蘋果公司在2024年上半年推出的Apple Vision Pro和Meta公司在下半年公開的AR眼鏡原型Orion，都極大地提升了公眾對近眼顯示技術(shù)及應(yīng)用的認(rèn)知，推動整個行業(yè)跨入了元宇宙近眼顯示的關(guān)鍵發(fā)展階段。各大廠商無論是在光學(xué)方案的優(yōu)化，還是在微顯示技術(shù)的突破都推動著近眼顯示設(shè)備朝向生產(chǎn)力工具化的趨勢發(fā)展。
同時，作為技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的一部分，近眼顯示領(lǐng)域的資本投入與企業(yè)聯(lián)合正在如火如荼地進(jìn)行。這種資本和技術(shù)的結(jié)合，不僅加速了產(chǎn)品的迭代，也促進(jìn)了行業(yè)的創(chuàng)新和競爭。
此外，AI技術(shù)為近眼顯示設(shè)備帶來了新的賦能，隨著行業(yè)的不斷發(fā)展，新的生態(tài)也正在形成。整個產(chǎn)業(yè)鏈都在積極地探索和拓展新的商業(yè)模式和應(yīng)用場景，這為近眼顯示設(shè)備的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動力，也預(yù)示著近眼顯示產(chǎn)業(yè)未來可期。在2024 TrendForce集邦咨詢自發(fā)光顯示產(chǎn)業(yè)研討會上，集邦咨詢分析師萬雯帶來了近眼顯示市場發(fā)展與技術(shù)分析，讓眾多行業(yè)人士了解到近眼顯示行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來趨勢。
AR/VR/MR，近眼顯示設(shè)備誰唱主角？
近眼顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展源頭可追溯至1838年物理學(xué)家查爾斯提出的立體視覺。而在1963年，Ivan Sutherland開發(fā)了第一個計算機(jī)圖形驅(qū)動的頭盔顯示器（HMD）及頭部位置跟蹤系統(tǒng)，成為VR技術(shù)發(fā)展史上的一個重要里程碑。
在1984年VR被正式命名后，同時隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，VR頭顯設(shè)備和相關(guān)應(yīng)用逐漸開始普及�，F(xiàn)代VR技術(shù)不僅提供了視覺、聽覺的沉浸式體驗(yàn)，還通過觸覺、嗅覺等多種感官模擬，使用戶仿佛置身于虛擬世界中�，F(xiàn)代VR技術(shù)廣泛應(yīng)用于游戲、教育、醫(yī)療、娛樂等領(lǐng)域，并在元宇宙的推動下迎來了發(fā)展高潮。
AR設(shè)備的發(fā)展史相對于VR更短，在谷歌2012年發(fā)布首款A(yù)R眼鏡Google Glasses后，AR設(shè)備才算真正開始發(fā)展。盡管市場期望和投資熱度較高，但受形態(tài)、顯示效果、生態(tài)應(yīng)用等因素制約，AR眼鏡整體發(fā)展不及預(yù)期，2016-2019年AR進(jìn)入低谷期。隨著2019年開始Rokid、雷鳥、Xreal、Magic Leap等廠商陸續(xù)推出新品，硬件生態(tài)持續(xù)完善，AR行業(yè)步入上行周期。
VR通過在人眼和微顯示屏之間引入光學(xué)透鏡，比如菲涅爾透鏡、Pancake等光學(xué)器件，利用光的折射將顯示圖像放大的同時，將虛擬圖像引入人眼，實(shí)現(xiàn)完全沉浸式體驗(yàn)。而AR需要看到真實(shí)的世界，是通過棱鏡、自由曲面、光波導(dǎo)等光學(xué)元件，對微型顯示器發(fā)出的光進(jìn)行反射、折射或衍射，最終將其投射到人眼，將虛擬圖像和真實(shí)世界聯(lián)系起來，互相加強(qiáng)。
MR概念的形成時間晚于VR、AR，目前業(yè)界對于MR的定義大致可以分成兩派，一派將MR定義為AR+VR，另一派則強(qiáng)調(diào)虛實(shí)交互能力，更強(qiáng)調(diào)前瞻技術(shù)的賦能。
近眼顯示技術(shù)應(yīng)用場景著眼于將虛擬與現(xiàn)實(shí)世界無縫融合，提高交互感、沉浸感、遠(yuǎn)程參與共同協(xié)作等體驗(yàn)，無論是在醫(yī)療、教育還是工業(yè)領(lǐng)域都有較大的應(yīng)用潛力。雖然目前在XR技術(shù)方面還存在一些挑戰(zhàn)和限制，但其應(yīng)用前景仍然是光明的。
無論是VR/MR產(chǎn)品應(yīng)用場景豐富化還是AR產(chǎn)品市場產(chǎn)業(yè)生態(tài)的提升與資本的投入都將會轉(zhuǎn)化為近眼顯示設(shè)備市場規(guī)模擴(kuò)張的推動力，因此TrendForce預(yù)計2030年近眼顯示設(shè)備整體出貨量或達(dá)6280萬臺。
短期來看，VR/MR產(chǎn)品的市場與供應(yīng)鏈情況相較于AR產(chǎn)品都更為成熟，但長期來說AI與技術(shù)發(fā)展的助力都會使AR產(chǎn)品的使用場景豐富度優(yōu)勢凸顯，從而拉近二者的市場份額占比，TrendForce預(yù)估2030年AR近眼顯示設(shè)備總出貨量的占比為41%。
LCD/LCoS/LBS/LEDoS/OLEDoS大亂斗，近眼顯示主流技術(shù)優(yōu)劣如何？
近眼顯示本質(zhì)上是通過置于人眼非明視距離內(nèi)的顯示設(shè)備，向人眼渲染出光場信息，進(jìn)而在眼前重建虛擬場景。不難看出，近眼顯示設(shè)備包含兩個重要元素，其一個是微顯示器件，其二就是光學(xué)器件。
在光學(xué)器件方面，包括Vision Pro在內(nèi)的VR設(shè)備正在往輕薄化、微縮化方向發(fā)展，這也和光學(xué)顯示技術(shù)演變趨勢一致。從利用透鏡減薄演進(jìn)到縮短光路造就Pancake技術(shù)路線，雖然也帶來了“鬼影”和光效的折損問題但Pancake通過額外兩次的反射面拉長光路，能在兼顧視場角（FOV）的條件下降低40%的厚度，是追求厚度與FOV設(shè)計最佳化的理想方案，已成為VR/MR產(chǎn)品的新光學(xué)技術(shù)趨勢。
AR的光學(xué)架構(gòu)相對更復(fù)雜一些，目前市面上產(chǎn)品多采用Birdbath以及光波導(dǎo)方案。AR眼鏡想要在消費(fèi)級市場大規(guī)模起量，在重量方面不能和普通眼鏡相差太大，而光波導(dǎo)可以放在眼鏡的側(cè)面去把顯示內(nèi)容投射到人眼中，具有高透明度的同時又可以實(shí)現(xiàn)輕薄化，能夠更好地滿足用戶佩戴的體驗(yàn)感，因而光波導(dǎo)被視為AR光學(xué)技術(shù)的未來。
微顯示器為近眼顯示設(shè)備提供顯示內(nèi)容，其生成的圖像作為光學(xué)系統(tǒng)圖像的來源，同時微顯示器是影響XR眼鏡尺寸、功耗與亮度、對比度、分辨率等性能的關(guān)鍵組件。在微顯示技術(shù)方面，LCD/LCoS/LBS/LEDoS/OLEDoS同臺競技，各有千秋。
性價比方面的優(yōu)勢使得LCD技術(shù)應(yīng)用始終占據(jù)市場主導(dǎo)地位，但近眼顯示設(shè)備正在追求更高清顯示效果，LCD產(chǎn)品僅有1200PPI的顯示效果對比其他技術(shù)不具備競爭優(yōu)勢。但通過改良液晶材料能夠降低眩暈感，通過升級背板技術(shù)能夠?qū)⒎直媛侍嵘?500PPI，通過選擇合適的背光源有機(jī)會大幅提升光利用率并抑制VR/MR設(shè)備中的“鬼影”問題，這些都表明LCD技術(shù)未來仍有一定的優(yōu)化空間。
LCoS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括高分辨率、高對比度、高填充率和良好的電子移動率。由于 LCOS 面板上像素尺寸極小，LCOS 光機(jī)能夠提供非常高的分辨率，這在顯示高清圖像時尤為重要。同時，LCOS 技術(shù)的反射型結(jié)構(gòu)使其能夠?qū)崿F(xiàn)高對比度的顯示效果，特別是在暗場景下的表現(xiàn)更為突出。
但LCoS技術(shù)的制造工藝要求較高，良品率難以把控，這增加了生產(chǎn)成本和難度。此外，LCoS技術(shù)的液晶分子轉(zhuǎn)換速度相對較慢，雖然分辨率高且色彩艷麗，但拖影和模糊更容易出現(xiàn)，整體的觀看效果無法達(dá)到很好?。盡管如此，隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，LCoS技術(shù)正在逐步改善這些問題。
DLP技術(shù)可以搭配多種光波導(dǎo)方案，成熟度較高，顯示效果較好，由于DLP采用反射式投影技術(shù)，光能利用率高，能夠提供高亮度和高對比度的圖像。但DLP光機(jī)體積較大，出于體積和成本考慮，DLP光機(jī)多采用DMD芯片設(shè)計，色彩不夠鮮艷，還原度不如LCD光機(jī)。同時，DLP相關(guān)產(chǎn)品目前只能由TI獨(dú)家供貨，有專利壁壘，面臨供應(yīng)卡脖子風(fēng)險和成本問題。
LBS采用MEMS振鏡精確控制激光掃描路徑，僅消耗在實(shí)際顯示像素上需要的能量；同時，LBS無需額外背光源即可成像，可顯著減少功耗。但LBS采用的是激光光源，很難避免激光光斑的問題，還可能產(chǎn)生邊緣的畫面畸變或者顯示分辨率不高等問題。
LEDoS技術(shù)使用LED光源，具有高亮度特性，能夠抵抗環(huán)境光的干擾，適合在戶外或光線較強(qiáng)的環(huán)境中使用。同時，LEDoS技術(shù)通過將LED沉積在硅基板上，可以顯著減小光機(jī)的體積，適合AR設(shè)備對體積的要求?。其次，LED光源的功耗較低，適合長時間使用的AR設(shè)備。因此，LEDoS被視為AR設(shè)備的未來技術(shù)。
但LEDoS技術(shù)目前仍然面臨微縮化LED發(fā)光效率改善以及如何在極致的空間利用下做到全彩化的難題，LED微縮后除了自身的EQE挑戰(zhàn)外，亦面臨發(fā)光效率和光學(xué)串?dāng)_的挑戰(zhàn)，除了像素間須設(shè)計特殊材料擋光/吸光外，LED還須外加側(cè)邊反射鏡（Side Mirror）與微透鏡（Micro Lens），這些都提升制程復(fù)雜度，對成本與良率控制構(gòu)成挑戰(zhàn)。
OLEDoS采用CMOS工藝制備，利用頂發(fā)射OLED可以獲得更高的發(fā)光效率，并將OLEDoS產(chǎn)品分辨率的基礎(chǔ)規(guī)格提升到3000以上。傳統(tǒng)OLEDoS采用白光OLED+C/F的結(jié)構(gòu)，C/F一般制作在另一塊玻璃上，再往高PPI走時，大角度的出光可能會造成cross talk，進(jìn)而限制高PPI OLEDoS的發(fā)展。而將低溫C/F直接做在OLED主動層的封裝上，可以有效減少串?dāng)_并提升PPI，SONY將此技術(shù)稱之為OCCF，并基于此技術(shù)實(shí)現(xiàn)了4032PPI的OLEDoS微顯示產(chǎn)品，LGD和BOE也相繼推出了>4000PPI的產(chǎn)品。
從VR產(chǎn)品來看，LCD技術(shù)性價比更高，目前仍占主流地位，而OLEDoS技術(shù)在Sony與Apple合作下確立了在高端VR市場的地位，疊加國內(nèi)外廠商在OLEDoS領(lǐng)域的投資和布局不斷加速，未來將有更多搭載OLEDoS技術(shù)的VR產(chǎn)品推出。
盡管LCD技術(shù)在短期受到OLEDoS技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，但長期來看采用LCD技術(shù)的VR產(chǎn)品在中低端市場仍具備強(qiáng)勁的競爭力。TrendForce預(yù)估2030年采用LCD技術(shù)和OLEDoS技術(shù)的VR/MR設(shè)備出貨量將分別達(dá)到2360萬臺和870萬臺。
從AR產(chǎn)品來看，AR目前市場較為主流的仍是自由曲面或Birdbath搭配硅基OLED的技術(shù)路線，OLEDoS技術(shù)在分辨率發(fā)展迅速，但平衡亮度與色彩顯示上仍有一定局限性，且考慮到未來AR設(shè)備的光機(jī)體積與功耗需求，光波導(dǎo)搭配LEDoS技術(shù)或成為未來發(fā)展趨勢。
目前全彩LEDoS技術(shù)發(fā)展仍不成熟，短期的市場滲透率較低，但該技術(shù)在AR應(yīng)用場景的顯示優(yōu)勢使其獲得品牌廠商的支持，此外企業(yè)之間例如Porotech與鴻海的合作也可擴(kuò)大AR裝置的使用場景，這也是市場份額提升的主要手段，TrendForce預(yù)估2030年采用OLEDoS和LEDoS技術(shù)的AR設(shè)備出貨量分別可達(dá)638萬臺和1122萬臺。
文中數(shù)據(jù)及圖片出自TrendForce集邦咨詢《2024近眼顯示市場趨勢與技術(shù)分析》。（文：LEDinside Carl） |
