10月19日至20日，由工業和信息化部、江西省人民政府主辦的2023世界VR產業大會在江西南昌召開。在10月19日上午舉行的開幕演講中，中國科學院院士、南昌大學教授、南昌實驗室主任江風益介紹了南昌在AR兩大核心硬件——微顯示屏和光波導鏡片研究方面取得的重要進展：南昌實驗室研究開發出晶圓級微型LED集成技術，已制備出高分辨率單色AR微顯示屏，突破行業瓶頸技術高光效微紅光；南昌虛擬現實研究院自主研發了全息光波導鏡片、模組和AR眼鏡。“南昌在三基色單色微顯示屏和全息光波導制造技術方面取得了可喜進展，由此，在不遠的將來，有望突破全彩化、實用化AR制造技術。”江風益說。

AR硬件系統仍有兩大問題亟待解決

隨著信息技術的迭代更新，互聯網正從移動時代走向萬物互聯的第三代互聯網。江風益表示，第一代互聯網是個人電腦互聯網，第二代互聯網是智能手機移動互聯網，而正在發展中的第三代互聯網則是XR沉浸式互聯網。

“第三代互聯網主要有VR眼鏡、AR眼鏡等形式。VR眼鏡制造技術難度相對較低，目前制造技術相對成熟，在娛樂、教育等領域已有一定產業和規模應用。而AR眼鏡的制造難度很高，目前制造技術尚未成熟，但其應用潛力巨大，可被廣泛用于娛樂旅游、智能制造、醫療健康、輔助駕駛、軍事應用等場景。”江風益說。

AR核心硬件包括微顯示屏、光波導、透鏡和處理器。近年來，光學技術、芯片技術和交互體驗不斷改進，AR產品不斷創新。然而，AR硬件系統仍有兩大問題亟待解決：一是缺乏高亮度的高清全彩微顯示屏，二是缺乏高光效、輕薄的光波導鏡片。

為解決這兩大難題，南昌實驗室（南昌大學國家硅基LED工程技術研究中心）經過不斷研究，成功研發出晶圓級微型LED集成技術，并且制備出了高分辨率單色AR微顯示屏，這是基于南昌大學20多年硅基GaN（氮化鎵）半導體LED材料和芯片技術的積累，在實現了紅橙黃綠青藍紫七彩高效發光的基礎上取得的研究進展。“這就是我們高光效紅綠藍三基色微型單色LED顯示屏，現在達到200萬像素，像素尺寸4.5微米，最大亮度超過數百萬尼特。”江風益指著大屏幕介紹說。

據介紹，南昌實驗室現有的硅基GaN半導體LED材料芯片技術，為實現微型LED和硅基CMOS驅動電路集成提供優選方案。GaN材料中載流子擴散長度小，微型LED受側壁復合影響小，有利于制備各種顏色的高光效微型LED。硅基GaN微型LED與CMOS驅動電路無熱失配，可實現晶圓級對準鍵合，轉移效率高、良率高。紅綠藍微型LED全部采用硅基GaN材料制備，整個體系可以實現無熱失配，有利于實現RGB混合集成。

南昌擁有世界少見的LED光源技術鏈和產業鏈

微型LED微顯示屏具有高亮度、高分辨率、高對比度、快速響應等特點，更適配AR設備顯示屏需求。然而，當前，微型LED微顯示屏制造存在兩大關鍵難題。一是集成良率低。尺寸極小而數量又極大的微型LED像素與CMOS驅動電路集成技術難度大、良率低；采用藍寶石襯底或GaAs（砷化鎵）襯底的微型LED與硅基CMOS電路集成，襯底熱失配導致熱應力大、鍵合良率低，很難進行大面積對準鍵合。二是微紅光亮度低。微型LED芯片尺寸極小，受側壁影響，發光效率隨尺寸減小而降低。藍綠光像素采用GaN 材料制備，尺寸效應相對較小。紅光采用傳統AlGaInP超高亮度發光二極管外延材料制備，隨芯片尺寸變小到微米級時，發光效率降低非常嚴重。可喜的是，南昌實驗室已制備出紅綠藍三基色硅基GaN微型LED，突破行業瓶頸技術高光效微紅光。“要在同一種材料體系實現紅橙黃綠青藍紫高效發光，特別是發紅光，難度非常大。而我們使用的材料體系，微紅光效率可達26%，屬業內領先水平，為微型LED全彩屏打下良好基礎。”江風益表示。

此外，南昌VR研究院（國家虛擬現實創新中心）在全息光波導方面的研究也有了新的進展。江風益介紹，光波導有陣列光波導、浮雕光柵光波導、全息光波導三條技術路線。全息光波導相較于陣列光波導和浮雕光柵光波導，其優點在于顯示效果好，制造成本低，但高性能全息材料較為缺乏，制造工藝還不成熟。目前，南昌VR研究院研發的全息材料核心性能參數在公開文獻中處于世界第二位。同時，研發出了全息光波導鏡片、模組和AR眼鏡。其主要亮點為單層波導實現RGB三色顯示、光效率高達2000 nit/lumen、鏡片成像清晰，顯示效果較好。

“南昌擁有世界少見的、完整的LED光源技術鏈和產業鏈。既有紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七彩LED芯片，硅襯底LED、藍寶石襯底LED、砷化鎵襯底LED，又有大、中、小、mini、Micro各種尺寸LED芯片；既有配套的有機源制造廠商，也有高端裝備MOCVD設備制造廠商，且上下游產業鏈齊全，未來將為發展近眼顯示技術和產業提供重要支撐！”江風益說。

（來源：中國電子報）