中国台湾中研院吴诗聪院士目前担任中佛罗里达大学（UCF）光电与光子学院的讲座教授，拥有多项重量级头衔，包括台中研院院士、美国发明家学院的创始院士，以及 IEEE、OSA、SID、SPIE 等学会会士，更是佛罗里达州发明家名人堂首批六位入选者之一。
在学术研究方面，吴院士长期致力于以 AI 辅助的 AR 与 VR 近眼显示领域，研究范畴涵盖光引擎、光学系统以及先进显示材料。其学术成就卓越，著作等身，并拥有105项美国专利，其中有几项专利已被广泛应用于商业产品，其中包括最近Meta推出的智慧眼镜所使用的LCoS显示器。
TrendForce 相当荣幸邀请到吴院士进行对谈，通过学术界的视角分享近眼显示技术的发展。
针对 AR 显示光源，吴院士指出 LEDoS 与 LCoS 都各自具备优势，同时也都有待改善之处。LEDoS 技术拥有光机微缩化优势，且在讯息提示等低平均画面亮度 (Average Pixel Lit; APL)场景下功耗表现优异。然而，一旦 APL 超过 20%，其散热问题便会浮现，导致LEDoS峰值亮度下降；加上芯片中央散热不易，温度不均将造成色彩均匀性变差，进而引发光效降低与红色色偏等问题。相对而言，LCoS 技术因采用场色序法(Field Sequential Color)操作，在高 APL 应用上表现稳定，但在低 APL 场景下，容易突显芯片边缘缺陷与漏光所导致的「灰框」现象。所幸此现象可以通过Mini LED局部调光(Local Dimming)来消除。此外，由于 LCoS 属于被动光源系统，需额外进行偏振调整，导致现阶段光引擎体积仍大于单色的 LEDoS。因此，现阶段产学界皆致力于研发 LCoS 光引擎的微缩技术并提高其光学效率，以突破体积限制和降低功耗。
▲LCoS灰框问题 (Source：Meta)
LCoS的微缩技术除了在过去的Himax Display专访中提及的采用扁平化偏振光分束器 (Polarization Beam Splitter; PBS) 系统的Front-Lit LCoS以外，吴教授所领导的UCF团队也在2024年时提出两款LCoS设计结构。第一款是使用4片PBS与2片半波片 (Half-Wave Plate) 组合成阵列LCoS系统，通过双面入光系统，让光线从左右进入，并且经历两次分光后进行出光，预计体积会是传统型态的25%。另一款是在《Opto-Electronic Advances》期刊中(美国专利12,436,333)，UCF和 Meta团队提出不需要使用PBS，而采用导光板 (Light Guide Plate; LGP) 搭配萃取棱镜 (Extraction Prism) 系统，该技术利用全内反射 (Total Internal Reflection; TIR) 机制限制光线在导光板内部传输，再通过萃取棱镜上的TIR机制将光线高效导出。为了实现 LCoS 上的均匀照明，光线在LGP内传播时会有计划地被提取 (即光通量被耗损)，因此需要设计不同孔径比的萃取棱镜，最终 LCoS (4.4μm像素间距和 1024x1024 分辨率)模块体积预估仅为 0.25cc。
▲UCF团队的PBS阵列LCoS系统
▲UCF团队与Meta团队合作开发的LGP + Extraction Prism
目前LCoS光引擎大多采用 LED 或 Mini LED 作为背光源，但在本次会议中，吴诗聪特别分享了一家值得关注的LCoS厂商- VitreaLab，其技术特点在于采用“二极管雷射”作为背光光源。但是由于雷射光斑（Beam Spot）过小，必须通过繁复的光路设计进行多次扩束，导致整体光学系统在设计与制程上远比 LED 光源复杂，因此较少被业界广泛采用。然而，VitreaLab通过在低损耗玻璃波导 (Low Loss Glass Waveguides) 上设计3D通道，成功将原先复杂的光路转化为类2D结构，不仅简化了设计，更实现了局部照明 (Local Illumination) 以降低产品功耗。与此同时，他们也导入 MEMS 反射镜架构，致力于消除雷射背光常见的散斑 (Speckle) 问题。若未来能进一步实现整体架构的微缩，雷射背光 LCoS 的发展趋势将不容小觑。
▲VitreaLab 雷射背光LCoS
而在光波导技术方面，吴诗聪指出，表面浮雕光栅 (SRG) 在入射耦合处 (In-coupler) 常受限于耦合宽度与入光角度等因素，导致严重的漏光现象，光线损失可高达 83%，且极易产生鬼影。若将入光处改为使用偏振体积光栅 (PVG)，则可利用其偏振特性有效消除鬼影，且光效可达 SRG 的两倍 (Light: Science & Applications期刊; 美国专利12,455,458)。然而，目前 PVG 的制造技术尚未完全成熟，在搭配全彩光机时，因 RGB 波长不同导致绕射角度产生差异，通常需采用双层 PVG 结构进行光线耦出；虽然现有技术也能实现单层全彩，但视场角度 (FoV) 会相对较窄。针对此挑战，吴院士提出了一种理想的解决方案：采用混合式架构，即「入光耦合处使用 PVG，出光耦合处使用 SRG」。这种方式能结合 PVG 低杂散光、高效率的特性，以及 SRG 单片全彩的优势，从而打造出显示效果更优异且重量更轻盈的产品。
▲SRG波导在入射耦合处的多次交互作用导致光耗损
▲PVG 入射耦合处优化前后的漏光对比
综观本次访谈，吴诗聪院士为近眼显示产业勾勒出近眼显示技术演进蓝图，无论是通过创新的光学结构将 LCoS 体积缩减至极致，或是利用混合式波导解决效率与鬼影问题，这些前瞻技术都为 AR 眼镜迈向轻量化、高亮度与低功耗的终极目标，点亮了清晰的道路。（文: Estelle / TrendForce）
TrendForce 2025 近眼显示市场趋势与技术分析
出刊日期: 2025年8月29日
语系: 中文 / 英文
格式: PDF
页数: 126
