随着元宇宙概念的爆发，2021年全球VR出货量突破1000万，标志着VR产业正式进入消费级市场。2022上半年，全球出货量约684万台，在大厂新品缺席情况下仍实现同比翻倍以上增长。随着下半年字节、创维、苹果等重点厂商的新品发布，VR产业将进入加速发展。

作为连接显示屏和人眼的重要桥梁，VR光学是VR设备的核心组件，必然随着VR市场进入快速发展期。VR光学方案技术主要经历了非球面透镜、菲涅尔透镜和Pancake方案三个阶段，而Pancake有望成为未来3-5年VR升级的首选光学方案。

一、Pancake方案是什么

Pancake方案主要源于其形状薄如“薄饼（pancake）”，通常代指小巧轻便的薄型透镜。方案主要利用偏振光原理，采用折叠光路设计，图像源进入半反半透功能的分束镜之后，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振膜之间多次折返，最终从反射式偏振膜射出进入人眼。

按照光路设计，VR光学存在垂直光路方案（非球面透镜、菲涅尔透镜）、折叠光路（Pancake方案、液晶偏振全息）、复合光路（多叠自由曲面、异构微透镜阵列）、特定光路（超表面/超透镜）这四类方案。目前菲涅尔透镜是多数VR头显选择的方案，但随着消费级市场的发展，体验更优的Pancake方案正成为头部企业的首选。

二、Pancake方案有什么优点和缺点

Pancake方案采用折叠光路设计，主要优势在于减重和变焦。具体来说，有三大优势：

1、舒适度高

Pancake模组厚度相对传统菲涅尔方案减少了一半，相应地，头显重量减轻50%以上，降低了对脸颊和眼眶的压迫，有效提升了使用舒适度，进而提升用户使用时长。

2、视觉体验好

通过透镜组合，提高了透镜边缘成像质量，降低图像畸变，提高成像对比度、清晰度和细腻度。传统菲涅尔透镜因为镜片本身镜片问题，边角会出现暗角、模糊和畸变。

3、近视用户可摘掉眼镜佩戴头盔

Pancake方案为组合透镜，可以通过控制其中一片透镜进行屈光度调节，目前普遍支持的调节范围是0°-700°。而传统菲涅尔方案只能通过增加透镜实现。

主要不足在于：

• 图像失真，包括形状和色彩。光线在透镜中折返，由于光的双折射现象，容易产生失真。双折射现象与透镜材质有关，塑料材质通常有较大双折射。增加透镜或改变透镜形状、改善材质、优化光路等均可以降低双折射现象。
• 对屏幕亮度要求高。受制于光学原理，光每次经过半透半反镜会损失25%，反射偏振膜也会损失10%，总体上，Pancake方案的光学利用率仅10~20%。这也意味着更高的成本和功耗。
• 视场角较小。虽然Pancake方案的视场角理论上限较高，当前量产的方案真实视场角基本处于60~90度之间，低于菲涅尔方案。
• 成本高，是菲涅尔方案的7~8倍。方案中最核心的是光学膜，全球只有3M等少数企业的产品能达到方案要去；同时对贴膜或者镀膜的精度和平滑度要求很高，目前依赖人工贴膜。

随着技术方案的逐步成熟，Pancake的上述不足有望解决。

三、Pancake方案组件和工艺

1、结构和组件

从光路上看，图像源进入半反半透功能的镜片BS（分束镜）之后，光线在镜片、相位延迟片以及反射式偏振膜之间多次折返，最终从反射式偏振膜射出进入人眼。

具体来看，主要部件包括：

分束镜（Beam Splitter），它能方便的把入射光分离成反射光和透射光两部分。在Pancake方案中，分束镜主要用来做二次反射光线使用。分束镜可以用部分反射膜替代。

偏光片（Polarizer），是一种能让自然光变为偏振光的化合物薄膜。自然光是由无数方向横振动合成的复杂混合光波，偏振光是具有某种规则地变化的广播。线偏振光是指只沿一个固定方向震动的光，圆偏正光是指偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w旋转的光。

反射式偏振膜（Reflective Polarizer），能够选择性的反射偏振光的一种偏光膜。Pancake方案利用了反射偏振膜的选择性反射和投射偏正光的特点，通过1/4相位延时片，改变了偏振光的状态，实现了光第一次到达反射偏振膜时被反射，第二次到达反射偏振膜时投射入眼。

1/4相位延时片（Quarter-Wave Plate），通常由塑料薄膜制成，透光性高，在正确的方向时，线偏振光以45度通过则变成圆偏正光、相位延迟1/4波长，同理，圆偏正光通过则变成线偏振光。

此外，Pancake光学模组的入射光必须是圆偏振光，对显示屏有要求。目前Pancake光学模组搭配使用的屏幕分LCD屏和OLED屏。LCD屏发出的为线偏振光，需要在屏幕上增加一块1/4相位延时片将其转化为圆偏正光；OLED屏是自发光原理，其光线是非偏振光，需要在屏幕上增加偏振膜先转化为偏振光、再贴上1/4相位延时片转化为圆偏振光。

针对光路多次折返的损失问题，需要搭配使用亮度更高的Mini-LED / Micro-OLED屏幕。

2、工艺流程

Pancake生产主要包括光学设计、透镜加工、透镜贴膜、组装、检验和封装六个流程。

其中最重要的环节是透镜贴膜，特别是曲面贴膜工艺能够扩大视场角，但是工艺难度非常大。一方面，Pancake对光学膜材的要求比较高，仅少数公司产品能达到要求；另一方面，曲面贴膜的边缘很容易出现不平整，因此也使得产品的良率大大降低。因而，成本和良率是限制Pancake方案迅速放量的关键。

总得来看，贴膜是Pancake模组中技术和价值都比较高的一个环。其中，反射式偏振膜价值量最高。

四、Pancake相关市场怎么样

参考AirPods的发展历程，市场规模快速扩大为供应链带来发展红利。以每年全球游戏机的销量作为VR设备市场空间的参考，2021年全球游戏机的销量预计在5,500万台左右，而VR设备的出货量约为1,500万台，渗透率仅为27%。回顾2019~2020年AirPods的渗透率，广发证券认为2021~2022年的VR设备处在渗透率快速提升的阶段。

VR光学作为VR头显的核心零部件，其市场规模取决于VR的出货量规模以及光学模组的价格。2022Q1，全球VR头显出货量356万台，同比增长26.6%，市场规模提升的拐点已至。

WellsennXR数据显示，目前产业链单片非球面透镜价格约为5-10元，单片菲涅尔透镜价格约为15~20元，单个Pancake光学模组的价格约为150~200元（不含屏幕）。预计2030年Pancake以及其他前沿光学方案占比提升，彼时市场规模可达500亿元。

五、Pancake概念龙头股

风险提示：本文罗列出产业链条上核心企业及对应的股票，仅为个人分析之用。短期不一定会上涨、甚至可能直接进入调整。是否交易，请依据自己的交易模式。

Pancake模组中的光学膜片至关重要，占总成本的70%左右，因而光学膜相关供应商收益最大；其次，Pancak方案的另一大难点在于透光性差、需要搭配新型显示设备，而新型显示技术的快速渗透也将带动配套平板显示检测设备需求增长；第三，为了降低视觉辐辏冲突，用于调节瞳距的微型传动器也将受益。

排除不在A股上市和未上市的企业，主要龙头企业有以下几家。

1、创维数字：A股稀缺的VR一体机标的

公司在消费电子行业拥有深厚积累，产品已进入谷歌、三星、华为、小米等知名科技企业终端供应链中。

在VR业务方面也已积淀多年，2021年发布首款Pancake超短焦VR分体式眼镜，并出口美国销售。2022年7月25日发布VR新产品PancakeXR系列，多项性能指标做到全球领先，性价比较高，生态丰富度不断提升，有望实现C端的放量。

2、三利谱：国产偏光片龙头

自主研发、布局多赛道。产品已进入谷歌、三星、华为、小米等国内外知名科技企业终端供应链中。Pancake光学膜技术储备丰富，针对Pancake折叠光路系统能提供两类解决方案：一类是偏光片在Pancake模组显示端的应用，另外一类是在近眼端的线偏侧贴合和QWP侧贴合，并通过激光切割或CNC切割来对该类偏光片进行加工。

3、深纺织A：偏光片业务占比超过90%

1995年成立盛波光电进入偏光片领域，从美国引进LCD偏光片产线，是大陆偏光片发展的开端。2011年投产1490mm宽幅生产线。目前共有6条量产生产线，1条在建生产线，年产能2000万平米，产品涵盖TN/STN偏光片、TFT-LCD偏光片及OLED偏光片。

4、兆威机电：微型传动龙头

兆威机电的微型传动系统可以应用于磁感应系统、瞳距调节驱动系统、头部自动松紧装置等。通过微型传动模组，可实现智能化VR瞳距调节，提高调节精确度，协助缓解眩晕的感觉。公司有望充分受益于VR行业发展。

5、杰普特：VR/AR眼镜模组测试

公司主营业务为激光器以及主要用于集成电路和半导体光电相关器件精密检测及微加工的智能装备。针对高速发展的VR/AR市场，公司为客户定制了一系列广视场角测试设备，部分设备形成订单并开始交付。其中VR/AR眼镜模组测试机可应用于VR/AR透镜成像畸变检测，并可以兼容头戴式眼镜成品和单眼模组阶段产品的检测，随着VR/AR下游需求渐显，相关设备未来将对业绩带来新驱动。

6、华兴源创：平板显示检测设备

为搭配Pancake方案的同时、实现更高亮度以及更高分辨率，Micro LED和Micro OLED等新型微显示技术将渐成主流，而新型显示技术的快速渗透也将带动配套平板显示检测设备需求增长。公司是行业领先的工业自动化测试设备与整线系统解决方案提供商，产品主要应用于LCD与OLED平板显示及微显示、半导体、可穿戴设备等行业。

参考报告（需要原报告请关注公众号：v形反转，然后回复：pancake）：

1、WellsennXR，《VR光学专题研究报告》

2、广发证券，《VR行业专题跟踪系列二：元宇宙概念加速渗透，赋能VR内容及硬件端双轮成长-211102》

3、申万宏源，《元宇宙系列深度报告之二-VR／AR行业报告：软硬正循环，奇点已至-220505》

4、广大证券，《VR／AR行业跟踪报告之一：创维Pancakexr新品发布会召开在即，Pancake光学方案大势所趋-220723》