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王立军院士解读XR头戴式显示关键技术及趋势-王立教授

2023-08-11 11:03:48TONY杂谈146

俄罗斯工程院外籍院士、SID国际信息显示学会（中国）AR/VR 技术委员会ZX王立军

11月30日—12月1日，由四川省人民政府、工业和信息化部主办的2022世界显示产业大会在四川省成都市举行。在12月1日举办的成渝新型显示一体化发展高峰论坛上，俄罗斯工程院外籍院士、SID国际信息显示学会（中国）AR/VR 技术委员会ZX王立军就XR头戴式显示技术前沿及产业发展趋势作了演讲。

自去年以来，元宇宙成为产业界、投资界的一个关注热点。事实上，元宇宙的概念和想象在互联网爆发前夜已经诞生，并且随着互联网的发展一直在上演着不同的版本。王立军指出，新一代元宇宙的支撑技术是5G、人工智能和XR头戴式终端显示设备，这几项“核心武器”的发展为整个元宇宙的实现创造了很好的基础。其中，5G技术解决了带宽问题。元宇宙中所有的虚拟物品、虚拟场景都是三维的、在线的，需要低时延的交互，而5G、光纤到户等为元宇宙创造了带宽条件。与此同时，人工智能为大规模建造三维物品、三维虚拟场景和形象、数字虚拟人等创造了非常好的条件。

“最重要的是，头戴式终端的发展会对元宇宙领域产生革命性的影响，而XR的发展把元宇宙带入到一个新的世纪。”王立军在演讲中强调。

从终端发展历程来看，Web1.0阶段的核心接入终端是固定的，即个人电脑；Web2.0阶段是移动互联网，移动智能手机的出现改变了人类生产生活方式；在下一代沉浸式互联网Web3.0阶段，XR头戴式终端是下一代计算平台，也是元宇宙的接入和交互终端。

XR（Extend Reality）是VR、AR和MR的总称。王立军指出，XR是拓展了人类计算、感知和交互能力的下一代智能终端和交互系统，将给人类经济、科技、文化、教育、军事和日常生活带来深刻变革和重大影响。

王立军从显示产业的角度分析了XR头戴式显示关键技术及趋势。头戴式显示属于近眼显示，其对显示性能有着极高要求：超高分辨率（PPI接近人眼6000），显示对比度高，饱和度和均匀性好，刷新率高，功耗小。另外，头戴式显示在光学性能上也有要求：大视场角、体积小、重量轻、图像畸变小、逼真度高、3D沉浸感强。从主流显示技术的性能方面来看，在亮度上，第三代显示技术Micro LED会远远超过OLED和LCD，达到10万尼特级别；而在对比度和响应速度上，Micro LED的优势明显。

对于VR微显示而言，主要应用在消费端，其核心是微显示和光学系统。目前主要采用的是快速液晶FastLCD，分辨率可达2K或4K，将来或采用硅基OLED来提供更高的图像分辨率，实现更小尺寸。VR显示光学主要通过超短焦或者折叠光学Pancake方案来让显示器变得轻薄。例如，Facebook 开发的偏振折叠光路系统让VR眼镜厚度只有0.3英寸，而华为折叠式VR眼镜通过采用超短焦光学模组可以做到墨镜大小。

对于AR/MR显示而言，主要应用场景是医学、工业等领域，核心在于微显示和融合光学。AR融合光学的进展从原来的几何光学全面转向基于衍射光栅和集成光波导技术的物理光学，优势在于可以用半导体纳米压印制造工艺做到微米级的器件尺寸，大大提高了AR眼镜的轻便舒适度。

在微显示技术上，传统AR微显示主要有硅基液晶（LCOS）和数字投影（DLP），目前的主流方案是硅基OLED和激光扫描显示（LBS）。Micro LED是未来发展的一大趋势，其核心参数优势明显：拥有超高的图像分辨率、亮度、对比度和刷新率，超高的色彩逼真度、饱和度和视场角，以及超小的体积和功耗，特别适合移动智能XR设备。不过，王立军也指出了MicroLED 微显示面临的关键技术挑战，主要包括单片晶圆级混合集成和全彩化。

此外，王立军在演讲中还谈到了光场显示（Light Field Display），其解决XR头戴式显示的辐輳（CA）冲突。目前光场显示在学术界研究较多，但距离产业化还有一段进步空间。

在王立军看来，XR头戴式终端将替代手机，成为人类首要的元宇宙智能交互终端，而这有赖于显示产业从业者们在微显示驱动、微显示芯片方面继续工作和努力。