CINNO Research产业资讯，日本显示器公司（Japan Display Inc.，以下简称为“JDI”）在今年五月份于美国召开的“SID Display Week 2022”上，做了有关“采用了偏光激光背光和全息图（Holographic）光学系统的轻薄型HMD（头戴式显示屏，Helmet Mounted Display）”的演讲。
JDI依靠新技术将HMD里搭载的光学系统做得更轻薄，从而缩短了LCD图像显示和眼睛之间的距离，该技术为HMD的轻量化、薄型化作出了贡献。此次，针对JDI的技术内容和未来展望，电子Device产业新闻采访了JDI研发总部材料研发部材料研发第一课的高桥泰哲先生。
研发总部材料研发部材料研发第一课，高桥泰哲先生。（图片出自：电子Device产业新闻）
Q：2020年，美国Meta公司发布了一款采用了全息光学系统的薄型HMD。该设备采用“Pancake”的光学结构，采用全息光学元件、激光背光LCD，属全球首例。
高桥：为减轻因长时间佩戴HMD引起的疲劳感和压力，亟待需要将HMD做得像太阳镜一样轻薄。美国Meta公司已经发布解决上述课题的技术。JDI也通过采用偏光激光背光技术和全息光学元件（Holographic Optical Elements，以下简称为：“HOE”），解决了“Pancake”光学结构和激光背光组合表现出的光利用率低的问题。
“Pancake”光学结构相当于传统的光学镜片（Lens），该方案利用两片1/4λ波长板、凹面半反镜（Half Mirror）和凹面状的反射偏光片等材料控制偏光状态，从而获得约3倍的光路长度。利用该系统可缩短从LCD到人眼的光（图像）的距离。
Q：请介绍以下贵司的技术。
高桥：JDI在2020年发布了一款可提高激光背光LCD光利用率的偏光激光背光。通过将用于“Pancake”光学结构的凹面半反镜改为HOE，并将其扁薄化（Flat），同时也使反射偏光板扁薄化，从而使整个光学系统实现轻薄。最终使两块凸起的“Pancake”都变成了扁平结构。传统的镜片式光学系统厚度约为41mm，而JDI的产品为16mm，厚度削减了一半以上。
HOE具有较高的波长选择性，因此最适合使用发光波幅较窄的激光背光。此外，考虑到“Pancake”光学结构的取光效率和激光背光的发光效率，需要偏光激光背光可以发出与偏光片透过轴一致的光。通过研发上述偏光激光背光，我们获得了较高的光利用效率。我们把一种不会改变光偏光方向的特殊材料“Zero-zero Birefringence Polymer”应用于偏光激光背光的导光板上，理论上可以将光100%穿过LCD。
通常情况下，无论是多么理想的LCD，都会丢失偏光片透过轴以外的光，导致光利用率减半。此外，虽然可将“Pancake”光学结构做得较薄，但经过各类材料的反射，从LCD出来的光的利用率最大仅有25%。但利用JDI的技术可以使背光本身发出偏光，因此可将LCD面板的透过率提高至以往（无偏光背光）的两倍。
Q：2020年，贵司发布该技术并应用于17.3英寸的IPS LCD，请介绍一下与HMD应用方向的不同点。
高桥：我们的偏光激光背光采用上下两片导光板，上侧透过左边的激光，下侧透过右边的激光。利用上述结构，可以充分获取光的“混合区域（Mixing Area）”，实现均匀的辉度（偏光度）分布。
但是，与传统的LCD不同，用于HMD的显示屏形状为正方形，且左右眼分别采用一块面板。当单块LCD面板上放有单块背光时，由于激光的前进性较高，因此存在难以确保光的“混合区域”的问题。于是，我们将一片偏光激光背光应用于左右眼两片LCD面板，并应用于HMD。在一片背光上嵌入两片上下重合的导光板，一片导光板将从左侧进入的光引至右眼的LCD面板，另一块导光板将从右侧进入的光引至左眼的LCD面板，从而获得足够的混合光。利用上述结构，可以获得平均值高达90.1%的均匀偏光度。与无偏光的激光背光相比，相当于将辉度提高了1.9倍。
此外，为了确认色彩的再现性，用试做的可全彩显示的台式样机（Benchtop Prototype）显示图像后发现，BT.2020的覆盖率达到98%。
Q：请介绍一下对未来的展望。
高桥：我们的目标是在2026年实现商用。为了收集各类意见，我们特地公布了此项技术。我们会把样机做的更轻薄，但也需要从客户处了解其真正必须的厚度。因此未来我们将在听取客户意见的同时，继续研发。
HOE的作用与凹面镜相同，因此我们已经从材料厂家采购体积全息材料。此次的样机采用的是一种涂覆于玻璃基板上的材料，但也可以用薄膜代替该材料，因此，可将厚度减薄数十~100um。整个光学组件的厚度也会比现在（目前为16mm）更薄。如果光学组件（包括显示屏）可以实现薄型化、轻量化，HMD的塑料框体应该也可以实现薄型化和轻量化，最终将有助于改良整个产品。
JDI的目标不仅是要实现小型化，还要在VR领域里为客户提供“虚实难辨”的画质。未来的目标是使用如太阳镜般轻巧的设备来欣赏精彩的图像，而不是当前的又大又重的HMD。
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