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蘋果推出期盼已久的MR 設備「Vision Pro」，讓大家對於AR 設備的想像和應用更清晰，從官方照看，Vision Pro 外型雖不像VR 設備笨重，但距離理想中的AR 眼鏡仍有一段路。
蘋果Vision Pro 採用Micro OLED 技術，透過外側螢幕能顯示出表情狀況，業界也期待隨著AR 技術繼續發展，能從Micro OLED 過渡到同樣身為次世代顯示技術的Micro LED，使AR 設備實現輕薄化、眼鏡化。
自2021 年到現在，全世界已有超過10 個品牌廠商推出Micro LED 穿透式AR 智慧眼鏡概念機。Trendforce 預估，至2026 年Micro LED 穿透式AR 智慧眼鏡晶片產值約為3,830 萬美元，2023~2026 年Micro LED 晶片的年複合成長率約704%。
▲ 2021-2026 Micro LED AR 眼鏡晶片產值。（Source：Trendforce）
但Micro LED 在AR 技術的優勢到底在哪？為何蘋果選擇先使用Micro OLED？還有其他能應用在AR 領域的顯示技術嗎？就讓《科技新報》帶你一次了解。
AR 設備也分理想和現實
雖然許多AR 設備都有擴增實境（AR）功能，但如同蘋果Vision Pro 一樣，最終外貌並非庫克理想中的樣子。了解開發過程的知情人士透露，這款產品其實遠遠偏離庫克最初設想，蘋果當初想設計不顯眼且能每天配戴的設備，但現在變成類似滑雪鏡，且需要單獨的電池組。
事實上，從目前技術來看，要實現真正理想中的AR 產品，可能時日過早。目前AR 功能產品嚴格來說大都採用影像透視（Video See-Through，VST）技術，即相機捕捉真實世界場景，再透過運算、電腦圖像技術結合，呈現於不透明顯示器上。
理想上是光學透視（Optical See-Through，OST）技術，用戶透過眼前的半透明光學合成器看到真實世界，搭配投影投射到用戶眼睛，結合真實世界和虛擬世界。
研調機構TrendForce 透露，理想中的穿透式智慧眼鏡必須符合三大條件：首先，為了盡可能減輕眼鏡的穿戴負擔，顯示光引擎（又稱「光機」，Light Engine）尺寸大小約在1吋以下；其次是內容辨識度要求方面，顯示器亮度規格至少要達到4,000 nits 以上，確保不受天氣或場地等外在環境影響；最後是解析度至少須達3,000 PPI 以上，讓投影放大畫面清晰。
業界人士表示，穿透式AR 眼鏡主要場景可能是戶外與行進中，必須考量一般戶外天氣甚至晴天的亮度，加上目前光波導（Waveguide）鏡片效率很低，約介於0.1-1%，光損失非常大，所以需要很強的光來通過光波導鏡片，才能顯示在顯示器上。一般來說，AR 顯示器亮度必須超過100 萬、甚至1,000 萬nits 才行。
▲ 不同環境下的亮度需求。（Source：科技新報製圖）
發展AR 眼鏡，哪一個顯示技術較具優勢？
AR 眼鏡的主流顯示技術可分為被動式微顯示技術、主動式微顯示技術及掃描顯示技術。
被動式微顯示技術包括 LCD、LCOS（Liquid Crystal on Silicon，矽基液晶）和 DLP（Digital Light Processing）技術（表格左 3 項），須以 RGB LED 或 RGB雷射做為光源，目前技術較成熟，缺點是光引擎尺寸（Light Engine Size）較其他技術大。
▲ 各種顯示技術優劣比較。（Source：Trendforce）
主動式微顯示技術包括 Micro OLED 和 Micro LED（表格右 2 項），Micro OLED 擁有自發光等特性，但易受限於亮度問題；Micro LED 在對比度、壽命、省電等規格表現上優於 Micro OLED，但因為 RGB 整合難度大，應用在 AR 眼鏡仍有許多挑戰。
掃描顯示技術（Laser Beam Scanning，LBS）使用 RGB 雷射做為光源，搭配 MEMS 進行掃描成像，但可能導致散斑現象。
介紹完所有主流顯示技術後，我們接著會以 Micro OLED、Micro LED、LCOS和 LBS 這四種技術進行優劣分析：
1. Micro OLED：適合發展 VR/MR 設備，亮度是硬傷
蘋果 Vision Pro 採用 Micro OLED 技術，但因有機材料發光特性，亮度表現上仍輸給 Micro LED、LBS、LCOS 和 DLP（Digital Light Processing）。
即使 Micro OLED 廠商持續提升亮度，如透過不同光層來發光、調整 Pattern、採用磷光材料等方式，但調高亮度的同時仍使有機材料壽命減少，可說是天生硬傷。而在亮度表現上，則以 LBS、Micro LED 表現最好。
Micro OLED 技術仍以 SONY 為主要供應商，由於投入時間較長，更具技術優勢，但據最新消息，韓廠 LGD（LG Display）已加入蘋果 Vision Pro Micro OLED 供應鏈，打破 SONY 獨供局面，這有助增加蘋果 Vision Pro 產量、使成本下滑。
2. Micro LED：AR 應用最具競爭優勢，但技術仍有一段路需克服
不管是 PPI、亮度、對比度、光引擎尺寸，Micro LED 皆拿下五顆星，但技術成熟度是一大問題。Micro LED AR 眼鏡因全彩化技術瓶頸，目前仍以單色顯示為主，主要是資訊提示、導航、翻譯以及提詞器等基本的顯示資訊功能。
此外，高解析度勢必需要進行晶片微縮，Micro LED 尺寸需要縮小至 5um，這時磊晶製程會因波長均勻性問題而影響良率，同時也會出現紅光晶片的外部量子效率（EQE）問題。但中長期來看，Micro LED 仍是絕佳選擇。
3. LCOS：技術成熟但高功耗、低對比度限制發展
LCOS 是 AR 終端常用的顯示技術，成本低、色域廣，由於是反射式技術，光利用率可提高至 40%，即產生較高的亮度，並隨著半導體製程的微細化，逐步提高解析度；缺點是對比度低，且通常必須搭配「偏振分光器」（Polarizing Beam Splitter，PBS），限制了整體光引擎的小型化過程。
4. LBS：光引擎尺寸微縮媲美 Micro LED，但技術一樣未成熟
LBS 技術原理是以 RGB 雷射做為光源，經由光學元件校準以及合束後搭配搭配 MEMS 進行掃描成像，耦合進入光波導。光波導如同一般眼鏡的鏡片，影像會在光波導裡面傳遞，然後最終投射進使用者的眼睛。
LBS 優勢包括亮度高、低功耗、色純度高、高對比等，但雷射可能導致光斑（Speckle）現象。目前歐司朗（Ams OSRAM）開發一款適用於 LBS 技術的 RGB 整合式雷射搭配MEMS方案，可將整個光引擎體積縮小到1cc 以下，有助於消費類 AR 眼鏡開發。
根據歐司朗系統方案工程經理的說法，基於 ams OSRAM 的三合一 RGB 雷射（VEGALAS RGB）設計的光引擎可將尺寸進一步縮小至 0.7cc。值得注意的是，由於這顆雷射尚未整合光束整形光學，所以光束校準和合束需要在封裝外實現。
AR 眼鏡技術關鍵瓶頸：光引擎尺寸
JBD 營運長徐慧文曾說過，要實現 AR 眼鏡輕量化，最關鍵的是光引擎尺寸，「光引擎尺寸達 1cc，才能使眼鏡變成接近正常眼鏡的型態」，而光引擎尺寸必須小於 1 cc，也成為業界共識。全彩光引擎若能達到小於 1 cc 這個目標，目前只有 LBS、Micro OLED 與 Micro LED 這三種技術有機會達成。
其中，Micro LED 在畫素尺寸、發光效率、亮度等特性，都比 Micro OLED 還好，規格看是最適合 AR 眼鏡的應用，也是光引擎的首選；但現狀只能是單一綠光顏色，Micro OLED 則可以到全彩，在 AR/VR 設備中較占優勢。
▲ Micro OLED、Micro LED 光引擎比較。（Source：Trendforce）
TrendForce 表示，目前 Micro LED 光引擎技術尚未成熟，紅光的外部量子效率過低，全彩化微型顯示器的問題相繼產生，加上微型顯示器尺寸太小時，造成視場角（FOV）過小影響觀看視野，若以光波導的光學設計方式，入射光須提供更高亮度才能滿足戶外使用規格，而穿透式智慧眼鏡需長時間的穿戴，因此電池的使用壽命及大小，直接影響產品外觀設計，另外如何結合感測器將影像資料傳輸及處理也是一大問題。
本文與 Micro LEDforum 2023 合作
由TrendForce集邦科技主辦的Micro LEDforum 2023將於9月5日登場，今年邀請晶成、友達、Nitride Semiconductor、Coherent、Mojo Vision、Lumus、Porotech與Inziv等公司，以Micro LED顯示為核心，圍繞在空間運算趨勢、技術進化與應用革新三大面向展開深入討論。
