近期带显示屏的AI智能眼镜以及轻量化AR眼镜开始快速兴起，广泛应用于娱乐、观影、翻译、教育、培训、医疗保健等众多领域。其中，近眼显示屏攸关图像质量和用户体验，占近眼显示终端（本文统称为XR终端）总成本的很大一部分，成为XR产品核心器件之一。目前主流厂商的近眼显示屏的选择主要包括LCoS、Micro OLED和Micro LED三种，LCoS因为背光原因，无法做到全暗，而且功耗比较大，业界均认为不会是未来主流的技术路径，故本文只讨论Micro OLED和Micro LED。
关于AI、AR、MR眼镜中的入眼亮度及光学方案
1、背景介绍
一个40W日光灯亮度约为 5000 尼特，人眼对进入眼睛的光线亮度（入眼亮度）非常敏感。通常人眼对于超出1800尼特入眼亮度的光源会产生疲劳感，超出3000尼特亮度入眼亮度的光源会产生不适感。对于AI+AR眼镜、MR终端而言，在绝大部分环境下，入眼亮度的需求为60尼特到1200尼特。
图1：人眼针对电子产品在不同环境下的显示亮度需求
如果没有遮挡和损耗，光源的亮度就等于入眼亮度。光源和眼睛之间如果有遮挡，比方说光学器件，入眼亮度等于光学器件的光效（假设没有其他损耗）X光源亮度。人眼在昏暗的环境下，数十尼特入眼亮度就可以看清楚画面；在室内使用电脑和手机时，一般入眼亮度是350尼特左右；在户外使用时，受环境光的影响，看清楚显示屏画面所需要的入眼亮度一般在1200尼特左右。
2、XR终端的入眼亮度 = 微显示屏亮度X 光学器件光效
无论是Micro OLED屏还是Micro LED屏，其发出的光线都需要经过光学器件的折射、反射、聚合、传导才最终进入人眼，这其中就涉及到光路的光效了。假如不考虑吸收等其他能量损失，XR眼镜的入眼亮度 = 微显示屏亮度X 光学器件光效。
3、XR终端中常见的光学方案及其光效
对于AI+XR终端产品而言，首先要考虑的就是显示屏经过光学器件之后的入眼亮度，其他关键要素包括总体重量、体积和成本。
目前主流MR、VR的光学方案是Pancake，光效在10%以上；AR一般选择Birdbath光学方案，光效在15%以上；AI或者AI+AR眼镜一般选择阵列或者衍射光波导方案。SRG工艺的衍射光波导的光效目前约0.3%左右，少数头部企业近期将这一指标提升到了1.5%~2%。阵列光波导已经实现6%-10%的光效。业界一般认为阵列光波导制造工艺复杂，量产成本相对比较高。衍射光波导结构轻薄，非常适合轻量化、便携性的消费级产品，但目前光效还很低。
Bird Bath及Pancake光学方案成本只有数十元左右的，光学器件的重量一般在每路可控制在8~13克左右，但是整体体积比较大。光波导光学器件的重量很轻，其中镜片表层上微纳米结构的光栅薄膜，几乎可以忽略其重量与体积，加上光机、耦合器也只有数克重，整体体积非常小。目前不同材料、工艺实现的光波导方案还在快速发展中，现有阵列光波导片的售价在数百元，SRG工艺的衍射光波导片的售价超过上千元。
4、AI及XR终端中光学方案对近眼显示屏的亮度需求
假设AI及XR终端在室内使用的入眼亮度为300尼特，室外使用的入眼亮度为1200尼特：
对于采用Pancake方案的MR或者VR终端，近眼显示屏的亮度要求为3000-8000尼特。
对于采用Birdbath方案的AR眼镜，近眼显示屏的亮度要求在1万尼特以上。
对于采用6%光效的阵列光波导方案的AI眼镜，近眼显示屏的亮度一般要求在2万尼特以上。
对于采用光效只有0.1%的衍射光波导方案的AI眼镜，近眼显示屏的亮度需要达到1百万尼特。很显然，在这种情况下，只有Micro LED才能满足亮度要求。但是，一旦衍射光波导的光效同样达到6%，那么可选择的光源范围就会大多了。
图2：Pancake、Birdbath和光波导的比较
Micro LED的深度解析
1、技术成熟度（Technology Readiness）
全彩Micro LED显示方案主要包括：合光、三色垂直堆叠、量子点色转换和单片直接外延。如果技术的成熟度按照1~9来划分，分为实验室（1~3）、中试（4~6）和量产（7~9）三个阶段，那么量子点色转换和单片直接外延还在实验室阶段。合光方案（通过光学棱镜将 RGB 三色 Micro LED 合成全彩显示）目前最成熟，处于6-7之间，但波长的一致性、光路控制等难题仍未解决。投资界最看好的是RGB 三色垂直堆叠方案，面临蓝光泄露、生产良率、波长一致性、工艺设备等多维度技术难题。还处在从实验室到中试的3-4阶段。
2、产品性价比分析
Micro LED的规模化生产的复杂工艺、设备投入巨大、良率低导致产品成本难以适用消费电子的需求。依据不同工艺路径和采用的材料，全彩Micro LED批量售价从2000元到数万元。目前三色合光的全彩0.13英寸、480P分辨率的Micro LED 屏，1K采购量售价超过2000元（即使单绿色售价也超过500元）。
3、成熟商业化时间（Time to Market）
尽管有一系列优点，但要实现AI+AR领域高像素密度、高分辨率Micro LED消费电子级别的规模化应用（售价在200元以内），需要突破衬底制备、芯片结构、键合工艺与全彩显示四大技术难点，重构从材料、工艺、设备到器件结构的整个LED产业生态，这一过程有可能耗时长达7-10年。据了解，苹果基于这一原因在2024年4月裁撤了整个Micro LED团队。
4、与光学器件的适配
Micro LED数十万、上百万尼特的亮度特性，在AI+AR产品中只适合适配光波导光学方案。
5、行业格局
目前推出全彩Micro LED产品并实现规模化销售的公司只有上海显耀显示科技有限公司(JBD)等个别公司，发布产品并实现客户送样的有镭昱等少数公司。
三星、京东方等巨头并未推出任何针对AI+AR的Micro LED产品。事实上，在这一赛道，全球主要巨头下注的技术路径都是Micro OLED，它们选择将Micro LED应用到电视等容易实现并对价格没有那么敏感的非消费电子场景。
Micro OLED的深度解析
1、技术成熟度（Technology Readiness）
Micro OLED正快速从上一代白光加彩膜WOLED间接发光工艺过渡到采用半导体光刻的新一代直接发光工艺。
WOLED（白光+彩膜）间接发光工艺，早已实现量产和规模化销售，技术成熟度在8-9之间。WOLED是R、G、B垂直堆叠合成白光，然后再经过彩膜折射出R、G、B。这一过程的光效损失大，限制了发光亮度。为提升亮度，需要采用Tandem架构，即多层堆叠，大幅增加了工艺的层数，工艺层数的增加又必然导致良率下降，从而导致成本大幅上升。
半导体光刻工艺的Micro OLED(简称光刻Micro OLED)在阳极成膜之后，先直接在基板上整体沉积有机材料层R或G或B，通过光刻精准实现图案化蚀刻，去除不需要的部分。此后将该过程再重复两次实现三原色的全彩图形化，开口率从WOLED的30%提升到大于70%以上。光刻Micro OLED工艺可实现像素密度超过10000 PPI, 亮度超过10000 尼特, 元件寿命达到传统白光加彩膜的三倍以上。更重要的是，光刻Micro OLED工艺的工序比WOLED减少了50%，故良率大幅提升。在10000尼特亮度以上时，以0.5“的光刻Micro OLED屏为例，良率可达80%。
日本显示在2022年5月发布了基于光刻工艺的Micro OLED产品，三星等多家公司跟进。光刻Micro OLED的量产，从材料到设备全产业链工艺成熟，没有任何瓶颈，其技术成熟度在7-8之间。
2、产品性价比分析
索尼WOLED全彩屏亮度普遍为5000尼特。据媒体报道，索尼只有用于MR场景、1.3英寸WOLED屏售价高达350美金，其他用于AR产品的0.23~0.68英寸的屏售价在数十美金左右，相比全彩Micro LED屏售价动辄数百乃至数千美金更符合消费电子产品的市场需求。
光刻OLED屏的性价比优势进一步加强：在提升亮度的同时，通过提升良率大幅度降低了成本。对于AR采用的0.5“和0.7”的2K光刻OLED屏，预计市场售价和相同尺寸的WOLED一致，但是，亮度提升数倍。对于MR所需的大于1英寸以上的屏，预计售价便宜50%以上。
AI眼镜一般采用0.15“~0.23”之间的微显示屏。0.15“720P、到0.22“ 1080P的光刻Micro OLED屏的成本約在5美金~10美金之间，亮度可达20000 甚至 25000尼特。以上尺寸全彩的光刻Micro OLED售价预计在30美金以内，不到相同尺寸全彩Micro LED售价的10%。
3、成熟商业化时间（Time to Market）
根据媒体报道，三星的光刻Micro OLED预计在2026年上半年实现大规模量产，包括苹果在内的多家行业头部厂商和三星达成合作，将在AI+AR及MR产品中采用光刻Micro OLED。国内奥视技术有限公司正在建设光刻Micro OLED的产线，预计2026年投产。三星、日本SEL 在2024年就发布了1.5万尼特、基于半导体光刻工艺的全彩Micro OLED屏，行业媒体报道6万尼特亮度的样片已经面世，单（绿）色Micro OLED可以实现10万尼特以上的亮度。
4、与光学器件的适配
从应用上看，Micro OLED可以适配Bird Bath、自由曲面、Pancake、阵列光波导、衍射光波导在内的所有光学方案。针对现有衍射光波导的光效水平，Micro OLED的亮度还有待提高。
5、行业格局
采用白光加彩膜工艺生产第一代Micro OLED的公司包括日本索尼、合肥视涯和京东方等。
采用半导体光刻工艺生产第二代Micro OLED的公司包括日本JDI (称之为eLeap)、三星（称之为Real RGB）、广州奥视（称之为POLED）、维信诺（称之为ViP）等。
Micro OLED与Micro LED在AI及XR终端的商业化现状
Meta在2024年9月发布过一款带全彩双目Micro LED屏的原型机Orin，成本高达1万美金。Meta最终带屏幕的AI眼镜产品放弃了Micro LED，改采用全彩LCoS(亮度超过1万尼特)+阵列光波导方案，预计售价为799美金。
一般而言，480P分辨率的显示屏主要用于信息提示类的AI眼镜。国内多家企业推出了带480P LED显示屏的AI眼镜。其中单绿色、单LED屏+光波导方案的AI眼镜售价超过3200元，单显示屏对部分用户容易引起晕眩。全彩Micro LED屏+衍射光波导的方案售价昂贵，单目全彩整机售价在9000元以上，双目全彩售价在13000元以上。
带摄像头的AI眼镜对显示屏的要求是至少全彩720P以上的分辨率，目前包括谷东科技在内的多家企业开始推出采用Micro OLED+阵列光波导方案的AI眼镜。
用于办公用途的AI+AR眼镜要求显示屏分辨率在1080P以上，观影类的AR眼镜要求显示屏分辨率在2K以上，MR、VR要求显示屏达到4K分辨率。Micro OLED适配多种光学器件已经成为这些AR、MR、VR眼镜中的主流显示方案。
结论
在新一代Micro OLED和衍射光波导工艺没有实现量产前，采用LCoS加阵列光波导方案的消费类AI眼镜具有明显的性价比优势。随着材料和工艺的改进，不同技术路径的衍射光波导光学方案正在快速取得突破。一旦衍射光波导的光效达到4%（业界预计这一目标在2027年达成），并实现大规模量产，具有亮度和成本优势的新一代光刻Micro OLED将和具有结构优势的衍射光波导一起成为AI+AR应用中主流的显示和光学方案。
媒体一直有Micro LED是AI+AR眼镜终极解决方案的宣传，其逻辑成立的前提是光波导光效不会取得大的进步。事实上，没有任何技术会成为终极解决方案，因为技术和市场本身在不断变化。Micro LED的数十万乃至数百万尼特超高亮度、超长寿命的优点对于消费电子来说并无必要。Micro LED未来主要的应用领域应该是大尺寸屏，以及户外、投影、工业等需要高亮度、长寿命、环境严苛的场景。
基于光刻技术的Micro OLED亮度和寿命完全满足应用需求，也不存在烧屏等问题，尺寸可以实现0.1x英寸，其他技术指标（如功耗、响应速度等）与Micro LED相当, 色彩表现等甚至更有优势。Micro OLED的性价比优势,使其完全可能重复手机OLED屏的发展态势，最终占据可穿戴消费电子产品显示屏的主流市场。
图3、 Micro LED和第二代半导体光刻技术Micro OLED的对比总结
