2017第三屆世界增強現實亞洲博覽會於2017年7月19-26日在北京和東莞相繼召開， 大會期間舉辦了行業展覽、國際論壇、高端對話等系列活動， 以推動AR/VR行業發展。
今天為大家分享的是來自賓夕法尼亞州立大學的副教授 許建 在大會期間的演講， 主題為《微型顯示技術在AR/VR領域中的應用》， 以下為文字摘錄。
微型顯示技術在AR/VR領域中的應用
許建
賓夕法尼亞州立大學 副教授
大家好！今天我演講的主題是微型現實技術在AR、VR領域中的應用，
首先我先對微型顯示技術做一個綜述介紹， 重點介紹這種技術在AR、VR領域當中的應用， 我們介紹新型的MICROLED現實技術特點、開發、產業化現狀， 蘋果公司是如何利用的低能耗MICROLED技術， 也是我要講的。 顯示技術從最開始顯象技術到到等離子電視， 一直到LED顯示幕技術經歷了很大的變遷。 同時它變得越來越小型化了， 目前在顯示技術主流的市場上， 實際上用到手機上的小型的顯示幕市場份額遠遠超過了大型平板電視的顯示技術。
什麼是微型顯示？可以看到是我們日常生活當中的大的顯示幕的一個萎縮的概念。 但是我們希望能夠在一個像一枚硬幣這麼大的顯示器上同時具備大型平板上的很高的對比度， 作為可穿戴的顯示裝置， 我們還希望它有很低的功耗， 這個就是微型顯示器基本的概念。 目前微型顯示技術裡面有兩大分類。 一個是調製微顯示， 一個是發射微顯示， 前者是有一個光源打開， 通過前面面板上的液晶或者是微鏡， 對於光的強度進行調製，
在被動式的調製微顯示裡面， 我們有光處理投影顯示技術——DLP技術， 在發射微顯示裡面有LLED等技術， LCOS技術是一個比較傳統的液晶微顯示技術， 它是由傳統的液晶平板概念延伸過來的， 它是把這種液晶集成在一個單晶矽的電路上， 實現這種顯示效果。 公司展示的顯示幕用的就是LCOS顯示技術。 這個技術最大的優勢就是成熟度高， 因為這是一個傳統的液晶技術延伸過來的， 成熟度很高， 光能利用率應該比傳統的平板電視要高， 因為把它微型化以後， 它的顯示驅動可以做得效率更高了。 而且它從反射式的顯示效果， 應該比穿透式的LED顯示面板要好，
下一個介紹一下DLP， 它是數位光處理的投影顯示技術。 現在我們這個螢幕看到的實際上就是一個投影機投出來的螢幕， 這個裡面有一個數位光的顯示晶片， 它產生的顯示效果。 這樣的顯示晶片可以進一步微型化， 把它放到我們的AR、VR設備裡面是可以實現的， 最後可以一個彩色的效果， 這個技術在投影機裡面得到廣泛的應用， 成熟度比較高， 回應速度比較快。 而且是屬於全數字的。
這兩種剛才我說的都屬於被動顯示技術， 還有一個就是OLED主動顯示技術， 最大的優點是每個線路單獨發光， 所以光能利用率高很多。 舉個例子， 現在在我們的螢幕裡面如果有一部分是黑屏， 如果是作為被動顯示技術，它的背光燈永遠是開亮的，需要通過液晶，或者是微鏡翻轉的過程當中，把這個光從螢幕上移走，產生一定的效果。作為主動的OLED顯示技術，如果要產生黑屏，只要把對應的螢幕的LED象素關了就可以了，所以它的功能利用率要高很多，它在可穿戴設備裡面是很重要的。另外一個OLED作為一種顯示技術，對比度非常好，螢幕亮的部分和黑的部分光強度的對比是非常明顯的。
作為主動顯示技術，你產生一個暗屏的，你只要把對應的OLED的象素關了，你可以做得非常好。被動顯示技術，剛才說的液晶，DLOP技術，暗態不能做得非常暗，所以對比度四作做得不夠好。OLED的顯示幕得到很大的應用，包括顯示幕、可穿戴設備、車載系統進行應用。
這裡面可以看出來，被動的顯示技術它們相對主動顯示技術，效率還是偏低的。還有一點他們的反映時間比較慢的。主動的顯示技術像OLED和我們今天談到的MICROLED顯示技術，他們作為主動顯示技術，可以達到很高的對比度，很快的反映時間。OLED和MICROLED兩種對比，OLED的缺點主要是涉及到有機半導體材料，對於溫度、氧氣、水蒸氣是非常敏感的，需要非常精密的封裝，而且由於對於溫度非常敏感，所以不能做大密度的工作，所以產生高亮度的時候受到很大的限制。我們現在說的MICROLED這兩個限制沒有，所以可以做很高的亮度，很寬的溫度範圍，不需要嚴格的封裝，工作場景要更加多元。
剛才我提到了可穿戴的設備特別是類似像AR技術，有兩個核心的需求，一方面我們需要低功率，因為我們是用電池驅動所有的設備。另外一方面，作為微顯示技術，顯示的內容需要和外界環境的光去抗衡和競爭。所以我還要很高的亮度，這樣的挑戰下，我們現在開發了MICROLED的微顯示技術，這個技術能夠同時滿足這兩個需要。
LED微顯示技術是把LED發光的晶片進一步微縮化了，把大量的LED的象素集成在一顆晶片上，對它進行優化，把這樣一個LED晶片再和驅動晶片做垂直集成，所以每一顆LED的象素可以單獨對它進行點亮，而且對於亮度進行調製，達到我們要的顯示效果，我們要的矽度，最終達到我們需要的彩色效果。
發光原理剛才已經介紹了，大量的LED的象素集成和矽晶集成，經過一系列的過程，最終產生圖像。技術優勢的話，它和傳統剛才提的另外三種技術可以達到很高的解析度，因為它晶片集成，我們可以做非常小的象素，同時可以達到非常高的亮度、很低的功耗。我們現在MICROLED的功耗比液晶低50%，OLED的顯示速度更快。另外一個工作溫度範圍，MICROLED工作範圍溫度很寬，這種材料非常穩定，在控制當中不受氧氣和水蒸氣的影響，對於溫度沒有那麼敏感，可以達到很款的工作溫度範圍。基於這些優勢，我們認為MICROLED顯示晶片的開發將滿足一系列的市場需要，從這種類似像智慧手錶，微型的投影儀，我們的AR、VR設備，到汽車的抬投顯示器。到這種集成的駕駛，抬投顯示裝置都可以用到這樣的顯示技術的。
工藝上來說有幾個工藝。一個是LED晶片技術的開發，一個是矽經驅動晶片的開發，包括垂直集成，最終整個圖像的調製。我們和江蘇中創公司開發了這種晶片技術，從最開始的LED振裂的製成，到整個晶片矽晶積體電路的集成。這是整個原理的開發圖，用了驅動技術。我們採用了這種數位的寬度調製技術，對於圖像的灰度進行調製，實現所要的灰階和彩色的效果，這是進一步開發，怎麼樣把象素驅動單元和週邊的控制電路集成在一個驅動晶片上。這是我們最終開發的顯示晶片，最後集成在一個指甲上然後點亮的效果，這是我們開發的顯示晶片的型號和具體的參數，可以達到很高的解析度。
剛才我提到蘋果公司也開發這個東西，他們想把這個東西進一步做到像蘋果的智慧手錶一樣，能夠滿足高亮度的需求，在室外看顯示幕變得非常輕鬆。這是我們最終展示的顯示晶片，尺寸和一個硬幣那麼大。你可以看到在中間這個圖，把晶片點亮的時候，從外面肉眼可以看到亮度，這是我們顯示的效果。這是我們目前達到的結果，我們現在進一步地把它進行了產品化，同時我們在另一方面希望進一步地提升解析度，我們採用一種新興技術做這種所謂的無間隙高解析度和小象素的LED的顯示晶片，目前正在開發當中，我們賓夕法尼亞大學有相應的專利。
這個是我剛才提到的無間隙顯示晶片的原理，我們對於象素進行分離，能夠產生一個很高密度的象素集成過程，最終達到我們要的高解析度。到現在為止我展示的所有晶片都是單色的，在這種微型投影儀裡面可以把三色晶片集成在一個棱鏡的三側，最後混光產生我們要的彩色效果。我們更希望在一個晶片裡面把紅綠藍集成在一起，這樣彩色高亮顯示效果將成為AR、VR當中最核心的應用，目前我們在全力開發，希望把不同顏色集成到姿色或者是藍色的MICROLED顯示上，達到我們要的效果。這是我們目前正在開發的。
除了我們這個團隊以外，世界範圍內，蘋果公司也在開發這個技術，香港和臺灣也有相應的團隊做這個技術。瑞典有一個公司叫GLO用納米線的方法展示了彩色的顯示效果，這是他們最近的研究突破，而且渴望在近期能夠實現產品化，我們的技術跟剛才我說的GLO的技術做了一個對比，無論從將來做大規模的產線化，還有整個的良率上來說，我們現在用的技術應該有一定的優勢，這是我們目前全力開發的顯示技術。這就是我今天的分享，謝謝大家！
如果是作為被動顯示技術，它的背光燈永遠是開亮的，需要通過液晶，或者是微鏡翻轉的過程當中，把這個光從螢幕上移走，產生一定的效果。作為主動的OLED顯示技術，如果要產生黑屏，只要把對應的螢幕的LED象素關了就可以了，所以它的功能利用率要高很多，它在可穿戴設備裡面是很重要的。另外一個OLED作為一種顯示技術，對比度非常好，螢幕亮的部分和黑的部分光強度的對比是非常明顯的。作為主動顯示技術，你產生一個暗屏的，你只要把對應的OLED的象素關了，你可以做得非常好。被動顯示技術，剛才說的液晶，DLOP技術，暗態不能做得非常暗，所以對比度四作做得不夠好。OLED的顯示幕得到很大的應用，包括顯示幕、可穿戴設備、車載系統進行應用。
這裡面可以看出來，被動的顯示技術它們相對主動顯示技術，效率還是偏低的。還有一點他們的反映時間比較慢的。主動的顯示技術像OLED和我們今天談到的MICROLED顯示技術，他們作為主動顯示技術，可以達到很高的對比度，很快的反映時間。OLED和MICROLED兩種對比，OLED的缺點主要是涉及到有機半導體材料，對於溫度、氧氣、水蒸氣是非常敏感的，需要非常精密的封裝，而且由於對於溫度非常敏感，所以不能做大密度的工作，所以產生高亮度的時候受到很大的限制。我們現在說的MICROLED這兩個限制沒有，所以可以做很高的亮度，很寬的溫度範圍，不需要嚴格的封裝，工作場景要更加多元。
剛才我提到了可穿戴的設備特別是類似像AR技術，有兩個核心的需求，一方面我們需要低功率，因為我們是用電池驅動所有的設備。另外一方面，作為微顯示技術，顯示的內容需要和外界環境的光去抗衡和競爭。所以我還要很高的亮度，這樣的挑戰下，我們現在開發了MICROLED的微顯示技術，這個技術能夠同時滿足這兩個需要。
LED微顯示技術是把LED發光的晶片進一步微縮化了，把大量的LED的象素集成在一顆晶片上，對它進行優化，把這樣一個LED晶片再和驅動晶片做垂直集成，所以每一顆LED的象素可以單獨對它進行點亮，而且對於亮度進行調製，達到我們要的顯示效果，我們要的矽度，最終達到我們需要的彩色效果。
發光原理剛才已經介紹了，大量的LED的象素集成和矽晶集成，經過一系列的過程，最終產生圖像。技術優勢的話，它和傳統剛才提的另外三種技術可以達到很高的解析度，因為它晶片集成，我們可以做非常小的象素，同時可以達到非常高的亮度、很低的功耗。我們現在MICROLED的功耗比液晶低50%，OLED的顯示速度更快。另外一個工作溫度範圍，MICROLED工作範圍溫度很寬，這種材料非常穩定，在控制當中不受氧氣和水蒸氣的影響，對於溫度沒有那麼敏感，可以達到很款的工作溫度範圍。基於這些優勢，我們認為MICROLED顯示晶片的開發將滿足一系列的市場需要，從這種類似像智慧手錶，微型的投影儀，我們的AR、VR設備，到汽車的抬投顯示器。到這種集成的駕駛，抬投顯示裝置都可以用到這樣的顯示技術的。
工藝上來說有幾個工藝。一個是LED晶片技術的開發，一個是矽經驅動晶片的開發，包括垂直集成，最終整個圖像的調製。我們和江蘇中創公司開發了這種晶片技術，從最開始的LED振裂的製成，到整個晶片矽晶積體電路的集成。這是整個原理的開發圖，用了驅動技術。我們採用了這種數位的寬度調製技術，對於圖像的灰度進行調製，實現所要的灰階和彩色的效果，這是進一步開發，怎麼樣把象素驅動單元和週邊的控制電路集成在一個驅動晶片上。這是我們最終開發的顯示晶片，最後集成在一個指甲上然後點亮的效果，這是我們開發的顯示晶片的型號和具體的參數，可以達到很高的解析度。
剛才我提到蘋果公司也開發這個東西，他們想把這個東西進一步做到像蘋果的智慧手錶一樣，能夠滿足高亮度的需求，在室外看顯示幕變得非常輕鬆。這是我們最終展示的顯示晶片，尺寸和一個硬幣那麼大。你可以看到在中間這個圖，把晶片點亮的時候，從外面肉眼可以看到亮度，這是我們顯示的效果。這是我們目前達到的結果，我們現在進一步地把它進行了產品化，同時我們在另一方面希望進一步地提升解析度，我們採用一種新興技術做這種所謂的無間隙高解析度和小象素的LED的顯示晶片，目前正在開發當中，我們賓夕法尼亞大學有相應的專利。
這個是我剛才提到的無間隙顯示晶片的原理，我們對於象素進行分離，能夠產生一個很高密度的象素集成過程，最終達到我們要的高解析度。到現在為止我展示的所有晶片都是單色的，在這種微型投影儀裡面可以把三色晶片集成在一個棱鏡的三側，最後混光產生我們要的彩色效果。我們更希望在一個晶片裡面把紅綠藍集成在一起，這樣彩色高亮顯示效果將成為AR、VR當中最核心的應用，目前我們在全力開發，希望把不同顏色集成到姿色或者是藍色的MICROLED顯示上，達到我們要的效果。這是我們目前正在開發的。
除了我們這個團隊以外，世界範圍內，蘋果公司也在開發這個技術，香港和臺灣也有相應的團隊做這個技術。瑞典有一個公司叫GLO用納米線的方法展示了彩色的顯示效果，這是他們最近的研究突破，而且渴望在近期能夠實現產品化，我們的技術跟剛才我說的GLO的技術做了一個對比，無論從將來做大規模的產線化，還有整個的良率上來說，我們現在用的技術應該有一定的優勢，這是我們目前全力開發的顯示技術。這就是我今天的分享，謝謝大家！