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AR设备也分理想和现实
虽然许多AR设备都有扩增实境(AR)功能,但如同苹果Vision Pro一样,最终外貌并非库克理想中的样子。了解开发过程的知情人士透露,这款产品其实远远偏离库克最初设想,苹果当初想设计不显眼且能每天配戴的设备,但现在变成类似滑雪镜,且需要单独的电池组。事实上,从目前技术来看,要实现真正理想中的AR产品,可能时日过早。目前AR功能产品严格来说大都采用影像透视(Video See-Through,VST)技术,即相机捕捉真实世界场景,再透过运算、电脑图像技术结合,呈现于不透明显示器上。理想上是光学透视(Optical See-Through,OST)技术,用户透过眼前的半透明光学合成器看到真实世界,搭配投影投射到用户眼睛,结合真实世界和虚拟世界。研调机构TrendForce透露,理想中的穿透式智慧眼镜必须符合三大条件:首先,为了尽可能减轻眼镜的穿戴负担,显示光引擎(又称“光机”,Light Engine)尺寸大小约在1吋以下;其次是内容辨识度要求方面,显示器亮度规格至少要达到4,000 nits 以上,确保不受天气或场地等外在环境影响;最后是解析度至少须达3,000 PPI 以上,让投影放大画面清晰。业界人士表示,穿透式AR眼镜主要场景可能是户外与行进中,必须考量一般户外天气甚至晴天的亮度,加上目前光波导(Waveguide)镜片效率很低,约介于0.1-1%,光损失非常大,所以需要很强的光来通过光波导镜片,才能显示在显示器上。一般来说,AR显示器亮度必须超过100万、甚至1,000万nits才行。AR眼镜的主流显示技术可分为被动式微显示技术、主动式微显示技术及扫描显示技术。被动式微显示技术包括LCD、LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶)和DLP(Digital Light Processing)技术(表格左3项),须以RGB LED或RGB激光作为光源,目前技术较成熟,缺点是光引擎尺寸(Light Engine Size)较其他技术大。主动式微显示技术包括Micro OLED和Micro LED(表格右2 项),Micro OLED拥有自发光等特性,但易受限于亮度问题;Micro LED在对比度、寿命、省电等规格表现上优于Micro OLED,但因为RGB整合难度大,应用在AR眼镜仍有许多挑战。扫描显示技术(Laser Beam Scanning,LBS)使用RGB激光作为光源,搭配MEMS进行扫描成像,但可能导致散斑现象。介绍完所有主流显示技术后,我们接着会以Micro OLED、Micro LED、LCOS和LBS这四种技术进行优劣分析:1. Micro OLED:适合发展VR/MR 设备,亮度是硬伤苹果Vision Pro采用Micro OLED技术,但因有机材料发光特性,亮度表现上仍输给Micro LED、LBS、LCOS和DLP(Digital Light Processing)。即使Micro OLED厂商持续提升亮度,如透过不同光层来发光、调整Pattern、采用磷光材料等方式,但调高亮度的同时仍使有机材料寿命减少,可说是天生硬伤。而在亮度表现上,则以LBS、Micro LED表现最好。Micro OLED技术仍以SONY为主要供应商,由于投入时间较长,更具技术优势,但据最新消息,韩厂LGD(LG Display)已加入苹果Vision Pro Micro OLED供应链,打破SONY独供局面,这有助增加苹果Vision Pro产量、使成本下滑。2. Micro LED:AR 应用最具竞争优势,但技术仍有一段路需克服不管是PPI、亮度、对比度、光引擎尺寸,Micro LED皆拿下五颗星,但技术成熟度是一大问题。Micro LED AR眼镜因全彩化技术瓶颈,目前仍以单色显示为主,主要是信息提示、导航、翻译以及提词器等基本的显示信息功能。此外,高解析度势必需要进行芯片微缩,Micro LED尺寸需要缩小至5μm,这时磊晶制程会因波长均匀性问题而影响良率,同时也会出现红光芯片的外部量子效率(EQE)问题。但中长期来看,Micro LED仍是绝佳选择。3. LCOS:技术成熟但高功耗、低对比度限制发展LCOS是AR终端常用的显示技术,成本低、色域广,由于是反射式技术,光利用率可提高至40%,即产生较高的亮度,并随着半导体制程的微细化,逐步提高解析度;缺点是对比度低,且通常必须搭配“偏振分光器”(Polarizing Beam Splitter,PBS),限制了整体光引擎的小型化过程。4. LBS:光引擎尺寸微缩媲美Micro LED,但技术一样未成熟LBS技术原理是以RGB激光作为光源,经由光学元件校准以及合束后搭配搭配MEMS进行扫描成像,耦合进入光波导。光波导如同一般眼镜的镜片,影像会在光波导里面传递,然后最终投射进使用者的眼睛。LBS优势包括亮度高、低功耗、色纯度高、高对比等,但雷射可能导致光斑(Speckle)现象。目前欧司朗(Ams OSRAM)开发一款适用于LBS技术的RGB整合式激光搭配MEMS方案,可将整个光引擎体积缩小到1cc以下,有助于消费类AR眼镜开发。根据欧司朗系统方案工程经理的说法,基于ams OSRAM的三合一RGB激光(VEGALAS RGB)设计的光引擎可将尺寸进一步缩小至0.7cc。值得注意的是,由于这颗激光尚未整合光束整形光学,所以光束校准和合束需要在封装外实现。03
AR眼镜技术关键瓶颈:光引擎尺寸
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