2024年1月，在虚拟现实（VR）和增强现实（AR）设备历经数十年断断续续的改进却仍未能受到公众青睐之后，科技巨头苹果公司（美国加利福尼亚州库比蒂诺）推出了迄今为止分辨率最高、对比度最鲜明的头戴设备[
1]。然而，苹果公司备受期待的首款VR/AR产品Vision Pro（
图1）的销量远低于公司本已较低的预期[
2]。
Vision Pro的零售价为3499美元，用户使用不适以及缺乏有吸引力的应用程序被认为是消费者需求疲软的主要原因。苹果公司当前面临的挑战包括找到成本更低的方法来制造这款设备，解决用户反馈的头痛和晕动症问题以及激励已拿到头戴设备的开发者开发出应用程序，以助力将Vision Pro及其后续设备打造成消费者必备产品——就像15年前首次发布的iPhone一样[
3]。
VR头戴设备通常类似于头盔或超大滑雪护目镜，会遮挡人的视野，使其无法看到真实世界，而仅支持AR的可穿戴设备通常采用眼镜的形式，将数字图像叠加到用户看到的真实世界画面上。AR应用的示例包括呈现家庭维修教程、显示行车路线、寻找购物或就餐地点以及提供著名景点的增强游览，但这些设备尚未实现广泛普及。许多科技巨头都推出了AR或VR/AR产品线，但谷歌眼镜、微软的HoloLens以及Meta Quest的三代产品都未能引起消费者太大的兴趣。Vision Pro是一款VR/AR头戴设备，其显示屏远超以往任何设备；它也是苹果公司自2014年推出Apple Watch以来发布的首个新产品类别。苹果公司称Vision Pro为“空间计算机”，向消费者推销其作为观看电影、浏览照片、阅读、创作艺术以及与他人联系的更好的交互方式[
4]。
在AR模拟方面，Vision Pro与AR眼镜一样，将数字内容投影到用户的真实环境中。但与零售价为499美元的Meta 公司Quest 3头戴设备（
图2）不同，Vision Pro头戴设备不是通过眼镜直接呈现视图，而是通过嵌入其中的摄像头在两个屏幕上（每只眼睛一个）重现用户的周围环境。然后，头戴式设备在屏幕上将数字内容叠加显示，例如，显示朋友在另一座城市举行的生日聚会的实时流媒体画面。
Vision Pro的每块微型有机发光二极管（OLED）的显示屏面积为8.4 cm
2（大约相当于一张大邮票的大小）且包含超过1100万个像素，像素间距仅为6.3 µm [
5]。与市场上其他头戴设备（包括Meta公司的Quest 3 [
5]）所使用的价格低得多的液晶显示屏（LCD）相比，这些显示屏具有更高的分辨率和更鲜明的对比度。
美国佛罗里达州奥兰多市中佛罗里达大学从事显示技术研究的光学与光子学研究生John Semmen表示，虽然分辨率的提升令人印象深刻，但还有其他因素决定着这类微型显示器的效果。Semmen指出，VR/AR显示器的理想状态可能与分辨率以外的特性有关。“欺骗人眼使其看到仿佛真实存在的事物涉及多个因素，包括对比度、图像生成的深度，甚至还有视野。”
Vision Pro的微型OLED显示屏单价近400美元，是该设备中最昂贵的硬件组件，占总成本的23% [
5]。其价格之所以高昂，是因为制造该显示屏所需的精度要求极高，需要采用代工厂的专门的芯片制造设施进行生产。随着制造商将更多显示屏集成到更大尺寸的硅片上，微型OLED的单位成本可能会下降；制造商目前正在探索从20 cm晶圆转向30 cm晶圆，这是目前最先进的、大批量硅制造的标准[
5]。
Vision Pro的高像素密度显示屏是索尼半导体科技有限公司（日本神奈川）多年努力的成果，该公司为苹果公司生产显示屏。索尼公司对微型OLED的研究始于十多年前，最初专注于为相机开发彩色高分辨率数字取景器以及为家庭观看3D电影开发头戴式设备[
5]。其中一项关键创新是将像素间距（像素之间的距离）缩小至6.3 µm，具体方法是将设备的彩色滤光片放置在更靠近OLED的位置；这改善了每个像素的视角，从而在不降低图像质量的情况下实现了更小的显示屏[
5]。
在另一项有些不同寻常的创新中，苹果公司的工程师在Vision Pro头戴设备的前部安装了一块面向外部的柔性OLED屏幕，该屏幕会不断更新用户眼睛的图像。这一创新受到了褒贬不一的评价[
6‒
8]。苹果公司声称，这项名为EyeSight的功能为用户周围的人提供了“关于凝视的重要社交线索”[
9]。“他们基本上是在外部添加了你的脸部信息。”中佛罗里达大学光学与光子学专业的另一名研究生Yuqiang Ding说道。
尽管苹果公司为Vision Pro研发采用了众多新技术，申请了5000多项专利[
10]，但这款头戴设备的市场需求一直疲软。据传，在预购开放后的头几天里，苹果公司这款售价3499美元的头戴设备销量达到了数十万部[
11]。但是，相当一部分用户在购买几周后选择了退货，抱怨这款头戴设备会引发头痛和晕动症。另一个被诟病之处是，Vision Pro重达680 g且其大部分重量都集中在前部[
12]。“如果你想真正长时间使用它，重量至关重要。”Ding说，“如果佩戴时感觉不舒服，那将是一个大问题。”
苹果公司尚未公布其销售数量或退货数量的官方数据。但市场分析公司International Data Corporation （IDC）声称，苹果公司在前三个月的销售量不足10万台，预计后续季度销量将下降75% [
2]。不过，对苹果公司而言，一个更为重要的目标可能是让应用开发者能够接触到这款设备[
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14]。这些开发者目前需要在2025年下半年之前完成应用的开发，因为据传苹果公司将推出一款功能更少的“经济型”Vision Pro，其中可能不包括EyeSight [
14]。
2022年，全球各类VR和AR头戴设备的出货量约为900万台[
15]。当年销量冠军是售价499美元的Quest 3。然而，生产该设备的Meta公司旗下Reality Labs部门在2023年第一季度营业亏损近40亿美元[
16]。不过，近期前景可能更加光明。一家市场分析公司乐观预测，2023年至2027年期间，VR和AR设备的总销量将以每年超过30%的速度增长[
17]。
尽管微型OLED（如Vision Pro显示器中所使用的）具有诸多优势，但它们仍存在一些缺点。微型OLED在显示动态图像（如电影）方面表现出色，但在显示静态文本时却不尽如人意[
5]。此外，微型OLED显示器中的有机分子会随时间降解，这一现象被称为“烧屏”（burn-in）。目前尚不清楚这一问题持续多久后会导致设备无法使用，但其他OLED设备的压力测试显示，使用1500 h后就会出现“烧屏”现象[
18]。
有望取代微型OLED的是微型发光二极管（LED），它们具有更优的显示质量、更长的使用寿命、更少的烧屏现象以及更易控制的更高亮度[
5]。Mojo Vision公司（美国加利福尼亚州萨拉托加）开发出了像素间距仅为1.87 µm的微型LED显示屏，约为Vision Pro显示屏像素间距的三分之一[
19]。这种极致的像素密度（每厘米超过11 000个像素），打破了几年前微型OLED创下的每厘米近4000个像素的纪录[
20]，可能最终有助于减小VR/AR头戴设备的尺寸和重量。相比之下，Vision Pro的微型OLED显示屏和Quest 3的LCD屏幕的像素密度分别为每厘米1333个像素和480个像素。
与微型OLED类似，微型LED采用单片集成制造，LED和硅背板在生产流水线上进行黏合，这种生产流程与制造尖端计算机芯片的流程相似[
5]。直到最近，这种生产方式仅能生产出单色（通常是红色、绿色或蓝色）显示屏。高效发绿光和发蓝光的LED已存在多年，而研制发红光的LED更具挑战性。不过，量子点技术最近使人们能够制造出在红光光谱中高效发光的微型LED [
21]，这表明全彩色单片集成微型LED显示屏可能很快就能应用于消费设备。例如，Mojo Vision公司在2024年1月推出了一款全彩色红、绿、蓝（RGB）微型LED原型机，其像素间距为4 µm [
22]。该公司目前正与DigiLens公司（美国加利福尼亚州桑尼维尔）合作，生产一款纤薄的眼镜形态AR设备[
19]。
总部位于中国上海的Jade Bird Displays公司最近于2023年8月发布了一款全彩色微型LED原型机，其像素间距为5 µm [
23]。此外，佐治亚理工学院（美国乔治亚州亚特兰大）和麻省理工学院（美国马萨诸塞州剑桥）的研究人员开发了一种新工艺，用于垂直堆叠自支撑的超薄RGB LED薄膜，实现了4 µm的像素间距和有史以来最小的堆叠高度，同时还能提供全色显示[
24]。该团队工艺的一个独特之处在于，它实现了昂贵硅片的重复利用，有望大幅降低制造更小、更薄、更逼真显示器的成本。
“苹果公司选择微型OLED并不让我们感到惊讶，因为这项技术已经取得了很大进展，而且目前已经足够好，可以推出真正的产品了。”美国得克萨斯州卢博克市得克萨斯理工大学电气与计算机工程教授、微型LED的发明者Hongxing Jiang表示，“但是，随着过去几年的进展以及红色显示技术的引入，我相信微型LED显示屏最终将在VR/AR应用中取代微型OLED显示屏。”
据Jiang的微型LED共同发明人、得克萨斯理工大学电气与计算机工程教授Jingyu Lin表示，消费级微型LED显示屏生产的关键在于如何更高效地驱动垂直堆叠的RGB LED。“许多研究小组正在设计互补金属氧化物半导体（CMOS）控制器，以单独控制每层的开启与关闭。”Jingyu Lin说道。这项技术将实现高效功耗、极低发热和高性能，“它已触手可及。”Jiang表示，“在我看来，CMOS驱动的微型LED显示屏是此类设备唯一的发展方向。”
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