隨著AR生態(tài)圈日臻完善，AR眼鏡正逐漸走向商用化。一些新技術(shù)也乘著AR眼鏡的風(fēng)口，加速了商業(yè)落地的進(jìn)程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。

　　2022年6月中旬，錘子科技創(chuàng)始人羅永浩在宣布將正式開啟AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）創(chuàng)業(yè)。他堅(jiān)信，特定用途的垂直類型AR設(shè)備，比如針對(duì)教育、復(fù)雜技能培訓(xùn)、特殊行業(yè)的AR眼鏡，完全可能在兩三年內(nèi)成功商業(yè)化。

　　近年來(lái)，隨著AR生態(tài)圈日臻完善，AR眼鏡正逐漸走向商用化。一些新技術(shù)也乘著AR眼鏡的風(fēng)口，加速了商業(yè)落地的進(jìn)程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。本文主要圍繞AR頭顯設(shè)備的顯示材料的量產(chǎn)進(jìn)度來(lái)分析。

　　AR眼鏡發(fā)展簡(jiǎn)史

　　圖1：AR的發(fā)展歷程 制圖/來(lái)源：國(guó)際電子商情

　　L.Frank Baum在1901年發(fā)布的小說(shuō)《萬(wàn)能鑰匙》中有這樣一段描述：“這是角色標(biāo)記器。它是一副眼鏡。當(dāng)你戴上它時(shí)，你遇到的每個(gè)人的前額上都會(huì)有一個(gè)字母，表明他們的角色。好人的前額上會(huì)有一個(gè)G，壞人的前額上會(huì)有一個(gè)E。智者的前額上會(huì)有一個(gè)W，傻瓜的前額上會(huì)有一個(gè)F。外邦人的前額上會(huì)有一個(gè)K，殘忍的人的前額上會(huì)有一個(gè)C?！边@被認(rèn)為是關(guān)于AR應(yīng)用場(chǎng)景最早的描述。

　　1992年，出現(xiàn)了Augmented Reality（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）概念，它被用來(lái)描述將計(jì)算機(jī)呈現(xiàn)的元素覆蓋在真實(shí)世界上的技術(shù)。

　　AR眼鏡首次引發(fā)關(guān)注熱潮是在2012年，谷歌發(fā)售了一款名為Google Project Glass的智能眼鏡，它是一款增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)型穿戴式智能眼鏡，可通過(guò)聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向以及上網(wǎng)沖浪、處理文字信息和電子郵件等。由于Google Project Glass的成本高昂，僅定金就達(dá)高達(dá)1500美元。2015年，谷歌停售了第一版Google Project Glass，但一直在堅(jiān)持研發(fā)AR相關(guān)的技術(shù)——2020年，谷歌收購(gòu)了加拿大智能眼鏡初創(chuàng)公司North，North的AR眼鏡外形與普通眼鏡無(wú)差別，并在眼鏡架配置了微型激光“投影儀”；2022年3月，谷歌收購(gòu)初創(chuàng)公司Raxium，后者擁有Micro LED顯示屏技術(shù)；2022年5月，谷歌在其2022年度全球開發(fā)者大會(huì)上，展示了一款A(yù)R眼鏡原型機(jī)，該機(jī)器具備實(shí)時(shí)翻譯功能。

　　2021年元宇宙概念大火，AR眼鏡被視為元宇宙的入口，受到了科技公司的青睞，谷歌、Mate（前臉書）、蘋果、OPPO、索尼、阿里巴巴、騰訊、小米等企業(yè)均加大投資AR眼鏡。

　　Micro OLED方案將率先商用

　　AR眼鏡的光學(xué)系統(tǒng)由圖像源器件與顯示鏡面兩個(gè)主要配件構(gòu)成，在使用過(guò)程中成像系統(tǒng)不能擋在視線前方，其中的光學(xué)組合器通過(guò)“層疊”的形式，將虛擬信息和真實(shí)場(chǎng)景融為一體。穿透式AR眼鏡對(duì)于戶外應(yīng)用的亮度需求非常高，加上光波導(dǎo)組件的光效率影響，對(duì)入射光的亮度需求將大幅提高。

　　以AR眼鏡兩種顯示路徑Micro LED和Micro OLED為例，它們同為自發(fā)光技術(shù)，與LED和OLED、LCD等材料相比，Micro LED和Micro OLED具備高亮度、高分辨率、高對(duì)比度、輕薄化、小型化、低功耗、設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)。

表1：當(dāng)前Micro LED和Micro OLED各項(xiàng)指數(shù)的對(duì)比

　　具體來(lái)看，Micro OLED由CMOS技術(shù)與OLED技術(shù)緊密結(jié)合而成，是無(wú)機(jī)半導(dǎo)體材料與有機(jī)半導(dǎo)體材料的高度融合。不過(guò)，因摻和了有機(jī)半導(dǎo)體材料，Micro OLED的使用壽命低于Micro LED。另外，通過(guò)對(duì)比Micro LED和Micro OLED各項(xiàng)指標(biāo)，在發(fā)光效率、亮度、對(duì)比度、響應(yīng)時(shí)間、工作溫度等方面，Micro LED均優(yōu)于Micro OLED。但Micro LED晶片像素尺寸更小、量產(chǎn)難度更大，目前單色光源的Micro LED接近量產(chǎn)，但仍面臨良率問(wèn)題。

　　蘋果AR眼鏡采用Micro OLED方案。因?yàn)橛幸I(lǐng)智能手機(jī)市場(chǎng)的先例，所以蘋果在AR/VR頭顯領(lǐng)域的發(fā)展也被看好。近日，天風(fēng)證券分析師郭明錤表示，蘋果AR/MR頭顯將于今年Q3開始工程驗(yàn)證和測(cè)試，明年2月份結(jié)束前提供開發(fā)工具包，到Q2開始接受消費(fèi)者預(yù)訂，明年全球開發(fā)者大會(huì)前上市銷售。而海通國(guó)際技術(shù)研究分析師Jeff Pu則稱，蘋果首款A(yù)R眼鏡將在2024年底推出，到2025年上線發(fā)售。

　　綜上所述，業(yè)內(nèi)較為統(tǒng)一的觀點(diǎn)認(rèn)為，在Micro OLED方案的支持下，AR生態(tài)圈或?qū)⒂?025年迎來(lái)第一波大爆發(fā)。

　　Micro LED +光波導(dǎo)方案成熟度仍待提升

　　因?yàn)锳R的光波導(dǎo)要損失90%多的效率，AR眼鏡屏幕一定要高亮度。Micro LED自帶的高亮度屬性，能讓它成為AR眼鏡的主流材料，未來(lái)AR會(huì)是Micro LED小屏的主戰(zhàn)場(chǎng)。

　　Micro LED（Micro Light Emitting Diode）又稱為微發(fā)光二極體，也可以寫作μLED。Micro LED是將傳統(tǒng)LED薄膜化、微小化和矩陣化，使像素點(diǎn)距離從毫米級(jí)降低至微米級(jí)別，并在一個(gè)晶片上高度集成的固體自發(fā)光顯示技術(shù)。

　　行業(yè)對(duì)Micro LED等新型顯示技術(shù)尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)第三方市調(diào)機(jī)構(gòu)集邦科技旗下LEDinside的定義：Micro LED指無(wú)藍(lán)寶石襯底，且芯片尺寸至少小于75μm的微型LED芯片，其陣列可達(dá)到超高密度像素級(jí)別并具備自發(fā)光特性。

　　Micro LED Display主要有兩大類應(yīng)用趨勢(shì)：1.小間距、大尺寸、高分辨率的室內(nèi)/外顯示屏、部分穿戴裝置，主流尺寸為15×30μm至34×58μm；2.高分辨率、強(qiáng)便攜性、低功耗、高亮度的穿戴設(shè)備顯示屏，其中就包括了AR眼鏡。

　　AR眼鏡被視為Micro LED實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的突破口，它的興起推動(dòng)了小尺寸Micro LED的商業(yè)化進(jìn)程。穿戴裝置的光引擎尺寸要求非常小，大約在0.5寸至1寸之間，而AR眼鏡要給人眼傳遞資訊，要做到4K分辨率，PPI高達(dá)4000dpi以上，每顆Micro LED的大小要求5微米以下。

　　Micro LED的量產(chǎn)受多個(gè)條件的限制，包括從前期的磊晶技術(shù)瓶頸、巨量轉(zhuǎn)移（Mass Transfer）良率、封裝測(cè)試，到后續(xù)的檢測(cè)、維修。在磊晶和芯片方面還面臨著均勻性的問(wèn)題，只有達(dá)到波長(zhǎng)均勻性＜±3納米、良率≥95%的條件，才具備批量量產(chǎn)的可能性。Micro LED的尺寸小到微米級(jí)別，如何在制程中把生產(chǎn)控制到更精準(zhǔn)，也是取決于能否盡早在AR產(chǎn)品上實(shí)現(xiàn)Micro LED商品化的關(guān)鍵。

　　AR眼鏡對(duì)Micro LED的分辨率要求高，不管是傳統(tǒng)的PCB背板，或者是主動(dòng)式的玻璃背板，都無(wú)法實(shí)現(xiàn)4000dpi的PPI需求。必須要改為硅基CMOS基板，但其精準(zhǔn)性方面還在摸索階段。

　　另外，以巨量轉(zhuǎn)移為例，它分為基板分離和晶片取放兩個(gè)關(guān)鍵制程：其中，基板分離是以某種作用力將晶片與源基板批量整體式分離。晶片取放是通過(guò)轉(zhuǎn)移裝置，將分離后的Micro LED晶片，高精度選擇性地從源基板上拾取，并轉(zhuǎn)移放置在目標(biāo)顯示基板的特定位置上。

　　據(jù)資料顯示，Micro LED的LED晶片尺寸大約為頭發(fā)絲的十分之一，體積約為主流LED大小的1%。其在巨量轉(zhuǎn)移過(guò)程中的精度極高，一次轉(zhuǎn)移需要移動(dòng)幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)顆以上的LED。傳統(tǒng)LED晶片在封裝環(huán)節(jié)，主要采用真空吸取的方式，真空管的物理極限下只能做到80μm左右，目前轉(zhuǎn)移設(shè)備的精密大約為±34μm，覆晶固晶機(jī)的精密度是±1.5μm（每次移轉(zhuǎn)為單一晶片）。

　　全彩Micro LED+光波導(dǎo)技術(shù)是業(yè)界公認(rèn)的最佳技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑，這也是AR行業(yè)多年難以突破的技術(shù)難題。雖然彈性印章轉(zhuǎn)印、靜電轉(zhuǎn)印等已經(jīng)取得了成功，但是在制造能滿足AR/VR應(yīng)用的高分辨率全彩Micro LED顯示器仍是巨大挑戰(zhàn)。

　　Micro LED晶片紅光發(fā)光效率差，采用全藍(lán)光又會(huì)面臨“如何高效色轉(zhuǎn)換”的問(wèn)題，這使得“無(wú)法實(shí)現(xiàn)全彩高亮顯示”成為Micro LED在近眼顯示領(lǐng)域的主要缺陷。全彩化可能需要用到鐳射轉(zhuǎn)移技術(shù)，10微米以下的紅光EQE（外量子效率）還未有效克服，wafer bonding做色轉(zhuǎn)換的方式或?qū)⒊蔀镸icro LED在AR領(lǐng)域最早實(shí)現(xiàn)的方案。

　　此前，市面上已經(jīng)發(fā)布的Micro LED AR眼鏡，以采用單色方案為主，具體或是單目或是雙目，比如OPPO的 Air Glass就是單目+單綠色顯示方案，該類方案主要適用于瀏覽簡(jiǎn)單的資訊或?qū)Ш綉?yīng)用等。

　　即使量產(chǎn)困難重重，也擋不住市場(chǎng)的努力。近年來(lái)，Micro LED在降成本方面頗有成效。在2021年之前，Micro LED晶片基本上處于試驗(yàn)階段。到2022年，4/6英寸Micro LED晶片正式量產(chǎn)，RGB三基色Micro LED芯片成本縮減了30%以上。預(yù)估到2024年之后，傳統(tǒng)拾取轉(zhuǎn)移會(huì)轉(zhuǎn)向鐳射轉(zhuǎn)移，將進(jìn)一步降低Micro LED晶片成本。同時(shí)，新6英寸工廠的投資也將推動(dòng)Micro LED晶片降成本進(jìn)度。集邦科技預(yù)測(cè)，將Micro LED芯片從外延晶圓遷移到顯示背板的成本，在2025年有望降到2021年的四分之一，甚至還可能會(huì)更低。

　　AR眼鏡玩家的兩條主流路徑

表2：智能眼鏡/AR眼鏡玩家信息匯總

　　從2020年初到2022年上半年，全球推出了多款A(yù)R眼鏡新品，發(fā)力的廠商包括OPPO、VUZIX、WaveOptics等。從現(xiàn)階段主要的AR眼鏡廠商的布局中，我們也可以看到一些信息（詳見表2）——不管是針對(duì)光引擎還是下游品牌端，廠商主要圍繞Micro OLED或Micro LED來(lái)布局。

　　在光引擎方面，Micro OLED陣營(yíng)有三星、索尼、京東方、LG Display、eMagin、Kopin等企業(yè)，Micro LED陣營(yíng)有Raxium、Jade Bird Display（JBD）、Plessey、Saphlux、Porotech、PlayNitride等企業(yè)。

　　在AR眼鏡品牌方面，Micro OLED陣營(yíng)有Solo、蘋果、ODG（Osterhout Design Group）、愛普生等品牌，Micro LED陣營(yíng)有谷歌、Meta、OPPO、索尼、Vuzix、Mojo、tooz、WaveOptics等品牌。

　　由于Micro OLED量產(chǎn)進(jìn)度比Micro LED快，預(yù)期采用Micro OLED方案的AR眼鏡或能更快量產(chǎn)，比如蘋果AR眼鏡預(yù)計(jì)2024-2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而Micro LED方案的AR眼鏡則可能還需更久的持續(xù)投入和研發(fā)。

　　其實(shí)，AR眼鏡這類產(chǎn)品還很新，還面臨多方面的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度來(lái)看，微投影技術(shù)還面臨困難，牽涉到FOB、分辨率、亮度，甚至光引擎的設(shè)計(jì)，此外還要解決光波導(dǎo)衰減、電池耗電量等問(wèn)題。從市場(chǎng)角度來(lái)看，各大品牌正在研究“AR眼鏡能為使用端帶來(lái)的最大價(jià)值是什么”，這需要市場(chǎng)來(lái)持續(xù)摸索。

　　在其他小屏穿戴市場(chǎng)，Micro LED也有發(fā)展機(jī)遇。Micro LED還有可能向上延展，在VR市場(chǎng)與Micro OLED來(lái)競(jìng)爭(zhēng)。VR顯示屏的核心問(wèn)題在于亮度和效率上，Micro LED有機(jī)會(huì)打入到VR市場(chǎng)。在智能穿戴手表部分，部分廠商展示了Micro LED面板的手表，Micro LED的高亮、高對(duì)比度的特性，或能滿足極限運(yùn)動(dòng)/戶外運(yùn)動(dòng)愛好者的需求。

　　除了尚未批量量產(chǎn)的AR眼鏡之外，智能穿戴領(lǐng)域的其他許多產(chǎn)品均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，比如醫(yī)療領(lǐng)域的血壓/血糖儀，消費(fèi)電子領(lǐng)域的智能手環(huán)、智能手表、TWS耳機(jī)等已經(jīng)得到較好的應(yīng)用。作為AIoT領(lǐng)域的一部分，智能穿戴市場(chǎng)的發(fā)展值得大家關(guān)注。2022年6月29日，全球領(lǐng)先的專業(yè)電子機(jī)構(gòu)媒體AspenCore和深圳市新一代信息通信產(chǎn)業(yè)集群將在深圳聯(lián)合主辦【2022國(guó)際AIoT生態(tài)發(fā)展大會(huì)】，推動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、智慧機(jī)器人、智慧兩輪車、智能穿戴等行業(yè)上下游企業(yè)之間的技術(shù)交流與商業(yè)合作，整合國(guó)際國(guó)內(nèi)AIoT領(lǐng)域的技術(shù)力量與市場(chǎng)渠道資源，打造粵港澳大灣區(qū)電子產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)發(fā)現(xiàn)未來(lái)獨(dú)角獸企業(yè)、挖掘更合適技術(shù)合作伙伴、對(duì)接生態(tài)合作平臺(tái)、拓展市場(chǎng)渠道資源的核心樞紐平臺(tái)。