虛擬顯示XR行業研究報告：虛擬顯示第二春，電子創新新戰場1.

虛擬顯示產業風起云涌，多家巨頭將發布新產品，蘋果

MR預計

2022

年下半年入場根據工信部的定義，虛擬（增強）現實（VirtualReality,VR/AugmentedReality,

AR）指

借助近眼顯示、感知交互、渲染處理、網絡傳輸和內容制作等新一代信息通信技術，構建

身臨其境與虛實融合沉浸體驗所涉及的產品和服務。為防止混淆概念，本報告中的虛擬顯

示指

XR（包括虛擬現實

VR、增強現實

AR、混合現實

MR)。作為新一代信息技術融合創新的典型領域，虛擬顯示在大眾消費和垂直行業中應用前景廣

闊，關鍵技術日漸成熟，比之

2018-2020

年相對平緩的終端出貨量，隨著

FacebookQuest2、微軟

Hololens2

等標桿

VR/AR終端迭代發售以及電信運營商虛擬顯示終端的發

展推廣，2021

年有望成為虛擬顯示終端規模上量、顯著增長的關鍵年份，產業發展正逢其時。從廣義來看，虛擬現實（VirtualReality，VR）包含增強現實（AugmentedReality，AR）。

虛擬現實（VR）通過隔絕式音視頻內容帶來沉浸感體驗;

增強現實（AR）強調虛擬信息與

現實環境的“無縫”融合。混合現實（MixedReality，MR）位于虛擬現實與增強現實之間，是將真實的物理世界與

數字世界相融合的結果。混合現實是物理世界和數字世界的混合，開啟了人、計算機與環

境交互之間的聯系。蘋果

2022

年將推出一款混合現實

MR產品

N301，2025

年中期將發表

AR眼鏡

N402，

2030

年至

2040

年將發布

AR隱形眼鏡產品。N301

具備

VR、AR的混合功能；N421

外

形更接近墨鏡，蘋果認為大約可在

10

年內取代

iPhone。1.1.

蘋果長期收購虛擬顯示相關一級項目以及大量研發相關專利蘋果長期收購虛擬顯示相關一級項目以及大量研發相關專利，使用戶可以得到更加成熟的

產品體驗。蘋果習慣于把現有的，成熟的技術用在產品生態上。蘋果虛擬顯示一級項目相關布局：細分技術領域來看，蘋果在近眼顯示、感知交互、硬件技術等皆有積極布局儲備收購

AkoniaHolographics研發光學技術：光學作為虛擬顯示中的重要核心技術，是蘋果一直以來專注研發的領域，蘋果于

2018

年

8

月收購

AR眼鏡專用鏡片的初創公司

AkoniaHolographics，來自貝爾實驗室，研

發體全息光波導元件。Akonia的

HoloMirror技術為最終實現輕量級，寬視場和低成

本消費者

AR頭顯帶來了新的可能性。Akonia的

HoloMirror采用了與薄全息（thinholography）或表面起伏光柵（surfacereliefgratings）完全不同的方法，開創了商用體全息（volumeholography）反射式波導光

學元件（體全息+波導），并在性能上高于其他全息元件。僅利用單層介質，Akonia的

體全息+波導不僅可以產生當今最薄的全彩

AR頭顯，同時能夠顯著降低整體系統的復

雜性，提供了性能、透明度和低成本的獨特組合，而這可能將徹底改變

AR眼鏡行業。根據

Akonia的官方信息，他們的旗艦產品

HoloMirror能夠通過單層介質再現全彩色

的寬視場圖像。與波導技術相比，HoloMirror的設計可以降低系統復雜性，支持其集

成至如同普通眼鏡樣式的小型設備中。1.2.

蘋果

MR設備供應鏈拆解及硬件預測外型：一體式設備，無連線技術：搭載眼球追蹤系統；支持手部追蹤；內置散熱風扇；提供插入式處方鏡片解決方案，

方便近視用戶。物料清單（BOM）：成本超過

500

美元；定價：TheInformation稱，定價或高達

3000

美

元。預計銷量：預計每家

Apple零售店每天賣出一臺。1.3.

增強現實

AR：MagicLeap預計

2021

下半年發布二代產品2018

年，MagicLeap發布增強現實

AR眼鏡產品

MagicLeapOne。在頭顯眼框處有眼動追蹤紅外攝像頭。每個透鏡都內置了一個

4-LED的紅外傳感器陣列，

而傳感器用于追蹤用戶的眼球運動。由于這是位于頭顯眼框的底部。透鏡包含六層，每層專用于一種顏色波長(紅色，藍色或綠色)。其中三層渲染近焦點視覺，

另外三層渲染遠焦點內容，分布在兩個不同的焦平面上。這比微軟的設計增加了一倍。8GB內存，128GB板載存儲；英偉達

TegraX2

SoC；頭顯上有一個獨立的視頻處理單元，

配備

512MBGDDR4

RAM和

4K分辨率，60fps視頻接收器。LCOS光源：其發出的光通過準直目鏡進行準直后進入三層波導，每層波導分別傳播不同

波段的光，以此來減少整個系統的色散。光線進入波導處采用光柵進行耦合。光線輸出部

分通過光柵耦輸出，利用多個光柵進行出瞳擴展，使用戶可以看到充滿視野并且視場角較

大的全色三維圖像。MagicLeap第二代預測：MagicLeap首席執行官佩姬·約翰遜（PeggyJohnson）表示第

二代頭顯的形狀參數會有大幅度的優化。其中，尺寸小

50%，重量輕

20%，而且視場翻倍。

MagicLeapOne重量

316

克。按照佩姬的說法，屆時產品的重量則為

252.8

克。至預計第

二代的水平視場值

60

度，垂直視場值

40

度，對角視場值

72

度。1.3.1.

MagicLeap虛擬顯示相關專利產出速度不斷增長MagicLeap申請專利幾乎都與

AR或

VR相關，并且隨著時間的推移，專利產出的速度也在不斷增長，2013

年以后的申請量都維持在

40

項以上，并保持持續增長的趨勢。光線投影專利：MagicLeap能得到投資人如此的青睞，和他的核心技術密切相關。MagicLeap擁有一種名為光線投影（FiberOpticProjector）的核心技術，也正是基于該項技術，

MagicLeap才能夠在小尺度器件上實現光場顯示，達到

CinematicReality（電影級現實）

的效果。在

MagicLeap出現之前，主要的解決方案有微透鏡陣列、光場立體鏡等技術，但

其設備的規模和復雜度非常高，并無法適用到穿戴式

AR設備上。MagicLeap通過光纖掃

描顯示技術實現了小尺寸上的光場顯示。光纖內窺鏡專利：MagicLeap其創始人創造性地將超高分辨率光纖內窺鏡技術進行了反

向應用。光線內窺鏡的簡單原理就是光纖束在一個

1mm直徑管道內高速旋轉，改變旋轉

的方向，然后進行圖像掃描。MagicLeap聰明地改變了光的方向，將高分辨的光纖掃描儀

倒過來做一個高分辨率投影儀，就可以將需要的圖像投射到用戶的眼鏡中。關于這個高分

辨率光纖顯示器，MagicLeap在一件名稱為“超高分辨率掃描光線顯示器”的

WO2014/113506A1

號專利中進行了描述。光線掃描顯示（FSD）通過壓電致

動器震動光纖端部掃描成像，可以實現單個光纖的顯示。并且為了獲得更高的分辨率，專

利公開了兩種產生彩色、超高清晰度圖像的通用配置，即多個掃描光線陣列和單一掃描多

芯光纖，都是通過光纖二維陣列來實現高分辨率的顯示。其通過一組光纖掃描顯示器捆綁成陣列后產生光場，然后將投射圖像通過波

導折射后進入人眼（類似于

Hololens的方式），或者將上述陣列與眼鏡架耦合，直接置于

眼鏡前方進行顯示。MagicLeap通過光纖掃描顯示重現了光場，理論上可以實現真正的

AR顯示，使用戶無法分辨虛擬物體的真假。但也要注意到，由于要重建光場，并且需要

對環境進行感知（用戶自身的定位以及三維環境的重建），導致

MagicLeap設備的計算量

會非常大，即便已經解決了光場顯示和三維感知產品化中的種種問題，其計算設備的體積

也很可能達不到隨身攜帶的要求。顯示技術專利：克服

GoogleGlass和其他頭戴式顯示設備由于聚散度和視覺調節不一致而

導致的用戶不適的問題。即傳統的雙目虛擬顯示技術（如

OculusRift或

Hololens）

中的

物體是沒有虛實的，由于投射的物體近端和遠端始終是清晰的，違背了人眼通過對焦感知

深度的自然規律，容易導致頭暈。1.4.

增強現實

AR:

Nreal太若科技將發售一體機Nreal成立于

2017

年，將

AR眼鏡做得和普通眼鏡一樣大，在日韓銷售，并成為國外運營

商在消費者級

AR賽道上的唯一合作伙伴。Nreal認為，將眼鏡打造成

100

克左右、完全自

研的顯示模塊，構建連接手機和

AR眼鏡生態圈的星云系統，與運營商深度合作，將

AR眼鏡銷售到

C端，也是大有可為的。在

2019

年美國

CES消費類電子展上,來自中國的初創公司

Nreal，憑借顏值和性能俱佳的

混合現實眼鏡硬件系統，一躍成為名副其實的世界黑馬，

獲得著名消費電子產品網站

Engadget與

CES官方合作評出的

CES最佳獎獎提名，

并最終獲頒“2019CES最佳初創企

業”獎項。2020

CES大會上，該公司曾發布了基于虛擬與現實互動的系統“星云”。同時

Nreal與日

本

KDDI、韓國

LGU+、德國電信三家運營商聯合推出了

5GAR協作解決方案。2019

年產品

Nreallight：硬件規格：NrealLight眼鏡外觀接近正常的眼鏡、深色的鏡片保證了內容呈現的清晰。整個眼鏡重量

為

88g，提供

1080P分辨率的清晰度，nreallight采用自研光學方案，MicroOLED顯示模

組，單眼分辨率

1920×1080，視場角約

52

度。頭顯部分支持

6DoF定位，手柄支持

3DoF追蹤；正面擁有三個攝像頭傳感器，其中左右兩端為深度攝像頭，用來進行空間探測；左

側偏中間一顆

5

百萬像素的彩色攝像頭，可以進行拍照和視頻的錄制；另外在右側靠鼻梁

位置還有一顆光線傳感器，可以根據環境光對眼鏡內顯示內容的亮度進行調節。在靠近鼻

梁處的內部擁有一顆距離傳感器，負責控制摘戴眼鏡的屏幕的點亮。分體式計算單元配備驍龍

845

芯片，擁有

8GB內存、128GB存儲空間，同時也可連接驍龍

855

手機使用，整個計算單元相當于一臺小型電腦，整體縮小到僅有

248g的水平。Nreal對外宣布正在開發

NrealLight的“All-In-One（一體機版）”版本，該版本是一款

無線纜、一體化的眼鏡系統，旨在提高工作場所或定制企業的使用效率。這個尚未命名的

版本是對

NrealLight產品類型的擴充，它將使用戶能夠通過完全封閉的無線系統在混合現

實環境中進行交互。Nreal積極儲備

AR相關專利，提高圖像對比度消除干擾光線影響。1.4.1.

Nreal布局成像裝置相關專利，提高圖像對比度Nreal發明的

AR成像裝置，基本可以做到無干擾光線反射到人眼中，從而提高圖像對比

度以及減少干擾光線對

AR設備成像的影響。裝置中內置有偏振分光鏡，當外界的干擾光

線入射到偏振分光鏡時，偏光膜可以將干擾光線濾除。現有的

AR設備存在圖像對比度低等缺陷：現有的

AR設備由于使用普通分光鏡，非常容

易導致干擾光線大量進入人眼，以及外部射入的干擾光線嚴重干擾像源圖像的對比度，使

得圖像內容混亂。為了提高

AR裝置的成像質量，Nreal在

2018

年

2

月

12

日申請了一項

名為“AR成像裝置和穿戴式

AR設備”。當外界的干擾光線入射到偏振分光鏡中時，干擾光線會先通過偏光膜，其中第二方向的偏振光被吸收，多余的第一方向偏振光會穿過偏光膜和偏振分光膜，基本無干擾光線反射到

人眼中，由此可以提升圖像觀看對比度以及減少對用戶的干擾。1.5.

虛擬現實

VR：SONY預計

2022

年發布

PSVR2索尼

2016

年發布

PSVR1:顯示屏：三星

AMOLED擁有六角子像素矩陣，5.7

英寸

1080pOLED面板，與

Rift和

Vive不同，PSVR使用單個顯示面板，這意味一個屏幕會被劃分為兩半的圖像，可能會造成分

辨率的損失。芯片：

搭載

4K的

SOC處理芯片；4

枚

256M的內存芯片；4G的

SSD閃存芯片。預計

2022

年發布

PSVR2,價格在

499

美金以下。1.5.1.

SONY積極布局全身動捕、控制器、自動駕駛等多個虛擬顯示專利全身動捕專利：通過整合多個追蹤傳感器的數據，系統可以計算出用戶的身體姿態，從而

實現全身追蹤。名為“

Positiontrackingapparatusandmethod的發明主要描述了一種位

置追蹤裝置和方法。專利描述了的位置追蹤系統包括：由用戶佩戴的多個追蹤單元、用于

識別所述多個追蹤單元的追蹤單元識別單元和用于根據所述多個追蹤單元的位置來識別

用戶位置的位置識別單元，其中，所述多個追蹤單元中的每一個發射可用于定位所述追蹤

單元的信號，并且其中所發射的信號包括識別所述發射追蹤單元及其位置和/或方向的信息。

簡單來說，索尼希望直接將多個追蹤傳感器組件附接至人體各個部位，如肩膀，

雙手，手腕，雙腿和腹部等等。PSVR控制器專利：或進一步確定了將用于取代

PSMove的全新

PSVR控制器的設計樣式。

名為“InputDevice”的索尼專利最初在

2020

年

3

月提交，并在日前由于世界知識產權組

織

WIPO公布。根據專利圖及相關信息，追蹤系統不再是追蹤

Move控制器的單個球體，

而是追蹤布置在控制器的多個光源，而這將能提供更精確的位置和旋轉數據。1.6.

虛擬顯示市場主要玩家：臉書全球占比過半，我國

Pico、大朋位列全球前五從全球市場來看，臉書的

6DoF一體式

VR頭顯

OculusQuest是行業迄今最成功的產品，

全球占比過半，OculusQuest2

僅在

2020

年

Q4

季度就賣出了約

250

萬，大大超過以往的

任何

6DoF頭顯。排名第二的是索尼

PlayStationVR。我國的

Pico、大朋占比也在

2020

年

位于世界第四、第五位。2020

年大朋

VR連續兩季度中國區市場份額第一，在

PC頭顯、VR一體機、VR解決方案

等各方面共同發力。2020

年

Q2、Q3，大朋

VR分別以

31%、32%的市場份額連續兩季度

蟬聯第一，Q1、Q4

則名列第二。2020

年度，

Pico位居中國

VR市場份額第一，其中

Q4

市場份額已達

37.8%。在國內一

體機市場，Q4

份額更是高達

57.8%。2.

虛擬顯示產業鏈終端器件占比四成，助力產業技術快速革新從產業結構看，終端器件市場規模占比位居首位，2020

年規模占比逾四成。虛擬顯示產

業鏈條長，主要分為內容應用、終端器件(硬件)、渠道平臺（服務）和內容生產（軟件）。

內容應用方面，聚焦文化娛樂、教育培訓、工業生產、醫療健康、商貿創意等領域，呈現

出

“

顯示+

”

大眾與行業應用融合創新的特點。文化娛樂以游戲、視頻等強弱交互業務為主，在數量規模上占據主導，商貿創意可有效提升客流量與成交率，主要包括地產、

電商、時尚等細分場景，工業生產與醫療健康應用早期局限于培訓指導，目前開始逐漸向

產品設計、生產制作或臨床診療等更為核心的業務領域拓展；內容生產（軟件）方面，主

要涉及面向虛擬顯示的操作系統、開發引擎、SDK、API等開發環境/工具，以及全景相機、

3D掃描儀、光場采集設備等音視頻采集系統；渠道平臺方面，除互聯網廠商主導的內容

聚合與分發平臺外，包含電信運營商發力的電信級云控網聯平臺，以及自助

VR終端機、

線下體驗店與主題樂園等線下渠道；終端/器件方面，主要分為終端外設及關鍵器件，其

中終端外設包括以

PC式、一體式、手機伴侶與云化虛擬顯示終端，以及手柄、全向跑步

機等感知交互外設。2.1.

核心器件為攝像頭、光學器件、微投影器件、傳感器、觸覺設備、AI芯片等攝像頭作為視覺感知的核心，在設備中主要用于動作捕捉，手勢識別等信息輸入。人類感

受的信息

80%

來源于視覺，目前人們對視覺的研究相對比較成熟。目前產品中用到的攝像

頭種類繁多，根據目數可將攝像頭分為單目、雙目和多目攝像頭。根據光波可分為紅外和

可見光攝像頭。RGBD深度相機是近幾年興起的新技術，即在

RGB普通攝像頭上添加一

個深度測量功能。國外主要的攝像頭供應商有

Apple（蘋果）、Intel（英特爾）、Microsoft

（微軟）、德國

PMD、Stereo?labs，中國主要廠商有奧比中光、關東辰美、舜宇光學、聯

創電子，中國臺灣大立光和玉晶光電等公司等。光學器件是硬件產品中負責呈像的關鍵部件，主要代表廠商有美國的

Digilens、以色列的

Lumus等，國內有水晶光電、耐德佳、蘇大維格、靈犀微光、理鑫光學、瓏景光電、道明

光學、歌兒聲學、舜宇光學等企業。微投影器件是光學式產品的核心，承擔了將虛擬物體疊加到真實環境顯示的功能，在

XR頭盔、車載

HUD等方面具有極大的應用價值。國外主要廠商有

MagicLeap、Apple、TI

（德州儀器）、3M、Avegant、Micron（美光）等，中國廠商主要有水晶光電、長江力偉

等、Himax（中國臺灣奇景光電）。觸覺主要指人體表面的神經末梢感受到的溫度、軟硬度、紋理或壓力等信息。目前對觸覺

的研究非常有限，在

AR系統中主要是通過觸覺和力覺傳感器來實現。迄今為止，觸覺傳

感材料、觸覺信息獲取、觸覺圖像識別等都已成為國內外科研團隊的研究熱點，很多新型

的觸覺傳感器及觸覺信號處理方法被研制出來。2017

年，美國卡耐基-梅隆大學研發出一

款結合視覺和觸覺的新一代工業機器人“Baxter”，能夠實現抓取動作，例如剝香蕉皮等。

2018

年

4

月，德國哈索·普拉特納研究所（HPI）人機交互實驗室研究人員通過

HoloLens展示了一套適用于頭顯的可穿戴觸覺技術的解決方案，該方案是通過使用電肌肉刺激設備

（EMS）來完成的，設備小巧輕便，便于攜帶。該系統目前處于原型階段，可在

GitHub網站上體驗。傳感器相當于

AR的五官，是實現人機交互的核心部件。目前各巨頭在加緊發展終端設備

的同時，也積極布局傳感技術，例如

Microsoft公司掌握了深度傳感器

Kinect；Apple公司

收購了深度傳感器

PrimeSense，并且在軟件上收購了

FaceShift和

Metaio，可配合

PrimeSense進行傳感技術深度布局；索尼收購了比利時傳感器技術公司

SoftkineticystemsSA，

擁有全世界最小帶精細化手勢識別功能的

3D深度攝像頭；Google公司收購了

Lume?

dyneTechnologies，掌握了光學加速度計、慣性傳感器等傳感技術，此外谷歌的無人駕駛

系統整合了聲吶系統和雷達系統，將傳感器應用發揮到了極致，此外，還有

MagicLeap、

TI、STMicro、InvenSense等。國內廠商有數碼視訊、奧飛娛樂等。AI芯片:

通信行業的根基XR的實現涉及大量的計算，為避免眩暈和實現實時顯示，其對計算過程時間有較高要求（一

般不超過

20

ms）。傳統的

CPU芯片無法放入大量的計算核心以實現大規模的并行計算，

且性能不足以支持

AR操作的流暢執行。因此，XR需要專門的人工智能（artificialintelligence，

AI）芯片。AI芯片是整個通信行業的根基，性能更強、能耗更低、體積更小一直是

AI芯片

的努力方向。在

AI芯片領域，國外芯片巨頭（前

3

名為

NVIDIA，Intel和

NXP、英特爾和恩智浦）占

據了大部分市場份額。而華為公司成中國大陸地區最強芯片廠商，國內代表廠商還有聯發

科、瑞芯微、寒武紀、地平線等。從技術架構來看，AI芯片分為通用性芯片（GPU）、半定制化芯片（FPGA）、全定制化芯

片（ASIC）和類腦芯片

4

大類。（1）GPU是單指令、多數據處理，主要處理圖像領域的運算加速。但

GPU無法單獨工作，

必須由

CPU進行控制調用才能工作。結合

CPU和

GPU各自的優勢，有一種解決方案就

是異構。GPU芯片的代表企業是

NVIDIA（英偉達），占全球

AI芯片

50%以上市場份額，旗

下產品線遍布自動駕駛汽車、高性能計算、機器人、醫療保健、云計算、游戲視頻等眾多

領域。（2）FPGA用于多指令，單數據流的分析，常用于云端。FPGA是用硬件實現軟件算法，因

此在實現復雜算法方面有一定的難度，價格較高。代表企業是三星、深鑒科技（被賽靈思

收購）。（3）ASIC是為實現特定要求而定制的專用

AI芯片。除不能擴展外，在功耗、可靠性、體

積方面都有優勢，尤其在高性能、低功耗的移動端優點明顯。Google在

2016

年宣布獨立

開發一種為機器學習應用而設計的專用芯片

TPU。（4）類腦芯片是一種模擬人腦的新型芯片編程架構，可模擬人腦功能進行感知、行為和思考。目前該類芯片實現難度大，處于早期研發階段。3DSensing（攝像頭模組+傳感器模組）：XR功能的技術核心3DSensing是

XR功能的技術核心，市場主流的硬件產品都需要搭載

3DSensing。3DSensing是由多個攝像頭+深度傳感器組成的，在色彩、分辨率、觀測距離、抗干擾及夜視等方面

優于

2D攝像頭，還可實時采集物體三維位置及尺寸信息。目前市場上有

3

種主流方案，

按成熟度從高到低依次為：結構光、飛行時間（timeofflight，TOF）和雙目成像。結構光

是通過激光的折射及算法計算出物體的位置和深度信息，進而復原整個三維空間。目前該

方案的發展相對最成熟，已大量應用工業

3D視覺領域。TOF是一種光雷達系統，可從發

射極向對象發射光脈沖，接收器則可通過計算光脈沖從發射器到對象、再返回到接收器的

運行時間來確定被測量對象的距離。TOF方案已出現在

Google的

ProjectTango方案中。

雙目成像是使用兩個或兩個以上的攝像頭同時采集圖像，通過比對這些不同攝像頭在同一

時刻獲得的圖像差別，使用算法來計算深度信息。由于算法開發難度高，雙目成像多應用

在不考慮功耗的機器人、自動駕駛等新興領域。TOF方案與結構光方案使用便捷、成本較低，更具前景，尤其是

TOF方案更加適合消費電子產品后置遠距離攝像，可應用于

AR、體感交互等方面。結構光方

案在精度方面超越了另外

2

種方案，更加適合消費電子產品前置近距離攝像，非常適合智

能終端，可應用于人臉識別、手勢識別等方面。3.

虛擬顯示技術日漸成熟，痛點逐個擊破，用戶體驗升級3.1.

虛擬顯示核心技術持續攻堅,

有望取得重大突破1.近眼顯示：Micro-OLED與衍射光波導成為重點探索方向。2.渲染計算：云渲染、人工智能與注視點技術進一步優化渲染質量與效率間的平衡。3.感知交互：內向外追蹤技術已全面成熟，手勢追蹤、眼動追蹤、沉浸聲場等技術使能自然化、情景化與智能化的技術發展方向。4.網絡傳輸：云

VR將邏輯計算與實時渲染放在云端，并通過

5G網絡與終端之間實現畫面

傳輸，為用戶帶來良好體驗的同時，也降低了對終端的性能要求。3.2.

近眼顯示技術價值量可觀：微顯示+光學占

VR價值量

50%，AR70%近眼顯示技術突破：改善生理體驗，眩暈感、佩戴過重、視角度窄問題取得重大突破用戶痛點：頭顯尺寸過重，佩戴不夠輕便屏幕：MicroOLED實現更薄、更小、耗電更少的顯示器，從而更適用于頭戴式設備。用戶痛點：可視角度（FieldOfView，

FOV

）窄光學：衍射光波導通過光柵調整，實現擴瞳，提高

FOV。可變焦顯示成為當前解決的重要技術，VAC是暈動癥的眾多誘發因素之一，容易造成用戶

產生惡心、頭暈、眼睛疲勞等問。3.3.

近眼顯示技術-微顯示：輕薄短小的

Micro-OLED成為終端的主流技術選擇3.3.1.

Micro-OLED以單晶硅芯片為基底，增加可靠性，實現輕量化已具備量產能力的

MicroOLED，已成為現階段

VR頭顯廠商設計高端

VR設備時的首選顯

示技術。市面上的多數

VR產品都采用

LCD顯示面板，VR頭顯設備都略顯笨重。MicroOLED顯示器以單晶硅芯片為基底，像素尺寸為傳統顯示器件的

1/10，精細度遠遠

高于傳統器件,

其區別于常規利用非晶硅、微晶硅或低溫多晶硅薄膜晶體管為背板的

AMOLED器件。單晶硅芯片采用現有成熟的集成電路

CMOS工藝，不但實現了顯示屏像素

的有源尋址矩陣，還在硅芯片上實現了如

SRAM存儲器、T-CON等多種功能的驅動控制

電路，大大減少了器件的外部連線，增加了可靠性，實現了輕量化。Micro-OLED優點：與傳統的

AMOLED顯示技術相比，MicroOLED有以下突出特點：1)

基底芯片采用成熟的集成電路工藝，可通過集成電路代工廠制造，制造良率更是大大高

于目前主流的

LTPS技術。2)采用單晶硅，遷移率高、性能穩定，壽命高于

AMOLED顯示器。3)200mm×200mm的

OLED蒸鍍封裝設備就可滿足制造要求(與

8

英寸晶圓尺寸兼容)，而

不像

AMOLED需要追求高世代產線。4)

OLED微顯示器體積小，非常便于攜帶，并且其依借小身材提供的近眼顯示效果可以與

大尺寸

AMOLED顯示器相媲美。優點：與其他微顯示技術相比，MicroOLED亦具有不少優點：1

)

低功耗，比

LCD功耗小

20%，電池重量可以更輕。2)

工作溫度寬，LCD不能在極端溫度如

0℃下工作，必須額外加熱元件，而在高溫下又必

須使用冷卻系統，所有這些解決方案都會增加整個顯示器的重量、體積和功耗。而

OLED為全固態器件，不需要加熱和冷卻就可以工作在-46℃~+70℃的溫度范圍內。3

)

高對比度，LCD使用內置背光源，其對比度為

60:1，而

OLED微顯示器的對比度可以

達到

10,000:1。4)

響應速度快，OLED像素更新所需時間小于

1μs，而

LCD的更新時間通常為

10~15ms，

相差了

1,000

到

1,500

倍，OLED的顯示畫面更流暢從而減小視疲勞。下表列出了不同微顯示的性能比較，可以看出

MicroOLED(OLEDonSilicon)在性能上有較

為明顯的優勢，其中亮度、綜合發光利用率、對比度、色彩能力、像素點距性能都非常優

秀。從未來市場角度來看：2021

年全球

MicroOLED在中國產商推波助瀾下開始放量，預計

2021-2027

年出貨量實現

CAGR65.21%

的增長。3.3.2.

Micro-OLED工藝制程：CMOS技術與

OLED技術的緊密結合MicroOLED是

CMOS技術與

OLED技術的緊密結合，是無機半導體材料與有機半導體材

料的高度融合。CMOS技術主要使用光刻工藝、CMP工藝等，濕法制成較多，而

OLED技

術則主要采用真空蒸鍍技術工藝，以干法制程為主。兩者皆專業且復雜，將兩者集成于同

一器件之中，對于工藝技術要求非常嚴苛。MicroOLED器件制造主要通過以下四個步驟實現：1)硅基

IC設計與制造：主要涉及集成電路的設計和制造，分別由

IC設計團隊和

foundry廠完成；2）OLED制程：主要包括

OLED微腔頂發射技術，陽極材料技術，全彩化技術等；3）OLED封裝制程：包括薄膜封裝，玻璃

cover貼合封裝等；4）顯示驅動與系統：與第一部分設計制造緊密相連。硅基

OLED微顯示器傳統制程。a為器件結構截面示意圖，b是制造流程。其

中流程

1~7

為大片制造。從流程

8

切割后，即為

dice制造流程。流程

1

為硅基芯片的制

造過程，由集成電路晶圓代工廠按照客戶的設計和要求進行生產制造；流程

2~7

為

OLED的制造流程，在

OLED工藝代工廠制作完成。其中，流程

2

和

3

為像素陽極的制備過程，

包括陽極材料的成膜及其圖案化，涉及較多濕法制程。在傳統的硅基

OLED微顯示器制造

工藝中，該制程由

OLED工廠來制作完成；流程

8~9

由集成電路芯片封裝廠完成；流程

10

為模組與系統開發，將硅基

OLED制作成微顯示器模組供用戶使用。MicroOLED制造設備涉及微電子和光電子制造設備。其中陽極制造需要金屬濺射成膜設

備，陽極圖案化則涉及晶圓清洗設備、光刻膠涂覆設備、曝光設備、顯影去膠設備、烘烤

等設備，這些均屬半導體設備。OLED制程段則需要

OLED蒸鍍設備、薄膜封裝設備以及

玻璃貼合封裝設備等，這些設備集成為一套系統，在一系列真空和惰性氣體氣氛內完成。3.3.3.

Micro-OLED器件結構：驅動背板+OLED顯示前端組成器件結構:

MicroOLED顯示器件以單晶硅作為襯底，在單晶硅襯底上采用標

準的

CMOS工藝制作顯示驅動電路，以提供

OLED顯示所需的像素驅動部分、行列驅動部

分以及其它所需的

DAC轉換等功能電路。在單晶硅襯底上接著制作

OLED發光單元，由于

硅片襯底不透明，需要制作頂發射

OLED器件。首先在襯底上，制作高反射率的金屬作為

陽極，陽極電極具有較高的反射率可以實現較高的出光效率。接著制作空穴注入層、空穴

傳輸層、發光層、電子傳輸層、電子注入層等有機半導體層，形成

OLED主體發光單元。

最后，為了實現光從頂部出射，需要制作半透明的金屬層作為陰極。由于ＯLED器件怕水

氧等破壞，在陰極上需要制作薄膜封裝層，用于阻隔水氧，在封裝層上，進一步貼合玻璃

進行器件強度保護。驅動芯片架構：驅動芯片采用

0.18μｍ的

CMOS工藝設計，驅動背板包括像素電路、行列

驅動、DAC、I2C、數據處理、電源模塊、溫度檢測等功能模塊。芯片采用

數字接口，針對高分辨率的應用要求，利用數據采樣與比較完成數據傳輸，驅動芯片像素

采用電壓型驅動方式。由于

OLED器件在不同的溫度條件下，器件亮度變化較大，因此在

芯片中集成了溫度傳感模塊，可以實時監測芯片工作溫度，實現芯片在高低溫下精確調節

電壓輸出，來調節器件的顯示亮度，保持器件顯示的穩定和一致。硅基

OLED器件包括控

制電路芯片部分和顯示驅動芯片部分，為了方便用戶使用芯片，在驅動芯片中集成了三路

電源模塊，包括正壓

DC-DC模塊、負壓

DC-DC模塊和

LDO模塊。這三路電源模塊，可

分別實現給像素整列、OLED顯示的公共陰極和芯片中的控制電路供電。3.3.4.

Micro-OLED公司：我國視涯科技、京東方、夢顯電子從事研發和中試目前全球從事硅基

OLED研發生產的廠商不多,其中美國

eMagin公司和法國

MicroOLED公司的產品主要應用于軍事領域,能成熟量產的

Micro-OLED供應商只有索尼公司,在全球

市場處于壟斷地位。我國硅基

OLED產業化尚處于初級階段。我國合肥視涯科技、京東方、昆山夢顯電子等公

司正在從事硅基

OLED研發和中試,其中京東方在

2019

年實現了

8

英寸硅基

OLED生產

線的量產,合肥視涯科技于

2019

年

11

月竣工投產

12

英寸硅基

OLED顯示項目,昆山夢顯

電子正在建設一條

8

英寸硅基

OLED生產線。目前國內硅基

OLED的低溫彩色濾光片工

藝、薄膜封裝工藝、硅基數字化驅動技術、核心裝備等高性能微顯技術和大規模量產技術

等均處于初期階段。3.4.

近眼顯示技術-光學：衍射光波導實現二維擴瞳，提高可視角度，實現輕量化在光學領域，作為下一代人機交互平臺，虛擬顯示呼喚以人為中心的光學架構，視覺質量、

眼動框范圍、體積重量、視場角、光學效率與量產成本間的權衡取舍、優化組合成為驅動

技術創新的主要動因。現有的光學技術包括：棱鏡、自由曲面、Pancake、BirdBath、光波

導等。光波導：可以用來減輕頭戴式設備的重量，在

AR領域的技術發展前景明確工作原理：波導代表了光學技術的一種新形式，在形狀尺寸，清晰度和重影方面提供了顯

著的優勢，但技術仍然處于開發階段。顯示源通常使用

LCOS(硅基液晶）或

DLP顯示器。

LCOS和

DLP都通過衍射光柵發射準直光線。該衍射光柵可以重新導向光線，并最終形成

擴大的圖像，然后再將其投射到眼內。應用：采用波導的頭顯主要包括：微軟

HoloLens，MaigcLeapOne，DAQRI。硬件組件：衍射波導光學元件包括多層結構，每種顏色都有一層。由于在納米級別難以對

齊衍射

RGB層，所以在制造中存在非常的廢品率。Lumus專有的反射波導避免了多層生產

工藝，令生產過程變得更加輕松。LCOS通常用作顯示源，因為它非常緊湊并且提供準直

光（波導技術的一項要求）。視場：與其他顯示器相比，這種光學設計的視場非常小。在今天，40

度視場是標準，而廠

商正努力在不損害質量的情況下實現

50

度視場。圖像質量：波導顯示器的亮度在所有光學設計中排名第一，而且沒有重影現象。今天大部

分的顯示器都是

720P，但這種情況將很快發生改變。在

CES2018

大會上，Lumus的顯示

器已經支持

1080P和

40

度視場。形狀尺寸：這項技術正越來越接近于眼鏡形態，但

AR頭顯需要搭載其他元件：顯示源，

攝像頭和

IMU，所以我們在近期內無法實現太陽眼鏡般的外形尺寸。透鏡透明度：不需要著色。如

DAQRI頭顯所示，透鏡非常清晰，可供室內使用。分類：幾何和衍射光波導。幾何光波導短期難以商用。采用傳統光學冷加工技術，連續多層半透半反鏡面陣列鍍膜、

貼合、切割等復雜

多步工藝對產品良率提升提出較大挑戰，量產成本難以降低。此外，

基

于陣列光波導的二維擴瞳方案對加工工藝的挑戰極大。衍射光波導理論上具有較高的可加工性，成本可控，批量生產難度顯著低于陣列光波導，

依循光學元件從毫米級到微納級、從立體轉向平面的技術趨勢，采用平面的衍射光柵取代

傳統的光學結構。衍射光波導利用經過兩次兩個方向的擴瞳光柵或二維光柵以實現二維擴

瞳，從而給以人為中心的光學設計與用戶體驗優化留有更大的容差空間。衍射光波導分類：表面浮雕光柵波導（SurfaceReliefGrating，SRG）及基于全息干涉技術

制造的全息體光柵波導（VolumetricHolographicGrating，VHG）。3.4.1.

衍射光波導分類

1：表面浮雕光柵量產達到較好均一性能，但成本較高表面浮雕光柵（SurfaceReliefGrating，SRG）作為一種衍射光學器件，利用了光柵的衍射

性質，可以實現投射或者反射光柵，實現波導上光線耦合入耦合出的功能，這樣通過

DOE器件實現耦合的波導微衍射波導。原理：表面浮雕光柵波導方案中通過使用亞波長尺度的表面浮雕光柵（SurfaceReliefGrating，SRG）代替傳統的折反射元件（RefractiveOpticalElement，ROE）作為光波導

中耦入、耦出和擴展區域的光學元件，從而實現對光束的調制。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。根據凹槽的輪廓、形

狀和傾角等結構參數的不同，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。表面浮雕光柵對光束進行調制時，光束的傳輸嚴格遵循光的衍射方程，其衍射方向與入射

光的波長和入射角、光柵周期以及介質的材料等參數有關。通常采用嚴格耦合波法設計表

面浮雕光柵，通過設計優化光柵的結構參數可以在理論上獲得極高的衍射效率，從而提高

成像質量。3.4.2.

衍射光波導分類

2：體全息光柵具有更好的成像效果，未來前景可期除了浮雕光柵作為博導耦合器件之外，還有一種方案使使用全息光學元件作為博導耦合器

件（HolographicOpticalElementHOE)，也稱為體全息光柵(VolumeHolographicGrating，

VHG)。VHG與

SRG在材料、制造兩方面完全不同，但核心原理都是利用了光柵的衍射性

質，將光束衍射進入波導傳輸。原理：體全息光柵波導方案采用體全息光柵（VolumeHolographicGrating，VHG）作為

衍射光波導中的耦入耦出元件。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。當介質的厚度遠大于光波長時這種結構稱為體全息

光柵，在不同的應用場合，體全息光柵可以分為單層、多層、振幅型、位相型以及透射式

與反射式等。體全息光柵在理論上具有更好的成像效果，但是相對于表面浮雕光柵具有更高的衍射效率，

它對入射光的波長與衍射角要求更高。它與表面浮雕光柵一樣可以使用嚴格耦合波法計算

不同結構的光柵對應的各級衍射效率，同時通過調節并優化光柵的周期等參數可以改變衍

射效率，進而提高光學系統的成像質量。理論上在滿足布拉格條件的情況下，體全息光柵

的衍射效率可以達到

100%。3.5.

近眼現實技術-可變焦顯示為解決輻輳調節沖突的關鍵VAC是暈動癥的眾多誘發因素之一，容易造成用戶產生惡心、頭暈、眼睛疲勞等問題，且

一直是

AR/VR顯示領域的未解難題。全息顯示通過全息方式顯示多個焦面，可作為未來解決輻輳調節沖突的技術路徑。目前，

由于光相位調制器（SLM）價格昂貴、全息圖生成算法尚不完善、所須計算量大且難以實

時完成等因素致使該技術短期內難以推廣應用。3.6.

渲染計算技術：云渲染、人工智能與注視點技術顯著提升用戶沉浸度虛擬顯示渲染負載與

MTP時延須提升十倍量級才可達到初級沉浸的入門體驗。不同于影

視工業中離線渲染技術對視覺保真度的極致追求，實時渲染主要用于無預定腳本的游戲等

強交互應用，為保證渲染速度而在一定程度上對渲染畫質做出權衡妥協。虛擬顯示渲染領

域的主要技術挑戰在于面向傳統游戲的上述權衡范式難以直接套用于虛擬顯示應用，表現

為相比游戲畫面的主流渲染要求（如

FHD分辨率所須每秒渲染六千萬像素且不高于

150

毫秒的用戶交互時延）。在智能云控與以人為本的創新架構下，云渲染、人工智能與注視點技術觸發虛擬顯示渲染計算

2.0

開啟。在跨越了沉浸體驗的初始門檻后，渲染質量與效率間的平衡優化成為時下驅動虛擬顯示渲染技術新一輪發展的核心動因，即用戶需求的持續進階放大了渲染畫質、

速度、成本、帶寬等多目標規劃的求解難度。用戶痛點：沉浸式體驗需求難以達到：云渲染、人工智能與注視點技術觸發虛擬現實渲染計算

2.0

開啟。1）云渲染聚焦云網邊端的協同渲染，將虛擬顯示交互應用所須的渲染能力導入云端，有

助于降低終端配置成本，幫助用戶在移動頭顯平臺獲得媲美高價

PC級的渲染質量。2）基于眼球追蹤的注視點渲染技術，幫助實現用戶體驗分辨率不因渲染算力+顯示像素數

減少而降低，注視點渲染技術入選業界標配，基于眼球追蹤的注視點渲染與注視點光學成

為熱點技術架構。3）人工智能為虛擬顯示渲染質量與效能的倍增器與調和劑。人工智能加速高性能降噪處

理，從而減少高保真圖像渲染時間，針對多樣化的應用場景與網絡環境，人工智能有望成

為渲染配置自優化的重要探索。硬件需求：AI芯片、CPU、GPU、MEMS等助力渲染技術發展。注視點技術入選業界標配，基于眼球追蹤的注視點渲染與注視點光學成為熱點技術架構。

注視點渲染與注視點光學日益成為支撐上述目標的焦點性技術架構，業界對此積極布局，

且兩者具備潛在的結合空間。通過梳理各類注視點技術與相關量產終端可知，基于眼球追

蹤的可變注視點渲染與注視點光學已成為時下技術產業化的主攻方向，且后者對渲染算力

及顯示像素數要求較低。3.7.

感知交互技術：眼動手勢追蹤、沉浸聲場、環境理解等進一步提升沉浸感用戶痛點：沉浸式體驗需求難以達到：1）沉浸聲場（聽音辨位、空間混響、通感移覺）技術給予用戶

“

眼見為虛，耳聽為實

”

的沉浸體驗，“

風隨柳轉聲皆綠

”

的通感表達成為了虛擬顯示視聽關聯性發展的特色方

向。2）Inside-out技術全面成熟，追蹤定位技術進一步提升，將呈現集視覺相機、IMU慣性

器件、深度相機、事件相機等多傳感融合的發展趨勢。3）“

手勢追蹤+

”技術

將成為虛擬顯示輸入交互新模式，裸手帶來更加的沉浸式體驗，

同時消減了用戶對交互外設的配置操作與購買成本，無須考慮充電配對問題，且手勢信息

等身態語增強了虛擬顯示體驗的社交表現力，賦予了內容開發者更大的創作空間。4）眼動追蹤技術使用戶能夠僅依靠眼神交流進行很多簡單操縱，其利用圖像采集設備獲

取人類眼球的運動信息，從而實現一系列的模擬、操縱功能。5）環境理解與

3D重建提升交互和感知，三維重建就是根據單視圖或者多視圖的圖像重

建三維信息的過程，也就是相機的逆操作。3.7.1.

眼動追蹤技術成為虛擬顯示終端的新標配眼動追蹤方式：瞳孔——角膜反射法是當下普遍使用的眼動跟蹤方法：確定人眼凝視位置

和人眼相較頭部運動的過程被稱為眼動追蹤，用于測量凝視點位置和眼睛運動的工具被稱

為眼動儀。眾多的眼球運動測量方法可以大致地劃分為干擾式和非干擾式。眼動研究的早

期階段一般使用的是眼電圖法、接觸鏡法以及電磁圈法等干擾式眼動追蹤法。而隨著圖像

采集與圖像處理等技術的發展，不直接接觸眼睛的非干擾式眼動追蹤方法應運而生，主要

包含鞏膜一虹膜邊緣法、角膜反射法、雙普耳欽像法、瞳孔一角膜反射法等。瞳孔——角膜反射法具有誤差小，干擾小，準確性高的特點。固定相機對人眼進行拍攝，

與此同時利用紅外光源射向眼球，在獲取到的眼部圖像中會存在由紅外光在角膜表面反射

產生的亮斑，被稱為普耳欽斑，再通過對眼部圖像進行實時處理，可以得到瞳孔中心和普

耳欽斑中心，結合兩者則可以獲

得瞳孔一光斑向量，即視線向量坐標，使用它可以來對

屏幕凝視點進行映射。眼動追蹤成為虛擬顯示終端的新標配。早期終端（如