MicroLED和光波导：决定AR未来的关键技术
2020-05-08 19:31:30   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

据麦姆斯咨询报道，数十年来，增强现实（AR）和虚拟现实（VR）热度不减。基于现有光学和传感元件，VR已面向消费者推出多年。除了对VR和AR设备的整体改进之外，产业界也致力于尺寸小型化。因此，带来了很多微型显示器技术，包括硅基有机发光显示（OLED-on-Silicon）、MicroLED，与Pancake光学元件搭配，能够提供适当的像素密度、视场和外形尺寸。

AR，曾经也将继续成为消费电子产品公司实现替代智能手机梦想的技术。人类已经习惯了高质量的显示器。但到目前为止，作为平板显示器行业的下一代产品，AR所能提供的图像质量还无法达到人类需求。随着各项技术的不断进步，我们看到光波导和MicroLED取得的一些进展将带来新功能。

Yole预计，第一代头戴式AR设备的销量将于2021年达到首个里程碑。这将基于MEMS微镜或硅基OLED显示解决方案的传统光学器件。但是，市场要真正启动，需要彻底的技术范式转换。这一切光学技术都围绕着波导展开。长期以来，大家一直在与波导可能带来的不良光学效率进行斗争。从过去不到1%的光学效率，到现在，我们看到的结果已提高了一个数量级。因此，能满足原始设备制造商（OEM）对均匀性改善的最低要求。Yole预计，到2023年左右将达到第二个里程碑，届时知名消费电子品牌将推出满足消费者对性能、成本和外形三方面要求的产品。但是目前仍然缺少一个元素：显示器。虽然业界一直在努力，但尚未出现MicroLED产品。MicroLED微型显示器可以提供其它解决方案无法媲美的优势，包括亮度、尺寸、色彩和对比度。所有OEM厂商都在等待这个机会的实现，预计到2027年MicroLED渗透率将达到30%。

消费类AR市场将分别于2021年和2023年迎来销量里程碑（来源：Yole）

以可接受的成本和适当的性能水平实现MicroLED微型显示器的制造是一件非常复杂的工程。在过去的2年里，厂商用不同制造方式展示了许多原型，包括红色、绿色、蓝色（RGB）三元色，色彩转换和混合键合。2020年3月下旬，Facebook与AR屏幕厂商Plessey签署独家供应协议，表明Plessey和Vuzix在AR领域的合作告一段落。这说明了Facebook对AR技术的兴趣以及建立自有供应链的意图。

同时，光波导也是投资和合作伙伴关系活动频繁的产业。在过去的几年中，Lumus与Quanta，Digilens与Foxconn（富士康），WaveOptics与Goertek（歌尔股份），Apple（苹果）与Akonia，纷纷宣布了合作或收购等动作。反射、衍射和全息波导这三种技术，谁将获得最大的市场份额？我们拭目以待！

一切都取决于性能和成本。成本与不同技术所采用的制造方式密切相关。多年来，基于表面浮雕光栅的波导已经是众所周知的AR显示技术，Microsoft（微软）和Magic Leap是该技术的代表企业。但是，该技术路线曾一度因纳米压印光刻（NIL）制造工艺的复杂性导致良率低，成本高居不下。如今该问题这已经得到了改进，WaveOptics或Dispelix可能会向所有OEM厂商提供波导，这不再是专供某家厂商的独家技术，将成为公开可用的技术。

苹果、Facebook、华为和三星，哪家将率先提供设计时尚、性能优良和价格合理的消费类头戴式AR设备？无须质疑的是，尽管苹果已经将各种核心技术收至麾下，但所有主要品牌厂商都在紧密合作，并与波导厂商和MicroLED厂商建立了合作伙伴关系，共同努力以满足消费者的需求。

AR产业：起源、厂商及其关系（来源：Yole）

因为性能、成本和外形尺寸三者难以平衡，AR对专业技术的要求非常高。但随着各项技术的进步，预计2019~2027年期间，头戴式AR设备的复合年增长率（CAGR）将达到105%。如此强劲的市场增长率带来的希望激发了许多厂商进入该供应链，其中有些厂商仍处于“隐身模式”。

波导技术的进步，不仅得益于设计方面的努力，还得益于EV Group、Oxford Instruments（牛津仪器）和基板制造商等设备制造商的大力推动。玻璃衬底厂商也一直努力为波导制造提供高折射率晶圆。考虑到AR带来的晶圆数量和市场规模预测，如果消费市场蓬勃发展，即使对现有巨大的玻璃晶圆业务来讲，这也将是不可忽略的一部分。

用于AR设备DOE和HOE的高折射率玻璃晶圆市场规模预测（来源：Yole）

对于蓬勃发展的消费市场而言，这不仅仅是硬件，还是一副看似普通却可以提供高质量图像的眼镜。如果最终只是将一块智能手表屏幕放在眼前，那么这可能还不够吸引人。因此，我们希望OEM厂商能够提出适当的建议，以真正启动市场。AR的采用曲线将遵循与智能手表发展曲线类似的路径，早期的首批产品可能无法提供具有竞争力的性能和用例，直到大量投入为止。苹果似乎是非常有潜力的厂商：在MicroLED、波导、ARKit应用以及3D传感等多个领域积累了丰富的经验。

在较新产品中使用这些技术时，有助于提高对AR技术的认识。当头戴式AR设备技术一切准备就绪时，消费者就可以享用了。也许在2023年就会发生。

延伸阅读：

《MicroLED显示技术、市场及机遇-2020版》

《增强现实、虚拟现实和混合现实技术及市场趋势-2020版》

《柔性/可折叠OLED显示技术及市场-2019版》