2024年AR行业深度报告：AI落地最佳载体，硬件、生态共驱发展

一、硬件&生态共振，AI+AR演进趋势清晰

硬件&生态共振，AR行业有望迎来新一轮增长

XR是VR/MR/AR的集合，MR和AR均可实现透视，MR采用基于摄像头和屏幕的视频透视（VST，Video see-through），而 AR采用光学透视（OST，Optical see-through），透视效果更真实，形态更轻便，但光学设计难度较高。

硬件和生态共振，AR行业有望迎来新一轮增长。2012年谷歌发布首款AR眼镜Google Glass，AR行业开始真正发展，市场期 望和投资热度较高，然而受AR眼镜形态、显示效果、生态应用等因素制约，整体发展相对不及预期；2016-19年行业经历低 谷期，但谷歌、微软等头部厂商软硬件仍持续更新迭代；2019年开始Rokid、Xreal、MagicLeap等新品陆续推出，硬件生态 持续完善，AR行业复苏发展。伴随光波导技术持续迭代&量产落地，AR眼镜形态将趋近于普通眼镜，推动C端市场渗透普 及，与此同时AI大模型也为AR生态应用带来更大想象空间，硬件和生态共振，AR行业有望迎来新一轮增长。

眼镜是AI最佳载体，AI+AR演进趋势清晰

眼镜是GPT-4o等多模态AI大模型的最佳载体。 5月14日OpenAI发布新一代旗舰生成模型GPT-4o，接受文本/音频/图像的任意组合作为输入，并生成任意组合的输出，响应 速度能够做到与人类反应相似，最快232毫秒内响应音频输入，平均响应时长320毫秒。 GPT-4o可以实时理解视觉、听觉等 信息并与用户交互，能够捕捉并理解交流情绪，成为富有情感色彩的智能语音助手。相比于其他终端，AI眼镜易用性和灵 活性更高，能够解放双手，通过摄像头和麦克风为大模型提供第一视角信息输入，同时AI信息输出也有更自然直接的呈现 载体（镜片/视觉信息、眼镜扬声器/音频信息），更适合作为GPT-4o等多模态大模型载体。

Meta Ray-Ban搭载Llama 3多模态大模型，打响AI眼镜第一枪。 音频眼镜+摄像头，暂无显示功能： 搭载高通骁龙AR1 Gen 1，照片拍摄从5MP提升至12MP，支持1080P/60fps视频录制，存 储从4GB提升至32GB，开放式扬声器低音提升 2 倍、最大音量提高 50%，5个麦克风阵列，拾音能力和准确度更高。  AI为核心卖点： 23年12月Meta为Ray-Ban Meta测试多模态AI更新，24年4月底Meta AI正式上线（仅限美国/加拿大用户）， 基于Llama 3，Meta AI除了基础的智能语音交互之外，还能进行视觉化交互（例如，识别建筑/根据冰箱食材推荐早餐等）。 销量可观：2023年10月上市，售价299美金，23Q4销量超30万台，截至5月初第三方估计Meta Ray-Ban累计已售100多万台。

AR产业链：光学显示、感知交互、主控芯片是核心

AR产业链：光学显示、感知交互、主控芯片是核心。AR眼镜功能模块主要包括光学显示单元、计算单元和感知单元，此 外包括音频、存储、散热等。以微软Hololens为例，光学显示成本占比达43%，计算单元和感知单元分别占比31%和9%。

光学显示：作为AR最核心的部分，是决定轻量化消费级AR能否量产落地的关键。光学方面，现阶段量产以BirdBath和自由 曲面方案为主，后续往光波导升级趋势明确；显示方案包括LCOS、DLP、MicroOLED、MicroLED等，LCOS是短中期兼具 性价比和显示效果的均衡方案，MicroLED量产技术待突破，但应用前景广阔。

感知交互：AR感知交互主要包括SLAM空间识别、手势识别、眼动追踪等，SLAM是使虚拟信息能够准确叠加在现实环境、 实现空间计算的关键技术，而手势识别和眼动追踪则能显著提升交互自由度和便捷度，对于一体化AR尤为重要，感知交互 主要涉及摄像头、传感器、陀螺仪、加速度计等硬件，此外对软件算法、芯片算力也有一定要求。

主控芯片：高通AR芯片平台布局相对完善，包括AR2 Gen1和AR1 Gen1，前者适用于6Dof SLAM和交互功能较丰富的AR， 后者适用于具备拍摄/3Dof//AI/显示的超轻量化AR。此外，目前部分AR主打信息提示功能，对芯片计算性能要求不高，或 采用可穿戴芯片作为替代方案降低成本和功耗，紫光展锐、晶晨股份、炬芯科技等国产芯片均有应用。

二、AR光学：技术持续迭代，光波导方案潜力大

AR光学持续迭代升级，光波导是消费级AR终极方案。AR光学的性能评价指标包括FOV视场角、透光率、EyeBox、出瞳距 离、光学效率、畸变、体积厚度等。 早期棱镜、离轴反射方案技术简单，但短板明显（棱镜方案视场角过小，离轴反射方案体积过大），难以在C端普及。 自由曲面方案和BirdBath方案均基于曲面光学，是现阶段成熟度较高的量产方案，其中BirdBath方案在消费级市场更为普及， 视场角、成像质量和成本适中，但模组仍较厚。 光波导方案体积小重量轻，接近普通眼镜的形态，透光率高，EyeBox更大，是消费级AR的终极方案，具备在C端放量的潜 力，目前量产难度高（阵列）、视场角小（衍射）等问题仍待突破。

AR光学：棱镜和离轴反射方案

棱镜方案和离轴反射方案：早期AR光学方案，技术难度低但缺点明显，应用较少。 棱镜方案：微型显示器LCOS屏光线经过玻璃内部的45°半透半反射棱镜到达末端反射准直器，反射光线通过棱镜出射至人 眼。棱镜方案简单、重量轻，缺陷在于视场角小（一般小于20°）、亮度不足、出瞳范围小，谷歌2012年发布的AR眼镜 Google Glass便采用棱镜方案，视场角仅13°，遮挡视野，且容易产生畸变，难以在C端普及。 离轴反射方案：显示屏将图像投射到前方透明的反射透镜后直接反射至人眼，外部场景亦通过该透镜进入人眼，从而实现 虚实画面叠加。该方案技术难度低、工艺成熟且视场角较大，2016年发布的Meta2便采用该方案，视场角高达90°，但离轴 反射系统结构笨重，目前应用较少。

阵列光波导：成像效果优秀，量产难度较大

阵列光波导：成像效果优秀，二维扩瞳解决了光机体积与视场角、EyeBox的矛盾。 一维扩瞳：光线通过反射镜耦入波导片，在波导片中经过多轮全反射后到达半透半反镜面，部分光线反射耦出进入人眼， 未耦出光线透过镜面到达下个镜面，重复反射/透射过程，直至最后一个镜面将剩余光线全部耦出到人眼。一维扩瞳阵列光 波导能将EyeBox从4mm扩大到10mm+，且杂散光少，光线调制均匀，成像质量、色彩以及对比度水平较高。 二维扩瞳：在两个区域分别设置反射阵列，第一个区域实现一个方向的扩瞳，同时将光束传导至第二个区域，进行另一个 方向的扩瞳，可以是纵向→横向扩瞳，也可以是横向→纵向扩瞳。二维扩瞳阵列光波导解决了光机体积与视场角、EyeBox 的核心矛盾，能够有效增加EyeBox和视场角（可达50%+），显著减小光机体积，更好地满足消费级用户对AR眼镜的形态 体积以及成像效果的要求。 优势总结：阵列光波导除了拥有光波导共有的轻薄化优势外，相比于已量产的表面浮雕光栅衍射光波导，其成像效果更为 优秀（杂散光少/色彩均匀/EyeBox&视场角较大/分辨率高），几乎无漏光问题（1%-5%），且光损较低，可以减小光机功耗 增加续航。

体全息光波导：理论优势明显，材料&工艺要求高

体全息光栅（Volume Holographic Grating，VHG）：通过双光束全息曝光技术在介质中形成干涉条纹，从而获得折射率周期 性变化的光栅结构，当介质的厚度远大于光波长时这种结构称为体全息光栅。体全息光波导基于衍射原理，将体全息光栅作 为光线耦入和耦出的器件。体全息光波导包括反射式和透射式，其中反射式方案应用更多。 全彩-体全息波导：使用三色激光器同时加工，或采用多层波导片方案分离RGB光路，提升色彩均匀性。 二维扩瞳：与SRG光波导类似，分为转折光栅和二维矢量两个路径。 相比于表面浮雕光波导，体全息光波导理论优势明显：1）衍射效率更高：理论上在满足布拉格条件时，体全息光栅衍射效 率可达100%；2）成像更优：由于体全息本身的角度选择性和波长选择性，不存在漏光问题，可通过光机和光栅设计优化大 幅减弱彩虹效应；3）可能打破视场角限制：采用特殊全息材料可打破波导基体折射率带来的视场角限制；4）量产成本低： 无需投资SRG纳米压印方案中制作母版的机器和母版制作的成本，在复用性和降本上有明显优势。

三、AR显示：多方案并存，MicroLED前景广阔

LCoS和DLP属于光调制显示器，显示效果中等偏上，但存在体积大等问题。 LCoS：性价比高，但体积大、功耗高。LCoS（ Liquid Crystal on Silicon）利用电压诱导的液晶重定向来调制入射光的偏振状 态，同时使用像素化的金属镜面来反射调制后的光。LCoS技术成熟、性价比高，采用激光背光的LCoS能实现较高亮度和分 辨率；缺点在于模组体积大、功耗高等。LCOS主要搭配光波导方案使用，代表产品包括Magic Leap 1/2、Hololens等。

MicroLED：各项参数优势显著，量产技术仍待突破

AR MicroLED不涉及巨量转移技术，但存在侧壁效应、红光效率低、全彩化技术复杂等难点。 AR MicroLED不涉及巨量转移技术：巨量转移（将LED硅晶圆基板上生长的Micro LED转移到驱动背板）是MicroLED量产制 造核心难题，转移良率和精准度要求极高，但由于AR显示器面积小，像素尺寸和间距只有几微米，不涉及巨量转移技术。 MicroLED侧壁效应：MicroLED像素尺寸缩小、芯片的周长面积比增大，导致侧壁的表面复合增多，非辐射复合速率变大， 从而致使光电效率下降，此外器件制备过程中的ICP刻蚀也会加重侧壁缺陷，侧壁效应会影响Micro LED实际功耗表现。 MicroLED红光效率不足：蓝光、绿光LED是在蓝宝石、碳化硅或硅衬底上生长 InGaN 等三元材料，红光 LED 大多是在 GaAs 衬底上生长 AlGaInP 四元材料，相较于蓝绿光，AlGaInP红光MicroLED尺寸减小导致效率下降更为明显。材料创新 （例如InGaN红光MicroLED ）和技术优化是解决MicroLED红光效率不足的主要途径，23年10月JBD宣布其0.13英寸 MicroLED红光芯片亮度突破100万尼特大关，其中，新一代AlGaInP 外延技术极大减弱了 MicroLED 表面非辐射复合影响， 延缓了红光 MicroLED 在＜5um 尺寸下的光效急剧衰减的趋势，结合芯片钝化技术，进一步突破了红光尺寸效应瓶颈。

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