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【观察】AR行业深度专题,光学及显示方案逐步迭代迎增量市场

【观察】AR行业深度专题,光学及显示方案逐步迭代迎增量市场 深圳市光学光电子行业协会
2024-10-18
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本文全面论述 AR 行业发展情况及未来趋势。价格下降&使用体验提升&丰富生态,AR 设备增长可期。从产品形态来看,近眼式 AR 眼镜为主要发展方向,其中一体式 AR 布局趋势初步可见,或将替代分体式 AR 头显取得主导地位。光学及显示方案逐步迭代,光波导&微显示提供卓越视觉效果。AR 终端设备光学显示系统由光学元件和显示屏组成。光学方案方面,由于性价比高且量产性强,Birdbath为目前主流方案,然而仍存在低透光率和图像畸变等问题。相较之下,光波导方案有效解决了视场角和体积的矛盾,且透光率高,是目前性能最好的 AR 光学方案。


01

AR:下游应用广泛,产业链各环节快速发展完善,加速切入消费市场有望带动行业打开上行空间 


(一)AR 下游应用广泛,产业链各环节快速发展完善

AR、VR 与 MR,虚拟与现实的不同融合层次。从概念理解来看,AR 即增强现实(Augmented Reality),可基于传感器、计算机视觉等技术将虚拟信息数据叠加至现实世界,通过手机、头戴式设备等终端呈现并被用户感知。与 AR 类似,VR、MR 也向用户提供虚拟体验服务,但三者的虚拟化程度不同。VR 创建了可使用户以多个自由度实现沉浸式交互的三维数字环境,虚拟化程度最高。

MR 将客观存在的物理对象与计算机生成的虚拟对象合并显示且允许实时交互,可理解为“现实世界+虚拟世界+数字化信息”,虚拟化程度介于 VR 和AR 之间。从透视方案选用来看,AR 主要采用光学透视(OST),VR主要采用视频透视(VST)。光学透视为日常消费级AR 提供更为真实的视觉效果,设备相对轻薄、省电,涉及的硬件显示技术包括光波导技术、轻量光机引擎技术以及微显示屏技术,在光路设计和设备量产等方面具有较高技术要求。 

AR 采用 OST 技术提供真实光学透视,移动场景应用前景广阔。从透视方案选用来看, AR 主要采用光学透视(OST),VR 主要采用视频透视(VST)。光学透视为日常消费级 AR 提供更为真实的视觉效果,设备相对轻薄、省电,涉及的硬件显示技术包括光波导技术、轻量光机引擎技术以及微显示屏技术,在光路设计和设备量产等方面具有较高技术要求。 

AR 产业发展历程可分为四个时期,分别是概念期、热潮期、冷静期以及复苏期。1)概念期:1992 年波音公司研究员T.P.Caudell 在一篇关于提升飞机组装效率的论文中首次提出“Augmented Reality”一词,文中探讨了头戴式AR 设备在工业场景中的应用。1999 年AR 开源框架ARToolKit 发布,AR 技术自此不再局限于专业研究机构而逐步走进大众视野。2)热潮期:2012 年Google Glass 问世,市场期望与投资热度达到高点,全球巨头及初创厂商纷纷布局入场。

3)冷静期:由于软硬件技术、应用生态搭建等瓶颈尚未取得突破,市场热度与资本输入难以持续,行业处于低谷状态。头部厂商苦练内功,推进软件硬件迭代。4)复苏增长期:2019 年起Rokid、XREAL、Magic Leap、雷鸟等陆续推出新品,硬件生态不断完善,产业链各环节商业模式逐渐成熟。伴随技术积累与AI、5G 等场景推广,AR 产业有望迎来更加广阔的增长空间。 

AR 显示设备可分为固定式、手持式和近眼式,其中近眼式为主要发展方向。1)固定式AR:一般无需承接移动场景的应用需求,通常需搭载尺寸较大的显示屏或额外的投影设备,目前尚未被消费市场广泛接受。2)手持式AR:以智能手机、平板等手持移动设备的屏幕为显示单元,借助终端自有的运算处理、图像输入等功能进行虚拟信息处理并与现实场景叠加。手持式 AR 便于利用当下的用户认知习惯和技术基础,但从长期来看,对交互体验和 AR 原生生态构建均会形成一定限制。

3)近眼式 AR:主要指 AR 头显设备,基于OST 等技术反射虚拟图像并透射外界光线以提供虚实融合的视觉体验。近眼式AR 在固定和手持终端之外开辟广阔想象空间,巨幕观感与创新交互方式将带来更新颖、强烈的感官体验,其中以眼镜为典型的可穿戴形态是国内外 AR 硬件厂商目前重点关注的研发方向。 

根据产品形态,近眼式 AR 整机可以进一步分为分体式和一体式两种。分体式 AR 将处理器、电池、按键等与眼镜本体分离,使用时需通过线缆与智能手机、电脑等外部设备连接或借助主机盒子无线投屏。此类设计将计算任务外迁,可支持复杂度较高的应用,亦能借势利用现有的经典内容生态和交互方式。一体式 AR 眼镜内部集成算力、显示等组件单元,更高的独立性、便携性要求在有限的体积重量内对计算性能、显示效果、热管理和功耗续航进行兼顾或取舍。 

一体式AR 布局趋势初步可见,或将替代分体式AR 头显取得主导地位。IDC 数据显示, 2023 年中国分体式AR 出货量占比约 88%,AR 头显目前以分体式方案为主。一体式 AR仍需经历硬件方案研发部署、内容生态逐步开发与产业链结构布局渐趋完善的过程,其相较于分体式 AR 更接近空间计算平台的定义,在 AR 原生内容生态开发、人机交互传感创新等方面具有广阔探索空间。

伴随光波导技术进步及 AR 芯片发布,一体式 AR 有望迎来更多布局和迭代,不断增强移动场景下的屏幕体验,解锁全天候无感佩戴体验,以轻量级产品瞄准消费市场需求,巩固并扩大上行空间。

AR 头显的硬件形态和技术路径多样并存,轻量级全彩产品瞄准 C 端市场布局新一轮增长点。从近年发布的主流 AR 设备参数来看,国内外厂商在稳步提升产品配置与性能的同时将产品重量约束在较低水平。国内品牌寻求 C 端落地的趋势相对更为明显,产品升级与价格下探两方面共同发力筑起性价比优势,加码轻量全彩 AR 头显以期加速 C 端市场渗透普及。从具体光显技术来看,Birdbath + Micro OLED 是常用的解决方案之一,已具备较为成熟的规模量产能力。

2024 年 1 月,雷鸟 X2 Lite 采用 Micro LED+衍射光波导光显方案实现双目全彩显示,搭载骁龙AR1 Gen1 芯片并加入大模型语音助手 Rayneo AI 以解锁 AI+AR 新体验。AR 产品在场景定义创新和技术路径探索方面的发展潜力可见,有望持续迭代突破、不断增强用户体验,收获行业C 端红利。 

AR 产业链中上游硬件端为核心环节,下游应用场景广泛。AR 产业处于初步发展阶段且产业链条较长,参与主体多。其中上游硬件端以光学器件、显示器件及芯片等为核心,是后续应用的基本支撑。该环节对终端设备形态和用户体验具有重要影响作用,价值量占比较高。从下游看,AR 应用领域颇为丰富,目前以工业、军事等B 端场景为主,C 端市场的需求承接尚未具备成熟经验。

除业内头部企业规划布局外,部分初创公司也初露锋芒,推出 AR 产品直指消费级市场,积极探索和积累内容生态建设与用户价值实现。随着产业发展历程推进,未来有望实现上下游的良好供需闭环和全产业链价值聚合。 

(二)消费级AR 眼镜快速起量,国内厂商占据主要份额

全球AR 市场出货放量迎增长,中国市场表现亮眼。据维深信息wellsenn XR 数据,2023年,全球 AR 出货量达到65 万台,较上一年增长了 54.8%,显示出 AR 技术在全球范围内的普及和接受度正在显著提升。在这一全球增长的背景下,中国市场的增长速度令人瞩目,2023 年中国市场的AR 出货量高达 19.7 万台,同比大幅增长45.93%,反映出中国在AR 领域的强劲需求和市场潜力。 

消费级 AR 扬帆起航,有望巩固 AR 出货放量增长前景。国内厂商 XREAL、Rokid、雷鸟等发力于 5000 元人民币以下价格段的消费级AR 眼镜市场,目前在出货量份额上已居于国内主流地位。从全球市场出货量来看,主推轻量消费级 AR 眼镜的国内厂商依然占据绝大部分份额。2023 年 XREAL 在全球市场销量排名第一,在 2023Q3 其出货量在全球总出货量中占比过半,达 51%。

现阶段 AR 出货量基数尚低,同时宏观经济运行压力和商业领域支出收紧对增长有一定抑制作用。随着未来经济复苏和 AR 产品软硬件迭代升级,叠加AR 与AI、5G 等领域的生态互融趋势深化,性能配置和佩戴体感更优的消费级AR 眼镜有望加速面世,带领行业进入持续增长稳步兑现区间。 

(三)光显和计算单元占据硬件成本大头,技术方案选用彰显产品主要差距

AR 眼镜主要模块中光学显示单元和计算单元的成本占比最大。AR 整机的零部件包括微显示屏、芯片、摄像头和传感器等,进一步可归为光学显示、计算、感知、存储和电池五大功能模块。以微软Hololens 为例进行硬件BOM 分析,光学显示单元约占整机成本43%,是AR眼镜最为核心的部分,其中所涉光学方案对产品的生产与推广具有重要影响作用。此外,计算单元在整机成本中占比约 31%,与光学显示单元同为 AR 头显的成本大头,在产业链中占有较高价值量。 

光学显示方面,AR 头显主要基于人眼立体视觉模拟的近眼显示系统(NED)。立体视觉是人眼对周围物体距离、深度和体积的感知,大脑通过综合处理生理线索提供的真实物理信息和以及心理线索提供的视觉幻象效果以形成三维空间感知。目前 AR 头显采用的主流NED 方案多为利用双目视差使大脑进行自适应左右目合像,形成立体视觉感知,同时加入光学融合器将虚拟图像与真实场景自然融合,其中所涉核心模块包括光学模组、光源及光学显示器件。 

(四)价格下降&体验增强&丰富生态,AR 设备增长可期

AR 设备均价下降及佩戴体感提升叠加内容生态逐步丰富,有望加强 AR 的头显终局预期。(1)设备价格方面,AR 设备均价下降,如XREAL、Rokid 等推出的轻量消费级AR眼镜定价较低,同时 Hololens 等一体式 AR 整机亦展现出量产迭代带来的降价趋势,总体ASP 下降趋势明显,预示着AR 设备有望收获更大的市场空间。(2)佩戴体验方面,随着技术的进步,AR 设备的佩戴体感得到显著提升,这不仅增加了用户的舒适度,也提高了设备的吸引力,为 AR 的普及和长期佩戴提供了可能。(3)内容生态方面,随着入场厂商的增加,AR 内容生态得到快速发展。从早期的一般内容消费逐步升级为更智能的虚拟内容生成和交互感知体验,AI、5G 等领域的技术进展将进一步突显 AR 的特色亮点,推动AR 内容生态的丰富和多样化。

AR 在 XR 中出货占比持续提高,未来增长可期。AR 被视为未来 XR 技术的终极形态,原因在于其设备轻便、便于携带,并且用户在使用时能够看到现实世界,与VR 相比,后者更像是在看一个封闭的屏幕。AR 的这些特性使其更能满足用户在日常活动中长时间佩戴的需求。

据 Wellsenn XR 数据显示,2024 年二季度中国市场 AR 出货量 4.2 万台,在XR 产品中出货占比从 2022Q1 的 8.42%增长至 2024Q2 的 31.82%,出货占比持续提高。从全球市场看,AR 预期增速可观。据 IDC 在 2023 年末的预测数据,2023-2027 五年间全球市场AR 出货量的年复合增长率为 96.5%,其出货增速亦远超 VR。

02

光学显示系统:光学及显示方案逐步迭代,光波导&微显示提供卓越效果 


AR 终端设备光学显示系统由光学元件和显示屏组成。光学 AR 眼镜同时呈现虚拟和真实世界,对显示系统的要求较高,需要在不遮挡现实显示基础上叠加虚拟信息,组成包括(1)主要的光学方案:包括棱镜方案、自由曲面棱镜方案、Birdbath 方案、光波导方案(衍射光波导和几何光波导);(2)显示屏:为设备提供显示内容,包括自发光的有源器件(如Micro-LED、Micro-OLED)、需要外部光源照明的液晶显示屏(如透射式 LCD、反射式 LCoS)、基于微机电系统技术的数字微镜阵列(DMD)。 

(一)光波导方案轻薄&透光率高&佩戴舒适,光波导技术逐步成为主流

市面上多种光学方案共存,每种方案都有其优势和局限性,适用于不同的应用场景和需求。光学方案主要包括棱镜方案、自由曲面方案、Birdbath 方案和光波导方案,其中自由曲面方案和 Birdbath 量产较为成熟,成像质量、光效、色彩饱和度相比于棱镜方案更高,但存在体积和视场角的矛盾。

而近年来光波导方案发展迅速,可以解决该矛盾,并可实现80%-95%的透光率,在展示真实世界的同时,通过多层光波导片叠加提供更加真实的三维图像,但光波导的成本相较于其他方案更高,目前量产难度大,未来量产落地后有望成为具有潜力和优势的光学方案。 

1、棱镜与自由曲面:技术成熟,由于视场角和体积问题逐步被替代 

棱镜与自由曲面的光学原理各具特点,棱镜主要基于折射反射原理,自由曲面则主要基于双反射分光原理。棱镜的光学原理主要依赖于棱镜对光线的折射和反射作用。当虚拟图像光线照射到棱镜上时,棱镜的不同面或曲面会对光线产生不同的折射效果,并能精确控制光线的传播方向和聚焦点,确保虚拟图像光线射入人眼视网膜中。而自由曲面的光学原理是经过两次反射,通过半透半反射分光镜和凹面镜将投影仪投射的虚拟图像反射入人眼,现实世界的景象透过曲面镜直接进入人眼。 

最早进入市场的棱镜和自由曲面兼具成熟度和成本优势,但存在视场角和体积等问题。其中,棱镜折射的视场角只有 10°-20°,且亮度不足、图像存在较大畸变。增大视场角参数需通过增加奇反射面积实现,但将导致镜片厚度的增加,进而增加设备重量。相比于棱镜光学方案的整体画面畸变问题,自由曲面方案只通过局部畸变做出了改进,因此在发展过程中,由于二者先天的劣势,逐渐被更成熟 Birdbath 方案所取代。 

2、Birdbath:性价比高&量产性强,短期内均衡成本和显示效果的落地方案 

Birdbath 方案以广阔的视场、经济的成本和卓越的体验领先市场。Birdbath 方案通过两次反射将显示屏的图像与现实世界相结合,利用分束镜控制光线,实现用户对数字图像和真实世界的同步视觉体验。具体而言,Birdbath 的光学原理是经过两次反射,将来自显示屏的光源投射至 45 度半透半反射分束镜,允许用户在数字图像以外看到真实世界,分束器的光线反射到曲面镜上后,半透半反射曲面镜将光线传递到人眼中。Birdbath 方案的优点是视场角较大(40°-60°)、呈像光线高、对比度高、分辨率高、成本较低、量产程度高、模组较轻即整机重量相较于普通眼镜略高。 

Birdbath 光损问题严重需搭配 Micro OLED,存在“短板效应”。Birdbath 方案光损较为严重,常搭配 Micro OLED 屏幕使用,二者配合后的光效会优于目前已有的大多数方案。相对应的问题在于,AR产业链与已有的智能硬件或VR产业链重合部分较少,Birdbath方案“捆绑”的高质量 Micro OLED 屏幕未能实现规模化量产,存在“短板效应”。 

3、光波导方案:轻薄&透光率高&佩戴舒适,有望成为AR 眼镜新主流 

光波导方案主要由微投影光机、光波导光学器件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传播,到达耦合器件时被耦合出光波导后进入人眼成像。耦入区域可以是反射镜、棱镜、浮雕光栅和体全息光栅等。耦出区域可以是阵列排布的半透半反射镜、浮雕光栅和体全息光栅等。

光波导轻薄、透光率高、佩戴舒适,但量产技术难度较大。光波导方案的优势包括,1)其结构设计有利于头戴设计和美化外观,因为可以将将显示屏和成像系统远离眼镜移到额头顶部或者侧面,这极大降低了光学系统对外界视线的阻挡;2)易于增大动眼眶范围,改善机械容差,并且使得重量分布更符合人体工程学,从而改善了设备的佩戴体验;3)透光率高,光波导最大优势在于可实现 80%以上的透光率,通过多层波导片的堆叠,实现更加真实的三维图像。然而,光波导的制作工艺难度大,成本较高,量产技术难度大。因此该技术仍需要一段时间进行技术发展。 

光波导可以进一步划分为几何光波导和衍射光波导,其中阵列光波导和表面浮雕光栅光波导为主流方案。根据耦入耦出区域光学元件配置的不同,可以进一步将光波导方案进行划分——耦入区域常用反射镜、棱镜、表面浮雕光栅和体全息光栅等作为光学元件,耦出区域常用阵列半透射半反射镜、表面浮雕光栅和体全息光栅等作为光学元件。目前阵列光波导和表面浮雕光栅光波导为主流方案。 

阵列光波导成像效果极佳,但产能、良率和成本控制较难优化。阵列光波导基于传统几何光学原理,大部分工艺为较为成熟的冷加工工艺,设计原理相对简单;且不涉及微纳米级结构,成像质量、色彩及对比度能达到较高水平,不会出现色散问题。阵列光波导制备过程主要包括“切割-抛光-镀膜-胶合”,工艺流程繁琐且对各环节工艺精度要求较高,给产能、良率和成本均带来一定挑战。制备难点主要在于镀膜和胶合工艺,镀膜工艺需叠加5-6 片波导片,任何一片误差都会导致报废,而胶合工艺目前主要依赖人工操作,产能限制较大。目前各厂商正在积极布局分子键合技术,以替代传统胶合方案。

衍射光波导量产性和良率更优,但模板设计难度大且色散问题有待攻克。衍射光波导技术光栅设计自由度大,制备工艺较为简单,在玻璃基底上镀膜后可直接加工,避免玻璃切片和胶合工艺,良率和可量产性较易提升。其量产难点在于母版设计的难度较大,涉及半导体微纳米级别加工工艺,需在硅基底上通过电子束曝光和离子刻蚀制成母版。此外,受物理原理限制,衍射元件本身对于角度合波长的选择性导致“彩虹效应”,即色散导致的 RGB 光分布比例不均。 

光波导方案尚未确定最终路径,持续迭代发展有望提升渗透率。目前各个光波导方案均处于发展阶段,各有优劣,尚未确定最终的技术路径。其中几何光波导合表面浮雕光栅波导已处于小规模量产阶段,而体全息波导目前仍未实现量产。未来随着光波导技术的不断发展和迭代,其显示效果、良率、量产性能有望进一步提高,提高光波导技术在AR眼镜中的渗透率。 

光波导技术的引入,使得 AR 眼镜等穿戴设备得以摆脱厚重复杂的结构,实现了更加轻薄便携的设计。相对于 Birdbath、自由曲面、离轴反射等光学方案,光波导可以实现更轻薄的体积、更高的透光率、更大的 Eye-box,通过纳米压印等微纳加工技术将 AR 眼镜的波导片做到类普通眼镜形态。并且在 Micro-LED 微显示器的搭配下,还能实现更高的入眼亮度,以及更小的光机体积。以星纪魅族最新发布的 AR 眼镜产品 MYVU 为例,据称其双目纯色光机的体积只有一滴水大小。 

(二)具备画质及体积优势,Micro-OLED 和Micro-LED 为未来应用趋势

AR 多种显示面板共存,以适配不同光损和结构的光学方案。用户在使用AR 眼镜时的需求反映在显示面板层面时,主要体现在对亮度、显示效果、续航寿命和整机重量的敏感性。因此,不同光学方案的光损程度不同,选择面板的考量指标主要为亮度,需提供足够的亮度才能使HMD在叠加环境光后清晰显示画面。市面上常见的显示面板主要包括LCD、 LCOS、Micro-OLED 和Micro-LED,其中前两个是需要外部光源,后两者是无机自发光, Micro LED 在各参数方面拥有绝对优势,长期来看,为业内公认的下一代主流显示技术方案,但目前仍处于研发阶段,距离实现规模量产仍有多项技术难度待解决。 

1、LCD 与LCoS 技术相对成熟,但面临对比度低&能耗高等问题 

LCD 面板结构包括背光、下偏光片、TFT Glass、CF Glass 和上偏光片。LCD 利用外部光源,在外加电场的作用下,液晶偏转改变光的偏振方向,穿过彩色滤光片和偏光片,从而现成单个像素的颜色,即背光发射的白光反射到偏光片后,自然光转换成为偏振光射入液晶层,液晶曾通过控制电压大小,改变液晶偏转方向,从而控制光穿过的“量”,最终光线射入彩色滤光片射出彩色光。 

LCoS 是基于液晶(Liquid Crystal)材料,与硅基集成电路技术相结合组成的一种反射型显示器件。LCoS 技术通过在硅片上制造驱动面板,并与玻璃基板结合,注入液晶进行封装。其显示原理是调整电压来控制液晶分子,从而改变光线的通过,实现图像的显示。简单来说,当电压为零时,光线不会进入投影光路,像素呈现暗态;而施加电压后,光线通过并成像,像素则呈现亮态。 

LCD 与LCoS 技术共同面临低对比度和高能耗的挑战。LCD 和 LCoS 均存在对比度相对不足和高能耗的问题,特别是 LCD 由于需要持续背光支持,而 LCoS 则因光利用率虽高但整体功耗控制仍有提升空间。此外模组体积较大、不利于轻量化设计,以及在低温环境下的性能受限。 

2、Micro-OLED 和Micro-LED 显示面板显示效果卓越,为AR 未来新趋势 

Micro-OLED 吸取多元技术要领,独具有小体积高像素优势。Micro-OLED 基于有机发光二极管的技术,每颗像素都可以独立发光,拥有极高的对比度、宽广的色域和微秒级的响应速度。得益于 CMOS 技术与 OLED 技术的紧密结合,Micro OLED 不再使用OLED传统的玻璃基板,而是采用单晶硅基板,将驱动电路直接集成在基板上,从而大幅度降低屏幕整体的体积和重量。通过采用半导体技术,用做芯片的技术来做屏幕,将无机半导体材料与有机半导体材料的高度融合,Micro OLED 的像素间距可以控制在几微米级别,在小体积的微型显示屏内提高像素密度。 

Micro-OLED 轻薄型&画质&响应速度存在优势,但有机材料使用寿命相对较短。Micro-OLED 相较于 LCD 和 LCOS 优势显著,但其成本高量产难度较大。优势在于:1)轻薄性强,Micro OLED 是自发光的显示技术,不需要背光模组,因此可以做得更薄、更轻、更省电;2)Micro OLED 的像素密度更高,达到每英寸 3000ppi 以上,可以提供更清晰、更细腻的画质;3)Micro OLED 的响应速度更快,适合用于高帧率的 AR/VR 等应用;4)Micro OLED 的尺寸更小,可以实现更高的像素密度和分辨率;5)Micro OLED 不需要复杂的封装技术,可以降低成本和厚度。但其缺点在于有机材料的使用寿命短(数千小时),可能会出现烧屏现象。 

Micro-LED 通过组合子像素,产生多种颜色并实现高分辨率。Micro-LED 即LED 微缩技术,核心是基于尺寸小于 100 微米的微型发光二极管 (LED)。这些微型 LED 由无机材料制成,主要是氮化镓 (GaN),这种材料以其出色的发光特性和高热稳定性而著称。每个Micro-LED 由三个可以独立发光的子像素(红色、绿色和蓝色)组成。通过组合这些子像素,Micro-LED 显示器可以产生多种颜色并实现高分辨率。 

MicroLED 技术以其卓越画质在显示领域脱颖而出。基于 LED 的微型显示技术, MicroLED 实现了每个像素的独立发光,尤其在高密度配置下(如应用于AR/VR 领域, PPI 超过2000,LED 颗粒尺寸细微至1-10μm),不仅极大地提升了亮度至2000-4000cd/m² 的卓越水平,还保证了画面品质的高超,实现了超高对比度和 HDR 效果的完美展现。以VU Discovery 为例,其利用了合色方案全彩 Micro-LED 光引擎极致压缩下的体积仅 0.4 立方厘米。

(三)Micro OLED+Birdbath 为主流方案,Micro-LED 量产性提高有望驱动长期渗透

Micro OLED 搭配多种光学方案,已经当前主流方案。Micro OLED 因其高像素密度、轻薄、低功耗等显著优势,在 VR 和AR 领域中被广泛认为是较为成熟的显示技术方案。在产品参数方面,Micro OLED 显示器件通常具备高清晰度、高对比度、广色域及高速响应性。在搭配方案上,Micro OLED+Birdbath 或几何光波导是当前较为成熟的技术组合。Micro OLED 不适用于衍射光波导,因为它依赖于自发光特性,而 Birdbath 光学方案可以有效地与 Micro OLED 结合,提供高质量的图像输出。

Micro-OLED+Birdbath 已为成熟方案,Micro-LED 量产性提高有望驱动长期渗透。根据2023 年全球 30 款AR 眼镜光学显示技术方案统计,Micro-OLED+Birdbath 为主要AR 眼镜显示技术,其次是 Micro-LED+自由曲面/衍射光波导。Micro LED 因其高亮度、低功耗、长寿命等优点,被看作是消费电子领域下一代显示技术的有力候选者,但其在当前由于在芯片、巨量转移、全彩化等方面仍存在技术挑战,未能实现大规模量产。随着技术和良率的不断提升,Micro LED 和光波导方案将持续渗透。 

03

内容端与硬件端协同发展,AR 有望在消费级市场大规模落地 

(一)消费级市场由游戏、观影主导,C 端场景持续落地有望推动AR 市场长期增长

B 端市场引领早期发展,C 端市场驱动长期增长。现阶段,AR 设备集中于B 端,在工业和培训场景已有较多成熟案例落地,初具市场规模,C 端市场发展稍迟,厂商多以观影、娱乐场景入局,暂未推动实际渗透。2023 年全球AR 头显C 端销量为 40 万台,B 端市场销量为 11 万台,AR 头显的 C 端销量自 2022 年起超过 B 端。长期来看,随着技术不断迭代,B 端场景将愈发走向专业化,C 端场景或将进一步细分,AR 市场的快速增长和规模上量仍将依赖于C 端市场的推动与爆发。 

AR 下游应用场景主要分为消费级应用市场(To C)和企业级应用市场(To B)。目前C端的应用场景主要涉及游戏、观影、信息提示、购物、导航和办公等, 其中游戏和观影场景的发展速度最快,已有多款量产产品流入市场。2016 年7 月上线的《Pokémon GO》,一经发布迅速成为全球现象级 AR 手游,仅在发布后的一个多月内创下首月营收最高、下载次数最多等五项吉尼斯世界纪录。

AR 在 B 端的应用场景主要覆盖军事、工业、医疗、教育、安防等多个关键领域,在中国,工业领域是AR 技术应用的热点。亮风台的第三代工业级 AR 智能眼镜 HiAR H100 以及亮风台与宝武集团联合打造的“AR 智能运维系统”,为运维人员开启了全新点检工作方式,是国产化AR 智能终端应用的典范。 

消费级市场由观影、游戏主导,企业级应用市场相对均衡。根据亿欧智库统计数据,在2023 年 AR 企业级应用服务市场中,各领域的市场规模占比相对均衡,前三大应用场景是教育培训、工业制造、医疗,市场规模占比分别达 24.7%、16.8%、16.2%;在消费级应用服务市场中,娱乐属性的观影、游戏为主要应用场景,合计规模占消费级应用服务市场的87.6%。 

(二)B 端市场专业化应用刚需强烈,C 端市场渗透仍需多方面迭代升级

硬件方面,B 端客户更关注产品能否满足提高效率的核心需求,对重量和使用体验要求较低。相较消费级AR 产品而言,工业级AR 产品的分辨率、色彩显示、水平和垂直方向FOV 角度、画面干净程度、眼球追踪的画面渲染速度整体均更优秀,能够提供实时信息、高度还原场景,从而辅助复杂操作和训练,满足 B 端市场信息辅助、远程协作、模拟培训等明确应用需求,尤其是军事、航空航天等领域的刚需。但同时,工业级AR 产品存在重量更重等问题,用户体验欠佳。 

内容方面,B 端和 C 端市场对 AR 产品的专业化要求和内容生态需求存在显著的差异。B 端场景需求为功能导向型,对于AR 产品的专业化程度要求较高,但对于AR 内容生态的丰富性要求并不高。从产业布局来看,目前 VR/AR 内容厂商主要的布局面向 C 端消费市场,涵盖游戏、影视等娱乐场景,社交、直播等工作和日常生活场景。 

定价方面,B 端市场的价格敏感程度相较于C 端来说较低。C 端由于已有应用场景非刚需且替代方案成熟、AR 技术仍不成熟等问题,消费者对于AR 设备需求稍显疲软,短期内仍面临商业变现增长乏力问题。当前的专用 AR 头显主要面向企业市场,据 Strategy Analytics 统计数据,AR 设备平均售价将随时间推移逐步降低,预计2026 年500 美元价位的消费级 AR 设备出货量将占所有消费级 AR 设备出货量的 62%,符合当前大部分 C端消费者对消费级AR 设备售价的心理预期。 

(三)内容端与硬件端协同发展,AR 有望在消费级市场大规模落地

1、内容端:硬件价值需通过内容体现,“系统开源+AI”有望提升内容丰富性 

硬件产品的市场发展潜力更多来源于其内容生态,平台应用的数量和质量决定了产品的市场规模。以智能手机为例,2008 年手机应用商店正式上线,支付宝、微信等便民应用的普及和水果忍者、神庙逃亡等娱乐应用带来交互体验的优化进一步推动了智能手机渗透率的提升,带动智能手机迎黄金快速发展期。现阶段,初创硬件厂商不具备建设开发者平台、打造应用生态的资金实力,而以手机厂商为代表的头部企业对 AR 市场优先硬件部署,在内容生态方面的投入仍处于观望状态。产业下游内容应用生态发展不健全,终端产品没有足够的消费级 AR 应用内容支撑,硬件产品难以吸引消费者买单,需求端无法反哺上游形成良好的供需发展闭环,因此出货量受限。 

Meta 推出开源操作系统Meta Horizon OS,有望丰富内容生态。Meta 公开宣布推出新一代空间计算操作系统 Meta Horizon OS,并将开放给第三方硬件制造商,目前联想、微软和华硕是首批合作伙伴。同时,Meta 开发了全新的空间应用框架,帮助移动开发者创造混合现实体验,开发者将能够使用已经熟悉的工具来将移动应用移植到 Meta Horizon OS上,或者创建全新的混合现实应用。Meta 操作系统的开源有望推动建立更完善的 AR 内容生态,催化更多优秀的内容,推动AR 产业进入“硬件、软件、内容呈螺旋促进模式” 的正向发展,进而驱动出货量提升。 

人工智能取得突破性进展,有望驱动产业步入关键转折点。十年前,世界上最好的人工智能系统也无法以人类的水平对图像中的物体进行分类。如今,人工智能已在多项基准测试中实现了超越人类能力的性能水平。据斯坦福大学在《Artificial Intelligence Index Report 2024》统计,人工智能分别在 2015、2017、2020、2021 年在图像分类、基本阅读理解、视觉推理和自然语言推理任务中超越人类表现。2023 年,人工智能聊天机器人ChatGPT、AI 编程工具GitHub CoPilot 和图像生成系统Stable Diffusion 等生成式人工智能应用和工具产品涌现,为文本创建、图像生成、代码生成以及研发流程等工作带来全新的智能体验。 

得益于大语言模型及 SAM 等模型在理解能力上的提升,有望增强 AR 设备的语音交互等功能。据Jason Wei 等人《Emergent Abilities of Large Language Model》在研究中发现,模型在较小规模时,其性能与规模大致呈线性关系,随着模型规模进一步增大,比例定律被打破,模型能力有了明显的质的飞跃,这些能力也被称为大模型的“涌现能力”(如理解人类指令等等)。2022 年发布的ChatGPT 是参数量达到千亿级别的大模型,能够理解更贴合人类自然语言的指示,并根据该指示作出高质量的文本生成,被称为人工智能里程碑式的应用。  

大语言模型的发展显著增强了 AR 设备的物体识别等功能。大模型从根本上改变了人和数据的交互方式,使得人仅通过统一的自然语言接口就能对所有的结构化数据和非结构化数据完成处理,并在机器设备与环境交互中承担了中枢的角色,为支持 AR 设备功能的实现提供了坚实的基础。 

接入 AI 有望大幅降低内容创作成本,降本增效能力已初步显现。以美术领域为例,据Game Look 的统计数据,在2D 的卡牌、3D 的开放世界等这类重资产的游戏品类开发中,美术部门的成员时常占据核心开发团队的70%以上。俄罗斯游戏工作室 Lost Lore 在角色设计阶段应用 AI 技术,以 AI 生成图为蓝本,在此基础上由人工画师进一步监修,成功将开发成本从 5 万美元压缩至 1 万美元,并将工时耗费从 6 个月大幅减少至 1 个月。随着生成式 AI 的进一步发展,AR 内容创作厂商接入 AI 有望较大程度上缩短制作周期,有效降低制作成本和试错成本,在 AR 游戏、AR 视频、AR 应用程序等专业内容制作上实现降本增效。 

头部厂商积极布局,AI+AR 大有可为。在RealityLabs 成立10 周年之际,Meta 宣布推出首款 AR 眼镜,该产品将整合现有的 Quest 3 和雷朋 Meta 智能眼镜的产品线,形成 AI+AR 眼镜的新形态产品。该产品融合了两种技术路径,使得用户既能沉浸在物理世界和数字内容的协同交互之中,又能够享受到 Meta AI 的实用性与娱乐性。

2、硬件端:追求设备轻量化技术创新,优化外观以贴合日常使用场景 

“材料创新+技术突破”,持续推动整机重量下降。减轻设备重量是 AR 光学方案与厂商的一项重要课题,2024 年各家厂商发布的AR 眼镜新品中,“轻量”是一大宣传亮点。XREAL Air 2 引入镁合金横梁、外壳超轻塑胶粒子等多项新材料,机身重量仅为72g,相比上一代降低 10%。雷鸟X2 Lite 采用了全新的ID 设计,并在光机小型化、波导设计和材料创新上取得突破,整机重量仅约 60g,较上一代减少了接近 50%。 

佩戴舒适度方面,先进光学方案有望平衡 AR 设备重量分布。目前,面向消费市场的主流 AR 光学方案主要是Birdbath 与光波导。光波导方案中,波导通过“全反射”原理将光传输到眼睛前方再释放出来,可以将显示屏和成像系统远离眼镜移到额头顶部或者侧面,这极大降低了光学系统对外界视线的阻挡,并且使得重量分布更符合人体工程学。Birdbath 方案通过在眼镜前方设置微型显示屏,将图像通过反射镜传递到用户的眼睛中,这种设计允许将显示组件和光学元件放置在眼镜的上部或中部,从而可以将部分重量转移到镜腿,实现重量分布平衡。 

外观方面,优化外观设计,贴合现实生活使用场景。2012 年,谷歌推出了第一款AR 眼镜Google Glass,距今已经有十余年。近年来AR 眼镜的外观已然发生了巨大的变化,从目前主流厂商发售的 AR 眼镜来看,产品的外观更加贴近普通眼镜,兼具时尚设计,更加贴合消费者的现实生活场景,使得用户在日常使用中不显突兀。  

定价方面,终端厂商逐步下调售价,加速渗透 C 端市场。以 XREAL、Rokid、INMO、 XREAL 四家主流消费级 AR 终端厂商为例,可以发现各厂商于 2023 年新发布的 AR 眼镜定价大多集中在 2000-3000 的价格区间,与前一代产品的售价相比基本持平或有所下调,其中雷鸟Air 2 定价较雷鸟Air 降低了800 元。

由于当前的 AR 产品尚未达到足够成熟和市场上的广泛普及,对于广大消费者而言,这些产品并未成为日常生活的必需品。为了吸引用户并促使他们为这些产品付费,即便是在 AR 领域的领军企业,也在不断调整其定价策略,以期推动AR 产品在C 端市场渗透。 

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相关代表企业 

1、歌尔股份 

智能声学整机业务复产带动稼动率提升,公司盈利情况显著修复。公司2024 年上半年智能声学整机业务实现营业收入 127.89 亿元(YoY+38.19%),智能声学整机业务毛利率9.83%(相比去年同期提升5.78pct)。主要原因系公司前期项目份额下降的不利影响通过公司努力巩固大客户关系逐步衰退,稼动率及出货量得到提升,带动公司智能声学整机收入及盈利能力修复。展望后续,据彭博社记者 Mark Gurman 消息,苹果或有望于2024年 9-10 月发布两款新的第四代 AirPods 机型,新机量产有望拉动智能声学整机业务进一步增长。 

2、立讯精密 

深耕消费电子海外大客户,市场份额持续增长。公司深耕海外大客户,在大客户智能移动终端、健康穿戴、声学穿戴等系统组装业务,以及智能终端显示模组、系统封装、音圈马达等核心零组件、模组产品上均实现突破,持续收获核心客户高度的评价与充分的肯定,实现各产品线市场份额逐年提升。在新产品、新业务方面,公司充分肯定人机交互、虚拟现实等产业未来在工业、交通、医疗、娱乐等不同领域的发展空间,积极布局并携手一流客户共同规划和落实下一个五年的黄金发展机遇。面对高度复杂的新产品界面,公司一如既往通过深度的工艺解析和技术分解,将综合复杂的结构转化为多个成熟的工艺制程,并通过声、光、电、磁等技术赋能,帮助客户实现产品的开发和落地。

3、水晶光电 

水晶光电起家于光学镀膜和光学冷加工技术研发,坚守光学赛道创新发展,是国内光学领先企业。公司现已构建光学元器件、薄膜光学面板、半导体光学、汽车电子(AR+)、反光材料五大业务板块,并由制造型企业向技术平台型企业转型,致力于提供从核心元器件到模组及解决方案的一站式专业服务。产品下游行业分布广泛,包括智能手机、相机、智能可穿戴设备、智能家居、安防监控、车载光电、元宇宙AR/VR 等。(来源:华创证券)



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