AR未來已來的口號已經喊了好幾年，但IDC在日前的一份報告中預測，AR頭顯（頭戴顯示器）到2022年底的全球發貨量為26萬臺，同比下降8。7%。造成這個結果的原因可能是多方面的，比如主要廠商的財務狀況不穩定、新款裝置不具顛覆性或者殺手級的AR應用遲遲不出。與銷量下降相呼應的是蘋果等大廠的AR始終“猶抱琵琶半遮面”。

平靜的水面下其實暗流湧動，OPPO、小米為代表的國內大廠紛紛推出Micro LED+波導的單綠色試驗性整機，Nreal為代表的創業公司則採用更為成熟的Micro OLED/LCOS+BB彩色方案，直接劍指C端並已經取得不錯的初售業績，頗有種春秋時期百家爭鳴、百花齊放的感覺。

之所以說當前AR整機競爭更像是春秋而不是戰國，有一個重要的原因是因為整個光學顯示方案技術在大家眼中還未收斂，似乎每一個方案都有可能在未來突出重圍，又似乎每一個方案都會因為自身的侷限突然倒下，光學顯示方案就在這亂世紛爭中逐步迭代、完善自身。

也許等塵埃已定、未來有人一統六國的時候，我們稍微停下腳步，回頭再看如今這個時點，會發現AR光學顯示方案的格局其實較為清晰，有一些技術路徑也已經刀鋒凌厲了。本篇文章就將對目前AR光學顯示方案（光機+光學成像）的技術路徑做出分析。

「本文作者」華映資本投資總監王思睿，長期關注光學半導體、新能源、通訊領域的投資機會。歡迎創業者及投資機構與我們踴躍交流。

蘿蔔白菜、各有所愛：現階段不同的場景裡會有不同的AR光學顯示方案

目前AR的應用場景按照使用者身份不同，可以分為2B、2G和2C。2B一般應用在工業檢測維修、倉庫廠房管理或是機場火車站安檢等領域，2G一般應用在軍用頭盔、瞄準鏡上，2C也可以再細分為室內影音娛樂終端或是室外綜合移動終端。

這些不同的場景對光學顯示方案要求差別很大。2B和2G的應用場景裡單綠光完全可以滿足使用要求，視場角或是解析度也不用十分出色。依據具體應用場景在室內或是室外，會對光學顯示方案的亮度進行調節。但在2C領域單色只是過渡方案，全綵時代終將來臨，這就對光機和光學成像都有很高的技術要求。目前的全綵光機要麼體積大、要麼亮度低、要麼成本高，而光學成像技術要麼體積大、要麼光效率低，這就使得目前客觀上沒有一種光學顯示方案能夠兼具全綵、高亮、體積小、成本低的特性。

既然沒有完美的光學顯示方案，那就要在每個場景裡找到最適合的光學顯示方案。比如在2C的室內影音娛樂場景裡，室內光強低，甚至可以在AR眼鏡上蓋上眼罩，這樣就不需要有高亮的顯示，那麼Micro OLED+BB的方案就完全可以解決問題，這也是Nreal採用該光學顯示方案的重要原因。

即使未來有了能和手機媲美的全綵、高亮室外的AR移動終端，但OLED+BB的方案由於具有更低的成本，短時間內仍舊會在室內影音娛樂或是工業檢測維修場景裡佔有一席之地。

人中呂布、馬中赤兔：AR劍指下一代移動終端就需要下一代的光學顯示技術，Micro LED+波導應是技術收斂方向

目前來看，不同的場景裡會有不同的AR光學顯示方案，但如果AR要做成能媲美手機的移動終端，或者至少做到iWatch這樣的輔助性移動終端，那麼光學顯示方案就要兼具全綵、高亮、體積小、成本低的特點，目前已經成熟的光學顯示方案無法同時做到這些，這就需要下一代的光學顯示技術來解決這些問題。

光機方面

1. Micro LED是幾無爭議的光機最終方案

一款完美的光機應該在量產後具備高亮、體積小、成本低的特點。LCOS和DLP方案屬於較為成熟的光機方案，但因為是反射光源來發光，所以體積較難壓縮；Micro OLED過低的亮度使其在最終方案中早早出局；而LBS因為是掃描式結構，所以均勻性、魯棒性都較差，客觀上限制了體積縮小和成本降低的能力，未來在升級迭代中要克服的困難較多；而Micro LED是自發光光電轉化效率高，體積小、亮度高、功耗低、響應時間短，儘管目前有紅光發光效率差、量產工藝不成熟導致成本高等問題，但由於其使用半導體工藝，在迭代和量產方面天生有優勢，故被認為是最適合AR光機的最終方案。

具體來講，Micro LED技術是指以自發光的微米量級的LED為發光畫素單元，將其組裝到驅動面板上形成高密度LED陣列的顯示技術。結構上從下到上一般為CMOS驅動層、發光層（小燈泡）、光學器件層（準直光束），目前分為兩類，（1）用於手機、電視的大屏（通常涉及巨量轉移技術）和（2）用於AR的小屏（行業又稱單片整合，本文討論範圍）。

2. Micro LED仍需克服層層技術障礙

用於AR小屏的Micro LED根據色彩又可劃分為單色和RGB全綵。單色Micro LED難度已經很高，工藝上需要克服兩個核心的問題，即RGB各顏色的外延和鍵合能力。

外延方面主要是由於尺寸效應（主要是因為尺寸縮小，晶片的周長面積比增大，導致側壁的表面複合增多，非輻射覆合速率變大，從而導致發光效率下降，紅光尤為嚴重）和刻蝕導致的側壁缺陷，還要考慮摻雜和防捲曲等問題，需要有非常多的know-how積累。

鍵合方面主要是指發光層和CMOS之間的鍵合工藝，傳統是採用倒裝的方法，具體是指將發光材料和驅動晶片都在晶圓基礎上劃片成小晶片，一片一片地倒裝，這樣速度慢、良品率也並不會提高；比較先進的方法是晶片級鍵合，是指在發光層和驅動層上都先做好結構，把兩片晶圓直接去對準，這樣難度非常高，尤其是畫素小於4μm就很難對準；工藝上綜合來看最好的是晶圓級鍵合，是指直接將發光層倒扣在驅動層上（先鍵合），把發光層的藍寶石徹底去除，然後根據驅動的位置在發光層上做結果，這樣不會有對齊的問題，驅動在哪裡，發光畫素就做出來在哪裡。

如果是RGB全綵方案難度又要有幾何倍數的上升，常見的幾種方式包括三色稜鏡合光、量子點光致發光和垂直堆疊，基本都處於demo或者更早的階段，大規模量產和降本尚需一定的迭代時間。

3. 下游整機成熟或將加速Micro LED技術迭代

目前國內的主要玩家有JBD、鐳昱、思坦、諾視、君萬等，技術來源主要是來自香港科技大學等高校和雲南北方奧雷德等企業。目前JBD的單綠色產品已有小規模量產經驗，其餘企業陸續將單綠色送測並積極尋找商業機會。全綵方面，儘管技術尚未收束，但行業競爭格局相對比較清晰，三色稜鏡合光和量子點方案或是全綵最先實現量產的方案。在當前下游整機逐步成熟的大背景下，上游的技術迭代會被逐步加快。

波導方面

1. 作為移動終端的AR需要波導

光波導（optical waveguide）是利用光的全反射原理引導光波在其中傳播的介質裝置，相比於稜鏡、Birdbath等方案更輕薄、高透、視場角更大，如果AR要做成移動終端，那波導就是最終的Mr。 Right。

2. 陣列和衍射波導的愛恨情仇

AR主流的波導技術分為陣列光波導和衍射光波導，其中衍射光波導又分為表面浮雕光柵光波導和全息光柵光波導。

陣列光波導是透過“半透半反”鏡面陣列進行擴瞳。每一個鏡面會將部分光線反射出波導進入人眼，剩下的光線透射過去繼續在波導中前進。然後這部分前進的光又遇到另一個“半透半反”鏡面，從而重複上面的“反射-透射”過程，直到鏡面陣列裡的最後一個鏡面將剩下的全部光反射出波導進入人眼。

陣列光波導的主要問題是加工過程十分繁雜（比如每個鏡面的鍍膜層數可能達到十幾甚至幾十層，鍍膜後層層摞在一起並用特殊的膠水粘合，然後按照一個角度切割出波導的形狀，鏡面平行度、切割角度都要設計好且很精準），需要將幾十步工藝結合起來總良率挑戰難度高。每一步工藝的失敗都可能導致成像出現瑕疵，常見的有背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。同時還有外觀缺陷，關掉光機的情況下仍然可以看到鏡片上的一排豎條紋（即鏡面陣列），可能會遮擋一部分外部視線，二維擴瞳遮擋面積更大，也影響了AR眼鏡的美觀。

表面浮雕光柵光波導原理是利用浮雕光柵耦進耦出，即用入射光柵來將光耦合入波導，然後用出射光柵代替鏡面陣列。即像蛇一樣在波導裡面“遊走”的全反射光線在每次遇到玻璃基底表面的光柵的時候就有一部分光透過衍射釋放出來進入眼睛，剩下的一部分光繼續在波導中傳播直到下一次打到波導表面的光柵上。表面浮雕光柵光波導在設計上要特別關注色散、色彩均勻性和光學效率的問題，在工藝上也要特別注意母版製作和子版拼版等問題，技術壁壘也很高。

全息光柵光波導原理是利用全息材料耦進耦出，相鄰結構間折射率差值太小導致衍射效果沒有浮雕光柵方案好，該方案材料是關鍵，現在市面上沒有特別能拿得出手的成品。

在波導的1。0時代，陣列和衍射波導互相攻擊對方的技術路徑存在瑕疵，陣列diss衍射色散問題難以解決，彩虹紋嚴重是先天疾病無法治癒，此外還有國外的專利問題；衍射diss陣列工藝過於繁雜，量產堪憂，良品率難以達到要求。

但經過了幾年的技術迭代，雙方的這些初始問題已經逐步得到解決，這裡舉個例子——衍射的色散問題。色散問題的本質是因為紅綠藍三色光因為波長不同，不同波長的光即使入射角一致，在光波導走的路線也不一樣，和光柵交匯的次數不一樣，產生的光學效果也不一樣。

目前已經可以透過（1）採用多片波導，不同片波導透過不同波長的光；（2）每片波導中光柵結構的槽深h和佔空比δ不同，這樣可以調節每片波導傳遞的光的波長和光耦出的效率兩種方法來解決。行業內普遍採用2層波導，第一層紅光和部分綠光，第二層藍光和部分綠光的方案，我們就曾在國內某表面浮雕光柵波導龍頭公司試戴過demo，彩虹紋現象已經基本得到解決。

再比如說陣列的量產問題，隨著鍍膜和鍵合工藝的成熟，現在陣列的量產能力已經有很大的進步，我們認為，以中國的光學冷加工工藝水平，陣列的量產問題會比預想的更樂觀，建議在波導2。0時代還是應以發展的眼光看待問題。目前波導的核心問題應是量產問題，誰能先實現量產，並在客戶更改不同需求時能夠快速進行光學設計並調整量產工藝，誰就是最終的贏家。我們相信在當前行業中，波導的3。0時代會很快到來。

綜上，對於一款以移動終端為目的的AR來說，當前階段的光學顯示方案在大方向上是收斂的，但在子技術路徑上確實需要市場逐步進行驗證。

靈境中的平行時空：成功的光學顯示方案下我們未來的生活

以上是關於AR光學顯示方案技術方案的一些探索，成功的光學顯示方案下我們未來的生活是什麼樣的呢？我們認為可能會經歷技術輔助現實、技術影響現實和技術成為現實（平行時空）三個階段。

技術輔助現實階段的特徵是光學顯示方案尚不成熟，但能解決部分問題。比如車載AR HUD顯示速度和方向，甚至能做導航。再比如一些翻譯和提詞器功能的AR眼鏡，可以同步翻譯語言，使人們跨語種溝通的能力大大增強。這一階段終端的形態是多樣的，每款眼鏡的功能相對獨立，但共同特點是能夠大大方便人們的生活。

技術影響現實階段的特徵是光學顯示方案逐步成熟，支援部分移動端應用被轉移至AR眼鏡中。比如一些傳統軟體如百度導航、大眾點評，我們可以透過AR眼鏡直接掃描路邊飯店的評分和評價，可以透過AR眼鏡導航去最近的健身房，甚至可以透過AR眼鏡來搜尋對面應聘者的工作簡歷和公眾號文章。這一階段AR會影響生活中的方方面面，成為人的智力外掛。

技術成為現實階段的特徵是光學顯示方案已臻化境，透過AR眼鏡可以看到一個全新的數字化的世界。比如觀看球賽時可以看到放大的射門回放，參觀帝國大廈時可以看到樓頂的金剛，吃飯時會有食材產地和歷史的動畫介紹。簡而言之，只要戴上AR眼鏡，你就會看到一個根植於現實的更加絢爛的世界。

當然，要做到這一步，不僅需要光學顯示方案的成熟，也需要數字基礎設施的建設。我們相信，以當前的光學顯示方案迭代速度，那一天的到來不會很遠。華映資本持續關注並看好AR/VR上游硬體和光學半導體的賽道潛力，歡迎相關專案方與我們聯絡，共建未來。