Meta研發超薄平板激光顯示技術用於AR眼鏡

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08月26日，Meta開發了一種全新的超薄平板激光顯示屏，並有望帶來更輕、更身臨其境的AR眼鏡。其中，團隊發明的顯示屏只有兩毫米厚，但可以顯示明亮、高分辨率的圖像。與傳統LCoS顯示器相比，其色域覆蓋範圍達到211%（即實現了211%的色域標準，如DCI-P3），體積減少了80%以上

基於激光的顯示器因其卓越的亮度和色彩性能而備受追捧，特別是在增強現實等先進應用中。然而，它的廣泛採用一直受到笨重投影儀設計和複雜光學模塊組裝的阻礙。

在一項研究中，Meta介紹一種由大規模可見光光子集成電路（PIC）實現的新型激光顯示架構。與先前的投影儀式激光顯示器不同，所述架構採用超薄、平板式的形態設計，用單個高性能光子芯片取代笨重的自由空間照明模塊。通過在芯片上集成數千個不同光學元件的釐米級PIC器件，並經過精心設計，可實現高顯示均勻性、高對比度和高效率。

PIC的功能類似於LCD中的導光板——根據顯示系統要求擴展光並調整其空間、角度、光譜和偏振特性。然而，其工作原理截然不同：它採用「引導和選擇」的方法，而不是「擴散和過濾」的方法。光擴束是通過片上引導和分束實現，而非隨機擴散；角度擴散是通過設計的光柵發射器控制，而非光束整形濾光片。所以，偏振和色純度得以保持，並且光可以選擇性地輸出，因而在照明側不再需要彩色濾光片或偏振片（圖1d）。

所提出架構同事提供了新的功能，例如跨顯示器的按需主光線角調整，從而能夠對照明模塊和光學系統進行協同設計，以實現最佳的整體顯示性能。PIC器件的製造基於標準的CMOS兼容工藝，使其可擴展用於大規模生產。激光器與PIC的集成則已在電信行業建立，並可適用於可見光領域。

所提出的平板激光顯示器採用非自發光顯示配置。平板顯示器通常分為兩類：每個像素直接產生光的自發光顯示器；像素依賴於外部照明而非自身發光的非自發光顯示器。團隊選擇了非自發光配置，以避免在密集的微米級像素晶格集成和控制大量激光二極管的複雜性。非自發光顯示器中有三個關鍵模塊：光源、照明單元和光調製設備。對於這一點，團隊分別使用RGB半導體激光二極管、PIC照明器和場序彩色CoS顯示面板（圖2a）來演示這一概念及其在AR眼鏡中的應用。

在實驗中，研究人員展示了一款將PIC與LCoS面板相結合的2毫米厚平板激光顯示器，與傳統LCoS顯示器相比，其色域覆蓋範圍達到211%（即實現了211%的色域標準，如DCI-P3），體積減少了80%以上。

當然，儘管取得了進步，但這項技術依然存在一定的侷限性，例如激光散斑（出現顆粒狀或斑點狀圖案）。另外，顯示器的光線只能一次打開或關閉，不能根據圖像的特定部分進行調整。如果屏幕大部分是空白，或者只顯示幾個單詞或圖標，這將會浪費大量的能量。

不過，一旦剩下的挑戰得到解決，可能會帶來大量的創新。最令人興奮的應用之一顯然是更具沉浸感的AR眼鏡。

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