近眼顯示技術(shù)的案例
基于五通道波導(dǎo)及二維擴(kuò)瞳器的近眼顯示
上海交通大學(xué)的智能顯示實(shí)驗(yàn)室（sdl.sjtu.edu.cn），提出了一種基于五通道波導(dǎo)及二維擴(kuò)瞳器的近眼顯示。如圖1所示，其基本架構(gòu)由（1）五通道波導(dǎo)、（2）入耦合光柵（ICG）、（3）出耦合光柵（OCG）所組成。其核心設(shè)計(jì)思路為將通道1/2/3/4/5的入耦合光柵置于僅包含子視場(chǎng)1/2/3/4/5的獨(dú)立區(qū)域內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)五通道的視場(chǎng)分割。與傳統(tǒng)波導(dǎo)相比，一個(gè)顯著特征是，五個(gè)入耦合光柵在位置上是錯(cuò)開(kāi)的。
圖1. 五通道波導(dǎo)架構(gòu)圖
與基于雙通道視場(chǎng)分割的美國(guó)微軟的HoloLens 2波導(dǎo)方案相比，基于五通道視場(chǎng)分割的波導(dǎo)方案具有更大的視場(chǎng)角。如圖2所示，以折射率為1.8的波導(dǎo)為例，雙通道的對(duì)角FOV上限為48度，而五通道可達(dá)到124度，甚至超過(guò)了美國(guó)Meta公司的Orion碳化硅方案（其視場(chǎng)角為70度）。
圖2. 單/雙/三/四/五通道波導(dǎo)方案的視場(chǎng)角FOV上限與折射率的關(guān)系
為驗(yàn)證方案的技術(shù)可行性，在VirtualLab Fusion軟件的賦能下，課題組重點(diǎn)研究了四臺(tái)階及二維柱狀光柵的衍射效率、波導(dǎo)的視場(chǎng)角上限、以及出瞳均勻性問(wèn)題。如圖3所示，對(duì)于486/546/633 nm的波長(zhǎng)，鋸齒光柵和四臺(tái)階光柵的衍射效率分別為58/69/58%和52/61/54%。以50%為基準(zhǔn)的話，鋸齒光柵和四臺(tái)階光柵的波長(zhǎng)帶寬分別為290 nm和218 nm。如圖4所示，對(duì)于二維柱狀光柵，其各個(gè)衍射級(jí)次（包括T(-1,0)、R(0,0)、R(-1,±1)和R(0,±1)）的效率則可通過(guò)光柵高度進(jìn)行調(diào)控。至于二維出瞳擴(kuò)展，如圖5所示，于30 mm × 21 mm的出瞳區(qū)域，通過(guò)自定義參數(shù)關(guān)聯(lián)與下降單純形算法優(yōu)化，得出了70個(gè)出耦合子光柵的衍射效率，分析了各出瞳的電磁場(chǎng)或光強(qiáng)。
展開(kāi) 國(guó)產(chǎn)AR技術(shù)突破 | 自主研發(fā)混合光線波前追跡仿真模塊
原文信息
原文標(biāo)題：“基于混合光線波前追跡法的可視化二維光柵光波導(dǎo)設(shè)計(jì)研究”
第一作者：葉川東
作者：宋強(qiáng)，覃嘉佳，張善文，王津，劉祥彪，周常河
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）近眼顯示技術(shù)中，衍射光波導(dǎo)因輕薄、大視場(chǎng)角等優(yōu)勢(shì)成為核心組件，但核心仿真工具長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，制約國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。近日，國(guó)內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)首套基于混合光線波前追跡法的可視化光波導(dǎo)仿真模塊，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)化空白。
二維光柵 AR 波導(dǎo)的分區(qū)與光柵結(jié)構(gòu)優(yōu)化（來(lái)自原文）
該模塊創(chuàng)新融合幾何光線追跡與嚴(yán)格耦合波分析（RCWA），在宏觀光傳播模擬中保證效率，于微納光柵作用處精準(zhǔn)捕獲波前信息，集成 k 域分析、光柵自動(dòng)布局等核心功能，支持從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到成像系統(tǒng)的跨尺度一體化仿真。
基于此模塊設(shè)計(jì)的二維衍射光波導(dǎo)，尺寸僅 55mm×40mm×1mm，實(shí)現(xiàn) 30° 視場(chǎng)角、15mm×7mm 眼動(dòng)范圍及 14mm 出瞳距離。出瞳照度均勻性達(dá) 51%-86%，視場(chǎng)均勻性 32%-50%，50cycles/mm 空間頻率下 MTF 值均超 0.5，滿足 AR 近眼顯示核心光學(xué)要求。
軟件光線傳播分析圖（來(lái)自原文）
模塊通過(guò)粒子群算法優(yōu)化耦入光柵參數(shù)，將耦出光柵分區(qū)設(shè)計(jì)，有效提升能量分布均勻性。與國(guó)外商業(yè)軟件對(duì)比驗(yàn)證，關(guān)鍵指標(biāo)高度吻合，彰顯其可靠性與高精度。該模塊現(xiàn)已正式嵌入武漢二元科技有限公司的旗艦產(chǎn)品OAS光學(xué)軟件。
該模塊已為國(guó)產(chǎn) AR 光學(xué)研發(fā)提供自主可控的高效設(shè)計(jì)工具，助力消費(fèi)級(jí) AR 設(shè)備落地，對(duì)推動(dòng)我國(guó)光學(xué)技術(shù)自主創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重要意義。
（原文獲取：請(qǐng)您私信聯(lián)系工作人員）
展開(kāi) CINNO Research | Q1’24 VR需求相對(duì)疲軟，AR展現(xiàn)活躍態(tài)勢(shì)
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從硬件技術(shù)看，消費(fèi)級(jí)VR市場(chǎng)屏幕顯示中，F(xiàn)ast LCD仍占據(jù)主導(dǎo)地位，份額降至91%，而Micro OLED份額連續(xù)五個(gè)季度增長(zhǎng)，此外，三星在SID 2024展會(huì)上展示了用于XR的1.03英寸RGB Micro OLED顯示器，顯示出Micro OLED技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尤其適合高端設(shè)備如Apple Vision Pro等。Pancake方案在VR領(lǐng)域中份額提升至65%，其中，向模內(nèi)注塑技術(shù)在不斷演進(jìn)升級(jí)，以耐德佳、歌爾為代表。AR市場(chǎng)中，Micro OLED占主導(dǎo)地位，份額占84%；Micro LED雖然目前份額較小，但也在不斷增長(zhǎng)。近期，Micro LED公司如錼創(chuàng)、思坦、Mojo Vision也發(fā)布了最新的近眼顯示技術(shù)成果，預(yù)示著這一技術(shù)的潛力和發(fā)展前景。而在光波導(dǎo)方面，JBD（上海顯耀）帶來(lái)全新“蜂鳥(niǎo)Mini Ⅱ光引擎” 為AR設(shè)備的光學(xué)性能帶來(lái)了新的突破。鯤游光電推出了單片全彩刻蝕光波導(dǎo)系列——攖寧，進(jìn)一步豐富了AR設(shè)備的光學(xué)選擇。另外，谷東科技在小型化高亮度陣列光波導(dǎo)技術(shù)方面取得重要突破，可將陣列光波導(dǎo)模組塞進(jìn)AR眼鏡的鏡腿，體積小巧，入眼亮度提升，符合更多應(yīng)用場(chǎng)景，又實(shí)現(xiàn)眼鏡化造型。
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從融資方面看，Q1'24共融資41起，其中，VR相關(guān)融資占據(jù)23起，主要以VR培訓(xùn)內(nèi)容、VR娛樂(lè)、VR醫(yī)療等定向內(nèi)容為主；AR相關(guān)融資18起，主要是AR的硬件為主，顯示出市場(chǎng)對(duì)這一領(lǐng)域的濃厚興趣。其中，國(guó)內(nèi)熙泰科技、芯視界、諾視科技、Rokid、XREAL、雷鳥(niǎo)創(chuàng)新等融資數(shù)額均在億元以上。XR行業(yè)能集中出現(xiàn)如此大額投融資項(xiàng)目，很大程度受益于蘋(píng)果Vision Pro發(fā)售的推動(dòng)。
展開(kāi) 第四屆國(guó)際Mini/Micro LED供應(yīng)鏈創(chuàng)新發(fā)展峰會(huì)(IMDS 2024)成功舉辦
季總詳細(xì)介紹了君萬(wàn)微電子的發(fā)展歷程和成就，特別是其在碳化氮化鎵LED微型顯示器芯片上的突破。演講涵蓋了顯示與微型顯示器的技術(shù)區(qū)別，介紹了無(wú)機(jī)LED在亮度和抗殘影方面的優(yōu)勢(shì)。此外季總還探討了微型顯示器在近眼顯示和投影系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力，展示了Micro LED在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域的廣泛前景。最后，季總指出，Micro LED技術(shù)雖然處于起步階段，但未來(lái)幾年將迎來(lái)快速發(fā)展，為新興產(chǎn)業(yè)帶來(lái)巨大商機(jī)。
演講主題：《硅基微顯示背板設(shè)計(jì)》
演講嘉賓：芯視元 CTO 陳弈星
芯視元CTO陳弈星女士詳細(xì)介紹了芯視元在硅基芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，包括微顯示、空間光調(diào)制器及定制驅(qū)動(dòng)板的研發(fā)。她重點(diǎn)討論了硅基微顯示背板設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，如晶圓鍵合和彩色化技術(shù)，并分享了相關(guān)的背板設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)和解決方案。此外，陳弈星女士還分析了AR和VR設(shè)備對(duì)不同顯示技術(shù)的需求及其市場(chǎng)前景，強(qiáng)調(diào)了材料特性測(cè)量對(duì)IC設(shè)計(jì)的重要性。她呼吁行業(yè)各方應(yīng)該加強(qiáng)合作，以推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)應(yīng)用。
演講主題：《Micro LED投影顯示車(chē)載應(yīng)用展望》
演講嘉賓：數(shù)字光芯 董事長(zhǎng) 孫雷（黃苒代講）
數(shù)字光芯聯(lián)合創(chuàng)始人黃苒先生重點(diǎn)探討了Micro LED技術(shù)在車(chē)載顯示領(lǐng)域的巨大潛力，尤其是在HUD（平視顯示器）、數(shù)字車(chē)燈和迎賓燈等應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。他指出，Micro LED技術(shù)憑借其高亮度、自發(fā)光、小體積和高可靠性，能夠顯著提高顯示效果和能效。同時(shí)，他認(rèn)為目前Micro LED技術(shù)在良率、成本和產(chǎn)能方面仍需改進(jìn)，但隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步和產(chǎn)線的擴(kuò)建，Micro LED在車(chē)載應(yīng)用領(lǐng)域即將迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。
展開(kāi) 
為何1.3吋顯示器對(duì)VR意義重大
傳統(tǒng)像素掃描
此外，目前國(guó)內(nèi)外OLED微顯示器存在的一大弊病在于發(fā)熱，發(fā)熱不僅會(huì)影響產(chǎn)品使用壽命，同時(shí)還會(huì)嚴(yán)重影響體驗(yàn)，廠商甚至需要額外加載散熱裝置，以保證產(chǎn)品正常工作。
季博表示，昀光所采用的數(shù)字驅(qū)動(dòng)技術(shù)，配合分形掃描，致使顯示屏在工作時(shí)，針對(duì)需求有的放矢，表面溫度一般不超于40 度，降低了不必要的電池消耗，不需要額外增加散熱片。
昀光董事長(zhǎng)潘仲光先生（原冠捷電子創(chuàng)始人）強(qiáng)調(diào)，我們是世界上第一家量產(chǎn)數(shù)字驅(qū)動(dòng)的微顯示屏幕公司。數(shù)字驅(qū)動(dòng)只有傳統(tǒng)模擬顯示五分之一的功耗，不需要散熱片，屏幕即使在高亮度情況下也不發(fā)燙，更高的亮度以及刷新率都是數(shù)字驅(qū)動(dòng)獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)。周善紅副董事長(zhǎng)表示昀光的技術(shù)突破是我們中國(guó)人的驕傲。
圖片來(lái)源：昀光
面向AR/VR下一代計(jì)算平臺(tái)
國(guó)產(chǎn)替代號(hào)角已吹響
據(jù)悉，除了今年點(diǎn)亮的 SRS5020 以外，昀光明年還計(jì)劃點(diǎn)亮并量產(chǎn)分辨率達(dá)到 2.5K 的下一代硅基OLED微顯示器—— SRS5025。另外，目前團(tuán)隊(duì)還在擴(kuò)大研發(fā)布局，正在設(shè)計(jì)可達(dá) 4K 分辨率的 SRS5040 和可支持人眼凝視點(diǎn)渲染的硅基 OLED 顯示器。
近年來(lái)，伴隨著數(shù)智化變革進(jìn)程加快，中國(guó)智造企業(yè)崛起，國(guó)產(chǎn)替代已逐漸深入上游產(chǎn)業(yè)鏈，而作為下一代計(jì)算平臺(tái)的AR/VR 更是大家關(guān)注的核心重點(diǎn)。
工信部下發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》明確指出，我國(guó)發(fā)展虛擬現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)的道路上，需要突破四項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)，包括近眼顯示技術(shù)、感知交互技術(shù)、渲染處理技術(shù)與內(nèi)容制作技術(shù)。
展開(kāi) 專訪昀光 | 硅基OLED：下一代虛擬世界“元宇宙”首選顯示方案
初代VR由于技術(shù)、成本等限制，使用的是LCD顯示技術(shù)，存在色彩顯示不夠豐富、對(duì)比度不高、功耗和體積大等缺點(diǎn)。目前半導(dǎo)體和顯示技術(shù)相比當(dāng)時(shí)發(fā)展更為成熟，AR/VR頭顯設(shè)備輕量化已勢(shì)在必行。
于是硅基OLED便成為了“元宇宙”顯示市場(chǎng)繼續(xù)發(fā)展的底層技術(shù)，季淵博士認(rèn)為：“元宇宙的到來(lái)可以看做是互聯(lián)網(wǎng)3.0版本，元宇宙提出了一個(gè)革新性需求，即更加沉浸式的體驗(yàn)，這也是近眼顯示與傳統(tǒng)顯示最重要的區(qū)別。”傳統(tǒng)平板顯示（非近眼顯示方案）實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)的成本較高，需要在空間四周、地板和房間頂部鋪設(shè)顯示屏（例如LED大屏幕）或者架設(shè)多個(gè)投影機(jī)/投影儀，成本較高，移動(dòng)性有限，僅適合某些特殊場(chǎng)景應(yīng)用。而近眼顯示方案就可以采用“微顯示器+光學(xué)”的方案，以較低的成本，實(shí)現(xiàn)沉浸式體驗(yàn)。
硅基OLED將會(huì)成為VR行業(yè)趨勢(shì)選擇
行業(yè)消息指出蘋(píng)果公司的首款VR/MR頭顯有望在年內(nèi)或明年推出，這款頭顯產(chǎn)品將配備三塊屏幕，其中有兩塊采用硅基OLED顯示屏。
行業(yè)龍頭對(duì)技術(shù)路線的選擇往往具有引領(lǐng)供應(yīng)鏈趨勢(shì)的作用，選擇硅基OLED路線標(biāo)志著其在VR設(shè)備方面的應(yīng)用前景已得到認(rèn)可。
季淵博士指出：“目前硅基OLED在VR應(yīng)用上的綜合優(yōu)勢(shì)比較明顯，相比較Fast-LCD和Micro LED，其色彩表現(xiàn)要更強(qiáng)，沉浸體驗(yàn)更好。并且由于VR是相對(duì)封閉的顯示環(huán)境，并不需要后兩者的超高亮度便可以滿足要求。”
此外對(duì)于LCD屏幕來(lái)說(shuō)，由于其擁有黑矩陣的工藝，因而限制了LCD的PPI提高，即便像素密度提高到1000ppi以上也難以完全消除紗窗效應(yīng)；對(duì)于Micro LED來(lái)說(shuō)，尚存在工藝和產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題，成熟度不夠高，而且也可能會(huì)存在像素點(diǎn)亮度不一致較大的問(wèn)題。
從技術(shù)角度看，硅基OLED已經(jīng)進(jìn)入成熟量產(chǎn)階段。其技術(shù)工藝主要分為單晶硅光刻的基底驅(qū)動(dòng)層技術(shù)和OLED蒸鍍技術(shù)。
展開(kāi) CINNO Research | 2025年全球AR/VR硅基OLED面板市場(chǎng)規(guī)模達(dá)14.7億美金
未來(lái)隨著AR/ VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及硅基OLED技術(shù)的進(jìn)一步滲透，預(yù)計(jì)至2025年全球AR/VR硅基OLED顯示面板市場(chǎng)成長(zhǎng)規(guī)模將達(dá)CAGR 119%。”
硅基OLED英文名稱為Micro OLED、OLEDoS或者OLED on Silicon，是一種新型微顯示技術(shù)，屬于AMOLED技術(shù)的一個(gè)分支，主要適用于微型顯示產(chǎn)品。硅基OLED結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)背板和OLED器件兩個(gè)部分，是結(jié)合CMOS工藝和OLED技術(shù)，以單晶硅作為有源驅(qū)動(dòng)背板而制作的主動(dòng)式有機(jī)發(fā)光二極管顯示器件。
硅基OLED具有體積小、重量輕、分辨率高、對(duì)比度高、功耗低、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)，是最適用于近眼顯示的微顯示技術(shù)，目前主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。
展開(kāi) Zemax案例 | 基于Zemax實(shí)現(xiàn)AR波導(dǎo)全視野高均勻性設(shè)計(jì)方案
引言
在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，波導(dǎo)式AR顯示設(shè)備因兼具緊湊性與寬視野優(yōu)勢(shì)，成為行業(yè)研發(fā)的核心方向。而眼動(dòng)范圍（Eyebox）的照度均勻性，直接決定了用戶的沉浸式視覺(jué)體驗(yàn)，是波導(dǎo)式AR顯示技術(shù)突破的關(guān)鍵痛點(diǎn)。天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)在《Optics Express》發(fā)表的研究中，提出基于隨機(jī)掩模光柵（RMG）的L型光柵波導(dǎo)設(shè)計(jì)方案[1]，成功在20°×15°視野范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)全視野眼動(dòng)范圍均勻性均大于0.78的優(yōu)異效果。而在這一創(chuàng)新研究的成像質(zhì)量驗(yàn)證環(huán)節(jié)，Zemax軟件憑借強(qiáng)大的光學(xué)仿真能力，成為驗(yàn)證隨機(jī)掩模光柵成像性能的核心工具，為AR光柵波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了精準(zhǔn)的技術(shù)支撐。
AR光柵波導(dǎo)的眼動(dòng)范圍均勻性難題
AR技術(shù)自上世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，已廣泛應(yīng)用于軍事、娛樂(lè)、醫(yī)療、教育等多個(gè)領(lǐng)域。其中，光柵波導(dǎo)因能通過(guò)出瞳擴(kuò)孔器（EPE）實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)、大眼球盒，成為近眼AR顯示的主流技術(shù)方案。但在實(shí)際應(yīng)用中，光柵波導(dǎo)的出瞳擴(kuò)展過(guò)程中，未衍射光的能量會(huì)逐漸衰減，導(dǎo)致眼動(dòng)范圍內(nèi)的空間照度均勻性變差——用戶眼球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，虛擬圖像的亮度會(huì)出現(xiàn)明顯波動(dòng)，嚴(yán)重影響視覺(jué)體驗(yàn)。
為解決這一問(wèn)題，行業(yè)內(nèi)先后提出多種優(yōu)化方案：如對(duì)稱雙目波導(dǎo)系統(tǒng)、分區(qū)域設(shè)計(jì)衍射效率光柵、考慮多視場(chǎng)的衍射效率優(yōu)化等。但這些方案均存在明顯短板：部分方案僅優(yōu)化中心視場(chǎng)，邊緣視場(chǎng)均勻性不佳；部分方案需迭代計(jì)算衍射效率分布，計(jì)算效率低下；還有部分方案要求設(shè)計(jì)復(fù)雜的光柵子結(jié)構(gòu)，大幅提升了制造難度，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)全視野范圍內(nèi)的高眼動(dòng)范圍均勻性，同時(shí)兼顧設(shè)計(jì)效率與制造可行性，成為AR光柵波導(dǎo)技術(shù)發(fā)展亟待突破的核心問(wèn)題。
展開(kāi) 近眼顯示技術(shù)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
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