增強現(xiàn)實技術(shù)是元宇宙重要的人機交互平臺，其中光學(xué)成像部件和微顯示屏是成像質(zhì)量的關(guān)鍵。目前有五種微顯示技術(shù)：硅基液晶、硅基 OLED、硅基 micro LED、DLP 顯示以及激光掃描振鏡等。本文將著重介紹不同技術(shù)微顯示屏的組成結(jié)構(gòu)、工藝流程、硅基驅(qū)動方式方法、發(fā)展現(xiàn)狀以及面臨的挑戰(zhàn)。在硅基驅(qū)動的部分，將從像素驅(qū)動的不同電路以及不同驅(qū)動電路的優(yōu)缺點入手，分析不同顯示技術(shù)硅基部分的設(shè)計和指標(biāo)挑戰(zhàn)。并對目前不同技術(shù)所能達到的指標(biāo)進行了匯總比較。硅基背板的設(shè)計關(guān)注點和發(fā)展趨勢也將得到討論。在本文的最后對不同微顯示芯片的應(yīng)用場景和發(fā)展進行了討論。

增強現(xiàn)實概念最早出現(xiàn)在 1968 年，但受制于顯示和光學(xué)技術(shù)，一直未能普及。1990 年代，美國軍方要求提升空軍作戰(zhàn)效率，才開始對顯示屏的更新?lián)Q代提出明確要求。一些公司開始了對基于硅基的液晶屏的研發(fā)。2012 年谷歌推出了基于硅基液晶（LCoS）和棱鏡光機的輕便式單目 AR 眼鏡，使得更多的機構(gòu)和消費者對 AR 眼鏡產(chǎn)生了濃厚的興趣。隨著增強現(xiàn)實的應(yīng)用場景和需求越來越多，相應(yīng)的對 AR 眼鏡的要求也就越來越高。如需要長時間佩戴的增強現(xiàn)實（AR）眼鏡需要滿足體積小重量輕并且待機時間長的需求。而戶內(nèi)或者是工業(yè)場景應(yīng)用中，則對分辨率、對比度和可視角有更嚴苛的要求。為了構(gòu)建更好的 AR 系統(tǒng)，AR 眼鏡中的不同模塊，如處理器、光機和微顯示屏也引起了關(guān)注。如處理器從前期的直接用現(xiàn)成的通用處理器，到現(xiàn)在的針對 AR/VR 的專用處理器。光機從早期的棱鏡光學(xué)到現(xiàn)在的光波導(dǎo)技術(shù)，顯示從 LCoS 一枝獨秀（Google glass 1、Hololens 1, Magic leap 1 等）到現(xiàn)在的 LCoS、硅基有機發(fā)光二極管(OLED)(INMO AIR)、激光掃描振鏡（LBS）（HOLOLENS2）和微型發(fā)光二極管（MICRO LED）(OPPO Air Glass)等多種微顯示技術(shù)都得到了應(yīng)用和推廣。也有廠商通過提高制造精密度，采用了高溫多晶硅液晶顯示（HTPS LCD）技術(shù)來達到 AR眼鏡的要求（EPSON）。

LCoS 脫胎于 LCD 技術(shù)，借助成熟的半導(dǎo)體工藝和液晶產(chǎn)線，發(fā)展迅速，有工藝成熟成本較低等特點。而后硅基 OLED 隨著工藝和制造逐漸成熟，憑借其高對比度的優(yōu)勢備受青睞。但是硅基 OLED 的壽命、亮度都是瓶頸，使其在戶外應(yīng)用場景一直受限。其后 Micro LED 憑借其高亮度和更長的預(yù)期壽命被認為是更適合于 AR 的微顯示技術(shù)，但是由于制造工藝還未成熟，良率很低，通常認為離量產(chǎn)還有一些時間。另外，由于微軟在 HOLOLENS 2 里面大膽采用了 LBS 微顯示技術(shù)，使得這一技術(shù)得到一些產(chǎn)家的青睞。

對于時下流行的光學(xué)和顯示技術(shù)，Bernard Kress 在其著作第七章中針對不同微顯示技術(shù)的發(fā)光方式、發(fā)光效率和顯示效果進行了詳盡介紹，其中也介紹了市場上的主流產(chǎn)品所采用的技術(shù)。Shin-Tson Wu 等人在文獻中對不同微顯示器件的材料特性和器件結(jié)構(gòu)做了詳細論述。文獻對不同顯示技術(shù)的顯示原理和整個光學(xué)系統(tǒng)的搭配做了介紹。文獻則是對不同技術(shù)進行了分類和指標(biāo)對比。然而，微顯示技術(shù)，從制造流程或者說設(shè)計來看，又可以分為前道的硅基部分和后道的發(fā)光層部分。如LCoS可分為硅基背板和液晶盒子，OLED-on-Silicon 可以分為硅基背板和上層的有機發(fā)光層。本文將從硅基背板的角度對不同的微顯示技術(shù)進行介紹。即從應(yīng)用場景出發(fā)，針對不同應(yīng)用對微顯示的不同要求，從硅基背板設(shè)計的角度對不同技術(shù)進行分類闡述。這對 AR 眼鏡的系統(tǒng)性設(shè)計將提供有效幫助。

基于這一思考，本文從第二部分到第五部分，分別介紹 LCoS 技術(shù)、硅基 OLED 技術(shù)、硅基 micro LED 技術(shù)、DLP 和 LBS 技術(shù)的器件結(jié)構(gòu)、硅基電路設(shè)計架構(gòu)和發(fā)展趨勢。在第六部分將對各類技術(shù)進行對比分析。

2 .1 LCoS 的器件結(jié)構(gòu)

LCoS 一開始是以小型化的 LCD 為目標(biāo)，但是隨著技術(shù)的進步，還發(fā)展出了豐富的應(yīng)用，如全息、光通訊和光鑷等。盡管如此，LCoS 從結(jié)構(gòu)上看，依然是最初的硅基加液晶盒子方式。跟薄膜晶體管（TFT） LCD 的最大區(qū)別就是用單晶硅晶圓取代了 TFT ARRAY。LCoS芯片的剖面圖如圖 1，除了硅基背板，還包含由框膠、液晶以及 ITO 玻璃所構(gòu)成的液晶盒子。

其簡要生產(chǎn)流程如圖 2。

▲圖1：LCoS 結(jié)構(gòu)圖

▲圖2：LCoS 生產(chǎn)流程圖

在顯示應(yīng)用中，可以根據(jù)制造工藝分為帶濾色片的空間彩色 LCoS 和不帶濾色片的時序彩色 LCoS。帶濾色片的 LCoS 可以直接使用白色光源，數(shù)據(jù)類似傳統(tǒng) LCD，因此系統(tǒng)架構(gòu)較為簡單。但由于濾色片對光的損耗可以達到三分之二以上，因此系統(tǒng)光效損失較大。而采用時序彩色的方案由于是通過控制不同顏色光源的時序來實現(xiàn)混色，不需要濾色片，可以大幅度的提升光效。時序彩色方案的另一個優(yōu)勢是因為不需要三個不同顏色的子像素來混色形成最終的像素，像素密度提高，同樣分辨率的屏可以做的更小。因而現(xiàn)在市場上的大部分LCoS 屏都是時序彩色方案，以滿足 AR 眼鏡微型化的需求。

LCoS 的成盒方式也與 LCD 一樣有多種選擇。如配向方式有摩擦配向、無機配向和光配向等。采用的液晶也有多種，有響應(yīng)迅速的 TN 液晶，也有高對比度的 VA 液晶，以及近年來備受關(guān)注的藍相液晶。從顯示的角度看，出于對高對比度的追求，比較常用的是無機配向和 VA 液晶的組合。在后道工藝的支持下，LCoS 也能達到較高的對比度，如南京芯視元針對 HMD 的 LCoS 對比度可以達到 1500:1，Sony 和 JVC 針對高端大屏投影的 LCoS 對比度分別做到了 4000:1 和 5500:1 。

2.2 LCoS 的硅基背板設(shè)計

LCoS 硅基背板的設(shè)計，按像素驅(qū)動方式分，可以分為模擬像素驅(qū)動和數(shù)字像素驅(qū)動，如圖 3 所示。

▲圖3：LCOS 的模擬像素驅(qū)動電路和數(shù)字像素驅(qū)動電路

可以看出模擬像素驅(qū)動比較類似傳統(tǒng) TFT 驅(qū)動方式，先通過 DAC 將數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為模擬灰階電壓，而后傳輸?shù)揭壕油ㄟ^控制液晶的不同翻轉(zhuǎn)程度來控制光的反射。而數(shù)字像素驅(qū)動則通過將原視頻信號分為不同的數(shù)字子幀，利用脈沖寬度調(diào)制來控制液晶的灰階顯示 。在一個時間周期內(nèi)，液晶上的等效的灰階電壓為 ：

對于時序彩色 LCoS，采用紅綠藍三色光源分時照射到屏幕上。如果是數(shù)據(jù)通過單個晶體管和電容直接寫入，那么光源只能在數(shù)據(jù)完全寫入以后照射，有效顯示時間短，亮度低。因此為了提高光效，一般采用一個緩存幀來預(yù)存數(shù)據(jù)，顯示上一幀圖像的同時寫入下一幀的圖像數(shù)據(jù)，增加光源照射時間和亮度。由于時序彩色的數(shù)據(jù)流與常見視頻源的數(shù)據(jù)流不太一樣，所以一般需要一個驅(qū)動 IC 來對數(shù)據(jù)進行處理。為了進一步減小智能眼鏡的體積，也可以采用更小的工藝節(jié)點將驅(qū)動 IC 部分集成到顯示屏里。這樣能更好的滿足可穿戴的要求，只是成本將大幅上升。

對于一些特殊的高分辨率的應(yīng)用場景，需要 4K 甚至 8K 的分辨率。此時如果依然按原先的方式直接疊加更多的像素，屏的面積會大幅增大，走線長度大幅增加，信號質(zhì)量和數(shù)據(jù)帶寬將成為挑戰(zhàn)。因此也出現(xiàn)了通過抖動來提高視覺分辨率的做法。即屏幕的物理分辨率并沒有達到要求的數(shù)值，但是通過時序上的抖動，不同子幀的時間疊加效應(yīng)形成一個視覺上的高分辨率屏,也可以通過兩個屏幕的光學(xué)錯位來實現(xiàn)。但是由于抖動算法會增加功耗，在可穿戴的應(yīng)用中并不一定適合。

總體來說，LCoS 的發(fā)展，主要是根據(jù)應(yīng)用需求不斷演進。早期受限于工藝和應(yīng)用，一般是低分辨率大像素的屏（720P 以下）。隨著 AR 光學(xué)的發(fā)展，開始對中等分辨率（720P 和1080P）高光效低功耗的屏產(chǎn)生需求。激光電視的推廣使得高分辨率高對比度高可靠性成為考慮的焦點（4K 和 8K）。而 AR 市場的普及又使得極小尺寸低功耗的顯示屏成為一大趨勢。在小尺寸方面，有減小分辨率和減小像素尺寸兩種方式。目前有報道的 LCoS 最小像素尺寸是 3.015μm, 來自 Compound Photonics 公司。從設(shè)計角度，幾種產(chǎn)品采用的系統(tǒng)架構(gòu)和設(shè)計關(guān)注點都會有區(qū)別。

3 .1 硅基 OLED 的器件結(jié)構(gòu)

硅基OLED從結(jié)構(gòu)上也可以分為兩種，一種是采用白光發(fā)光層加濾色片的結(jié)構(gòu)，如SONY、京東方 和弗蘭霍夫研究所等，其基本結(jié)構(gòu)如圖 4；一種是直接做 3 種不同發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)。采用第一種結(jié)構(gòu)主要是為了規(guī)避藍光 OLED 材料的壽命問題。不管哪一種結(jié)構(gòu)，硅基 OLED 的亮度問題也是一直被詬病的缺點之一。文獻的研究發(fā)現(xiàn)，同樣的 OLED 器件結(jié)構(gòu)下，可以通過適度的調(diào)高工作電壓并降低占空比的方式提高顯示亮度并延長器件的使用壽命。另外，也有很多基于堆疊發(fā)光層提高 OLED 亮度的研究。有研究認為，三層堆疊、雙層堆疊的 OLED 和單層 OLED 的電流出光比大約為 31。

▲圖4：OLED 器件結(jié)構(gòu)

硅基 OLED 的后道工藝也是從硅基晶圓開始，如圖 5，先進行發(fā)光層的蒸鍍，而后進行密封處理和玻璃蓋板貼合，最后切割和封裝成單獨的芯片。為了進一步提高發(fā)光效率和亮度，SONY 于 2019 年還提出了使用微透鏡增加出光率的工藝。

▲圖5：硅基 OLED 工藝流程圖

3.2 硅基OLED的背板設(shè)計

OLED 材料是電流驅(qū)動器件，像素驅(qū)動也可以分為模擬像素驅(qū)動和數(shù)字像素驅(qū)動，如圖6。對于硅基 OLED 背板來說，模擬像素驅(qū)動指的是顯示信號通過 DAC 轉(zhuǎn)換為模擬電壓之后，通過驅(qū)動像素的 MOS 管再轉(zhuǎn)換為 OLED 器件所需要的電流。這種方法需要的 MOS 管少，但是因為屏幕亮度基本和像素電流成正比，而像素和像素之間的驅(qū)動 MOS 管的開啟電壓 Vth 在制造過程中會形成偏差，使得屏幕出現(xiàn)亮度均勻性問題。大屏通常會另外使用算法 IC 來補償這一亮度不均勻，然而對于微顯示來說，由于像素和像素之間的亮度差異是由電流差異造成的，并且這種電流差異十分微小（nA 級別），難以片外補償，所以通常采用像素內(nèi)補償?shù)姆绞絹砀纳破聊坏牧炼染鶆蛐?。此外，由于低灰階情況的像素電流都在 nA 級別，隨環(huán)境和工藝變化明顯，灰階精度很難保證，所以也有采用 10bit 的 DAC 來完成 8bit 灰階的設(shè)計。硅基 OLED 的數(shù)字驅(qū)動也可以采用 PWM 的方式，但是此時的脈沖寬度根據(jù)需要的顯示亮度來計算。文獻都采用了這種方式。PWM 驅(qū)動方式在灰階調(diào)節(jié)和對比度上表現(xiàn)更好，但是需要的數(shù)據(jù)帶寬要更高。

▲圖6：硅基 OLED 的模擬驅(qū)動和數(shù)字驅(qū)動

硅基 OLED 的背板發(fā)展趨勢還有一個特點，就是有超高分辨率高幀率大尺寸屏和低分辨率低幀率低功耗兩個截然不同的發(fā)展方向。高分辨率大尺寸屏主要針對一些對顯示要求高的 AR 以及最近流行的 PANCAKE 光學(xué)架構(gòu)的 VR。而低分辨率低功耗主要應(yīng)用在野外需要電池續(xù)航時間長的場景。Philipp Wartenberg 甚至在 2022 年的 Displayweek 上提出了點亮功耗只有 1mW 的雙色 OLED 屏。

4 .1 硅基 MICRO LED 的器件結(jié)構(gòu)

由于 MICRO LED 在發(fā)光效率、壽命和工作溫度上都有優(yōu)勢,一直備受關(guān)注。與 LCoS 和硅基 OLED 不一樣的是，目前 MICRO LED 的制造工藝尚未成熟或者說有比較統(tǒng)一的趨勢。雖然 MICRO LED 的定義目前還沒有統(tǒng)一的意見，有認為像素間距在 100um 以下就算 micro LED的，也有認為像素間距在 50um 以下才可以算。由于本文專注于應(yīng)用于 AR/VR 的微顯示芯片，將不包含像素大于 50um 的 MICRO LED 顯示。從 MICRO LED 發(fā)光結(jié)構(gòu)上看，有橫向結(jié)構(gòu)也有垂直結(jié)構(gòu)。橫向結(jié)構(gòu)指 LED 的陽級和陰極連接觸點是橫向擺放的，即使不在同一高度，卻需要消耗橫向的面積。而垂直結(jié)構(gòu)是指整個發(fā)光結(jié)構(gòu)在垂直方向形成，陽極或陰極的其中一極是公共電極，一極連接像素，從發(fā)光面來看，不消耗額外面積?？芍?，對于對PPI 要求較高的 AR 應(yīng)用來說（>1000ppi），垂直結(jié)構(gòu)是一個更合理的選擇。從全彩顯示的角度看，有幾種不同的方案，可以鍵合三種不同顏色 LED，也可以加量子點或量子阱對藍色或是 UV LED 進行色轉(zhuǎn)換，也有三片不同顏色的 LED 芯片垂直堆疊合成彩色的工藝。Micro LED 的器件結(jié)構(gòu)面對的另一個挑戰(zhàn)是隨著單顆 LED 面積的減小，發(fā)光效率也大幅度下降。

從制造工藝上看，有倒裝焊工藝也有晶圓級的制程。從硅基 MICRO LED 的角度看，倒裝焊工藝主要是通過金屬鍵合或是其它微結(jié)構(gòu)將 LED 芯片和 CMOS 硅基芯片在像素級別一一對應(yīng)的連接起來。而晶圓級的制程則更多的借助于半導(dǎo)體制造工藝。一個常見的基于色轉(zhuǎn)換的倒裝焊工藝流程如下：首先分別制作 CMOS 驅(qū)動晶圓和 LED 晶圓，通過倒裝焊鍵合兩種不同的晶圓后剝離 LED 襯底，在 LED 上制作色轉(zhuǎn)換層，而后進行封裝。而晶圓級工藝又分為幾種，有將外延片轉(zhuǎn)移到硅基晶圓后再刻蝕單個的 LED 像素的方式，也有在LED 晶圓基礎(chǔ)上進行 TFT 制作的方式,也有先將 LED 晶圓切割并轉(zhuǎn)移到硅晶圓基底而后進行晶圓級鍵合的方式。

4.2 硅基 MICRO LED 的背板設(shè)計

Micro LED 像素也是電流驅(qū)動，驅(qū)動方式也可以分為模擬驅(qū)動和數(shù)字驅(qū)動，如圖7。然而和 OLED 不一樣的是，對于現(xiàn)有的 MICRO LED 工藝來說，模擬驅(qū)動方式除了有 Vth 變化造成的亮度不均問題以外，還面臨發(fā)光效率隨電流值改變的問題以及電流變化引起的發(fā)光波長藍移問題，所以數(shù)字驅(qū)動的方式通常選擇 LED 芯片 EQE 較高的電流區(qū)間進行 PWM 控制而形成灰階，而亮度不均勻和工藝偏差可以通過算法解決。

但是對于面向 MICRO LED 的硅基背板來說，有一個設(shè)計矛盾。對于 micro LED 像素，發(fā)光效率最大的電流密度在 10-1000 A/cm2之間。而單個微顯示芯片通常顯示面積也就在1cm2以內(nèi)。對于普通 CMOS 工藝來說，如此大的電流密度很難實現(xiàn)。尤其如果考慮金屬走線的寄生電阻，對于高像素密度的屏，大電流將引起過大的壓降（屏的尺寸一般在0.5-1cm2,按低的 10 A/cm2 計算，0.1 歐姆的寄生電阻將引起 1V 的額外壓降，而大部分供電電壓在 5V 或以下），反過來影響屏的亮度。所以我們會看到一個有趣的現(xiàn)象，分辨率高且像素小的微顯示芯片，通常功耗反而低，分辨率低且像素大的屏，功耗可能反而大。表1 是我們對一些文獻中的 CMOS 芯片部分的參數(shù)做了一個匯總。LCOS 和 OLED on Silicon 的像素間距和像素大小差別不大，所以一般只給一個間距。而在 MICRO LED 的情況，考慮制造工藝和走線，兩者差距有可能較大，因此在表中盡量做了標(biāo)注。

▲圖7：硅基 uLED 的模擬驅(qū)動和數(shù)字驅(qū)動

對于 AR 的應(yīng)用場景，屏作為可穿戴終端上的芯片，對功耗是希望越低越好。動輒上瓦的功耗并不適用。因此，可能需要在發(fā)光亮度、效率和功耗之間做一個平衡。

▲表1：micro LED 相關(guān)文獻中的硅基部分的參數(shù)

DLP（Digital light processing, 也稱為 Digital Micro-mirror Device, DMD）技術(shù)和 LBS 技術(shù)原理上都屬于 MEMS 技術(shù)，但是二者的工作原理完全不同。

DLP 芯片當(dāng)中，CMOS 驅(qū)動部分和微鏡是在一顆芯片上，其工作原理非常類似數(shù)字驅(qū)動的時序彩色 LCOS，屏是在 CMOS 工藝之后，經(jīng)過 CMP 制程，接著制造了用于反射的眾多像素級微小鏡面，每個像素下面都是一個 6T SRAM 單元，用高低電平來控制光的開啟和關(guān)斷。其詳細結(jié)構(gòu)和制造工藝流程可參考文獻。這一技術(shù)由于專利和生產(chǎn)原因，一直只有 TI 一家供應(yīng)商。

激光掃描微鏡技術(shù)在微顯示技術(shù)中是比較特殊的一類。圖像是通過微鏡將被調(diào)制的激光有序的發(fā)射到某個投影表面不同的位置，讓人在視覺上感覺到一幅圖像 。也因為顯示畫面不是由物理像素構(gòu)成的，微鏡技術(shù)也被寄予厚望能不受制造的物理極限而實現(xiàn)更高的像素密度。這一技術(shù)在通常微顯示的顯示區(qū)用一個毫米級別的微鏡取代了其它技術(shù)的像素顯示部分（眾多的微米級別的單個像素），屏上通常包含了微鏡、制動器和感應(yīng)器，微鏡的驅(qū)動信號由另外的混合工藝制造的芯片提供。雖然基于 MEMS 微鏡的微顯示技術(shù)在之前就有提出,但是由于微鏡的制造屬于特殊工藝，很少受到關(guān)注，一直到微軟在 HOLOLENS 2 中大膽采用了 LBS 技術(shù)才發(fā)生了改變。微鏡的制造工藝可以參考。

微鏡的控制可分為靜電控制（eletrostatic）、電磁控制（eletromagnetic）和壓電控制（piezoelectric）。這里微鏡根據(jù)掃描方式又可以分為兩種，使用光柵掃描加線性掃描兩個微鏡的方案，以及使用單個微鏡的方案。不論哪種方案，微鏡都是實現(xiàn)反射光的作用。而微鏡的控制部分，主要通過算法控制微鏡的偏轉(zhuǎn)角度，逐點成像。在算法上又分為光柵掃描算法和雙振算法。光柵掃描算法就是傳統(tǒng)的快速翻轉(zhuǎn)光柵微鏡形成圖像的行，再通過線性微鏡以稍慢的速度完成不同行圖像的掃描。而雙振算法則是通過單個微鏡在兩個軸上都快速翻轉(zhuǎn)，并多次寫入形成完整圖像。兩種算法都有丟失像素點的缺點,所以基于 LBS 技術(shù)的眼鏡的視覺分辨率都會比標(biāo)稱的分辨率要小。優(yōu)點在于微鏡對高低溫耐受強，且亮度高。

通過以上幾個部分的介紹，我們可以看出，每一種微顯示技術(shù)都有自己的優(yōu)缺點，也各有需要面對的挑戰(zhàn)。比如 LCOS 屏的制造工藝成熟，亮度高，對比度中等，硅基背板設(shè)計靈活，功耗中等，但是由于是反射式的而非自發(fā)光的屏幕，在 AR 應(yīng)用中會比 OLED 屏和 MICROLED 屏的方案需要多一個投影光機，增大了系統(tǒng)的體積、功耗和復(fù)雜度。對于不是特別在意體積的如 HMD 等應(yīng)用場景，LCOS 是一個非常合適的選擇。硅基 OLED 屏對比度高，制造成熟度中等，亮度較低，硅基背板有針對不同場景的功耗優(yōu)化方案，在一些對亮度要求不高的室內(nèi)場景，以及一些對光路進行處理的方案上會比較有優(yōu)勢。Micro LED 屏的亮度高，預(yù)期壽命長，長期看非常適合 AR 和 VR 的應(yīng)用,但是目前制造工藝還不是很成熟，材料、良率和功耗等方面都有挑戰(zhàn)。在 AR 應(yīng)用上，目前主要在一些主要做信息提示的不需要高分辨率的場景應(yīng)用,量產(chǎn)能力有待證明。至于 LBS 方案，主要優(yōu)勢在于有完整方案，工作溫度相對寬泛，對一些惡劣環(huán)境的應(yīng)用有優(yōu)勢，缺點在于激光容易色偏，需要溫控，系統(tǒng)功耗和實際分辨率都沒有優(yōu)勢，且供應(yīng)鏈薄弱。

如今，大陸方面對微顯示的研究也方興未艾。之前由于產(chǎn)業(yè)鏈的不完善，硅基微顯示的發(fā)展一直比較緩慢。2001 年南開大學(xué)團隊就發(fā)布了分辨率為 640*480 的模擬驅(qū)動 LCoS 芯片。中科院團隊于 2009 年發(fā)布了分辨率為 320*240 的模擬驅(qū)動 LCoS 芯片。電科 55 所于2019 年發(fā)布了分辨率為 1400*1050 的單色硅基 OLED 芯片，并于 2022 年對 MICRO LED 的發(fā)光材料和后道工藝做了綜述研究。上海大學(xué)團隊 2021 年發(fā)表了對硅基 OLED 屏的壽命研究。福州大學(xué)團隊于 2020 年對 MICRO LED 微顯示技術(shù)從驅(qū)動到轉(zhuǎn)移技術(shù)，以及研究發(fā)展?fàn)顩r做了綜述研究。筆者團隊于 2020 年 6 月發(fā)布了分辨率為 1920*1080 的模擬像素驅(qū)動 LCoS 芯片，2020 年 11 月發(fā)布了基于數(shù)字像素驅(qū)動的 FHD LCoS 芯片，2021 年發(fā)布了分辨率為 480*270 的單色 MICRO LED 芯片，2022 年聯(lián)合南方科技大學(xué)團隊共同發(fā)布了 FHD單色 QLED 芯片?？梢钥闯觯?020 年后，大陸微顯示產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展期。

表 2 對不同硅基微顯示技術(shù)的重要參數(shù)進行了一個比較。如何減小像素特征尺寸對于各種微顯示技術(shù)來說都是非常有挑戰(zhàn)性的一個課題。這里選擇了在能夠?qū)崿F(xiàn)全彩顯示前提下的最小像素尺寸。對于空間彩色（如 OLED 和 MICRO LED 技術(shù)），一個完整顯示像素通常需要由 3 到 4 個子像素構(gòu)成，因此其子像素的尺寸可能小于表 2 所標(biāo)注的尺寸。而對于 LCoS技術(shù)和 DLP 技術(shù)，由于單像素就能實現(xiàn)彩色，顯示像素和物理像素可以一一對應(yīng)。在最大分辨率這個指標(biāo)上，將不考慮通過算法提升的顯示分辨率，也不考慮功耗，只考慮能夠制造出來的實際物理像素數(shù)量。如 8K 的 LCoS 屏，由于價格昂貴，目前主要用于大型投影儀。又如對于 DLP 技術(shù)，可以通過抖動算法，用 1920*1080 的屏實現(xiàn) 3840*2160 的分辨率，大于屏的物理像素分辨率。針對 micro LED 技術(shù)，有單色分辨率可以達到 1080P 的產(chǎn)品,這里選擇的是目前有報道的最大全彩分辨率 960*540。對于 LBS 技術(shù)，理論上，通過足夠快的掃描算法，可以實現(xiàn)任何大小的分辨率。然而微鏡掃描速度受半導(dǎo)體器件工作速度和微鏡翻轉(zhuǎn)速度的限制，目前主要的方案主要還是 720P 和 1080P。成熟度的判斷依據(jù)主要為生產(chǎn)制造工藝是否成熟以及產(chǎn)品是否已經(jīng)得到廣泛的使用。LCoS 和 DLP 分別在 AR 眼鏡和投影領(lǐng)域應(yīng)用多年，盡管仍在改進，都算是很成熟的技術(shù)。硅基 OLED 也在 EVF 和 VR 領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但是不論是材料還是工藝，都在改善當(dāng)中。LBS 由于可以借鑒之前的 MEMS 工藝，相對來說制造工藝還比較成熟，主要是針對 AR 應(yīng)用的改進。而 MICRO LED 技術(shù)不論是材料、制造工藝，還是跟硅基背板的配合，都還百家爭論的階段，并且沒有大量應(yīng)用的產(chǎn)品，因此認為成熟度較低。功耗數(shù)據(jù)主要來自實測、相關(guān)產(chǎn)品手冊和綜述文獻。硅基 OLED 和 microLED 的最小功耗分別來自文獻和文獻。對比度數(shù)據(jù)主要參考實測數(shù)據(jù)和文獻。

▲表2：不同微顯示技術(shù)的參數(shù)對比

綜上所述，可以認為，在 AR 領(lǐng)域，LCoS 是一個比較成熟可用的微顯示技術(shù)，其次是硅基 OLED，micro LED 技術(shù)有望后來居上。但在一些特殊的成像領(lǐng)域，如全息成像，LCoS 依舊是最佳選擇。不管哪一種微顯示技術(shù)，屏側(cè)與硅基背板部分的配合都是很重要的。將來可以通過試驗優(yōu)化，對不同的屏選擇更合適的驅(qū)動方案和架構(gòu)，實現(xiàn)更優(yōu)異的性能。例如通過升級使用的半導(dǎo)體工藝節(jié)點將驅(qū)動電路和屏側(cè)集成到一顆芯片上以減小功耗，或通過 CPU 側(cè)預(yù)處理視頻信號，針對性的優(yōu)化屏側(cè)的功率，都可以讓現(xiàn)在的微顯示技術(shù)更加適合可穿戴設(shè)備的需求。