如果有一個科技產品,讓科技從業者們又愛又恨的話,XR(虛擬現實VR、增強現實AR和混合現實MR)可以當之無愧地排在第一。
愛的是,XR直擊人類的信息需求。人類獲取的信息中85%是通過視覺,改變視覺交互的產品,往往都能成功,比如雜志、電視、電影、短視頻等等。而且無論虛擬現實還是增強現實,都可以滿足人們希望突破空間的訴求。
因此,XR既是新的信息呈現方式、也擁有全新的交互方式,一直被譽為繼智能手機后、下個時代的入口,所謂得XR者至少值千億美金。
恨的是,巨頭大公司、創業小團隊,一波波輪流下場,可謂是“八仙過海各顯神通”,但依舊面臨著困局:驚艷的技術,夸張的成本;炸天的demo、哭暈的銷量,仍然沒有迎來iPhone時刻。
比如微軟的HoloLens第一代驚艷世人,但3000美元的價格令消費者望而卻步,微軟只好開發B端客戶,甚至轉向軍方市場。
Meta Quest 2雖然銷量大增、熱賣千萬套,但由于缺少能夠持續吸引消費者應用,疫情結束后大概率墻角吃灰。
蘋果的VisionPro無論在設計、技術、還是顯示效果上,都吊打同行,但初代機也落了個“驚艷,直到用了之后”這樣的評價。
以至于,不少人認為,XR的需求過于領先,誰做都是在竹籃打水、井中撈月。
但真的如此嗎?回顧XR發展歷史,顯然并不是如此。與此相反的是,困擾XR的“產品、技術、制造”三個“枷鎖”,正相繼被打開。
01 產品定位的枷鎖
關于產品和技術,有一則有趣的小故事。
喬布斯回歸蘋果后,打算停止OpenDoc(開發文檔編輯器)的開發,不料在他參加一次活動時,遭到了一位OpenDoc支持者的質疑、不滿,甚至還嘲諷了喬布斯不懂編程、不了解OpenDoc技術的厲害。
對于這個質疑,喬布斯先是恭維了下對方,隨后便說出了經典論斷:OpenDoc確實有過人之處,有一些其他技術實現不了的功能。但是,最難的是如何將那些功能塞到更大的愿景里面,例如每年一個產品可以賣八十、一百億美元。
“你得從用戶體驗出發,倒推用什么技術;而不能從技術出發,然后去想如何把技術賣出去。”
喬布斯所描述的,正是XR遭遇困境的一個原因:技術思維大于用戶思維。而第二個原因則是:終極思維大于迭代思維,總希望能做出革命性產品,用多種功能,一次性解決用戶的多個需求,卻忽略了迭代的重要性。
在這兩個思維的影響下,XR就會“染上三高一短的病癥”:成本高、功耗高、重量高、續航短。最終結果就是實用性低,產品只能固定場景使用、無法讓用戶能夠自如地使用、尤其能在戶外正常使用,而且由于重量和續航問題,也無法較長時間佩戴。
任何無法高頻使用的產品,自然也無法稱為爆款、無法普及。
慶幸的是,經過一批批企業的一次次試錯,產業界也開始重新定位產品:站在用戶視角,放棄終極思維、從容易落地的場景開始,培養使用習慣、持續迭代技術。
于是,AR眼鏡,成為解決“三高一短”的先鋒。
首先,AR眼鏡放棄了全場景的追求,而是聚焦可以結合AI功能的領域,比如翻譯、導航、商務會議等場景,需求更清晰、實用性更強;其次,因為功能精簡,AR眼鏡的功耗也降低了,續航時長也可以滿足日常使用。
同時,AR眼鏡形態和普通眼鏡類似,重量也和普通眼鏡差不多,再配上良好的設計,可以做到實用和時尚的結合。
不僅用戶樂意長期佩戴,而且受眾人群也從極客們擴大到了普通用戶。
AR眼鏡,逐漸成為各家廠商的選擇。雷鳥、創維、華為等公司相繼發布新品。即使海外巨頭Meta,也發布了首款AR全息眼鏡,代號為“獵戶座”(Orion)。Meta相關負責人表示,這款產品的原型機就像當年Oculus Rift原型機一樣震撼。
AR眼鏡也許不是XR的最終形態,但放棄終極思維后,市場也開始給予良好反饋。2023年,AR眼鏡國內銷售增速達到了150%。可以說,XR的產品定位枷鎖,正被AR眼鏡打開。
02 技術路線的枷鎖
技術也是XR產品的一個枷鎖,約束的原因在于:多個部件時常會有多條技術路線齊頭并進,各廠商發力點不同、供應鏈也比較分散。這就導致,一方面,規模效應的爆發被延緩,降本速度減緩;另一方面,這也為用戶選擇產品設立了較高門檻,不利于產品普及。
比如,以AR的光學顯示為例,光學顯示模組是成本大戶,占總成本的40%左右;也是影響產品表現力的最重要組件。但光學顯示卻圍繞著成本和呈現效果的取舍,衍生了多條路線。
首先,在顯示整體形態上,可以分為視頻透視VST(video see through)和光學透視OST(optic see through)。
VST利用攝像頭等傳感器,捕捉真實世界的影響,然后投射在屏幕上。可以簡單理解為“頭盔模式”,代表產品就是蘋果的Vision Pro 和 Meta的QuestPro。OST是通過光學鏡片,將虛擬圖像投影到用戶真實的視野中。可以簡單理解為“眼鏡模式”。
對比來看,VST是在虛擬上加現實,OST是在現實上加虛擬。前者的優勢是深度沉浸,缺點是計算量大、部件多、也會很重。OST的劣勢是沉浸感弱,但優勢是具備“小巧”的潛力。
微軟第一代HoloLens是最早采用OST方案的產品,但是當時技術有限,沒有發揮出OST的優勢,產品體積巨大、用戶反饋并不好。
十余年過去后,OST經過不斷發展,實現了良好的“輕量化”效果,非常適合眼鏡形態。因此,目前國內AR公司幾乎都采用了OST模式。
OST能得到產業越來越多認可,則源于其零部件,尤其是微顯示屏(把虛擬圖像轉化為光)和光學元件(通過設計光的反射,讓圖像進入用戶眼中)技術路線的發展。
這兩個領域的技術也可謂是“五花八門”。光學元件有棱鏡、自由曲面、Birdbath、光波導等方案。微顯示屏有LCoS、 Micro OLED、MicroLED、DLP等技術。而且這兩個部件,還可以形成多種組合。比如谷歌Glass曾采用“棱鏡+LCoS”、Rokid Glass曾采用 “BirdBath+Micro OLED”、HoloLens曾采用“光波導+LCoS”。
頗有一種“擰麻花”的感覺。但慶幸的是,麻花逐漸被解開。
在光學元件領域,“光波導”的認可度越來越高。
所謂光波導,簡單理解就是讓光線能夠完整地在玻璃上下表面以“全反射”的形式前進,而不會透出去。難點在于鏡面的設計。而優勢在于透光度好、體積小、以及設計靈巧,可以將顯示器件放置于鏡框上,不至于在眼前遮擋,更符合日常眼鏡的形態。
光波導因著輕量化的優勢,已經成為主流。目前,光波導主要以陣列光波導(幾何光波導)和衍射光波導兩種為主。
幾種光學元件的優劣對比
接下來的難題則在于光引擎部分,也就是將圖像顯示出來,轉化為光、可以傳輸到鏡片上。以下圖為例,左上紅框即為成熟產品中光引擎部分;左下為顯示屏;右上右下為多色或單色的光引擎(顯示屏再配上一系列鏡頭)。
光引擎示意圖
對于光引擎,用戶訴求包括:亮度夠、體積小、功耗低。尤其當選擇了光波導方案后,由于光波導的光效很低(光的強度會減弱),因此,對亮度的要求更高。
此前主要是LCoS方案,也就是LiquidCrystal on Silicon,簡單理解就是下層CMOS基板、中間液晶、上層ITO玻璃基板。這個方案里,CMOS、液晶、ITO都是成熟技術,因此成本低、量產容易;缺點是功耗高、體積大、對低溫適應性差。因此,做成眼鏡時還不夠輕便,冬天使用時效果也不佳。
Micro OLED方案發揮了OLED自發光的特點,體積小、功耗低,但缺點是生命周期短、亮度低。尤其是亮度方面是典型的“遇強則弱”。由于AR眼鏡是現實+虛擬疊加,當外部光線過亮時,OLED的亮度就會相對不足,以至于看不清虛擬圖像,失去原本的功能。使用中,基本是室內良好、室外較差。
Micro LED 也稱為μLED,簡單理解就是把LED進行微縮化,像素點距從毫米級縮小到微米級。LED也是采用了自發光的化合物,包括GaP ( 磷化鎵 )、InGaN( 氮化銦鎵) 等,功耗較低,而且由于像素密度高,就形成了超高亮度、高對比度的特點。
幾種微顯示方案優劣對比
因此,從需求的第一性出發,Micro LED是AR近眼顯示的首選方案、也正逐漸成為主流。
根據海外著名機構YOLE的統計,全球2022年推出的近十款輕量級AR眼鏡,絕大多數都采用了MicroLED微顯示技術方案。而且這些方案也基本來自同一家公司:JBD上海顯耀顯示。據業內人士稱,Meta剛發布的代號Orion的AR眼鏡,也采用了JBD的MicroLED方案。
AR眼鏡微顯示方案統計
由此可見,光學元件、顯示方案等技術路線方面,雖然仍有一些分歧,但在用戶需求的驅動下,也已經有了“力往一處使”的趨勢,技術枷鎖逐漸被打開。不過,要取得更好的效果,還需要打開第三個枷鎖:制造能力。
03 制造能力的枷鎖
關于蘋果多么重視中國供應鏈,有一則小故事。有一天,庫克聽了關于中國供應鏈的匯報后,指出“這個問題非常糟糕,應該有人到中國去解決”。
三十分鐘后,庫克抬頭看見了蘋果的運營經理 Sabih Khan,便立刻問道:“你為什么還在這?”隨后,Khan 立刻開車到機場,乘坐最近的一班飛機前往中國。
中國供應鏈對蘋果的重要性,毋庸置疑。但某種意義上而言,也是蘋果帶著中國供應鏈往前跑。
到了新能源車時代,就有了“齊頭并進”的意味了。特斯拉能夠突破“產能地獄”,離不開上海超級工廠的建設。也借著中國供應鏈,有了國產新能源的紛紛崛起。
而在消費級AR領域,中國供應鏈則展現了出了良好的引領性。
品牌端,雷鳥、魅族等品牌,率先采用AI技術、開拓場景,成為AR眼鏡進入消費市場的先鋒;零部件端,鯤游光電突破光波導專利限制,提供更高性價比的光波導技術。
而被譽為顯示領域“神來之筆”的MicroLED方案,也是由中國公司,例如JBD在引領,解決了一個個制造難題。
首先,在2015年公司成立之初,得益于高管在半導體領域的豐富工作經驗,JBD為產業帶來了一個新的思路:把LED和半導體制造跨界結合,并提出了混合集成半導體技術,也就是在晶圓級集成硅基驅動電路和LED化合物。而且公司也在合肥建立了自己的工廠。
晶圓級混合集成的思路,可以發揮半導體的成熟制造工藝,也可以享受到類似“摩爾定律”的紅利。但也會遇到新問題:LED的襯底和硅基襯底不兼容,中間需要完成轉移。這也就是JBD的技術壁壘:可以將薄如蟬翼的發光層完整地轉移到硅基IC之上,而且具有很高的良率、穩定的出貨能力。
通過晶圓級混合技術,封裝、測試也可以實現晶圓級。而且晶圓的集成度也非常高,在一個平方厘米之內可以集成高達2億的CMOS電路和2千萬個MicroLED。由此,MicroLED的生產效率大幅提高,成本也不斷下降。
更為關鍵的成績,在于“輕量化”的推動。2021年,JBD在全球首次推出了0.13寸MicroLED微顯示屏,并首次將彩色光引擎的尺寸壓縮至1.5CC。在2023年,公司第三代產品則將體積縮小到了0.4CC,縮小比例達到73%。體積僅有黃豆大小,可以方便地置入眼鏡框架中。而近期,JBD量產的單色光引擎體積更進一步縮小為0.15cc。
體積小了,但效果更好了。JBD蜂鳥Ⅰ彩色光學模組,可以實現大于6000尼特的入眼亮度,打破了以往彩色光波導只有1500nits的亮度水平,從而可以讓用戶即使在戶外,依然可以享受高質量的視覺體驗。
經過近十年的發展,JBD已經形成了從微顯示面板向光引擎、光模組輻射的產品矩陣。也被YOLE列為,在AR領域和蘋果、Meta并列的關鍵玩家(電視領域,TCL、京東方則是顯示的核心玩家)。
MicroLED應用路線圖
這無疑是對中國供應鏈的認可,也讓大家看到了在垂直領域、做深做強的重要性。
04 結語
XR是一個有趣的話題,在打開“三個枷鎖”的發展過程中,不僅可以看到中國消費電子品牌公司的探索,也可以看到數個像JBD這樣在制造領域,名聲低調、技術高調的隱形冠軍。
只有當品牌高點和制造高點都落在國內時,我們才不會擔心被“卡脖子”,我們的制造業才會獲得更多的價值分配,才不用擔心“外遷”。
這條路,才剛剛開始。需要的是一個又一個“名聲低調、技術高調”的十年。
-全文完
實習生劉宇辰(北大匯豐在讀生)對本文亦有貢獻。
理工/金融 復合背景,
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