「Bitpie官方网址」AR、VR、MR、XR近眼显示芯片的技术演进

第一，市场对AR、VR等头戴设备的关注，表明了对产品的重视。

2021年全球AR、VR等耳机机的销量约为1100万台，其中AR和VR的份额分别为1: 9。但根据市场研究机构和头部企业的预测分析，未来这一份额将转换为9: 1。换句话说，最终AR、MR、XR等虚拟内容与现实世界相结合的产品销量，将远大于全封闭、沉浸式体验的VR。

随着消费电子行业大幅下调今年电视机、智能电脑和手机的出货预期，全球半导体领域似乎进入了衰落期。另一方面，根据AR、VR、MR、XR等头戴式终端设备是继电脑、手机之后我们日常使用的第三块屏幕的认知能力，微软、苹果、Twitter、谷歌搜索等行业巨头都在积极准备销售市场。预计到2030年，AR、VR、MR、XR的年销量将达到今天智能手机的运营规模，近眼显示芯片年销量很可能达到30亿。因此，近眼显示芯片成为今年的投融资热点，最近有几家初创公司宣布获得顶级风险投资机构的投资。

事实上，目前市场上还看不到一款完全令人满意的近眼显示芯片。未来谁能成为近眼显示芯片的大赢家，现阶段还有很大的可变性。近看技术还在发展，很多技术问题需要改进，所以哪种技术途径最终有可能胜出。下面简单分析一下。

第二，近眼指示技术的演变:从LCOS到W有机发光二极管

在早期的耳机设备中，绝大多数采用了类似LCD显示的LCOS显示技术。这种技术途径的优点是商品完善，最基本的主要缺点是功能损失较大。每块LCOS屏的功能损耗在1瓦左右，散热也不可能很对称，这就使得智能终端的规格非常大。当然还有分辨率低等其他缺点。各种问题不仅严重影响续航时间，还造成用户体验差，所以基本处于淘汰状态。

根据LCOS的耳机显示设备

渐渐地，从2021年开始，基于白光和彩膜的有机发光二极管微显示芯片(以下简称W有机发光二极管)逐渐被主流智能终端厂商选择，重点供应商索尼成为行业实施者。2021年，sonyW有机发光二极管微显示芯片销售额接近8亿美元，市场份额远高于LCOS等处理芯片。据统计，苹果公司的MR眼镜选用的都是索尼W有机发光二极管芯片。

目前索尼的W有机发光二极管技术非常完善，结构紧凑，功能损耗只有110毫瓦左右，亮度可以达到3000尼特。与LCOS相比优势明显，大部分满足VR的亮度和功率要求。随着市场对近眼适应症新产品的青睐，BOE、视雅等。已经开始投资建厂，并进入W有机发光二极管微显示芯片销售市场。

根据W有机发光二极管的VR终端设备和带有阳极挡板的AR终端设备

然而，现有的W有机发光二极管微显示芯片仍然没有达到整个设备制造商完全满意的水平，尤其是AR和MR应用的亮度要求。首先，带彩膜的白光体现了RGB的技术手法，也会导致亮度损失2/3。一般要求MR的亮度在5000尼特左右，AR的亮度要求在80-10000尼特，因为要考虑室外的图像。目前索尼的亮度指标值只保证3000尼特，国内其他厂商的亮度指标值变低。

在这样的情况下，AR眼镜必须配备防晒霜，导致现实世界物体不清晰，严重影响客户体验。另一个缺点是使用寿命和稳定性不足。例如，在亮度最高的前提下，一般硅基有机发光二极管的使用寿命只有100多个小时。最终W有机发光二极管微显示芯片的市场价格非常昂贵，大部分占到了整个设备成本的1/3。

AR、VR、MR和XR近眼显示芯片的技术演进-iNFTnews

有机发光二极管白光彩色胶片的工作原理

3.Micro LED的困境:质量迁移、颜色相对密度等很多问题都不是短时间能解决的。

与全球绝大多数终端设备厂商转投W有机发光二极管相比，国内逐渐选择基于独特闪亮基板原料的Micro LED微显示芯片，甚至被Micro LED经销商称为AR的最终处理方案的AR地产商寥寥无几。Micro LED确实可以解决AR眼镜中目前W有机发光二极管亮度不够高，使用寿命不够长的问题。比如国内的一些Micro LED芯片公司，甚至可以保证亮度达到致命武器300万尼特的水平。

但这种高亮度Micro LED微显示芯片只完成纯色照明，增加了转换为RGB全色照明过程中的功能损耗。为了单独实现Micro LED的RGB光，在高密度的情况下，短时间内无法解决传质的问题(机械设备和技术的挑战太大)。

在目前的技术环境下，80-10000尼特Micro LED微显示芯片(纯色混入彩色)的功能损耗至少在600毫瓦以上，每英寸屏幕像素只有2000PPI。AR、MR、XR、VR(不一定是高亮度)的屏幕像素每英寸要求至少4000PPI，未来要求在10,000 PPI以上，才能达到4K-8K的屏幕清晰度。显然，与已经实现RGB全彩照明、高密度、低功耗的W有机发光二极管技术相比，Micro LED要达到可穿戴设备流行厂商接受的水平还有很长的路要走。

AR、VR、MR和XR近眼显示芯片的技术演进-iNFTnews

将大量的LED芯片无误差的放入供电电路引流矩阵，不是短时间内可以实现的。

第四，新一代显示技术:有机发光二极管用半导体材料光刻技术。

2022年5月，Japan Display(俗称JDI)发布了基于半导体材料光刻技术的全新有机发光二极管技术途径eLEAP，被称为“演示技术的根本性提升”。与索尼采用的白光加彩膜的W有机发光二极管相比，eLEAP技术制造的有机发光二极管显示器的开口率(透光面积占全部面积的比例)可达60%，而现有W有机发光二极管新品的开口率约为28%。

这意味着有机发光二极管显示器也可以在相对较低的电流下驱动，从而延长其使用寿命，提高工作效率，并在需要时实现更高的最大亮度。事实上，这种技术途径(以下简称P有机发光二极管)最早由欧洲IMEC研究所明确提出，并于2017年公开发布了研究总结报告。

JDI公布的W·有机发光二极管和P·有机发光二极管孔径比的比较

不仅是日显(JDI)，韩国三星和国内元和(广州)半导体材料公司都在按照IMEC明确提出的这种技术途径开发设计产品类别。这项技术的特点是在显示芯片的生产中使用半导体材料的光刻工艺，在CMOS基板上用公章雕刻有机发光二极管光学材料。因为P有机发光二极管马上就是RGB光，亮度大大提高，功能损失只有W有机发光二极管的1/3-1/2。对于0.49英尺的显示芯片，亮度可以达到10000尼特以上，而功能损失约为50毫瓦。

最重要的是，提高P有机发光二极管发光材料的硬度对于半导体材料光刻技术来说不是问题。可以轻松实现2μm以下的像素尺寸(Micro LED只能完成4-7μm)，屏幕每英寸的像素可以达到10,000 PPI以上(目前手机液晶屏的硬度只有600PPI)。换句话说，基于半导体材料光刻技术的P有机发光二极管微显示芯片可以达到4K-8K甚至更高的屏幕分辨率。它有效地解决了目前标准白光灯彩膜W有机发光二极管微显示芯片亮度低、功能损耗大、周期短、价格高的问题。

显然，正如JDI所指出的，与传统的LCOS、带彩色胶片的白光灯、W有机发光二极管和微型LED相比，这种半导体光刻技术P有机发光二极管技术是新一代的显示技术。因为中国企业早就参与了IMEC技术路径的研究，这项技术与海外大型企业处于同一起跑线上，甚至有可能产业化量产速度会比海外企业更快。

动词 （verb的缩写）全透明直接显示:未来ar和VR近眼显示技术的主跑道。

现阶段无论是Micro LED、W有机发光二极管还是P有机发光二极管都使用硅基，所以成本还是很高的，不太可能保证全透明。在AR应用中，当显示芯片放置在外框处时，必然存在遮挡视场的问题(视场角小、光效低、厚度大等一系列问题。)，严重影响客户体验。在VR应用中，由于需要大尺寸硅基晶体，甚至12英尺的圆形晶体，激光最终切割的加工芯片总数有限，无法摆脱硅基带来的价格和成本高的短板。

硅基显示器必然会遮挡AR眼镜的视野。

什么都可以被超越，发展几年。不会有“最终解决方案”。即使JDI和其他人推出了最新一代的P有机发光二极管，仍然有不断改进的空间。比如将现有的有机发光二极管原料改良成透明光学材料，将CMOS衬底换成透明玻璃衬底(这种技术被称为透明有机发光二极管，以下简称T有机发光二极管)。此外，最先进的半导体材料光刻技术不仅可以用在显示芯片上，还可以用在微阵列透镜的制造过程中。

如果采用基于透明彩色光学材料和全透明基板的T有机发光二极管技术，并与微阵列透镜一起形成全透明光学模块，那么该设计方案表明AR和VR眼镜具有诸多竞争优势。比如在VR、MR应用中，可以享受大尺寸微显示器带来的视觉享受；但在AR和XR应用中，可以清除视野的遮挡，获得更好的用户体验。

据统计，晶圆级光电器件和微显示器的制造商如鸿海集团、元和(广州)半导体科技有限公司已经在实现上述想法的过程中。引领未来，用不了多久，客户就可能体验到一款玻璃镜片上有直射光的无框AR眼镜，以及其高像素广视角的VR眼镜。究竟是苹果还是华为还是其他厂商最先发布这样颠覆性的“爆款产品”，我们拭目以待！