XR｜传苹果正在开发一种可穿戴XR设备，或将搭载OLEDoS显示屏

据媒体报道，苹果预计将于2022年或2023年发布其首台穿戴式增强现实（AR）或虚拟现实（VR）装置。供应链上的多数制造商可能都位于中国台湾，例如台积电、大立光、业成与和硕。苹果可能会利用其在中国台湾的实验厂设计这款微型显示器（micro display）。业界期待苹果具有吸引力的用例将引领扩展现实（XR）市场的腾飞。苹果的设备发布和该设备的XR技术（AR、VR或MR）相关报道尚未得到证实。但苹果公司在iPhone和iPad上加入了AR应用程序，还为开发商创建AR应用程序推出了ARKit平台。未来苹果可能会开发一种穿戴式XR裝置，并将其与iPhone和iPad产生协同效应或是综效（synergy），并且逐步将AR从商业应用扩展到消费应用。

据韩媒ETnews报道，苹果公司 11月18 日宣布，它正在开发一款包含“OLEDoS 显示屏”的 XR 设备。OLEDoS (OLED on Silicon、硅基OLED) 是一种在硅晶片基板上创建像素和驱动器后实现OLED的显示器。由于采用半导体技术，因此可以进行超精密驱动，并且可以安装更多像素。一般的显示分辨率为每英寸数百像素 (PPI)。相比之下，OLEDoS 最多可以实现每英寸数千个像素 PPI。由于 XR 设备近眼观看，因此必须支持高分辨率。Apple 正准备安装具有高 PPI 的高分辨率 OLEDoS 显示器。

苹果头戴设备概念图（图片来源：互联网）

Apple 还计划在其 XR 设备上应用TOF传感器。TOF是一种可以测量被测对象的距离和形状的传感器。它对于实现虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 至关重要。

据了解，苹果正在与索尼、LG Display、LG Innotek共同推进核心零部件的研发。据了解，开发任务正在进行中，而不是简单地技术研发，其商业化的可能性很高。据彭博社报道称，苹果计划将在明年下半年推出 XR 设备。

三星也在关注下一代 XR 设备。三星电子投资开发智能眼镜专用镜片“DigiLens”。虽然没有透露投资金额，但预计是将屏幕注入特殊镜头的眼镜型产品。三星电机也参与了 DigiLens 的投资。

苹果在制造可穿戴XR设备中面临的挑战

可穿戴AR或VR设备包含三个功能部件：显示呈现、传感机制和计算。

可穿戴设备的外型设计要考虑到舒适度和可接受度等相关问题，例如设备的重量和大小。越靠近虚拟世界的XR应用程序通常需要更强的计算能力以生成虚拟物体，因此其核心计算性能必须更高；但这也会导致更大的功率消耗。

此外，散热和内部电池也限制了技术设计。这些限制也适用于接近现实世界的AR设备。Microsoft HoloLens 2（566g）的电池寿命仅有2-3小时。通过将可穿戴设备连接（tethering）到外部计算资源（如智能手机或个人电脑）或电源的方法可以作为一种解决方案，但这将限制可穿戴设备的移动性。

对于感测机制，大多数的VR设备于进行人机互动时，其精密度多半依赖于手持控制器（controller in hands），尤其是游戏，其中的运动跟踪功能依赖于惯性测量设备（IMU）。AR设备则偏向于采用徒手使用者界面，例如自然语音识别和手势感应控制。Microsoft HoloLens等高端设备甚至提供机器视觉和3D深度感测功能，这也是Microsoft 自Xbox推出Kinect以来一直擅长的领域。

相比于可穿戴AR设备，VR设备上可能更容易创建用户界面和显示呈现，这是因为比较不需要考虑外在世界或是环境光的影响。而手持控制器也可以比徒手时的人机界面更容易开发。手持控制器可以使用IMU，但手势感应控制和3D深度感测则依赖于先进的光学技术和视觉算法，也就是机器视觉。

VR设备需要遮蔽，以防止现实世界环境影响显示呈现。VR 显示器可采用成本较低、供应商更多的LTPS TFT液晶显示器、LTPS AMOLED显示器，或是新兴的硅基OLED（微型OLED）显示器。使用单一显示器（给左右眼）具有成本效益，其大小如同5吋到6吋的手机显示屏幕。但是采用双显示器设计（分开左右眼）则提供了更佳的瞳距（IPD）调整和视角（FOV）。

另外，鉴于用户持续观看计算机生成的动画，低延迟性（画面流畅、防止模糊）和高分辨率（消除screen-door纱窗效应）是显示器的开发方向。VR设备的光学器件（display optics）是介于显示器和使用者眼睛之间的中间对象，因此对于菲涅耳透镜（Fresnel lens）等光学设计而言，缩小厚度（设备形状因素）并保持出色的显示效果可能具挑战性。

至于AR显示器，则大多都是硅基微型显示器，显示器技术包括硅基液晶（liquid crystal on silicon, LCoS）、数字光处理（digitallight processing, DLP）或数字微镜设备（digital mirror device, DMD）、激光束扫描（laser beam scanning, LBS）、硅基微型OLED以及硅基微型LED（micro LED on silicon ）。出于抵抗强环境光干扰的需求，AR显示器至少被要求必须要有高于10K尼特的高亮度（考虑到经过waveguide后的损失，100K尼特更理想）。尽管是被动发光，LCOS、DLP和LBS可以通过增强光源（如激光）来提高亮度。

因此，相比于微型OLED，人们可能更偏向于使用微型LED。但在彩色化和制造方面，微型LED技术没有微型OLED技术成熟。WOLED（用于白光的RGB color filter）技术可用于制造RGB发光微型OLED。但目前对于微型LED生产还没有一个明确的方法。潜在方法包括Plessey的量子点（QD）颜色转换（与Nanoco合作）、Ostendo设计RGB堆栈的量子光子成像仪（QPI），以及JBD的X-cube（三个RGB芯片的组合）。

若苹果设备基于视频透视式（video see-through, VST）方法，那么苹果就可以采用成熟的微型OLED技术。如果苹果设备基于直接透视式（optical see-through, OST）方法，则无法避免较强的环境光干扰，而微型OLED的亮度可能有限制。大多数AR设备都面临相同的干扰问题，这可能也是Microsoft HoloLens 2选择LBS而非微型OLED的原因。

设计微型显示器所需要的光学组件（例如：waveguide或是Fresnel lens）未必就比设计微型显示器来的简单。如果是基于VST方法，苹果可以采用pancake式的光学设计（combination）来实现微型显示器与光学器件的结合。如果是基于OST方法，可以选择waveguide或是birdbath的光学设计。waveguide光学设计的优点在于其形状因素更薄、更小。但waveguide光学器件对于微型显示器来说旋光性能微弱，还伴有失真、均匀性、色彩质量和对比度等其他问题。衍射光学器件（diffractive optical element, DOE）、全息光学器件（holographic optical element, HOE）和反射光学器件（reflective optical element, ROE）是waveguide光学设计的主要方法。苹果于2018年收购了Akonia Holographics，以获得其光学专业技术。