Micro-LED應(yīng)用于近眼顯示的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

Micro-LED技術(shù)源于美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室微盤激光器技術(shù)^［4］，2000年Jin等^［2］人首次制備了Ⅲ族氮化物的Micro-LED；2004年Jeon等^［5］人則提出了20 μm、64×64陣列的紫外Micro-LED；2009年劉召軍等^［6］人報(bào)道了使用倒扣焊集成技術(shù)制備了8×8的Micro-LED的有源驅(qū)動(dòng)陣列，并且在2011年使用了三色熒光粉實(shí)現(xiàn)了Micro-LED的全彩化顯示^［7］。在顯示應(yīng)用方面，索尼公司于2012年首次推出了139.7 cm（55 in）的Micro-LED顯示屏；2015年Han等^［8］人報(bào)道了采用UV光激發(fā)量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)全彩化的Micro-LED；2020年Kim等人^［9］提出了一種有效的技術(shù)，通過(guò)傳統(tǒng)的光刻技術(shù)，使用光固化丙烯酸和納米有機(jī)變色材料的混合物，在藍(lán)色Micro-LED上沉積顏色轉(zhuǎn)換層。同年Liang等^［10］人綜述了全彩化的Micro-LED研究進(jìn)展，并且采用量子點(diǎn)色轉(zhuǎn)換層制備了高色域的全彩化Micro-LED。2022年南方科技大學(xué)與香港科技大學(xué)及中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所組成的團(tuán)隊(duì)制備了不同規(guī)格的深紫外Micro-LED器件，其中10 μm×10 μm的深紫外Micro-LED在連續(xù)波發(fā)光情況下，最高亮度達(dá)到了185 W/cm²，最高的外量子效率達(dá)到了3.43%^［11］。

通過(guò)Google學(xué)術(shù)的搜索分析，Micro-LED相關(guān)文章的搜索數(shù)量從2000年開(kāi)始逐漸增長(zhǎng)。從2006年開(kāi)始，該領(lǐng)域更是呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，2021年共計(jì)出版文章7 000多篇。目前，幾乎所有科技企業(yè)都將Micro-LED技術(shù)視為下一代的顯示技術(shù)。圖1為近幾年Micro-LED的關(guān)鍵性研究進(jìn)展節(jié)點(diǎn)。雖然Micro-LED在顯示方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，但隨著Micro-LED芯片尺寸的減小，Micro-LED的制備在外延生長(zhǎng)、全彩化、巨量轉(zhuǎn)移、檢測(cè)技術(shù)等方面仍然存在著一些瓶頸。并且Micro-LED的良率問(wèn)題、發(fā)光效率、波長(zhǎng)一致性還沒(méi)有達(dá)到全彩化顯示的要求^［12］。

圖1  Micro-LED發(fā)展歷程圖

Fig.1  Development history of Micro-LED

Micro-LED的制備工藝與傳統(tǒng)的LED制備工藝有一定的相關(guān)性^［13-14］。Micro-LED的襯底可以是硅（Si）襯底、碳化硅（SiC）襯底、藍(lán)寶石襯底等，以基于藍(lán)寶石襯底生長(zhǎng)的GaN基頂發(fā)射的Micro-LED為例，圖2（a）展示了一種制備單個(gè)Micro-LED的方法^［15-17］。首先，通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，MOCVD）在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行了Micro-LED的外延生長(zhǎng)。該外延結(jié)構(gòu)包括非故意摻雜的GaN緩沖層、n-GaN層、InGaN/GaN多量子阱（Multiple Quantum Well，MQW）區(qū)和p-GaN層，之后通過(guò)電子束蒸發(fā)或磁控濺射在p-GaN層表面制備出銦錫氧化物（Indium Tin Oxide，ITO）薄膜，ITO起著電流擴(kuò)散層的作用，具有低電阻率和高透光率的特點(diǎn)。其次，通過(guò)電感耦合等離子體（Inductively Coupled Plasma，ICP）刻蝕外延晶片，并對(duì)其進(jìn)行熱退火，形成p-GaN的p型歐姆接觸。通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）沉積SiO₂鈍化層以分離p型電極和n型電極。最后，通過(guò)濺射在n-GaN層的表面上沉積Ti/Au層作為n-pad。與制備n型電極類似，Ti/Au沉積在ITO層上以形成p-pad。

圖2  （a）單氮化鎵基頂發(fā)射Micro-LED的工藝示意圖；（b）無(wú)源尋址微型LED陣列示意圖；（c）有源尋址Micro-LED陣列示意圖。

Fig.2  （a） Schematic illustration of the process of a single GaN-based top-emission Micro-LED； （b） Schematic illustration of the passive addressing Micro-LED array； （c） Schematic illustration of the active addressing Micro-LED array.

Micro-LED陣列可通過(guò)不同的制備方法獲得，根據(jù)尋址方式可分為被動(dòng)尋址和主動(dòng)尋址。圖2（b）給出了一個(gè)典型的無(wú)源尋址Micro-LED陣列的示意圖。每個(gè)像素分別連接p型金屬線和n型金屬線，由掃描行電極和柱電極驅(qū)動(dòng)^［18］。此外，簡(jiǎn)單的有源尋址Micro-LED陣列的原理圖如圖2（c）所示。每個(gè)Micro-LED都有一個(gè)公共的n觸點(diǎn)和一個(gè)獨(dú)立的p觸點(diǎn)用于單獨(dú)尋址^［19］。

舒適性和沉浸性是近眼顯示設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)，舒適性可以從穿戴舒適度上體現(xiàn)，比如近眼顯示器的重量、散熱、尺寸等方面都能影響穿戴的舒適度。視覺(jué)舒適度也是評(píng)價(jià)近眼顯示器舒適感的一部分，在大視場(chǎng)、高分辨率和自然的畫面情況下能有效提高視覺(jué)的舒適度，近眼顯示設(shè)備的沉浸性可使使用者身臨其境。為了應(yīng)對(duì)舒適性和沉浸性的挑戰(zhàn)，需要對(duì)人類的視覺(jué)特性與局限性有深入的了解，圍繞以人類視覺(jué)系統(tǒng)為核心的光學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程則顯得尤為重要。

人眼是一個(gè)優(yōu)秀的高動(dòng)態(tài)感光系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)處理5個(gè)數(shù)量級(jí)以上的照度，并且具有長(zhǎng)時(shí)間適應(yīng)能力，最多可以感受到10^-3~10⁴ lx的寬域照度^［50］。因此為了再現(xiàn)真實(shí)的場(chǎng)景，近眼顯示設(shè)備需要滿足高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）^［51］。為了實(shí)現(xiàn)HDR，顯示器需要有高峰值的亮度（L_p>1 000 cd/m²）和較暗的狀態(tài)（L_p<0.01 cd/m²），因此對(duì)比度是一個(gè)非常關(guān)鍵的參數(shù)^［52］。VR眼鏡要求沒(méi)有環(huán)境光的干擾，且抑制VR設(shè)備內(nèi)部的雜散光，使得對(duì)比度達(dá)到1 000∶1以上。但是對(duì)于AR系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要考慮環(huán)境光的影響，在室外環(huán)境光比較強(qiáng)的情況下，則需要AR系統(tǒng)能夠提高更高的亮度。

3D顯示技術(shù)利用了人眼存在的雙目視差，由于兩個(gè)瞳孔存在著距離，使得左右眼視網(wǎng)膜上所成的像稍有差異，經(jīng)過(guò)大腦的處理，可以感受到立體的圖像^［53-55］。3D顯示技術(shù)可以通過(guò)控制顯示設(shè)備使不同視角的圖像進(jìn)入兩眼，獲得深度信息。然而大多數(shù)的VR系統(tǒng)通過(guò)平板顯示的方式生成圖像信息，這將產(chǎn)生輻輳調(diào)節(jié)沖突（Vergence-Acommodation Conflict，VAC），如圖7所示。VAC指人眼在觀察3D顯示屏?xí)r，單眼所獲得的焦點(diǎn)距離與雙眼會(huì)聚過(guò)程所產(chǎn)生的距離不相同，從而導(dǎo)致感知上的混亂與視覺(jué)上的疲勞和不適應(yīng)^［56］。

圖7  （a）輻輳調(diào)節(jié)沖突原理圖；（b）正常情況下的會(huì)聚距離與焦點(diǎn)距離示意圖。

Fig.7  （a） Vergence-acommodation conflict schematic； （b） Schematic diagram of vergence distance and accommodation under normal conditions.

如圖8所示，人眼的單眼視場(chǎng)（Field of View，F(xiàn)OV）大約為水平160°和垂直130°，兩眼相結(jié)合的水平視場(chǎng)角大約有200°，水平相重疊的區(qū)域大約有120°^［57］。對(duì)于AR系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的AR顯示器的視場(chǎng)大小尚不能滿足人眼視覺(jué)系統(tǒng)的需求，換句話說(shuō)小視場(chǎng)的近眼顯示器對(duì)沉浸感的影響很大，其所面臨的主要問(wèn)題還是如何擴(kuò)大視場(chǎng)。但是對(duì)于VR近眼顯示器來(lái)說(shuō)，目鏡的f/#值決定了其孔徑，而焦距的縮放則可以改變FOV。假定顯示屏的總像素是固定的，則像素密度和視場(chǎng)之間將有一個(gè)權(quán)衡，更大的視場(chǎng)將導(dǎo)致像素密度下降，導(dǎo)致紗窗效應(yīng)（Screen-door Effect）或者看到明顯像素點(diǎn)邊界，降低了沉浸式體驗(yàn)^［58］。全息光學(xué)元件（Holographic Optical Elements，HOEs）等新型的光學(xué)元件為該問(wèn)題提供了可能的解決方案。例如，2018年Tan等人^［58］基于HOEs設(shè)計(jì)了一種高分辨率區(qū)域可移動(dòng)的近眼顯示器，其關(guān)鍵的Pancharatnam-Berry光學(xué)元件可追蹤眼球并切換相應(yīng)的顯示區(qū)域，從而有效解決了紗窗效應(yīng)^［59-66］。正常人眼視覺(jué)的分辨率能達(dá)到60 PPD，在這個(gè)分辨率下當(dāng)需要110°的視場(chǎng)時(shí)，其顯示器需要超過(guò)6K×6K的像素^［67］。2022年福州大學(xué)團(tuán)隊(duì)利用有序分子自組裝技術(shù)結(jié)合轉(zhuǎn)移印刷技術(shù)制備了像素密度高達(dá)25 400 PPI的超高分辨率的QLED，為近眼顯示提供了高密度顯示屏的解決方案^［68］。由于人眼的高分辨率僅存在于中央凹區(qū)域，脫離這個(gè)區(qū)域視力急劇下降^［69］。因此只有在中央的區(qū)域才需要高分辨率，這就提出了中央凹顯示（Foveated Display）技術(shù)的概念^［70］。在中央凹顯示技術(shù)中，整個(gè)觀察區(qū)域的顯示分辨率是不同的，可以通過(guò)兩個(gè)不同的面板相組合來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是卻增大了近眼顯示設(shè)備的大小，而Micro-LED顯示技術(shù)有高的分辨率和小體積，并且壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于近眼顯示設(shè)備更有利于實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)。

圖8  人眼的視場(chǎng)范圍

Fig.8  Feld of view of the human eye

隨著智能手機(jī)的發(fā)展，形成了AR和VR的熱潮，并且得益于芯片的發(fā)展，近眼顯示的功能也越加完善和豐富，將AR/VR相結(jié)合，既可以在真實(shí)的世界上疊加虛擬的信息，又可以完全地展示虛擬的畫面，稱為混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR），或稱之為擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）^［71］，圖9展現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)的圖譜關(guān)系，從完全的現(xiàn)實(shí)到純粹的虛擬^［72］。

圖9  虛擬現(xiàn)實(shí)圖譜

Fig.9  Reality-virtuality spectrum

與VR顯示器不同的是，AR顯示器由光學(xué)引擎與光學(xué)組合器組合而成，光學(xué)引擎作為顯示圖像的來(lái)源，而光學(xué)組合器將顯示的圖像傳送到人眼，并傳輸環(huán)境光。FOV、動(dòng)眼框（Eyebox）、傳輸效率及MTF等參數(shù)主要取決于光學(xué)組合器，圖像亮度、整體效率和形狀大小等屬性受到了整體結(jié)構(gòu)的影響。北京航空航天大學(xué)、天津大學(xué)、上海交通大學(xué)、中山大學(xué)、北京理工大學(xué)、浙江大學(xué)等國(guó)內(nèi)高校均開(kāi)展了這方面的研究^［73-80］。圖10所示為幾種AR顯示設(shè)備的光學(xué)組合器。

圖10  不同類型的AR光學(xué)組合器

Fig.10  Different types of AR optical combiners

在AR顯示設(shè)備中，光學(xué)架構(gòu)一般可分為自由曲面型（Freeform）和光波導(dǎo)型（Waveguide）。自由曲面AR顯示具有較好的光效率和均勻性，但通常體積較大，在保證觀看效果時(shí)，需要在FOV和Eyebox大小之間保持平衡。相反，光波導(dǎo)型的AR設(shè)備形狀較小，可以通過(guò)出瞳孔擴(kuò)展（Exit Pupil Expansion，EPE）過(guò)程放大系統(tǒng)的視野范圍，對(duì)于光波導(dǎo)AR顯示器通常使用立體顯示器或變焦/多平面顯示器來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示。光波導(dǎo)因其外觀更接近于眼鏡，相比于其他光學(xué)組合器兼顧了靈活性與性能，近幾年受到了大量科研院校與機(jī)構(gòu)的研究，并成為AR顯示設(shè)備的主流光學(xué)元件。2021年，Darkhanbaatar等人^［81］通過(guò)使用光聚合物微反射鏡陣列取代表面浮雕光柵（Surface Relief Gratings，SRGs）與體全息光柵（Volume Holographic Gratings，VHGs）， 利用全息微鏡陣列作為耦入元件，從顯示的元素圖像集重建三維圖像，并保留了現(xiàn)有全息波導(dǎo)型AR系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖11所示。基于集成成像生成的元素圖像由微顯示器顯示，元素圖像經(jīng)過(guò)全息微鏡陣列重構(gòu)3D圖像，重構(gòu)后的3D圖像的非相干光束在波導(dǎo)內(nèi)經(jīng)過(guò)反射后，到達(dá)耦出元件，最后反射至人眼。

圖11  3D透明AR顯示系統(tǒng)原理圖

Fig.11  3D see-through AR display system

當(dāng)光在波導(dǎo)內(nèi)傳播時(shí)，波導(dǎo)的折射率決定全內(nèi)反射（Total Internal Reflection，TIR）角，并且耦合元件會(huì)影響視場(chǎng)角與色彩均勻性。幾何陣列波導(dǎo)由多個(gè)部分反射面組成，通過(guò)多層部分反射面將波導(dǎo)內(nèi)部傳輸?shù)墓夥瓷淙肴搜?，每一層的部分反射面形成一個(gè)出瞳可以實(shí)現(xiàn)EPE，但幾何陣列光波的TIR角限制了其FOV，且噪聲問(wèn)題難以改善，使得出光分布不均，并且制備工藝相對(duì)復(fù)雜，良品率較低。表面浮雕光柵波導(dǎo)利用SRGs作為耦合元件，將光耦入或耦出光波導(dǎo)。而不同波長(zhǎng)的光線易被其他波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光柵結(jié)構(gòu)所衍射，形成串?dāng)_?？赏ㄟ^(guò)設(shè)計(jì)多層光柵結(jié)構(gòu)來(lái)解決此問(wèn)題，如微軟Hololens 2使用了兩層光柵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)全彩化。波導(dǎo)中最關(guān)鍵的部分是耦入/耦出光學(xué)元件，體全息光柵波導(dǎo)中的HOEs可在任意波前記錄和重建中表現(xiàn)出獨(dú)特的特性^［82-83］，可作為光柵、擴(kuò)散器、透鏡被廣泛應(yīng)用于近眼顯示系統(tǒng)，并且成為AR設(shè)備光波導(dǎo)耦合元件中的最佳候選者^［84-88］。3種近眼顯示平面光波導(dǎo)的光學(xué)架構(gòu)如圖12所示，分別為幾何陣列光波導(dǎo)、表面浮雕光柵波導(dǎo)及體全息光柵波導(dǎo)。

圖12  （a）幾何陣列光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖；（b）表面浮雕光柵光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖；（c）體全息光柵光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)圖。

Fig.12  Schematic of （a） the geometric waveguide with transflective mirror array， （b） the diffractive waveguide with surface relief gratings， （c） the diffractive waveguide with volumetric holographic gratings.

人們對(duì)于逼真視覺(jué)體驗(yàn)的需求推動(dòng)了當(dāng)前二維圖像從平面屏幕向三維場(chǎng)景的轉(zhuǎn)變。第一個(gè)3D技術(shù)可追溯到1838年，由Charles Wheatstone提出，這項(xiàng)技術(shù)被稱為立體視覺(jué)。最初雙目深度感知是通過(guò)兩片反射鏡向觀察者的左眼和右眼反射兩個(gè)偏移圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)的。之后在20世紀(jì)初，通過(guò)利用視差屏障、集成攝影以及透鏡的方式實(shí)現(xiàn)了可容納更多深度信息的3D顯示方法^［89-91］。1948年，Dennis Gabor發(fā)現(xiàn)了全息顯示技術(shù)的原理^［92］，這項(xiàng)技術(shù)最初被用于提高電子顯微鏡的分辨率。直到1960年，激光的發(fā)明標(biāo)志著光學(xué)全息技術(shù)的開(kāi)始。在過(guò)去的30年里，LCD、OLED、LCoS等平板顯示器的發(fā)展，加速了3D技術(shù)的發(fā)展，并逐漸將光學(xué)架構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榭纱┐髟O(shè)備^［93-96］。

得益于VR技術(shù)的迅速發(fā)展，Oculus、Huawei VR Glass、Pico等部分VR設(shè)備價(jià)格也比較低廉，但AR設(shè)備的生產(chǎn)成本卻較高。目前大多數(shù)的AR/VR設(shè)備都是通過(guò)立體視覺(jué)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示，這種方式存在VAC的問(wèn)題。自21世紀(jì)初以來(lái)，人們提出了許多方法來(lái)解決這一關(guān)鍵問(wèn)題，包括多焦/變焦顯示、全息顯示、集成成像（Integral Imaging）顯示或麥克斯韋視圖顯示^［97-102］。多焦顯示器以不同深度呈現(xiàn)多幅圖像，以模擬原始3D場(chǎng)景?？勺兘咕囡@示器則在每個(gè)時(shí)間幀僅顯示一幅圖像，圖像深度與觀察者的聚集深度相匹配。

基于平面成像的近眼3D顯示系統(tǒng)一般是指通過(guò)利用一個(gè)或多個(gè)平面形成近眼3D顯示的光學(xué)系統(tǒng)。通過(guò)一個(gè)固定平面形成3D顯示存在VAC的問(wèn)題，而變焦顯示器雖然一次只生成一個(gè)焦平面，但是聚焦深度隨輻輳距離而變化，并可通過(guò)眼動(dòng)儀檢測(cè)到^［103］。多焦平面顯示是AR應(yīng)用中較為常用的顯示技術(shù)，多焦平面解決方案可以分為兩類：深度生成方法和信息復(fù)用通道。通過(guò)改變物體距離或系統(tǒng)的光功率來(lái)實(shí)現(xiàn)多焦平面，可以區(qū)分為基于距離的系統(tǒng)和基于功率的系統(tǒng)，并且可以通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)光學(xué)距離與系統(tǒng)光功率實(shí)現(xiàn)多焦平面顯示設(shè)計(jì)^{［104-105］}。在信息復(fù)用通道的方法中，通常需要高信息流率才能通過(guò)添加另一個(gè)空間維度將2D顯示器擴(kuò)展到3D顯示，這通常通過(guò)多路復(fù)用過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)^［106］。用于疊加虛像平面的信息通道有4種，包括空間、時(shí)間、偏振和波長(zhǎng)。

空間復(fù)用允許直接構(gòu)建多焦平面的顯示器。在20世紀(jì)末，Rolland等人提出了一種通過(guò)將14個(gè)平面間距離均勻的透明顯示器疊加，形成一種多焦平面的顯示，其原理如圖13（a）所示 ^［107］。雖然這種設(shè)計(jì)在非球面顯示器件中難以實(shí)際應(yīng)用，但它指出了一般多焦顯示器件的設(shè)計(jì)原則，如焦平面數(shù)、焦平面間距和分辨率要求等。光學(xué)組合器疊加可以通過(guò)疊加分束器、棱鏡和光波導(dǎo)等光學(xué)組合器，而不是直接疊加顯示器或投影屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn)3D顯示。最初由Akeley等人^［108］提出并設(shè)計(jì)了具有3個(gè)焦平面的多焦顯示器模型。如圖13（b）所示，利用堆疊的分束器將LCD面板分成3個(gè)子面板，形成3個(gè)焦平面，也可通過(guò)疊加更多的自由曲面棱鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用^［109］。但這些模型的體積都較大，并不適合真實(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖13  （a）透明顯示器疊加；（b）光學(xué)組合器的疊加中分束器的堆疊；（c）偏振復(fù)用多焦平面顯示；（d）波長(zhǎng)復(fù)用的多焦平面顯示。

Fig.13  （a） Transparent display stack； （b） Stacking of beam splitters in stacking of optical combinators； （c） Polarization-multiplexed multi-focal-plane display； （d） Wavelength-multiplexed multi-focal-plane display.

對(duì)二維圖像偏振復(fù)用的概念最早由Lee等人在2016年提出，通過(guò)對(duì)液晶面板像素級(jí)的偏振調(diào)制，為二維圖像創(chuàng)造深度信息^［110］。2018年Zhu等人提出了空間復(fù)用與偏振復(fù)用同時(shí)進(jìn)行的多焦平面顯示器，將兩個(gè)LCD面板級(jí)聯(lián)，創(chuàng)建兩個(gè)獨(dú)立的深度^［111］。如圖13（c）所示，通常偏振復(fù)用的多焦平面顯示由顯示面板、偏振器和一個(gè)偏振相關(guān)光學(xué)元件組成。

波長(zhǎng)復(fù)用的多焦平面系統(tǒng)概念由Zhan等人提出^［112］。其原理如圖13（d）所示，通過(guò)將兩個(gè)具有不同波長(zhǎng)的激光投影機(jī)在屏幕上投射出兩幅圖像，并被濾波器分為兩個(gè)深度，形成3D效果。雖然這個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)驗(yàn)證了通過(guò)波長(zhǎng)多路復(fù)用提供多個(gè)焦平面的可行性，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在許多挑戰(zhàn)。如在每個(gè)顏色通道中混合波長(zhǎng)會(huì)直接影響色彩表現(xiàn)，并且濾波器的角度要求較高。

集成成像利用透鏡或針孔陣列等周期性光學(xué)結(jié)構(gòu)，將光的空間信息從二維元素圖像轉(zhuǎn)換為具有空間和角度信息的三維光場(chǎng)^{［113-114］}。在這個(gè)過(guò)程中，空間分辨率被用來(lái)提供角度信息的多視圖通道?？梢酝ㄟ^(guò)采用快速掃描鏡或高幀率空間光調(diào)制器（Spatial Light Modulator，SLM）來(lái)臨時(shí)創(chuàng)建多視圖，其中高速顯示和視點(diǎn)轉(zhuǎn)換設(shè)備是多視圖結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵^{［115-116］}。近年來(lái)，大量基于HOEs的集成成像系統(tǒng)被報(bào)道^{［117-119］}。具有光學(xué)透明度的HOEs可以實(shí)現(xiàn)透視功能，同時(shí)顯示3D圖像。

全息顯示被認(rèn)為是一種真正的3D技術(shù)，其可以通過(guò)再現(xiàn)三維物體發(fā)出的光的振幅和相位信息實(shí)現(xiàn)3D顯示^{［120-123］}。傳統(tǒng)的光學(xué)全息術(shù)利用光干涉將真實(shí)物體的波前記錄在膠片上，然后投射參考光束來(lái)再現(xiàn)三維虛擬物體。與光學(xué)全息相比，計(jì)算機(jī)生成全息具有靈活的波前控制和實(shí)時(shí)圖像更新功能，因此在近眼顯示中得到了廣泛關(guān)注^［124］。

盡管全息技術(shù)被冠以終極3D顯示的名號(hào)，但在商業(yè)AR/VR產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用方面仍有很長(zhǎng)的路要走。當(dāng)前其主要的技術(shù)障礙包括激光散斑導(dǎo)致的圖像分辨率下降，SLM有限的空間帶寬積（Space-bandwidth Product，SBP）造成的FOV和Eyebox大小之間的權(quán)衡，以及對(duì)計(jì)算全息方法（Computer-generated Holography，CGH）快速實(shí)時(shí)計(jì)算的高要求^{［125-127］}。目前可以通過(guò)高級(jí)衍射光等多種方法增大視場(chǎng)，并且已有有效的方法抑制散斑效應(yīng)^{［128-130］}。此外，激光也可以被部分相干光源替代，如Micro-LED^［131］。