艾瑞咨询-2023年中国增强现实（AR）行业研究报告-2023.2-66页.pdf

中国增强现实（AR）行业研究报告2023.2 iResearch Inc.虚实相生，生生不息22023.2 iResearch Inc 写在前面近些年，AR频繁以媒体、产品、影视等形式出现在大众面前，饱受关注，然AR的概念已经出现了几十年，产业链各环节对于技术的积累和场景的探索也从未停歇。如果说元宇宙的火热为AR吸引了商业和资本的目光，人们对下一代计算平台和交互方式的不断探索将AR推向了风口浪尖，那么AR行业在技术、场景等方面数年的积累和从业者的坚韧会使他们在浪潮之下站稳脚跟、乘风破浪。在成熟消费电子的教育下，人们对于新兴科技的期待情绪愈发高涨，AR现今的初步落地似乎并未交上一份完美的答卷，然类比于智能手机十余年的发展，AR行业需要厚积而薄发，更需要政策、资本和其他生态产业的助推，在此背景之下，艾瑞咨询诚邀业内各位专家和企业进行多方交流，与七鑫易维、杭州灵伴科技、理湃光晶、珑璟光电、亮亮视野、亮风台等多位业内专家进行沟通与探讨，撰写了中国增强现实（AR）行业研究报告。报告内容包括增强现实的定义内涵、发展历程等，拆解核心技术的特征与发展痛点，最后剖析阻碍行业发展的难点与破局点，驱动力与未来增长逻辑。希望同行业多方分享并探讨我们对于增强现实产业的认知和理解，有更多的企业和从业者与我们共同研究与探讨AR、VR和XR行业的发展，以微薄之力助力行业走向更好的发展。报告撰写艾瑞咨询产业研究十三部32023.2 iResearch Inc 摘要行业潜力：增强现实（AR）技术可将虚拟信息数据叠加在现实世界之上，兼具交互性、沉浸感、实时性等特征，短期内AR可作为效率工具使用，填补产业空白；长期来看，具有成为下一代计算平台的潜力。驱动因素：政策方面，“十三五”规划中首次提及虚拟现实，“十四五”中列为数字经济重点产业，由最初的仅聚焦于技术研发到鼓励多产业进行融合创新。投融资方面，海内外头部企业把握元宇宙设备层交互入口-AR终端设备，并持续布局下游应用内容生态。技术体系：AR整机根据模块功能不同可拆解为计算、光学和传感三大功能单元“虚”软件技术：AR操作系统多基于安卓研发，支持硬件运行、内容展示和人机交互“实”硬件技术：主控芯片：AR功能复杂需专用芯片支撑，计算等功能云化方案较为远期光学显示：包含全新光学系统技术，配合微显示屏幕组成光学模组，是AR终端设备最为核心部分。Birdbath+Micro OLED方案和自由曲面方案已率先落地并实现规模量产，阵列光波导和衍射光波导技术绝对参数较高更具未来，但制作工艺难度较大仍需长时间迭代。“相”交互技术：交互方案与场景需求强关联，未来向多模态、精细化方向发展“生”应用生益：B端场景需求为功能导向型，产品AR增值属性强于C端优先落地；C端对产品性能容忍度较低，厂商多以观影、娱乐场景入局打开市场，市场逐渐崛起。SMS发展困局：（1）AR产业链较长，目前整体技术尚不成熟，单一环节的提升难以撬动全行业的攀升，产业内外的技术驱动力有限。（2）终端产品难有消费级AR应用内容支撑，没有真正带有AR功能、发挥AR虚实结合、交互能力价值的应用，行业尚未进入正循环。发展趋势：（1）双线增长逻辑下，国内厂商多将采取小步快跑加速迭代方式逐渐完成专用设备到通用设备的过渡；（2）AR作为元宇宙的交互入口之一，与元宇宙技术发展底层逻辑相同，二者相生相成。来源：艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。4根基：中国 AR 行业发展概述1掘金：中国 AR 行业核心技术分析2扬帆：中国 AR 行业典型企业分析3起航：中国 AR 行业发展趋势452023.2 iResearch Inc XRAR&MR&VRAR/MR/VR/XR概念界定功能效用略有重叠，然随技术愈发成熟将逐渐明晰定位界限增强现实（Augmented Reality，简称AR）是一种基于计算机实时计算和多传感器融合的技术，可将虚拟信息数据（包括文字、图像、视频和3D模型）叠加在现实世界之上。目前对于AR和MR的概念存在一定混淆，从理论上来看，如显示画面仅为虚拟信息与事物的简单叠加则为AR，若可实现虚拟与现实世界的交互与信息获取则为MR。而从实际终端产品来看二者较为重叠，部分AR终端设备企业在产品中融入MR功能，但尚未达到理想状态MR的高度，即真实反馈、实时精准交互。注释：产品定位参照企业自身官方定位。来源：公开资源，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。AR/MR/VR/XR概念界定在真实机械上叠加虚拟设备信息调整虚拟音箱的摆放位置感受声音在跨越真实物体后的交互反馈效果感受完全虚拟的数字世界AR叠加虚拟于现实MR虚拟与现实交互VR脱离现实的完全虚拟 AR定义：即Augmented Reality增强现实，将虚拟数字信息叠加(Overlay)到物理世界的技术。AR特征：强调实用性，定位效率工具，可同时显示物理和虚拟世界信息。目前部分企业开始融入交互功能，与MR有一定重叠。AR产品：Google Glass，Magic Leap one等 MR定义：即Mixed Reality混合现实，可实现虚拟数字信息物理世界交互(Interact)的技术。MR特征：强调交互性，用户可操控虚拟事物，且虚拟事物可根据物理世界变化做出相应的真实反馈。MR产品：Microsoft Hololens 2等 VR定义：即Virtual Reality虚拟现实，创建完全虚拟的数字世界，屏蔽物理现实世界。VR特征：强调沉浸感，配合VR外接设备，利用视觉和听觉系统骗过大脑，使用户具有身临其境的沉浸感。VR产品：Oculus Quest，Pico Neo 3等低沉浸感高沉浸感62023.2 iResearch Inc AR行业发展历程行业进入复苏成长期，AR终端设备迭代有转向C端市场趋势AR行业在2012年左右开始真正发展，零星场景进行尝新式应用，然而AR终端设备因清晰度较低、设备较重、软件应用不足等问题发展搁置。AR行业在历经前期繁荣和泡沫后重新进入启蒙期，部分应用脱离终端桎梏率先落地C端，头部及初创企业纷纷入场补充产业空白领域，软件平台、硬件终端等技术齐头并进支撑AR终端设备研发。近几年软硬件技术的不断迭代，加之疫情的影响与对下一代交互模式/计算平台的探讨，引发元宇宙概念的火热，头部企业频繁向市场发声切入AR赛道，新产品定位剑指C端消费市场。市场多方再次将目光聚焦于AR行业，寻求切入机会，行业迎来快速成长期。注释：FB即Facebook，2021年更名为Meta。来源：公开资料，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。1997年2009年2016年概念萌芽期热潮&泡沫期2019年重新启蒙期复苏成长期20XX年1999AR开源框架ARToolKit2000几何光波导技术出现2005衍射光波导技术出现2010微软Kinect体感设备正式发售2012谷歌首款AR眼镜Google Glass2012微软首款MR眼镜Hololens 12013德国联邦教育和研究部投资2100万欧元工业AR项目ARVIKA2016AR手游Pokmon GO2017宜家AR应用程序IKEA Place2017苹果推出AR开发平台ARKit2017谷歌推出AR开发平台ARCore2017FB*推出Camera of effects平台2018AR眼镜Magic Leap One发布2019微软推出HoloLens 22019OPPO、vivo推出首代AR眼镜产品2020苹果发布ARKit4.02020谷歌推出视觉搜索功能及AR Autos2020华为上线3D开发工具Reality Studio2020WaveOptics推出全新光波导方案Katana2020OPPO发布OPPO AR Glass 20212021JBD发布Micro LED彩色光引擎2021微软推出Mesh服务打造多用户XR协作应用2021TikTok构建AR开发平台Effect Studio2021OPPO发布OPPO Air Glass2021小米发布智能眼镜探索版2022TCL发布NXTWEAR AIR和LEINIAO AR2022Magic Leap 2发布AR行业发展历程72023.2 iResearch Inc AR存在的意义从计算平台的演化看，平均每12-13年将产生新的计算平台，移动互联网时代已延续15余年，如今人们已不再满足于现有的计算输入输出方式与交互模式，在数字化的范围、程度和交互方式等方面寻求革新。AR究其特性及未来远期发展空间，可实现全环境内事物信息的实时采集反馈，且交互方式将更加直接自然，有望成为下一代计算平台。然其先决条件尚未满足，仍需网络、云计算、人工智能等多方技术的高度配合，AR终端设备技术及软件应用尚未实现规模化量产。短期内AR可作为效率工具使用，填补产业空白。来源：公开资料，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。未来有望成为下一代计算平台，完成全环境内事物的数字化计算平台与内容输入/输出方式的发展演化单板电脑时代 以IBM单板电脑为代表，搭载DOS操作系统，将文档处理数字化PC(GUI)/Client-Server时代 以微软、苹果的PC为代表，将企业内部的信息流通和信息管理数字化PC互联网时代 通过浏览器+全球光纤通信，将文字和图像的信息传播、人的兴趣、意图和社交关系均数字化移动+云互联网时代 以智能手机、平板电脑等轻量化设备为代表，将人的日常生活数字化；云端计算、云端存储等服务模式的规模应用空间互联网时代 以AR/VR/MR设备为代表，实现人+物+环境的数字化；输入方式发生重大转折19701984199520072020机械输入鼠标键盘摄像头传感器陀螺仪 语音交互手指手势追踪 头部追踪 眼动追踪 表情识别躯干定位追踪成熟度逐层递减主动输入被动输入数字化范围的扩充2D效果输出3D/4D+82023.2 iResearch Inc 中国AR行业宏观政策分析十三五首次提及虚拟现实，政策鼓励产业融合技术探索新模式政策对于VR/AR的引导方向和精准度的变化，侧面印证了行业的发展进程，由最初的仅聚焦于技术研发到鼓励多产业进行融合创新。“十三五”首次提及虚拟现实，AR和VR被视为具有重大战略价值和应用前景的创新先进技术。其中“十三五”国家科技创新规划提出要大力发展自然人机交互技术，在虚拟现实与增强现实技术方面，明确提出要突破虚实融合渲染、真三维呈现、实时定位注册、适人性虚拟现实技术等一批关键技术，并形成相关规范标准。就细分领域而言，除领先起跑的游戏娱乐场景外，政策期待AR/VR技术能够激发教育、文旅、医疗、工业等领域的新生产力并解决现有难题。来源：中国政府网，公开资料，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。2016-2020年中国VR/AR行业相关政策（“十三五”规划期内）提出要落实虚拟现实/增强现实等先进技术的技术研发和前沿布局国务院“十三五”国家科技创新规划国务院“十三五”国家信息化规划国务院“十三五”国家战略性新兴产业发展规划工信部智能硬件产业创新发展专项行动（2016-2018年）鼓励游戏游艺设备生产企业积极引入虚拟现实/增强现实等先进技术文化部关于推动文化娱乐行业转型升级的意见2016以技术创新为突破，带动虚拟现实等领域核心技术的研发和产业化工信部信息通信行业发展规划（2016-2020年）推进虚拟现实技术在细分领域的创新研究，促进产业结合探索新模式国务院关于促进移动互联网健康有序发展的意见国务院国家教育事业发展“十三五”规划文化部推动数字文化产业创新发展意见科技部“十三五”医疗器械科技创新专项规划科技部等“十三五”中医药科技创新专项规划科技部等“十三五”健康产业科技创新专项规划工信部应急产业培育与发展行动计划（2017-2019年）明确虚拟现实产业建设目标，提出6大方面重点任务工信部关于加快推进虚拟现实产业发展的指导意见加强自然交互与虚拟现实等技术研究国务院国家创新驱动发展战略纲要推动虚拟现实/增强现实技术在细分领域的广泛应用，新领域出现科技部等关于促进文化和科技深度融合的指导意见教育部等关于教育支持社会服务产业发展提高紧缺人才培养培训质量的意见民政部关于进一步扩大养老服务供给促进养老服务消费的实施意见建设虚拟现实/增强现实标准体系网信办等国家新一代人工智能标准体系建设指南推动虚拟现实/增强现实技术在细分领域的广泛应用，再次出现新领域工信部关于推动工业互联网加快发展的通知发改委等关于组织实施2020年新型基础设施建设工程（竞带网络和5G领域）的通知农业农村部数字农业农村发展规划（2019-2025年）商务部等关于进一步做好供应链创新与应用试点工作的通知其他领域：应急管理、对外贸易、建材工业、直播营销等201720182019202092023.2 iResearch Inc 中国AR行业宏观政策分析十四五中被列为数字经济重点产业，为双千兆网络强应用场景政策重点强调以5G、千兆光网为代表的“双千兆”网络是制造强国和网络强国建设不可或缺的“两翼”和“双轮”，而AR行业自2019年开始进入复苏成长期，受近几年受疫情、消费升级等多方因素驱动，逐渐加快应用落地速度，一方面推进产业的创新发展，另一方面成为5G网络的强应用场景。工信部等五部门联合印发虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026），明确提出到2026年，三维化、虚拟融合沉浸影音关键技术重点突破，终端产品和产业生态不断完善，并推广至行业规模应用。来源：中国政府网，公开资料，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。2021-2023年中国VR/AR行业相关政策（“十四五”规划期内）工信部“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）推进5G、千兆光网为代表的“双千兆”网络加大5G网络和千兆光网建设力度，提升用户体验，丰富应用场景推进增强现实/虚拟现实技术进一步融入生产生活促进典型行业千兆应用模式形成示范工信部等5G应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)推进基于5G的可穿戴设备，加快新型消费终端成熟推动虚拟现实/增强现实等沉浸式设备工程化攻关，重点突破近眼显示、渲染处理、感知交互、内容制作等关键核心技术，着力降低产品功耗，提升产品供给水平。面向工业制造、交通、医疗等重点领域，强化5G应用共性技术平台支撑重点支持建设与5G结合的增强现实/虚拟现实（AR/VR）等共性技术平台，提供跨行业的5G应用基础能力。将虚拟现实和增强现实列入“建设数字中国”数字经济重点产业明确指出需推动三维图形生成、动态环境建模、实时动作捕捉、快速渲染等技术创新，发展虚拟现实整机、感知交互、内容采集制作等设备和开发工具软件、行业解决方案。建设5G与千兆光网作为支撑新基建的重要底座十四五规划下作为数字经济重点产业推进各产业融合发展“十四五”规划和2035年远景目标纲要十四五规划下推进各细分领域的产业融合发展国务院“十四五”数字经济发展规划国务院“十四五”旅游业发展规划教育部等“十四五”特殊教育发展提升行动计划网信办“十四五”国家信息化规划2026年虚拟现实在经济社会重要行业领域实现规模化应用工业生产、文化旅游、融合媒体、教育培训、体育健康、商贸创意、演艺娱乐、安全应急、残障辅助和智慧城市虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026）102023.2 iResearch Inc 关键元器件感知交互整机生产下游应用虚拟数字人光学器件显示器件消费级应用企业级应用2015年之前2016201720182019202020212022头部企业投资/并购布局情况（1/2）把握元宇宙设备层交互入口，持续布局下游应用内容生态国内外头部企业在虚拟现实产业布局主要集中在（1）虚拟现实技术和产品研发，包括关键元器件、感知交互技术和整机生产方面和（2）下游应用内容（3）元宇宙元年刺激下，也掀起了投资虚拟数字人相关技术的热潮。从投资领域来看，国外头部企业在确保占坑硬件技术、把握元宇宙设备交互入口的基础上，积极布局以VR游戏为主的下游应用；从各家路线和落地产品上来看，Goolge在Google Glass“销声匿迹”后放缓步调；微软在拥有较为成熟的Hololens的基础上更侧重于应用布局；苹果更为关注虚拟现实相关技术，为即将推出的MR设备做积累；Meta以Oculus为原点，致力于打造社交元宇宙。注释：不同颜色圆点出现次序代表先后对应当年投资/并购发生的时间先后（以月为单位）。来源：公开资料，IT桔子，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。2012-2022年头部企业虚拟现实产业投资并购布局情况（国外）图例微软苹果Meta（Facebook）Google未发生投资/并购中频次投资/并购高频次投资/并购企业投资/并购情况投资/并购事件发生频次112023.2 iResearch Inc 头部企业投资/并购布局情况（2/2）以下游应用作为首要切入口，热潮下加速硬件相关内容布局国内头部企业以手机厂商、互联网企业为主，从投资领域来看，以技术壁垒相对较低、变现模式较为明晰且周期较短的下游应用作为首要切入口；结合时间周期来看，元宇宙概念的刺激下，2021年出现较为明显的峰值，以小米、OPPO、华为为代表的企业开始跟进硬件设备的布局，与国外企业路径相似，各企业均将资源倾注在下游应用。整体来看，国外头部企业更注重长远且持续的战略布局，国内企业由于企业基因和主营业务限制，在技术处于百家争鸣态势的行业初期，投资较为谨慎，在布局上更注重短期变现和与原有业务的结合，希望在跟进元宇宙热潮的同时，激发主营业务活力。关键元器件感知交互整机生产下游应用虚拟数字人光学器件显示器件消费级应用企业级应用2015年之前20162017201820192020202120222012-2022年头部企业虚拟现实产业投资并购布局情况（国内）注释：不同颜色圆点出现次序代表先后对应当年投资/并购发生的时间先后（以月为单位）。来源：公开资料，IT桔子，艾瑞咨询研究院自主研究并绘制。图例腾讯小米阿里巴巴字节跳动未发生投资/并购中频次投资/并购高频次投资/并购企业投资/并购情况投资/并购事件发生频次122023.2 iResearch Inc 中国AR终端设备出货量预测乐观预测下，2030年AR终端设备出货量可超10亿台AR终端设备的出货量增长可参考智能终端，乐观预测：预计2025年前，包括苹果在内的互联网企业、手机厂商等头部企业将陆续推出切入XR领域的新品刺激行业正向推动；2030年左右，AR产业或将突破现有技术瓶颈，推动供应链走向成熟，终端设备单价进一步降低，刺激C端消费者购买，最终完成消费者市场的规模上量，乐观预测下出货量可达10.76亿台。中性预测：基本模拟智能手机增速，AR终端设备作为智能手机的配件补充，此后快速发展。悲观预测：AR终端设备的交互方式和技术突破难度较大，中长期内难以实现突破性进展，仍需长时间的酝酿和沉淀。来源：公开资源，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。2020202120222023e 2024e 2025e 2026e 2027e 2028e 2029e 2030e 2031e 2032e 2033e 2034e 2035e 2036e乐观预测中性预测悲观预测2020-2036年中国AR终端设备出货量预测（百万台）10005001500（百万台）（百万台）13根基：中国 AR 行业发展概述1掘金：中国 AR 行业核心技术分析2扬帆：中国 AR 行业典型企业分析3起航：中国 AR 行业发展趋势414AR整机152023.2 iResearch Inc AR整机设备概述全新光学显示及计算处理单元为AR整机最具价值量的模块AR整机设备和智能手机的功能模块类似，主要可分为光学显示、传感器、摄像头、计算处理中心、音频和网络连接等主要模块，根据模块功能不同可拆解为计算、光学和传感三大功能单元。相较于智能手机，AR涉及了全新的光学方案，为AR整机中最核心部分（BOM占比接近一半），一定程度上决定了AR整机能否规模量产并推广至消费级市场的可能性。同时，AR虚实融合的特性更加注重环境感知和交互方式，要求能够快速（2的效果。相对应的，某些光学方案在微型显示屏的选择方面有一定局限性。目前终端设备搭载较多的是LCoS、DLP和Micro OLED三种屏幕，其中前两种方案均已实现规模化量产。Micro LED方案尚未实现量产，主要难点在于巨量转移技术和高制造成本，然而因其在低功耗、高亮度、高对比度等方面拥有绝对参数优势，Micro LED为业内公认的下一代AR显示技术趋势。微显示屏技术的分类及主流搭配方案自发光有源器件Micro LEDMicro OLED需外部光源器件LCoSLCD数字微镜阵列 DMD激光扫描显示器 LBS/LSD光波导*Birdbath自由曲面微显示屏选择局限性由大到小局限性较大局限性较小应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：微显示屏幕262023.2 iResearch Inc AR微显示屏幕技术对比（1/2）多显示方案共存，以适配不同光损程度、结构原理的光学方案注释：MEMS即微机电系统，DMD即数字微镜阵列/数字微反射镜。来源：公开资源，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。Micro OLED无机发光层防眩及保护膜DMD芯片双DMD结构RGB LEDMicro LED阴极硅基板阳极CMOS电路封装彩色滤光片白光OLED玻璃基板LCoSDLP技术特点技术成熟度液晶涂层CMOS基底反射涂层反光层玻璃基板电极 有机自发光 器件结构复杂 结合CMOS和OLED技术 高对比度、响应速度快，亮度有限 无机自发光 器件结构简单 涉及LED微缩化和矩阵化技术 各参数表现优异，但技术难度较大 小规模试产，成本极高 涉及巨量微转移技术和多纳米级元件，全新生产工艺和技术复杂 制成要求高 小规模量产，未达到高良率 成本高，寿命较短 需即需高度融合无机半导体材料和有机半导体材料 制备工艺技术要求高 反射式微液晶显示，需外部光源 器件结构复杂 结合LCD与CMOS集成电路技术 高性价比方案，光效高40%实现规模量产，高性价比 制造技术较为成熟，成本较为低廉 开发难点在于发热及高功耗问题 数字微镜阵列，需外部光源 器件结构复杂 基于MEMS技术，核心器件为DMD*显示效果较好，但体积较大 实现规模量产，成本中等 制造技术成熟 开发难点在于难以进一步提高像素密度PPI，且体积下降空间较小用户在使用HMD时的需求反映在显示面板层面时，主要体现在对亮度、显示效果、续航寿命和整机重量的敏感性。因不同光学方案的光损程度不同，在择选面板时主要考量的指标为亮度，高光损方案需高亮度面板支持。面板需要提供足够的亮度才能使HMD在叠加环境光后清晰显示画面，具体而言，在室外环境下（无墨镜片遮挡的非正午环境）需至少保证2000nit的入眼亮度，室外正午需近万尼特亮度支持。主流AR显示面板结构及特征应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：微显示屏幕272023.2 iResearch Inc AR微显示屏幕技术对比（2/2）Micro LED为未来趋势，中短期致力于“阶段性完美解决方案”注释：面板参数指标比较取行业均值，不同厂商在个别参数指标略有差异。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。LCoS主要优势在于高性价比，制备工艺成熟且廉价，同时保证各指标参数处于中等偏上水平，主要劣势在于对比度较低、功耗较高且无法在低温环境工作。DLP可以提供一个较为均衡的方案，高清晰、高对比度、高亮度，主要局限性体现在模组体积较大且难以缩小，不利于整机向轻量化发展。Micro OLED整体优势比较明显，高对比度、高PPI、低功耗且高低温均可正常工作（-4670)，较为短板的方面在于亮度较低，市面上主流产品亮度均10mm，图像透过棱镜呈现后出现一定程度扭曲和水波纹样畸变）自由曲面棱镜方案*原理图原理：图像由投影仪投射至带有光束分离功能的曲面镜，垂直于曲面镜的光则通过分束器反射到曲面镜上。分束器由同时具有反射和透射功能的材质制成，佩戴者可以透过镜片看到外部环境优势：重量较轻，主材料为塑料薄膜成本较低，搭配高亮OLEDoS成像质量好等痛点：模组较厚，透光率25%较低（隔绝大部分环境光），存在漏光现象等，光损75%较严重（为弥补常采用遮光镜片，非透明）Birdbath方案*原理图环境光人眼屏幕光光损显示屏偏振分束器半透半反曲面镜Birdbath方案为短期内均衡成本和显示效果的快速落地方案123棱镜环境光人眼屏幕光显示屏相位补偿器半透半反曲面镜棱镜123应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-曲面292023.2 iResearch Inc AR光学系统技术：光波导的特征光波导绝对参数较高，但制作工艺难度较大仍需长时间迭代光波导方案的基本构成是微投影光机、投影光学器件和光波导光学器件，基本原理为耦入区域的光学元件将微投影光机发出的光束耦入进波导片以全反射的方式进行传播。波导的传输方式为近眼显示系统的结构设计提供了更多的选择性，不局限于眼前，可以移至头部侧面或顶部，降低近眼显示系统对于现实世界的遮挡，有利于整机重新分配重心。其次，光波导的结构设计易于增大动眼眶范围，改善机械容差，从而使不同眼距的人群可以适应佩戴。光波导最大的优势在于可实现80%以上的透光率，在展示真实世界的同时，通过多层波导片的堆叠，可提供更加真实的三维图像（波导片内每层均可提供一个虚像距离）。但光在波导片内多次耦入耦出的过程中存在光损，光效相对降低，且图像显示效果一般。整体来看，光波导方案绝对参数高，但制作工艺难度较大，耦入耦出能量损失大，成像质量有待提升，仍需较长时间的一段迭代。注释：参数数据为行业概况，不同企业因技术水平参差存在一定差异。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。光波导方案主要特征及成像原理图耦入区域耦出区域波导基底增大Eyebox范围，改善机械容差；成像系统可旁置，不遮挡视线；高透光率，可接受更多的环境光；镜片较为轻薄（1-2mm），外观贴近于传统眼镜样式；更易呈现真实的三维图像优势痛点光效较低；制作工艺难度较大，成本较高；图像显示效果有待提升光波导成像原理图应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-波导302023.2 iResearch Inc 锯齿光波导反射镜锯齿状反射面阵列光波导反射镜半透半反镜面阵列表面浮雕光栅光波导表面浮雕光栅表面浮雕光栅体全息光栅光波导体全息光栅体全息光栅AR光学系统技术：光波导的分类阵列光波导和基于表面浮雕光栅的衍射光波导为主流方案根据耦入耦出区域光学元件配置的不同，可以进一步将光波导方案进行划分耦入区域常用反射镜、棱镜、表面浮雕光栅和体全息光栅等作为光学元件，耦出区域常用阵列半透射半反射镜、表面浮雕光栅和体全息光栅等作为光学元件。其中，主要基于斯涅尔折反射定律的称之为几何光波导方案，基于光栅衍射效应的称为衍射光栅光波导方案。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。光波导的分类及光学元件配置耦入区域光学元件耦出区域光学元件主流方案主流方案几何光波导衍射光波导光波导方案子类光波导几何光波导衍射光波导锯齿光波导阵列光波导表面浮雕光栅光波导体全息光栅光波导一维扩瞳二维扩瞳一维光栅二维光栅反射式透射式应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-波导312023.2 iResearch Inc AR光学系统技术：阵列光波导概述出射光均匀成像效果极佳，但制备工艺繁琐良率提高难度较大国内初创企业布局阵列光波导较多，阵列光波导需要扩瞳技术，目前已解决一维扩瞳设计技术和量产的难题实现小规模出货，转向攻克二维扩瞳技术的落地。应用二维扩瞳技术的阵列光波导方案能够有效增加出瞳距离和动眼眶范围，在减轻光机体积的同时增大FoV至50度以上，为阵列光波导方案推广至消费级AR应用提供了可能性。目前二维扩展设计的难点在于阵列反射镜序列加工工艺需采用冷加工工艺，对光学加工的精度和一致性要求较高。整体而言，阵列光波导在延续光波导优良性能的基础上，拥有杂散光少、能量分布均匀、FoV较大等优势，但制备工艺繁琐且环环紧扣，良率的提高相对困难。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。阵列光波导方案成像原理及技术要点成像原理半透半反镜片耦合光在多次全反射后进入半透半反镜面阵列，每次镜面反射均会反射波导到达人眼，出射光较为均匀，且光束分批多次出射可实现扩瞳技术、增大动眼眶范围技术要点发展概况设计原理简单：基于传统几何光学原理，大部分工艺为较成熟的冷加工工艺显示性能极佳：未涉及微纳米级结构，成像质量、色彩及对比度能达到较高水平，不会出现色散问题制作工艺繁琐：波导结构较为复杂，镜面镀膜层数多，镜面阵列贴合和切割工艺对一致性要求高，整体良率难以把控单片价格较高：切、磨、抛工艺较为传统，自动化能力较弱，生产效率受影响；加之工艺难度大、良率低，整体量产性较弱，单片镜片造价较高企业布局情况：珑璟光电、理湃光晶、灵犀微光等国内光学模组厂商模组量产情况：大部分企业可实现一维扩瞳技术下的规模量产，并推出二维扩瞳产品并进行小范围内的试产技术痛点技术优势核心技术概况技术落地现状分子键合技术：解决贴合问题的主要切入口，为阵列光波导企业的核心技术壁垒，以珑璟光电、理湃光晶为代表的企业已率先攻克该技术二维扩瞳技术：企业核心技术考察点之一，在一维扩瞳（x轴方向）的基础上扩大y轴方向，最终可扩大动眼眶范围应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-波导322023.2 iResearch Inc AR光学系统技术：阵列光波导工艺产能、良率和成本控制较难优化，分子键合技术成破局关键点阵列光波导制备过程主要包括“切割-抛光-镀膜-胶合”，工艺流程繁琐且对各环节工艺精度要求较高，给产能、良率和成本均带来一定挑战。良率方面，制备难点主要在于镀膜和胶合工艺，镀膜工艺需叠加5-6片波导片，对于波导片的平行度精度要求较高，任意一片的误差都会导致报废，故该步骤为良率损失主要来源。生产效率和成本方面，主要依赖人工、对企业来说有一定负担，由于镀膜后的胶合工艺需将5-7片不同反射比的透镜进行胶合，要保证胶合过程中多层波导片平行排列且间隔厚度均匀，故目前该步骤主要依赖于人工操作，对产能限制较大且对厂商生产能力要求较高，进一步拉高生产成本。目前各厂商正积极布局分子键合技术，以替代传统胶合方案，提高产品良率，但由于叠加玻璃数量较多，仍对厂商制造能力和技术精度有较高要求。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。切割玻璃基材研磨抛光镀膜胶合阵列光波导制备过程及技术要点切割波导片为保证光束在镜面阵列中耦入耦出过程中的均匀性，需在镜面上镀不同层数的膜以控制多个膜层的反射率和透射率（不同镜面的反射透射比R/T不同）镀膜工艺难点粘合多镜面堆叠的胶水对折射透射光的影响难以把控，为保证图像的高清晰度，工艺对波导片粘合后的平行度要求极高，胶合难度大需人工完成难以自动化，多膜层难度叠加使得总良率难以保证胶合工艺难点胶合后需按照特定角度切割成不同形状，切割过程受多要素影响（镜面与镜面间的平行度、切割角度等），任一工艺出现纰漏均会导致呈现出现瑕疵，例如亮度不均、鬼影等切割工艺难点分子键合技术技术原理分子键合技术利用使用范德华力（范德华引力来自于分子间暂时偶极产生的相互吸引），摒弃传统物理粘合剂。具体而言，玻璃基片在抛光后表面十分平整，相邻两片间在叠合过程中的空气可以几乎排净，即可以利用分子间强大的范德华力使玻璃片紧紧结合技术特征优势：相较于传统的胶合方式，分子键合技术更易控制片与片之间的平行度，且光的传播不会受胶水介质折射率影响难点：由于需叠加的玻璃片数量较多、精度要求较高，在实际工艺流程中仍有较大难度应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-波导332023.2 iResearch Inc AR光学系统技术：衍射光波导概述量产性和良率更优，但模版设计难度大且色散问题有待攻克衍射光波导技术光栅设计自由度大，制备工艺较为简单，良率和可量产性较易提升。其中，目前基于表面浮雕光栅技术的成像方案（SRG）较为成熟，已实现小规模量产并投入实际应用当中。其量产难点在于母版设计的难度较大，涉及半导体微纳米级别加工工艺，需在硅基底上通过电子束曝光和离子刻蚀制成母版。部分企业尝试布局体全息光栅光波导（VHG）在单色显示方面较为有优势，但光学原理、工艺、成本等问题尚未解决，处于较为早期阶段。整体而言，主流方案为基于表面浮雕光栅的衍射光波导方案，其优势在于量产性和良率更优，行业挑战主要集中在如何在减少体积，增大FoV的同时仅用单波导片解决色散问题。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。衍射光波导方案成像原理及技术要点成像原理衍射光波导主要利用具有周期结构的衍射光学器件实现光线在波导中的耦入和耦出，通过光栅结构参数的优化可提高成像效果和FoV，二维扩瞳后可增大动眼眶范围技术要点发展概况制备工艺简单：在玻璃基底上镀膜后可直接加工，避免玻璃切片和胶合工艺，量产性及良率较易提升可量产性较高：以半导体工艺为主，良率易提升显示效果较差：物理原理限制，衍射元件本身对于角度和波长的选择性导致“彩虹效应”（色散导致RGB光分布比例不均）光学效率较低：平均光效水平在0.3%-1%，需要高亮度的显示屏配合使用隐私泄漏问题：镜片会呈现使用画面，泄漏使用者的隐私企业布局情况：SRG珑璟光电、鲲游光电、至格科技、光舟半导体等；VHG三级光电、灵犀微光等模组量产情况：一维扩瞳技术下的SRG可实现小规模试产，二维扩瞳SRG和VHG仍在实验室阶段技术痛点技术优势核心技术概况技术落地现状纳米压印技术：降低衍射光波导成本的关键性技术，目前设备和工艺主要依赖于国外进口多层波导技术：改善色散问题的路径之一，将红绿蓝三色分别耦合到三层波导中，每层衍射光栅仅针对单一颜色优化表面浮雕光栅（一维，倾斜）应用场景交互技术硬件技术软件技术整机概述光学显示：光学系统-波导342023.2 iResearch Inc AR光学系统技术：衍射光波导工艺微纳米结构设计难度大，目前整体工艺制造成本较为高昂衍射光波导有两大工艺路径，（1）表面浮雕光栅光波导是在硅基底上通过电子束曝光和离子刻蚀制成光栅的压印模具，再通过纳米压印技术在玻璃晶圆上压印出成千上万个光栅晶片。其主要难点在于模板设计与制造和成本控制，一方面纳米级微结构对于设计和制造要求很高；另一方面其生产所需设备和工艺技术要求高，目前主要模板原材料和设备均依赖于进口，且压印模板的使用成本高、折旧较快，目前整体成品造价高。（2）体全息光栅光波导通过两个激光束产生干涉条纹对玻璃基底的感光薄膜进行曝光，产生明暗相间的衍射光栅；VHG主要依赖光刻技术、量产性不如SRG。来源：公开资源，学术论文，专家访谈，艾瑞咨询研究院自主研究及绘制。表面浮雕光栅光波导制备过程及技术要点模板制造模版翻印晶圆切割叠合涂黑检测纳米级微结构设计，衍射周期在几百纳米内，最小可达几十纳米，维度小、精度高，对工艺端设计和制造能力要求高01 微结构设计难度大，晶圆投入产出比大导致成本较高纳米压印流程纳米压印紫外线固化树脂纳米压印紫外线固化树脂覆盖功能性涂层激光切割02 模板折旧快、使用成本高，纳米压印技术门槛较高模板主要原材料为硅或石英，主要依赖海外进口，其中软板仅支持85%厚度1500nit预计23年Q3实现规模量产512023.2 iResearch Inc 阵列光波导体全息光学模组衍射光波导产品矩阵 自建生产平台：高标准无尘车间，精密自动化设备500+台 完整工艺流程：覆盖匀胶、压印、固化、切割、组装等流程，生产历经30+道自研工序 高质稳定量产：100+台实验检测设备，四位一体管理体系，监控生产制作过程，实现质量可控、时间周期可控，保证高品质稳定出货能力矩阵珑璟光电成立于2014年，是一家专注于光波导“技术研发+产业化”双引擎驱动的技术密集型制造企业，为AR眼镜/头盔、汽车AR-HUD提供核心器件，主要产品是阵列光波导和衍射光波导光学模组，同时布局体全息光波导和光学引擎，并积累自主光波导知识产权壁垒。为解决阵列光波导的胶合工艺难题和阵列光波导的纳米压印技术难点，珑璟光电将半导体工艺