中研院 吳詩聰院士目前擔任中佛羅里達大學（UCF）光電與光子學院的講座教授，擁有多項重量級頭銜，包括中研院院士、美國發明家學院的創始院士，以及 IEEE、OSA、SID、SPIE 等學會會士，更是佛羅里達州發明家名人堂首批六位入選者之一。在學術研究方面，吳院士長期致力於以 AI 輔助之 AR 與 VR 近眼顯示領域，研究範疇涵蓋光引擎、光學系統以及先進顯示材料。其學術成就卓越，著作等身，並擁有105項美國專利，其中有幾項專利已被廣泛應用於商業產品，其中包括最近Meta推出的智慧眼鏡所使用的LCoS顯示器。TrendForce 相當榮幸邀請到吳院士進行對談，透過學術界的視角分享近眼顯示技術的發展。 

針對 AR 顯示光源，吳院士指出 LEDoS 與 LCoS 都各自具備優勢，同時也都有待改善之處。LEDoS 技術擁有光機微縮化優勢，且在訊息提示等低平均畫面亮度 (Average Pixel Lit; APL)場景下功耗表現優異。然而，一旦 APL 超過 20%，其散熱問題便會浮現，導致LEDoS峰值亮度下降；加上晶片中央散熱不易，溫度不均將造成色彩均勻性變差，進而引發光效降低與紅色色偏等問題。相對而言，LCoS 技術因採用場色序法(Field Sequential Color)操作，在高 APL 應用上表現穩定，但在低 APL 場景下，容易突顯晶片邊緣缺陷與漏光所導致的「灰框」現象。所幸此現象可以透過Mini LED局部調光(Local Dimming)來消除。此外，由於 LCoS 屬於被動光源系統，需額外進行偏振調整，導致現階段光引擎體積仍大於單色的 LEDoS。因此，現階段產學界皆致力於研發 LCoS 光引擎的微縮技術並提高其光學效率，以突破體積限制和降低功耗。

LCoS灰框問題 (Source：Meta)

LCoS的微縮技術除了在過去的Himax Display專訪中提及的採用扁平化偏振光分束器 (Polarization Beam Splitter; PBS) 系統的Front-Lit LCoS以外，吳教授所領導的UCF團隊也在2024年時，提出兩款LCoS設計結構。第一款是使用4片PBS與2片半波片 (Half-Wave Plate) 組合成陣列LCoS系統，透過雙面入光系統，讓光線從左右進入，並且經歷兩次分光後進行出光，預計體積會是傳統型態的25%。另一款是在《Opto-Electronic Advances》期刊中(美國專利12,436,333)，UCF和 Meta團隊提出不需要使用PBS，而採用導光板 (Light Guide Plate; LGP) 搭配萃取棱鏡 (Extraction Prism) 系統，該技術利用全內反射 (Total Internal Reflection; TIR) 機制限制光線在導光板內部傳輸，再透過萃取棱鏡上的TIR機制將光線高效導出。為了實現 LCoS 上的均勻照明，光線在LGP內傳播時會有計劃地被提取 (即光通量被耗損)，因此需要設計不同孔徑比的萃取棱鏡，最終 LCoS (4.4µm像素間距和 1024x1024 解析度)模組體積預估僅為 0.25cc。

UCF團隊的PBS陣列LCoS系統

UCF團隊與Meta團隊合作開發的LGP + Extraction Prism

目前LCoS光引擎大多採用 LED 或 Mini LED 作為背光源，但在本次會議中，吳詩聰特別分享了一家值得關注的LCoS廠商- VitreaLab，其技術特點在於採用「二極體雷射」作為背光光源。但是由於雷射光斑（Beam Spot）過小，必須透過繁複的光路設計進行多次擴束，導致整體光學系統在設計與製程上遠比 LED 光源複雜，因此較少被業界廣泛採用。然而，VitreaLab透過在低損耗玻璃波導 (Low Loss Glass Waveguides) 上設計3D通道，成功將原先複雜的光路轉化為類2D結構，不僅簡化了設計，更實現了局部照明 (Local Illumination) 以降低產品功耗。與此同時，他們也導入 MEMS 反射鏡架構，致力於消除雷射背光常見的散斑 (Speckle) 問題。若未來能進一步實現整體架構的微縮，雷射背光 LCoS 的發展趨勢將不容小覷。 

VitreaLab 雷射背光LCoS

而在光波導技術方面，吳詩聰指出，表面浮雕光柵 (SRG) 在入射耦合處 (In-coupler) 常受限於耦合寬度與入光角度等因素，導致嚴重的漏光現象，光線損失可高達 83%，且極易產生鬼影。若將入光處改為使用偏振體積光柵 (PVG)，則可利用其偏振特性有效消除鬼影，且光效可達 SRG 的兩倍 (Light: Science & Applications期刊; 美國專利12,455,458)。然而，目前 PVG 的製造技術尚未完全成熟，在搭配全彩光機時，因 RGB 波長不同導致繞射角度產生差異，通常需採用雙層 PVG 結構進行光線耦出；雖然現有技術也能實現單層全彩，但視場角度 (FoV) 會相對較窄。針對此挑戰，吳院士提出了一種理想的解決方案：採用混合式架構，即「入光耦合處使用 PVG，出光耦合處使用 SRG」。這種方式能結合 PVG 低雜散光、高效率的特性，以及 SRG 單片全彩的優勢，從而打造出顯示效果更優異且重量更輕盈的產品。

SRG波導在入射耦合處的多次交互作用導致光耗損

 
PVG 入射耦合處優化前後的漏光對比

綜觀本次訪談，吳詩聰院士為近眼顯示產業勾勒出近眼顯示技術演進藍圖，無論是透過創新的光學結構將 LCoS 體積縮減至極致，或是利用混合式波導解決效率與鬼影問題，這些前瞻技術都為 AR 眼鏡邁向輕量化、高亮度與低功耗的終極目標，點亮了清晰的道路。

文: Estelle / TrendForce

TrendForce 2025 近眼顯示市場趨勢與技術分析
出刊日期: 2025年8月29日
語系: 中文 / 英文
格式: PDF
頁數: 126