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Micro OLED难赢Micro LED？AR显示技术优劣一文读懂

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2023-08-15

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苹果推出期盼已久的MR设备“Vision Pro”，让大家对于AR设备的想像和应用更清晰，从官方照看，Vision Pro外型虽不像VR设备笨重，但距离理想中的AR眼镜仍有一段路。

苹果Vision Pro采用Micro OLED技术，透过外侧屏幕能显示出表情状况，业界也期待随着AR 技术继续发展，能从Micro OLED过渡到同样身为次世代显示技术的Micro LED，使AR设备实现轻薄化、眼镜化。

自2021年到现在，全世界已有超过10个品牌厂商推出Micro LED穿透式AR智慧眼镜概念机。TrendForce预估，至2026年Micro LED穿透式AR智慧眼镜芯片产值约为3,830万美元，2023~2026年Micro LED芯片的年复合成长率约704%。

2021-2026 Micro LED AR 眼镜芯片产值

但Micro LED在AR技术的优势到底在哪？为何苹果选择先使用Micro OLED？还有其他能应用在AR领域的显示技术吗？

AR设备也分理想和现实

虽然许多AR设备都有扩增实境（AR）功能，但如同苹果Vision Pro一样，最终外貌并非库克理想中的样子。了解开发过程的知情人士透露，这款产品其实远远偏离库克最初设想，苹果当初想设计不显眼且能每天配戴的设备，但现在变成类似滑雪镜，且需要单独的电池组。

事实上，从目前技术来看，要实现真正理想中的AR产品，可能时日过早。

目前AR功能产品严格来说大都采用影像透视（Video See-Through，VST）技术，即相机捕捉真实世界场景，再透过运算、电脑图像技术结合，呈现于不透明显示器上。

理想上是光学透视（Optical See-Through，OST）技术，用户透过眼前的半透明光学合成器看到真实世界，搭配投影投射到用户眼睛，结合真实世界和虚拟世界。

研调机构TrendForce透露，理想中的穿透式智慧眼镜必须符合三大条件：首先，为了尽可能减轻眼镜的穿戴负担，显示光引擎（又称“光机”，Light Engine）尺寸大小约在1吋以下；其次是内容辨识度要求方面，显示器亮度规格至少要达到4,000 nits 以上，确保不受天气或场地等外在环境影响；最后是解析度至少须达3,000 PPI 以上，让投影放大画面清晰。

业界人士表示，穿透式AR眼镜主要场景可能是户外与行进中，必须考量一般户外天气甚至晴天的亮度，加上目前光波导（Waveguide）镜片效率很低，约介于0.1-1%，光损失非常大，所以需要很强的光来通过光波导镜片，才能显示在显示器上。一般来说，AR显示器亮度必须超过100万、甚至1,000万nits才行。

发展AR眼镜，哪一个显示技术较具优势？

AR眼镜的主流显示技术可分为被动式微显示技术、主动式微显示技术及扫描显示技术。

被动式微显示技术包括LCD、LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）和DLP（Digital Light Processing）技术（表格左3项），须以RGB LED或RGB激光作为光源，目前技术较成熟，缺点是光引擎尺寸（Light Engine Size）较其他技术大。

各种显示技术优劣比较。

主动式微显示技术包括Micro OLED和Micro LED（表格右2 项），Micro OLED拥有自发光等特性，但易受限于亮度问题；Micro LED在对比度、寿命、省电等规格表现上优于Micro OLED，但因为RGB整合难度大，应用在AR眼镜仍有许多挑战。

扫描显示技术（Laser Beam Scanning，LBS）使用RGB激光作为光源，搭配MEMS进行扫描成像，但可能导致散斑现象。

介绍完所有主流显示技术后，我们接着会以Micro OLED、Micro LED、LCOS和LBS这四种技术进行优劣分析：

1. Micro OLED：适合发展VR/MR 设备，亮度是硬伤

苹果Vision Pro采用Micro OLED技术，但因有机材料发光特性，亮度表现上仍输给Micro LED、LBS、LCOS和DLP（Digital Light Processing）。

即使Micro OLED厂商持续提升亮度，如透过不同光层来发光、调整Pattern、采用磷光材料等方式，但调高亮度的同时仍使有机材料寿命减少，可说是天生硬伤。而在亮度表现上，则以LBS、Micro LED表现最好。

Micro OLED技术仍以SONY为主要供应商，由于投入时间较长，更具技术优势，但据最新消息，韩厂LGD（LG Display）已加入苹果Vision Pro Micro OLED供应链，打破SONY独供局面，这有助增加苹果Vision Pro产量、使成本下滑。

2. Micro LED：AR 应用最具竞争优势，但技术仍有一段路需克服

不管是PPI、亮度、对比度、光引擎尺寸，Micro LED皆拿下五颗星，但技术成熟度是一大问题。Micro LED AR眼镜因全彩化技术瓶颈，目前仍以单色显示为主，主要是信息提示、导航、翻译以及提词器等基本的显示信息功能。

此外，高解析度势必需要进行芯片微缩，Micro LED尺寸需要缩小至5μm，这时磊晶制程会因波长均匀性问题而影响良率，同时也会出现红光芯片的外部量子效率（EQE）问题。但中长期来看，Micro LED仍是绝佳选择。

3. LCOS：技术成熟但高功耗、低对比度限制发展

LCOS是AR终端常用的显示技术，成本低、色域广，由于是反射式技术，光利用率可提高至40%，即产生较高的亮度，并随着半导体制程的微细化，逐步提高解析度；缺点是对比度低，且通常必须搭配“偏振分光器”（Polarizing Beam Splitter，PBS），限制了整体光引擎的小型化过程。

4. LBS：光引擎尺寸微缩媲美Micro LED，但技术一样未成熟

LBS技术原理是以RGB激光作为光源，经由光学元件校准以及合束后搭配搭配MEMS进行扫描成像，耦合进入光波导。光波导如同一般眼镜的镜片，影像会在光波导里面传递，然后最终投射进使用者的眼睛。

LBS优势包括亮度高、低功耗、色纯度高、高对比等，但雷射可能导致光斑（Speckle）现象。目前欧司朗（Ams OSRAM）开发一款适用于LBS技术的RGB整合式激光搭配MEMS方案，可将整个光引擎体积缩小到1cc以下，有助于消费类AR眼镜开发。

根据欧司朗系统方案工程经理的说法，基于ams OSRAM的三合一RGB激光（VEGALAS RGB）设计的光引擎可将尺寸进一步缩小至0.7cc。值得注意的是，由于这颗激光尚未整合光束整形光学，所以光束校准和合束需要在封装外实现。

AR眼镜技术关键瓶颈：光引擎尺寸

JBD首席运营官徐慧文曾说过，要实现AR眼镜轻量化，最关键的是光引擎尺寸，“光引擎尺寸达1cc，才能使眼镜变成接近正常眼镜的型态”，而光引擎尺寸必须小于1cc，也成为业界共识。全彩光引擎若能达到小于1cc这个目标，目前只有LBS、Micro OLED与Micro LED这三种技术有机会达成。

其中，Micro LED在像素尺寸、发光效率、亮度等特性，都比Micro OLED还好，规格看是最适合AR眼镜的应用，也是光引擎的首选；但现状只能是单一绿光颜色，Micro OLED则可以到全彩，在AR/VR设备中较占优势。

Micro OLED、Micro LED 光引擎比较

TrendForce表示，目前Micro LED光引擎技术尚未成熟，红光的外部量子效率过低，全彩化微型显示器的问题相继产生，加上微型显示器尺寸太小时，造成视场角（FOV）过小影响观看视野，若以光波导的光学设计方式，入射光须提供更高亮度才能满足户外使用规格，而穿透式智慧眼镜需长时间的穿戴，因此电池的使用寿命及大小，直接影响产品外观设计，另外如何结合感测器将影像资料传输及处理也是一大问题。