2024年AR光学部件产业链专题报告

AR 使用 OST 叠加虚拟与现实，有望成为头显终局

AR 与 VR/MR 均为实现虚拟与现实结合的设备载体，AR 将数据直接叠加于现实世界，交 互及融合感更自然。虚拟现实（VR）是通过计算机仿真系统将用户带入生成的虚拟世界中， 为用户提供多信息、三维动态、交互式的仿真体验，应用场景包括还原 3D 犯罪现场、推动 新闻现实化、提供在线虚拟教育内容等。增强现实（AR）则是基于传感器和机器学习技术， 将文字、图像、视频及 3D 模型等数据叠加在现实世界上，实现虚拟与现实的结合，对用户 的切实价值主要体现在移动场景。目前，以搭载立体透镜的高端 AR 头显为代表的专用设备 已在医疗、重工业和物流等行业发挥重要价值，后续有望进入更多消费场景。

AR 与 VR/MR 本质区别在于透视方案不同，AR 采取光学透视（OST），VR 透视方案则为 视频透视（VST），当前 VST 方案更加成熟，但 OST 视觉效果更佳。光学透视的显示方案 是通过特殊的透镜设计将数字画面投射到用户眼前半透明的光学合成器，从而将真实世界 与虚拟世界结合；而视频透视是通过相机捕捉实时画面，与计算机生成的虚拟画面结合后 呈现在不透明的显示器上。相比 VST，OST 的亮度由方案透过率及外界光线决定，且用户 能直接看见外部世界，其在亮度、分辨率、延迟、焦场等方面更具有优势，还可防止辐辏 冲突和眩晕。而 VST 在遮挡、FOV、延迟、配准信息、亮度匹配控制等方面优于 OST。虽 然 OST 具有轻薄省电的特点，但是可真正导入 OST 方案的厂商较少，主要受限于光学透 视的光路设计复杂、量产难度高、光学零部件造价较高等原因。

各厂商加紧研发 AR 产品，产业链各环节快速发展

多家企业战略布局 AR，国内行业竞争格局初显。AR 产业链主要包括上游核心器件供应， AR 终端眼镜品牌与下游应用。目前，AR 已经吸引了多家包括苹果、Meta、微软、华为在 内的产业巨头进行战略布局。苹果在 2018 年收购 Akonia 全息技术公司，以开发可穿戴“全 息眼镜”式的光学设备；Meta 也在 2022 年收购光学初创公司 Gary Sharp Innovations 以 为 AR 和 VR 开发更好的视觉效果。除了巨头积极布局外，不少初创公司也纷纷崭露头角。 Xreal 于 2017 年成立，其向中国市场正式推出了两款 AR 眼镜，包括全功能眼镜 Nreal X 与主打轻巧时尚的 Nreal Air。2022 年 3 月，Xreal 完成 6000 万美元融资，目前已与 10 多 家全球知名运营商建立合作伙伴关系。根据 IDC 数据，2023 年国内 AR 出货量最高的厂商 为 Xreal，占国内 AR 市场的 31.6%，其次为雷鸟创新、Rokid、Inmo、华为。

AR 设备种类繁多，国内企业多布局整机设计、代工组装及结构件。在加速 AR 产业布局的 过程中，国内以大型企业（小米、联想、华为等）与初创公司（Xreal、雷鸟创新等）为主， 在整机设计、代工组装、其他结构件的布局较多，而海外企业在显示、芯片等高价值环节 具有更高竞争力。目前生产的 AR 设备主要包含六种，分别为双目式、单目式、插入式、隐 形眼镜式、静态全息显示器和车载 AR，覆盖导航、医疗、游戏、车辆驾驶等诸多应用场景。

雷鸟创新表现突出，雷鸟 X2 搭载 Micro LED+衍射光波导全彩双目异显方案业内领先。雷 鸟创新（Rayneo）是一家于 2021 年成立的初创公司，致力于打造全球顶级消费级 AR 生 态。根据易观分析《中国消费级 AR 行业分析 2023》，雷鸟创新在 2022 年第四季度以 31.8% 的市场份额超过 Xreal 成为国内首位。其产品雷鸟 Air 于 2022 年斩获京东热销商品榜与新 品交易榜第一。2023 年 10 月 13 日，雷鸟正式发布双目全彩波导一体式真 AR 眼镜雷鸟 X2，该产品采用 Micro LED+衍射光波导全彩双目异显方案，搭载高通骁龙 XR2 专业算力 芯片平台，配备 1600 万像素高清摄像头，重量为 119g。雷鸟 X2 具有贴面翻译功能，让翻 译字幕追随人脸紧随脸侧显示，用户无需低头查看翻译或手机。除此之外，该产品还有空 间导航与拟真陪伴的功能，并首发合作微信小程序生态。

AR 头显未来有望成为头显设备终局，市场空间广阔

2023Q4 中国 AR 销量首次超过 VR，且在融资领域更加活跃。根据 WellsennXR，2023 年 全球 VR 销量为 753 万台，同比下降 24%；2023 全球 AR 销量为 51 万台，同比增长 38%， 主要增长来源为观影类 AR 眼镜。AR 头显每年保持快速增长，但较 VR 头显销量基数仍较 低。中国市场方面，根据 IDC 数据，2023 年中国 VR/AR 出货量达到 72.5 万台，同比 2022 年下滑 39.8%。其中 AR 出货量 26.2 万台，占中国 AR/VR 市场的 36.1%，同比上涨 154.4%， 创历史新高，且在 2023 年第四季度国内出货量首次超过 VR。且相比 VR 而言，AR 融资领 域的活跃程度更高。根据 VRAR 星球官网，2023 全球十大融资实践中，AR 领域有六家， 而 VR 领域仅有两家，无论是在融资金额还是融资次数方面，AR 均多于 VR。

AR 有望凭借价格优势+内容及体感提升+巨头不断入局推动成为头显设备终局。1）售价方 面，当前的 AR 头显主要面向企业市场，售价高但销量低，但随着技术运用逐渐成熟，价格 相对较低的消费级头显涌入市场，AR 市场很可能呈现较快增长。然而，VR 的价格整体上 呈上升趋势，截至 2023 年第三季度，国内 VR 产品平均售价上升至 3591 元，位于 2000-4000 元的设备占据六成。2）内容缺失问题是影响用户使用 VR 的主要因素，从应用来看，具有 强移动性的特点以及生态圈的逐步完善也将为 AR 带来更加广阔的消费市场。3）科技巨头 不断布局，根据苹果专利，苹果设计了大量贴近普通 AR 眼镜的外观和硬件技术方案，且库 克在 WWDC2023 发布会上反复强调增强现实（AR）是项意义深远的技术。苹果等巨头入 局有望快速提升由光波导技术、轻量光机引擎技术、以及微显示屏技术共同构成的轻量 AR 眼镜硬件显示技术，助推 AR 发展。

AR 核心为光学方案+微显示屏，光波导+ Micro LED 有望为主流

微显示屏、光学方案、传感器、芯片等是 AR 眼镜关键零部件，其中微显示屏与光学方案 是当前市场各 AR 产品主要差距。一款 AR 眼镜主要由摄像头（传感器）、光学模组（微显 示屏、光学方案）、CPU 处理中心（芯片、感知交互等）、架托等部分构成，其中，微显示 屏、光学方案、传感器、芯片是核心部件。AR 微显示屏+光学方案有多种技术路径，是当 前市场 AR 头显设备产品的主要区别与差距，根据艾瑞咨询《2023 年中国增强现实（AR） 行业研究报告》（2023），光学显示单元（微显示屏+光学方案）约占整机成本 43%。光学 显示单元中光学方案主要包括棱镜方案、Birdbath、自由曲面，全息投影，光波导方案；微 显示屏主流包括 LCD、LCOS、DLP、Micro OLED， Micro LED 等。目前光波导+Micro LED 方案综合效果最好因此有望成为主流，后续制作工艺、良率等仍有待进步。

AR 眼镜光学方案不断演进下光波导成当前主流，微纳加工为核心工艺

AR 眼镜光学方案可分为五类，光波导方案优势明显为当前主流

AR 与 VR 近眼显示的光学方案不同，AR 需更复杂的光学方案叠加虚拟与现实。AR 与 VR 的近眼显示系统都是将显示器上的像素，通过一系列光学成像元件形成远处的虚像并投射 到人眼中。不同之处在于，AR 眼镜需要透视(see-through)，既要看到真实的外部世界，也 要看到虚拟信息，所以成像系统不能挡在视线前方，需要多加一个或一组光学组合器 (opticalcombiner)，通过“层叠”的形式，将虚拟信息和真实场景融为一体，互相补充“增 强”。光学方案是 AR 眼镜的核心技术，目前 AR 眼镜的光学方案主要分为棱镜方案、Birdbath 方案、自由曲面方案、离轴全息透镜方案和光波导方案。衡量方案优劣的指标主要包括产 品厚度与重量、透光率、眼动范围、视场角、色差与图形畸变情况等。其中，视场角（FOV） 的大小决定了光学仪器的视野范围。

棱镜方案作为初始尝试技术成熟且成本低廉，但视场角、图像呈现效果、重量等无法达到 要求。棱镜方案的光学显示系统主要由微型投影仪和反射棱镜组成，微型投影仪负责将图 像投影出来，通过棱镜将图像直接反映到人眼的视网膜中，与现实画面叠加后即可形成虚 实结合的效果。虽然该方案技术成熟且量产成本低，但是为了保证显示内容足够清晰，该 方案通常采用包裹式，导致产品较厚，视场角小。棱镜方案以最早的 GoogleGlass 为代表， 由于系统处于人眼右上方，人必须将眼睛聚焦在右上方才可看到图像信息，且该系统存在 视场角和体积之间的天然矛盾。GoogleGlass 的视场角只有 15°左右，但棱镜厚度有 10mm， 由于亮度不足、图形畸变等问题被公司撤回。

Birdbath 方案结构简单视场角有所改善，但仍需优化佩戴体验感。Birdbath 方案原理为将 来自显示源的光线投射至 45 度的分光镜上，分光镜具有反射和透射值（R/T），允许光线以 R 的百分比进行部分反射，其余部分以 T 值传输。同时具有 R/T 允许用户同时看到现实世 界的物理对象以及由显示器生成的数字影像。从分光镜反射回来的光线会弹射到通常为凹 面镜的合成器上，由此重新导向眼睛。Birdbath 方案的优势为结构简单、视场角较大、光 效好，且量产技术已经成熟，但是却比普通眼镜更加厚重，透过率低，也面临图形畸变的 问题。在该方案供应商中，惠牛科技提供了包括 CA50（CA50S70）、CA40(CA40S39）在 内的多个使用 Birdbath 方案的光学模组，其模组重量被控制在 5g 至 9g，画面畸变也控制 在了 0.6%至 1.0%的水平，从 2020 年开始研发的 CA43 新品是国内首个支持近视屈光可调 的 AR 光学显示模组。CA43 在 Rokid 推出 RokidAir 产品时被采用，眼镜重量仅 83 克，视 场角达 43 度，相比于棱镜方案有明显改善。

自由曲面方案成像质量高，产品高度和重量需要优化。自由曲面是一种有别于球面或者非 球面的复杂非常规面形，即用来描述镜头表面面形的数学表达式相对比较复杂，往往不具 有旋转对称性。该方案原理为光线由显示器发出直接射至合成器（即凹面镜）内，并且反 射回用户眼内。显示源的理想位置居中并与镜面平行。采用自由曲面方案的 AR 眼镜在成像 质量与色彩饱和方面比其他光学方案更具优势，但是依然面临产品厚重、图像畸变的问题。 在国内，自由曲面方案已经得到广泛应用，其代表公司为耐德佳。耐德佳在其消费级 AR 眼 镜 AR knovvA1 中推出并采用了自由曲面钻石 Pro AR 光学解决方案，在压缩光机体积的同 时扩大了镜片的面积，使得 AR 眼镜在外观上接近普通眼镜。自由曲面钻石 Pro 还具有高 能利用率，使用该方案的 AR 眼镜相比采用 Birdbath 的产品来说功耗更低。

全息透镜方案降低加工难度，但成像效果不理想。全息透镜方案利用了全息透镜的特性， 该方案原理为将一个全息准直透镜（Hd）和一个简单的线性光栅（Hg）记录在同一个全息 干板上，全息准直透镜将显示源射出的光束准直为平面波，并衍射进基底以进行全内反射 传输，同时线光栅将光束衍射输出进入人眼。这种方式降低了全息透镜本身的色散，产品 的视场角大，体积小。但是由于眼动范围小，而且有复杂的相差与严重的色散，全息透镜 的成像效果并不理想。North 曾推出了一款 AR 眼镜产品 North Focals，外形除镜腿比普通 眼镜粗以外，其他部位与普通眼镜十分相近。从产品功能来看，North Focals 提供了一块像 素为 300*300 的 15 度可视区域，承担手机上部分的显示功能,目前仅在加拿大销售。

光波导方案在多方面具有优势，当前为 AR 眼镜主流光学方案。基于波导技术的 AR 眼镜， 一般由光机、波导和耦合器三部分组成。光机内的微型显示器发出的光线通过透镜组被耦 合器件耦入光波导镜片中，在波导内以全反射的形式向前传播，到达出耦合器件时被耦合 出光波导后进入人眼成像。由于使用波导折叠了光路，使得产品整体体积较小，符合轻量 化的发展趋势，加上光波导方案相比其他光学方案在成像清晰度、可视角度等方面均具有 优势，光波导方案有望成为 AR 眼镜的主流光学显示方案。光波导方案在总体上可分为几何 波导方案和衍射光波导方案两种。近年主流的日常消费级一体式 AR 眼镜大多采用衍射表面 浮雕光栅波导和几何阵列光波导这两种光学方案。

几何波导方案包括锯齿结构波导和偏振阵列光波导，仍使用传统光学器件有一维扩瞳效果。 几何光波导概念最先由以色列公司 Lumus 提出并一直致力于优化迭代，其基本原理为耦入 区域用于将微投影光机的光束耦入到波导片中，使得光束满足在波导片中全反射传播的条 件，耦出区域用于将全反射传播的光束耦出波导片并传到人眼。主流的偏振阵列波导是通 过利用多个等间距平行放置且有一定分光比的半透半反膜层来实现图像的输出和出瞳扩展， 从而具有轻薄、较大的视场和眼动范围且色彩均匀的优势，而锯齿结构波导则是在在眼睛 前方的位置利用锯齿状的有一定反射率的反射面，将光反射耦出到人眼。传统光学成像系 统中，图像通常只有一个“出口”，叫做出瞳。阵列光波导运用一维扩瞳技术(1DEPE)，其 “半透半反”镜面阵列相当于将出瞳沿水平方向复制了多份，每一个出瞳都输出相同的图 像，这样眼睛在横向移动时都能看到图像。

几何光波导图像质量可达到较高水准，但制作工艺流程繁杂良率较低。几何光波导运用传 统几何光学设计理念和制造流程，并未涉及微纳米级结构，其图像质量包括颜色和对比度 可以达到很高的水准，但制造工艺流程比较繁冗。主要体现在“半透半反”镜面阵列的镀 膜工艺。由于光在传播过程中逐渐损耗，阵列中多个镜面都需要不同的反射透射比(R/T)， 以保证整个动眼框范围内出光量均匀。并且由于几何波导传播的光通常是偏振的，导致每 个镜面的镀膜层数可能达到几十层。另外，这些镜面在镀膜后需层叠在一起并用特殊的胶 水粘合，然后按照一个角度切割出波导的形状，过程中镜面之间的平行度和切割的角度都 会影响到成像质量。因此，即使每一步工艺良率尚可，数十步结合起来的总良率仍不理想。 常见瑕疵包括背景黑色条纹、出光亮度不均匀、鬼影等。

衍射光波导通过光栅调整，可以实现二维扩瞳。衍射光波导设计不依赖于几何光学，而利 用光的衍射效应，主要采用光栅结构实现对光束的调制。光栅通过设计可以将某一衍射级(即 某一方向)的衍射效率优化到最高，从而使大部分光在衍射后主要沿这一方向传播，起到与 传统光学器件类似的改变光线传播方向的作用，但其所有的操作都在平面上通过微纳米结 构实现的，节省空间且自由度较传统光学器件大。衍射光栅是一个具有周期结构的光学元 件，该周期可以是材料表面浮雕出来的高峰和低谷，也可以是全息技术在材料内部曝光形 成的“明暗干涉条纹”，本质是在材料中引起折射率的周期性变化，因此衍射光波导方案主 要可以分为表面浮雕光栅波导方案和体全息光栅波导方案。虽然光栅结构的设计过程较为 复杂，但提供了较大的设计自由度，通过计算优化光栅结构参数后的衍射光波导 AR 近眼显 示设备可以获得优良的成像效果与较大的视场，且相比几何光波导可以沿鼻梁的 Y 方向也 进行扩瞳，实现二维扩瞳。

表面浮栅光波导为当前最主流方案。浮雕光栅波导方案使用浮雕光栅（SRG）代替传统的 折反射光学器件（ROE）作为波导方案中耦入、耦出和出瞳扩展器件。表面浮雕光栅指的 是在表面产生的周期性变化结构，即在表面形成的各种具有周期性的凹槽。根据凹槽的轮 廓、形状和倾角等结构参数的不同，常用的表面浮雕光栅可以分为一维光栅与二维光栅。 一维光栅根据剖面形状划分为矩形光栅、梯形光栅、闪耀光栅和倾斜光栅等，二维光栅常 用的结构有六边形分布的柱状光栅。浮雕光栅波导方案具有大视场和大眼动范围的优势， 但是也会带来视场均匀性和色彩均匀性的挑战。表面浮雕光栅方案是当前 AR 眼镜的主流选 择，目前诸如微软 HoloLens 一代和二代、Magic Leap One、Rokid Vision AR 眼镜等多家 明星产品证明了衍射光波导的可量产性。

体全息光栅波导方案采用体全息光栅作为波导的耦入和耦出器件，通过双光束全息曝光技 术在介质中形成干涉条纹，从而可以获得折射率周期性变化的光栅结构。体全息光栅是一 种具有周期结构的光学元件，它一般通过双光束全息曝光的方式，直接在微米级厚度感光 聚合物薄膜内干涉引起了其折射率周期性变化，从而形成纳米级的光栅结构，可以对入射 光发生衍射作用，在色彩均匀性（无彩虹效应）和实现单片全彩波导上具有优势。微软的 HoloLens2 运用了浮雕光栅波导方案，重量 566g，视场角相比第一代大幅提高，对角达 52 度，但耗电量较多。体全息光栅波导的主要制备工艺是干涉曝光。通过使用激光激发的干 涉图案附着在基底上的光敏折射材料，材料特性随着光强度分布的不同而变化，最后获得 折射率周期性变化的结构。体光栅由于受到可利用材料的限制，目前在 FOV、光效率、清 晰度等方面都还未达到与表面浮雕光栅同等的水平。

表面浮雕光栅衍射光波导依靠微纳制造，光栅设计/光栅母版加工/纳米压印决定波导性能

浮雕光栅衍射光波导的研制流程主要分为三大环节：光栅设计、光栅母版加工、纳米压印 生产。浮雕光栅衍射光波导制备通过传统半导体的微纳米加工工艺，在硅基底上通过电子 束曝光和离子刻蚀制成光栅的压印模具，再利用模具通过纳米压印技术压印出成千上万个 光栅。根据至格科技比喻，衍射光波导的生产类似生产饼干，首先需要设计出饼干上的图 样（光栅设计），然后要根据设计精准制作出饼干模具（光栅母版加工），最后使用模具批 量“压制”出饼干（纳米压印生产）。在真正的衍射光波导的生产中，“模具”和“压制” 必须具有极复杂的结构和极高的精度。制造衍射光波导所需要精度和速度都可靠的电子束 曝光和纳米压印的仪器价格较高，并且需要放置在专业的超净间中，生产条件较为苛刻。

光栅母版加工包括匀胶，光刻，刻蚀，清洗为四大工艺。光栅母版加工使用光刻的方法， 先将基板清洗烘干，然后再将光刻胶均匀涂布到基板上去。在基板上涂一层光刻胶之后， 通常会再借助有图案结构的掩模板去进行曝光，然后再将基板泡到显影液中，溶解被光照 到的地方，在光刻胶上做出想要的结构。光刻之后再进行刻蚀，将光刻胶的结构转移到坚 硬的基板上，将其作为母版去压印，提升母版寿命。最后清洗完成母版制作。 制作难点：1）光栅周期均匀性：目前行业普遍采用的是电子束光刻，每根周期性线条需用 电子束写，线条与线条之间的距离会出现偏差。因此较难确保光栅周期均匀性；2）加工制 作精度：光栅周期均匀性的误差是指宏观上的两根线条之间的距离存在偏差，而加工制作 精度的误差则是指这根线条本身的宽度或高度上的误差；3）倾斜结构的加工：通常光栅都 是直上直下的垂直结构，但随着技术发展，这种结构的光栅已经渐渐无法满足性能需求。 于是出现了像三角形、平行四边形这样的倾斜结构光栅。垂直结构的光栅制作相对容易， 而想要制作倾斜结构的光栅则极具挑战性。4）表面粗糙度：光栅母版表面粗糙度越大，其 破损几率就越大，母版的使用寿命也就越短。

纳米压印：纳米压印生产整体流程包括晶圆清洗——旋涂匀胶——纳米压印——光学镀膜 ——晶圆切割——镜片贴合——镜片封边。首先需要准备玻璃晶圆并进行清洗，其次采用 旋涂工艺将纳米压印胶均匀涂布在晶圆表面，然后通过纳米压印工艺将模具上的光栅结构 转移到晶圆上的压印胶里。之后需要将大的晶圆切割成一片一片具有 AR 眼镜镜片形状的光 波导镜片，再将光波导镜片与盖板贴合成一体，最后对镜片的外轮廓进行封边，完成衍射 光波导的生产。纳米压印是纳米压印生产整体流程中最为核心，也是难度最高的环节，整 体分为 2 个部分：子版制作和晶圆玻璃压印。 1）子版制作（软膜制作）：由于光栅母版制作成本高，所以不能直接用做生产。因此，必 须将光栅母版的结构一比一转印到不易损坏的子版上，进而复制出多个子版。这就是子版 制作环节。具体需要先制作出光栅母版，然后对母版进行清洗和表面抗粘处理。最后，使 用柔性基材进行软膜压印、固化、脱膜。通过以上操作，便可复制出多个子版。 2）晶圆玻璃压印：子版制作完成后，即可开始进行晶圆玻璃压印。经过晶圆清洗、旋涂匀 胶、纳米压印、固化、脱模等流程，便可将子版上的结构转印到晶圆上面，完成批量生产。

纳米压印设备海外当前仍处领先地位，多家中国企业将 AR 领域作为 NIL 应用突破方向。 根据QYR（恒州博智）《2023-2029全球与中国纳米压印机市场现状及未来发展趋势》（2023）， 2022 年全球纳米压印机市场销售额达到了 1.1 亿美元，预计 2029 年将达到 2 亿美元， 2023-29 年复合增长率（CAGR）为 9.8%。纳米压印机核心厂商包括 EV Group、SUSS MicroTec、Canon 等，前三大厂商占有全球超 50%的份额。北美地区是全球最大市场，份 额约为 25%，随后是欧洲和中国，市场份额分别约占 20%和 20%。当前先进纳米压印（NIL） 光刻设备已支持 15nm。在 AR 光学制造领域，国外 NIL 设备企业如奥地利设备厂商 EVG、 德国的 SUSS Micro Tec、丹麦 NIL Technology(NILT)占据主要份额，国内企业如天仁微纳、 光舵微纳、璞璘科技、埃眸科技将 AR 领域作为 NIL 应用的突破方向。

AR 显示方案中 Micro LED 适配光波导，巨量转移/全彩显示为工艺难点

目前主流的 AR 显示方案主要包括 LCD、LCOS、DLP、Micro OLED、Micro LED 方案， 显示屏追求轻量小体积、高亮度、高辨识度。理想中的 AR 眼镜须符合三大条件：1)尽可能 减轻眼镜的穿戴负担，显示光引擎（光机）尺寸大小约在 1cc 以下；2）内容辨识度要求方 面，显示器亮度规格至少要达到 4000nits 以上，确保不受天气或场地等外在环境影响；3） 解析度需达 3,000PPI 以上，让投影放大画面清晰。所有显示方案中，LCD 相关技术已经发 展成熟且成本较低，但面临功耗与光利用率问题。LCOS/DLP 两种方案技术成熟可与光波 导方案搭配，但体积和功耗仍是主要问题。 Micro OLED 体积小功耗低，但由于亮度低常 与光学方案中的 Birdbath、自由曲面方案搭配，无法与光波导方案适配。Micro LED 具有低 功耗、高亮度，小体积和重量等优势，有望成为 AR 眼镜微显示器件的最优选择。

LCD 色域广成本低，但在功耗与对比度方面存在短板。LCD 全称为 Liquid Crystal Display， 目前市场中大多使用薄膜电晶体液晶显示器(TFT-LCD)技术，即两片玻璃基板中间夹有一层 液晶，上层玻璃基板是彩色滤光片，下层玻璃则镶嵌着电晶体。当电流通过电晶体时会产 生电场变化，使得液晶分子原本的旋转排列发生扭转，进而改变光线通过的旋转幅度，并 以不同比例照射在彩色滤光片上，进而产生不同的颜色。该技术已经较为成熟，且具有色 域广、寿命长、成本低的优点，但由于 LCD 需要额外的背光源，所以厚度较厚，功耗较高， 且具有光利用率和对比度低的短板。

LCOS/DLP 两种方案技术成熟可与光波导方案搭配，但体积和功耗仍是主要问题。硅基液 晶（LCOS）是一种新型的反射式微液晶投影技术，它采用涂有液晶硅的 CMOS 集成电路 芯片作为反射式 LCD 的基片。LCoS 技术的主要优势是技术成熟、模组成本低、显示占比 高，但其需要照明单元导致模组体积大、存在背光、功耗高、低温适应性等。基于亮度上 的优势，LCOS 与 DLP 通常与光波导搭配。Magic Leap1 AR 眼镜包含 6 个 LCoS 显示屏， 微软的 HoloLens1 采用 3 层衍射光栅+LCoS 的光学显示方案。 DLP 全称 Digital Light Procession，是美国德州仪器公司以数字微镜装置（DMD）芯片作 为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种投影技术。DLP 芯片是一个由数以万计 的微镜片所组成的反射表面。每个微镜片代表一个单独的像素。来自光源的光线被定向到 DLP 芯片的表面，镜片来回改变斜率，将光线反射到镜头路径上来开启该像素或使光线离 开镜头路径来关闭该像素。为了定义色彩，需要使用一个包含红色、绿色和蓝色滤镜的色 轮。DLP 具有优良的商品化条件，其在分辨率、对比度、亮度、灰阶、色保真度及响应时 间等主要性能参数上都达到较高水平，但是具有设计复杂、产品体积大、成本较高及耗能 高的劣势。当前更广泛应用于车载抬头显示系统(HUD)的 AR 场景。 因此虽然 DLP/LCOS 的技术成熟度较高、量产难度较小且亮度满足光波导需求，但其主要 问题在于体积，功耗方面没有优势，无法更好的满足 C 端用户轻量化和高续航的要求。

Micro OLED 采用单晶硅晶圆作为基板，提升对比度及功耗表现。Micro OLED 全称为有机 发光二极管，与常规 LCD 和 OLED 屏采用的玻璃基板的区别在于，Micro OLED 的基板采 用的是单晶硅晶圆，不仅可以让显示器相对轻薄，还可以有效改善 LCOS 在对比度与功耗 等方便的表现。Micro OLED 的优点在于：响应速度快、功耗低、体积小、自发光无需照明、 优秀的温度适应性（-40~70°）、延展性好，但其量产难度较高、成本高、亮度低、有机材 料的使用寿命较短（数千小时）、烧屏现象。

以 Vision Pro 为代表的 VR 设备带动硅基 OLED 发展，关注索尼/京东方/视涯科技等厂商 扩产及降本情况。苹果 Vision Pro 内屏搭载两块索尼独家供应的 1.42 英寸 Micro OLED 显 示屏。据苹果官方的数据，Vision Pro 搭载的 Micro-OLED 显示屏拥有 2300 万像素，是目 前业界量产产品能达到的最高水平。苹果带动下硅基 OLED 产业快速发展，目前能够量产 全彩 Micro OLED 且在 XR 硬件领域较活跃的有索尼、京东方和视涯等厂商。Micro OLED 当前生产良率仍较低造成售价较高，后续降本节奏将决定其应用普及率。目前 AR 眼镜中使 用了 Micro OLED 显示技术的有 INMO Air2、雷鸟 Air2、Rokid Max、Xreal Air2 等，VR 头 显设备中除 Apple Vision Pro 外还有 Varjo XR3（主屏）等。

Micro OLED 亮度较低，因此更适配于 Birdbath 方案，无法大规模应用于光波导方案中。 对于 AR 眼镜，外界的光线会穿过光学模组对眼前看到的画面产生影响，如果外界的光线过 亮，使用者眼前基于 Micro OLED 和光波导显示的画面入眼亮度没有当前环境的光线亮度 高，导致 Micro OLED 屏幕最终在眼前光波导镜片上所呈现的色彩非常暗淡，甚至无法显 示画面。而对于镀膜并加遮光片的墨镜形态的 Birdbath 娱乐观影眼镜来说，往往在室内暗 光环境下观看会更具有沉浸感，因此 Micro OLED 亮度并不会局限这类产品的使用场景。 根据北京极客伙伴科技有限公司官方公众号数据，衍射表面浮雕光栅波导的光能利用率在 1%左右、体全息光波导的光能利用率在 1%~3%左右；几何阵列光波导光能利用率一般在 10%~15%左右，二维扩瞳阵列光波导光能利用率一般在 5%左右。Micro OLED 亮度可达 到 3000-15000nit，但在衍射光波导应用下入眼亮度最高为 0.01*15000≈150nit，亮度无法 达到户外正常使用水平。因此现阶段 Micro OLED 无法适配衍射光波导，对于几何阵列光 波导也只局限于在室内使用。

高性能 Micro LED 符合 AR 发展趋势，全彩显示/巨量转移工艺为关键

微缩制程技术使得 LED 结构微小化，能够精准控制显示画面达到高清显示效果。Micro LED 全称 Micro Light Emitting Diode，又称为微发光二极体，将传统 LED 阵列化、徽缩化 后定址巨量转移到电路基板上，形成超小间距 LED，将毫米级别的 LED 长度进一步微缩到 微米级，以达到超高像素、超高解析率，其体积大小可达到主流 LED 的 1%。Micro LED 的每个像素由红色、绿色和蓝色的子像素组成，每个像素单独控制，从而能够精确控制显 示的亮度、颜色和对比度。每个 LED 发出的光经过一组透镜后会在显示屏上形成一个像素。 随后，光线被引导通过一组滤色器来创造所需颜色。这种类型的显示器能够显示非常高的 亮度，对比度和颜色精度。Micro LED 阵列经由垂直交错的正负栅状电极连结每一颗 Micro LED 的正负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮 Micro LED 以显示影像。

Micro LED 因为其高亮度高清晰度适配于衍射光波导等新型主流方案，我们预计其成功量 产后 AR 设备中使用率将持续提升。虽然 Micro LED 方案面临研发与生产方面的瓶颈，但 本身依然具有诸多优势。Micro LED 亮度较高适配于光波导方案，例如 JBD 已实现 Micro LED 蓝光 100 万尼特，绿光 500 万尼特，红光 100 万尼特亮度，搭载衍射光波导和 Micro LED 的 AR 眼镜的入眼亮度即可达到户外使用标准。此外在画面显示方面，由于面板自发光， Micro LED 的功耗极低；该方案不需要大面积的基板进行光刻或蒸发，同时还可以精确控制 显示亮度、颜色和对比度，具有较高的画面性能；超小的外形尺寸也符合 AR 穿戴设备轻便 化的发展趋势。综上，若 Micro LED 克服量产困难，AR 设备中使用率有望持续提升。 Micro LED 受制于巨量转移/全彩显示等技术尚没有大规模量产，中国企业在 Micro LED 布局不落下风。根据全球咨询机构 Research and Markets 报告《Global Micro-LED Display Market - Outlook & Forecast 2023-2028》（2024）,2022 年全球 micro-LED 显示器市场 规模为 4362 万美元，整体市场规模仍较小，预计 2023-2028 年将以 135.88% 的复合年 增长率增长，2028 年达到 75 亿美金。从创新主体来看，中国头部企业与国际龙头齐头并 进，在专利申请量 Top15 企业中，中国企业已占一半以上，其中京东方、华兴、天马等头 部面板厂商均积极布局。

巨量转移技术是 Micro LED 量产的关键，转移精度与数量要求较高。在将 LED 结构进行 薄膜化、微小化、列阵化后，巨量转移技术将已点亮的 LED 晶体薄膜无需封装直接快速且 精确地搬运到驱动背板上，使其与驱动集成电路系统之间形成良好的机械固定和电气连接。 巨量转移是 Micro-LED 走向大规模应用的瓶颈，产业化对这一过程要求极高，存在剥离、 拾取、转移、键合几个关键步骤。目前面临两个技术难点：1）转移精度方面，巨量转移技 术转移的仅仅是已经点亮的 LED 晶体外延层而不是原生基底，搬运厚度仅有 3%，且由于 LED 本身极小的尺寸，需要更加精细化的操作技术；2）转移数量方面，一次转移需要移动 几万甚至几十万颗 LED 晶体，且像素密度较高，需要新技术来满足转移数量巨大的要求。

激光巨量转移技术响应速度快且选择性高，有望成为 LED 芯片巨量转移的主流方案。根据 拾取和释放芯片方式，可将巨量转移（MT）方案分为精准拾取-释放转移技术（微转印技术、 电磁力转移技术、摆臂式转移技术、针刺式转移技术、静电力转移技术）、自组装技术（流 体自组装技术、磁力自组装）、滚轴转印技术和激光剥离技术。 1） 精准拾取-释放转移技术分别采用静电力、范德华力、磁力作为吸附力实现介面调控， 通过调控转移头的作用力，将芯片转移至目标基板上，但受转移头阵列限制，转移效率 和精准度相对较低。 2） 自组装技术借助流体力或磁力驱动芯片完成自组装，该过程无需单独拾取或释放芯片， 大大提高了芯片的转移效率，但组装过程中芯片易损毁，良率无法保证。 3） 滚轴转印技术通过中间介质弹性印章实现芯片的拾取，利用精密自动化装置完成芯片与 目标基板的对准和压印，提高了芯片的转移精度，但其自动化装置精密工艺难度大，且 不能选择性转移芯片。 4） 激光剥离技术通过高能量激光束穿过透明基板烧蚀响应层，并利用响应层产生的化学或 光热反应，将芯片剥离至目标基板上，具有高精度选择性释放芯片的能力。通过将单束 激光衍射成多束激光，可实现芯片的大规模剥离，其转移效率可达 100M/h。激光转移 技术由于相应速度快，转移效率高，可选择性高，有望成为 LED 芯片巨量转移的主流 方案。

多家公司布局激光巨量转移技术，助力 Micro LED 量产加速。国内厂商积极布局激光巨量 转移设备：海目星 2020 年起开始布局极光巨量转移技术，2022 年 9 月，其首批 Micro LED 巨量转移设备顺利出货，设备转移良率可达 99.99%以上，效率 25-100kk/h。其 Mini/Micro LED 激光巨量转移设备可实现 50μm 内芯片应用需求。大族激光作为国内设备龙头企业， 也已完成 Micro LED 巨量转移设备的原型机开发，并获得国内巨量转移设备订单。2023 年 12 月迈为股份自主研发、设计、制造的 Micro LED 巨量转移设备搬入天马新型显示技术研 究院（厦门）。德龙激光 Micro LED 激光巨量转移设备已在 2022 年获得头部客户首台订单 并于 2023 年落地。多家公司入局下激光巨量转移技术有望快速突破，助力 Micro LED 量产 加速。

Micro LED 实现单色较简单但实现全彩相对复杂，当前光学透镜合成法商业化最快，但其 设计难度较高。 Micro LED 通过倒装结构封装和驱动 IC 贴合来实现单色，制备和工艺难 度较低，但其在近眼显示领域尚无法实现全彩的高亮显示。全彩方案的工艺难度相对较高， 目前主要有三种路径以解决屏幕色彩问题：RGB 三色 LED 法、UV/蓝光 LED+2 发光介质 法和光学透镜合成法。 1） 光学透镜合成法：采用透镜与控制板连接，将不同单基色 RGB 显示屏的子画面合成， 然后利用驱动面板进行图片信号的传输，进而对三色 Micro-LED 阵列的亮度进行调整 以实现彩色化。该法能实现饱和度较高的色彩显示，但设计难度较高。 2） UV/蓝光 LED+发光介质法：发光介质一般分为荧光粉和量子点，但由于荧光粉颗粒大， 不适合应用到小尺寸 Micro LED 中，如今研究热点为量子点技术。 3） 三色 RGB 法：2016 年 Peng 采用 CoB 技术在透明石英基板上制作了 5×5×3ＲGB 全 彩 LEDoTS Micro LED 显示器，整个面板尺寸为 5mm×5mm。其中红色 LED 使用 GaAs 材料并且为垂直结构，蓝光和绿光 LED 使用 GaN 材料结构且为水平结构。通过 CoB 技术将 LED 芯片转移到透明衬底的阴极线上，然后通过飞线进行阳极的连接。由于驱 动三色 LED 所需的电压各不相同，因此此种方法还未实现对面板灰度的控制，LED 像 素全彩显示存在偏差。

后续需关注光学透镜合成法商业化应用，当前雷鸟创新通过棱镜合色技术，实现显示三基 色的叠加融合克服 Micro LED 全彩化难题。RGB 发光材料不同，驱动电流不同，Micro LED 的红光效率低，导致难以实现单片全彩，现阶段采用三色合光方案比较合理。受限于全彩 Micro LED 技术难度以及成本高等问题，当前市面 AR 眼镜新品大多单绿色 Micro LED+光 波导的光学显示方案。雷鸟创新采购 JBD 红绿蓝三色的 Micro LED 微显示芯片，通过棱镜 合色技术，实现显示三基色的叠加融合，产生 1677 万色的真彩图像。雷鸟 X2 眼镜也是目 前市面上首款量产的全彩 Micro LED 眼镜。后续需关注光学透镜合成法的商业化应用，其 可解决全彩显示成本高，设计复杂的问题，将推动 AR 产业进一步普及。

观点总结

AR 采用 OST 方式将数据直接叠加于现实世界，交互及融合感更自然。2023 年中国 AR 出 货量 26.2 万台，同比上涨 154.4%，占中国 AR/VR 市场的 36.1%，创历史新高，且在 2023 年 Q4 国内出货量首次超过 VR。AR 增长趋势明显且普遍被认为是头显设备终局，后续应 重视 AR 产业链加工工艺及对应设备进展： 1、 光学方案中，光波导为当前主流，表面浮雕光栅衍射光波导依靠微纳制造，我们认为光 栅设计/光栅母版加工/纳米压印三大技术决定波导性能，制造衍射光波导所需要精度和 速度都可靠的电子束曝光和纳米压印的仪器价格较高，所需精度较高，生产条件较为苛 刻。后续关注纳米压印设备精度及效率提升。 2、 显示方案中，Micro LED 具有低功耗、亮度高等优势适配光波导方案，有望成为 AR 眼 镜微显示器的最优选择。Micro LED 当前需克服巨量转移和全彩显示两大难题。激光巨 量转移技术响应速度快且选择性高，多家公司布局激光巨量转移技术，出货激光巨量转 移设备，助力 Micro LED 量产加速；Micro LED 实现单色较简单但实现全彩相对复杂， 当前光学透镜合成法商业化最快，但其设计难度较高。后续关注激光巨量转移设备在 Micro LED 芯片巨量转移的应用及光学透镜合成设计实现全彩显示的商业化进展。

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