選擇主要在刷新率、PPI和亮度直接權(quán)衡。其中刷新率是最為關(guān)鍵的指標(biāo)，其次考慮PPI和亮度，所以目前看硅基OLED是最佳方案。
硅基OLED產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游：硅基Driver、OLED材料、濾光片和薄膜封裝材料、中游主要為OLED制造和各類顯示模組、下游主要為各類終端廠商。
▲硅基OLED產(chǎn)業(yè)鏈
AR上游，光波導(dǎo) MicroLED是未來
AR的光學(xué)元件和VR有很大不同。AR需要See Through，與真實(shí)環(huán)境發(fā)生交互。所以AR的顯示是不能直接放在眼前，需要放到眼睛旁邊，這時(shí)需要一組光學(xué)元件將屏幕的像耦合到眼前。
▲VR與AR光學(xué)簡易示意圖
AR光學(xué)元件正在由自由曲面/Birdbath等向光波導(dǎo)演進(jìn)。自由曲面等傳統(tǒng)光學(xué)元件由于體積過大，使用它們制作出來的產(chǎn)品笨重，所以主流AR廠商都在選擇使用光波導(dǎo)方案，可以讓眼睛尺寸大幅縮減。但光波導(dǎo)的光學(xué)損耗很大，效率只有20%左右，需要光機(jī)進(jìn)行配合。
光波導(dǎo)大致分為兩類，一類是幾何光波導(dǎo)，另一類是衍射光波導(dǎo)。其中幾何光波導(dǎo)分為鋸齒光波導(dǎo)和陣列光波導(dǎo)，主要代表光學(xué)公司是以色列的Lumus，市場(chǎng)上還未出現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)眼鏡產(chǎn)品。
衍射光波導(dǎo)分為全息光波導(dǎo)和表面浮雕光柵波導(dǎo)。HoloLens 2，Magic Leap One均使用表面浮雕光柵波導(dǎo)，蘋果公司收購的Akonia公司采用的是全息體光柵。
幾何陣列光波導(dǎo)的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優(yōu)化迭代，至今差不多二十年。幾何光波導(dǎo)主要由一系列半透半反鏡面組成，其中鏡面是嵌入到玻璃基底里面并且與傳輸光線形成一個(gè)特定角度的表面，每一個(gè)鏡面會(huì)將部分光線反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼。
幾何光波導(dǎo)運(yùn)用傳統(tǒng)幾何光學(xué)設(shè)計(jì)理念，不牽扯到任何微納米級(jí)結(jié)構(gòu)。因此圖像質(zhì)量包括顏色和對(duì)比度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。
陣列光波導(dǎo)的加工流程主要是研磨、拋光、鍍膜和膠合四部分。何陣列光波導(dǎo)總體分為四個(gè)步驟，但由于傳播的光線都是偏振光，所以要在小棱鏡上鍍十幾甚至幾十層膜。同時(shí)膠合5-7個(gè)不同反射比的透鏡?？傮w看幾何光波導(dǎo)工藝繁瑣，很難保持高良率，量產(chǎn)難度大。
▲幾何陣列光波導(dǎo)制造流程
衍射光波導(dǎo)主要分為全息光波導(dǎo)和表面浮雕光波導(dǎo)，通過衍射光柵替代傳統(tǒng)幾何光學(xué)器件。衍射光柵簡單來說，是一個(gè)具有周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，周期可以是材料表面浮雕出來的高峰和低谷 ，也可以是全息技術(shù)在材料內(nèi)部曝光形成的“明暗干涉條紋”。
光柵波導(dǎo)技術(shù)采用鏡片表面的光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的擴(kuò)展和耦出。通過合理的設(shè)計(jì)光柵結(jié)構(gòu)，光柵波導(dǎo)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)出瞳的二維擴(kuò)展。工藝相對(duì)簡單，批量生產(chǎn)成本低。
▲衍射光波導(dǎo)示意圖
表面浮雕光柵波導(dǎo)方案中通過使用亞波長尺度的表面浮雕光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折反射元件作為光波導(dǎo)中耦入、耦出和擴(kuò)展區(qū)域的光學(xué)元件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的調(diào)制。根據(jù)凹槽的輪廓、形狀和傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同，常用的表面浮雕光柵可以分為一維光柵與二維光柵。
一維光柵根據(jù)剖面形狀劃分為矩形光柵、梯形光柵、閃耀光柵和傾斜光柵等，二維光柵常用的結(jié)構(gòu)有六邊形分布的柱狀光柵。
由于可見光波長為450nm-700nm，所以光柵尺寸是微納米級(jí)別的。之前需要通過半導(dǎo)體加工工藝進(jìn)行制造，成本高。目前可使用納米壓印技術(shù)來制做光柵，其中包括熱壓法、紫外線納米壓印光刻法和微接觸壓印法（亦稱為軟光刻）。其中，紫外線納米壓印光刻是表面浮雕光柵波導(dǎo)批量生產(chǎn)的常用方法。
目前浮雕光柵制作的方法更加成熟。同時(shí)，壓印設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，進(jìn)一步大幅降低了光柵制造的成本。
通過雙光束全息曝光技術(shù)在介質(zhì)中形成干涉條紋，從而可以獲得折射率周期性變化的光柵結(jié)構(gòu)。全息體光柵并不是通過結(jié)構(gòu)圖型而是通過材料的不同制作光柵，理論上全息光柵的衍射銷率可以達(dá)100%，有更好的成像效果。
全息體光柵材料和量產(chǎn)工藝是當(dāng)前門檻。材料端合成難度大，且多用于軍用對(duì)我國禁運(yùn)。在量產(chǎn)方面，激光脈沖法不適用于規(guī)模量產(chǎn)。所以在全息體光柵方案廠商需要具有IDM能力，提供從材料到量產(chǎn)完整的解決方案。
▲制造體全息光柵波簡易工藝流程示意
目前AR光機(jī)有如下幾種方案:LCOS、DLP、OLED-on-Silicon和MicroLED。目前AR產(chǎn)品主要使用DLP或LCOS，但是業(yè)內(nèi)普遍對(duì)MicroLED方案達(dá)到共識(shí)，因?yàn)楦骶S度參數(shù)沒有死角，非常適用于AR的應(yīng)用場(chǎng)景。但當(dāng)前由于該技術(shù)還在研發(fā)中，預(yù)計(jì)25年左右可以初步看到量產(chǎn)方案。
▲各方案對(duì)比情況
LCOS硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS），將液晶分子填充于上層玻璃基板和下層金屬反射層之間，金屬反射層和頂層 ITO 公共電極之間的電壓共同決定液晶分子的光通性，而顯示驅(qū)動(dòng)電路直接在硅基板上完成制備。
LCoS 的顯示原理為：入射的S偏振光經(jīng)過液晶層，若液晶不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，達(dá)到底部金屬反射層反射回來時(shí)仍為S偏振光，穿過液晶層射出。隨后經(jīng)過 PBS 棱鏡反射回到原來光路 ，光線不進(jìn)入投影光路，即此像素呈現(xiàn)“暗態(tài)”。反之，若液晶發(fā)生偏轉(zhuǎn)，入射的S偏振光在經(jīng)過液晶層時(shí)會(huì)發(fā)生偏振，可穿過 PBS 棱鏡是，將進(jìn)入投影光路，即呈現(xiàn)“亮態(tài)”。
LCoS制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝進(jìn)行刻蝕與沉積制造將液晶層和各種保護(hù)反射層制備到硅基驅(qū)動(dòng)。目前由于LCOS量產(chǎn)工藝成熟，大部分參數(shù)都適配光波導(dǎo)，其目前是AR主要方案。
DLP Digital Light Processing數(shù)字光處理。原理與LCoS類似，但是不是通過液晶對(duì)光學(xué)進(jìn)行處理，而是通過棱鏡。
DLP核心在于DMD（Digital Micromirror Device），該核心MEMS器件由TI長期壟斷。制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝制作MEMS系統(tǒng)控制楞鏡偏轉(zhuǎn)，從而控制光路。
OLED-on-Silicon硅基OLED方案。原理與傳統(tǒng)OLED方案，但由于在玻璃基板上很難驅(qū)動(dòng)小尺寸的像素，從而用CMOS工藝來驅(qū)動(dòng)小尺寸OLED像素。但由于OLED方案的光的亮度小，如果配合光波導(dǎo)在戶外使用效果不佳。所以硅基OLED方案會(huì)限制AR的使用場(chǎng)景，目前看不是主流方案。
MicroLED是當(dāng)前工人的AR顯示的最佳解決方案，其刷新率、亮度、發(fā)光方式、像素密度等指標(biāo)都可以提供最佳性能指標(biāo)。目前是業(yè)界內(nèi)比較公認(rèn)的最佳解決方案。但由于其像素尺寸，間距都是幾微米量級(jí)，給量產(chǎn)和全彩方案帶來了極大的挑戰(zhàn)。
MicroLED的工藝流程大致分為三部分，驅(qū)動(dòng)背板、像素制備和晶圓鍵合。驅(qū)動(dòng)背板由于沒有標(biāo)準(zhǔn)，需要芯片設(shè)計(jì)廠商做定制化開發(fā)。像素制備由于發(fā)光效率問題，面臨新的材料選擇和相應(yīng)的全彩方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。
▲ MicroLED全流程
MicroLED的一大難點(diǎn)在于，隨著像素尺寸的縮小，EQE會(huì)降低，特別是紅光。所以需要選擇新的結(jié)構(gòu)和材料。
▲ MicrLED發(fā)光效率
目前，MicroLED全彩色方案有四種方式。主要分為同質(zhì)材料的全彩方案，主要使用AlInGaN/InGaN。對(duì)疊方案，其中紅光和藍(lán)綠光的材料不同，使用AlInGaP。最后一種是量子點(diǎn)技術(shù)，也是使用同質(zhì)材料發(fā)光，通過量子點(diǎn)將藍(lán)光轉(zhuǎn)為紅色和綠色。
MicroLED發(fā)紅光的主要有兩種方案。采用AlInGaN/InGaN為紅藍(lán)綠的像素材料，其優(yōu)勢(shì)在于全彩方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，但在GaN摻入In復(fù)雜。選擇非同質(zhì)材料AlInGaP為紅藍(lán)綠材料，優(yōu)勢(shì)在于AlInGaP技術(shù)相對(duì)成熟，但劣勢(shì)在于全彩方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多次進(jìn)行晶圓鍵合影響良率。目前兩種方案都還沒有成熟的量產(chǎn)方案。
MicroLED全彩方案采用藍(lán)光 量子點(diǎn)技術(shù)，目前是短期可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的方案。該方法主要使用GaN制備藍(lán)光，在與CMOS驅(qū)動(dòng)背板鍵合，工藝和材料相對(duì)其他方案簡單，易于量產(chǎn)。制備完像素后，在每個(gè)像素點(diǎn)噴涂量子點(diǎn)，使得藍(lán)光轉(zhuǎn)化為紅光和綠光，完成全彩方案。
▲MicroLED量子點(diǎn)技術(shù)
目前AR最佳解決方案是波導(dǎo) MicroLED方案，但由于MicroLED還在研發(fā)中，AR行業(yè)的成熟方案尚需一定時(shí)間。
▲AR不同光學(xué)產(chǎn)品與顯示產(chǎn)品之間的匹配度▲各家科技龍頭企業(yè)都在積極布局全彩MicroLED方案。
疫情背景下“宅經(jīng)濟(jì)”的出現(xiàn)，使得AR/VR在B端和C端同時(shí)擁有了更現(xiàn)實(shí)和迫切的入口。在新的光學(xué)、顯示等技術(shù)的加持下，VR有望實(shí)現(xiàn)一次飛躍。而對(duì)于AR，雖然AR的遠(yuǎn)期前景好于VR，但由于現(xiàn)階段諸如MicroLED等技術(shù)的不成熟，預(yù)計(jì)近期AR的表現(xiàn)會(huì)略遜于于VR。
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2020年受益宅經(jīng)濟(jì)，VR/AR行業(yè)迎來爆發(fā)式增長，VR設(shè)備出貨量達(dá)670萬臺(tái)。目前看VR上游基礎(chǔ)硬件性能基本完備，下游軟件生態(tài)日益豐富，VR行業(yè)已具爆發(fā)條件。2022年VR出貨量有望達(dá)到1400萬臺(tái)，同比翻倍。
而各大科技公司如蘋果、Facebook、谷歌和微軟等企業(yè)均在AR領(lǐng)域進(jìn)行深入布局。AR依然是巨頭們看好的下一個(gè)大藍(lán)海，其蘊(yùn)含廣闊產(chǎn)業(yè)發(fā)展紅利。
VR/AR，爆發(fā)前夜
受益宅經(jīng)濟(jì)，VR產(chǎn)業(yè)在20年迎來爆發(fā)式增長，2020年全球VR出貨量670萬臺(tái)，同比增長72%。21年預(yù)計(jì)全球出貨量達(dá)到約800萬臺(tái),22年預(yù)計(jì)1480萬臺(tái)，邁過最重要門檻。
VR未來作為重要的家庭娛樂終端，未來主打游戲功能的沉浸式VR在C端的市場(chǎng)空間可近似比擬游戲主機(jī)市場(chǎng)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我們預(yù)計(jì)VR在未來五年出貨量也有望達(dá)到5000萬臺(tái)。除主打游戲市場(chǎng)沉浸類VR外，觀影類VR以及各類B端應(yīng)用落地場(chǎng)景逐漸成熟，特別是觀影類VR，潛在目標(biāo)人群6億左右，目前行業(yè)正在快速成長。
▲VR出貨量歷史數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)
目前VR產(chǎn)品主要分為主打觀影的高清觀影VR和主打游戲的沉浸式VR。目前觀影式VR增長迅速，知名VR廠商GOOVIS 19年出貨量約6-7千萬、GOOVIS 20年出貨約1萬臺(tái)左右，處于快速增長階段。隨著硅基OLED屏幕成本進(jìn)一步下降，觀影VR價(jià)格下探，行業(yè)有望進(jìn)一步快速發(fā)展。
主打游戲市場(chǎng)的沉浸式VR，主要以O(shè)culus、SONY、HTC和PICO等主要市場(chǎng)玩家，目前各大VR主機(jī)廠商均會(huì)在今年下半年以及明年上半年陸續(xù)推出新款產(chǎn)品，行業(yè)有望進(jìn)一步快速發(fā)展。
▲VR產(chǎn)品分類情況以及潛在用戶
VR下游生態(tài)日漸完善，各類游戲大作推動(dòng)VR活躍用戶增加。根據(jù)VR陀螺數(shù)據(jù)顯示，SteamVR的會(huì)話數(shù)量達(dá)到1.04億次，平均每場(chǎng)會(huì)話時(shí)長達(dá)到30分鐘。VR層出不窮的游戲大作持續(xù)吸引各類玩家。3A級(jí)VR游戲《Half-LifeLAlyx》刺激VR活躍用戶大幅增長,預(yù)購人數(shù)超過30萬，同時(shí)在線人數(shù)峰值達(dá)到42583人。
VR上游供應(yīng)鏈已基本完善，如光學(xué)、微型顯示、主芯片、結(jié)構(gòu)件、定位以及代工廠等都可提供穩(wěn)定成熟的產(chǎn)品供應(yīng)。這將進(jìn)一步推動(dòng)VR產(chǎn)業(yè)走向成熟。
▲VR頭顯總結(jié)與分析
目前市場(chǎng)主要VR廠商有Oculus、DPVR、Pico和HTC等。其中Oculus市占率超過50%，而HTC和SONY份額下降較快。其主要原因在于當(dāng)前兩公司的在售產(chǎn)品款式較老，同時(shí)又即將發(fā)布新款產(chǎn)品，導(dǎo)致大部分消費(fèi)者選擇觀望。憑借Sony在游戲行業(yè)內(nèi)多年的積累以及出色內(nèi)容產(chǎn)出，是Oculus短期內(nèi)最有力競(jìng)爭者。
▲VR不同廠商產(chǎn)品市占率情況▲各家公司產(chǎn)品活躍度情況情況
同樣受益于宅經(jīng)濟(jì)，AR行業(yè)也迎來了增長。20年出貨量為40萬臺(tái)，同比增長33%。21年預(yù)計(jì)出貨70萬臺(tái),同比增長75%。
▲AR出貨量預(yù)測(cè)
AR行業(yè)目前上游還處于核心零部件和技術(shù)的攻關(guān)階段，下游生態(tài)也并不成熟，同時(shí)產(chǎn)品定位也并不是很清晰。關(guān)于產(chǎn)品定位，目前對(duì)于AR的定位有兩種：一是手機(jī)屏幕的延伸，二是替代手機(jī)是下一代的計(jì)算中心。兩種產(chǎn)品定位對(duì)應(yīng)兩種完全不同市場(chǎng)空間，目前產(chǎn)品走向還并不清晰。
目前市場(chǎng)大部分AR廠商的操作系統(tǒng)主要是基于安卓做二次開發(fā)。但幾家大型AR企業(yè)均在自研操作系統(tǒng)，如Hololens推出基于Windows的OS，Magic Leap則重新打造Lumin OS?？傮w看目前整體市場(chǎng)還沒有出現(xiàn)完善的操作系統(tǒng)。
AR的下游應(yīng)用還處在探索階段，在C端還沒有找到殺手級(jí)應(yīng)用。目前大部分應(yīng)用主要集中在目標(biāo)識(shí)別，多用于行業(yè)解決方案。
AR的上游核心技術(shù)還并不成熟，諸多技術(shù)環(huán)節(jié)還在研發(fā)階段。
微顯示：因?yàn)锳R需要工作在外部環(huán)境，需要使用亮度很強(qiáng)的微顯示產(chǎn)品。目前看Micro LED是最理想的解決方案。但目前Micro LED還處在技術(shù)攻克階段，從襯底/外延材料、單片集成到驅(qū)動(dòng)，目前都沒有成熟的解決方案。
光學(xué)：目前主要方案有自由曲面、Birdbath、光波導(dǎo)的方案，目前看衍射光波導(dǎo)方案是未來主流方案。主芯片：目前行業(yè)主要使用高通曉龍8系列芯片，目前市場(chǎng)還沒有專門為AR設(shè)備設(shè)計(jì)的主芯片。
▲AR上游核心技術(shù)情況
AR行業(yè)經(jīng)歷高開低走，產(chǎn)品策略從C端轉(zhuǎn)向B端。由于技術(shù)問題，面向C端市場(chǎng)的的Google Glass和Magic LeapOne等產(chǎn)品銷量遠(yuǎn)不達(dá)預(yù)期，隨后大部分廠商紛紛轉(zhuǎn)向行業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)。雖然進(jìn)入短暫低谷期，但是仍是科技巨頭未來重點(diǎn)方向。
Facebook蘋果等科技公司正在加速開發(fā)面向消費(fèi)者的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡。蘋果從2006年開始申請(qǐng)了數(shù)百項(xiàng)有關(guān)AR的專利，還收購了10多家AR相關(guān)技術(shù)企業(yè)。Facebook于2017年首次宣布AR眼鏡計(jì)劃，之后接連申請(qǐng)了一系列AR技術(shù)相關(guān)專利。還正在研發(fā)AR眼鏡搭配的腕帶等產(chǎn)品。
VR上游技術(shù)，光學(xué)、顯示技術(shù)不斷革新
VR具有三大重要參數(shù)：FOV、PDD和 Persistence。
1、 FOV：視場(chǎng)角在光學(xué)工程中又稱視場(chǎng)，視場(chǎng)角的大小決定了視野范圍。在VR設(shè)備中視場(chǎng)角是最為關(guān)鍵的參數(shù)，市場(chǎng)角的大小直接決定了VR設(shè)備的沉浸感。為了得到更好的效果，需要VR設(shè)備的FOV做到90°以上。
2、 PPD：與傳統(tǒng)屏幕衡量分辨率不同，VR等近眼設(shè)備衡量屏幕清晰度使用角分辨率PPD。指視場(chǎng)角表示平均每1°夾角內(nèi)填充的像素點(diǎn)的數(shù)量。對(duì)于頭戴顯示類產(chǎn)品，PPD 數(shù)值越大，就說明對(duì)細(xì)節(jié)的顯示越精細(xì)。
3、 Persistence：余暉效應(yīng)指人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳人大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，從而產(chǎn)生眩暈感。為了降低暈眩感，VR設(shè)備需要高刷新率來降低屏幕余暉。
光學(xué)器件和屏幕的性能決定了上述三大核心參數(shù)。
光學(xué)鏡片起到了放大屏幕圖像提供合適的FOV,其次是幫助人眼聚焦清晰的看到屏幕。是VR系統(tǒng)中最重要的零部件。目前主要廠商產(chǎn)品FOV可以達(dá)到90°- 110°左右，未來產(chǎn)品向著160°方向進(jìn)展。
目前總體看，為了進(jìn)一步使VR變得更加輕薄，廠商多會(huì)選擇采用菲涅爾透鏡而不是非球面鏡。同時(shí)為了更好的成像，廠商還會(huì)選擇組合透鏡的方式，來消除單一菲涅爾透鏡帶來的問題。
通常VR光學(xué)系統(tǒng)主要遇到以下幾點(diǎn)問題：球面像差、色像差、畸變等。特別是為了消除像差問題，目前VR通常需要采用非球面鏡。非球面鏡表面曲率不同，可以讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置重合，從而消除球面像差的問題。除此之外，非球面邊緣厚度小，可以降低光學(xué)系統(tǒng)的重量。
菲涅爾透鏡，又名螺紋透鏡，多是由聚烯烴材料注壓而成的薄片。其在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)拿掉盡可能多的光學(xué)材料，而保留表面的彎曲度，所以菲涅爾透鏡的質(zhì)量要比傳統(tǒng)非球面透鏡輕薄很多。但菲涅爾的成像質(zhì)量存在一定的瑕疵。由于菲尼爾透鏡存在齒距和非工作面，所以會(huì)存在一球差問題，并且無法完全消除。
折疊光路，又稱短焦距光學(xué)系統(tǒng)，預(yù)計(jì)是未來VR光學(xué)方案的主要方向。因?yàn)殓R頭需要將來自顯示器的光聚焦到用戶眼中，而光線的聚焦必須留以足夠的距離，所以VR頭顯必須保持一定的厚度。折疊光路則是將距離”折疊到其自身，使光線可以在更窄的空間內(nèi)穿越同樣的距離。這樣就可以使得整體VR設(shè)備變輕薄。
與傳統(tǒng)光學(xué)鏡頭不同，折疊光路主要由偏光片、分光器和透鏡等組成。缺點(diǎn)是光線經(jīng)過多次反射會(huì)損失能量，所以需要亮度足夠的顯示屏加以配合。光學(xué)透鏡目前主要使用光學(xué)塑料材料和注塑成型工藝作為首選方案，優(yōu)勢(shì)在于低成本和輕量化，注塑成型是VR光學(xué)透鏡首選方案。
▲光學(xué)透鏡加工工藝與塑料光學(xué)系統(tǒng)材料
整體加工過程主要分為填充階段、保壓階段和冷卻階段。精密注塑成型是把注塑機(jī)料桶內(nèi)的塑料熔融體精確的填充到模具型腔，塑料熔融體與模具型腔之間進(jìn)行冷熱交換而造成塑料熔融體的快速冷卻，形成注塑零件的工藝過程。
影響注塑成型的關(guān)鍵因素主要包括模仁模具和注塑成型的仿真技術(shù)。模仁模具直接決定了鏡片的性能和成本。
▲注塑成型的關(guān)鍵因素
產(chǎn)業(yè)鏈總體可分為光學(xué)塑料、光學(xué)鏡片和光學(xué)鏡頭。其中光學(xué)鏡頭和鏡片廠商通常為一家，但有時(shí)鏡頭廠商會(huì)把鏡片產(chǎn)能外包到第三方。
PPD決定了屏幕的清晰度。與傳統(tǒng)手機(jī)等屏幕不同，由于VR屏幕離眼睛近，所以引入了PPI的概念。在110°的FOV下，需要2800的PPI才能滿足要求，對(duì)屏幕廠商提出了很大的挑戰(zhàn)。為了減少余暉現(xiàn)象，VR設(shè)備需要高刷屏才能降低人們的眩暈感。這對(duì)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、像素材料帶來了很大的挑戰(zhàn)。
▲VR核心參數(shù)示意圖
為了降低用戶的眩暈感，必須降低余暉，加快屏幕的刷新率。如果刷新率可以達(dá)到200hz，眩暈感將大幅降低。VR顯示屏正在從LTPS IPS屏幕逐步向硅基OLED邁進(jìn)。屏幕的選擇主要在刷新率、PPI和亮度直接權(quán)衡。其中刷新率是最為關(guān)鍵的指標(biāo)，其次考慮PPI和亮度，所以目前看硅基OLED是最佳方案。
硅基OLED產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游：硅基Driver、OLED材料、濾光片和薄膜封裝材料、中游主要為OLED制造和各類顯示模組、下游主要為各類終端廠商。
▲硅基OLED產(chǎn)業(yè)鏈
AR上游，光波導(dǎo) MicroLED是未來
AR的光學(xué)元件和VR有很大不同。AR需要See Through，與真實(shí)環(huán)境發(fā)生交互。所以AR的顯示是不能直接放在眼前，需要放到眼睛旁邊，這時(shí)需要一組光學(xué)元件將屏幕的像耦合到眼前。
▲VR與AR光學(xué)簡易示意圖
AR光學(xué)元件正在由自由曲面/Birdbath等向光波導(dǎo)演進(jìn)。自由曲面等傳統(tǒng)光學(xué)元件由于體積過大，使用它們制作出來的產(chǎn)品笨重，所以主流AR廠商都在選擇使用光波導(dǎo)方案，可以讓眼睛尺寸大幅縮減。但光波導(dǎo)的光學(xué)損耗很大，效率只有20%左右，需要光機(jī)進(jìn)行配合。
光波導(dǎo)大致分為兩類，一類是幾何光波導(dǎo)，另一類是衍射光波導(dǎo)。其中幾何光波導(dǎo)分為鋸齒光波導(dǎo)和陣列光波導(dǎo)，主要代表光學(xué)公司是以色列的Lumus，市場(chǎng)上還未出現(xiàn)大規(guī)模的量產(chǎn)眼鏡產(chǎn)品。
衍射光波導(dǎo)分為全息光波導(dǎo)和表面浮雕光柵波導(dǎo)。HoloLens 2，Magic Leap One均使用表面浮雕光柵波導(dǎo)，蘋果公司收購的Akonia公司采用的是全息體光柵。
幾何陣列光波導(dǎo)的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于優(yōu)化迭代，至今差不多二十年。幾何光波導(dǎo)主要由一系列半透半反鏡面組成，其中鏡面是嵌入到玻璃基底里面并且與傳輸光線形成一個(gè)特定角度的表面，每一個(gè)鏡面會(huì)將部分光線反射出波導(dǎo)進(jìn)入人眼。
幾何光波導(dǎo)運(yùn)用傳統(tǒng)幾何光學(xué)設(shè)計(jì)理念，不牽扯到任何微納米級(jí)結(jié)構(gòu)。因此圖像質(zhì)量包括顏色和對(duì)比度可以達(dá)到很高的水準(zhǔn)。
陣列光波導(dǎo)的加工流程主要是研磨、拋光、鍍膜和膠合四部分。何陣列光波導(dǎo)總體分為四個(gè)步驟，但由于傳播的光線都是偏振光，所以要在小棱鏡上鍍十幾甚至幾十層膜。同時(shí)膠合5-7個(gè)不同反射比的透鏡?？傮w看幾何光波導(dǎo)工藝繁瑣，很難保持高良率，量產(chǎn)難度大。
▲幾何陣列光波導(dǎo)制造流程
衍射光波導(dǎo)主要分為全息光波導(dǎo)和表面浮雕光波導(dǎo)，通過衍射光柵替代傳統(tǒng)幾何光學(xué)器件。衍射光柵簡單來說，是一個(gè)具有周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件，周期可以是材料表面浮雕出來的高峰和低谷 ，也可以是全息技術(shù)在材料內(nèi)部曝光形成的“明暗干涉條紋”。
光柵波導(dǎo)技術(shù)采用鏡片表面的光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光束的擴(kuò)展和耦出。通過合理的設(shè)計(jì)光柵結(jié)構(gòu)，光柵波導(dǎo)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)出瞳的二維擴(kuò)展。工藝相對(duì)簡單，批量生產(chǎn)成本低。
▲衍射光波導(dǎo)示意圖
表面浮雕光柵波導(dǎo)方案中通過使用亞波長尺度的表面浮雕光柵代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折反射元件作為光波導(dǎo)中耦入、耦出和擴(kuò)展區(qū)域的光學(xué)元件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的調(diào)制。根據(jù)凹槽的輪廓、形狀和傾角等結(jié)構(gòu)參數(shù)的不同，常用的表面浮雕光柵可以分為一維光柵與二維光柵。
一維光柵根據(jù)剖面形狀劃分為矩形光柵、梯形光柵、閃耀光柵和傾斜光柵等，二維光柵常用的結(jié)構(gòu)有六邊形分布的柱狀光柵。
由于可見光波長為450nm-700nm，所以光柵尺寸是微納米級(jí)別的。之前需要通過半導(dǎo)體加工工藝進(jìn)行制造，成本高。目前可使用納米壓印技術(shù)來制做光柵，其中包括熱壓法、紫外線納米壓印光刻法和微接觸壓印法（亦稱為軟光刻）。其中，紫外線納米壓印光刻是表面浮雕光柵波導(dǎo)批量生產(chǎn)的常用方法。
目前浮雕光柵制作的方法更加成熟。同時(shí)，壓印設(shè)備已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，進(jìn)一步大幅降低了光柵制造的成本。
通過雙光束全息曝光技術(shù)在介質(zhì)中形成干涉條紋，從而可以獲得折射率周期性變化的光柵結(jié)構(gòu)。全息體光柵并不是通過結(jié)構(gòu)圖型而是通過材料的不同制作光柵，理論上全息光柵的衍射銷率可以達(dá)100%，有更好的成像效果。
全息體光柵材料和量產(chǎn)工藝是當(dāng)前門檻。材料端合成難度大，且多用于軍用對(duì)我國禁運(yùn)。在量產(chǎn)方面，激光脈沖法不適用于規(guī)模量產(chǎn)。所以在全息體光柵方案廠商需要具有IDM能力，提供從材料到量產(chǎn)完整的解決方案。
▲制造體全息光柵波簡易工藝流程示意
目前AR光機(jī)有如下幾種方案:LCOS、DLP、OLED-on-Silicon和MicroLED。目前AR產(chǎn)品主要使用DLP或LCOS，但是業(yè)內(nèi)普遍對(duì)MicroLED方案達(dá)到共識(shí)，因?yàn)楦骶S度參數(shù)沒有死角，非常適用于AR的應(yīng)用場(chǎng)景。但當(dāng)前由于該技術(shù)還在研發(fā)中，預(yù)計(jì)25年左右可以初步看到量產(chǎn)方案。
▲各方案對(duì)比情況
LCOS硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS），將液晶分子填充于上層玻璃基板和下層金屬反射層之間，金屬反射層和頂層 ITO 公共電極之間的電壓共同決定液晶分子的光通性，而顯示驅(qū)動(dòng)電路直接在硅基板上完成制備。
LCoS 的顯示原理為：入射的S偏振光經(jīng)過液晶層，若液晶不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，達(dá)到底部金屬反射層反射回來時(shí)仍為S偏振光，穿過液晶層射出。隨后經(jīng)過 PBS 棱鏡反射回到原來光路 ，光線不進(jìn)入投影光路，即此像素呈現(xiàn)“暗態(tài)”。反之，若液晶發(fā)生偏轉(zhuǎn)，入射的S偏振光在經(jīng)過液晶層時(shí)會(huì)發(fā)生偏振，可穿過 PBS 棱鏡是，將進(jìn)入投影光路，即呈現(xiàn)“亮態(tài)”。
LCoS制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝進(jìn)行刻蝕與沉積制造將液晶層和各種保護(hù)反射層制備到硅基驅(qū)動(dòng)。目前由于LCOS量產(chǎn)工藝成熟，大部分參數(shù)都適配光波導(dǎo)，其目前是AR主要方案。
DLP Digital Light Processing數(shù)字光處理。原理與LCoS類似，但是不是通過液晶對(duì)光學(xué)進(jìn)行處理，而是通過棱鏡。
DLP核心在于DMD（Digital Micromirror Device），該核心MEMS器件由TI長期壟斷。制作工藝主要為通過半導(dǎo)體工藝制作MEMS系統(tǒng)控制楞鏡偏轉(zhuǎn)，從而控制光路。
OLED-on-Silicon硅基OLED方案。原理與傳統(tǒng)OLED方案，但由于在玻璃基板上很難驅(qū)動(dòng)小尺寸的像素，從而用CMOS工藝來驅(qū)動(dòng)小尺寸OLED像素。但由于OLED方案的光的亮度小，如果配合光波導(dǎo)在戶外使用效果不佳。所以硅基OLED方案會(huì)限制AR的使用場(chǎng)景，目前看不是主流方案。
MicroLED是當(dāng)前工人的AR顯示的最佳解決方案，其刷新率、亮度、發(fā)光方式、像素密度等指標(biāo)都可以提供最佳性能指標(biāo)。目前是業(yè)界內(nèi)比較公認(rèn)的最佳解決方案。但由于其像素尺寸，間距都是幾微米量級(jí)，給量產(chǎn)和全彩方案帶來了極大的挑戰(zhàn)。
MicroLED的工藝流程大致分為三部分，驅(qū)動(dòng)背板、像素制備和晶圓鍵合。驅(qū)動(dòng)背板由于沒有標(biāo)準(zhǔn)，需要芯片設(shè)計(jì)廠商做定制化開發(fā)。像素制備由于發(fā)光效率問題，面臨新的材料選擇和相應(yīng)的全彩方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。
▲ MicroLED全流程
MicroLED的一大難點(diǎn)在于，隨著像素尺寸的縮小，EQE會(huì)降低，特別是紅光。所以需要選擇新的結(jié)構(gòu)和材料。
▲ MicrLED發(fā)光效率
目前，MicroLED全彩色方案有四種方式。主要分為同質(zhì)材料的全彩方案，主要使用AlInGaN/InGaN。對(duì)疊方案，其中紅光和藍(lán)綠光的材料不同，使用AlInGaP。最后一種是量子點(diǎn)技術(shù)，也是使用同質(zhì)材料發(fā)光，通過量子點(diǎn)將藍(lán)光轉(zhuǎn)為紅色和綠色。
MicroLED發(fā)紅光的主要有兩種方案。采用AlInGaN/InGaN為紅藍(lán)綠的像素材料，其優(yōu)勢(shì)在于全彩方案結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，但在GaN摻入In復(fù)雜。選擇非同質(zhì)材料AlInGaP為紅藍(lán)綠材料，優(yōu)勢(shì)在于AlInGaP技術(shù)相對(duì)成熟，但劣勢(shì)在于全彩方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要多次進(jìn)行晶圓鍵合影響良率。目前兩種方案都還沒有成熟的量產(chǎn)方案。
MicroLED全彩方案采用藍(lán)光 量子點(diǎn)技術(shù)，目前是短期可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的方案。該方法主要使用GaN制備藍(lán)光，在與CMOS驅(qū)動(dòng)背板鍵合，工藝和材料相對(duì)其他方案簡單，易于量產(chǎn)。制備完像素后，在每個(gè)像素點(diǎn)噴涂量子點(diǎn)，使得藍(lán)光轉(zhuǎn)化為紅光和綠光，完成全彩方案。
▲MicroLED量子點(diǎn)技術(shù)
目前AR最佳解決方案是波導(dǎo) MicroLED方案，但由于MicroLED還在研發(fā)中，AR行業(yè)的成熟方案尚需一定時(shí)間。
▲AR不同光學(xué)產(chǎn)品與顯示產(chǎn)品之間的匹配度▲各家科技龍頭企業(yè)都在積極布局全彩MicroLED方案。
疫情背景下“宅經(jīng)濟(jì)”的出現(xiàn)，使得AR/VR在B端和C端同時(shí)擁有了更現(xiàn)實(shí)和迫切的入口。在新的光學(xué)、顯示等技術(shù)的加持下，VR有望實(shí)現(xiàn)一次飛躍。而對(duì)于AR，雖然AR的遠(yuǎn)期前景好于VR，但由于現(xiàn)階段諸如MicroLED等技術(shù)的不成熟，預(yù)計(jì)近期AR的表現(xiàn)會(huì)略遜于于VR。
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