谷歌眼鏡，一款於 2013 年 4 月發布的增強現實（AR，Augmented Reality）頭顯原型，具備了一炮而紅的條件。
它宣傳自己可以解放雙手，直觀地訪問智慧型手機最重要的功能，包括視頻錄製、導航，甚至查看電子郵件。它希望讓人們忘記觸摸屏和按鈕，因為計算機的未來就戴在你的頭上。
但那是一場災難。
雖然谷歌眼鏡在概念上天花亂墜，但用戶體驗卻很差勁。它很難在室外展現出清晰明亮的圖像。
一些佩戴了谷歌眼鏡的用戶在公共場所旁若無人地使用該設備，引發了很多人的不滿，認為他們侵犯了自己的隱私，因此在網上造梗，稱他們是「Glasshole（戴眼鏡的混蛋）」。
頭顯的尺寸使佩戴者很容易在人群中被發現，甚至有兩次導致了肢體衝突。
其影響顯而易見。能解放雙手的增強現實（AR）技術在紙面上很有趣，但隨著人們對大型科技公司的影響力愈發擔心，它無法讓人們克服看起來像賽博朋克電影中臨時演員的恥辱感。
現在，十多年後，谷歌設想的未來即將成為現實。微型新顯示器，有些小到可以放在指尖，將包含微型 LED 和微型 OLED（有機 LED）。
這些技術將催生一波新頭顯，即使是最狂熱的增強現實懷疑論者也可能會改變主意。
蘋果定於 2024 年發布的 Vision Pro 將引領這一變革，儘管它可能不會動搖戴上就像賽博朋克的感覺。
這款全封閉式頭顯，有點讓人想起滑雪護目鏡，旨在將增強現實和虛擬現實（VR，Virtual Reality）相結合，蘋果稱之為「空間計算」。
VisionPro 通過縮小產品範圍避免了谷歌眼鏡曾面臨的一些問題。蘋果公司希望這款頭顯能取代電腦、平板電腦和電視，儘管只能在家裡或辦公室使用。
真正的創新藏於機器之中：一對比郵票還小的微型 OLED 顯示器，將 4K 解析度展示在 1.3 英寸的螢幕上。每個顯示器包含 1100 多萬個像素，間隔僅 6.3 微米，比人類紅細胞的直徑還小。
這是一次了不起的升級。蘋果的 Vision Pro 與 Meta Quest 3 和 HTC Vive XR Elite 一樣，使用相機在內部顯示器上複製外部世界，這是一種被稱為「穿越型混合現實」的技術。
但它的競爭對手使用的液晶顯示器清晰度不足，無法真實地再現你周圍的世界，因此本應簡單的任務，比如看一眼手寫筆記，可能會很困難。
MoorInsights&Strategy 首席分析師安謝爾·賽格（Anshel Sag）表示：「我認為總的來說，他們取得了令人印象深刻的成就。如果你想讓人們真正、充分地了解 AR 和 VR 的最大潛力，這可能就是你想要的頭顯。」
賽格認為，Vision Pro 顯示器上的單個像素對大多數人來說是看不見的，「除非你有異常強大的視力。」
人們普遍認為，Vision Pro 的像素密集顯示器是索尼半導體解決方案團隊（Semiconductor Solutions Group）多年工作的結晶。該部門的微型 OLED 最初集中在索尼 SLT-A77 等相機的彩色高解析度數字取景器上。
該組織還將其用在了索尼於 2011 年推出的頭戴式設備 HMZ-T1 Personal 3D Viewer 上，它被定位為一種可以提供類似電影院觀影體驗的設備。
（來源：COURTESY OF APPLE）
HMZ-T1 頭顯在 3D 電影上表現很好。但索尼並沒有放棄微型 OLED，它在 2018 年宣布了一款 0.5 英寸的微型 OLED 顯示器，將像素之間的距離從 7.8 微米縮小到 6.3 微米（與 Vision Pro 中的大型顯示器相同），這一創新是由於濾色器被放得離 OLED 的發光有機材料更近而實現的。
對於尺寸如此小的顯示器，紅色、藍色和綠色子像素髮射的光的角度出現任何細微變化都會影響顏色性能。移動濾色器可以提高每個像素的視角，從而在不影響圖像質量的情況下實現更小的顯示器。
微型 OLED 得益於由有機膜製成的發光二極體的一些傳統優勢。每個像素都是自發光的，這意味著當它「關閉」時，它的亮度為零。
大多數頭顯中的 LCD 無法實現這一點，因此在較暗的場景中會發出朦朧的灰色光芒。當微型 OLED 打開時，它們也就「打開」了。
作為對比，Vision Pro 的顯示器的峰值亮度為 5000 尼特（業界常用的亮度衡量標準）。這比 Meta 的 Quest 2 提高了 50 倍，後者只達到了 100 尼特。Meta 尚未透露 Quest 3 的亮度，但可能與 Quest 2 相似。
VisionPro 可能會加快微型 OLED 技術的採用。但是，儘管這些微型 OLED 有很多優點，但仍有一些缺點。
美國顯示器公司 Kopin 的 CEO 麥可·默里（Michael Murray）指出，微型 OLED 顯示器非常適合電影等運動圖像，但有時不太適合靜態文本，這也是 Meta 的 Quest 頭顯一直使用 LCD 的原因。
雖然微型 OLED 顯示器可以達到很明亮的狀態，但其內部的有機分子會隨著時間的推移而降解，這種現象被稱為老化。
不過，微型 OLED 也未能完全解決谷歌眼鏡的設計問題：顯示器得到了改進，但頭顯設備更顯眼。
幸運的是，微型 LED 提供了一種解決方案。
真正的微觀
微型 OLED 和微型 LED 顯示器在細節上有所不同，但它們的生產有著廣泛的相似之處。兩者都將提供結構和電源的矽「背板」與產生可見光的顯示器「前面板」配對。
每種都是根據所使用的前面板類型命名的：對於微型 OLED 顯示器，是一層響應電流發光的有機材料，而微型 LED 是一個由半導體製成的、非常小的電子二極體陣列。
微型 LED 顯示技術不如微型 OLED 成熟，但可能性很誘人。默里說：「微型 LED 恰好是世界上最好的（顯示技術）。它的顯示質量最好，壽命長，沒有老化問題，亮度極高……這就是未來的發展方向。」
總部位於美國加州的顯示技術公司 Mojo Vision 是最早意識到 LED 在微型設備中潛力的公司之一。它在 2020 年憑藉柔性透明 AR 顯示屏的隱形眼鏡掀起了波瀾。
此後，該公司放棄了隱形眼鏡，只專注於顯示器。2023 年，Mojo Vision 展示了每英寸 28000 像素的微型 LED 顯示器。通過計算得出的像素間距（兩個相鄰像素中心之間的距離）僅為 1.87 微米，比一些細菌還小，是蘋果 Vision Pro 的三分之一。
這種極端的像素密度是微型 LED 底層設計基本轉變的結果。第一批微型 LED 顯示器是用一種名為「質量轉移」的技術製造的。
紅色、藍色和綠色 LED 在晶圓上生產，並一個接一個地轉移到顯示基板上（這種技術仍用於製造更大的顯示器）。
但小型微型 LED 陣列，如 Mojo Vision 生產的陣列，採用了單片式方法：微型 LED 和矽背板在生產過程中粘合，就像用於製造尖端計算機晶片的生產一樣。
目前大多數單片微型 LED 顯示器都是單色的，這意味著它們顯示單一的顏色（通常是紅色、藍色或綠色）。但全彩微型 LED 顯示屏就快問世了。
Mojo Vision 希望在 2024 年初準備好彩色微型 LED 原型，其競爭對手之一、上海顯耀顯示科技（Jade Bird Displays）已經展示了一款像素間距為 5 微米的功能性彩色微型 LED 原型機，比 Mojo Vision 所希望實現的要大，但比蘋果 Vision Pro 要小。
更小、更密集像素的主要好處是，在任何給定解析度下都可以減小顯示器的尺寸，這反過來又可以減小 AR 頭顯的尺寸和重量。
例如，顯耀顯示科技的單色 AmuLED 系列在小到可以被螞蟻背起來的顯示器上實現了 640 x 480 的解析度，甚至還有多餘的空間。
微型 LED 在亮度方面也取得了巨大的進展。默里說，這個範圍從 180 萬到 300 萬尼特不等：「它甚至能把你的視網膜撕裂，讓你終身失明。」相比之下，最亮的 OLED 顯示器目前的峰值約為 15000 尼特。
永久性眼睛損傷的可能性似乎不算是優點，但不用擔心，沒有人會直視微型 LED。
將顯示器直接放在眼前會遮擋佩戴者看現實世界的視線，因此許多 AR 設備將顯示器放在側面，然後用波導重定向來自側面顯示器的光，使其變得可見。
事實證明，這一過程效率極低，尤其是對於像 Magic Leap 2 和 Vuzix Blade 2 這樣的現代 AR 眼鏡，它們通過多個像鏡子一樣排列的波導來聚焦和重定向光線。
Niantic 增強現實硬體主管麥可·米勒（Michael Miller）表示：「這個效率大約是 5% 到 10%。
如果你有一個 3000 尼特的顯示器，你會得到 300 尼特。你可以在上面裝一個深色的鏡頭，這樣你就可以在戶外使用它，但這還不夠好。」
由微型 LED 構建的顯示器應該能夠通過波導的挑戰，並且仍然足夠亮，可以在眼鏡片一樣的透明鏡片上觀看。
卓越的性能，更高的售價
帶有尖端顯示器的頭顯，如即將推出的 Vision Pro，雖然能夠擊敗普通 VR 頭顯的性能，但它們的價格也更高：Vision Pro 的零售價為 3499 美元。
這些高性能顯示器是原因之一。
默里說，每台微型 OLED 顯示器的製造成本可能為 400 美元。「如果你正在創造一個 Meta Quest 或類似的東西，你需要兩個顯示器，那你的最低成本已經是 800 美元了。」
這麼小的顯示屏卻要這麼高的價格，可能聽起來有些奇怪。畢竟，OLED 顯示器是一種成熟的技術，可以在全球數億部智慧型手機、平板電腦和電視中找到。
LED 更是無處不在，我們生活中無處不在的電燈大部分使用的就是 LED。用在這些設備中的技術並沒有那麼貴。
然而，在這種小尺寸上，建造顯示器不再是工廠的工作。它需要一個代工廠，一個專門的晶片製造設施。
隨著製造商轉向在更大的矽片上製造顯示器，成本可能會下降。更大的晶片更貴，但每個晶片可以製造出更多的顯示器，這降低了每個顯示器的成本。
微型 OLED 製造商正在從 8 英寸晶圓轉向 12 英寸晶圓，這是大批量尖端矽製造的標準尺寸。微型 LED 生產還不太成熟，一些公司仍依賴低效的四英寸晶圓。
生產具有微型 OLED 和微型 LED 所能達到的極端像素密度的可用顯示器是一項挑戰。根本問題是一種你可能知道的缺陷：「死像素」。
一個死像素只顯示一種顏色，通常是完美的黑色或明亮、耀眼的白色，並拒絕對顯示信號做出響應。對於像素相隔大約 500 微米的智慧型手機顯示屏來說，避免這種缺陷已經很困難了。
有了單片微型 LED，有史以來生產的最小、最密集的顯示器，矽上最輕微的缺陷或最細小的碎片都會使顯示器變得毫無用途。
「這是可怕的數學。」默里說，「可用顯示器的數量可能是你開始使用的可用矽的十分之一。」換句話說，一塊矽片的 90% 部分可能會被浪費。
然而，生產微型 LED 顯示器的公司仍然要支付整個晶片的費用，這給每個顯示器增加了巨大的成本。
微型 LED 的先驅們正在投資於減少生產步驟的工具和工藝。這一點至關重要，因為生產過程越複雜，產生缺陷的風險就越高。
比利時顯示器開發商 Micledi 的首席技術官索倫·施圖德爾（Soeren Steudel）非常關注這個問題。該公司已與半導體製造商 GlobalFoundries 合作，並計劃將生產轉移到那裡以降低成本。
施圖德爾說：「微型 LED 還不是一個成熟的產品。10 年前這是一個瘋狂的夢想，現在第一批公司有了演示產品。現在的問題是，如何在沒有缺陷的情況下批量生產？」
增強現實終於成為主流
生產微型 OLED 和微型 LED 顯示器的難度很高，但這些問題值得解決。
這些顯示器可以使 AR 成為人們在日常生活中可以輕鬆快速訪問的虛擬空間，不僅因為這些顯示器看起來更逼真，還因為小、薄、高質量的顯示器讓工程師可以更自由地定製頭顯的外觀。
微型 OLED 的影響已經很明顯了。Kopin 為 HMDmd 的 CR3 型號（一種專為外科醫生設計的頭顯）和國防項目生產顯示器，如 M1 艾布拉姆斯主戰坦克的 AR 武器瞄準鏡。
另一家 AR 領軍公司 XReal 最近發布了 Air 2 耳機，該耳機搭載索尼微型 OLED 顯示屏。
未來的可能性可能會更加引人注目。這種顯示器的極高亮度、小巧的尺寸和低功耗可能會開啟人們對輕盈、有吸引力、完全透明的 AR 眼鏡的夢想，這種眼鏡不會與傳統眼鏡有太大區別。
施圖德爾說：「人們想使用消費級增強現實。消費級增強現實意味著你有一副輕便的眼鏡，可能只有 50 克，而且你看起來不像科幻人物。」
Vuzix 是輕量級 VR 頭顯的領導者，它通過 Ultralite 實現了這一點，Ultralite 是一個於 2023 年推出的原型平台，使用微型 LED 技術提供了重量僅為 38 克的光滑、纖薄的眼鏡。
增強現實仍然需要它的「iPhone 時刻」，一款易於使用的設備的首次亮相，它將有許多好處。更好的顯示器將使 AR（如果它被廣泛採用的話）更明亮、清晰、令人信服，最重要的是用戶體驗更好。
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