光学VRAR行业深度报告：洞察行业蓝海，解锁上游供应格局

来源：华西证券
发布时间：2021/08/07
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01 行业概况

1.1 VR/AR是两种不同形态的产品

VR：虚拟现实，产品定义为在密闭环境下输出视频等内容。

AR：增强显示，产品定义为在现实的开放场景下，输出相关视频等内容，同时需要与当前场景进行实时交互。

1.2VR当前市场情况：

VR进入放量阶段

受益宅经济，VR产业在20年迎来爆发式增长，2020年全球VR出货量670万台，同比增长72%。21年预计全球出货量达到约800万台,22年预计1480万台，迈过最重要门槛。 VR未来作为重要的家庭娱乐终端，未来主打游戏功能的沉浸式VR在C端的市场空间可近似比拟游戏主机市场。根据数据显示，我们预计VR在未来五年出货量也有望达到5000万台。除主打游戏市场沉浸类VR外，观影类VR以及各类B端应用落地场景逐渐成熟，特别是观影类VR，潜在目标人群6亿左右，目前行业正在快速成长。

VR逐渐演变为两种形态，行业有望加速渗透

目前VR产品主要分为主打观影的高清观影VR和主打游戏的沉浸式VR。目前观影式VR增长迅速，知名VR厂商GOOVIS 19年出货量约6-7千万、GOOVIS 20年出货约1万台左右，处于快速增长阶段。随着硅基OLED屏幕成本进一步下降，观影VR价格下探，行业有望进一步快速发展。主打游戏市场的沉浸式VR，主要以Oculus、SONY、HTC和PICO等主要市场玩家，目前各大VR主机厂商均会在今年下半年以及明年上半年陆续推出新款产品，行业有望进一步快速发展。

1.3.AR当前市场情况

AR行业还有待培育

同样受益于宅经济，AR行业也迎来了增长。20年出货量为40万台，同比增长33%。21年预计出货70万台,同比增长75%。AR行业目前上游还处于核心零部件和技术的攻关阶段，下游生态也并不成熟，同时产品定位也并不是很清晰。关于产品定位，目前对于AR的定位有两种：一是手机屏幕的延伸，二是替代手机是下一代的计算中心。两种产品定位对应两种完全不同市场空间，目前产品走向还并不清晰。

AR下游还未出现杀手级应用

目前市场大部分AR厂商的操作系统主要是基于安卓做二次开发。但几家大型AR企业均在自研操作系统，如 Hololens推出基于Windows的OS，Magic Leap则重新打造Lumin OS。总体看目前整体市场还没有出现完善的操作系统。 AR的下游应用还处在探索阶段，在C端还没有找到杀手级应用。目前大部分应用主要集中在目标识别，多用于行业解决方案。

02 VR上游拆解

2.1VR核心参数：VR三大重要参数

1）FOV：视场角在光学工程中又称视场，视场角的大小决定了视野范围。在VR设备中视场角是最为关键的参数，市场角的大小直接决定了VR设备的沉浸感。为了得到更好的效果，需要VR设备的FOV做到90°以上。

2）PPD：与传统屏幕衡量分辨率不同，VR等近眼设备衡量屏幕清晰度使用角分辨率PPD。指视场角表示平均每 1°夹角内填充的像素点的数量。对于头戴显示类产品，PPD 数值越大，就说明对细节的显示越精细。

3）Persistence：余晖效应指人眼在观察景物时，光信号传人大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，从而产生眩晕感。为了降低晕眩感，VR设备需要高刷新率来降低屏幕余晖。光学器件和屏幕的性能决定了上述三大核心参数。

2.2.光学器件

不断升级，非球面-菲涅尔-折叠光路

光学镜片起到了放大屏幕图像提供合适的FOV,其次是帮助人眼聚焦清晰的看到屏幕。是VR系统中最重要的零部件。目前主要厂商产品FOV可以达到90°- 110°左右，未来产品向着160°方向进展。通常VR光学系统主要遇到以下几点问题：球面像差、色像差、畸变等。特别是为了消除像差问题，目前VR 通常需要采用非球面镜。非球面镜表面曲率不同，可以让近轴光线与远轴光线所形成的焦点位置重合，从而消除球面像差的问题。除此之外，非球面边缘厚度小，可以降低光学系统的重量。

注塑成型是VR光学透镜首选方案

光学透镜目前主要使用光学塑料材料和注塑成型工艺作为首选方案，优势在于低成本和轻量化。

注塑成型主要工艺流程：整体加工过程主要分为填充阶段、保压阶段和冷却阶段。精密注塑成型是把注塑机料桶内的塑料熔融体精确的填充到模具型腔，塑料熔融体与模具型腔之间进行冷热交换而造成塑料熔融体的快速冷却，形成注塑零件的工艺过程。

2.3.显示器件

显示屏决定核心参数PPD和Persistance

PPD决定了屏幕的清晰度。与传统手机等屏幕不同，由于VR屏幕离眼睛近，所以引入了PPI的概念。在110°的FOV 下，需要2800的PPI才能满足要求，对屏幕厂商提出了很大的挑战。为了减少余晖现象，VR设备需要高刷屏才能降低人们的眩晕感。这对驱动技术、像素材料带来了很大的挑战。

硅基OLED是VR屏幕的趋势

为了降低用户的眩晕感，必须降低余晖，加快屏幕的刷新率。如果刷新率可以达到200hz，眩晕感将大幅降低。VR显示屏正在从LTPS IPS屏幕逐步向硅基OLED迈进。屏幕的选择主要在刷新率、PPI和亮度直接权衡。其中刷新率是最为关键的指标，其次考虑PPI和亮度，所以目前看硅基OLED是最佳方案。

03 AR上游拆解

3.1 AR光学元件

光波导是AR主要的光学元器件

AR的光学元件和VR有很大不同。AR需要See Through，与真实环境发生交互。所以AR的显示是不能直接放在眼前，需要放到眼睛旁边，这时需要一组光学元件将屏幕的像耦合到眼前。AR光学元件正在由自由曲面/Birdbath等向光波导演进。自由曲面等传统光学元件由于体积过大，使用它们制作出来的产品笨重，所以主流AR厂商都在选择使用光波导方案，可以让眼睛尺寸大幅缩减。但光波导的光学损耗很大，效率只有20%左右，需要光机进行配合。

光波导的主要分类

光波导大致分为两类，一类是几何光波导，另一类是衍射光波导。其中几何光波导分为锯齿光波导和阵列光波导，主要代表光学公司是以色列的Lumus，市场上还未出现大规模的量产眼镜产品。衍射光波导分为全息光波导和表面浮雕光栅波导。 HoloLens 2，Magic Leap One均使用表面浮雕光栅波导，苹果公司收购的Akonia公司采用的是全息体光栅。

几何光波导效果好，但量产难度大

几何阵列光波导的概念最先由以色列公司Lumus提出并一直致力于优化迭代，至今差不多二十年。几何光波导主要由一系列半透半反镜面组成，其中镜面是嵌入到玻璃基底里面并且与传输光线形成一个特定角度的表面，每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼。几何光波导运用传统几何光学设计理念，不牵扯到任何微纳米级结构。因此图像质量包括颜色和对比度可以达到很高的水准。

3.2 AR显示元件

MicroLED是最佳解决方案

目前AR光机有如下几种方案：LCOS、DLP、OLED-on-Silicon和MicroLED。目前AR产品主要使用DLP或LCOS，但是业内普遍对MicroLED方案达到共识，因为各维度参数没有死角，非常适用于AR的应用场景。但当前由于该技术还在研发中，预计25年左右可以初步看到量产方案。

LCOS是当前主要方案

LCOS硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCoS），将液晶分子填充于上层玻璃基板和下层金属反射层之间，金属反射层和顶层 ITO 公共电极之间的电压共同决定液晶分子的光通性，而显示驱动电路直接在硅基板上完成制备。

DLP方案

DLP Digital Light Processing数字光处理。原理与LCoS类似，但是不是通过液晶对光学进行处理，而是通过棱镜。DLP核心在于DMD（Digital Micromirror Device），该核心MEMS器件由TI长期垄断。制作工艺主要为通过半导体工艺制作MEMS系统控制楞镜偏转，从而控制光路。

04 重点企业分析

4.1 歌尔股份：重点布局VR/AR，提供一站式解决方案

歌尔股份是一个起家于声学，多方向拓展业务，可为客户提供声光电领域整体解决方案的公司。公司自2001年成立，最初在声学领域起步，并于2008年成功上市，之后凭借智能手机的浪潮，规模加速成长，营收从2008年的10 亿增长到2013年的100亿元，5年复合增长率达到58.5%。在2014年之后，公司基于声学的优势业务向其他协同领域发展，强化传感器、可穿戴和智能制造领域的战略地位，在2016年营收达到200亿元，3年复合增速26%。同年，公司开始进入ARVR领域，与业内巨头公司深度绑定共同研发。目前是国内为数不多可以提供一站式解决方案的厂商。未来我们预计，VRAR将成为公司另外一主要应收增长点。

4.2 舜宇光学科技：VR光学领域的领导厂商

公司成立于 1984 年，于 2007 年 6 月 15 日在香港联交所上市。公司自成立起始终聚焦于光学产品领域，30 多年来一直以光学零部件为核心，同时进行上下游的整合，是国内领先的综合光学产品制造商。从产品来看，公司主营业务主要分为光学零件（光学镜头）、光电产品（光学模组）及光学仪器三大板块。光学零件是公司最主要的利润来源，2020年收入占比为23%，利润占比为54%，光电产品是公司最主要的收入来源， 2020年收入占比为76%，利润占比为45%。公司的光学镜头目前为主流VR厂商供货光学零组件产品，可提供非球面、菲尼尔透镜和折叠光路产品，目前在国内处于领先位置。