工業(yè)行業(yè)專題研究-XR設備探討五：AR光學部件產業(yè)鏈

正文目錄使用OST疊加虛擬與現(xiàn)實，有望成為頭顯終局 4各廠商加緊研發(fā)AR產品，產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速發(fā)展 5AR頭顯未來有望成為頭顯設備終局，市場空間廣闊 7核心為光學方案微顯示屏，光波導+MicroLED有望為主流 9AR眼鏡光學方案不斷演進下光波導成當前主流，微納加工為核心工藝 9AR眼鏡光學方案可分為五類，光波導方案優(yōu)勢明顯為當前主流 9表面浮雕光柵衍射光波導依靠微納制造，光柵設計/光柵母版加工/納米壓印決定波導性能 17AR顯示方案中MicroLED適配光波導，巨量轉移/全彩顯示為工藝難點 20高性能MicroLED符合AR發(fā)展趨勢，全彩顯示/巨量轉移工藝為關鍵 23觀點總結 28風險提示 28圖表目錄圖表1：VR（左）與AR（右）效果對比 4圖表2：AR與VR頭顯設備對比 4圖表3：AR光學透視（OST）光學路徑示意圖 4圖表4：VR/MR視頻透視（VST）光學路徑示意圖 4圖表5：光學透視（OST）與視頻透視（VST）主要區(qū)別 5圖表6：AR產業(yè)鏈及2023年AR產品出貨量占比 5圖表7：國內外布局AR產業(yè)廠商及主要產品 6圖表8：雷鳥X2及產品規(guī)格參數(shù) 6圖表9：全球VR年度銷量統(tǒng)計 7圖表10：全球AR年度銷量統(tǒng)計 7圖表2023Q4國內AR出貨量首次超過VR 7圖表12：全球十大AR/VR融資實踐中AR占六家 7圖表13：國內消費級AR產品占比增多，平均售價降低 8圖表14：蘋果的眼鏡技術專利（部分） 8圖表15：AR眼鏡部件 9圖表16：AR整機拆分及BOM表分析 9圖表17：VR與AR近眼顯示系統(tǒng)的示意圖，AR近眼顯示光學方案更為復雜 10圖表18：AR眼鏡光學方案匯總 10圖表19：GoogleGlass工作原理示意圖 圖表20：Birdbath方案原理圖 圖表21：RokidAir產品參數(shù) 圖表22：自由曲面方案成像系統(tǒng)設計實例 12圖表23：ARknovvA1產品參數(shù) 12圖表24：全息透鏡方案原理圖（圖中HUEL為全息透鏡） 12圖表25：NorthFocals 12圖表26：光波導方案原理簡圖 13圖表27：光波導方案可分為幾何波導與衍射光波導方案 13圖表28：(a)幾何式光波導和“半透半反”鏡面陣列的原理示意圖(b)衍射式光波導和表面浮雕光柵的原理示意圖(c)衍射式光波導和全息體光柵的原理示意圖 13圖表29：鋸齒結構波導方案原理圖 14圖表30：陣列光波導原理圖 14圖表31：幾何光波導制作需多層鍍膜，膠合及切割等，工藝流程較為繁雜 15圖表32：(a)表面浮雕光柵的部分衍射級和色散示意圖,(b)全息體光柵的部分衍射級和色散示意圖，(c)衍射光柵與分光棱鏡的對比示意圖 33:(a)一維擴瞳,(b)利用轉折光柵實現(xiàn)的二維擴瞳，(c)利用二維光柵實現(xiàn)的二維擴瞳....................................................................................................................................................................................16圖表34：衍射光柵原理圖 17圖表35：傾斜光柵設計方案 17圖表36：Sony體全息光柵波導方案原理圖 17圖表37：Sony制備全息光柵波導工藝流程 17圖表38：浮雕光柵衍射光波導的研制流程主要分為三大環(huán)節(jié)：光柵設計、光柵母版加工、納米壓印生產。 18圖表39：表面浮雕光柵加工工藝示意圖 18圖表40：納米壓印整體分為2個部分：子版制作和晶圓玻璃壓印 19圖表41：國內納米壓印設備參與廠商 20圖表42：AR眼鏡顯示方案匯總 20圖表43：薄膜晶體管液晶顯示器剖面結構 21圖表44：薄膜晶體管液晶顯示器的顯像原理 21圖表45：LCOS方案顯示原理 21圖表46：DLP方案顯示原理 21圖表47：Micro-OLED結構及制造步驟 22圖表48：中國8英寸MicroOLED企業(yè)已驗收項目總產能 23圖表49：中國12英寸MicroOLED企業(yè)已驗收項目總產能 23圖表50：三種光波導方案光能利用率都較低 23圖表51：MicroLED方案顯示原理 24圖表52：2022年全球micro-LED顯示器市場規(guī)模為4362萬美元 24圖表53：主要MicroLED企業(yè)專利申請情況 24圖表54：巨量轉移步驟及原理 25圖表55：主流巨量轉移技術方案對照 26圖表56：巨量轉移主流技術發(fā)展 26圖表57：激光轉移技術對應設備 27圖表58：MicroLED全彩顯示方案 27圖表59：光學透鏡合成法原理圖 28AR使用OST疊加虛擬與現(xiàn)實，有望成為頭顯終局VR/MR均為實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實結合的設備載體，AR將數(shù)據(jù)直接疊加于現(xiàn)實世界，交是通過計算機仿真系統(tǒng)將用戶帶入生成的虛擬世界中，3D則是基于傳感器和機器學習技術，3DAR頭顯為代表的專用設備已在醫(yī)療、重工業(yè)和物流等行業(yè)發(fā)揮重要價值，后續(xù)有望進入更多消費場景。圖表1：VR（左）與右）效果對比 圖表2：與VR頭顯設備對比 資料來源：華為《AR洞察及應用實踐白皮書》（2021年6月17日），

資料來源：易觀分析《中國消費級AR行業(yè)分析2023》（2023），R與R/MR本質區(qū)別在于透視方案不同，R采取光學透視（OT，R透視方案則為視頻透視（TT方案更加成熟，但OT視覺效果更佳。光學透視的顯示方案是通過特殊的透鏡設計將數(shù)字畫面投射到用戶眼前半透明的光學合成器，從而將真實世界與虛擬世界結合；而視頻透視是通過相機捕捉實時畫面，與計算機生成的虛擬畫面結合后VST，OST能直接看見外部世界，其在亮度、分辨率、延遲、焦場等方面更具有優(yōu)勢，還可防止輻輳VSTFOVOSTOSTOST方案的廠商較少，主要受限于光學透視的光路設計復雜、量產難度高、光學零部件造價較高等原因。圖表3：光學透視（OST）光學路徑意圖 圖表4：VR/MR視頻透視（VST）光學路徑示意圖資料來源：浙江生一光學感知科技有限公司官方公眾號， 資料來源：浙江生一光學感知科技有限公司官方公眾號，圖表5：光學透視（OST）與視頻透視（VST）主要區(qū)別OSTVST亮度可達6600尼特甚至更高100-600尼特之間真實世界分辨率約為單眼24K約為2K-4K外界信息延遲直接看見真實外界環(huán)境，無延遲需處理外界信息，有延遲焦平面無數(shù)焦平面，可隨意看遠近景僅一個焦平面遮擋效果不會對真實物體進行完全遮擋遮擋效果更佳FOV主流FOV在30-70°左右主流FOV在90-120°之間圖像質量畫面的扭曲通過光學方式矯正通過數(shù)字圖像處理消除畸變匹配延遲虛擬世界與真實世界匹配延遲能夠緩解時間不匹配的問題配準信息頭部跟蹤器為頭部信息唯一來源真實場景的數(shù)字圖像提高準確性亮度匹配控制受真實環(huán)境的亮度影響較大亮度控制相對容易資料來源：浙江生一光學感知科技有限公司官方公眾號，各廠商加緊研發(fā)AR產品，產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)快速發(fā)展AR產業(yè)鏈主要包括上游核心器件供應，AR終端眼鏡品牌與下游應用。目前，AR已經(jīng)吸引了多家包括蘋果、Meta2018Akonia2022GarySharpInnovations以ARVRXreal2017ARNrealXNrealAir20223月，Xreal600010多IDCAR出貨量最高的廠商XrealAR31.6%，其次為雷鳥創(chuàng)新、Rokid、Inmo、華為。圖表6：AR產業(yè)鏈及2023年AR產品出貨量占比資料來源：億歐全球《2024年中國AR產業(yè)發(fā)展洞察研究》（2024），易觀分析《中國消費級AR行業(yè)分析2023》（2023），AR產業(yè)布局的（（Xreal為主，在整機設計、代工組裝、其他結構件的布局較多，而海外企業(yè)在顯示、芯片等高價值環(huán)節(jié)AR圖表7：國內外布局AR產業(yè)廠商及主要產品資料來源：華為《AR洞察及應用實踐白皮書》（2021年6月17日），易觀分析《中國消費級AR行業(yè)分析2023》（2023），各公司官網(wǎng)，X2MicroLED+雷鳥創(chuàng)新（Rayneo）2021AR生AR2023202231.8%XrealAir2022年斬獲京東熱銷商品榜與新品交易榜第一。20231013AR眼鏡雷鳥X2MicroLED+XR2專業(yè)算力1600X2譯字幕追隨人臉緊隨臉側顯示，用戶無需低頭查看翻譯或手機。除此之外，該產品還有空間導航與擬真陪伴的功能，并首發(fā)合作微信小程序生態(tài)。圖表8：雷鳥X2及產品規(guī)格參數(shù)資料來源：雷鳥創(chuàng)新官網(wǎng)，AR頭顯未來有望成為頭顯設備終局，市場空間廣闊2023Q4WellsennXR，2023年VR753AR5138%，AR眼鏡。ARVRIDCVR/AR72.52022年下滑%R出貨量2R/R市場的3%4.%，2023VRVR融資領VRAR星球官網(wǎng)，2023全球十大融資實踐中，AR領域有六家，VR領域僅有兩家，無論是在融資金額還是融資次數(shù)方面，ARVR。圖表9：全球VR年度銷量統(tǒng)計 圖表10：全球年度銷量統(tǒng)計資料來源：WellsennXR， 資料來源：WellsennXR，圖表11：2023Q4國內出貨量首次超過VR 圖表12：全球十大AR/VR融資實踐中占六家（萬臺）AR出貨量 VR出貨量16141210864202023Q1

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2023Q4資料來源：IDC， 資料來源：XRAR星球公眾號，有望憑借價格優(yōu)勢內容及體感提升售價方AR市場很可能呈現(xiàn)較快增長。然而，VR的價格整體上2023VR35912000-4000元的設備占據(jù)六成。2）VRAR帶來更加廣闊的消費市場。科技巨頭AR克在WWDC2023發(fā)布會上反復強調增強現(xiàn)實（AR）AR發(fā)展。圖表13：國內消費級產品占比增多，平均售價降低 圖表14：蘋果的OSTAR眼鏡技術專利（部分）6000

平均售價<$500比例2021Q4 2022Q1 2022Q2 2022Q3 <$500比例

100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%資料來源：IDC， 資料來源：TrendForce集邦咨詢公眾號，AR核心為光學方案+微顯示屏，光波導+MicroLED有望為主流眼鏡關鍵零部件，其中微顯示屏與光學方案產品主要差距。AR眼鏡主要由攝像頭（傳感器、光學模組（微顯示屏、光學方案、CPU處理中心（芯片、感知交互等、架托等部分構成，其中，微顯示屏、光學方案、傳感器、芯片是核心部件。AR微顯示屏+光學方案有多種技術路徑，是當AR頭顯設備產品的主要區(qū)別與差距，根據(jù)艾瑞咨詢《2023年中國增強現(xiàn)實（AR）（，光學顯示單元（微顯示屏光學方案）約占整機成本4%。光學BirdbathLCDLCOSDLPMicroOLEDMicroLED+MicroLED方案綜合效果最好因此有望成為主流，后續(xù)制作工藝、良率等仍有待進步。圖表15：眼鏡部件 圖表16：整機拆分及表分析資料來源：華為《AR洞察及應用實踐白皮書》（2021年6月17日），

注：以陣列光波導為例，BOM拆分參考微軟Hololens資料來源：艾瑞咨詢《2023年中國增強現(xiàn)實（AR）行業(yè)研究報告》（2023），AR眼鏡光學方案不斷演進下光波導成當前主流，微納加工為核心工藝AR眼鏡光學方案可分為五類，光波導方案優(yōu)勢明顯為當前主流VRARVR的近眼顯示系統(tǒng)都是將顯示器上的像素，通過一系列光學成像元件形成遠處的虛像并投射眼鏡需要透視(see-through)要看到虛擬信息，所以成像系統(tǒng)不能擋在視線前方，需要多加一個或一組光學組合器(opticalcombiner)ARARBirdbath方案、自由曲面方案、離軸全息透鏡方案和光波導方案。衡量方案優(yōu)劣的指標主要包括產（FOV）的大小決定了光學儀器的視野范圍。圖表17：VR與AR近眼顯示系統(tǒng)的示意圖，AR近眼顯示光學方案更為復雜資料來源：Rokid官方公眾號，圖表18：AR眼鏡光學方案匯總資料來源：易觀分析《中國消費級AR行業(yè)分析2023》（2023），VR陀螺公眾號，棱鏡方案作為初始嘗試技術成熟且成本低廉，但視場角、圖像呈現(xiàn)效果、重量等無法達到要求。棱鏡方案的光學顯示系統(tǒng)主要由微型投影儀和反射棱鏡組成，微型投影儀負責將圖像投影出來，通過棱鏡將圖像直接反映到人眼的視網(wǎng)膜中，與現(xiàn)實畫面疊加后即可形成虛實結合的效果。雖然該方案技術成熟且量產成本低，但是為了保證顯示內容足夠清晰，該GoogleGlass為代表，由于系統(tǒng)處于人眼右上方，人必須將眼睛聚焦在右上方才可看到圖像信息，且該系統(tǒng)存在GoogleGlass1510mm，由于亮度不足、圖形畸變等問題被公司撤回。圖表19：GoogleGlass工作原理示意圖資料來源：浙江生一光學感知科技有限公司公眾號，Birdbath方案結構簡單視場角有所改善，但仍需優(yōu)化佩戴體驗感。Birdbath方案原理為將來自顯示源的光線投射至5（R/TTR/T允許用戶同時看到現(xiàn)實世界的物理對象以及由顯示器生成的數(shù)字影像。從分光鏡反射回來的光線會彈射到通常為凹面鏡的合成器上，由此重新導向眼睛。Birdbath方案的優(yōu)勢為結構簡單、視場角較大、光效好，且量產技術已經(jīng)成熟，但是卻比普通眼鏡更加厚重，透過率低，也面臨圖形畸變的C5（C507CA4(C4039Birdbath5g9g，畫面畸變也控制0.6%1.0%2020CA43新品是國內首個支持近視屈光可調ARCA43RokidRokidAir8343度，相比于棱鏡方案有明顯改善。圖表20：Birdbath方案原理圖 圖表21：Rokid產品參數(shù)資料來源：浙江生一光學感知科技有限公司公眾號， 資料來源：Rokid產品官網(wǎng)，自由曲面方案成像質量高，產品高度和重量需要優(yōu)化。自由曲面是一種有別于球面或者非球面的復雜非常規(guī)面形，即用來描述鏡頭表面面形的數(shù)學表達式相對比較復雜，往往不具有旋轉對稱性。該方案原理為光線由顯示器發(fā)出直接射至合成器（即凹面鏡）內，并且反ARARARknovvA1ProARARProARBirdbath的產品來說功耗更低。圖表22：自由曲面方案成像系統(tǒng)設計實例 圖表23：knovvA1產品參數(shù) 資料來源：《自由曲面成像光學系統(tǒng)設計:理論、發(fā)展與應用》（楊通，2020），

資料來源：產品官網(wǎng)，全息透鏡方案降低加工難度，但成像效果不理想。全息透鏡方案利用了全息透鏡的特性，（Hd）（Hg）干板上，全息準直透鏡將顯示源射出的光束準直為平面波，并衍射進基底以進行全內反射傳輸，同時線光柵將光束衍射輸出進入人眼。這種方式降低了全息透鏡本身的色散，產品的視場角大，體積小。但是由于眼動范圍小，而且有復雜的相差與嚴重的色散，全息透鏡的成像效果并不理想。NorthARNorthFocals，外形除鏡腿比普通Focals提供了一塊像300*30015度可視區(qū)域，承擔手機上部分的顯示功能,目前僅在加拿大銷售。圖表24：全息透鏡方案原理圖（圖中HUEL為全息透鏡） 圖表25：NorthFocals 資料來源：《基于全色全息透鏡的增強現(xiàn)實系統(tǒng)》（楊雨樺，2023）， 資料來源：North產品官網(wǎng)，AR眼鏡，一般由光機、波導和耦合器三部分組成。光機內的微型顯示器發(fā)出的光線通過透鏡組被耦合器件耦入光波導鏡片中，在波導內以全反射的形式向前傳播，到達出耦合器件時被耦合出光波導后進入人眼成像。由于使用波導折疊了光路，使得產品整體體積較小，符合輕量化的發(fā)展趨勢，加上光波導方案相比其他光學方案在成像清晰度、可視角度等方面均具有ARAR眼鏡大多采用衍射表面浮雕光柵波導和幾何陣列光波導這兩種光學方案。圖表26：光波導方案原理簡圖 圖表27：光波導方案可分為幾何波導與衍光波導方案 資料來源：鼎達信官網(wǎng)， 資料來源：VR陀螺公眾號，圖表28：(a)幾何式光波導和“半透半反”鏡面陣列的原理示意圖(b)衍射式光波導和表面浮雕光柵的原理示意圖(c)衍射式光波導和全息體光柵的原理示意圖資料來源：Rokid官方公眾號，Lumus區(qū)域用于將微投影光機的光束耦入到波導片中，使得光束滿足在波導片中全反射傳播的條件，耦出區(qū)域用于將全反射傳播的光束耦出波導片并傳到人眼。主流的偏振陣列波導是通過利用多個等間距平行放置且有一定分光比的半透半反膜層來實現(xiàn)圖像的輸出和出瞳擴展，從而具有輕薄、較大的視場和眼動范圍且色彩均勻的優(yōu)勢，而鋸齒結構波導則是在在眼睛前方的位置利用鋸齒狀的有一定反射率的反射面，將光反射耦出到人眼。傳統(tǒng)光學成像系統(tǒng)(1D)，其“半透半反”鏡面陣列相當于將出瞳沿水平方向復制了多份，每一個出瞳都輸出相同的圖像，這樣眼睛在橫向移動時都能看到圖像。圖表29：鋸齒結構波導方案原理圖 圖表30：陣列光波導原理圖 資料來源：鼎達信官網(wǎng)， 資料來源：鼎達信官網(wǎng)，幾何光波導圖像質量可達到較高水準，但制作工藝流程繁雜良率較低。幾何光波導運用傳統(tǒng)幾何光學設計理念和制造流程，并未涉及微納米級結構，其圖像質量包括顏色和對比度可以達到很高的水準，但制造工藝流程比較繁冗。主要體現(xiàn)在“半透半反”鏡面陣列的鍍膜工藝。由于光在傳播過程中逐漸損耗，陣列中多個鏡面都需要不同的反射透射比(R/T)，以保證整個動眼框范圍內出光量均勻。并且由于幾何波導傳播的光通常是偏振的，導致每個鏡面的鍍膜層數(shù)可能達到幾十層。另外，這些鏡面在鍍膜后需層疊在一起并用特殊的膠水粘合，然后按照一個角度切割出波導的形狀，過程中鏡面之間的平行度和切割的角度都常見瑕疵包括背景黑色條紋、出光亮度不均勻、鬼影等。圖表31：幾何光波導制作需多層鍍膜，膠合及切割等，工藝流程較為繁雜資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020），衍射光波導通過光柵調整，可以實現(xiàn)二維擴瞳。衍射光波導設計不依賴于幾何光學，而利(即某一方向)的衍射效率優(yōu)化到最高，從而使大部分光在衍射后主要沿這一方向傳播，起到與傳統(tǒng)光學器件類似的改變光線傳播方向的作用，但其所有的操作都在平面上通過微納米結構實現(xiàn)的，節(jié)省空間且自由度較傳統(tǒng)光學器件大。衍射光柵是一個具有周期結構的光學元件，該周期可以是材料表面浮雕出來的高峰和低谷，也可以是全息技術在材料內部曝光形要可以分為表面浮雕光柵波導方案和體全息光柵波導方案。雖然光柵結構的設計過程較為ARY進行擴瞳，實現(xiàn)二維擴瞳。圖表32：(a)表面浮雕光柵的部分衍射級和色散示意圖,(b)全息體光柵的部分衍射級和色散示意圖，(c)衍射光柵與分光棱鏡的對比示意圖資料來源：Rokid官方公眾號，圖表33：衍射光波導中的擴瞳技術:(a)一維擴瞳,(b)利用轉折光柵實現(xiàn)的二維擴瞳，(c)利用二維光柵實現(xiàn)的二維擴瞳資料來源：Rokid官方公眾號，表面浮柵光波導為當前最主流方案。浮雕光柵波導方案使用浮雕光柵（SRG）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折反射光學器件（ROE）作為波導方案中耦入、耦出和出瞳擴展器件。表面浮雕光柵指的是在表面產生的周期性變化結構，即在表面形成的各種具有周期性的凹槽。根據(jù)凹槽的輪廓、形狀和傾角等結構參數(shù)的不同，常用的表面浮雕光柵可以分為一維光柵與二維光柵。一維光柵根據(jù)剖面形狀劃分為矩形光柵、梯形光柵、閃耀光柵和傾斜光柵等，二維光柵常用的結構有六邊形分布的柱狀光柵。浮雕光柵波導方案具有大視場和大眼動范圍的優(yōu)勢，AR眼鏡的主流選HoloLens一代和二代、MagicLeapOne、RokidVisionAR眼鏡等多家明星產品證明了衍射光波導的可量產性。圖表34：衍射光柵原理圖 圖表35：傾斜光柵設計方案資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020）

資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020），體全息光柵波導方案采用體全息光柵作為波導的耦入和耦出器件，通過雙光束全息曝光技術在介質中形成干涉條紋，從而可以獲得折射率周期性變化的光柵結構。體全息光柵是一種具有周期結構的光學元件，它一般通過雙光束全息曝光的方式，直接在微米級厚度感光聚合物薄膜內干涉引起了其折射率周期性變化，從而形成納米級的光柵結構，可以對入射光發(fā)生衍射作用，在色彩均勻性（無彩虹效應）和實現(xiàn)單片全彩波導上具有優(yōu)勢。微軟的HoloLens252度，但耗電量較多。體全息光柵波導的主要制備工藝是干涉曝光。通過使用激光激發(fā)的干涉圖案附著在基底上的光敏折射材料，材料特性隨著光強度分布的不同而變化，最后獲得FOV、光效率、清晰度等方面都還未達到與表面浮雕光柵同等的水平。圖表36：Sony體全息光柵波導方案原理圖 圖表37：Sony制備全息光柵波導工藝流程資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020）

資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020），表面浮雕光柵衍射光波導依靠微納制造，光柵設計/光柵母版加工/納米壓印決定波導性能浮雕光柵衍射光波導的研制流程主要分為三大環(huán)節(jié)：光柵設計、光柵母版加工、納米壓印生產。浮雕光柵衍射光波導制備通過傳統(tǒng)半導體的微納米加工工藝，在硅基底上通過電子束曝光和離子刻蝕制成光柵的壓印模具，再利用模具通過納米壓印技術壓印出成千上萬個光柵。根據(jù)至格科技比喻，衍射光波導的生產類似生產餅干，首先需要設計出餅干上的圖樣（光柵設計，然后要根據(jù)設計精準制作出餅干模具（光柵母版加工，最后使用模具批量“壓制”出餅干（納米壓印生產必須具有極復雜的結構和極高的精度。制造衍射光波導所需要精度和速度都可靠的電子束曝光和納米壓印的儀器價格較高，并且需要放置在專業(yè)的超凈間中，生產條件較為苛刻。圖表38：浮雕光柵衍射光波導的研制流程主要分為三大環(huán)節(jié)：光柵設計、光柵母版加工、納米壓印生產。資料來源：至格科技官方公眾號，光柵母版加工包括勻膠，光刻，刻蝕，清洗為四大工藝。光柵母版加工使用光刻的方法，先將基板清洗烘干，然后再將光刻膠均勻涂布到基板上去。在基板上涂一層光刻膠之后，通常會再借助有圖案結構的掩模板去進行曝光，然后再將基板泡到顯影液中，溶解被光照到的地方，在光刻膠上做出想要的結構。光刻之后再進行刻蝕，將光刻膠的結構轉移到堅硬的基板上，將其作為母版去壓印，提升母版壽命。最后清洗完成母版制作。作精度：光柵周期均勻性的誤差是指宏觀上的兩根線條之間的距離存在偏差，而加工制作是直上直下的垂直結構，但隨著技術發(fā)展，這種結構的光柵已經(jīng)漸漸無法滿足性能需求。于是出現(xiàn)了像三角形、平行四邊形這樣的傾斜結構光柵。垂直結構的光柵制作相對容易，破損幾率就越大，母版的使用壽命也就越短。圖表39：表面浮雕光柵加工工藝示意圖資料來源：《增強現(xiàn)實近眼顯示設備中光波導元件的研究進展》（姜玉婷等，2020），納米壓?。杭{米壓印生產整體流程包括晶圓清洗——旋涂勻膠——納米壓印——光學鍍膜——晶圓切割——鏡片貼合——鏡片封邊。首先需要準備玻璃晶圓并進行清洗，其次采用旋涂工藝將納米壓印膠均勻涂布在晶圓表面，然后通過納米壓印工藝將模具上的光柵結構AR波導鏡片，再將光波導鏡片與蓋板貼合成一體，最后對鏡片的外輪廓進行封邊，完成衍射光波導的生產。納米壓印是納米壓印生產整體流程中最為核心，也是難度最高的環(huán)節(jié)，整2個部分：子版制作和晶圓玻璃壓印。子版制作（軟膜制作：由于光柵母版制作成本高，所以不能直接用做生產。因此，必須將光柵母版的結構一比一轉印到不易損壞的子版上，進而復制出多個子版。這就是子版制作環(huán)節(jié)。具體需要先制作出光柵母版，然后對母版進行清洗和表面抗粘處理。最后，使用柔性基材進行軟膜壓印、固化、脫膜。通過以上操作，便可復制出多個子版。圖表40：納米壓印整體分為2個部分：子版制作和晶圓玻璃壓印資料來源：至格科技官方公眾號，NIL應用突破方向。根據(jù)Q（恒州博智《3-229全球與中國納米壓印機市場現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢（20221.120292億美元，2023-29年復合增長率（CAGR）9.8%EVGroup、SUSS、Canon50%的份額。北美地區(qū)是全球最大市場，份額約為%%和%（NI）15nmARNILEVG、SUSSMicroNILARNIL應用的突破方向。圖表41：國內納米壓印設備參與廠商公司 業(yè)務介紹 投資方蘇大維格 微納結構產品制造和技術服務微納光學(包裝防偽交通反光膜材液晶顯示導光板)及微電路(TFT觸控、miniLED顯示)制造領域至格科技 專注于AR衍射光波導和微納光學領域的國家高新技術企業(yè)公司采用IDM模式自主掌“光柵設計光柵母版加工納米壓印生產三大核心技術，擁有國內領先的光柵母版加工中心和全自動衍射光波導批量生產線，成功研發(fā)具有國際領先水平的AR衍射光波導產品。天仁微納 微納加工設備,應用領域涵蓋發(fā)光二極管、微納機電系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)和增強現(xiàn)實、3D傳感、生物芯片、顯示及太陽能等新維度微納 高精度晶圓級納米壓印技術,掌握多種微納結構壓印工藝,為下游器件企業(yè)提供設計驗證、開發(fā)以及量產服務光舵微納 納米壓印設備及技術的研發(fā)及產業(yè)化，研發(fā)制作出多款納米壓印設備、配套工藝和耗材,并成功推出全自動量產型納米壓印設備

哈勃投資、中芯聚源、前海母基金、深創(chuàng)投、山東財金乾融控股、北大科技成果轉化基金匯川產投、致道資本埃眸科技 納米壓印光刻機及相關核心器件,集成化納米壓印光刻量產線 華映資本、常熟科技投資璞璘科技 納米壓印系統(tǒng)、干涉光刻系統(tǒng)、壓印輔助系統(tǒng)、全系納米壓印膠納米壓印耗材等資料來源：北京天作理化科技孵化器有限公司官方公眾號，

稼石投資AR顯示方案中MicroLED適配光波導，巨量轉移/全彩顯示為工藝難點LCDLCOSDLPMicroOLEDMicroLED方案，AR盡可能（光機1cc內容辨識度要求方4000nits3,000PPI相關技術已經(jīng)發(fā)展成熟且成本較低，但面臨功耗與光利用率問題。LCOS/DLP兩種方案技術成熟可與光波導方案搭配，但體積和功耗仍是主要問題。MicroOLED體積小功耗低，但由于亮度低常BirdbathMicroLED具有低AR眼鏡微顯示器件的最優(yōu)選擇。圖表42：AR眼鏡顯示方案匯總資料來源：CIOE中國光博會官方公眾號，LCDLCDLiquidCrystalDisplay，目前市場中大多使用薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)液晶，上層玻璃基板是彩色濾光片，下層玻璃則鑲嵌著電晶體。當電流通過電晶體時會產生電場變化，使得液晶分子原本的旋轉排列發(fā)生扭轉，進而改變光線通過的旋轉幅度，并以不同比例照射在彩色濾光片上，進而產生不同的顏色。該技術已經(jīng)較為成熟，且具有色LCD圖表43：薄膜晶體管液晶顯示器剖面結構 圖表44：薄膜晶體管液晶顯示器的顯像原理資料來源：深圳市勛瑞光電科技有限公司官網(wǎng)， 資料來源：金鑒實驗室官網(wǎng)，LCOS/DLP兩種方案技術成熟可與光波導方案搭配，但體積和功耗仍是主要問題。硅基液晶（LCOS）CMOS集成電路LCD的基片。LCoS技術的主要優(yōu)勢是技術成熟、模組成本低、顯示占比高，但其需要照明單元導致模組體積大、存在背光、功耗高、低溫適應性等?；诹炼壬螪LPMagicLeap1AR6LCoS顯示屏，HoloLens13層衍射光柵+LCoS的光學顯示方案。DLP全稱DigitalLightProcession，是美國德州儀器公司以數(shù)字微鏡裝置（DMD）芯片作為成像器件，通過調節(jié)反射光實現(xiàn)投射圖像的一種投影技術。DLP芯片是一個由數(shù)以萬計的微鏡片所組成的反射表面。每個微鏡片代表一個單獨的像素。來自光源的光線被定向到DLP芯片的表面，鏡片來回改變斜率，將光線反射到鏡頭路徑上來開啟該像素或使光線離開鏡頭路徑來關閉該像素。為了定義色彩，需要使用一個包含紅色、綠色和藍色濾鏡的色輪。DLP具有優(yōu)良的商品化條件，其在分辨率、對比度、亮度、灰階、色保真度及響應時間等主要性能參數(shù)上都達到較高水平，但是具有設計復雜、產品體積大、成本較高及耗能高的劣勢。當前更廣泛應用于車載抬頭顯示系統(tǒng)(HUD)的AR場景。DLP/LCOSC端用戶輕量化和高續(xù)航的要求。圖表45：LCOS方案顯示原理 圖表46：DLP方案顯示原理資料來源：《硅基液晶（LCoS）微顯示技術》（梁宇華，2020）， 資料來源：艾瑞咨詢網(wǎng)，MicroOLEDMicroOLED全稱為有機LCDOLED屏采用的玻璃基板的區(qū)別在于，MicroOLED的基板采LCOSMicroOLED（-470°、燒屏現(xiàn)象。圖表47：Micro-OLED結構及制造步驟資料來源：《超還原硅基有機發(fā)光微顯示器研究》（季淵，2012），VisionProVROLED發(fā)展，關注索尼京東方視涯科技等廠商擴產及降本情況。VisionPro1.42MicroOLED顯VisionProMicro-OLED2300OLED產業(yè)快速發(fā)展，目前能夠量產MicroOLEDXR硬件領域較活躍的有索尼、京東方和視涯等廠商。MicroOLEDAR眼鏡中使MicroOLEDINMOAir2Air2RokidMaxXrealAir2頭AppleVisionProXR3（主屏）等。圖表48：中國8英寸MicroOLED企業(yè)已驗收項目總產能 圖表49：中國12英寸MicroOLED企業(yè)已驗收項目總產能注：截至2023年6月資料來源：勢銀（TrendBank）官方公眾號，

注：截至2023年6月資料來源：勢銀（TrendBank）官方公眾號，MicroOLEDBirdbath方案，無法大規(guī)模應用于光波導方案中。ARMicroOLED和光波導顯示的畫面入眼亮度沒有當前環(huán)境的光線亮度MicroOLED屏幕最終在眼前光波導鏡片上所呈現(xiàn)的色彩非常暗淡，甚至無法顯Birdbath娛樂觀影眼鏡來說，往往在室內暗MicroOLED亮度并不會局限這類產品的使用場景。根據(jù)北京極客伙伴科技有限公司官方公眾號數(shù)據(jù)，衍射表面浮雕光柵波導的光能利用率在1%1%~3%左右；幾何陣列光波導光能利用率一般在10%~15%5%左右。MicroOLED亮度可達0.01*15000≈150nit，亮度無法MicroOLED無法適配衍射光波導，對于幾何陣列光波導也只局限于在室內使用。圖表50：三種光波導方案光能利用率都較低光能利用率幾何陣列光波導一維10%-15%；二維5%表面浮雕光柵<1%體全息1%~3%偏色微小嚴重較嚴重正面漏光微弱嚴重且暫無消除方案已有改善方案最大視場角60°50°40°厚度單片三色三片三色或雙片三色單片三色資料來源：北京極客伙伴科技有限公司官方公眾號，高性能MicroLED符合AR發(fā)展趨勢，全彩顯示/巨量轉移工藝為關鍵微縮制程技術使得LED結構微小化，能夠精準控制顯示畫面達到高清顯示效果。MicroLEDMicroLightEmittingDiodeLEDLED長度進一步微縮到LED1%。MicroLED的每個像素由紅色、綠色和藍色的子像素組成，每個像素單獨控制，從而能夠精確控制顯LED發(fā)出的光經(jīng)過一組透鏡后會在顯示屏上形成一個像素。隨后，光線被引導通過一組濾色器來創(chuàng)造所需顏色。這種類型的顯示器能夠顯示非常高的MicroLEDLEDMicroLED以顯示影像。圖表51：MicroLED方案顯示原理資料來源：群智咨詢，MicroLED因為其高亮度高清晰度適配于衍射光波導等新型主流方案，我們預計其成功量設備中使用率將持續(xù)提升。MicroLED方案面臨研發(fā)與生產方面的瓶頸，但本身依然具有諸多優(yōu)勢。MicroLEDJBDMicroLED100500100MicroLED的ARMicroLEDAR穿戴設備輕便MicroLED克服量產困難，AR設備中使用率有望持續(xù)提升。MicroLED受制于巨量轉移MicroLEDResearchandMarketsGlobalMicro-LEDDisplayMarket-Outlook&Forecast2023-2028（2024）,2022micro-LED顯示器市場43622023-2028135.88%的復合年增長率增長，202875億美金。從創(chuàng)新主體來看，中國頭部企業(yè)與國際龍頭齊頭并企業(yè)中，中國企業(yè)已占一半以上，其中京東方、華興、天馬等頭部面板廠商均積極布局。圖表52：2022年全球micro-LED顯示市場規(guī)模為4362萬美元 圖表53：主要MicroLED企業(yè)專利申請情況資料來源：ResearchandMarkets《GlobalMicro-LEDDisplayMarket-Outlook&Forecast2023-2028》（2024），

資料來源：集微咨詢《全球micro-led產業(yè)發(fā)展研究報告》（2023），MicroLED量