蘋果推出期盼已久的MR設備“Vision Pro”,讓大家對于AR設備的想像和應用更清晰,從官方照看,Vision Pro外型雖不像VR設備笨重,但距離理想中的AR眼鏡仍有一段路。
蘋果Vision Pro采用Micro OLED技術,透過外側屏幕能顯示出表情狀況,業界也期待隨著AR 技術繼續發展,能從Micro OLED過渡到同樣身為次世代顯示技術的Micro LED,使AR設備實現輕薄化、眼鏡化
自2021年到現在,全世界已有超過10個品牌廠商推出Micro LED穿透式AR智慧眼鏡概念機。TrendForce預估,至2026年Micro LED穿透式AR智慧眼鏡芯片產值約為3,830萬美元,2023~2026年Micro LED芯片的年復合成長率約704%。
雖然許多AR設備都有擴增實境(AR)功能,但如同蘋果Vision Pro一樣,最終外貌并非庫克理想中的樣子。了解開發過程的知情人士透露,這款產品其實遠遠偏離庫克最初設想,蘋果當初想設計不顯眼且能每天配戴的設備,但現在變成類似滑雪鏡,且需要單獨的電池組。
目前AR功能產品嚴格來說大都采用影像透視(Video See-Through,VST)技術,即相機捕捉真實世界場景,再透過運算、電腦圖像技術結合,呈現于不透明顯示器上。
理想上是光學透視(Optical See-Through,OST)技術,用戶透過眼前的半透明光學合成器看到真實世界,搭配投影投射到用戶眼睛,結合真實世界和虛擬世界。
研調機構TrendForce透露,理想中的穿透式智慧眼鏡必須符合三大條件:首先,為了盡可能減輕眼鏡的穿戴負擔,顯示光引擎(又稱“光機”,Light Engine)尺寸大小約在1吋以下;其次是內容辨識度要求方面,顯示器亮度規格至少要達到4,000 nits 以上,確保不受天氣或場地等外在環境影響;最后是解析度至少須達3,000 PPI 以上,讓投影放大畫面清晰。
業界人士表示,穿透式AR眼鏡主要場景可能是戶外與行進中,必須考量一般戶外天氣甚至晴天的亮度,加上目前光波導(Waveguide)鏡片效率很低,約介于0.1-1%,光損失非常大,所以需要很強的光來通過光波導鏡片,才能顯示在顯示器上。一般來說,AR顯示器亮度必須超過100萬、甚至1,000萬nits才行。
被動式微顯示技術包括LCD、LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶)和DLP(Digital Light Processing)技術(表格左3項),須以RGB LED或RGB激光作為光源,目前技術較成熟,缺點是光引擎尺寸(Light Engine Size)較其他技術大。
主動式微顯示技術包括Micro OLED和Micro LED(表格右2 項),Micro OLED擁有自發光等特性,但易受限于亮度問題;Micro LED在對比度、壽命、省電等規格表現上優于Micro OLED,但因為RGB整合難度大,應用在AR眼鏡仍有許多挑戰。
蘋果Vision Pro采用Micro OLED技術,但因有機材料發光特性,亮度表現上仍輸給Micro LED、LBS、LCOS和DLP(Digital Light Processing)。
即使Micro OLED廠商持續提升亮度,如透過不同光層來發光、調整Pattern、采用磷光材料等方式,但調高亮度的同時仍使有機材料壽命減少,可說是天生硬傷。而在亮度表現上,則以LBS、Micro LED表現最好。
Micro OLED技術仍以SONY為主要供應商,由于投入時間較長,更具技術優勢,但據最新消息,韓廠LGD(LG Display)已加入蘋果Vision Pro Micro OLED供應鏈,打破SONY獨供局面,這有助增加蘋果Vision Pro產量、使成本下滑。
不管是PPI、亮度、對比度、光引擎尺寸,Micro LED皆拿下五顆星,但技術成熟度是一大問題。Micro LED AR眼鏡因全彩化技術瓶頸,目前仍以單色顯示為主,主要是信息提示、導航、翻譯以及提詞器等基本的顯示信息功能。
此外,高解析度勢必需要進行芯片微縮,Micro LED尺寸需要縮小至5μm,這時磊晶制程會因波長均勻性問題而影響良率,同時也會出現紅光芯片的外部量子效率(EQE)問題。但中長期來看,Micro LED仍是絕佳選擇。
LCOS是AR終端常用的顯示技術,成本低、色域廣,由于是反射式技術,光利用率可提高至40%,即產生較高的亮度,并隨著半導體制程的微細化,逐步提高解析度;缺點是對比度低,且通常必須搭配“偏振分光器”(Polarizing Beam Splitter,PBS),限制了整體光引擎的小型化過程。
LBS技術原理是以RGB激光作為光源,經由光學元件校準以及合束后搭配搭配MEMS進行掃描成像,耦合進入光波導。光波導如同一般眼鏡的鏡片,影像會在光波導里面傳遞,然后最終投射進使用者的眼睛。
LBS優勢包括亮度高、低功耗、色純度高、高對比等,但雷射可能導致光斑(Speckle)現象。目前歐司朗(Ams OSRAM)開發一款適用于LBS技術的RGB整合式激光搭配MEMS方案,可將整個光引擎體積縮小到1cc以下,有助于消費類AR眼鏡開發。
根據歐司朗系統方案工程經理的說法,基于ams OSRAM的三合一RGB激光(VEGALAS RGB)設計的光引擎可將尺寸進一步縮小至0.7cc。值得注意的是,由于這顆激光尚未整合光束整形光學,所以光束校準和合束需要在封裝外實現。
JBD首席運營官徐慧文曾說過,要實現AR眼鏡輕量化,最關鍵的是光引擎尺寸,“光引擎尺寸達1cc,才能使眼鏡變成接近正常眼鏡的型態”,而光引擎尺寸必須小于1cc,也成為業界共識。全彩光引擎若能達到小于1cc這個目標,目前只有LBS、Micro OLED與Micro LED這三種技術有機會達成。
其中,Micro LED在像素尺寸、發光效率、亮度等特性,都比Micro OLED還好,規格看是最適合AR眼鏡的應用,也是光引擎的首選;但現狀只能是單一綠光顏色,Micro OLED則可以到全彩,在AR/VR設備中較占優勢。