2023年是硬件的“大年”，VR技术路径下的产业链剖析与相关标的

在112页拆机报告《全拆解其架构、迭代路径、组件、算法、内容生态、市场、未来趋势》中，我们对比了VR与智能手机的架构差异，得出结论是VR产业链的关键部位在于光学、显示与交互。 光学：Pan cake方案的成熟应用，从头显的轻薄化与屈光度调整两大维度，有望带来VR设备里程碑式的体验提升。在苹果、Meta、PICO等行业龙头的引领作用下，Pancake商用趋势的确定性高，Pancake渗透率提升叠加VR放量有望带来VR光学市场规模加速成长，可关注膜材、贴膜、组装调整等核心环节的投资机会。 显示：当前VR显示面板已从AMOLED发展到Fast-LCD，未来几年Mini LED背光Fast-LCD、Micro OLED（硅基OLED）均有望成为VR主流显示应用方案。 MiniLED背光相比传统LED大幅提升显示屏亮度与对比度，可适配折叠光路（Pan cake）光学方案，同时Mini LED背光依托成熟LCD生产，产业链更成熟，供给能力更强大。硅基OLED与现在主流VR产品使用的Fast-LCD相比，在亮度、对比度、响应时间、功耗、体积等方面优势巨大，也是VR头显显示方案的新选择。 交互：VR追求虚拟场景下的深度交互，头手6Do F成为标配、眼动追踪、全身追踪、面部识别等技术有望进一步提升用户沉浸感，向接近自然的交互方向迭代。新硬件的交互方式亟待重构，苹果曾经两次定义交互方式（PC时代Lisa定义“图形用户界面（GUI）、鼠标和键盘”，智能手机时代iPhone定义触控交互），关注苹果首款MR及相应交互范式。 2023年是硬件的大年，PICO4、Quest Pro已重磅发布，将开启新一轮产品周期，VR消费市场有望加速放量，利好硬件与内容生态正向循环。近期，PICO发布PICO 4/4pro、Meta发布Quest Pro（代号Cambria），2023H1预计苹果、索尼等VR主流厂商均有新品发布计划。行业巨头新品迭代开启新一轮产品周期，2023年将迎来新硬件大年，且此轮新品周期关键在于Pancake光学方案、硅基OLED显示方案等核心技术的迭代与应用，助力VR头显进一步打开消费市场。PI CO 4在维持大众定价的同时全面升级硬件性能，有望树立国内VR旗舰机标杆；Quest Pro定位办公场景与生产力工具，支持全彩透视、眼追、面捕，旨在弱化虚实边界加强虚实交互。当下VR市场的发展阶段可类比于早期的智能手机市场。首先是VR设备的整体升级方向是轻薄化、便携化、提升用户体验，用户量爬升速度不快，主要由头部产品提振。 其次硬件产业链各环节的升级迭代趋势较为明确，光学、显示、交互等模块均存在较大的创新与进步空间，这一阶段伴随着技术的迭代标杆性的新品会陆续推出，如PICO4、MetaQuest Pro、苹果MR等，加速VR消费级市场成长。这一阶段行业巨头起到重要引领作用，市场演进过程可能伴随着量价双升过程，内容丰富度的提升及商业模式的创新有望催化这一进程。 关注标的：我们主要围绕两点标准筛选标的，首先是根据备战元宇宙投资的三个阶段的划分，当下仍处于第一阶段，即筛选的投资标的是有元宇宙（如硬件产业链）的相关业务；进而是目前各VR硬件厂商均在探索各自的技术路径，产业链并未定型，但产业链的关键部位在于光学、显示与交互，按照这三大关键环节再加上整体设计/组装代工共四条脉络做具体筛选。 整机设计/组装代工：创维数字、歌尔股份、立讯精密、和硕、广达、龙旗科技、欣旺达、富士康； 光学：歌尔股份、舜宇光学科技、玉晶光、扬明光学、欧菲光、三利谱、杰普特、联创电子、兆威机电； 显示：京东方、华兴源创、智立方、易天股份、隆利科技、鸿利智汇、长信科技、利亚德、德龙激光、三安光电； 交互：胜宏科技、赛微电子、敏芯股份、韦尔股份、美迪凯、科瑞技术。 风险提示：下游需求不及预期、技术突破不及预期、政策及监管力度变化、VR游戏表现低于预期、疫情反复风险。 1.产业链的关键部位在于光学、显示与交互 在112页拆机报告《全拆解其架构、迭代路径、组件、算法、内容生态、市场、未来趋势》中，我们对比了VR与智能手机的架构差异，得出结论是VR产业链的关键部位在于光学、显示与交互。 我们认为，VR是对过去50年一系列二维设备的全部生态的迭代。参考个人电脑与智能手机发展经验，未来VR普及的关键因素在于：用户体验的改善、技术壁垒的攻克、内容与应用生态的全面起步。相较于智能手机，VR硬件体验的舒适度尤为重要，原因在于VR的近眼显示设计可提供逼真的视觉体验，同时也更容易带来眩晕感。因此，从VR问世的第一天起，体验问题一直备受关注，晕动症是VR发展过程中的主要痛点之一。 由于VR与智能手机两者在底层架构上的逻辑不同，实时渲染的要求使得MTP（动显延迟）的概念被凸显，MTP数值越大越容易引起眩晕的问题。为解决延迟带来的眩晕问题，各VR厂商无非是从硬件与软件两个角度去着手。 VR硬件带来的延迟主要是4个地方：传感器、GPU、传输、显示屏，其中在传感器与GPU渲染方面，VR与智能手机的运行逻辑存在巨大差异。从硬件角度，使用性能最好的硬件就可以尽可能减少硬件层面的延迟问题。但现阶段市场总体上还是认为VR硬件还不够成熟，原因在于，一是厂商要将成本纳入重要的考量范围，做出性价比较高的设备；二是在软硬一体大趋势下，软硬件的配套尤为凸显。 从设备整体的角度来说，硬件与软件结合的不完美也是造成晕眩的重要因素之一。因此不同于智能手机时代的纯堆砌硬件参数，目前来看，各大VR厂商均有在软件算法领域去提出自己的解决方案。 未来是硬件发挥的作用更大，还是软件算法发挥的作用更大？这不能孤立来看。比如性能上，芯片算力的增长一定程度可以预期，但是云计算的普及就非常难判断；显示上，显示屏分辨率的增长一定程度可以预期，但是光学的进展就很难判断。 总结来说，相较于智能手机，VR硬件架构的核心体现在光学、显示与交互，未来重点关注这三方面的进展突破。 （1）显示：预计不太可能成为短板 VR有一个长期发展的核心矛盾——显示，VR的显示=显+光。其中显示屏是一个延续的进展，可以借助过去几十年的行业积累，目前显示屏的成像质量预计已经不是最关键的因素，比如即使到达不了8K的显示质量，2K、4K也能被消费者所接受。即显示屏还不足以影响大家对于VR的接受度，不太可能成为VR发展过程中的短板。 （2）光学：核心技术与难题 但VR显示中的“光学”预计现阶段比较大的限制因素，比如轻薄小型化、视觉辐辏问题等。 在VR设备结构中，光学模组作为连接显示屏和人眼的重要桥梁，是最为关键的组件之一，直接影响到最终的显示效果与使用体验。光学技术的发展缓慢，一直是VR快速扩张的瓶颈。 因光学技术的门槛高低不同，VR目前的内容生态已经起步，而AR则依旧在解决光学技术难题的道路上摸索前进。 （3）交互：等待拐点发生 上一个定义人机交互的是苹果iPhone，目前VR的交互发展还较为缓慢。交互上的进展，分两方面，一是硬件上的进展，增加更多的传感器，以调动更多的感官体验，比如当前面部追踪、眼动追踪等技术正在发展；二是软件上的进展，就像Windows之于计算机、Android与iOS之于手机，操作系统的本质是一种交互方式，需要有类似乔布斯这样的天才制作人来进行定义，等待拐点发生。 目前来看，VR的竞争还还未达到操作系统这个阶段。上半场的竞争是硬件与内容生态的竞争，下半场才轮到操作系统。 2.光学：Pancake方案成熟应用有望带来VR设备里程碑式的体验提升 2.1.Pancake方案的轻薄化与支持屈光度调节，将大幅提升用户体验 VR光学方案发展大致经过非球面透镜—菲涅尔透镜—折叠光路（Pancake）三大阶段，目前菲涅尔透镜是市场主流方案，Pancake方案是光学系统的重大创新，在VR头显轻薄化、小型化等方面起到重要推动作用，将成为下一阶段VR光学主要升级方向。 Pancake主要思路在于通过反射元件进行光路折叠，从而压缩光学模组厚度，使整机更加轻薄。Pancake光学方案以偏振光原理为基础，利用线性偏振片对于不同偏振光选择性反射和投射的特性，配合1/4波片调整偏振光形态，实现光线在半透半反镜与偏振分光片之间的来回反射，并最终从偏振分光片透射入人眼。 以下图为例，显示屏经偏振片后出射为P方向的线偏光，经45°1/4波片1后为圆偏振光，再经45°1/4波片2后形成S方向的线偏光入射至偏振分光膜上（这里两个45°1/4波片的Y轴方向成90°夹角）。S光经偏振分光膜反射后，两次经过45°1/4波片2（其中透镜1面镀半透半反膜）形成P方向线偏振光，经透镜2入射至人眼完成成像。 图1：Pancake方案的偏振折反原理 Pancake之所以会是中短期光学方案的主要升级方向，主要在于其从用户体验角度出发，解决了困扰消费级VR大范围普及的两大问题，一是轻薄化，二是屈光度调节，有望带来VR设备里程碑式的体验提升。 轻薄化：Pancake让光路多次折返，大幅压缩屏幕与透镜之间的距离。 非球面透镜基于凸透镜优化而来，体积/重量偏大，应用逐渐减少。非球面透镜方案缩短焦距主要有两条路径，一是增加透镜厚度以增加透镜中央与边缘厚度差，增强透镜对光线的折射能力；二是设臵多组透镜叠加以缩短整体透镜模组焦距。但是这两条路径在缩短焦距的同时均增加了成像模组的体积，与轻薄化的设计诉求相悖，阻碍了其在VR头显领域的进一步应用。 菲涅尔透镜本质是扁平版凸透镜，体积相对较小，生产工艺成熟，被市场广泛采用。菲涅尔透镜是普通凸透镜连续的曲面被截为一段段曲率不变的不连续曲面，可以被视作一系列的棱镜按照环形排列，边缘尖锐而中心光滑，看上去有一圈圈的纹路。菲涅尔透镜在传统透镜的基础上去掉直线传播的部分而保留发生折射的曲面，从而达到省下大量材料同时又达到相同的聚光效果。其光学原理是光传播的方向在介质中不会改变（散射光除外），而是在介质的表面偏离，因此，去掉透镜中心的大部分材料不会影响成像。 Pancake光学方案将光路多次折返，大幅压缩VR光学总长（镜头中镜片的第一面到像面的距离）。Pancake方案利用半透半反偏振膜的透镜系统折叠光学路径，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振片之间多次折返，最终从反射式偏振片射出进入人眼。Pancake方案的核心思路是通过折叠光路压缩屏幕与透镜之间的距离，是当前VR头显轻薄化的主流选择，工艺成熟、成本可控，已可实现大规模量产，预计将在短中期内将迎来广泛应用。据Wellsenn XR，目前，非球面透镜与菲涅尔透镜的TTL约为40-50mm，Pancake光学方案的TTL约为18-25mm。 图2：Pancake与传统光学方案TTL对比 屈光度调节：Pancake为组合透镜，可以移动镜片实现屈光度调节。 传统单片非球面透镜和菲涅尔透镜方案下，VR头显进行屈光调节更多采用的是更换镜片的方式，试戴过程麻烦且调档选择较为有限。Pancake方案一般为多组透镜的组合，可以通过移动其中一组镜片调整整个光学模组的折射率，从而满足屈光度调节需求。目前Pancake模组普遍的可调节范围在0-700°之间。这种方式调节屈光度的优势在于镜头的总长不会发生改变，但由于移动组镜片的移动会导致整个光路的系统参数如焦距等发生变化。Pancake方案下调节屈光度也可通过显示屏幕朝向某一方向的移动来实现，这种调节方式的优势在于系统参数没有被改变，左右眼焦距一致，图像的一致性会更好，但其缺陷在于整个模组的总长会因此发生变化，头显设计时需要预留体积空间。 此外，相比传统的非球面透镜与菲涅尔透镜方案，Pancake通过透镜组合还可以提高透镜边缘成像质量，降低图像畸变，提高成像的对比度、清晰度、细腻度。 图3：内调屈光度原理 图4：外调屈光度原理 此外，Pancake+机械式可变焦+眼动追踪可以解决视觉辐辏调节冲突（VAC）问题。 相较于人眼自然成像，VR头显屏幕发出的光线没有深度信息，光学模组焦距固定。当设备使用时候，人眼焦点调节与成像纵深感不匹