Karl Guttag:谈MicroLED AR光学难点,Mojo Vision还有很多问题

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前不久,AR/VR光学专家Karl Guttag在AWE 2022期间曾接受海外VR博主Brad Lynch长达7小时采访,深度探讨了AR眼镜的设计难题,以及不同光学方案、不同AR产品的优缺点对比等大量内容。在采访的后半部分,Guttag分别涉及了MicroLED、LCoS、DLP、光波导、LBS等相关话题。以下是其中的一些关键信息:

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基于MicroLED的AR方案

Guttag指出,很多企业看好MicroLED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MicroLED厂商,也有的与至少一家MicroLED公司达成独家交易。一些MicroLED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MicroLED厂商包括LuxVue、LumiLeds、Plessey、glō、Compound Photonics、Raxium、Atomistic,总交易规模高达数十亿美元。

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但更大的问题是,这些对MicroLED的宣传和投入是否合理,这些企业是真的认为MicroLED有价值,还是为了探索一种新的技术呢?目前,一些MicroLED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MicroLED与光波导一起使用时,会存在一些关键的效率问题。

1)MicroLED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,只有点亮的才发广,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)MicroLED缺点

  • 与光波导的耦合效率很低,实际亮度不够高;
  • 目前制造MicroLED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MicroLED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 MicroLED的方案,但目前还没有确定可行的一种;

3)RGB MicroLED方案优缺点:

  • 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MicroLED?

  • 1)场序色彩:叠加红绿蓝三色,来混合不同的颜色;
  • 2)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MicroLED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 MicroLED+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MicroLED+合色棱镜方案。

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

采用MicroLED方案的AR公司

1,Snap:Spectacles AR眼镜采用DLP光学引擎,而下一代获将采用LCoS引擎。

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2,Oppo:采用JBD MicroLED光源,猜测光波导技术来自歌尔。

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

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

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5,Digilens:DLP方案,纯绿,分辨率1280x720。

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6,JBD:RGB MicroLED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。

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7,Mojo Vision:

MicroLED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。

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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MicroLED难点

通常制造CMOS背板的晶圆较大,但制造MicroLED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,号称可提供啊RGB MicroLED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。

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Guttag预测,可能需要5年时间才能产出高成本的企业级MicroLED(几十万个单元),而实现消费级MicroLED量产,可能还需要10年。同时,MicroLED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MicroLED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。

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参考:KG

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