MicroLED 电流密度一上去，AI 眼镜续航卡在哪

AI 眼镜（AI Glasses）的显示功耗不跟着亮度线性走。MicroLED 的外量子效率在电流密度超过 5 A/cm² 之后开始往下掉，入眼亮度从 500 nit 提到 1000 nit，电功率要涨 2.5 倍，续航按同一比例缩。

一句话答案　波导只让 1% 的光到眼睛，面板要做到 10 万尼特，电池续航就压在 3.6 小时上。

亮度需求先被波导砍到百分之一

光波导（Optical Waveguide）是指用全反射把微显示的图像送到眼前那片透明片上的光学元件，衍射光栅负责耦入、扩瞳和耦出。

三段效率乘起来就到了 1% 量级：耦入光栅 30%，两次扩瞳各 80%，耦出光栅 15%，累计 0.9%。要 1000 nit 入眼，面板就得发出 10 万尼特。

波导效率这几年的进步不大。单层表面浮雕光栅的效率普遍在 0.5% 到 1.5%，双层光栅能做到 2% 左右，偏振体全息方案在实验室里报过 4%，量产还没到。

截至 2026 年 10 月，AI 眼镜单目显示的入眼亮度普遍标 1000 nit，实测在正午户外只有 300 到 500 nit，差的这部分就是面板顶不到 10 万尼特。

这个 100 倍的杠杆是所有功耗问题的起点。显示面积 0.3 cm² 时，10 万尼特对应 9.4 lm 的光通量，按绿光 500 lm/W 的光功当量折成辐射功率是 18.8 mW。

电流密度一高，外量子效率就掉

MicroLED 的外量子效率（External Quantum Efficiency，EQE）不是常数，随电流密度先升后降，峰值出现在 1 A/cm² 到 3 A/cm²，之后进入 droop 段。

这条曲线决定了亮度与功耗不是正比关系。正比关系下把亮度翻倍只多一倍功率，实际上多 1.5 倍，越往上越贵。

公开研究把 droop 的主因指向注入电流效率：有源区载流子溢出到 p 层，没来得及辐射复合就变成了热。绿光器件的溢出比蓝光严重，droop 也更陡。

尺寸效应叠在 droop 上面。像素从 20 µm 缩到 5 µm，侧壁面积与体积之比涨 4 倍，侧壁的非辐射复合把峰值 EQE 从 25% 压到 15%，同一电流密度下的绝对亮度更低。这也是眼镜必须用小像素、又必须忍受低效率的原因。

用一个工程化的拟合式描述：EQE(J) = EQE峰值 / (1 + J / J₀)，EQE峰值 取 15%，J₀ 取 20 A/cm²。J 等于 10 A/cm² 时 EQE 是 10%，J 等于 20 A/cm² 时是 7.5%。

图 1　MicroLED 到眼睛的效率预算（自行绘制，为原理示意，非原文原图复制）

从 500 到 1000 尼特，功率涨 2.5 倍

面板亮度正比于电流密度乘 EQE。把上面两式合起来，10 万尼特对应 J 等于 10 A/cm²，5 万尼特对应 J 等于 4 A/cm²。

按公开参数测算：J 从 4 涨到 10 A/cm²，亮度涨 2 倍，EQE 从 12.5% 掉到 10%，电功率从 75 mW 涨到 188 mW，比值 2.5。亮度翻倍，功率涨 1.5 倍，多出来的部分全是效率损失，这笔损失没法靠驱动电路补回来。

驱动器的账要单算。MicroLED 的正向压降在 2.6 V 到 2.9 V，电池 3.8 V 直驱要靠线性恒流，压差 1 V 上下的损耗就是 25%；用升降压恒流可以做到 90% 效率，代价是电感的体积与 EMI。

续航的账跟着走同一条曲线。300 mAh 电池在 3.8 V 下是 1.14 Wh，显示占六成就是 0.68 Wh，500 nit 撑 9.1 小时，1000 nit 撑 3.6 小时，1500 nit 只剩 1.8 小时。同一块电池，亮度档位决定续航差 5 倍，这是选购时最先该问的参数。

再往上走更陡。J 到 20 A/cm² 时亮度 15 万尼特，功率 376 mW，相对 500 nit 的档位涨 5 倍，而亮度只涨 3 倍。

表注：亮度按波导效率 0.9%、显示面积 0.3 cm²、绿光 500 lm/W 折算；EQE 按 15%/(1+J/20) 拟合；续航按 300 mAh、3.8 V、显示占整机 60% 计算，不含 SoC 与无线。

图 2　电流密度对 EQE 与显示功耗的反向作用（自行绘制，据公开参数重绘，非原文原图复制）

绿光比蓝光掉得更快

同一版结构，绿光 MicroLED 的 droop 明显陡于蓝光，原因是绿光 InGaN 有源区的极化电场更强，电子与空穴的波函数重叠变小，溢出电流占比更高。

绿光的 InGaN 有源区要掺更多铟才能把波长推到 530 nm，铟含量高了之后晶格失配带来的缺陷密度上升，非辐射复合中心变多。

蓝光的溢出少，因为蓝光结构的电子阻挡层更好使，空穴注入效率更高。

这个差别在眼镜上很要命。单片全彩方案要靠绿光做亮度主力，人眼对 555 nm 附近最敏感，绿光的亮度贡献占七成，偏偏它的效率衰减最快。

截至 2026 年 10 月，公开报道的绿光 MicroLED 在 10 A/cm² 下的 EQE 落在 8% 到 12%，蓝光同条件在 12% 到 16%。做功耗预算时按 10% 取值是合适的，本文的测算就按这个值做，偏保守，实测通常再低一到两个点。

降亮度不等于省电，调光要改占空比

行业通行说法是“白天亮度调低一点就能省电”，在 MicroLED 上这句话只在很小一段范围成立。EQE 曲线是驼峰形，减小电流把工作点从峰值往左推，效率同样会掉。把 1000 nit 的驱动电流降到 40% 来省电，J 落到 4 A/cm²，亮度只到 500 nit，功率确实降到 75 mW，可一旦再往下调，峰值波长蓝移、色坐标偏移，画面先坏掉。正确的调光方式是保持电流密度在 EQE 峰值附近，用脉冲宽度调制改占空比。同样 500 nit 的平均亮度，占空比 50% 时的瞬时 J 是 8 A/cm²，EQE 10.7%，平均功率 82 mW，比调电流幅度的 75 mW 略高，但色坐标稳定，且驱动器工作在固定电流下线性更好。

失效场景在低亮度档最明显。现象是夜间 200 nit 档位出现闪烁与色偏，肉眼可见。原因是驱动器把电流压到 1.4 A/cm²，工作点落在 EQE 曲线的左侧上升段，电流的 1% 纹波直接变成 3% 的亮度纹波。处置是把调光方式换成固定电流加占空比，让工作点回到 8 A/cm² 以上，纹波随占空比线性缩。

代价算得出来。同样 500 nit，调电流是 75 mW，调占空比是 82 mW，多 7 mW，占整机 250 mW 的 2.8%。用这 2.8% 换色坐标稳定与线性度，在眼镜上是划算的。

边界也清楚：占空比低于 10% 时，驱动器要提供 10 倍峰值电流，开关损耗与峰值电流对器件的损伤开始占主导，低于 5% 的占空比在 MicroLED 上不划算。

选型：300 mAh 的眼镜走一遍

按以下约束走一遍选型：单目显示、入眼峰值 1000 nit、常规使用 500 nit、电池 300 mAh、整机功耗预算 250 mW、镜腿厚度限制 8 mm、显示驱动预算 1.2 美元。

候选三个：5 µm 单颗 MicroLED 配 0.9% 波导、3 µm 单颗配同款波导、5 µm 配 2% 效率的双层光栅波导。

逐项对比见上表与效率预算。5 µm 配 0.9% 波导是基准方案，1000 nit 时 188 mW，整机 313 mW，超了 250 mW 的预算。3 µm 单颗的面积小、同电流密度下总光通量不够，要补到 15 A/cm²，EQE 掉到 8.3%，功率反而涨到 452 mW。双层光栅把波导效率提到 2%，面板亮度需求从 10 万尼特降到 5 万，J 落到 4 A/cm²，功率 75 mW。

三个方案里只有第三个把功耗压进预算，靠的不是更亮的 LED，是更省的光路。这一条在眼镜上比在电视上重要得多，因为电池的能量密度每年只涨 5%，波导效率还能翻倍。

选定 5 µm 配双层光栅波导。理由是波导效率从 0.9% 提到 2%，等于把整条链路的负担砍掉一半多，1000 nit 时功率 188 × (0.9/2) = 85 mW，整机 210 mW，落进 250 mW 的预算，续航按 500 nit 常规使用算是 9 h。

这个方案的另一个好处是电流密度降下来之后，droop 不再是变量。J 落在 4 A/cm²，正好在 EQE 峰值附近，亮度调节靠占空比，色坐标不随亮度漂，这对眼镜上只有几百尼特的小画面比省几毫瓦更要紧。

显示驱动的 1.2 美元预算不受影响，超的是模组预算，那 2.1 美元的波导差价要往上走。

波导厂给的效率是标称值，批量一致性按 ±0.2 个百分点算，落到 10 万尼特的亮度和 188 mW 的功耗上，就是续航差半小时。

代价与风险：双层光栅的耦出效率提高会带来更强的彩虹纹与环境光衍射，室外阳光下画面发灰；双层结构要多一层纳米压印，波导片成本涨 35%，单片从 6 美元到 8.1 美元；光栅周期对波长更敏感，绿光波段的良率比单层低 4 个点。

如果入眼亮度需求高于 800 nit 且电池小于 350 mAh，就把波导效率提到 2% 以上再谈 MicroLED 的电流密度，代价是波导成本涨三成与彩虹纹加重。

一句话 AI 眼镜的显示功耗由波导效率与 LED 的 EQE 曲线共同决定，调亮度改占空比，改电流只会把工作点推进 droop 段。

文献依据：Optics Express，2023 年，第 31 卷第 11 期，17557 页

文献标题：Identifying the role of carrier overflow and injection current efficiency in a GaN-based micro-LED efficiency droop model

作者：Yibo Liu、Mengyuan Zhanghu、Feng Feng、Zichun Li、Ke Zhang、Hoi Sing Kwok、Zhaojun Liu

期刊卷期：Optics Express，第 31 卷，第 11 期，17557 至 17569 页，2023 年 5 月

DOI：10.1364/OE.487475

第二来源：Designs of InGaN Micro-LED Structure for Improving Quantum Efficiency at Low Current Density，Shiqiang Lu、Jinchai Li、Kai Huang、Guozhen Liu、Yinghui Zhou、Duanjun Cai，Nanoscale Research Letters，第 16 卷，第 1 期，文章号 99，2021 年 6 月，DOI 10.1186/s11671-021-03557-4

配图说明：图 1、图 2 均为自行绘制，图 1 为原理示意，图 2 据公开参数重绘，非原文原图复制

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来源：21ic电子网