元宇宙行業(yè)深度：元宇宙關(guān)鍵入口VR AR光學(xué)+顯示方案帶來新機(jī)遇

PagePage1/47[Table_Main]元宇宙行業(yè)深度：元宇宙關(guān)鍵入口，VR/AR光學(xué)+顯示方案帶來新機(jī)遇[Table_Main]元宇宙行業(yè)深度：元宇宙關(guān)鍵入口，VR/AR光學(xué)+顯示方案帶來新機(jī)遇證券研究報(bào)告|行業(yè)深度報(bào)告要點(diǎn)全球VR/AR設(shè)備出貨量未來數(shù)年有望保持30%以上增速。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，受宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境等因素影響，2022年全球VR/AR設(shè)備出貨量下降20.9%至880萬臺(tái)，其中VR/AR設(shè)備出貨量分別為853/27萬臺(tái)。隨著宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)期修復(fù)，IDC預(yù)計(jì)2023年全球VR/AR設(shè)備出貨量有望同比增長31.5%，并且未來數(shù)年增速有望保持在30%以上，預(yù)計(jì)2026年出貨量將達(dá)到3510萬臺(tái)。VR/AR行業(yè)集中度均較高。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年VR頭顯市場(chǎng)格局方面，Meta占比接近80%，PICO占比10%，DPVR、HTC和愛奇藝分列3-5位。AR眼鏡方面，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球AR眼鏡出貨量Top5分別為：Nreal/微軟/Rokid/TCL(雷鳥創(chuàng)新)/愛普生，出貨量分別為9.8/3.5/3/近3/1.3合計(jì)占比近76.3%。VR：Pancake商用趨勢(shì)確定，F(xiàn)ast-LCD屏幕成主流，硅基OLED未來可VR鏡和Pancake。因?yàn)檩p薄化需求，Pancake方案正在逐步替代菲涅爾透鏡，由于光機(jī)工作原理不同，菲涅爾透鏡采用平行光路方案，Pancake則通過折疊光路來減小光路系統(tǒng)空間的物理距離，縮小厚度，根據(jù)PICO官方數(shù)據(jù)，PICO4頭盔采用Pancake方案，前端厚度為35.8mm，比上一代產(chǎn)品減小38.8%，重量減小26.2%，優(yōu)勢(shì)明顯。此外Pancake成像質(zhì)量更好，還支持屈光度調(diào)節(jié)，商用趨勢(shì)確定，但是仍然存在光效低、鬼影、FOV小、成本高等痛點(diǎn)，需要進(jìn)一步升級(jí)改進(jìn)。在顯示方面，綜合分辨率和響應(yīng)速度的要求，F(xiàn)ast-LCD已成為市場(chǎng)主流方案，還可以增加MiniLED背光解決顯示器漏光等問題。而在性能層面更有優(yōu)勢(shì)的硅基OLED，由于配套驅(qū)動(dòng)芯片技術(shù)不夠成熟、良率偏低等問題，整體成本仍23年MR設(shè)備有望采用硅基OLED，將有利于推動(dòng)硅基OLED滲透率提升。AR：光波導(dǎo)和MicroLED未來有望成為AR眼鏡主流光學(xué)+顯示方案。AR前使用較多的方案為自由曲面、Birdbath和光波導(dǎo)，從性能角度對(duì)比，光波導(dǎo)在鏡片厚度、視場(chǎng)角、透光度、產(chǎn)品尺寸等方面優(yōu)勢(shì)明顯，技術(shù)壁壘最高，未來隨著光波導(dǎo)技術(shù)更加成熟、工藝流程更加標(biāo)準(zhǔn)化、高效化，成本進(jìn)一步降低，滲透率有望進(jìn)一步提升。顯示方面目前主要為硅基OLED屏幕，但是由roLED耗低、亮度高、響應(yīng)速度快、壽命長等，適合搭配光波導(dǎo)，但是由于工藝技術(shù)難度高、外延成本較高、巨量轉(zhuǎn)移的速度和良率還有待提升，短期內(nèi)還難以替代硅基OLED，但是蘋果等國際巨頭在該領(lǐng)域已經(jīng)布局多年，未來隨著MicroLED技術(shù)更加成熟、成本降低，有望逐步替代硅基OLED。投資建議：我們認(rèn)為，隨著用戶對(duì)元宇宙接受度提高，同時(shí)技術(shù)升級(jí)、成本下降將促進(jìn)VR/AR出貨量進(jìn)一步提升，帶動(dòng)行業(yè)駛?cè)肟燔嚨?，相關(guān)主流技術(shù)方A分析師王少南522：wangshaonan@聯(lián)系人金凱笛：jinkaidi@w2023/3/272023/3/279%電子上證綜指深證成指滬深300相關(guān)研究替代持續(xù)加速，汽車電子迎來新機(jī)遇》(2023/1/6)國利劍國產(chǎn)替代前景可期》(2022/9/9)續(xù)提升，半導(dǎo)體供應(yīng)鏈安全大勢(shì)所趨》(2021/12/9)《PCB行業(yè)深度：通訊/消費(fèi)電子/汽車齊發(fā)斜，汽車缺芯風(fēng)險(xiǎn)提示：1、宏觀經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇、下游需求不及預(yù)期；2、技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)品升級(jí)不及預(yù)期；3、行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇。[Table_電子2023年3月27日Page2Page2/47內(nèi)容目錄1.元宇宙構(gòu)建數(shù)字化時(shí)空，產(chǎn)業(yè)鏈廣覆蓋 52.VR/AR設(shè)備是元宇宙重要入口，未來數(shù)年有望保持30%以上增長 103.VR光學(xué)+顯示方案多樣，產(chǎn)業(yè)逐漸形成共識(shí) 16 4.AR實(shí)現(xiàn)顯示+虛擬世界融合，中短期內(nèi)一體式/分體式將共存 254.1AR光學(xué)：光波導(dǎo)性能優(yōu)勢(shì)明顯，有望引領(lǐng)未來 26 5.VR/AR產(chǎn)品百花齊放，海內(nèi)外供應(yīng)商齊助陣 325.12022年多款VR/AR產(chǎn)品發(fā)布，光學(xué)+顯示方案路徑逐步清晰化 325.2VR頭顯拆解及供應(yīng)商梳理 355.3AR眼鏡拆解及供應(yīng)商梳理 406.投資建議 426.1投資觀點(diǎn) 426.2建議關(guān)注 436.2.1三利譜(002876.SZ) 446.2.2京東方A(000725.SZ) 446.2.3歌爾股份(002241.SZ) 447.風(fēng)險(xiǎn)提示 45圖表目錄 5譜 6產(chǎn)業(yè)鏈 6 7：元宇宙7層要素 7六大核心技術(shù) 8征 8浸感交互要求 9成熟度曲線 9 ayStationVR lassEnterpriseEdition [Table_電子2023年3月27日Page3Page3/47 RAR 圖表24：全球VR出貨量(萬臺(tái)) 14圖表25：全球AR出貨量(萬臺(tái)) 14圖表26：全球VR設(shè)備市場(chǎng)格局(按出貨量分) 14VR 14op 圖表29：2022年中國VR/AR出貨量(萬臺(tái)) 15圖表30：2022年中國AR眼鏡不同價(jià)格出貨占比(美元) 15Top AR要線上平臺(tái)銷量格局 16 圖表37：使用球面透鏡時(shí)像差的產(chǎn)生(左)和使用非球面透鏡時(shí)的校正(右) 18 光對(duì)比 19 面輪廓對(duì)比 19與Pancake厚度對(duì)比 20PICOPICONeo3前端重量及厚度均有所減小 20涅爾光學(xué)和Pancake光路方案對(duì)比 20Pancake光路原理 207：PICO4Pancake光學(xué)透鏡 20Pancake菲涅爾透鏡性能對(duì)比 21 OLED構(gòu) 23icroLED 23LED AR 58：棱鏡/自由曲面/Birdbath光學(xué)系統(tǒng)原理 27 AR 7 表面浮雕光柵波導(dǎo)/全息體光柵波導(dǎo)對(duì)比 28AR 9Page4Page4/47AR備出貨量占比 29 R VRAR AR ARGen 5ARGenAR 5VR MetaQuestPro 36estPro etaQuestProBOM 圖表79：MetaQuestPro硬件成本構(gòu)成(按品類) 37圖表80：MetaQuestPro硬件成本構(gòu)成(按國家) 37MetaQuestPro及供應(yīng)商 37PICO 圖表84：PICO4硬件BOM成本(8G+128G版本) 39圖表85：PICO4硬件成本構(gòu)成(按品類) 39圖表86：PICO4硬件成本構(gòu)成(按國家) 39PICO 40 VisionGlass觀影 41ass sBOM 圖表93：華為VisionGlass硬件成本構(gòu)成(按品類) 42圖表94：華為VisionGlass硬件成本構(gòu)成(按國家) 42[Table_電子2023年3月27日Page5Page5/471.元宇宙構(gòu)建數(shù)字化時(shí)空，產(chǎn)業(yè)鏈廣覆蓋元宇宙的英文是Metaverse，Metaverse=Meta(超越)+Universe(宇宙)，即超越現(xiàn)實(shí)的虛擬宇宙。“元宇宙”概念是在美國作家尼爾·斯蒂芬森1992年的科幻小說《雪崩》中首次提出，書中講述了現(xiàn)實(shí)人通過VR設(shè)備與虛擬人共同生活在一個(gè)虛擬世界的故事，這個(gè)虛擬世界就是Metaverse。2021年3月，美國Roblox公司首次將“元宇宙”寫進(jìn)招股說明書，2021年10元宇宙元年。元宇宙是人類運(yùn)用數(shù)字技術(shù)構(gòu)建的，由現(xiàn)實(shí)世界映射或超越現(xiàn)實(shí)世界，可與現(xiàn)實(shí)世界交互的虛擬世界，具備新型社會(huì)體系的數(shù)字生活空間。它以信息基礎(chǔ)設(shè)施為載體，以虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/混合現(xiàn)實(shí)(VR/AR/MR/XR)為核心技術(shù)支撐，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源，構(gòu)建數(shù)字化回首元宇宙發(fā)展歷史，1931-1992年是概念孕育期，在一些書籍信件中被開始提及；1992-2018年是形態(tài)塑造期，在一些影視游戲作品中，元宇宙的形象得以塑造；2021年之后，隨著Facebook改名Meta，中國首個(gè)元宇宙行業(yè)協(xié)會(huì)成立，行業(yè)步入快速增長期。宙發(fā)展歷史[Table_電子2023年3月27日Page6Page6/47展望元宇宙發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)，2022年前后，隨著Web3.0應(yīng)用市場(chǎng)和技術(shù)發(fā)展，元宇宙開始興起；2025年，在新興元宇宙的綜合研究取得進(jìn)步的同時(shí)，元宇宙邁入更高步走向宇宙進(jìn)化圖譜“元宇宙”產(chǎn)業(yè)鏈方面可以分為基礎(chǔ)設(shè)施層、核心層和應(yīng)用服務(wù)層。其中基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括智能等技術(shù)；核心層主要包括終端入口/時(shí)空生成/交互體驗(yàn)等，具體有VR/AR/MR/XR終端產(chǎn)品、操作系統(tǒng)、數(shù)字孿生、腦機(jī)接口等技術(shù)；應(yīng)用服務(wù)層主要包括消費(fèi)端/行業(yè)端/政府端應(yīng)用服務(wù)等，具體有數(shù)字人、數(shù)字貨幣、虛擬社交/辦公/主播/游戲/醫(yī)療/教育、NFT、城市規(guī)劃等應(yīng)用。整個(gè)“元宇宙”產(chǎn)業(yè)鏈涉及的行業(yè)非常廣泛，有望對(duì)相關(guān)行業(yè)帶來新的變革和發(fā)展根據(jù)賽迪智庫數(shù)據(jù)，在元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈中，不論是基礎(chǔ)設(shè)施層、核心層還是應(yīng)用服務(wù)層，眾多國外企業(yè)已經(jīng)有所布局，包括微軟、谷歌、蘋果、三星、英偉達(dá)、Meta、亞馬遜、IBM等。[Table_電子2023年3月27日Page7Page7/47宙產(chǎn)業(yè)鏈國外重點(diǎn)企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)地區(qū)企業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施LGKTSK門子、愛立信、亞馬遜、ARM、IBM、博世、思科、通用電氣、谷歌、英特爾、微軟基礎(chǔ)設(shè)施層算力基礎(chǔ)設(shè)施新技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施核心層終端入口谷歌、蘋果、三星、微軟、Meta、Magic-Leap、德州儀時(shí)空生成交互體驗(yàn)產(chǎn)業(yè)平臺(tái)Meta、微軟、谷歌、英偉達(dá)應(yīng)用服務(wù)層消費(fèi)端應(yīng)用服務(wù)行業(yè)端應(yīng)用服務(wù)Meta、Valve、IBM、BBC、Youtube、DiscoveryVR政府端應(yīng)用服務(wù)谷歌、亞馬遜、微軟整個(gè)元宇宙共包含7層要素，每層要素則對(duì)應(yīng)不同的技術(shù)和應(yīng)用，分別如下：1)基礎(chǔ)設(shè)施：5G、WiFi6、云計(jì)算、芯片等；2)人機(jī)交互：可穿戴設(shè)備、感知交互；3)去中心化：邊緣XR、商業(yè)交易等；6)發(fā)現(xiàn)：廣告網(wǎng)絡(luò)、社交等；7)體驗(yàn)：游戲、電影、購物、運(yùn)動(dòng)等。元宇宙在發(fā)展過程中，有6大核心技術(shù)作為支撐，總結(jié)為BIGANT。拆開來看分別是s[Table_電子2023年3月27日Page8Page8\47技術(shù)下，有分別有多個(gè)細(xì)分技術(shù)作為支撐，大量的新技術(shù)為元宇宙的發(fā)展和實(shí)現(xiàn)提供了重要宙六大核心技術(shù)元宇宙共包括4大核心特征，分別是沉浸式體驗(yàn)、虛擬身份、虛擬經(jīng)濟(jì)和虛擬社會(huì)治理，只有滿足了所有4大核心特征的，才算是一個(gè)完整的自維持、自發(fā)展、自演進(jìn)的元宇宙。四大核心特征從用戶角度出發(fā)，元宇宙的體驗(yàn)好壞很大程度上在于沉浸感受，元宇宙沉浸式交互技術(shù)目前能夠?qū)崿F(xiàn)部分沉浸，可以通過虛擬移動(dòng)、運(yùn)動(dòng)軌跡、沉浸聲場(chǎng)等方式實(shí)現(xiàn)4K/8K級(jí)別的交互，Page9Page9/47算力依賴中心云和邊緣云。未來無線接入、渲染方式、交互方式、端邊云融合等技術(shù)突破將加速沉浸式交互解決方案的饋、腦機(jī)交互，下行帶寬從20Mbps升級(jí)到4Gbps以上，端到端時(shí)延從40ms以上降低至8ms，沉浸感將從初級(jí)沉浸升級(jí)到部分沉浸，再到深度沉浸，最終實(shí)現(xiàn)完全沉浸，整體用戶體驗(yàn)將實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。：元宇宙沉浸感交互要求初級(jí)沉靜部分沉浸深度沉浸完全沉浸無線接入4G/WiFi5G/R155GR16/R17B5G/6G渲染方式本地渲染、云渲染云渲染、異構(gòu)渲染實(shí)時(shí)光線追蹤渲染、混合云渲深度學(xué)習(xí)渲染、光場(chǎng)渲染、混合渲染染交互支持4G/WiFi+小型GPU5G+中大型GPU5G+中大型GPUB5G/6G+GPU交互方式手柄、手勢(shì)指令、語音指令聲場(chǎng)勢(shì)交互觸覺反饋、腦機(jī)交互內(nèi)容制作2K/4K4K/8K8K/12K16K/24K上行帶寬5Mbps20-200Mbps200-800Mbps>800Mbps下行帶寬20Mbps100Mbps-1Gbps1-4Gbps>4Gbps端到端延時(shí)(總)>40ms30ms13ms8ms網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：中心云應(yīng)用服務(wù)器、云渲染服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器、云渲染服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器、云渲染服務(wù)器應(yīng)用服務(wù)器、云渲染服務(wù)器MEC邊緣渲染、邊緣服務(wù)MEC邊緣渲染、邊緣服務(wù)MEC邊緣渲染、邊緣服務(wù)根據(jù)2022年Gartner技術(shù)成熟度曲線，可以看到元宇宙仍處于創(chuàng)新觸發(fā)期，10年后將會(huì)步產(chǎn)品將不斷推陳出新，行業(yè)有望邁入高景氣時(shí)代。年技術(shù)成熟度曲線Page10Page10/47長根據(jù)元宇宙的構(gòu)成要素，人機(jī)交互是探索元宇宙的入口，其中的關(guān)鍵技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、混合現(xiàn)實(shí)和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(VR/AR/MR/XR)，這些技術(shù)有望革命性地改變?nèi)藗兊慕换シ绞剑蔀橥ㄍ钪娴年P(guān)鍵入口。虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，是一種多源信息融合的、交互式的三維動(dòng)態(tài)視景和實(shí)體行為的偶系統(tǒng)，使用戶沉浸到該環(huán)境中。主要產(chǎn)品包括MetaQuestPro、PICO4、索尼PlayStationVR2、華為VRGlass等。圖表12：VR游戲資料來源：PlayStation官網(wǎng)，五礦證券研究所資料來源：PlayStation官網(wǎng)，五礦證券研究所增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AugmentedReality)技術(shù)，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝影機(jī)影像的位置及角度并加上相應(yīng)圖像、視頻、3D模型的技術(shù)，這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。隨著隨身電子產(chǎn)品CPU運(yùn)算能力的提升，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的用途將越來越廣。主要產(chǎn)品包括GoogleGlass，MagicLeapOne等。圖表14：AR應(yīng)用資料來源：IKEA，五礦證券研究所e混合現(xiàn)實(shí)(MixedReality)技術(shù)，既包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)虛擬，它是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步PagePage11/47發(fā)展，該技術(shù)通過在虛擬環(huán)境中引入現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景信息，在虛擬世界、現(xiàn)實(shí)世界和用戶之間搭起一個(gè)交互反饋的信息回路，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。主要產(chǎn)品包括微軟HoloLens2等。資料來源：Augray，五礦證券研究所s資料來源：Microsoft，五礦證券研究所擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(ExtrendedReality，XR)技術(shù)，是指通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和可穿戴設(shè)備產(chǎn)生的一個(gè)真實(shí)與虛擬組合、可人機(jī)交互的環(huán)境，是AR、VR、MR等多種形式的統(tǒng)稱。三者視覺交互技術(shù)融合，實(shí)現(xiàn)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界之間無縫轉(zhuǎn)換的“沉浸感”體驗(yàn)。圖表18：XR范圍資料來源：ThoughtWorks，五礦證券研究所圖表19：XR場(chǎng)景資料來源：Wowza，五礦證券研究所全球VR/AR產(chǎn)業(yè)鏈主要國家和地區(qū)主要集中在美國、歐洲、中國和日本，其中美國以研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新和豐富的娛樂內(nèi)容創(chuàng)作為主，歐洲以學(xué)術(shù)研究、高精度研發(fā)和多樣化內(nèi)容為主，中國和日本則在組裝、硬件制造以及快速成長的研發(fā)方面見長。[Table_電子2023年3月27日Page12Page12/47VRAR業(yè)鏈主要國家/地區(qū)器件、感知交互、終端、配套外設(shè)等，軟件部分則包括系統(tǒng)軟件、開發(fā)工具等，內(nèi)容包括制作、分發(fā)，下游應(yīng)用分為消費(fèi)級(jí)和企業(yè)級(jí)，消費(fèi)級(jí)包括影視、游戲、社交購物等，企業(yè)級(jí)應(yīng)圖表21：XR產(chǎn)業(yè)鏈XR、管、云的架構(gòu)來看，其中“端”包括以近眼顯示技術(shù)和感知交互技術(shù)，近眼顯示技術(shù)主要圍繞光學(xué)系統(tǒng)和顯示器件技術(shù)升級(jí)來進(jìn)行，感知交互技術(shù)則強(qiáng)調(diào)與近眼顯示、渲染計(jì)算、內(nèi)容制作、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)汝P(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)協(xié)同。二者主要圍繞硬件畫質(zhì)不清晰、視角場(chǎng)受限、頭部暈眩等痛點(diǎn)，力求帶來更優(yōu)質(zhì)的沉浸式體用快速落地?！霸啤倍酥饕秩居?jì)算和云端內(nèi)容制作與分發(fā)。云化渲染聚焦云網(wǎng)邊端協(xié)同件終端的輕量化與獨(dú)立化。[Table_電子2023年3月27日Page13Page13/47圖表22：XR五大關(guān)鍵技術(shù)從谷歌2012年發(fā)布AR眼鏡GoogleGlass至今，VR/AR的發(fā)展先后歷經(jīng)了技術(shù)發(fā)展期、資本狂熱期、低谷退潮期以及行業(yè)復(fù)蘇期。2012年谷歌發(fā)布AR眼鏡GoogleGlass帶領(lǐng)行業(yè)邁入技術(shù)發(fā)展期；2014年Facebook收購Oculus則引起了產(chǎn)業(yè)界和資本界的普遍關(guān)注，索尼、HTC、三星等智能終端大廠紛紛加碼布局XR產(chǎn)業(yè)；在2017年行業(yè)投資過熱后，由于產(chǎn)品技術(shù)成熟度不夠，用戶使用體驗(yàn)不好，導(dǎo)致銷量不理想，2018年全球VR銷量下滑至350萬臺(tái)，AR銷量下滑至26萬臺(tái)，行業(yè)進(jìn)入低谷期；隨著2019年全球5G正式商用，VR/AR被重新重視起來，2020年初居家辦公、教育需求激增，伴隨著相關(guān)技術(shù)不斷完善、應(yīng)用逐漸豐富以及MetaQuestPro、PICO4等新品發(fā)布，行業(yè)迎來復(fù)蘇，2023年蘋果有望發(fā)布MR設(shè)備，將有望引領(lǐng)XR終端設(shè)備開啟新一輪消費(fèi)電子熱潮。圖表23：VR/AR發(fā)展歷程全球VR/AR市場(chǎng)出貨量方面，由于過去10年行業(yè)周期波動(dòng)較大，VR/AR設(shè)備出貨量也呈[Table_電子2023年3月27日Page14Page14/47現(xiàn)波動(dòng)態(tài)勢(shì)。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2021年全球VR/AR設(shè)備出貨量合計(jì)1123萬臺(tái)，VR/AR設(shè)備出貨量分別為1095/28萬臺(tái)；受宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境和廠商提價(jià)等因素影響，2022年全球VR/AR設(shè)備出貨量下降20.9%至880萬臺(tái)，其中VR/AR設(shè)備出貨量分別為853/27萬臺(tái)。隨著宏觀經(jīng)濟(jì)預(yù)期修復(fù)，IDC預(yù)計(jì)2023年全球VR/AR設(shè)備出貨量有望同比增長31.5%，未來數(shù)年都將保持30%以上增速，預(yù)計(jì)2026年出貨量將達(dá)到3510萬臺(tái)。圖表24：全球VR出貨量(萬臺(tái))圖表25：全球AR出貨量(萬臺(tái))全球VR市場(chǎng)格局方面，根據(jù)Counterpoint數(shù)據(jù)，過去幾個(gè)季度，全球主要VR廠商中，Meta始終保持行業(yè)領(lǐng)先地位，2021Q4市占率為80%，2022Q4市占率為81%，與此同時(shí)，PICO和DPVR分別占比7%和7%，三大廠商合計(jì)占比95%，市場(chǎng)集中度高。根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，TC和愛奇藝分列3-5位。圖表26：全球VR設(shè)備市場(chǎng)格局(按出貨量分)ntVR設(shè)備市場(chǎng)格局全球AR市場(chǎng)格局方面，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年全球AR市場(chǎng)整體出貨量27萬臺(tái)，其中消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品17萬臺(tái)，這也是消費(fèi)級(jí)AR品牌出貨量首次超越企業(yè)級(jí)AR品牌。2022年全球AR眼鏡出貨量Top5分別為：Nreal/微軟/Rokid/TCL(雷鳥創(chuàng)新)/愛普生，出貨量分別為9.8/3.5/3/近3/1.3萬臺(tái)，合計(jì)近20.6萬臺(tái)，市占率分別為36.3%/13.0%/11.1%/近11.1%/4.8%，合計(jì)占比近76.3%。Page15Page15/47球AR眼鏡出貨量Top5市占率中國VR/AR市場(chǎng)出貨量方面，根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2022年中國VR/AR設(shè)備出貨120.6萬臺(tái)，其中VR110.3萬臺(tái)，AR10.3萬臺(tái)。VR頭顯中，獨(dú)立VR首次突破100萬臺(tái)大關(guān)，達(dá)到根據(jù)IDC數(shù)據(jù)，2021Q4，中國市場(chǎng)500美元以下的產(chǎn)品出貨占比僅為2.7%，隨著2022年AR新品大量涌現(xiàn)，產(chǎn)品ASP大幅下滑，到了2022Q4，500美元以下的AR產(chǎn)品出貨占比已經(jīng)接近90%。隨著價(jià)格下探，我們認(rèn)為將加快AR眼鏡滲透率提升。圖表29：2022年中國VR/AR出貨量(萬臺(tái))圖表30：2022年中國AR眼鏡不同價(jià)格出貨占比(美元)中國VR市場(chǎng)格局方面，獨(dú)立VR中，2022年Top5型號(hào)分別為PICONeo3/PICO4/NoloCM1/奇遇DreamPro/奇遇Dream，出貨量分別為50.5/21.7/6.6/5.4/2.4萬臺(tái)，合計(jì)86.6萬臺(tái)，在獨(dú)立VR中市占率分別為49.8%/21.4%/6.5%/5.3%/2.4%，合計(jì)占比85.4%。中國AR市場(chǎng)格局方面，根據(jù)艾瑞咨詢數(shù)據(jù)，2022年中國消費(fèi)級(jí)AR眼鏡銷量超過預(yù)期，主要線上平臺(tái)銷量格局中，Top5廠商分別為雷鳥創(chuàng)新/Nreal/Rokid/INMO/米家，市占率分別為28.4%/25.1%/21.0%/7.5%/5.2%，合計(jì)占比87.2%。Page16Page16/47國市場(chǎng)獨(dú)立VR頭顯Top5市占率2年中國消費(fèi)級(jí)AR眼鏡主要線上平臺(tái)銷量格局所3.VR光學(xué)+顯示方案多樣，產(chǎn)業(yè)逐漸形成共識(shí)VR作為新一代消費(fèi)電子代表性產(chǎn)品，涉及上游技術(shù)及零部件眾多，未來如果想在C端大范圍普及推廣，成本的降低和用戶體驗(yàn)的提升是必然趨勢(shì)，而在提升用戶體驗(yàn)方面，高分辨率、大視場(chǎng)角、輕薄小型化一直是行業(yè)在努力的方向。在提升用戶體驗(yàn)方面，光學(xué)和顯示則是影響最直接的零部件。VR光學(xué)技術(shù)按照光路設(shè)計(jì)可以分為垂直光路、折疊光路、復(fù)合光路以及特定光路四種方案，其中垂直光路包括非球面透鏡和菲涅爾透鏡，折疊光路包括Pancake和液晶偏振全息，復(fù)合光路包括多疊自由曲面和異構(gòu)微透鏡陣列，特定光路包括超表面/超透鏡。圖表33：VR光學(xué)方案[Table_電子2023年3月27日Page17Page17/47從早期的VR盒子，到分體式VR以及VR一體機(jī)，VR光學(xué)先后經(jīng)歷了非球面透鏡、菲涅爾透鏡和Pancake三個(gè)階段，更為前沿的技術(shù)還包括液晶偏振全息、多疊自由曲面、異構(gòu)微透鏡陣列、超表面/超透鏡。但不論哪種方案，技術(shù)演進(jìn)的方向都是為了得到更大的視場(chǎng)角、更短的光學(xué)鏡頭總長以及更小的畸變。圖表34：VR光學(xué)發(fā)展歷程非球面透鏡：早期VR設(shè)備采用非球面透鏡，相比于球面透鏡可以實(shí)現(xiàn)光線聚焦。球面透鏡曲面弧度是均勻的，具有單一的曲率半徑。優(yōu)點(diǎn)是加工設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，缺點(diǎn)是光線聚焦在不同的距離(取決于相對(duì)于鏡頭邊緣進(jìn)入的位置)，從而導(dǎo)致模糊和外圍失真，這種現(xiàn)象稱為球面像差。非球面鏡是指表面不是球面或者柱面的透鏡，沒有統(tǒng)一的球面半徑。非球面鏡片的作用就是通過修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠(yuǎn)軸光線所形成的焦點(diǎn)位置重合，由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)(表面曲率角度較淺)，可以減少或消除球面像差，此外，還能減少畸變和邊緣散光。NT[Table_電子2023年3月27日Page18Page18/47圖表37：使用球面透鏡時(shí)像差的產(chǎn)生(左)和使用非球面透鏡時(shí)的校正(右)圖表38：球面透鏡VS非球面透鏡球面透鏡非球面透鏡對(duì)稱性旋轉(zhuǎn)對(duì)稱旋轉(zhuǎn)對(duì)稱半徑相等不相等像差校正受限制可行的測(cè)量成本較低較高表面形狀所非球面透鏡相比球面透鏡具有一定優(yōu)勢(shì)，中國廠商如歌爾股份、歐菲光、舜宇光學(xué)、雙瑩光電等均具有自主設(shè)計(jì)和加工能力，但是非球面透鏡在色彩、畸變、厚度等方面仍然存在不足，目前僅有愛奇藝奇遇Dream、PSVR1等少數(shù)設(shè)備使用非球面透鏡。使用注塑成型工藝的VR非球面透鏡成本約5-8元。非球面透鏡的應(yīng)用原理是通過透鏡鏡片把VR眼鏡屏幕的畫面放大，讓光路順著光源平直進(jìn)入人眼。通過非球面透鏡，可將0.5英寸的屏幕畫面放大2.5倍以上，而且能滿足90~130度視場(chǎng)角范圍。然而，視野軸距和設(shè)備重量是非球面透鏡的致命缺點(diǎn)。早期非球面透鏡VR設(shè)備從貼眼處算起，至少要延伸8~10cm才能夠?qū)崿F(xiàn)比較理想的畫面呈現(xiàn)，此外，非球面透鏡較多采用玻璃材質(zhì)，經(jīng)常需要多鏡片組合，且面臨制作工藝復(fù)雜、輕便性差的問題，因此非球面光學(xué)出現(xiàn)以及普及的時(shí)間特別短，短短一兩年間就被菲涅爾透鏡全面替代了。菲涅爾透鏡：菲涅爾透鏡(Fresnellens)，又稱螺紋透鏡，是法國物理學(xué)家奧古斯丁·菲涅爾發(fā)明的一種透鏡。此設(shè)計(jì)初用于燈塔，這種設(shè)計(jì)可以制造出具有更大光圈的鏡頭，與其他透鏡相比，菲涅耳透鏡具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，并具有良好的對(duì)焦性能和成像性能。菲涅爾透鏡用一系列同心槽代替?zhèn)鹘y(tǒng)光學(xué)透鏡的曲面。這些輪廓作為單獨(dú)的折射表面，將平行光線彎曲至一個(gè)共同焦距。因此，菲涅爾透鏡雖然在外形輪廓上很窄，但依然能夠聚光。[Table_電子2023年3月27日Page19Page19/47菲涅爾透鏡的材質(zhì)多是樹脂、塑料，同時(shí)較非球面透鏡最大的進(jìn)步在于大幅縮短了焦距，使得菲涅爾透鏡在成本、重量方面都有更大的優(yōu)勢(shì)，能夠以更輕薄的形式呈現(xiàn)VR畫面，直到現(xiàn)在菲涅爾仍是VR行業(yè)的主流光學(xué)方案之一，受到了眾多廠商青睞。圖表39：菲涅爾透鏡0：菲涅爾透鏡與普通透鏡聚光對(duì)比：菲涅爾透鏡輪廓EdmundOptics礦證券研究所2：平凸透鏡和菲涅爾透鏡的側(cè)面輪廓對(duì)比EdmundOptics礦證券研究所目前能提供菲涅爾透鏡的廠商有歌爾股份、舜宇、歐菲光、雙瑩光電、趣立科技等，主流VR頭顯設(shè)備如MetaQuest2、PICONeo3、PSVR2等設(shè)備均采用了菲涅爾透鏡方案。Pancake：雖然菲涅爾透鏡比非球面透鏡有較大優(yōu)勢(shì)，但是從終端產(chǎn)品角度，依然不夠輕便，主要原因還是在于二者均為平行光路的方案，如果要進(jìn)一步縮小頭盔前端厚度，折疊光路會(huì)是一個(gè)更根據(jù)YVR官方數(shù)據(jù)，YVR2采用的Pancake光機(jī)厚度僅為20mm，而菲涅爾光機(jī)為40mm，厚度減小了50%，整機(jī)厚度被壓縮至42mm。根據(jù)PICO官方數(shù)據(jù)，PICO4頭盔前端厚度為35.8mm，比上一代產(chǎn)品厚度減小38.8%，重量減小26.2%。Page20Page20/47Pancake度對(duì)比PICOPICONeo3前端重量及厚度均有所減小資料來源：PICO官網(wǎng)，五礦證券研究所(注：頭顯厚度是指頭顯外殼邊緣離前蓋最近的距離，頭顯重量是指去除泡棉和所有綁帶后頭顯的重量)Pancake方案比菲涅爾透鏡厚度明顯縮小，主要在于光機(jī)工作原理不同。菲涅爾透鏡采用平行光路方案，Pancake通過折疊光路來減小光路系統(tǒng)空間的物理距離，從而縮小厚度，其核心是采用線偏光片(LP)、1/4λ波片(QWP)、半透半反鏡(BS)、反射偏振片(PBS)來實(shí)現(xiàn)光路的折疊。圖表45：菲涅爾光學(xué)和Pancake光路方案對(duì)比圖表46：Pancake折疊光路原理圖表47：PICO4Pancake光學(xué)透鏡[Table_電子2023年3月27日PagePage21/47Pancake與菲涅爾透鏡相比，在多項(xiàng)性能指標(biāo)上都有優(yōu)勢(shì)。屈光度方面，Pancake能實(shí)現(xiàn)屈光度調(diào)節(jié)，普遍調(diào)節(jié)范圍在0-700°之間，佩戴眼鏡的用戶可以調(diào)到適合自己的度數(shù)，摘掉眼FOV爾透鏡為140°，Pancake可以做到更大的視場(chǎng)角，最高可到達(dá)200°。面板分辨率方面，菲涅爾透鏡為4K×4K，Pancake則沒有限制。厚度和重量方面，菲涅爾透鏡一般為40-50mm，400-500g，Pancake更薄更輕，一般為18-25mm，200-300g。高性能優(yōu)勢(shì)勢(shì)必伴隨著高成本，菲涅爾透鏡成本一般為30-40元，Pancake則高達(dá)圖表48：Pancake與菲涅爾透鏡性能對(duì)比菲涅爾透鏡屈光度調(diào)節(jié)×√變焦調(diào)節(jié)√√FOV理論上限200。面板分辨率理論上限Kx4K無限制厚度40-50mm25mm量400-500g200-300g成本30-40元200-300元Pancake相比菲涅爾，不僅有效減小了厚度和重量，而且成像質(zhì)量更好，還支持屈光度調(diào)節(jié)。商用趨勢(shì)確定，但是仍然存在光效低、鬼影、FOV小、成本高等痛點(diǎn)。光效低：受光學(xué)原理限制，光線在Pancake模組中，每次經(jīng)過半透半反鏡會(huì)損失50%，經(jīng)ancakePancake方案對(duì)屏幕亮度有更高要求，需要配套升級(jí)顯示方案。鬼影：在光學(xué)成像系統(tǒng)中，光線經(jīng)過透鏡界面多次反射、散射等會(huì)產(chǎn)生雜散光，并在畫面中的某個(gè)位置形成的“像”，被稱為“鬼影”(Ghost)。鬼影降低了圖像質(zhì)量。Pancake方案因?yàn)楣饩€多次折返，鬼影問題相比常規(guī)非球面/菲涅爾方案更為嚴(yán)重，一般通過改善透鏡材料、改變形狀、優(yōu)化光路等方式抑制鬼影。FOV?。篜ancake方案有著更高的視場(chǎng)角理論上限，但目前可實(shí)現(xiàn)的視場(chǎng)角基本都在60°-90°，明顯低于菲涅爾透鏡方案(100°以上)。技術(shù)上可以通過曲面貼膜工藝擴(kuò)大FOV，改善視場(chǎng)角小的缺點(diǎn)，但是工藝難度較大，仍需在工藝上進(jìn)行升級(jí)。成本高：Pancake方案中最核心的是光學(xué)膜，包括線偏光片(LP)、1/4λ波片(QWP)、半透半反鏡(BS)、反射偏振片(PBS)等，目前全球僅有3M、旭化成等少數(shù)企業(yè)產(chǎn)品能達(dá)到Pancake設(shè)計(jì)要求，一組透鏡(單目)的光學(xué)膜成本接近100元，同時(shí)對(duì)貼膜的精度和平滑度要求很高，再加上為了改善鬼影問題而采用改善的材料，將進(jìn)一步增加成本。作為改善用戶體驗(yàn)的重要方案，針對(duì)以上痛點(diǎn)，我們認(rèn)為產(chǎn)業(yè)界將不遺余力的投入研發(fā)，以求在解決問題的同時(shí)降低成本，進(jìn)一步提升Pancake方案滲透率。目前能提供Pancake光學(xué)設(shè)計(jì)、加工的廠商有舜宇光學(xué)、歐菲光、水晶光電、雙瑩光電、耐德佳等，能提供Pancake光學(xué)膜的廠商有3M、旭化成等，中國廠商中，三利譜在VR用Pancake光學(xué)膜產(chǎn)品領(lǐng)域具有相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備；深紡織(盛波光電)已掌握VR/AR用偏光[Table_電子2023年3月27日Page22Page22/47片產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)并曾小規(guī)模供貨，產(chǎn)品可用于主流的VR/AR顯示終端產(chǎn)品；杉杉股份(杉金光電)VR用偏光片項(xiàng)目正加快推進(jìn)，VR顯示端用偏光片測(cè)試進(jìn)展順利。主流VR頭顯設(shè)方案。Pancake在未來幾年有望成為VR設(shè)備主流光學(xué)方案，也是行業(yè)未來幾年需要重點(diǎn)攻堅(jiān)提升的方向。但是Pancake絕不是終點(diǎn)，除此之外，依然還有一些更為前沿的光學(xué)技術(shù)，包括多疊折返式自由曲面、異構(gòu)微透鏡陣列、液晶偏振全息、超表面/超透鏡等。只不過這些技術(shù)距離商用還很遙遠(yuǎn)，但是對(duì)于VR設(shè)備來說，這些前沿技術(shù)為VR設(shè)備的進(jìn)化升級(jí)提供了更多圖表49：VR光學(xué)方案對(duì)比非球面透鏡菲涅爾透鏡折疊光路多疊折返式異構(gòu)微透鏡陣列液晶偏振全息超表面/超透鏡光學(xué)原理FOVTL40-50mm40-50mm20mm40-45mm20-30mm成像質(zhì)量邊緣成像好容易產(chǎn)生偽影和畸變邊緣成像質(zhì)量好但容易產(chǎn)偽影容易產(chǎn)生畸變視場(chǎng)角超大但容易產(chǎn)生偽影和畸變色差小優(yōu)點(diǎn)成本便宜較輕薄輕薄有利于眼動(dòng)輕薄超薄超薄便宜成像質(zhì)量好元器件布置超大視場(chǎng)角可實(shí)時(shí)變焦光路可定制量產(chǎn)價(jià)格15-20元發(fā)展階段淡出市場(chǎng)主流選擇即將大規(guī)模應(yīng)用小眾市場(chǎng)前沿研究前沿探索前沿探索代表產(chǎn)品VR盒子t華為VRGlassLynx無無無WellsennXR，五礦證券研究所作為沉浸式體驗(yàn)設(shè)備，顯示屏是最接近用戶眼睛的零部件，因此顯示屏的觀感直接決定了用戶體驗(yàn)，重要指標(biāo)包括分辨率(像素密度)、響應(yīng)速度、刷新率、對(duì)比度、亮度等。目前，主要的顯示技術(shù)有LCD、OLED、MiniLED、MicroLED、MicroOLED等。LCD是液晶顯示屏，當(dāng)外加電壓時(shí)，液晶分子原本的旋轉(zhuǎn)排列發(fā)生扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變光線通過的旋轉(zhuǎn)幅度，并以不同比例照射在彩色濾光片上，進(jìn)而產(chǎn)生不同的顏色。OLED是有機(jī)發(fā)光二極管，其原理是在兩電極之間夾上有機(jī)發(fā)光層，當(dāng)正負(fù)極電子在此有機(jī)材料中相遇時(shí)就會(huì)發(fā)光。與LCD最大的區(qū)別在于LCD需要背光源，而OLED能夠自發(fā)光。[Table_電子2023年3月27日Page23Page23/47MiniLED和MicroLED最直觀的差異就是LED晶體的顆粒大小，基本上以100μm為界，MiniLED被視為是MicroLED的過渡期，是傳統(tǒng)LED背光基礎(chǔ)上的改良版本，作為LCD面板的背光源使用；MicroLED則是新一代的顯示技術(shù)，將LED背光源微縮化、矩陣化，致力于單獨(dú)驅(qū)動(dòng)無機(jī)自發(fā)光(自發(fā)光)、讓產(chǎn)品壽命更長，甚至性能更勝OLED，被業(yè)界視為下世代的顯示技術(shù)。雖然MicroLED顯示技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但該技術(shù)尚不成熟，在芯片、背板、巨量轉(zhuǎn)移、全彩化、接合、驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)維修等方面仍然存在一些技術(shù)瓶頸。MicroOLED又稱硅基OLED(OLEDoS)，傳統(tǒng)OLED是將屏幕建立在玻璃基板上，而硅基OLED采用單晶硅晶圓作為背板，從而使得顯示器更輕薄短小、耗電量更低、發(fā)光效率高，亮度和像素密度表現(xiàn)都很好，特別適用于VR/AR等顯示穿戴式設(shè)備。巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)Page24Page24/47從目前VR設(shè)備應(yīng)用來看，大多數(shù)VR設(shè)備采用的是LCD屏，MetaQuest2，HTCVive以AKELCD分辨率(LCD像素密度已超過1000PPI)，但是LCD也有缺點(diǎn)，就是響應(yīng)速度慢，普通LCD響應(yīng)速度只有AMOLED的1/100~1/1000，當(dāng)用戶戴上頭盔有比較大的頭部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)無法彌補(bǔ)的拖影。為了解決這一問題，2018年以后快速響應(yīng)液晶屏(Fast-LCD)技術(shù)開始出現(xiàn)，改良后的Fast-LCD技術(shù)采用全新液晶材料(鐵電液晶材料)與超速驅(qū)動(dòng)技術(shù)，能夠有效提升刷新率至75~90Hz，響應(yīng)速度得到了明顯提高，大大縮短了與OLED之間的距離，且具有較高的量產(chǎn)穩(wěn)定性及良率、成本也更低，目前PICO4、奇遇DreamPro、大朋VRE4已經(jīng)使用。但是Fast-LCD由于背光層存在，容易出現(xiàn)顯示器漏光等問題，而MiniLED背光則能夠很好的解決該問題，MiniLED背光與Fast-LCD結(jié)合，還能進(jìn)一步提升Fast-LCD在高對(duì)比度、高刷新率、高亮度等方面的性能，目前MetaQuestPro已經(jīng)使用。OLED方面，玻璃基的OLED受制于FMM(精細(xì)金屬掩膜版)工藝，很難做到超小像素，PPI(單位像素密度)不高導(dǎo)致畫面顆粒感比較明顯，存在紗窗效應(yīng)，影響VR的沉浸感及視覺清晰度(OLED像素密度尚未突破1000PPI，大概在600左右)，這也是OLED一直未被主流VR設(shè)備所采用的關(guān)鍵原因。因此，為了改善OLED的紗窗效應(yīng)，OLED在逐步向硅基OLED轉(zhuǎn)變。硅基OLED顯示屏采用單晶硅芯片基底，無論是亮度還是像素密度都有明顯提升，像素密度可達(dá)3000~4000PPI。展望未來，我們認(rèn)為Fast-LCD有望憑借低成本和產(chǎn)能優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)VR產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。硅基OLED由于成本高，因此將在高端設(shè)備中率先被采用，蘋果2023年發(fā)布的MR設(shè)備有望采用硅基OLED，隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)發(fā)展，若硅基OLED成本降低到有足夠競(jìng)爭(zhēng)力，將迎來快速增長。[Table_電子2023年3月27日Page25Page25/47圖表55：VR產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)中國大陸公司中國臺(tái)灣及海外公司光學(xué)鏡頭聯(lián)合光電、誠瑞光學(xué)玉晶光-光學(xué)Pancake偏光片、膜貼合三利譜M瞳距調(diào)節(jié)模組兆威機(jī)電惠?？萍糉astLCDA、TCL科技夏普、JDI、群創(chuàng)光電LED利智匯、隆利科技、瑞豐光電、運(yùn)鴻輝硅基OLED視涯科技片主芯片韋爾股份、全志科技整機(jī)ODM歌爾股份終端品牌各公司官網(wǎng)，各公司公告，五礦證券研究所不同于頭戴式VR設(shè)備可以顯示來自直接放置在穿戴者面前的投影儀或成像系統(tǒng)的圖像，AR設(shè)備需要透視功能，既要看到真實(shí)的外部世界，也要看到虛擬信息，所以成像系統(tǒng)不能擋在視線前方，因此需要一個(gè)或多個(gè)額外的光學(xué)元件構(gòu)建光學(xué)組合器。光學(xué)組合器在將外部光線傳輸?shù)饺搜鄣耐瑫r(shí)反射虛擬圖像，將虛擬內(nèi)容疊加在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景之上，以使其相互補(bǔ)充和增強(qiáng)。光學(xué)組合器的不同，是區(qū)分AR顯示系統(tǒng)的關(guān)鍵。圖表56：VR與AR近眼顯示原理從形態(tài)上區(qū)分，AR眼鏡分為分體式和一體式，其中分體式又分為單色分體式和雙目全彩分體式。每類產(chǎn)品的定位不同，單目AR主要追求極致的輕量化，主要功能為信息提示等；雙[Table_電子2023年3月27日Page26Page26/47目AR具有顯示和交互能力、畫質(zhì)更好，可用于觀影、娛樂等場(chǎng)景，主要定位于消費(fèi)級(jí)；一體式AR則更側(cè)重于計(jì)算能力和交互屬性的加強(qiáng)，主要定位于企業(yè)級(jí)用戶，造價(jià)高。圖表57：不同形態(tài)的AR整機(jī)AR設(shè)備一直在追求更輕薄、更小體積、更低功耗、更舒適的佩戴體驗(yàn)，因此光學(xué)成像和顯示技術(shù)便成為了產(chǎn)業(yè)界需要重點(diǎn)突破和提升的領(lǐng)域。dbath離軸反射的原理是將顯示屏內(nèi)容通過一個(gè)透明的反射鏡面反射到眼睛里，而外界景物也透過這個(gè)鏡面進(jìn)入眼睛，從而實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)景物的疊加。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，F(xiàn)OV較大，缺積大。棱鏡(Prism)方案技術(shù)成熟、成本低，但FOV較小，厚度較厚、顯示面積較小，同時(shí)在強(qiáng)光下的顯示效果一般，為了解決這一問題，通常采用包裹式方案，保證了內(nèi)容清晰且不受環(huán)境光線影響。自由曲面(Free-space)分為大曲面和小曲面，大曲面的優(yōu)勢(shì)在于FOV大、成像效果好，小曲面則通過犧牲FOV獲得小巧輕便的外觀，更便于日常穿戴，性價(jià)比更高。折返式(Birdbath)顯示的內(nèi)容被投在一個(gè)半透明的分光鏡片上，優(yōu)勢(shì)在于光學(xué)結(jié)構(gòu)比離軸反射更小，但是亮度及透光率較低。[Table_電子2023年3月27日Page27Page27/47圖表58：棱鏡/自由曲面/Birdbath光學(xué)系統(tǒng)原理光波導(dǎo)由具有特定透光性的透明玻璃或塑料薄片制成，用于引導(dǎo)特定方向、形狀或圖案的電磁波，成像光線從側(cè)面在鏡片內(nèi)部通過反射傳播最終射入眼睛，由于利用了鏡片內(nèi)部空間進(jìn)行傳播，因此不需要增加額外的外部空間，使得整個(gè)眼鏡可以做的很輕薄。光波導(dǎo)技術(shù)壁壘高、價(jià)格貴、可量產(chǎn)性有待提高，但由于其兼具大FOV、體積小、透光率高、畫質(zhì)高清等特點(diǎn)，從光學(xué)效果、外觀形態(tài)以及量產(chǎn)前景來看，具備最好的發(fā)展?jié)摿Γ型蔀锳R眼鏡的終極解決方案。光波導(dǎo)原理是通過全反射機(jī)制傳播光線，全反射情況下，光在傳輸?shù)倪^程中可以做到無損失無泄漏。當(dāng)光機(jī)完成成像過程后，波導(dǎo)將光耦合進(jìn)自己的玻璃基底中，通過全反射原理將光傳輸?shù)窖劬η胺皆籴尫懦鰜?。在此過程中波導(dǎo)只負(fù)責(zé)傳輸圖像，不對(duì)圖像進(jìn)行放大或縮小，因此它是獨(dú)立于成像系統(tǒng)而存在的一個(gè)單獨(dú)元件。圖表59：AR光波導(dǎo)全反射機(jī)制示意圖導(dǎo)的AR外觀原理示意圖光波導(dǎo)總體分為幾何光波導(dǎo)(GeometricWaveguide)和衍射光波導(dǎo)(DiffractiveWaveguide)，幾何光波導(dǎo)就是陣列光波導(dǎo)，采用傳統(tǒng)光學(xué)冷加工技術(shù)，通過陣列反射鏡堆疊實(shí)現(xiàn)圖像的輸出和動(dòng)眼框的擴(kuò)大，代表公司是以色列Lumus。衍射光波導(dǎo)又可以分為利用光刻技術(shù)制造的表面浮雕光柵波導(dǎo)(SurfaceReliefGrating)和基于全息干涉技術(shù)制造的全息體光柵波導(dǎo)(VolumetricHolographicGrating)。受益于傳統(tǒng)光通信行業(yè)中設(shè)計(jì)和制造技術(shù)積累，目前表面浮雕光柵波導(dǎo)(SRG)占據(jù)了市場(chǎng)上衍射光波導(dǎo)[Table_電子2023年3月27日Page28Page28/47AR眼鏡產(chǎn)品的大多數(shù)，代表公司包括Snapchat(WaveOptics)等，微軟HoloLens2、MagicLeapOne、VuzixBlade等產(chǎn)品均采用了表面浮雕光柵波導(dǎo)技術(shù)。全息體光柵光波導(dǎo)則是使用全息體光柵元件代替浮雕光柵，代表公司包括蘋果(Akonia)、Digilens和索尼等，目前處在技術(shù)發(fā)展期，優(yōu)點(diǎn)是色彩表現(xiàn)較好，缺點(diǎn)是對(duì)FOV的限制比較大。：常見光波導(dǎo)及光柵結(jié)構(gòu)資料來源：ARVRJourney，五礦證券研究所62：幾何光波導(dǎo)/表面浮雕光柵波導(dǎo)/全息體光柵波導(dǎo)對(duì)比幾何光波導(dǎo)衍射光波導(dǎo)光波導(dǎo)類別幾何光波導(dǎo)表面浮雕光柵波導(dǎo)全息體光柵波導(dǎo)代表公司iventDigilensSonyAkoniaApple收購)材料組成半透半反鏡面陣列：具有薄膜涂層的玻璃或塑料表面浮雕光柵(SRG)：高折射率聚合物全息光柵(VHG)或全息光學(xué)元件 (HOE)：液晶，感光樹脂輸入反射鏡或棱鏡SRG：傾斜光柵(slantedgrating)或閃耀光柵(blazedgrating)VHG輸出擴(kuò)展已證實(shí)的最大視場(chǎng)角Lumus55°HoloLens252°MagicLeapOne50°Digilens35°典型眼動(dòng)范圍 制造工藝常規(guī)光學(xué)、鍍膜、堆疊、切割等藝半導(dǎo)體工廠中的精密加工和納米壓印全息激光干涉測(cè)量法優(yōu)點(diǎn)出色的圖像質(zhì)量，無色散2D瞳孔擴(kuò)展，大規(guī)模量產(chǎn)證實(shí)更有成本效益缺點(diǎn)1D瞳孔擴(kuò)展，制造工藝步驟復(fù)雜色散，更高的設(shè)計(jì)壁壘Page29Page29/47目前AR主流產(chǎn)品中，GoogleGlassEnterpriseEdition2采用了棱鏡，EpsonMOVERIO采用了自由曲面，NrealLight和高通ARSmartViewer采用了Birdbath，LumusMaximus采用了幾何光波導(dǎo)，微軟HoloLens2采用表面浮雕光柵波導(dǎo)，TCL雷鳥發(fā)布的先鋒版智能眼鏡采用全息光波導(dǎo)。根據(jù)中國移動(dòng)數(shù)據(jù)，2022年全球發(fā)布AR眼鏡使用光波導(dǎo)、Birdbath和自由曲面的比例分別為36%、32%、20%。同光學(xué)方案的AR眼鏡產(chǎn)品將不同AR光學(xué)方案進(jìn)行對(duì)比，光波導(dǎo)在鏡片厚度、視場(chǎng)角、透光度、產(chǎn)品尺寸等方面均具備較大優(yōu)勢(shì)，當(dāng)然技術(shù)壁壘也最高。展望AR眼鏡光學(xué)成像方案演進(jìn)趨勢(shì)，光波導(dǎo)技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，我們認(rèn)為隨著未來光波導(dǎo)技術(shù)更加成熟，工藝流程更加標(biāo)準(zhǔn)化、高效化，成本有望進(jìn)一步下降，將推動(dòng)滲透率進(jìn)一步提升。根據(jù)StrategyAnalytics數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)到2026年，全球消費(fèi)級(jí)AR設(shè)備出貨量占比中，低于500美元的占比為62%，500-1000美元的占比為35%，高于1000美元的占比為2%。6年不同價(jià)位段消費(fèi)級(jí)AR設(shè)備出貨量占比資料來源：StrategyAnalytics，五礦證券研究所[Table_電子2023年3月27日Page30Page30/47項(xiàng)目棱鏡自由曲面Birdbath幾何光波導(dǎo)衍射光波導(dǎo)產(chǎn)品形態(tài)???mm＞10mm＞8mm＜2nm＜2nm視場(chǎng)角~15°~30°30°-50°40°-55°40°-50°~50%＜50%＞90%＞80%光效10%-20%30%-50%10%-15%＞15%0.3%-1%產(chǎn)品尺寸較大較大小小小顯示屏幕LCoSLCoS/MicroOLEDMicroOLEDLCoS/MicroOLED/MicroLEDDLP/MicroLED主要缺點(diǎn)體積大厚度相對(duì)較大厚度大、亮度低二維擴(kuò)瞳技術(shù)和鍵合工藝門檻高彩虹色散、光效低GoogleGlassEPSON耐德佳理湃光晶、Lumus微軟HoloLens、WaveOptics除了光學(xué)成像技術(shù)，顯示技術(shù)也是AR設(shè)備提升的重點(diǎn)。目前AR設(shè)備主流顯示技術(shù)包括被動(dòng)式微顯示技術(shù)、主動(dòng)式微顯示技術(shù)以及掃描顯示技術(shù)。被動(dòng)式微顯示技術(shù)工作時(shí)需要LED作為光源，包括傳統(tǒng)的LCD、LCoS和DLP。硅基液晶 LCoSAR對(duì)比度低，影響續(xù)航和用戶體驗(yàn)，限制了進(jìn)一步發(fā)展。數(shù)字光學(xué)處理技術(shù)(DigitalLightProcessing，DLP)采用的核心元件是DMD顯示芯片，設(shè)備可以通過控制鏡片的偏轉(zhuǎn)達(dá)到顯示圖像的目的。被動(dòng)式微顯示技術(shù)已經(jīng)非常成熟，優(yōu)點(diǎn)是高亮度、高色域等，但相比其他微顯示技術(shù)光機(jī)體積較大，并且光展量有限。主動(dòng)式微顯示技術(shù)采用自發(fā)光，包括硅基OLED和MicroLED。硅基OLED(MicroOLED，OLEDoS)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，但是亮度較低，僅能達(dá)到1000-6000nit，最終進(jìn)入人眼的亮度可能只有200-300nit，因此在室外等明亮場(chǎng)景下，顯示效果會(huì)大打折扣，而MicroLED在亮度和使用壽命方面都更有優(yōu)勢(shì)。目前，硅基OLED因其對(duì)比度高、功耗低、工藝成熟得到廣泛運(yùn)用；MicroLED由于工藝技術(shù)難度高，LED外延成本較高、巨量轉(zhuǎn)移的速度和良率還有待提升，短期內(nèi)還難以替代硅基OLED，但是因其功耗低、亮度高、解析度高、飽和度高、響應(yīng)速度快、對(duì)比度高、可視角度寬、壽命長等特點(diǎn)，被認(rèn)為是最適合AR的屏幕。掃描顯示技術(shù)(LaserBeamScanning，LBS)使用RGB激光器作為光源，搭配MEMS進(jìn)行掃描成像。優(yōu)點(diǎn)是體積小、效率高、色域?qū)Ρ榷雀?，缺點(diǎn)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，同時(shí)激光的干涉效應(yīng)會(huì)引起散斑現(xiàn)象，因此在圖像質(zhì)量上也有待提升。[Table_電子2023年3月27日PagePage31/47圖表66：AR設(shè)備主流顯示技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比被動(dòng)式微顯示技術(shù)主動(dòng)式微顯示技術(shù)掃描顯示技術(shù)硅基OLED描述白光LED用于顯示微顯示器使用RGB部分的背光源LED作為光源微顯示器使用RGB激光作為光源直接硅基OLED使用RGB激光器作為光源的調(diào)制掃描技術(shù)優(yōu)點(diǎn)+低成本+系統(tǒng)簡(jiǎn)單+技術(shù)成熟+技術(shù)成熟+高亮度+高色域+較小的體積(和+高亮度+高色域+系統(tǒng)簡(jiǎn)單+解析度易擴(kuò)展+系統(tǒng)簡(jiǎn)單+高效率+高亮度+高色域高對(duì)比度+解析度易擴(kuò)展+體積小(使用RGB激光模組)+效率高+高色域高對(duì)比度+可擴(kuò)展缺點(diǎn)-低解析度-低亮度-低色域-體積大-有限的光展量-體積還是有點(diǎn)大-干涉導(dǎo)致圖像質(zhì)量差-低亮度-低可靠性大-系統(tǒng)復(fù)雜(光學(xué)&電子)-圖像質(zhì)量待提升(干涉效應(yīng))-人眼安全規(guī)范通過對(duì)比LCoS、DLP、硅基OLED和MicroLED性能，不難看出，MicroLED無論在響應(yīng)時(shí)間、亮度、器件結(jié)構(gòu)、功耗、壽命等多個(gè)維度均具備明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)相比于現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的硅基OLED，能夠搭配未來可能成為終極解決方案的光波導(dǎo)方案。我們認(rèn)為，隨著MicroLED工藝技術(shù)進(jìn)一步改良升級(jí)，成本進(jìn)一步下降，未來有望成為AR設(shè)備主流顯示方案，國際巨頭如蘋果(LuxVue)、臉書(InfiniLED)、谷歌(Glo、MojoVision)、英特爾(Aledia)等已經(jīng)投資或收購相關(guān)領(lǐng)域初創(chuàng)公司，為將來MicroLED的大規(guī)模商用提前布局。圖表67：AR設(shè)備主流顯示技術(shù)參數(shù)對(duì)比項(xiàng)目LCoSDLP