AR应用导入Micro LED面临哪些难点？

基于Micro LED的AR方案

Guttag指出，很多企业看好Micro LED微显示屏应用于AR眼镜的未来，包括苹果、Meta、谷歌、Snap、Vuzix等等。这些公司中，有的直接收购Micro LED厂商，也有的与至少一家MicroLED公司达成独家交易。一些Micro LED初创公司甚至还没有被行业熟知，就已经被大厂收购。

这一趋势从2014年一直持续至今，目前已经被收购的Micro LED厂商包括LuxVue、LumiLeds、Plessey、glō、Compound Photonics、Raxium、Atomistic，总交易规模高达数十亿美元。

但更大的问题是，这些对Micro LED的宣传和投入是否合理，这些企业是真的认为Micro LED有价值，还是为了探索一种新的技术呢？目前，一些Micro LED屏幕号称可实现数百万尼特，但从实际出发，这些产品的制造难度、全彩色显示、功率和效率等问题依然存在。尤其是将Micro LED与光波导一起使用时，会存在一些关键的效率问题。

1）Micro LED优点

• 亮度达数百万nit，比OLED更亮，能量转换效率更好、填充系数高、理论上像素密度大；
• 不是所有像素都发光，只有点亮的才发光，一定程度上省电；
• 光源更小，集光率更好、更好的像素级准直微光学元件；
• 响应速度快；
• 老化率低；
• 可像OLED一样显示纯黑；
• 比OLED谱宽更窄；
• 使用LED物理制造工艺；

2）Micro LED缺点

• 与光波导的耦合效率很低，实际亮度不够高；
• 目前制造Micro LED像素成本高、良率低；
• 像素之间的亮度一致性不够高；
• 灰度响应/亮度渐变效果差；
• 高亮度（大于100万nit）的Micro LED大多为单色，若显示RGB可能会将效率降低二分之一；
• 有多种实现RGB Micro LED的方案，但目前还没有确定可行的一种；

3）RGB MicroLED优缺点

• 合光棱镜存在体积、光学、对齐问题；
• 光波导空间合成存在对齐、成本问题；
• 量子点空间色彩方案存在像素尺寸、分辨率等问题，还未得到验证；
• 直接显示RGB空间色彩需要复杂的计算过程；
• PoroTech为每个颜色设置独立的发射器，一个LED可显示所有颜色，但需要复杂的驱动来实现场序色彩变化；
• Ostendo开发了RGB MicroLED方案，但是亮度低。

如何实现彩色Micro LED？

场序色彩：叠加红绿蓝三色，来混合不同的颜色；

空间色彩：像素间距比LCoS、场序色彩更大，因此空间分辨率更低；

实际上，在Micro LED显示屏中同时实现高分辨率和RGB显示很难，Vuzix在2020年曾展示过一段RGB Micro LED+光波导方案的概念视频，而到了2021年却开始展示单色或彩色Micro LED+合色棱镜方案。

Guttag表示：RGB Micro LED并不是不能实现，主要看其性能符合哪些市场需求。

采用Micro LED方案的AR公司

1. Snap：Spectacles AR眼镜采用DLP光学引擎，而下一代或将采用LCoS引擎。

2. Oppo：采用JBD Micro LED光源，猜测光波导技术来自歌尔。

3. Cellid：JBD Micro LED，1280x720分辨率，像素间的一致性不够理想。

4. Vuzix：Vuzix Blade基于HoloLens授权的光学技术，将DLP（JBD Micro LED）和倾斜式光波导光栅技术结合。

5. Digilens：DLP方案，纯绿，分辨率1280x720。

6. JBD：RGB Micro LED合色棱镜+Dispelix光波导方案，缺点是对齐的准确性低，蓝色显示不明显。

7. Mojo Vision：

Micro LED方案，光学基于逆向望远镜原理，像素尺寸1.75x1.75微米，单色；光学结构某种程度上与BB相反。Mojo Vision或采用感应线圈来充电，显示部分的直径大约1毫米，相比之下人在户外瞳孔大约2-3毫米。也就是说，使用Mojo Vision时可能遮挡你的部分视线，比如看书可能会比较困难。

此外，Mojo Vision还需要解决眼跳追踪的问题，也就是快速根据眼跳来调整AR图像位置。Guttag认为，目前来看AR隐形眼镜远不能改善黄斑变性症状，实现RGB更难。尽管目前实际效果还不够理想，但是Mojo Vision值得称赞的是MicroLED做的足够小。

制造Micro LED难点

通常制造CMOS背板的晶圆较大，但制造Micro LED需要很小的晶圆，而且过程相当复杂。目前，一家叫Porotech的初创公司，号称可提供RGB Micro LED的产量和可靠性，其产品特点是采用单个发光器来显示所有颜色。

Guttag预测，可能需要5年时间才能产出高成本的企业级Micro LED（几十万个单元），而实现消费级Micro LED量产，可能还需要10年。同时，Micro LED需要搭配效率更高的光波导方案，目前Guttag看好Lumus开发的Maximus二维扩瞳光波导，称该产品的光学效率（集光率）比衍射光波导高10倍。不过，Lumus未公布适配Micro LED的计划，现阶段主要采用LCoS微显示屏作为光源，亮度可达数千nit。

参考：

https://kguttag.com/2022/09/19/awe-2022-part-6-microled-microdisplays-for-augmented-reality/