编者按：近眼显示是实现VR技术的主要平台设备。通过提升相关元件模块的性能稳定度与显示效果，近眼显示能够打造更具沉浸感的VR体验。目前，近眼显示技术产品正朝着更轻、更薄、更便携的方向发展。用户由于不断追求近眼显示的舒适度、真实度和流畅度，对近眼显示器所渲染的内容也提出了更高要求。10月19日至20日，由工业和信息化部、江西省人民政府主办的2023世界VR产业大会在江西南昌召开。大会期间，由国际信息显示学会中国区（SID China）承办的近眼显示主题论坛汇聚近眼显示领域上下游企业，探讨当前技术路线、产业化过程中的关键技术挑战、技术和产业发展趋势，助力近眼显示技术产业化发展。由于显示器件形态固化问题，生产厂家要实现大尺寸、高沉浸、高分辨率，需要把屏幕做得很大，这会增加材料、投入的成本。“用小器件实现大画面”能够打破这种限制。基于光学透视的工作原理，像源具备高度集成的特点，也就是所说的“小器件”。仅为几微米厚的光学膜叠加在镜片上，就可以呈现100寸、200寸大小的高清画面。OLED、LED等技术在“小器件”方面各有优势和劣势。实现“大画面”的技术路径有两种。一种是通过反射、折射等传统几何光学控制光场；另一种是通过衍射来实现光场的调控。其中，传统几何光学厚度更高、体积更大；衍射光学对精密度的要求更高，在器件的节约程度上可以做到更好，能够实现薄膜化。衍射光学有两种流派，一种是表面浮雕，即在器件上实现表面形貌的变化，尺寸达到光波长量级。另一种是体全息，即控制内部折射率分布，同样形成衍射功能。光栅材料、制备工艺、仿真设计是体全息光波导的三大主要核心技术。北京耐德佳显示技术有限公司总经理、联合创始人段家喜：轻薄化、小型化及宽幅高分辨率是近眼显示发展重要趋势近眼显示是VR/AR时代的显示屏，轻薄化、小型化及宽幅高分辨率是其发展的重要趋势。但在开发AR近眼显示产品时会遇到很多难题。首先是扩展量守恒定律。显示屏越小，分辨率越低，所能开发的视场就会越小。其次，视场分辨率也是一大限制。视场角越大，角分辨率越低，会影响用户体验。最后，与传统的显示装备相比，无论是视场角100度以上的显示，或是360度环屏宽幅高分辨率的显示，都对近眼显示系统提出了很高要求。根据传统VR光学设计和pancake设计对比情况，在同等或是光学指标进一步优化的情况下，曲面半径可以实现更高清晰度的显示，也更容易加工和制造。基于此，耐德佳公司团队提出了一种紧凑的、宽视场、大EPD和良好的图像质量折反式VR-HMD系统，并认为这种紧凑的折反设计取代传统的VR镜头，是VR显示技术发展的必然趋势。京东方科技集团股份有限公司VR事业研发总监谢建云：Fast LCD领域有两个需要攻克的核心问题。第一个是像素密度；第二个是延迟。与普通LCD相比，Fast LCD能够将响应时间从25毫秒提升至5毫秒。在这个基础上，京东方推出了新的Fast LCD技术，目前响应时间大约为3毫秒。实现更快响应时间的技术是低Gap技术。但是，低Gap技术也会产生问题，尤其是光学均一性问题。提升高精细工艺管控能力是解决光学均一问题的关键环节之一。在产品迭代的过程中， 同样需要PPI的提高、光学规格的迭代、透过率等指标的提升。4K Fast LCD需要VR/AR视网膜级的屏幕，这也是Fast LCD领域亟待突破的关键。同时，4K Fast LCD对光学规格也提出了更高要求。后续系统算法、系统内容的叠加，有望带动整个近眼显示产业链让VR走进千家万户。 硅基微显示的发展面临两大难点。一是门槛非常高，硅基微显示涉及微电子、光学、结构材料等三大类十余个学科。第二是研发成本高。作为面向未来的技术领域，硅基微显示的迭代研发需要消耗非常高的成本。硅基微显示涉及的产业链条非常广泛。Micro-LED是近眼显示领域较好的载体。但是Micro-LED像素的小型化面临均一性、合色和彩色化等问题。 在硅基OLED方面，硅基的制造过程面临平整度和均一性问题，存在极限。总体来看，硅基在1英寸以下具备市场竞争力。硅基OLED还涉及SVC背板的制造和OLED的蒸镀。硅基液晶需要一个微小的液晶屏生产线，但要做到百级超净空间，再经历几十道工序，还要经历做真空液晶盒子、切割等过程，是非常困难的。总体而言，硅基微显示既是屏，还包括一个驱动显卡。该驱动显卡可能是二合一式，也可能是分离式。在Micro-LED实现2K分辨率或者更高分辨率时，会使用更高工艺的28纳米，这会涉及非常高的投入，需要产业界上下游共同努力攻克难关。VIVIDQ副总裁、全球业务总监斯特凡·因内霍费尔：当前，比较主流的VR销售情况良好。比如，PS5销量超过了4000万台；Facebook VR设备超过了2500万台等。VR还有很多需要改进的地方。2020年用户在VR游戏所花费的平均时间仅有32分钟，VR的舒适度是用户能否长期参与VR游戏的关键因素。目前，如果用户戴上VR设备看到的是1.25-2米的距离，就会出现不适情况，这是开发VR设备时必须面对的现实问题。该问题的解决有多种方案。比如，可以用光场显示方式；也可以用计算机生成全息术（CGH）的方式；还可以采取变焦和多焦的方式。但是，注视的距离或者焦距过短仍会影响用户体验。相比之下，采用追踪方式可以更好地了解到用户的关注点，以及如何更好地呈现相关内容。计算机生成全息术（CGH）能够更好地呈现实时景象。通过全息投影光学装置能够实现计算机生成全息技术。在这一过程中，采取精准修正方式也能提升用户使用VR设备的舒适性，并实现不同臂长调整所带来的互动变化。这种方式也能够通过不断调整距离来实现不同图像的呈现效果，以实现沉浸感。计算机生成全息技术也能够帮助实现软件中动态、定向的校正。消费级应用需要具备低廉的价格，同时要能平衡功耗、算力和显示效果。从这个角度来看，OST是一个非常重要的方向，光波导是其中重要的组成技术之一。在光强利用率或光效方面，阵列光波导可以实现10%的量级，相对于衍射有较大优势。在颜色方面，阵列光波导对于颜色的还原度能够达到2到3左右，整体偏色效果与正常显示器差异较小。在环境适应性方面，阵列光波导同样有很大提升。进一步而言，二维扩瞳光波导可以把整体光机体系做得很小，阵列光波导的二维实现形式能够提升用户体验。但需要看到的是，二维产品在量产性方面仍和一维产品有一定差距，目前亟待解决良率问题。就此而言，构建从镀膜、贴合、抛光、组装到测试的自动化产线，是阵列光波导二维产品实现量产的关键。四大因素决定了AR产业的发展速度和市场规模。第一是硬件体验；第二是感知交互；第三是人机交互；第四是杀手级应用。支持杀手级应用也需要支持更广泛的应用平台市场及开发者生态。VR目前还处在“硬件定义”的阶段，厂商首先要在硬件方面实现重要突破。接下来是“产品定义”的阶段。第三个阶段会是以生态为核心的阶段。光学显示是硬件方面最核心的部分，面临光学显示、人机交互、AI算力、功耗等一系列问题。消费级AR眼镜对光学显示系统有高透、高亮要求。具体而言，高透能让用户看清楚现实；高亮能让用户在各种环境下使用VR设备。从高透、高亮角度来看，衍射波导在量产性成本方面具备优势。从发光器件角度而言，Micro-LED是未来终极方案。具体来看，Micro-LED具有非常高的亮度，同时消耗的功耗非常低，在刷新率、尺寸等方面也有较大潜力。当前，单片全彩的Micro-LED尚未实现量产。要解决这一问题，就要实现RGB三色完美的耦合。为了最终量产的稳定性，还要对光引擎进行性能测试和显示调校，以保证产品良率。 湖北星纪魅族科技有限公司XR显示技术首席专家詹志锋：“Micro LED+波导”有望实现消费级AR眼镜目前，AR眼镜更多应用于工业、医疗、教育、安防等ToB领域。从ToC角度来看，目前还没有一款备受普通消费者青睐的AR眼镜产品。从消费者角度来看，AR眼镜要具备轻量化特点，同时要具备低功耗、外观时尚等特点。当前，AR眼镜在微显示领域的显示技术有LCoS（硅基液晶显示）、DLP（数字光处理）和LBS（激光扫描）等。近年来，Micro LED技术日渐成熟，具备小型化、轻量化分辨率高、亮度高、功耗低等特点。基于此，“Micro LED+波导”更有望实现消费级AR眼镜。但需要注意的是，Micro-LED作为未来消费级AR眼镜的重要实现路径，仍然面临全彩化问题。合色方案唯一的问题是高成本，因此如何降低成本是业内关注的焦点；垂直堆叠方式能够提升光效，但相关产品的量产仍需要等待2-3年；部分公司采用量子点技术实现全彩，但亮度及PPI仍然偏低；一些国外公司提出了动态像素调制方案，希望通过改变电流密度来改变波长，以实现全彩，但该方案在驱动方面难度较大，目前仍处于学术研究阶段。
