碳化硅SiC行业深度：打开AR眼镜新应用场景，半绝缘型碳化硅衬底片放量在即

证券分析师：周尔双执业证书编号：S0600515110002联系邮箱：zhoues@dwzq.com.cn 证券分析师：李文意执业证书编号：S0600122080043联系邮箱：liwenyi@dwzq.com.cn ⚫AR眼镜是AI应用的完美载体，可以结合虚拟和现实。AR眼镜（增强现实眼镜）是一种将虚拟信息叠加到现实世界中的智能穿戴设备，核心在于虚拟信息与现实世界的完美融合。2024年全球AR眼镜出货量达到55.3万副，同比+7.8%，其中中国2024年出货28.6万副。光学显示系统为AR眼镜的核心。光学显示系统由光学组合器和微显示屏组成。光学显示系统是整个AR眼镜的核心部件，也是价值量最大的部件，约占整个AR眼镜成本的40%+。 ⚫表面浮雕光栅波导方案是AR眼镜光学显示系统的未来主流趋势。表面浮雕光栅波导相对制造成本可控、工艺成熟，光学性能优秀。尽管存在色散和彩虹纹问题，但可以将衬底更换为SiC来解决。结合技术水平和量产难度，表面浮雕光栅波导是最现实也最有前景的量产方案。目前即将推出的主流AR眼镜均采用该方案。 ⚫碳化硅材料具备高折射率、高热导性，成为AR眼镜镜片的理想基底材料。基底材料的折射率越高，AR镜片的FOV就更大，单层SiC镜片即可实现80度以上FOV，可以提供更轻薄的尺寸和更大更清晰的视觉效果。高折射率同样可以有效解决光波导结构中的彩虹纹和色散问题。高导热性则有效提升了AR眼镜的散热能力和性能表现。同时，SiC材料的高硬度和热稳定性亦支持刻蚀工艺的引入，有效提升产能和良率。 ⚫SiC+SRG光波导+刻蚀工艺是AR眼镜取得重大进展的技术基础。高折射率、高热导性的碳化硅材料和表面浮雕光栅波导有效的提升了AR眼镜的FOV，解决了原先存在的彩虹纹和色散、光损现象，同时实现了轻薄化设计和较好的被动散热能力。碳化硅衬底、表面浮雕光栅波导的发展、刻蚀工艺的突破，正是未来AR眼镜加速在消费市场产品完善和批量出货的技术基础。 ⚫AR眼镜镜片需要半绝缘型碳化硅衬底片，大尺寸衬底片成为降本关键。大尺寸衬底片可以大幅降低切削损耗进而降低镜片材料成本。突破12寸衬底片量产工艺，才能实现碳化硅基底成本下降，带动AR眼镜进入大众消费级市场。我们预计若未来AR眼镜出货量1亿台时，所需12寸碳化硅衬底约1000万片+。 ⚫投资建议：重点推荐晶盛机电、天岳先进。 ⚫风险提示：下游需求不及预期，技术研发不及预期。 AR眼镜是AI应用的完美载体，可以结合虚拟和现实1 光波导结构：表面浮雕光栅波导为主流方案2 碳化硅材料：高折射率与高热导性成为最理想AR镜片材料3 光波导制造：配合碳化硅引入刻蚀工艺，实现批量稳定生产4 56半绝缘型碳化硅衬底片：12寸为未来突破方向 投资建议 风险提示 1.1 AR眼镜能够实现虚拟信息与现实世界的完美融合 ⚫AR眼镜（增强现实眼镜）是一种将虚拟信息叠加到现实世界中的智能穿戴设备，核心在于虚拟信息与现实世界的完美融合。与VR眼镜（虚拟现实眼镜）相比，主要区别在于AR眼镜通过光学显示技术，将数字内容（如图像、视频、3D模型等）叠加到现实世界中，与现实环境融合，为用户提供增强现实的体验。而VR眼镜则是通过在完全封闭式的显示屏幕，使用户完全沉浸于虚拟环境中，无法看到现实世界。 ⚫AR+AI智能眼镜：依据硬件配置以及是否整合AR显示技术，AI眼镜可以细分为音频AI智能眼镜、拍照AI智能眼镜以及AI+AR智能眼镜三类。音频AI智能眼镜是AI智能眼镜的基础形态，仅仅是普通眼镜+蓝牙耳机+AI大模型；拍照AI智能眼镜在音频AI智能眼镜的基础上集成了摄像头，可以用于拍照、文字识别等；AI+AR智能眼镜在拍照AI智能眼镜的基础上进一步融合了AR显示功能，使得AI大模型能够结合环境数据通过AR提供实时推送与交互，如导航路径叠加、物体识别标注等，真正实现了智能化的虚拟与现实交互，成为AR眼镜的理想形态。 1.2 2024年全球AR眼镜出货达55.3万副，中国厂商占据近八成市场 ⚫2024年全球AR眼镜出货量达到55.3万副，同比+7.8%，其中中国2024年出货28.6万副。2024年中国AR眼镜市场迎来发展高峰，更多品牌新品进入市场，并且AR眼镜在便携性、轻量化、功能性、技术性等方面均有显著提升，更好地满足了消费者需求，预计到2028年出货有望突破295万副。 ⚫AR眼镜的产业化趋势可参考可穿戴设备。自2020年可穿戴设备放量以来，其出货量在2023年已稳定至5.4亿台。期间，智能手机出货量为11.7亿台，随着AR眼镜的功能逐渐达到可穿戴设备（如智能手表）的水平，凭借其佩戴便捷性及社交属性，AR眼镜的产业化趋势可参考可穿戴设备。 1.2 2024年全球AR眼镜出货达55.3万副，中国厂商占据近八成市场 ⚫中国企业占据全球AR眼镜近八成市场。2023年全球AR市场份额前五位分别是Xreal、Rokid、雷鸟、INMO、Magic Leap，市场份额分别为45%、14%、13%、6%、4%，其中前四位均为国内品牌，共占据市场份额约78%；2023年中国AR市场份额前五位分别是Xreal、雷鸟、Rokid、影目、华为，市场份额分别为32%、23%、18%、12%、5%。 数据来源：艾瑞咨询，东吴证券研究所 1.3 AR眼镜的核心在于光学显示系统中的光学组合器 ⚫AR眼镜包括光学显示系统、计算处理系统、信息采集系统与传感器、电池与散热模组等。 ⚫光学显示系统为AR眼镜的核心。光学显示系统由光学组合器和微显示屏组成。光学显示系统是整个AR眼镜的核心部件，也是价值量最大的部件，约占整个AR眼镜成本的40%+。微型显示屏主要由OLED、Micro OLED等高亮度显示屏组成，光学组合器则负责实现虚拟信息与现实世界的融合，是AR眼镜镜片的核心功能，主要包括自由曲面、光波导等技术路线。 ⚫AR眼镜走向商业落地并进入大众消费级市场的关键在于轻薄化设计和成熟的虚拟/现实交互。轻薄化设计核心在于降低各组件的重量、在保证强度的同时采用低密度机身材料；虚拟/现实交互核心在于光学显示系统需要有高亮度/均匀色彩光源、较好的环境透光性、舒适的观看角度，并克服环境光造成的彩虹纹/色散现象。 1.4 AR眼镜追求更轻、更亮、能耗更低、视场角更大 AR眼镜是AI应用的完美载体，可以结合虚拟和现实1 光波导结构：表面浮雕光栅波导为主流方案2 碳化硅材料：高折射率与高热导性成为最理想AR镜片材料3 光波导制造：配合碳化硅引入刻蚀工艺，实现批量稳定生产4 56半绝缘型碳化硅衬底片：12寸为未来突破方向 投资建议 风险提示 2.1 AR眼镜的组合器可分为自由空间反射与光波导结构两大类 ⚫AR眼镜需要通过光学组合器（Optical Combiner）实现微显示屏虚像与外界环境光的同步呈现，由此出现自由空间反射和光波导两大类技术路线。其中，自由空间反射包括耐德佳的自由曲面方案、XReal的BirdBath方案；光波导包括Lumus的几何反射波导方案、HoloLens的表面浮雕光栅波导（SRG）方案和处于研发中的全息光栅波导（VHG）方案。目前，光波导方案属于行业主流技术路线。 2.2自由空间反射结构：自由曲面方案缺点在于镜片厚度较大 ⚫自由曲面方案采用光路组合，微显示器成虚像的同时加入补偿元件来抵消对外界环境光的扭曲，实现同步呈现。自由曲面方案采用非对称的自由曲面反射镜（非球面或复杂面形），光线仅经过一次有效反射即可进入人眼。优点在于使用传统几何光学器件，设计比较成熟，同时基于最简单的光学反射，成像效果很好。缺点则是光路堆积在眼睛正前方，传统光路反射的体积和空间遵循几何关系，镜片厚度理论上很难进一步压缩。同时存在局部图像畸变、高精度自由曲面镜片加工难度较大的问题。 2.3自由空间反射结构：BirdBath（BB）方案缺点在于透光率低 ⚫标准的BB模组包含显示模组、透镜组、偏振分束器、半透半反球面镜。来自顶部OLED屏幕1的光通过透镜2放大、变焦后，经由偏振分束器3（红）反射到曲面镜（60%透过，40%反射），光穿过曲面镜5（蓝）在薄塑料片组成的四分之一波片46（紫）反射，经过两层四分之一波片使光相位旋转90度（四分之一波片通常用于线偏振光与圆偏振光的转换），然后经过偏振分束器78进入人眼。最终入眼亮度仅为屏幕亮度的15%左右。 ⚫BirdBath方案是对自由曲面方案的改进，通过光路的双重反射实现光学模组尺寸的降低。经过双重反射，BB方案可以实现比自由曲面方案更薄、尺寸更小的镜片，同时FOV较大、成像效果好、生产成本也较低，适合大规模批量生产。缺点是光路双重反射造成入眼亮度衰减严重，同时透光率很低，以Nreal为例，它隔绝了约75%真实环境中的光线，接近于戴上中等深色墨镜。同时由于结构设计，大部分组件重量堆叠在鼻梁处，镜片仍然较厚（Xreal方案仍然约为25mm左右，光波导方案仅需个位数），因此仍然是过渡性选择，难以被市场所接受。 2.4光波导结构的核心在于扩瞳 ⚫光波导是指将光机成像后的光线耦合进基底后通过全反射原理传输到眼睛前方再释放出来的光学结构，在这个过程中，光波导仅仅以类似光缆的形式传输光信号，并不对图像光信号做任何改变，从而实现光路的纵向压缩，将显示屏和成像系统自由放置在其他部位，在根本上解决了AR眼镜镜片厚度和重量配置的问题。光波导方案的核心在于扩瞳，即让输入光斑复制扩大到人眼球可接受的移动范围（即动眼框Eyebox）内，扩瞳方式决定了光波导的不同技术路线，包括几何反射波导、表面浮雕光栅波导SRG和全息光栅波导VHG三种路线。 ⚫光波导结构的核心组成部分包括光机、耦入区域（入瞳区）、波导基底材料、耦出区域（出瞳区）。 2.5光波导结构：几何反射波导方案目前量产难度较大 ⚫几何反射波导（阵列反射波导）通过半透半反镜面阵列堆叠实现图像输出和Eyebox扩大。半透半反镜面是嵌入基底并与传输光线形成特定角度的镜面，每一个镜面会将部分光线反射出波导进入人眼，剩下的光线透射后继续在波导中前进。随后透射光又遇到另一个半透半反镜面，从而重复上面的反射-透射过程，直到半透半反镜面阵列里的最后一个镜面将剩下的全部光反射出波导进入人眼，从而通过阵列堆叠实现输入光线扩瞳。 ⚫几何反射波导面临结构缺陷及量产难题：由于采用半透半反镜面阵列实现扩瞳，需要对镜面进行切割、胶合和排列布置，步骤繁多造成多工序良率下降；同时由于光线传播的衰减效应，需要精确的镜面配置和排列，进一步增大了内部结构的复杂性和量产难度，导致几何反射波导结构尚未实现量产。 2.6光波导结构：全息体光栅波导（VHG）目前量产难度较大 ⚫全息体光栅波导VHG是在SRG的基础上，将雕刻出的表面浮雕光栅替换为体全息光栅作为波导耦出入器件。VHG一般通过双光束全息曝光的方式，直接在光敏聚合物薄膜内部干涉形成明暗分布的干涉条纹，使薄膜内出现折射率差(Δn, index contrast)，从而引起了材料内部的折射率周期性变化。其周期接近光波长（约数百纳米），满足布拉格衍射条件，实现通过衍射效应改变光线传输方向，最终扩瞳入眼。 ⚫VHG是未来最理想的AR镜片方案：VHG可实现大视场（三层光栅可达80度FOV）、大出瞳、高光效（单级效率70%以上）图像输出，同时具有质量和体积更紧凑（厚度约为1-3mm）、色彩均匀性好、可集成准直透镜进一步简化光学系统设计、良品率高、易于实现单片彩色波导的优势。 ⚫全息体光栅波导量产难度较大。VHG以全息干涉曝光方法进行波导片加工需精密控制激光波长、曝光角度、材料配方等参数，工艺复杂度高。同时做大FOV需要叠加多层全息光栅、彩色波导片需要高密度的曝光材料、光敏聚合物层需严格封装等都进一步增加了工艺难度，限制了大规模量产。 2.7光波导结构：表面浮雕光栅波导（SRG）目前较为适合量产 ⚫表面浮雕光栅波导SRG是指利用镜片表面浮雕出来、带有高峰和低谷的光栅来实现光线耦合出入的光学结构。光波导结构中，光机产