我是七除三。

今天一文读懂-AR显示技术。

AR，Augmented Reality，增强现实技术，是一种将虚拟信息与真实世界巧妙融合的技术。广泛运用了多媒体、三维建模、实时跟踪及注册、智能交互、传感等多种技术手段，将计算机生成的文字、图像、三维模型、音乐、视频等虚拟信息模拟仿真后，应用到真实世界中，两种信息互为补充，从而实现对真实世界的“增强”。

AR市场目前主要为AR眼镜和AR-HUD。

AR眼镜

增强现实需要通过AR眼镜等设备来实现与现实的交互。
AR眼镜的光学成像系统主要由光学元件+微型显示方案组成。

光学元件主要有棱镜、自由曲面、BirdBath、光波导、视网膜全息成像（概念）

光学元件的产业图谱

微型显示方案主要有LCOS、Micro OLED、Micro LED、DLP以及LBS（MEMS）

微型显示的产业图谱

主流AR眼镜产品的光学元件和微型显示搭配情况

LCoS，liquid crystal on silicon，硅基液晶，基于集成电路工艺实现。

LCoS 是一种反射式液晶显示技术，将液晶分子填充于上层玻璃基板和下层金属反射层之间，金属反射层和顶层 ITO 公共电极之间的电压共同决定液晶分子的光通性能并展现 出不同的像素灰阶，而显示驱动电路直接在硅基板上完成制备。

LCoS 的显示原理为：当液晶层像素的外加电压为零时，入射的 S 偏振光经过液晶层，其偏正方向不产生扭转，达到底部金属反射层反射回来时仍为 S 偏振光，穿过液晶层射出。

随后经过 PBS 棱镜反射回到原来光路 ，在这种情况下 ，光线不进入投影光路，没有光输出，即此像素呈现“暗态”。

反之，当像素存在外加电压时，入射的 S 偏振光在经过液晶层 时，偏振方向将发生偏振，当其经金属反射层反射，再出穿过液晶层时将变为 P 偏振光。这束 P 偏振光 在穿过 PBS 棱镜是，将进入投影光路，在屏幕上显示 成像，即呈现“亮态”。

Micro OLED ，又称硅基OLED，是一种在单晶硅片上制备主动发光型OLED器件的新型显示技术。它最大的特点是，不同于常规LCD和OLED屏采用的玻璃基板，Micro OLED的基板采用的是单晶硅晶圆。

Micro OLED可以在维持相近分辨率水平的基础上显示面积更小的OLED，这一特性使它拥有了更高的像素密度（PPI），并且具有让显示器更轻薄短小、耗电量更少、自发光、发光效率高等优点。

Micro OLED是CMOS 技术与 OLED 技术的创新结合，CMOS 技术主要使用光刻工艺、CMP 工艺等，湿法制成较多，而 OLED 技 术则主要采用真空蒸镀技术工艺，以干法制程为主。两者皆专业且复杂，将两者集成于同一器件之中，对于工艺技术要求非常严苛。

Micro OLED总工艺流程如下：

Micro LED，Micro Light Emitting Diode，又称为微发光二极体，是LED微缩化和矩阵化后的产物，其像素单元在50μm以下。

MicroLED显示面板因其自发光的特点，仅工作区域像素产生功耗，功耗极低；也因其无需光源和辅助光学元件，以及面板自身超小的外形尺寸使得业内一直期望的AR智能穿戴设备真正轻便型成为可能；还因材料本身是III-V族族无机材料，寿命长，性能稳定；还拥有超高的亮度和效率，使得Micro LED被很多光学元件制造企业视为AR智能眼镜的一个突破性的核心器件。

Micro-LED的制作流程是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化，其尺寸仅在1-100μm等级左右；后将Micro-LED批量式转移至电路基板上，其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上；再利用物理沉积制程完成保护层与上电极，即可进行上基板的封装，完成一结构简单的Micro-LED显示。

01 Micro-LED的工艺环节

1. 晶圆形成:微型led最初是由氮化镓(GaN)等半导体材料制成的薄晶圆。
2. 模版:然后在晶圆片上覆盖一层模版光刻胶，作为蚀刻晶圆片的掩模。
   
3. 蚀刻:然后对晶圆进行蚀刻以创建单个微型led。
4. 掩膜去除:光阻剂掩膜被剥离，在晶圆上留下单个微型led。
5. 键合:然后将微型led键合到基板上，如IC或PCB。
6. 组装:然后将微型led组装成最终形式，如阵列或显示器。
7. 测试:然后对微型led进行测试和校准，以确保它们正常工作。

02 微缩制程技术
目前对于半导体与芯片的制程微缩目前已到极限，而在制造上的微缩却还存在相当大的长大空间，对于Micro-LED制程上，目前主要呈现分为三大种类：

Chip bonding（芯片级焊接）

Wafer bonding（外延级焊接）

Thin film transfer（薄膜转移）

03 巨量转移技术

磊晶部分结束后，需要将已点亮的LED晶体薄膜无需封装直接搬运到驱动背板上，这种技术叫做巨量转移。其中技术难点有两个部分：

a. 转移的仅仅是已经点亮的LED晶体外延层，并不转移原生基底，搬运厚度仅有3%，同时MicroLED尺寸极小，需要更加精细化的操作技术。

b. 一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED，数量巨大，需要新技术满足这一要求。

DLP，Digital Light Procession，是美国德州仪器公司以数字微镜装置DMD芯片作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的一种投影技术。

DMD是Digtal Micromirror Device的缩写，字面意思为数字微镜元件，这是指在DLP技术系统中的核心–光学引擎心脏采用的数字微镜晶片，它是在CMOS的标准半导体制程上，加上一个可以调变反射面的旋转机构形成的器件。

DLP投影技术是应用了数字微镜晶片(DMD)来做主要关键元件以实现数字光学处理过程。其原理是将光源藉由一个积分器(Integrator)，将光均匀化，通过一个有色彩三原色的色环(ColorWheel)，将光分成R、G、B三色，再将色彩由透镜成像在DMD上。以同步讯号的方法，把数字旋转镜片的电讯号，将连续光转为灰阶，配合R、G、B三种颜色而将色彩表现出来，最后在经过镜头投影成像。

LBS，laser beam scanning，利用MEMS微镜扫描，结合RGB激光束，通过对光束的反射扫描成像。

• 光学系统简单，体积小，效率高
• 色彩丰富，色域更广
• 焦深极大，无需调焦即可清晰显示于不同距离的终端之上
• 可以调节激光光源的亮度，更节能，更高对比度
• MEMS微镜采用半导体制造工艺，批量制造后成本低

LBS 、LCOS、 uLED、DLP性能比较

AR-HUD
AR HUD即AR技术与抬头显示的结合体。在HUD光学投影系统中融入AR技术，在我们看到的真实世界中覆盖上数字图像，使得HUD投射出来的信息与真实的驾驶环境融为一体。需要整合ADAS系统所采集到的行车信息，搭配高精度地图，再以优质的HMI设计，将信息投射在前风挡之上。

AR-HUD与C-HUD、W-HUD比较

AR-HUD方案结构主要为反射型结构和全息型结构
a. 反射型结构

成像PGU 是AR-HUD的核心要素，主要有TFT-LCD、DLP、LCOS 和MEMS 激光扫描（LBS）四种方案。

b. 全息型结构

DLP激光投影是核心部件，DLP激光投影+光波导 或者 DLP激光投影+全息薄膜

AR-HUD目前主要以反射型结构为主流。

以上是对于AR显示技术方面的分享。

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