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下载图片福州大学物理与信息工程学院平板显示技术国家地方联合工程实验室郭太良和严群团队陈恩果教授课题组在增强现实（AR）近眼显示技术研究方面取得重要进展。团队首次实现了基于传像光纤与Micro-LED集成的视网膜投影显示（μRPD）架构，为近眼显示器在特殊复杂条件下的实际应用开辟了新途径，相关成果以“Micro‐LED Retinal Projection for Augmented Reality Near‐Eye Displays”为题，以封面论文的形式发表在Laser & Photonics Reviews期刊。
研究背景
增强现实显示技术发展迅猛，但其核心组件——近眼显示模块依然面临诸多挑战，尤其是“辐辏调节冲突（VAC）”限制了用户体验。视网膜投影显示因直接将图像投射至视网膜的独特原理，被视为解决VAC问题的重要方向。但传统视网膜投影显示结构受限于被动调制器件（如MEMS、LCOS），难以兼顾小型化、高画质与环境适应性。
技术创新点
创新点一：突破结构限制的μRPD光学架构
该研究首次提出并实现了基于传像光纤与Micro-LED集成的视网膜投影显示（μRPD）架构，利用像素级对位的传像光纤精准传输图像，实现了光电模块分离与结构柔性化的设计。相比于传统视网膜投影显示架构需强准直光源且光学模块空间位置固定的局限性，μRPD架构通过调控成像光纤数值孔径，可精确整形LED发散光束，实现了等效甚至优于传统光束整形器件的发光角控制，同时基于光纤自身可弯曲特性，使得整体设计具有更大自由度。该方法显著提升了系统的成像质量与自由度。
创新点二：搭建首个全彩μRPD平台
彩色显示是AR终端逼真交互体验的核心追求，团队进一步集成红、绿、蓝三原色Micro-LED及X-Cube棱镜，搭建出首个全彩μRPD系统。结合成像光纤与耦合透镜，实现了RGB图像的精准耦合与混合投影，在40~160cm的不同景深下保持图像清晰，为沉浸式AR体验奠定了关键显示基础。
图2（c）全彩μRPD 架构的示意图；（d-f）40 cm~160 cm处全彩AR显示效果创新点三：复杂环境应用能力首度验证
除了架构层面的突破与全彩显示的实现，该研究还首次系统验证了μRPD架构在特殊环境中的应用能力，体现其巨大的实用潜力与拓展空间。
研究团队利用μRPD架构光电分离的独特优势，设计了一套无需任何防水处理的水下AR显示实验平台。得益于成像光纤的柔性结构与抗干扰特性，光学部分可直接置于水中，而电子部分则封装于安全环境中，通过光纤远程传输图像。这一设计避免了传统AR设备在水下需整体密封的复杂性与高成本，实现了水下的清晰投影。同时，进一步提出基于μRPD架构的智能眼镜概念模型：图像源与供电芯片集中放置在眼镜后端或外部模块，通过成像光纤连接前端投影组件，实现轻量化、模块化设计。未来甚至可以实现光纤组件的可插拔设计，实现AR/普通眼镜的无缝切换。
图3（a）μRPD架构的水下验证平台；（b）全彩水下显示效果；（c）μRPD架构在各类特殊工作环境下的应用前景；（d-e）基于μRPD架构的智能眼镜概念模型
总结与展望
该研究构建的全彩μRPD架构不仅突破了传统视网膜投影技术在结构刚性、色彩显示和环境适应性上的瓶颈，更为可穿戴AR设备提供了一种高灵活性、高集成度的新范式。随着后续与超表面光学、微纳结构、AI图像处理等技术的融合，μRPD有望成为新一代近眼显示系统的核心支撑平台，推动AR从消费电子向工业、医疗、科研等多场景应用迈进。
此项工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、福建省科技重大专项、福建省杰出青年科学基金和闽都创新实验室产学研融合发展项目的支持。福州大学物理与信息工程学院平板显示技术国家地方联合工程实验室、福州大学先进制造学院金华健硕士研究生为本文第一作者，陈恩果教授为本文唯一通讯作者。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/lpor.202402083
