还能凭什么和MicroLED竞争？LCOS亮出下一个五年反击路线图：攻克体积、功耗和系统集成三大难关

LCOS（Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶）是一种反射式微显示技术：在硅基 CMOS 背板上叠加液晶层，光穿过液晶后被硅基上的铝像素镜反射，从而成像。它是目前波导式 AR（增强现实）眼镜最主流的显示方案，Ray-Ban Meta、XREAL 等产品背后都有它的身影。但如今以 micro-LED（微型发光二极管）为代表的自发光显示技术来势汹汹，LCOS 还能不能守住阵地？

本文由 AR Alliance（增强现实联盟）成员共同撰写，给出了一个为期五年的技术路线图 —— 他们称之为 "LCOS 2.0"。

一、为什么需要一份新路线图？

硅基液晶早已确立了自己作为波导式 AR 系统主导微显示技术的地位 —— 靠的是光学性能、制造成熟度和供应链稳定性的三重优势，也正是这些优势支撑起了第一代商业化 AR 产品。

但新一代消费级 AR 眼镜和 AI 助手眼镜的要求正在全面抬高：投影体积要显著缩小、功耗要更低、帧率要更高、系统集成度要更强，同时画质不能打折扣。在轻量化眼镜的有限空间里，显示模组要和电池、摄像头、传感器、计算芯片抢地盘，投影仪小型化因此成了最关键的指标之一。

如今，micro-LED 已被公认为消费级 AR 眼镜领域最主要的竞争技术。它的自发光架构在投影紧凑性和 "稀疏内容" 场景下的低功耗方面有天然优势，被视为下一代 AR 产品的有力候选。那么问题来了：LCOS 还能凭什么和 micro-LED 竞争？

围绕这个核心问题，AR Alliance 成员制定了这份五年技术路线图。它不是对现有投影仪架构的小修小补，而是对照明引擎、显示面板、光学架构三个层面进行协同演进，目标是把传统 LCOS 投影仪改造成为消费级 AR 量身定制的方案—— 保留 LCOS 固有优势的同时，攻克体积、功耗和系统集成三大难关。

图1. 这些组合图展示了硅基液晶（LCOS）路线图——从传统LCOS到专为消费级AR投影仪设计的解决方案。LCOS与微型LED投影仪尺寸对比（a）。图中展示了显示引擎和投影光学系统至波导入射光瞳，视场角为20°，像素阵列为640×480，功耗（在5 lm D65白色输出下，LCOS为偏振式，微型LED为非偏振式）。LCOS路线图模型（b）：V0：当前最佳（SOTA），以及V1、V2和V3（如路线图所示）。图像展示了相应的架构示意图和目标规格。APL：有源像素点亮；PBS：偏振分光镜；SOTA：当前最佳；WGC：波导组合器。

实现这一目标需要进化思维。路线图提出了四代产品演进（见上图、表）：从今天的V0（现有最先进水平），一路走向由集成光子学驱动的、高度集成的V3 平板架构。这些创新综合显示，LCOS具备适应消费级增强现实眼镜快速变化需求的能力。

二、四个技术方向：LCOS 2.0 的基石

1. 小像素 LCOS 面板 —— 把体积做小的根本

面板尺寸是投影仪小型化的第一驱动力：像素间距越小，面板就越小，偏振分光镜（PBS）和投影光学系统也能跟着大幅缩水。

传统向列型（nematic）LCOS 的像素间距通常在 3–4 微米。而新一代 LCOS 技术已演示了接近 1 微米的像素间距，这是消费级 AR 投影缩放的关键里程碑。其中两条路线最有前景：

超表面 LCOS（MLCOS 图2）：新加坡 A*STAR 已做出 1 微米像素间距的 VGA 原型；

铁电 LCOS（FLCOS）。

两者都采用比传统向列型器件薄得多的液晶层。亚微米液晶盒带来两大好处：一是像素能做得更小同时保持优异光学性能；二是液晶层变薄后开关速度大幅提升，可实现千赫兹（kHz）级别的帧率—— 这正好补上了场序彩色（field-sequential color）系统的一个传统短板：快速眼球或场景运动时的 "色彩分裂"（color breakup）伪影。

图2。 A*STAR 推出的 1 微米像素间距 LCOS（MLCOS）VGA 原型，为更高视野和紧凑型增强现实显示器提供了更高的像素密度。A*STAR提供。

图3。该图展示了基于光子集成电路（PIC）的激光照明器与使用Vitrealab（该公司的量子光芯片[QLC]解决方案[图5]）和Brilliance RGB（该公司的倒装芯片方法[图4]）产品相比，在光学效率（流明/瓦）方面的预期优势。分析基于以下条件：激光二极管（LD）效率为50 lm/W（偏振D65白光；R35%/G15%/B25%壁插效率[WPE]），经过偏振器后的LED效率为50 lm/W（初始D65白光100 lm/W；R45%/G30%/B75% WPE；50%偏振损失），以及40%的LED照明架构效率。

实测数据显示，MLCOS 和 FLCOS 的对比度都已超过 1000:1；对 MLCOS 的模拟表明，持续优化后对比度有望逼近 10,000:1。

"亚 2 微米像素间距 + 千赫兹帧率" 的组合，正是投影仪小型化的关键赋能技术，也为未来动态内容、AI 辅助视觉界面的 AR 应用预留了性能余量。

2. 激光 PIC 照明器 —— 更小、更亮、更省电

激光 PIC（光子集成电路）照明器是 LCOS 2.0 路线图的核心技术之一，同时解决体积、功耗和画质三大问题。

传统 LED 照明需要体积较大的光学组件来做光束整形、偏振管理和匀光；而晶圆级 PIC 能把光路路由、光束整形、照明分配全部集成在一块芯片上，照明引擎因此可以做得比传统光学组件薄得多、小得多。

相比 LED 光源，激光有四个天然优势：

方向性好：峰值亮度更高、支持低占空比工作，有助于减少 AR 显示中的运动伪影；

光谱窄：色域更宽；

偏振输出：在偏振敏感的光学架构里天然减少损耗；

制造成熟：PIC 用晶圆级工艺制造，商业化代工厂越来越多，产能路径清晰（这主要受益于光通信等大规模光子学应用）。

效率目标：路线图瞄准偏振 D65 白光照明效率最高 28 lm/W，显著超越传统 LED 照明器。具体靠三环递进：

1.激光二极管电光转换效率（WPE）持续提升 —— 当前 RGB 激光组合约 30–40 lm/W，路线图展望接近 50 lm/W；

2.激光到 PIC 的耦合效率优化 —— 近期演示已达约 70%，大幅降低一体化激光照明系统的主要损耗；

3.PIC 内部传输与出射效率快速进步 —— 实验已达约 10%，优化设计模拟可超 50%。

两家代表性企业：Brilliance RGB的 Neptune 平台（硅氮化物 PIC 上倒装焊 RGB 激光二极管）和Vitrealab的 QLC 技术（高透射玻璃基 PIC）。

图4。Brilliance RGB的Neptune激光照明平台展示了一种高效翻转芯片组装的RGB激光二极管在氮化硅PICS上。

图5。Vitrealab的QLC技术采用高透射玻璃基PIC技术，用于激光照明的分布与控制。

剩下的挑战是散斑。不处理的话，散斑对比度通常在 20% 左右，而可接受的画质要求只有几个百分点。好消息是，已有多种紧凑型散斑抑制方案被验证：基于 MEMS 的方法和空间像素移位器（俗称 "wobulator"）功耗不到 10 mW，且与小于 0.5 cm³ 的投影架构兼容；波长多样性、偏振多样性、动态扩散片、微透镜阵列等方法也已在激光投影系统中得到演示，而且都能方便地适配 PIC 照明引擎。

3. 自适应分区照明 —— 专治 "稀疏内容" 功耗高

这是 LCOS 与 micro-LED 等自发光显示最关键的架构性差异：功耗对画面内容不敏感。

传统 LCOS 照明引擎无论画面显示什么内容，功耗都差不多 —— 不管只有 10% 还是 100% 的像素在发光（这个比例叫 APL，有效像素点亮比），照明系统都全功率工作。而自发光显示只有点亮的像素才耗电。AR 应用恰恰经常运行在10%–30% 的 APL区间，这让自发光技术占了大便宜。

图6. 基于UGent–FFLOWS项目的光子集成（PIC）照明器架构，分区照明的预计节能效果。在超低损耗PIC上集成了带有可见光波长电光调制器的D65白色照明（调制器长度

自适应分区照明（adaptive zonal illumination）的思路是：只点亮画面中有内容区域的背光。目前有两条互补的实现路线：

路线 A：激光二极管冗余—— 每个照明分区配一组独立 RGB 激光。实现简单，适合分区数量少的架构，Vitrealab 已演示双分区实现。局限是随着分区增多，封装和激光装配越来越复杂。微 VECSEL（垂直外腔面发射激光器）阵列是另一条值得关注的发展方向。

图7. 未来LCOS 2.0 V3平板显示引擎的概念渲染图。无偏振分光镜（PBS）架构将照明和光束调节集成在玻璃上的透明光子集成电路中，使超紧凑型投影仪能够用于轻便的消费级增强现实（AR）眼镜。由Labbet Advice提供。

路线 B：集成光子学 + 光学开关—— 单个激光源通过 PIC 上级联的光开关，动态分配到多个照明分区。根特大学主导的UGent-FFLOWS 项目正在走这条路：已演示 "开关树"RGB 照明概念，单个激光输入通过 1×2 马赫 - 曾德尔干涉仪 - 多模干涉仪（MZI-MMI）光开关级联路由到多个输出分区。

这里有一个关键的设计权衡：分区越多，稀疏内容越省电，但光开关网络的插入损耗也越大。UGent 的优化架构采用电光（EO）调制器 —— 调制器长度不到 2 mm、插入损耗低于 0.4 dB、静态功耗仅纳瓦级 —— 给出了很有说服力的数据。

此外，分区照明还需要 LCOS 面板驱动器的原生支持：驱动器必须一边动态通知活跃照明分区，一边同时控制激光功率和光开关。这一功能正被写入为 V2/V3 路线图定制的新一代 ASIC 化 LCOS 架构中。

4. 平板 LCOS 架构 —— 终极愿景

LCOS 2.0 的终极目标，是从传统投影仪架构走向集成式平板显示引擎（V3）。

今天 LCOS 投影仪的体积和损耗，很大程度被偏振分光镜（PBS）和相关的自由空间光学 "绑架"—— 这两者既是投影体积最大的来源，也是光学损耗的大头。把它们去掉，LCOS 的 AR 显示就能走上一条完全不同的缩放曲线。

平板架构的思路：把光路由和整形功能做进紧贴显示面板的透明基板里，用光子层集成照明和光学功能，从而实现无 PBS 的投影架构。

概念验证已经跑通：一个2 毫米厚的平板 LCOS 显示，相比传统 LCOS 架构体积缩小超过 80%，色域覆盖相对标准显示参考提升超过 200%。

当下的难点在于：要在玻璃基板上直接制造透明、低损耗的 PIC。传统 PIC 平台主要基于硅晶圆，而平板显示要求可见光谱全透明。好消息是，近期 SiN（氮化硅）和 Al₂O₃（氧化铝）PIC 在玻璃基板上的试点产线演示表明，这一制造难题正在快速变得可行。

平板架构是路线图的最终阶段。当它与小像素面板、激光 PIC 照明、自适应分区照明叠加，就能催生出一类为轻量化眼镜形态量身定制的新一代消费级 AR 投影仪。

三、展望：LCOS 不是终点，是下一个起点

LCOS 依然是 AR 领域最成熟、最能打的微显示技术之一。但消费级 AR 眼镜带来的新约束，不是靠改良现有投影设计能解决的。

LCOS 2.0 路线图给出的答案，是四个技术方向的协同创新：亚 2 微米像素 LCOS 面板、激光 PIC 照明引擎、自适应分区照明、集成平板光学架构。它们共同攻克 LCOS 的两大核心短板 —— 体积与功耗，同时保住了 LCOS 在画质、可制造性和供应链成熟度上的基本盘。

更关键的是：这些底层技术大多已经完成实验验证。这意味着 LCOS 的进化不依赖某个单一突破，而是靠显示产业链上一系列互补创新的汇聚。

LCOS 并没有走到路线图的尽头 —— 它正在进入下一代，为轻量、高性能的消费级 AR 眼镜而生。

原文刊载：《光子学光谱》2026 年 9 月刊

作者：Alexander Mityashin（Labbet Advice 创始人兼 CEO）、Douwe Geuzebroek（Brilliance RGB CTO）、Jonas Zeuner（Vitrealab CTO）、Andreas Laemont（根特大学 FFLOWS 项目）、Arseniy Kuznetsov（新加坡 A*STAR 光学与电子部总监）、Barry Silverstein（罗切斯特大学扩展现实中心 CXR 主任）