近期帶顯示屏的AI智能眼鏡以及輕量化AR眼鏡開始快速興起，廣泛應用於娛樂、觀影、翻譯、教育、培訓、醫療保健等眾多領域。其中，近眼顯示屏攸關圖像質量和用戶體驗，占近眼顯示終端（本文統稱為XR終端）總成本的很大一部分，成為XR產品核心器件之一。目前主流廠商的近眼顯示屏的選擇主要包括LCoS、Micro OLED和Micro LED三種，LCoS因為背光原因，無法做到全暗，而且功耗比較大，業界均認為不會是未來主流的技術路徑，故本文只討論Micro OLED和Micro LED。

一、關於AI、AR、MR眼鏡中的入眼亮度及光學方案
1、背景介紹：一個40W日光燈亮度約為 5000 尼特，人眼對進入眼睛的光線亮度（入眼亮度）非常敏感。通常人眼對於超出1800尼特入眼亮度的光源會產生疲勞感，超出3000尼特亮度入眼亮度的光源會產生不適感。對於AI+AR眼鏡、MR終端而言，在絕大部分環境下，入眼亮度的需求為60尼特到1200尼特。

圖一 人眼針對電子產品在不同環境下的顯示亮度需求

如果沒有遮擋和損耗，光源的亮度就等於入眼亮度。光源和眼睛之間如果有遮擋，比方說光學器件，入眼亮度等於光學器件的光效（假設沒有其他損耗）X光源亮度。人眼在昏暗的環境下，數十尼特入眼亮度就可以看清楚畫面；在室內使用電腦和手機時，一般入眼亮度是350尼特左右；在戶外使用時，受環境光的影響，看清楚顯示屏畫面所需要的入眼亮度一般在1200尼特左右。

2、XR終端的入眼亮度 = 微顯示屏亮度X 光學器件光效

無論是Micro OLED屏還是Micro LED屏，其發出的光線都需要經過光學器件的折射、反射、聚合、傳導才最終進入人眼，這其中就涉及到光路的光效了。假如不考慮吸收等其他能量損失，XR眼鏡的入眼亮度 = 微顯示屏亮度X 光學器件光效。

3、XR終端中常見的光學方案及其光效

對於AI+XR終端產品而言，首先要考慮的就是顯示屏經過光學器件之後的入眼亮度，其他關鍵要素包括總體重量、體積和成本。

目前主流MR、VR的光學方案是Pancake，光效在10%以上；AR一般選擇Birdbath光學方案，光效在15%以上；AI或者AI+AR眼鏡一般選擇陣列或者衍射光波導方案。SRG工藝的衍射光波導的光效目前約0.3%左右，少數頭部企業近期將這一指標提升到了1.5%~2%。陣列光波導已經實現6%-10%的光效。業界一般認為陣列光波導制造工藝覆雜，量產成本相對比較高。衍射光波導結構輕薄，非常適合輕量化、便攜性的消費級產品，但目前光效還很低。

Bird Bath及Pancake光學方案成本只有數十元左右的，光學器件的重量一般在每路可控制在8~13克左右，但是整體體積比較大。光波導光學器件的重量很輕，其中鏡片表層上微納米結構的光柵薄膜，幾乎可以忽略其重量與體積，加上光機、耦合器也只有數克重，整體體積非常小。目前不同材料、工藝實現的光波導方案還在快速發展中，現有陣列光波導片的售價在數百元，SRG工藝的衍射光波導片的售價超過上千元。

4、AI及XR終端中光學方案對近眼顯示屏的亮度需求

假設AI及XR終端在室內使用的入眼亮度為300尼特，室外使用的入眼亮度為1200尼特：

對於采用Pancake方案的MR或者VR終端，近眼顯示屏的亮度要求為3000-8000尼特。

對於采用Birdbath方案的AR眼鏡，近眼顯示屏的亮度要求在1萬尼特以上。

對於采用6%光效的陣列光波導方案的AI眼鏡，近眼顯示屏的亮度一般要求在2萬尼特以上。

對於采用光效只有0.1%的衍射光波導方案的AI眼鏡，近眼顯示屏的亮度需要達到1百萬尼特。很顯然，在這種情況下，只有Micro LED才能滿足亮度要求。但是，一旦衍射光波導的光效同樣達到6%，那麽可選擇的光源範圍就會大多了。

圖二 Pancake、Birdbath和光波導的比較

二、Micro LED的深度解析
1. 技術成熟度（Technology Readiness）

全彩Micro LED顯示方案主要包括：合光、三色垂直堆疊、量子點色轉換和單片直接外延。如果技術的成熟度按照1~9來劃分，分為實驗室（1~3）、中試（4~6）和量產（7~9）三個階段，那麽量子點色轉換和單片直接外延還在實驗室階段。合光方案（通過光學棱鏡將 RGB 三色 MicroLED 合成全彩顯示）目前最成熟，處於6-7之間，但波長的一致性、光路控制等難題仍未解決。投資界最看好的是RGB 三色垂直堆疊方案，面臨藍光泄露、生產良率、波長一致性、工藝設備等多維度技術難題。還處在從實驗室到中試的3-4階段。

2. 產品性價比分析

Micro LED的規模化生產的覆雜工藝、設備投入巨大、良率低導致產品成本難以適用消費電子的需求。依據不同工藝路徑和采用的材料，全彩Micro LED批量售價從2000元到數萬元。目前三色合光的全彩0.13英寸、480P分辨率的 Micro LED 屏，1K采購量售價超過2000元（即使單綠色售價也超過500元）。

3. 成熟商業化時間（TimetoMarket）

盡管有一系列優點，但要實現AI+AR領域高像素密度、高分辨率Micro LED消費電子級別的規模化應用（售價在200元以內），需要突破襯底制備、芯片結構、鍵合工藝與全彩顯示四大技術難點，重構從材料、工藝、設備到器件結構的整個LED產業生態，這一過程有可能耗時長達7-10年。據了解，蘋果基於這一原因在2024年4月裁撤了整個Micro LED團隊。

4. 與光學器件的適配

Micro LED數十萬、上百萬尼特的亮度特性，在AI+AR產品中只適合適配光波導光學方案。

5. 行業格局

目前推出全彩Micro LED產品並實現規模化銷售的公司只有上海顯耀顯示科技有限公司(JBD)等個別公司，發布產品並實現客戶送樣的有鐳昱等少數公司。

三星、京東方等巨頭並未推出任何針對AI+AR的Micro LED產品。事實上，在這一賽道，全球主要巨頭下注的技術路徑都是Micro OLED，它們選擇將Micro LED應用到電視等容易實現並對價格沒有那麽敏感的非消費電子場景。

三、Micro OLED的深度解析
1. 技術成熟度（Technology Readiness）

Micro OLED正快速從上一代白光加彩膜WOLED間接發光工藝過渡到采用半導體光刻的新一代直接發光工藝。

WOLED（白光+彩膜）間接發光工藝，早已實現量產和規模化銷售，技術成熟度在8-9之間。WOLED是R、G、B垂直堆疊合成白光，然後再經過彩膜折射出R、G、B。這一過程的光效損失大，限制了發光亮度。為提升亮度，需要采用Tandem架構，即多層堆疊，大幅增加了工藝的層數，工藝層數的增加又必然導致良率下降，從而導致成本大幅上升。

半導體光刻工藝的Micro OLED(簡稱光刻Micro OLED)在陽極成膜之後，先直接在基板上整體沈積有機材料層R或G或B，通過光刻精準實現圖案化蝕刻，去除不需要的部分。此後將該過程再重覆兩次實現三原色的全彩圖形化，開口率從WOLED的30%提升到大於70%以上。光刻Micro OLED工藝可實現像素密度超過10000PPI, 亮度超過10000尼特, 元件壽命達到傳統白光加彩膜的三倍以上。更重要的是，光刻MicroOLED工藝的工序比WOLED減少了50%，故良率大幅提升。在10000尼特亮度以上時，以0.5"的光刻Micro OLED屏為例，良率可達80%。

日本顯示在2022年5月發布了基於光刻工藝的Micro OLED產品，三星等多家公司跟進。光刻Micro OLED的量產，從材料到設備全產業鏈工藝成熟，沒有任何瓶頸，其技術成熟度在7-8之間。

2. 產品性價比分析

索尼WOLED全彩屏亮度普遍為5000尼特。據媒體報道，索尼只有用於MR場景、1.3英寸WOLED屏售價高達350美金，其他用於AR產品的0.23~0.68英寸的屏售價在數十美金左右，相比全彩Micro LED屏售價動輒數百乃至數千美金更符合消費電子產品的市場需求。

光刻OLED屏的性價比優勢進一步加強：在提升亮度的同時，通過提升良率大幅度降低了成本。對於AR采用的0.5"和0.7"的2K光刻OLED屏，預計市場售價和相同尺寸的WOLED一致，但是，亮度提升數倍。對於MR所需的大於1英寸以上的屏，預計售價便宜50%以上。

AI眼鏡一般采用0.15"~0.23"之間的微顯示屏。0.15" 720P、到0.22"1080P的光刻Micro OLED屏的成本約在5美金~10美金之間，亮度可達20000 甚至 25000尼特。以上尺寸全彩的光刻Micro OLED售價預計在30美金以內，不到相同尺寸全彩Micro LED售價的10%。

3. 成熟商業化時間（TimetoMarket）

根據媒體報道，三星的光刻Micro OLED預計在2026年上半年實現大規模量產，包括蘋果在內的多家行業頭部廠商和三星達成合作，將在AI+AR及MR產品中采用光刻Micro OLED。國內奧視技術有限公司正在建設光刻Micro OLED的產線，預計2026年投產。三星、日本SEL 在2024年就發布了1.5萬尼特、基於半導體光刻工藝的全彩Micro OLED屏，行業媒體報道6萬尼特亮度的樣片已經面世，單（綠）色Micro OLED可以實現10萬尼特以上的亮度。

4. 與光學器件的適配

從應用上看，Micro OLED可以適配Bird Bath、自由曲面、Pancake、陣列光波導、衍射光波導在內的所有光學方案。針對現有衍射光波導的光效水平，Micro OLED的亮度還有待提高。

5. 行業格局

采用白光加彩膜工藝生產第一代Micro OLED的公司包括日本索尼、合肥視涯和京東方等。

采用半導體光刻工藝生產第二代Micro OLED的公司包括日本JDI (稱之為eLeap)、三星（稱之為Real RGB）、廣州奧視（稱之為POLED）、維信諾（稱之為ViP）等。

四、Micro OLED與Micro LED在AI及XR終端的商業化現狀
Meta在2024年9月發布過一款帶全彩雙目Micro LED屏的原型機Orin，成本高達1萬美金。Meta最終帶屏幕的AI眼鏡產品放棄了Micro LED，改采用全彩LCoS(亮度超過1萬尼特)+陣列光波導方案，預計售價為799美金。

一般而言，480P分辨率的顯示屏主要用於信息提示類的AI眼鏡。國內多家企業推出了帶480P LED顯示屏的AI眼鏡。其中單綠色、單LED屏+光波導方案的AI眼鏡售價超過3200元，單顯示屏對部分用戶容易引起暈眩。全彩Micro LED屏+衍射光波導的方案售價昂貴，單目全彩整機售價在9000元以上，雙目全彩售價在13000元以上。

帶攝像頭的AI眼鏡對顯示屏的要求是至少全彩720P以上的分辨率，目前包括谷東科技在內的多家企業開始推出采用Micro OLED+陣列光波導方案的AI眼鏡。

用於辦公用途的AI+AR眼鏡要求顯示屏分辨率在1080P以上，觀影類的AR眼鏡要求顯示屏分辨率在2K以上，MR、VR要求顯示屏達到4K分辨率。Micro OLED適配多種光學器件已經成為這些AR、MR、VR眼鏡中的主流顯示方案。

五、結論
在新一代Micro OLED和衍射光波導工藝沒有實現量產前，采用LCoS加陣列光波導方案的消費類AI眼鏡具有明顯的性價比優勢。隨著材料和工藝的改進，不同技術路徑的衍射光波導光學方案正在快速取得突破。一旦衍射光波導的光效達到4%（業界預計這一目標在2027年達成），並實現大規模量產，具有亮度和成本優勢的新一代光刻Micro OLED將和具有結構優勢的衍射光波導一起成為AI+AR應用中主流的顯示和光學方案。

媒體一直有Micro LED是AI+AR眼鏡終極解決方案的宣傳，其邏輯成立的前提是光波導光效不會取得大的進步。事實上，沒有任何技術會成為終極解決方案，因為技術和市場本身在不斷變化。Micro LED的數十萬乃至數百萬尼特超高亮度、超長壽命的優點對於消費電子來說並無必要。Micro LED未來主要的應用領域應該是大尺寸屏，以及戶外、投影、工業等需要高亮度、長壽命、環境嚴苛的場景。

基於光刻技術的Micro OLED亮度和壽命完全滿足應用需求，也不存在燒屏等問題，尺寸可以實現0.1x英寸，其他技術指標（如功耗、響應速度等）與Micro LED相當，色彩表現等甚至更有優勢。Micro OLED的性價比優勢,使其完全可能重覆手機OLED屏的發展態勢，最終占據可穿戴消費電子產品顯示屏的主流市場。

圖三 Micro LED和第二代半導體光刻技術Micro OLED的對比總結

來源：奧視

TrendForce 2024 近眼顯示市場趨勢與技術分析
出刊日期: 2024年07月31日
語系: 中文 / 英文
格式: PDF
頁數:139