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AR行业深度研究报告:光学及显示方案逐步迭代,软硬件协同发展驱动消费级AR眼镜渗透

电子设备2024-09-29耿琛、岳阳、高远华创证券B***
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AR行业深度研究报告:光学及显示方案逐步迭代,软硬件协同发展驱动消费级AR眼镜渗透

价格下降&使用体验提升&丰富生态,AR设备增长可期。AR(Augmented Reality,增强现实)基于传感器、计算机视觉等技术将虚拟信息数据叠加至现实世界,通过手机、头戴式设备等终端呈现并被用户感知,主要通过光学透视(OST)提供真实视觉效果。从产品形态来看,近眼式AR眼镜为主要发展方向,其中一体式AR布局趋势初步可见,或将替代分体式AR头显取得主导地位。近年来,AR设备售价逐步下滑,此外佩戴体感得到显著提升,入局厂商增加也驱动内容端得到快速发展,有望加强AR的头显终局预期。 光学及显示方案逐步迭代,光波导&微显示提供卓越视觉效果。AR终端设备光学显示系统由光学元件和显示屏组成。光学方案方面,由于性价比高且量产性强,Birdbath为目前主流方案,然而仍存在低透光率和图像畸变等问题。相较之下,光波导方案有效解决了视场角和体积的矛盾,且透光率高,是目前性能最好的AR光学方案。光波导方案中可以进一步细分为阵列光波导和衍射光波导两种主流方案,其中阵列光波导成像效果极佳,但是良率低且成本高;衍射光波导量产性和良率更优,但模板设计难度大且色散问题有待攻克,目前光波导方案中尚未确定最终路线,仍需进一步技术迭代。显示方案方面,LCD和LCoS为成熟方案,但均面临对比度低和能耗高的问题。Micro OLED和Micro LED均为自发光显示技术,不需要背光模组,可以做得更轻更薄,且其显示效果和分辨率更优。然而Micro OLED使用有机材料,其使用寿命短(数千小时),还可能会出现烧屏现象。MicroLED实现了每个像素的独立发光,是效果最佳的显示方案。 内容端与硬件端协同发展,AR有望在消费级市场大规模落地。AR市场应用由B端引领早期发展,2022年开始C端出货量已超过B端。长期来看,随着技术不断迭代,B端将愈发走向专业化,C端场景或将进一步细分,AR市场的快速增长和规模上量仍将依赖于C端市场的推动与爆发。相较于C端应用,B端客户更关注产品是否能满足提高效率的核心需求,对重量、佩戴体验、内容生态和价格并不敏感,而C端市场的拓展需要依赖于多方面的迭代和升级。 从内容端来看,硬件产品的市场发展潜力需要通过内容体现,Meta推出开源操作系统Meta Horizon OS,有望丰富内容生态;此外接入AI不仅可以增加AR设备的交互能力,还能通过AI大幅降低内容创作成本。近期,头部厂商已积极布局“AI+AR”,纷纷推出融合AI技术的AR眼镜,或将大幅提高使用体验。从硬件端来看,近年来AR设备整机重量不断下降,佩戴舒适度及外观设计亦在不断提升,其光学及显示效果仍在加速迭代进程,提供卓越使用体验。此外在售价方面,随着AR设备的普及,终端厂商逐步下调售价,有望加速渗透C端市场。 行业投资评级与投资策略:相比于VR和MR,AR眼镜与现实交互性更强且重量更轻,更适用于日常长时间佩戴。目前AR市场的发展主要依赖于C端的进一步渗透,内容端和硬件端协同发展,此外终端售价逐步下探,AR有望在消费级市场大规模落地。建议关注AR产业链相关标的:歌尔股份、立讯精密、东山精密、水晶光电、创维数字、豪鹏科技、德赛电池、紫建电子、珠海冠宇、瑞声科技、龙旗科技、长盈精密、领益智造、中石科技、华勤技术、舜宇光学科技、蓝特光学、恒玄科技、佳禾智能、天键股份、亿道信息、博士眼镜。 风险提示:产品渗透不及预期、消费电子需求不及预期 投资主题 报告亮点 全面论述AR行业发展情况及未来趋势。本报告主要分为四部分:第一部分是分析AR眼镜的发展情况以及价格下探、体验增强和内容生态对其的催化作用。第二部分探讨了AR眼镜最为核心的光学和显示部分的技术发展情况,光学及显示技术的迭代和体验的优化是驱动AR眼镜渗透的关键因素。第三部分探讨了在内容端和硬件端的双重推动下,AR眼镜如何能够在C端大规模渗透,从而引领AR市场的快速发展和增长。 投资逻辑 价格下降&使用体验提升&丰富生态,AR设备增长可期。AR(Augmented Reality,增强现实)基于传感器、计算机视觉等技术将虚拟信息数据叠加至现实世界,相比于VR和MR,AR眼镜与现实交互性更强且重量更轻,更适用于日常长时间佩戴。近年来,AR设备售价逐步下滑,此外佩戴体感得到显著提升,入局厂商增加也驱动内容端得到快速发展,有望加强AR的头显终局预期。 光学及显示方案逐步迭代,光波导&微显示提供卓越视觉效果。AR终端设备光学显示系统由光学元件和显示屏组成。光学方案方面,Birdbath为目前渗透最广的AR光学方案,然而其仍存在低透光率和图像畸变等问题。光波导方案有效解决了视场角和体积的矛盾,且透光率高,是目前性能最好的AR光学方案。光波导方案可以进一步细分为阵列光波导和衍射光波导两种主流方案,这两种方案各有优劣,尚未确定最终路线,仍需进一步技术迭代。显示方案方面,LCD和LCoS均面临对比度低和能耗高的问题。Micro OLED和Micro LED均为自发光显示技术,不需要背光模组,可以做得更轻更薄,且其显示效果和分辨率更优。 内容端与硬件端协同发展,AR有望在消费级市场大规模落地。随着技术不断迭代,AR的B端应用将愈发走向专业化,C端场景或将进一步细分,AR市场的快速增长仍将依赖于C端市场的推动与爆发。从内容端来看,硬件产品的市场发展潜力需要通过内容体现,Meta推出开源操作系统Meta Horizon OS,有望丰富内容生态;此外接入AI不仅可以增加AR设备的交互能力,还能通过AI大幅降低内容创作成本。近期,头部厂商已积极布局“AI+AR”,纷纷推出融合AI技术的AR眼镜,或将大幅提高使用体验。从硬件端来看,近年来AR设备整机重量不断下降,佩戴舒适度及外观设计亦在不断提升,其光学及显示效果仍在加速迭代进程,提供卓越使用体验。此外在售价方面,随着AR设备的普及,终端厂商逐步下调售价,有望加速渗透C端市场。 投资建议 相比于VR和MR,AR眼镜与现实交互性更强且重量更轻,更适用于日常长时间佩戴。目前AR市场的发展主要依赖于C端的进一步渗透,内容端和硬件端协同发展,此外终端售价逐步下探,AR有望在消费级市场大规模落地。 建议关注AR产业链相关标的:歌尔股份、立讯精密、东山精密、水晶光电、创维数字、豪鹏科技、德赛电池、紫建电子、珠海冠宇、瑞声科技、龙旗科技、长盈精密、领益智造、中石科技、华勤技术、舜宇光学科技、蓝特光学、恒玄科技、佳禾智能、天键股份、亿道信息、博士眼镜。 一、AR:虚实相生,加速切入消费市场有望带动行业打开高增上行空间 (一)AR下游应用广泛,产业链各环节快速发展完善 AR、VR与MR,虚拟与现实的不同融合层次。从概念理解来看,AR即增强现实(Augmented Reality),可基于传感器、计算机视觉等技术将虚拟信息数据叠加至现实世界,通过手机、头戴式设备等终端呈现并被用户感知。与AR类似,VR、MR也向用户提供虚拟体验服务,但三者的虚拟化程度不同。VR创建了可使用户以多个自由度实现沉浸式交互的三维数字环境,虚拟化程度最高。MR将客观存在的物理对象与计算机生成的虚拟对象合并显示且允许实时交互,可理解为“现实世界+虚拟世界+数字化信息”,虚拟化程度介于VR和AR之间。从透视方案选用来看,AR主要采用光学透视(OST),VR主要采用视频透视(VST)。光学透视为日常消费级AR提供更为真实的视觉效果,设备相对轻薄、省电,涉及的硬件显示技术包括光波导技术、轻量光机引擎技术以及微显示屏技术,在光路设计和设备量产等方面具有较高技术要求。 图表1 AR/VR/MR虚拟化程度示意图 AR采用OST技术提供真实光学透视,移动场景应用前景广阔。从透视方案选用来看,AR主要采用光学透视(OST),VR主要采用视频透视(VST)。光学透视为日常消费级AR提供更为真实的视觉效果,设备相对轻薄、省电,涉及的硬件显示技术包括光波导技术、轻量光机引擎技术以及微显示屏技术,在光路设计和设备量产等方面具有较高技术要求。 图表2光学透视(OST)和视频透视(VST)原理示意图 AR产业发展历程可分为四个时期,分别是概念期、热潮期、冷静期以及复苏期。1)概念期:1992年波音公司研究员T.P.Caudell在一篇关于提升飞机组装效率的论文中首次提出“Augmented Reality”一词,文中探讨了头戴式AR设备在工业场景中的应用。1999年AR开源框架ARToolKit发布,AR技术自此不再局限于专业研究机构而逐步走进大众视野。2)热潮期:2012年Google Glass问世,市场期望与投资热度达到高点,全球巨头及初创厂商纷纷布局入场。3)冷静期:由于软硬件技术、应用生态搭建等瓶颈尚未取得突破,市场热度与资本输入难以持续,行业处于低谷状态。头部厂商苦练内功,推进软件硬件迭代。4)复苏增长期:2019年起Rokid、XREAL、Magic Leap、雷鸟等陆续推出新品,硬件生态不断完善,产业链各环节商业模式逐渐成熟。伴随技术积累与AI、5G等场景推广,AR产业有望迎来更加广阔的增长空间。 图表3 AR产业发展历程 AR显示设备可分为固定式、手持式和近眼式,其中近眼式为主要发展方向。1)固定式AR:一般无需承接移动场景的应用需求,通常需搭载尺寸较大的显示屏或额外的投影设备,目前尚未被消费市场广泛接受。2)手持式AR:以智能手机、平板等手持移动设备的屏幕为显示单元,借助终端自有的运算处理、图像输入等功能进行虚拟信息处理并与现实场景叠加。手持式AR便于利用当下的用户认知习惯和技术基础,但从长期来看,对交互体验和AR原生生态构建均会形成一定限制。3)近眼式AR:主要指AR头显设备,基于OST等技术反射虚拟图像并透射外界光线以提供虚实融合的视觉体验。近眼式AR在固定和手持终端之外开辟广阔想象空间,巨幕观感与创新交互方式将带来更新颖、强烈的感官体验,其中以眼镜为典型的可穿戴形态是国内外AR硬件厂商目前重点关注的研发方向。 图表4三类AR显示设备示例图 根据产品形态,近眼式AR整机可以进一步分为分体式和一体式两种。分体式AR将处理器、电池、按键等与眼镜本体分离,使用时需通过线缆与智能手机、电脑等外部设备连接或借助主机盒子无线投屏。此类设计将计算任务外迁,可支持复杂度较高的应用,亦能借势利用现有的经典内容生态和交互方式。一体式AR眼镜内部集成算力、显示等组件单元,更高的独立性、便携性要求在有限的体积重量内对计算性能、显示效果、热管理和功耗续航进行兼顾或取舍。 图表5分体式/一体式AR眼镜示意图 一体式AR布局趋势初步可见,或将替代分体式AR头显取得主导地位。IDC数据显示,2023年中国分体式AR出货量占比约88%,AR头显目前以分体式方案为主。一体式AR仍需经历硬件方案研发部署、内容生态逐步开发与产业链结构布局渐趋完善的过程,其相较于分体式AR更接近空间计算平台的定义,在AR原生内容生态开发、人机交互传感创新等方面具有广阔探索空间。伴随光波导技术进步及AR芯片发布,一体式AR有望迎来更多布局和迭代,不断增强移动场景下的屏幕体验,解锁全天候无感佩戴体验,以轻量级产品瞄准消费市场需求,巩固并扩大上行空间。 图表6 2022年中国分体式/一体式AR出货量及消费市场出货占比 AR头显的硬件形态和技术路径多样并存,轻量级全彩产品瞄准C端市场布局新一轮增长点。从近年发布的主流AR设备参数来看,国内外厂商在稳步提升产品配置与性能的同时将产品重量约束在较低水平。国内品牌寻求C端落地的趋势相对更为明显,产品升级与价格下探两方面共同发力筑起性价比优势,加码轻量全彩AR头显以期加速C端市场渗透普及。从具体光显技术来看,Birdbath + Micro OLED是常用的解决方案之一,已具备较为成熟的规模量产能力。2024年1月,雷鸟X2 Lite采用Micro LED+衍射光波导光显方案实现双目全彩显示,搭载骁龙AR1 Gen1芯片并加入大模型语音助手Rayneo AI以解锁AI+AR新体验。AR产品在场景定义创新和技术路径探索方面的