AS|福州大学/闽都创新实验室陈恩果教授团队：用于增强现实投影显示的片上硅基微反射器与Micro
AS | 福州大学/闽都创新实验室陈恩果教授团队：用于增强现实投影显示的片上硅基微反射器与Micro-LED像素化集成
研究背景：
增强现实（AR）技术在众多领域迅速发展，但其进步仍受制于有限的显示亮度和系统效率。微型发光二极管（μLED）作为下一代AR投影引擎的光源颇具前景，因其体积小巧、亮度高且响应迅速。然而，其固有的低光提取效率（LEE）和近朗伯型发射严重制约了光耦合和能量利用。尽管光子晶体、超表面和微透镜阵列等方法已被探索以提高光提取和光束整形效果，但大多数仍局限于模拟阶段或面临复杂的制造难题。因此，实现像素级的片上光学调控，兼具高效率、强方向性和易于集成的特点，仍是紧凑型高性能AR系统的关键挑战。
文章概述：
鉴于此， 陈恩果 教授团队提出并实验验证了一种基于硅基片的片上微反射器件（SMRD），该器件能够同时提升μLED的光提取效率并调控其发射特性。通过全面的仿真与实验，研究表明，SMRD显著改善了μLED的发射性能，将半峰全宽（FWHM）发散角度从±70.5°缩小至±39.4°，在±20°范围内的光通量提高约64%，并将像素串扰抑制至4.75%。将该设备集成到增强现实（AR）近眼显示系统的原型中，进一步验证了其实际应用潜力，在40–160厘米的不同观看距离下，系统实现了更高的图像亮度、更低的串扰以及更清晰的视觉效果。除了卓越的光学性能，SMRD架构本身还支持与μLED阵列的逐像素级精确集成，无需额外的对准步骤即可实现片上空间光调节。由于其硅基材的特性，该设备与标准半导体制造工艺兼容，能够无缝集成到高密度阵列中。其结构简单、可扩展性强，为实现高效、定向、微型化的增强现实光学投影引擎提供了一条与制造工艺兼容的路径，为空间光调制、近眼显示及集成光子系统的先进应用开辟了新的机会。
图文导读：
图1. AR投影光学引擎的设计流程
图2.像素级SMRD的模拟结果
图3.SMRD的制备与表征过程
图4.SMRD集成的光学性能
图5.增强现实显示系统架构及应用
结论：
总之，这种结构的简单性和工艺的适应性使得SMRD在密集阵列配置和大规模制造AR显示模块方面具有高度的可扩展性，用于实现高效、定向且微型化的μLED投影系统，为空间光调制、近眼显示和集成光子架构的高级应用铺平了道路。
这项研究工作得到了“2030国家科技重大专项”、“国家自然科学基金面上项目”、“福建省科技重大专项”和“福建省杰青项目”等大力支持，谨此感谢。
论文信息：
On-Chip Silicon-Based Micro-Reflector Pixelated with Micro-Light-Emitting Diodes for Augmented Reality Projection Displays
Wenzong Lai, Junhu Cai, Zhengui Fan, Yu Chen, Ziming Yao, Shuzhan Yan, Yun Ye, Sheng Xu, Qun Yan, Tailiang Guo, Enguo Chen*
Advanced Science
DOI:10.1002/advs.202523254
原文链接： https://doi.org/10.1002/advs.20252325
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