经过元宇宙的“加温”,VR设备将迎来大爆发,VR/AR显示器产业链上谁将受益?

微观人 2022-01-17

vroculusoled概念股

4610 字丨阅读本文需 11 分钟

AR显示器的主要元器件是微型显示器(micro display)和光学器件(optics)。两者需要组合才能发挥功能。LEDoS(LED on silicon, micro LED)的优势在于高亮度,并足以抵抗环境光的强度,但其彩色化的技术尚未成熟。

从整机系统设计的角度来看,可穿戴增强现实(AR)和虚拟现实(VR)装置包括三个主要部分。首先是演示或显示(presentation or display),再者是人机界面与机器传感(user interface and machine sensing)。能够传感真实世界,并且予以数字化的传感器对高端的AR装置尤为重要。第三个部份是运算与通讯(computing and communication)。要为VR、AR或混合现实(MR)渲染出电脑图像(computer-generated objects),运算性能必不可少;运算的处理器可以是穿戴式装置本身,或是利用连接(tethering)的手机或是个人电脑。连接的过程中,可以是有线,或者是利用Wi-Fi 6、5G调制解调器等无线连接以获得完全的无线体验。

用于VR和AR应用的显示器

1、LCD凭性价比成为主流 OLED主导高端市场

日前Oculus Quest2抛弃了第一代产品采用的OLED,转而采用LCD显示屏;HTC VIVE在经历了第一代产品采用AMOLED屏幕之后,第二代、第三代产品均采用LCD屏幕;Pico Neo、Value index同样采用LCD显示屏。终端设备厂商中,只有索尼Play Station VR还在采用OLED屏幕,而该产品的发布时间为2016年。

因此,从当前的市场应用情况来看,LCD成为VR设备厂商的主流选择。在VR头戴式显示器中,相比于OLED,LCD具有标准RGB、显示更细腻、亮度更高、功耗相对更低等优势。且由于技术应用时间长、技术更加成熟,比较而言,其屏幕质量高、无闪烁、不闪屏,更护眼,且具有非常明显的成本优势。

HTC全球商业解决方案高级副总裁鲍永哲在接受《中国电子报》记者采访时表示:“2016年前后,AMOLED是生产VR设备的首选,主要是因为其时延短。而2018年以后,技术的提高提升了LCD的响应速度,厂商便开始向LCD倾斜。”

微软创新基地技术导师刘鸿惠在接受《中国电子报》记者采访时表示:“LCD还是主要应用在入门级VR设备中,VR用的OLED面板分辨率都在1000PPI以下,加上成本高,使得面板厂商认为高单价高PPI的LCD面板在VR市场有机会。高阶产品还是以OLED为主,具备影像效果较佳、较省电及高刷新率特点;入门款产品则以LCD为主,且成本较低、刷新率不需太高,分辨率可稍微拉高。”

京东方科技集团股份有限公司显示事业VR/AR BU总经理杨婷婷告诉《中国电子报》记者:“玻璃基的AMOLED受制于FMM工艺,像素尺寸做不小,PPI不高导致画面颗粒感比较明显;而硅基AMOLED受光学镜头能力限制,做不了太小,而硅片价格昂贵导致成本偏高,目前应用在高端VR产品上。未来随着技术和市场的发展,硅基OLED若具成本竞争力,会掀起革命式的爆发。目前LCD是极具性价比,且产能可以得到保障的最佳解决方案。”

2、Micro-LED具备潜力 硅基显示亦有看头

LCD固然具备其自身优势,同时也存在一些缺点,包括颜色相较于OLED屏幕较暗,色彩不如OLED更饱满鲜艳,屏幕较厚不能弯曲,由于背光层存在,容易出现显示器漏光、屏幕响应时间长等问题。赛迪智库集成电路研究所光电子研究室主任耿怡在接受《中国电子报》记者采访时表示:“由于其结构相对复杂,且属于被动发光,难以满足VR/AR对重量、亮度、色彩表现率、功耗的要求。”对于VR/AR设备应该采用什么样的显示屏,业界还有不同的声音。

2021年3月发布的《虚拟(增强)现实白皮书》介绍:“微型发光二极管(Micro-LED)有望迅速发展,成为继LCD和OLED后业界期待的下一代显示技术。”耿怡在接受《中国电子报》记者采访时表示,Micro-LED的超高分辨率能够提升消费者的沉浸式体验,高达2000Hz的刷新率可以有效缓解VR产品使用时的眩晕感。

从参数上来看,相比于DLP的毫秒级响应、硅基OLED的微秒级响应,Micro-LED已经能够实现纳秒级响应,响应速度进一步提升,对比度亦从LCoS1000∶1和DLP2500∶1提升至100000∶1,亮度提升至100000尼特。可搭配光波导成像方案,生产的产品厚度更低。由于Micro-LED具备的上述特点,该类型屏幕更容易实现高PPI、体积小、易于携带、功耗低,更适合应用于近眼显示设备。由于单个LED灯珠的体积更小,Micro-LED将能够在单位面积的尺寸上实现更高的分辨率。从这个角度来看,Micro-LED将在AR/VR应用中具备更大的优势。

不过有专家也指出,Micro-LED的发展还处于早期阶段,产线不成熟、价格高昂,掌握该技术的厂家极少,仍未真正进入消费级市场。此外,硅基液晶、硅基OLED等其他显示技术也各自具备一定的优势。

此外,杨婷婷认为,小型化,是VR屏显的发展的必然趋势。与小型化需求相结合,需要显示模组实现高像素密度。智能化也是VR屏显的未来趋势,显示模组整合陀螺仪畸形矫正,打造显示直通子系统,可以让VR的延迟最小化。

VR和AR显示器的供应链

AR显示器供应链之所以还不太成熟,有一些原因。首先,应用于穿戴式装置、成为微型显示器的制作难度与精度,绝对不下于一般的TFT显示器。再者,纵然有一些可应用的微型显示器技术,但是在光机大小、效能、彩色、成本等因素的考量之下,业界还未能有最佳的技术成熟度与共识。当然,更重要的是当前的穿戴式AR装置出货量实在太小,目前主要的应用多半是集中在垂直领域(例如:工业、医疗、军事等),无法说服制造商在供应链中增加投资和生产。而现在这个供应链中的许多制造商规模偏小,有些员工人数约仅100-200人, 而且设备的量产等级与TFT显示器行业完全不可同日而语。为了促进采用和生态系统发展,一些制造商相互合作,同时提供包含显示、光学和装置的参考设计,以鼓励更多的品牌开发产品。

AR显示器的主要元器件是微型显示器和光学器件,两者是一个组合。LEDoS的优势在于高亮度,即使经过波导光学元件的削弱(仅存1%左右),都有机会维持到1,000 nits。但其RGB的彩色技术尚未成熟,尝试的技术方向包含色转(color conversion)、堆叠(RGB stacking)、组合(RGB chips in a cube)。相对地,OLEDoS的彩色技术更加成熟,常见的是混出白光后透过彩色滤光片做法,但这种作法的光损较高。另外,也有一些作法是在OLEDoS的材料、堆栈(例如:Kopin Trio Stack)或是直接精细蒸镀(例如:eMagin dPd™)上着手。OLEDoS比较适合VR和MR这类的封闭设备设计,但其亮度值对于通过波导光学元件的AR设备(开放式设计)来说可能太低。LCoS、LBS和DMD虽然光机相对于LEDoS与OLEDoS较大,但是很重要的优点就是彩色化与高亮度实现是可行的,三者均可以通过激光光源来提高亮度值。

相对于LEDoS技术上尚待进一步的发展,OLEDoS目前在供应链上的关系、串联已经略见雏形,而且既有的TFT生态体系的AMOLED面板厂也展现出了兴趣。在TFT生态体系中,DDIC(显示驱动芯片)与AMOLED制程(显示像素线路与蒸镀)是分开、各司其职的。DDIC用于驱动显示面板,而面板厂则负责制造基于TFT的显示像素电路。然而,这不一定完全适用于OLEDoS。与基于TFT的AMOLED相比,OLEDoS的供应链仍处于起步阶段。DDIC芯片商和OLEDoS面板厂之间可能有更多的商业模式。

第一种,DDIC芯片商在晶圆上同时设计DDI和显示像素(display pixels)电路。然后,OLEDoS面板厂则仅负责在晶圆上进行OLED蒸镀,并将其分割成OLEDoS芯片。DDI线路和显示像素电路同时位在一颗芯片(die)上,成为了一种单芯片设计,而DDIC芯片商扮演着关键角色。

第二种,DDIC芯片商只提供DDIC芯片。此芯片可能是来自面板厂委托设计的芯片(ASIC),或者是DDIC芯片商的既有产品。不管哪一种,DDIC与显示像素电路是分开的,而成为了一种双芯片解决方案。DDIC可以贴合于显示像素芯片上,这种作法类似TFT LCD上的COG(chip on glass)。

第三种,面板厂负责全部设计与制造,从DDIC到显示像素电路。这可能是一个单芯片或是双芯片解决方案,并强调了面板厂在供应链中的价值。关于单芯片或双芯片的OLEDoS仍有争论。通常,DDIC电路需要更高级别的半导体工艺制程,如28nm或40nm,特别是当解析度进一步拉高时。但显示像素电路则可能使用较低级别的工艺制程就可以满足,如90nm或um级。如果两者的半导体工艺差距过大,单芯片设计不一定比双芯片设计更有成本效益。

目前VR装置的出货量明显高于AR装置,除了显示技术与供应链较为成熟外,应用端比较偏向消费性市场也是重要因素。VR在游戏、虚拟社交的潜力很容易就看出来。不过,在吸引了初期的玩家后,最终未必多数的消费者都有兴趣长时间戴上厚重的装置,进入一个虚拟世界里。对于AR市场的腾飞起点,知名品牌将起最重要的作用。穿戴式AR装置系统可能比智能手机更为复杂,无论是显示、光学还是运算。而另一方面,用户却未必愿意接受与高阶智能手机一样的价格。只有知名品牌才能平衡性能、技术成熟度、外形尺寸和BOM成本等因素,进而拉动整个生态体系与供应链的成长。

2022VR设备将起飞

在2016年“VR元年”之后,由于技术受限、糟糕的用户体验和缺乏生态系统等问题没有得到解决,VR赛道始终无法起飞。

而2021年,伴随着Oculus Quest 2全球热卖,重新点燃了市场对VR行业的期待,叠加科技巨头纷纷加码元宇宙,也对VR行业起到了直接的催化作用。

尽管没有明确的定义,但在许多人眼中,元宇宙是下一代互联网形态,而VR/AR则是其从概念走向现实的必经阶段。

华泰证券黄乐平等分析师在最新报告中认为,2022年对VR和元宇宙来说将是关键一年,苹果、Meta等厂商都将推出其新一代VR产品,随着内容厂商也配合开发各类游戏、社交等元宇宙服务,以及NFT和虚拟货币的火热,2022年元宇宙的生态落地有望加速。

那么,下一代Meta VR产品将经历怎样的迭代?市场盛传的苹果新品会是啥样?

Oculus quest 2成为爆款:一体机模式+性价比的最优解

让我们来先了解下Oculus Quest 2这款产品是如何成为爆款的,以此作为基础来探索下一代VR产品可能的样子。

Oculus quest 2是史上销量最大的VR硬件,这款售价仅299美元的新品在发售三个月后销量就达到了近300万台。根据高通投资者日消息,截至11月中旬,这款产品的累计总销量已超1000万台,超过上一代的5倍,占累计整体VR终端出货量的25%。

华泰证券认为,这款产品的成功,一方面要归功于“一体机”模式相较于传统需要外接主机的VR头盔在用户体验上的优势;另一方面,通过复用智能手机已经成熟的各类技术(视觉、传感、计算等),Oculus通过极致的定价策略,成为了一款充满妥协艺术的产品,实现了元宇宙初期用户对于VR产品的构想。

1)与传统需要连接主机的头盔相比,Quest系列的一体机模式尽管会加大设备的重量(电池+芯片),但也省去了用户花5000-10000元购买主机的成本,降低了用户的进入门槛。同时采用一体机方案,去除了与主机相连的连接线,也提升了用户的移动空间和使用场景。

2)在手柄的追踪方式上,Quest系列摒弃了传统的采用激光雷达的outside-in方式,因而不需要外部立一根发射接收器。转而采取基于视觉的inside-out方式,依靠头盔下部的两颗摄像头,Oculus可追踪手柄上部追踪环上24颗LED发出的光线从而定位,达到追踪手部动作的作用。

3)与Oculus quest 1相比,Oculus quest 2将芯片从骁龙835升级到XR2,提升了处理器、显示、影像和AI性能,同时将OLED屏幕换为Fast-LCD屏幕,将外观设计简化,缩减了成本。改变后产品刷新率显著提高,分辨率有所改善,眩晕问题得到极大改善,并引入手动追踪等功能,基本实现一款入门级VR产品的功能设想。

在Oculus quest 2获得成功后,其他品牌纷纷以此为样板打造自己的VR产品,并在2021年年中发布。目前此类产品普遍配备骁龙XR2芯片,采用Fast-LCD显示屏、提供4K分辨率,使用inside-out\6DoF追踪方法,价格在2000-4000元之间。

华泰证券推测Meta下一代VR升级产品将于明年推出,将引入pancake光学模组和更多传感器,以实现产品轻量化,并升级手势识别、眼动跟踪等功能;

同时预测苹果也将在2022年底推出一款高端VR方案,这款高端产品能够会重新定义VR这个产品形态;这款产品将配备Micro-OLED显示屏,复合菲涅尔透镜pancake方案,全彩影像透视、搭载更多传感器,为消费者带来全新MR(混合现实)体验。

1)显示实现方法

Meta下一代或沿用Fast LCD屏幕,与quest 2分辨率差别不大,但具有像素级控制的先进背光,可以展示和OLED一样的纯黑底色;

而苹果或使用高分辨率(8K)、高对比度、宽色域、快速响应的Micro-OLED显示屏,但随之而来的是较高的售价。

2)光学透镜

Meta Quest系列眼镜采用了一种特质的透镜——菲涅尔透镜,其相比于传统透镜有更轻更薄的优势,能够更贴近终端产品所需的小型轻薄需求。

Pancake短焦光学是公认的下一代VR升级方向,使VR头显更加轻薄。

Meta下一代VR产品或将菲涅尔透镜方案升级为Pancake方案,进一步实现轻薄化。苹果同样在探索使用三个菲涅尔透镜堆叠,形成轻薄透镜组的方案。改进光学透镜后的VR产品将实现轻薄化,头显重量或由原来的500g降低至200-300g。

3)摄像头和芯片

高通在其官网上披露,高通骁龙XR2芯片算力最多可支持7颗摄像头(2颗眼动追踪,2颗混合现实,2颗头部6DoF追踪,1 颗其他),并可以此实现MR混合现实功能。

华泰证券认为Meta下一款产品或将充分利用骁龙XR2算力,将头显摄像头数量增加到7个(2个眼动追踪,2个混合现实,2个追踪头部6DoF运动,1个ToF)。

苹果新产品或搭载更多传感器,为各类应用提供丰富数据,包括超过10个对内、对外和ToF摄像头。芯片方面,主SoC或达M1芯片算力。

4)Meta新款手柄

Meta新款VR的手柄或迎来全新升级,摄像头将取代IR LED组成的追踪环,为动作捕捉提供更多数据,体积减小,还配置了一个磁吸式底座充电器。

除此之外,震动反馈将更加精细化,与图像、声音一起打造多感态沉浸化用户体验,比如添加手指位置传感、三重触觉(主、触发、按压)反馈等。

总的来说,华泰证券认为Meta升级版产品更接近VR成熟形态,或带来原有客户换机需求和新客户数量提升,新一代Meta VR产品发售后2年间总销量或能达到3000万台。

而苹果第一代 VR能够直接定义 VR(影像透视方案MR)的成熟形态,为消费者提供高端体验,但价格较贵,产品售价预计超过2000美元,或能够达到3000美元,初期销量或在200-300万台间,后续二代产品价格或显著下降,带来更高的出货量。

文章来源:Omdia,中国电子报,华尔街见闻

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