隨著AR生態(tài)圈日臻完善，AR眼鏡正逐漸走向商用化。一些新技術(shù)也乘著AR眼鏡的風口，加速了商業(yè)落地的進程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。

　　2022年6月中旬，錘子科技創(chuàng)始人羅永浩在宣布將正式開啟AR（增強現(xiàn)實）創(chuàng)業(yè)。他堅信，特定用途的垂直類型AR設(shè)備，比如針對教育、復雜技能培訓、特殊行業(yè)的AR眼鏡，完全可能在兩三年內(nèi)成功商業(yè)化。

　　近年來，隨著AR生態(tài)圈日臻完善，AR眼鏡正逐漸走向商用化。一些新技術(shù)也乘著AR眼鏡的風口，加速了商業(yè)落地的進程，其中就包括了Micro LED和Micro OLED。本文主要圍繞AR頭顯設(shè)備的顯示材料的量產(chǎn)進度來分析。

　　AR眼鏡發(fā)展簡史

　　圖1：AR的發(fā)展歷程 制圖/來源：國際電子商情

　　L.Frank Baum在1901年發(fā)布的小說《萬能鑰匙》中有這樣一段描述：“這是角色標記器。它是一副眼鏡。當你戴上它時，你遇到的每個人的前額上都會有一個字母，表明他們的角色。好人的前額上會有一個G，壞人的前額上會有一個E。智者的前額上會有一個W，傻瓜的前額上會有一個F。外邦人的前額上會有一個K，殘忍的人的前額上會有一個C。”這被認為是關(guān)于AR應(yīng)用場景最早的描述。

　　1992年，出現(xiàn)了Augmented Reality（增強現(xiàn)實）概念，它被用來描述將計算機呈現(xiàn)的元素覆蓋在真實世界上的技術(shù)。

　　AR眼鏡首次引發(fā)關(guān)注熱潮是在2012年，谷歌發(fā)售了一款名為Google Project Glass的智能眼鏡，它是一款增強現(xiàn)實型穿戴式智能眼鏡，可通過聲音控制拍照、視頻通話和辨明方向以及上網(wǎng)沖浪、處理文字信息和電子郵件等。由于Google Project Glass的成本高昂，僅定金就達高達1500美元。2015年，谷歌停售了第一版Google Project Glass，但一直在堅持研發(fā)AR相關(guān)的技術(shù)——2020年，谷歌收購了加拿大智能眼鏡初創(chuàng)公司North，North的AR眼鏡外形與普通眼鏡無差別，并在眼鏡架配置了微型激光“投影儀”；2022年3月，谷歌收購初創(chuàng)公司Raxium，后者擁有Micro LED顯示屏技術(shù)；2022年5月，谷歌在其2022年度全球開發(fā)者大會上，展示了一款A(yù)R眼鏡原型機，該機器具備實時翻譯功能。

　　2021年元宇宙概念大火，AR眼鏡被視為元宇宙的入口，受到了科技公司的青睞，谷歌、Mate（前臉書）、蘋果、OPPO、索尼、阿里巴巴、騰訊、小米等企業(yè)均加大投資AR眼鏡。

　　Micro OLED方案將率先商用

　　AR眼鏡的光學系統(tǒng)由圖像源器件與顯示鏡面兩個主要配件構(gòu)成，在使用過程中成像系統(tǒng)不能擋在視線前方，其中的光學組合器通過“層疊”的形式，將虛擬信息和真實場景融為一體。穿透式AR眼鏡對于戶外應(yīng)用的亮度需求非常高，加上光波導組件的光效率影響，對入射光的亮度需求將大幅提高。

　　以AR眼鏡兩種顯示路徑Micro LED和Micro OLED為例，它們同為自發(fā)光技術(shù)，與LED和OLED、LCD等材料相比，Micro LED和Micro OLED具備高亮度、高分辨率、高對比度、輕薄化、小型化、低功耗、設(shè)計靈活等特點。

表1：當前Micro LED和Micro OLED各項指數(shù)的對比

　　具體來看，Micro OLED由CMOS技術(shù)與OLED技術(shù)緊密結(jié)合而成，是無機半導體材料與有機半導體材料的高度融合。不過，因摻和了有機半導體材料，Micro OLED的使用壽命低于Micro LED。另外，通過對比Micro LED和Micro OLED各項指標，在發(fā)光效率、亮度、對比度、響應(yīng)時間、工作溫度等方面，Micro LED均優(yōu)于Micro OLED。但Micro LED晶片像素尺寸更小、量產(chǎn)難度更大，目前單色光源的Micro LED接近量產(chǎn)，但仍面臨良率問題。

　　蘋果AR眼鏡采用Micro OLED方案。因為有引領(lǐng)智能手機市場的先例，所以蘋果在AR/VR頭顯領(lǐng)域的發(fā)展也被看好。近日，天風證券分析師郭明錤表示，蘋果AR/MR頭顯將于今年Q3開始工程驗證和測試，明年2月份結(jié)束前提供開發(fā)工具包，到Q2開始接受消費者預(yù)訂，明年全球開發(fā)者大會前上市銷售。而海通國際技術(shù)研究分析師Jeff Pu則稱，蘋果首款A(yù)R眼鏡將在2024年底推出，到2025年上線發(fā)售。

　　綜上所述，業(yè)內(nèi)較為統(tǒng)一的觀點認為，在Micro OLED方案的支持下，AR生態(tài)圈或?qū)⒂?025年迎來第一波大爆發(fā)。

　　Micro LED +光波導方案成熟度仍待提升

　　因為AR的光波導要損失90%多的效率，AR眼鏡屏幕一定要高亮度。Micro LED自帶的高亮度屬性，能讓它成為AR眼鏡的主流材料，未來AR會是Micro LED小屏的主戰(zhàn)場。

　　Micro LED（Micro Light Emitting Diode）又稱為微發(fā)光二極體，也可以寫作μLED。Micro LED是將傳統(tǒng)LED薄膜化、微小化和矩陣化，使像素點距離從毫米級降低至微米級別，并在一個晶片上高度集成的固體自發(fā)光顯示技術(shù)。

　　行業(yè)對Micro LED等新型顯示技術(shù)尚無統(tǒng)一的標準。根據(jù)第三方市調(diào)機構(gòu)集邦科技旗下LEDinside的定義：Micro LED指無藍寶石襯底，且芯片尺寸至少小于75μm的微型LED芯片，其陣列可達到超高密度像素級別并具備自發(fā)光特性。

　　Micro LED Display主要有兩大類應(yīng)用趨勢：1.小間距、大尺寸、高分辨率的室內(nèi)/外顯示屏、部分穿戴裝置，主流尺寸為15×30μm至34×58μm；2.高分辨率、強便攜性、低功耗、高亮度的穿戴設(shè)備顯示屏，其中就包括了AR眼鏡。

　　AR眼鏡被視為Micro LED實現(xiàn)量產(chǎn)的突破口，它的興起推動了小尺寸Micro LED的商業(yè)化進程。穿戴裝置的光引擎尺寸要求非常小，大約在0.5寸至1寸之間，而AR眼鏡要給人眼傳遞資訊，要做到4K分辨率，PPI高達4000dpi以上，每顆Micro LED的大小要求5微米以下。

　　Micro LED的量產(chǎn)受多個條件的限制，包括從前期的磊晶技術(shù)瓶頸、巨量轉(zhuǎn)移（Mass Transfer）良率、封裝測試，到后續(xù)的檢測、維修。在磊晶和芯片方面還面臨著均勻性的問題，只有達到波長均勻性＜±3納米、良率≥95%的條件，才具備批量量產(chǎn)的可能性。Micro LED的尺寸小到微米級別，如何在制程中把生產(chǎn)控制到更精準，也是取決于能否盡早在AR產(chǎn)品上實現(xiàn)Micro LED商品化的關(guān)鍵。

　　AR眼鏡對Micro LED的分辨率要求高，不管是傳統(tǒng)的PCB背板，或者是主動式的玻璃背板，都無法實現(xiàn)4000dpi的PPI需求。必須要改為硅基CMOS基板，但其精準性方面還在摸索階段。

　　另外，以巨量轉(zhuǎn)移為例，它分為基板分離和晶片取放兩個關(guān)鍵制程：其中，基板分離是以某種作用力將晶片與源基板批量整體式分離。晶片取放是通過轉(zhuǎn)移裝置，將分離后的Micro LED晶片，高精度選擇性地從源基板上拾取，并轉(zhuǎn)移放置在目標顯示基板的特定位置上。

　　據(jù)資料顯示，Micro LED的LED晶片尺寸大約為頭發(fā)絲的十分之一，體積約為主流LED大小的1%。其在巨量轉(zhuǎn)移過程中的精度極高，一次轉(zhuǎn)移需要移動幾萬至幾十萬顆以上的LED。傳統(tǒng)LED晶片在封裝環(huán)節(jié)，主要采用真空吸取的方式，真空管的物理極限下只能做到80μm左右，目前轉(zhuǎn)移設(shè)備的精密大約為±34μm，覆晶固晶機的精密度是±1.5μm（每次移轉(zhuǎn)為單一晶片）。

　　全彩Micro LED+光波導技術(shù)是業(yè)界公認的最佳技術(shù)實現(xiàn)路徑，這也是AR行業(yè)多年難以突破的技術(shù)難題。雖然彈性印章轉(zhuǎn)印、靜電轉(zhuǎn)印等已經(jīng)取得了成功，但是在制造能滿足AR/VR應(yīng)用的高分辨率全彩Micro LED顯示器仍是巨大挑戰(zhàn)。

　　Micro LED晶片紅光發(fā)光效率差，采用全藍光又會面臨“如何高效色轉(zhuǎn)換”的問題，這使得“無法實現(xiàn)全彩高亮顯示”成為Micro LED在近眼顯示領(lǐng)域的主要缺陷。全彩化可能需要用到鐳射轉(zhuǎn)移技術(shù)，10微米以下的紅光EQE（外量子效率）還未有效克服，wafer bonding做色轉(zhuǎn)換的方式或?qū)⒊蔀镸icro LED在AR領(lǐng)域最早實現(xiàn)的方案。

　　此前，市面上已經(jīng)發(fā)布的Micro LED AR眼鏡，以采用單色方案為主，具體或是單目或是雙目，比如OPPO的 Air Glass就是單目+單綠色顯示方案，該類方案主要適用于瀏覽簡單的資訊或?qū)Ш綉?yīng)用等。

　　即使量產(chǎn)困難重重，也擋不住市場的努力。近年來，Micro LED在降成本方面頗有成效。在2021年之前，Micro LED晶片基本上處于試驗階段。到2022年，4/6英寸Micro LED晶片正式量產(chǎn)，RGB三基色Micro LED芯片成本縮減了30%以上。預(yù)估到2024年之后，傳統(tǒng)拾取轉(zhuǎn)移會轉(zhuǎn)向鐳射轉(zhuǎn)移，將進一步降低Micro LED晶片成本。同時，新6英寸工廠的投資也將推動Micro LED晶片降成本進度。集邦科技預(yù)測，將Micro LED芯片從外延晶圓遷移到顯示背板的成本，在2025年有望降到2021年的四分之一，甚至還可能會更低。

　　AR眼鏡玩家的兩條主流路徑

表2：智能眼鏡/AR眼鏡玩家信息匯總

　　從2020年初到2022年上半年，全球推出了多款A(yù)R眼鏡新品，發(fā)力的廠商包括OPPO、VUZIX、WaveOptics等。從現(xiàn)階段主要的AR眼鏡廠商的布局中，我們也可以看到一些信息（詳見表2）——不管是針對光引擎還是下游品牌端，廠商主要圍繞Micro OLED或Micro LED來布局。

　　在光引擎方面，Micro OLED陣營有三星、索尼、京東方、LG Display、eMagin、Kopin等企業(yè)，Micro LED陣營有Raxium、Jade Bird Display（JBD）、Plessey、Saphlux、Porotech、PlayNitride等企業(yè)。

　　在AR眼鏡品牌方面，Micro OLED陣營有Solo、蘋果、ODG（Osterhout Design Group）、愛普生等品牌，Micro LED陣營有谷歌、Meta、OPPO、索尼、Vuzix、Mojo、tooz、WaveOptics等品牌。

　　由于Micro OLED量產(chǎn)進度比Micro LED快，預(yù)期采用Micro OLED方案的AR眼鏡或能更快量產(chǎn)，比如蘋果AR眼鏡預(yù)計2024-2025年實現(xiàn)量產(chǎn)，而Micro LED方案的AR眼鏡則可能還需更久的持續(xù)投入和研發(fā)。

　　其實，AR眼鏡這類產(chǎn)品還很新，還面臨多方面的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度來看，微投影技術(shù)還面臨困難，牽涉到FOB、分辨率、亮度，甚至光引擎的設(shè)計，此外還要解決光波導衰減、電池耗電量等問題。從市場角度來看，各大品牌正在研究“AR眼鏡能為使用端帶來的最大價值是什么”，這需要市場來持續(xù)摸索。

　　在其他小屏穿戴市場，Micro LED也有發(fā)展機遇。Micro LED還有可能向上延展，在VR市場與Micro OLED來競爭。VR顯示屏的核心問題在于亮度和效率上，Micro LED有機會打入到VR市場。在智能穿戴手表部分，部分廠商展示了Micro LED面板的手表，Micro LED的高亮、高對比度的特性，或能滿足極限運動/戶外運動愛好者的需求。

　　除了尚未批量量產(chǎn)的AR眼鏡之外，智能穿戴領(lǐng)域的其他許多產(chǎn)品均已實現(xiàn)量產(chǎn)，比如醫(yī)療領(lǐng)域的血壓/血糖儀，消費電子領(lǐng)域的智能手環(huán)、智能手表、TWS耳機等已經(jīng)得到較好的應(yīng)用。作為AIoT領(lǐng)域的一部分，智能穿戴市場的發(fā)展值得大家關(guān)注。2022年6月29日，全球領(lǐng)先的專業(yè)電子機構(gòu)媒體AspenCore和深圳市新一代信息通信產(chǎn)業(yè)集群將在深圳聯(lián)合主辦【2022國際AIoT生態(tài)發(fā)展大會】，推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧家庭、智慧機器人、智慧兩輪車、智能穿戴等行業(yè)上下游企業(yè)之間的技術(shù)交流與商業(yè)合作，整合國際國內(nèi)AIoT領(lǐng)域的技術(shù)力量與市場渠道資源，打造粵港澳大灣區(qū)電子產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)發(fā)現(xiàn)未來獨角獸企業(yè)、挖掘更合適技術(shù)合作伙伴、對接生態(tài)合作平臺、拓展市場渠道資源的核心樞紐平臺。