AR、VR等虚拟技术的发展将直接影响着元宇宙各领域的应用，比如，对于照明设计师，从概念创意到深化设计的过程中每一次和客户的沟通汇报，就可以使用元宇宙理念，把设计过程呈现在虚拟空间里，但又和现实空间完全同步一致，那就需要AR、VR等虚拟显示技术的进一步发展和成熟。
最近，一则关于苹果将于2023年1月发布MR的报道再一次炒热了市场对于AR、VR等头戴式近眼显示产品的关注度。2021年全球AR、VR等头戴式设备的出货量大约在1100万台，其中AR与VR的占比分别为1:9。但是，根据市场调研机构和头部企业的预测，未来这一占比会转换成9:1。也就是说，最终AR、MR、XR等虚拟内容与现实世界融合的产品销量要比全封闭、沉浸式的VR大很多。
随着消费电子行业大幅调低了今年电视、智能手机和电脑的出货预期，全球半导体行业似乎进入了下行周期。相反，基于AR、VR、MR、XR等头戴式终端是人类继电脑、手机之后日常使用的第三块屏这一认知，微软、苹果、脸书、谷歌等行业巨头都在积极备战近眼显示市场。预计到2030年，AR、VR、MR、XR的年销售量将达到今天智能手机的规模，相关近眼显示芯片的年出货量可能达到30亿颗。因此，近眼显示芯片成为今年投融资的风口，多个初创企业近期宣布获得了头部创投机构的投资。
事实上，我们至今仍未能在市面上看到一款令人完全满意的近眼显示芯片。未来谁能成为近眼显示芯片的赢家，目前还有很大的不确定性。近眼显示技术还在不断演进当中，很多技术难点还有待突破，那么哪一种技术路径最终有可能胜出，下面我们给出一些粗浅的分析。
一、近眼显示技术的演进：从LCOS到W OLED
早期的头戴式设备中，大部分采用的是类似LCD显示屏的LCOS的显示技术。这一技术路径的优点是产品十分成熟，最主要的缺点是功耗大，每个LCOS屏的功耗在1瓦左右，而且散热无法做到十分均匀，导致终端设备尺寸必然很大，当然还有分辨率低等其他缺陷，这些问题既影响了续航时间，也导致用户体验感差，所以基本上处于被淘汰的状况。
基于LCOS的头戴式显示终端
从2021年开始，基于白光加彩膜的OLED微显示芯片（以下简称为W OLED）开始大量被主流的终端设备厂商采用，主要的供应商索尼俨然成为行业的主导者。2021年索尼W OLED微显示芯片的销售规模接近8亿美金，市场占比远超LCOS和其它技术路径的芯片，据了解苹果即将推出的MR眼镜选定的也是索尼的W OLED芯片。
目前索尼的W OLED技术成熟，结构简单，功耗只有110毫瓦左右，亮度可以达到3000尼特。与LCOS相比，优势十分明显，基本上满足了VR的亮度和功耗需求。随着市场对于近眼显示产品的看好，京东方、视涯等纷纷开始投资建厂，进入W OLED微显示芯片市场。
基于W
OLED的VR终端
基于W
OLED带遮阳板的AR终端
但是，现有的W OLED微显示芯片仍然没有达到整机厂商完全满意的程度，特别是不满足AR、MR应用对亮度的要求。首先，白光加彩膜折射出RGB三色的技术路径会导致发光亮度损失2/3。通常MR的亮度需求在5000尼特左右，AR因为需要考虑室外使用的场景，亮度要求在8000-1万尼特。目前索尼的亮度指标只能做到3000尼特，而国内其他厂商亮度指标更低。
在这种情况下，AR眼镜需要配置遮阳板，导致了现实世界的目标看不清楚，影响了用户体验。另外一个缺陷就是，寿命和稳定性不够。例如，在峰值亮度情况下，一般W OLED的寿命只有100小时左右。最后，W OLED微显示芯片售价十分昂贵，基本上占到了整机成本的1/3。
二、Micro LED的困境：短期无法解决巨量转移、色彩密度等问题
与全球大部分终端厂家转向W OLED相比，国内有少数AR开发商开始采用基于特殊发光衬底材料的Micro LED微显示芯片，甚至有Micro LED供应商称之为AR的终极解决方案。Micro LED的确可以解决AR眼镜中现有W OLED亮度不够高和寿命不够长的问题，比方说，国内有的Micro LED芯片企业甚至可以将发光亮度做到杀伤性武器级别的300万尼特的水准。
但是，这些高亮度Micro LED微显示芯片只能实现单色发光，在变换成RGB全彩色发光过程中，加大了功耗损失。如果要实现Micro LED的RGB三色独立发光，在高密度的情况下，短时间内无法解决巨量转移的问题（设备和工艺挑战的难度太大）。
在目前技术条件下，8000-1万尼特的Micro LED微显示芯片（单色混合成彩色）的功耗至少在600毫瓦以上，像素密度只能达到2000PPI。而AR、MR、XR、VR(并不需要高亮度)的像素密度需求至少在4000PPI以上，未来甚至要求达到1万PPI以上，才能实现4K-8K的显示效果。很显然，与已实现RGB全彩色发光、具有高密度、低功耗优势的W OLED技术相比，Micro LED要达到被主流头戴设备终端厂商接受的程度，还有很漫长的道路要走。
三、新一代显示技术：采用半导体光刻技术的OLED
2022年5月，日本显示（Japan
Display，简称JDI）发布了基于半导体光刻的全新OLED技术路径eLEAP，并称之为“显示技术的历史性突破” 。与索尼采用的白光加彩膜的W OLED相比，eLEAP技术生产的OLED显示器的开口率（透光区域与全部区域的比例）可以达到60%，而现有的W OLED产品的开口率约为28%。
这意味着可以在较低电流下驱动OLED显示器，从而延长其使用寿命、提高效率并在需要时实现更高的峰值亮度。事实上，该技术路径（Photolithography, 以下简称为P OLED）最初由欧洲的IMEC研究院提出，并于2017年就公开发布了相关研究报告。
JDI发布的W OLED的开口率与P OLED开口率的比较
不光是日本显示（JDI），韩国三星和国内的元禾（广州）半导体等企业都在沿着IMEC提出的这一技术路径开发相关产品。这一技术的特点是将半导体光刻工艺制程用于显示芯片生产过程中，将OLED发光材料刻制到CMOS基板上。由于P OLED是RGB直接独立发光，所以亮度大幅提升，而且功耗只有W OLED的1/3-1/2。以0.49英寸的为显示芯片而言，发光亮度可以达到1万尼特以上，而功耗在50毫瓦左右。
最关键的是，提升P OLED发光体的密度对半导体光刻技术而言完全不是问题，可以轻松实现2微米（Micro LED只能实现4-7微米）以下的像素尺寸，像素密度可以达到1万PPI以上（目前手机的显示屏的密度只有600PPI）。也就是说基于半导体光刻技术的P OLED微显示芯片可以实现4K-8K、甚至更高的分辨率。有效解决了现行白光加彩膜的W OLED微显示芯片亮度低、功耗高、寿命短、价格昂贵等痛点。
很显然，如同JDI指出的，这种半导体光刻P OLED技术与传统的LCOS、白光加彩膜的W OLED和Micro
LED相比是新一代的显示技术。由于中国公司很早参与了IMEC的技术路径研究，所以这一技术中国和国外知名企业处于同一起跑线上，甚至有可能规模化量产的速度要比国外更快。
四、透明直显：未来的AR、VR近眼显示技术的主赛道
目前，无论是Micro LED、W OLED还是P
OLED都采用了硅基，所以成本依然很高，而且不可能做到透明。在AR应用中，显示芯片放置于边框上时必然存在视线遮挡的问题（放置于镜框侧面会带来视场角小、光效率低、厚度大等一系列问题），影响了用户体验。在VR应用中，由于需要大尺寸硅基，即使是12英寸的晶圆，最终切割出来的芯片数量也有限，所以无法克服硅基带来的昂贵成本的瓶颈。
硅基显示屏必然导致AR眼镜的视线遮挡
任何技术都会被超越，各领风骚数载而已，不存在一种”终极解决方案“。即使是JDI等推出的最新一代的P OLED也有持续改进的地方。比方说，将现有的OLED材料改良成透明的发光材料，将CMOS基板换成透明的玻璃基板（这一技术称之为Transparent OLED，以下简称为T OLED）。此外，先进的半导体光刻工艺制程不仅用于显示芯片上，还可以用在微阵列透镜制作过程中。
如果采用基于透明的发光材料和透明基板的T OLED技术，并与微阵列透镜一起组成透明直显的光学模组，这样设计出的AR、VR眼镜具有多重优势。比方说，在VR、MR应用中可以享受大尺寸微显示屏带来的视觉盛宴；而在AR、XR应用中，可以消除视线遮挡，获得视觉效果更佳的用户体验感。
未来透明直显AR眼镜的示意图
未来元宇宙的每一次技术发展和应用，都会引领包括照明设计行业在内的新颖体验，并进一步推动元宇宙的整体前行。
文章来源：视觉之光设计教育平台
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