超表面显示与结构色：本周六篇的横向对比

一句话结论：六篇超表面显示工作分别改结构色的光谱、像素的调光、光的路由、出光方向、视场与界面反射，指标口径各不相同。

问题与论文简介

本周（2026-11-09 至 2026-11-15）超表面栏目的主题是“超表面显示与结构色”，与光学栏目同周的“屏幕与显示光学”配对。六篇论文没有重复同一项工作，而是分别停在显示光路的六个位置：光谱怎么产生、一个像素怎么调灰、颜色怎么分到子像素、光怎么从发光层出来、图像怎么穿过薄波导进入眼睛、盖板怎么少反射环境光。逐篇读容易记住各自的“最好数字”，放在一起才能看清这些数字回答的其实不是同一个问题。

六篇各自的问题可以这样排：周一问静态结构色怎样把短波方向多出来的次峰压掉，让红绿蓝更纯；周二问同一个像素怎样在电压下连续变暗到接近黑色，同时保住颜色和分辨率；周三问 0.6 μm 像素上怎样不用吸收型滤光片，把可见光按 RGGB 分到四个子像素并顺带聚焦；周四问发光层里的导模光怎样被相位结构取出、准直或聚焦；周五问全彩三维全息怎样装进一块 5 mm 厚的波导，视场为什么只有 11.7°；周六问盖板表面的亚波长孔洞怎样把可见光反射从 6.71% 压到 0.86%，又为什么在 60° 时回升到 6.36%。

周一：多层全介质结构色

论文：Gu X., Li J., Liang Z., Wang B., Zhu Z., Chen Y. Multilayer all-dielectric metasurfaces expanding color gamut. Nanophotonics, 2024, 13(19): 3749–3763. DOI: 10.1515/nanoph-2024-0258。作者来自中山大学电子与信息工程学院、光电材料与技术国家重点实验室。

一句话贡献：用 SiO₂、富硅氮化硅（silicon-rich nitride，SRN）与 SiNₓ 组成多层纳米盘，靠折射率匹配压掉短波高阶 Mie 次峰，把反射谱压成单峰；实测色域 122% sRGB、半高全宽（full width at half maximum，FWHM）25 nm、峰值反射率 77.7%，像素可到约 1 μm。

周二：液晶调控 Mie 结构色像素

论文：Badloe T., Kim J., Kim I., Kim W.-S., Kim W. S., Kim Y.-K., Rho J. Liquid crystal-powered Mie resonators for electrically tunable photorealistic color gradients and dark blacks. Light: Science & Applications, 2022, 11: 118. DOI: 10.1038/s41377-022-00806-8。作者来自韩国浦项科技大学（POSTECH）与成均馆大学。

一句话贡献：把各向异性 a-Si:H 椭球 Mie 谐振器与 5.4 μm 液晶盒结合，用面内电场旋转入射偏振，把晶格准导模共振（quasi-guided mode resonance，qGMR）关掉；红绿蓝像素的实测反射率对比度为 42/37/47，灰阶打印做到 91 级，混合像素约 6000 PPI（每英寸像素数，pixels per inch）。

周三：自由形状颜色路由器

论文：Kim C., Hong J., Jang J., Lee G.-Y., Kim Y., Jeong Y., Lee B. Freeform metasurface color router for deep submicron pixel image sensors. Science Advances, 2024, 10(22): eadn9000. DOI: 10.1126/sciadv.adn9000。作者来自首尔大学电子与计算机工程系、跨大学半导体研究中心和三星电子半导体研发中心。

一句话贡献：用一层 600 nm 厚的氮化硅（SiN）自由形状超表面，在 0.6 μm 像素上把可见光按拜耳 RGGB 分色并聚焦；实测单通道路由效率蓝 33%、绿 52%、红 42%，并用本征模分析解释它为什么能在正向设计做不到的厚度下工作。

周四：发光超透镜与超轴锥

论文：Mohtashami Y., DeCrescent R. A., Heki L. K., Iyer P. P., Butakov N. A., Wong M. S., Alhassan A., Mitchell W. J., Nakamura S., DenBaars S. P., Schuller J. A. Light-emitting metalenses and meta-axicons for focusing and beaming of spontaneous emission. Nature Communications, 2021, 12: 3591. DOI: 10.1038/s41467-021-23433-0。作者来自加州大学圣塔芭芭拉分校（UCSB）的电子与计算机工程、物理、材料、固态照明与能源电子中心及纳米加工实验室。

一句话贡献：把 InGaN/GaN 量子阱发光层刻成 1 μm 高 GaN 纳米柱，用相位梯度把 $1.06k_0$ 的导模光搬到衬底法向；实验测得指向性从 1.45 提高到 2.00（相对 +38%），并用超透镜把光致发光聚焦到设计焦距。

周五：超表面波导全息显示

论文：Gopakumar M., Lee G.-Y., Choi S., Chao B., Peng Y., Kim J., Wetzstein G. Full-colour 3D holographic augmented-reality displays with metasurface waveguides. Nature, 2024, 629: 791–797. DOI: 10.1038/s41586-024-07386-0。作者来自斯坦福大学电子工程系、香港大学电机电子工程系与 NVIDIA。

一句话贡献：把逆向设计的全玻璃超表面光栅、色散补偿的 5 mm 高折射率波导和相机校准的全息波传播模型联合起来，做出全彩、可调焦的三维增强现实（augmented reality，AR）样机；视场 11.7°，可见光看穿透过率 78.4%。

周六：亚波长纳米孔减反盖板

论文：Karadzhov I., Paulillo B., Rombaut J., Koch K. W., Mazumder P., Pruneri V. Mechanically-Durable Antireflective Subwavelength Nanoholes on Glass Surfaces Using Lithography-Free Fabrication. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024, 16(15): 19672–19680. DOI: 10.1021/acsami.3c15391。作者来自光子科学研究所（ICFO）、加泰罗尼亚研究高等研究所（ICREA）与康宁公司（Corning）。

一句话贡献：用银去湿、镍掩膜反转和反应离子刻蚀（reactive ion etching，RIE）在熔融石英两面刻出约 166 nm 深的随机纳米孔；8° 入射下 400–800 nm 平均反射率从 6.71% 降到 0.86%，633 nm 透过率 99.5%、雾度 0.30%，但 60° 时反射回升到 6.36%。

六篇的题录都在这里，下面先把它们放回同一条显示光路，再逐条拆机制和口径。

六篇在同一条显示光路上的位置

一块显示屏要同时回答几个问题：每个像素发出或反射什么光谱，亮度和灰度怎么调，颜色怎么落到正确的子像素，光往哪个方向出射，多少光能进入眼睛，盖板又会把多少环境光送回眼睛。把这条链写成“光源/环境光 → 光谱与强度 → 像素开关 → 空间分配 → 出射方向 → 视场与眼盒 → 盖板界面”，六篇各管一段。

周一和周二管“光谱与像素开关”。周一的多层结构色是静态的，每个像素的颜色由纳米盘的周期、直径和材料决定；周二的液晶像素是动态的，同一个结构靠偏振把共振开、关，做出灰阶和黑态。周三管“空间分配”，把入射光按颜色送到四个子像素，代替吸收型滤光片。周四管“出射方向”，相位结构直接做在发光层里，把原本困在导模里的光搬到法向。周五管“视场与眼盒”，超表面只做波导的入/出耦合器，图像由空间光调制器（spatial light modulator，SLM）和全息算法产生。周六管“盖板界面”，亚波长孔洞把空气—玻璃的折射率突变摊平，减少环境光反射。

表 1：本周六篇的方法、物理原理、关键参数、验证方式与适用边界。表中的参数是各篇用于说明机制的器件值，不是同一台显示器的统一规格；不同波长、入射角和测量口径不能直接相减。表中 SEM 为扫描电子显微镜，CIE 为国际照明委员会，PSNR 为峰值信噪比，PL 为光致发光。

论文	方法	物理原理	关键参数	验证	适用边界
周一 多层结构色	三层 SiO₂/SRN/SiNₓ 纳米盘	折射率匹配压短波高阶 Mie 次峰	实测 122% sRGB；FWHM 25 nm；R 77.7%；像素约 1 μm	反射谱、SEM、CIE 色域、图案	正入射、静态、小面积电子束曝光；视角与封装未验
周二 液晶 Mie 像素	a-Si:H 椭球 + 5.4 μm 液晶盒	偏振旋转开关 qGMR 与 Mie 散射	对比度 42/37/47；91 级灰阶；混合约 6000 PPI；保色约 10°	反射谱、显微照片、灰阶打印、电调演示	反射式、需输入偏振片；视角窄、速度与寿命未验
周三 颜色路由器	0.6 μm 单层 SiN 自由形状	拓扑优化激发多本征模，形成色散超透镜	实测 33%/52%/42%；0.6 μm 像素；12°；绿像素串扰 3.2 dB	焦平面效率、串扰、Macbeth 成像	图像传感器、近正入射；绿串扰、封装与量产未验
周四 发光超透镜	1 μm GaN 纳米柱刻入 InGaN/GaN 量子阱	相位梯度把 1.06k₀ 导模搬到法向并聚焦	指向性 1.45→2.00；被动聚焦 39%–70%；光致发光有效 4%–12%	背焦面、光致发光远场、焦斑、效率分层	光泵浦、560 nm 单色；电注入、红绿蓝与大面积未验
周五 波导全息	5 mm SF6 波导 + 384 nm 超表面光栅	光栅耦合 + 全反射 + 反向色散补偿	11.7° 视场；78.4% 看穿；均匀性 61.7%/91.2%/98.3%	传递函数、样机图像、PSNR	近眼 AR；全息图数分钟一幅、视场受几何限制
周六 纳米孔减反	166 nm 深随机纳米孔，双面	亚波长孔洞的渐变等效折射率	8° 反射 0.86%；60° 6.36%；633 nm T 99.5%；雾度 0.30%	角度反射谱、SEM、摩擦试验	熔融石英；8° 低反射，60° 回升；强化玻璃与整机可靠性未验

读表时先看最后一列。周一和周二都做“颜色像素”，但周一的边界是正入射、静态、小面积，周二的边界是反射式、需输入偏振片、视角约 10°；两者的“色域”和“对比度”不能互换。周三的“像素”是图像传感器的像素，不是人眼看的显示像素；周四的“效率”分成被动聚焦和 PL 有效两层；周五的“透过率”是看穿真实场景的透过率，不是全息虚像的功率效率；周六的“反射率”只在 8° 附近成立。六篇的数字之所以不能排成一张排行榜，原因就藏在这一列里。

从链上看，前三篇（周一、周二、周三）处理的是“颜色怎么产生、怎么调、怎么分”，中间两篇（周四、周五）处理的是“光怎么出来、怎么传到眼睛”，周六处理的是“环境光怎么少进来”。这条分工决定了它们各自优化什么，也决定了后面三节要拆的三条物理路线。

三条物理路线：共振、相位、等效介质

六篇都叫“超表面”，但结构在光路里做的不是同一件事。周一和周二靠共振选出一个波段，颜色写在反射谱里；周三、周四和周五靠相位累积改变波前的方向，光被送到子像素、法向或波导里；周六既不选波长也不控波前，它用远小于波长的孔洞把界面变成渐变折射率。三条路线的自由度不同，失效模式也不同：共振怕高阶模和角度，相位怕相位范围不够和色散失配，等效介质怕散射、雾度和机械损伤。

3.1 共振路线：把颜色写进光谱

先看一个高折射率纳米盘。可见光打上去，会同时激起电偶极（electric dipole，ED）、磁偶极（magnetic dipole，MD）、电四极（electric quadrupole，EQ）和磁四极（magnetic quadrupole，MQ）等模式；每个模式的共振波长不同，反射谱上就出现一个主峰和若干次峰。主峰给出想要的颜色，次峰把邻近波段的光也反射进来。对显示来说，次峰混进主峰，颜色会往白点方向缩，色域随之变小。

周一的工作要解决的就是短波方向的次峰。all-SiNₓ 结构在 533 nm 有主峰、437 nm 有次峰；all-SRN 结构的主峰更强，458 nm 的次峰也更明显。多层结构把 50 nm SiNₓ、150 nm SRN 和 100 nm SiO₂ 叠成纳米盘，让 SiO₂ 盖层与 SiNₓ 底层的折射率落在 SRN 与空气、衬底之间，厚度接近四分之一波长，把两个界面的反射抵消掉。论文给出的匹配条件是

$$ n_{\mathrm{SiO}_2}\approx\sqrt{n_{\mathrm{SRN}}n_{\mathrm{air}}}, \qquad H_1\approx\frac{\lambda}{4\sqrt{n_{\mathrm{SRN}}n_{\mathrm{air}}}}, $$

以及底层的

$$ n_{\mathrm{SiN}_x}\approx\sqrt{n_{\mathrm{SRN}}n_{\mathrm{sub}}}, \qquad H_3\approx\frac{\lambda}{4\sqrt{n_{\mathrm{SRN}}n_{\mathrm{sub}}}}. $$

把 $n_{\mathrm{SRN}}=2.357$ 代入，$\sqrt{2.357}=1.535$，与 SiO₂ 的 1.477 相差约 4%；按 500 nm 估算，$H_1$ 的理想值约为 $500/(4\times1.535)=81$ nm，实际取 100 nm。100 nm 对应的是约 614 nm 的四分之一波长，底层的 50 nm 对应可见区短波端的四分之一波长；两个匹配层分别偏向长波端和短波端，合起来覆盖可见区。这组 100/150/50 nm 是可见区的折中，不是只在 500 nm 成立的公式。

图 1：三种结构的颜色、反射谱与多极分解。(a)–(c) 分别为 all-SiNₓ、all-SRN 与多层全介质结构的计算颜色，每个子图含 55 个不同周期/间隙的纳米盘像素；(d)–(f) 为周期 350 nm、直径 200 nm 时的仿真反射谱，虚线框标出 437/533 nm、458/554 nm 与 458/514 nm 附近的场分布；(g)–(i) 为对应的 ED、MD、EQ、MQ 多极分解。

图 1 的 (d)–(f) 是这条因果链的关键。all-SiNₓ 的主峰在 533 nm，短波端还有一个小峰；all-SRN 的主峰更高，458 nm 的次峰也更清楚；到了多层结构，短波次峰基本消失，剩下一个主峰。(g)–(i) 的多极分解给出解释：短波次峰与 EQ 等高阶模的贡献对应，多层结构把这些高阶模的激发压了下去。把主峰做高和把次峰压掉是两件事；高折射率材料能把主峰做亮，也会让高阶模更容易出现，只追求峰值反射率，短波次峰会把颜色拉白。

周二的器件换了一个自由度：偏振。它的 meta-atom 是 110 nm 高的 a-Si:H 椭球，红、绿、蓝的周期分别是 420、360、300 nm，长轴 336/266/204 nm，短轴 118/112/73 nm。单个椭球支持 ED 和 MD 的 Mie 共振；把椭球排成二维晶格后，散射场还会与晶格的准导模耦合。晶格提供倒格矢，把自由空间波矢与导模传播常数匹配起来：

$$ \beta=k_0\sin\theta+m\frac{2\pi}{P}, $$

其中 $\beta$ 是导模传播常数，$k_0=2\pi/\lambda$ 是真空波矢，$\theta$ 是入射角，$P$ 是晶格周期。正入射时，匹配条件由 $P$ 和晶格有效折射率决定；Mie 散射与 qGMR 杂化后，散射被放大，反射峰变亮。qGMR 的下边界由 Rayleigh–Wood 异常给出：

$$ \lambda_{\mathrm{RW}}=n_{\mathrm{sub}}P. $$

玻璃基底 $n_{\mathrm{sub}}=1.46$、红像素 $P=420$ nm，代入得 613.2 nm；论文给出的红像素峰值是 614 nm，相差 0.8 nm（0.13%）。这说明周期把共振钉在晶格异常附近，但论文没有把“峰值等于异常”写成等式。

图 2：红、绿、蓝像素的反射与散射。(a) 仿真反射谱随入射偏振从长轴线偏振（LP 0°）转到短轴线偏振（LP 90°）的变化；(b) 长轴入射时的 ED/MD 散射截面，以及短轴入射时接近零的散射截面；(c) 实测反射谱；(d) 100 × 100 μm 色块的显微照片，虚线标出 Rayleigh–Wood 异常的位置。

图 2 把“颜色”与“开关”画在同一条谱线上。长轴偏振（LP 0°）时，ED 和 MD 都被激发，qGMR 也满足匹配，红绿蓝都有各自的反射峰；偏振转到短轴（LP 90°）时，动量匹配条件不再满足，qGMR 不能被激发，散射截面降到接近零，像素呈深黑。实测反射率对比度为红 42、绿 37、蓝 47，这是 100 × 100 μm 色块上的开/关比，不是整机面板的对比度。输入端仍需要一片线偏振片，因为液晶只改变偏振，不直接改变振幅；输出端不需要分析器，超表面自己完成了检偏。

周一和周二都在做“共振型颜色”，差别在优化目标。周一用多层折射率匹配换光谱纯度：短波次峰被压掉，实测 FWHM 25 nm、色域 122% sRGB，代价是三层沉积与刻蚀的厚度控制，实测厚度 119/136/56 nm 对设计 100/150/50 nm，峰位因此红移。周二用偏振敏感 qGMR 换灰度与黑态：同一个像素可以在电压下连续调暗，代价是输入偏振片、约 10° 的保色视角和液晶的速度。两者都没有解决“大面积、宽视角、长寿命”的显示面板问题，但分别把静态色纯度和动态灰阶推到了可测的程度。动态结构色也不止液晶一条路：相变材料、电化学和机械调控都在研究中，取舍集中在切换速度、对比度、循环寿命和工艺兼容性；液晶的优势是电压低、连续可调、与现有显示工艺兼容。

3.2 相位路线：把光往哪走写进波前

相位路线的共同点是：结构不靠一个窄带共振把光选出来，而靠不同位置的相位差改变波前的方向。一根高 $h$ 的纳米柱在波长 $\lambda$ 上能提供的相位范围大约是

$$ \Delta\phi\approx\frac{2\pi}{\lambda}h\left(n_{\mathrm{eff,max}}-n_{\mathrm{eff,min}}\right). $$

要当“超透镜”，这个范围至少得覆盖 $2\pi$；要同时兼顾三个波长，还得让相位随波长按设计变化。周一的共振结构也谈相位，但它的相位来自共振附近的剧烈变化，带宽窄；周三、周四、周五用的是导模和有效折射率带来的累积相位，设计空间更大，也更依赖制备精度。

周三：用自由形状换相位范围

0.6 μm 像素的真正难点是相位不够，把纳米柱排成透镜反而容易。论文按理想微透镜的相位剖面估算，0.6 μm 像素上红光大约需要 $1.4\pi$ 的相位调制；按 300 nm 周期的方柱计算，二氧化钛（TiO₂）在 600 nm 高时可以覆盖这个范围，氮化硅不行，需要更厚的膜。氮化硅与 CMOS 产线兼容得多，厚度又直接影响集成，论文的出路是放弃“一种柱子一个相位”的正向设计，让算法在整个单元里自由画图案。

自由形状图案能工作，靠的是多种本征模。论文对优化出的结构做本征模分解，贡献最大的几种模式有效折射率从高阶耦合模的 0.86 一直到基模的 1.65。把 $h=0.6\ \mu\mathrm{m}$、$\lambda=0.65\ \mu\mathrm{m}$ 和这个范围代进上面的式子，$\Delta\phi\approx2\pi\times0.6\times0.79/0.65\approx1.46\pi$，刚好够用。这个估算是本文用论文给出的 $n_{\mathrm{eff}}$ 范围做的量级复核，不是论文给出的数值；它说明自由形状的价值在于用多种模式的组合换来了单一方柱拿不到的相位范围和色散自由度。

图 3：颜色路由器的设计与制备。(a) 拓扑优化流程；(b) 器件几何：P = 0.6 μm、f = 0.6 μm、h = 0.6 μm；(c) 优化得到的自由形状图案；(d) 制备样品的倾斜与正视 SEM 图，白色标尺 500 nm；(e) 理想微透镜（上）与逆向设计超表面（下）在 450、550、650 nm 的相位剖面。

图 3(e) 是“它为什么能工作”的直接证据。三个波段的相位剖面都与理想微透镜高度相似：450 nm 的相位中心落在蓝像素，650 nm 的落在红像素，550 nm 的落在两个绿像素。同一块看不出规律的图案，在不同波长下表现为焦点位置不同的微透镜，这就是“色散工程的超透镜”。蓝光的情况特殊一些，补充材料的模式分析显示它更依赖高阶本征模，而高阶模对结构边缘更敏感；这解释了后面实测时蓝通道掉得最多。

实测结果是：计算单通道最大效率蓝 65%、绿 57%、红 60%；455/530/660 nm 的实测平均值为蓝 33%、绿 52%、红 42%，全部高于传统拜耳滤光片 22.5% 的单通道上限。绿像素里混入蓝、红的信噪比只有 3.2、2.7 dB，色度明显向白点靠；红像素混入绿为 4.1 dB，蓝像素最好，混入绿、红为 7.1、8.8 dB。可用入射角到 12°，对应数值孔径（numerical aperture，NA）约 0.2，和标准长焦镜头相近，手机主摄和广角镜头的主光线角往往更大。

周四：把导模光搬出界面

周四的器件不是完整的电注入 LED，而是用 405 nm LED 泵浦 InGaN/GaN 量子阱，测光致发光（photoluminescence，PL）。GaN 的可见光折射率约 2.3–2.4，空气为 1，临界角由 $\sin\theta_c=n_2/n_1$ 给出；取 $n_1=2.4$、$n_2=1$，$\theta_c=\arcsin(1/2.4)\approx24.6^\circ$。只有落在半角约 24.6° 的逃逸锥里的光才能直接出射；其余的光在界面外变成倏逝波，被限制在 GaN 里横向传播，这就是导模。

论文的背焦面测量给出一个具体数字：未图案化的量子阱，其 PL 集中在 $k_\parallel=1.06k_0$ 的环上。这个环刚好在逃逸锥之外：在 GaN 内，$1.06k_0$ 对应 $\arcsin(1.06/2.4)\approx26.2^\circ$，大于 24.6°；在蓝宝石内，$n=1.77$，对应 $\arcsin(1.06/1.77)\approx36.8^\circ$，也大于蓝宝石/空气的临界角 34.4°。要把这圈光取出来，结构必须提供横向动量。相位梯度正好能做这件事：

$$ k_{\parallel,\mathrm{out}}=k_{\parallel,\mathrm{in}}+\frac{\partial\phi}{\partial y}. $$

只要相位梯度的大小和方向合适，原本 $k_\parallel>k_0$ 的导模就能被搬到 $k_\parallel\approx0$ 附近，从法向出射。

图 4：超轴锥把导模光准直到法向。(a) 超轴锥的 SEM 图；(b) 560 nm 平面波正入射时的背焦面（BFP），中心亮斑是未耦合的入射光，图像饱和 5 倍以显示 $k=1.06k_0$ 的转换环；(c) 以薄膜 BFP 为输入计算的无偏振 PL 远场；(d) 实测无偏振 PL 远场，灰环为 NA = 1.3。

图 4 把输入、计算和实测放在一起。(a) 是超轴锥的形貌；(b) 是 560 nm 平面波正入射时的被动背焦面，中心亮斑是未耦合的入射光，外面一圈是 $k=1.06k_0$ 的转换环，图像饱和 5 倍才能看清；(c) 以薄膜 BFP 为输入计算的无偏振 PL 远场；(d) 是实测 PL 远场。两者都在中心出现一个准直瓣，原本的环被搬到了法向。定量指标是：指向性从 1.45 提高到 2.00（相对 +38%），超出临界角的光子占比相对下降 25%。指向性定义为最大方向发射强度与全方向平均强度之比，测量受 NA≤1.3 限制；+38% 是角度集中度，不是总功率增加 38%。

超透镜的相位多一项偏置：

$$ \phi(r)=-k_0 n\left(\sqrt{f^2+r^2}-f\right)\pm1.06k_0 r. $$

第一项是常规超透镜的球面波相位，第二项补偿量子阱导模的斜入射动量。没有这一项，透镜按“正入射平面波”设计，实际入射的是 $1.06k_0$ 的环，焦点会偏、焦斑会散。被动测量中，incoming 透镜把 39%、49%、60%、70% 的光聚进焦斑（对应焦距 100、150、200、250 μm），outgoing 只有 19%、23%、28%、36%。到了 PL 成像，扣除薄膜背景后的“透镜介导”效率只有 4%、7%、9%、12%。三层数字的分母不同：35% 是超轴锥的动量转换，39%–70% 是环形 BFP 被动照明的聚焦，4%–12% 是 PL 成像的有效效率；不能把被动透过率直接当成发光器件的效率。

周五：让光在玻璃里走，再出来

周五的超表面不产生图像，也不选颜色，它只做波导的入耦合和出耦合。图像由相位型 SLM 产生，SLM 贴在入耦合光栅前，省掉投影镜头；波导把波前从入耦合搬到出耦合，每反射一次就在出耦合器上复制一份出瞳。光栅的作用是给光一个横向波矢，让它满足全反射条件：

$$ n(\lambda)\sin\theta(\lambda)=\sin\theta_{\mathrm{in}}+\frac{m\lambda}{\Lambda}, $$

其中 $\Lambda$ 是光栅周期，$m$ 是衍射级次，$\theta_{\mathrm{in}}$ 是入射角。样机接近正入射，取 $m=+1$，就有 $\sin\theta(\lambda)=\lambda/[n(\lambda)\Lambda]$。把 638、521、445 nm 和 $n=1.798/1.82/1.842$ 代入 $\Lambda=384$ nm，得到内衍射角 67.5°、48.2°、39.0°；三色的临界角分别是 33.8°、33.3°、32.9°，都小于对应的内衍射角，所以都能被全反射约束在玻璃里。蓝光的裕量只有 6.1°，红光的裕量有 33.7°；这个差别决定了三色在波导里的光程和出瞳位移不同。

图 5：逆向设计的超表面耦合器。(a) 全彩波导几何；(b) 638、521、445 nm 的出耦合电场图，箭头为波矢；(c) 周期 384 nm、高 220 nm 的超表面结构；(d) SEM 照片，左图比例尺 2 μm，右图 200 nm；(e) 非偏振光的可见光透过谱；(f) 常规光栅与逆向设计光栅的传递函数；(g) 视场范围内的角度均匀性。

图 5 的核心是 (f) 和 (g)：逆向设计的光栅把不同入射角下的传递函数拉平。绿光的角度均匀性从常规光栅的 47.7% 提高到 91.2%，蓝光从 88.8% 到 98.3%，红光只从 58.9% 到 61.7%。红光的内衍射角最大（67.5°），能用来提升效率的角度余量最小，所以改善也最小。这里的“均匀性”是视场内传递函数的最小/最大幅度比，不是整幅图像的亮度均匀性；整幅图像的亮度还会受到波导传播和相机响应的影响。

波导厚度也被几何夹住。光在波导里每完成一次往返，出瞳横向平移 $l(\lambda)=2d_{\mathrm{wg}}\tan\theta(\lambda)$。$l$ 不能太小：蓝光的 $l$ 最小，如果小于 SLM 波前的 6.5 mm，出耦合器就收不满一个完整出瞳。$l$ 也不能太大：红光的 $l$ 最大，如果超过入耦合器到出耦合器最远端的 30.86 mm，红光的出瞳会跑到器件外面。把数代进去，厚度下限是 $6.5/(2\tan39.0^\circ)=4.02$ mm，上限是 $30.86/(2\tan67.5^\circ)=6.38$ mm；5 mm 落在窗口里。视场上限由蓝光一侧的出瞳下限和红光一侧的光程上限共同决定，代入论文参数得到 11.72°，与正文的 11.7° 一致。

这套系统的指标因此是视场、看穿透过率和角度均匀性，而不是色域或全息图的衍射效率。5 mm 厚的 SF6 玻璃在可见光的非偏振看穿透过率约 78.4%，这是真实场景的透视透过率，不是全息虚像的功率效率。物理+相机校准的 CNN 模型把二维/三维全息图的峰值信噪比（peak signal-to-noise ratio，PSNR）提高 3–5 dB；3 dB 对应强度比 2.0，5 dB 对应 3.16，说的是误差功率降到原来的二分之一到三分之一，不是画面亮了 3–5 倍。全息图生成目前每幅要“数分钟”，按 60 Hz、一帧 16.7 ms 计，离实时还差约四个数量级。

三条相位路线的分工

周三、周四、周五都用相位，但相位作用在不同平面、回答不同问题。周三的相位是“空间分色”：同一块自由形状结构在三个波长上近似三个焦点不同的微透镜，把颜色送到对应子像素；它优化的是焦平面上的通道效率和串扰。周四的相位是“动量匹配”：相位梯度把导模的横向波矢搬到零，改变的是自发辐射的远场方向；它优化的是指向性和提取效率。周五的相位是“耦合”：光栅提供横向波矢，把自由空间的光折进波导，再用反向的入/出耦合器抵消色散；它优化的是视场、透过率和角度均匀性。

三条路线共同的难点是相位范围和色散。周三要在 0.6 μm 厚度里凑出约 $1.4\pi$ 的相位，只能靠多种本征模；周四的相位表是按 560 nm 和 $1.06k_0$ 设计的，换波长或换量子阱深度就要重做；周五的光栅要在 384 nm 周期里同时照顾三个波长和 ±5° 入射角，红光的余量最小。三条路线共同的验证方式也都是“看远场”：周三看焦平面光斑和串扰，周四看 BFP 和 PL 焦斑，周五看波导传递函数和相机图像。

3.3 等效介质路线：把界面摊平

周六的结构不靠共振，也不靠相位。当孔洞的尺寸和间距都远小于波长时，光不再分辨单个孔，而是感受到一个等效介质；等效折射率由空气和玻璃的体积比决定。用最简单的介电常数体积平均估算：

$$ n_{\mathrm{eff}}(z)\approx\sqrt{f(z)n_{\mathrm{air}}^2+[1-f(z)]n_{\mathrm{glass}}^2}, $$

其中 $f(z)$ 是深度 $z$ 处的空气体积分数。孔是上宽下窄的倒截锥，越往玻璃内部，空气占比越小，$n_{\mathrm{eff}}$ 从接近 1 平滑过渡到 1.46 左右。取 $f=0.5$、$n_{\mathrm{glass}}=1.46$，得到 $n_{\mathrm{eff}}\approx1.251$；空气到这一层的单级跃变反射为

$$ R=\left(\frac{1-1.251}{1+1.251}\right)^2\approx1.25\%, $$

已经比裸熔融石英单面的 3.50% 低。实际结构是连续渐变的，不是一步跳变；实测单面平均约 0.43%，比这个单级估算还低，双面总反射为 0.86%，方向一致。这个估算只用来判断量级和趋势，精确设计仍要靠论文的有限元仿真。

图 6：可见光波段的减反性能。(a) 垂直入射透射率与 (b) 反射率，三条曲线对应 RIE 4、5、6 min；(c) 6 min 样品在 8°、30°、45°、60° 的反射率谱，插图为 400–800 nm 平均反射率与裸玻璃的对比；(d) 6 min 样品的俯视与截面 SEM，比例尺 250 nm。

图 6(c) 是这篇论文最该看的一栏。8° 入射、400–800 nm 平均，反射率是 0.86%，裸熔融石英是 6.71%；30° 时 0.95% 对 6.93%，45° 时 1.81% 对 8.21%，到 60° 升到 6.36% 对 13.94%。斜入射时纳米孔仍然更好，但优势从 8° 的 7.8 倍缩到 60° 的 2.2 倍；把 0.86% 当成“任何角度看都只有 0.86%”会高估它。雾度是另一个不能省的指标：4、5、6 min 刻蚀对应 0.10%、0.17%、0.30%，作者认为低于 0.5% 适合显示；雾度随深度增加，这正是“加深孔洞换带宽”要付的代价。论文还在 436 nm 深的样品上用 10000 次奶酪布摩擦验证孔结构未断，污染物可以用氧等离子清洗；氟硅烷涂层后 1000 次双程摩擦光谱基本不变。

周六和前三篇的区别在“有没有像素”。周一、周二、周三都在像素尺度上操作，周六是整个表面一层；它不产生颜色，也不改变面板的峰值亮度或黑位，只把环境光在盖板上的反射压小。这个区别决定了它的指标是反射率、透过率、雾度和耐磨，而不是色域、对比度或效率。反过来说，前三篇的像素级指标也不能直接搬到盖板：一块盖板没有“子像素”，也没有“灰阶”，它只关心整个可见波段和一段角度范围内的平均反射。

工艺与实现代价：材料、集成与标定

六篇的器件都叫超表面，但材料体系、关键工艺和集成方式几乎覆盖了可见光到近红外的常见选择。把它们的工艺路线并排，能看到一个共同规律：高折射率材料给设计更多自由度，也带来更长的沉积和刻蚀流程；低折射率玻璃便宜、面积大，却要靠更厚的结构或不同的机制来补相位和折射率差。

表 2：本周六篇的材料、关键工艺、集成方式与主要代价。表中 ICP-CVD 为电感耦合等离子体化学气相沉积，PECVD 为等离子体增强化学气相沉积，MOCVD 为金属有机化学气相沉积，ICP 为电感耦合等离子体，ITO 为氧化铟锡，CMOS 为互补金属氧化物半导体。

论文	材料/结构	关键工艺	集成/驱动	主要代价
周一 多层结构色	SiO₂/SRN/SiNₓ 三层纳米盘	ICP-CVD 沉积、电子束曝光、RIE	玻璃基底，被动	三层厚度控制、电子束曝光小面积、视角与封装未验
周二 液晶 Mie 像素	a-Si:H 椭球 + 5.4 μm 液晶盒	电子束曝光、RIE、叉指 ITO、平面取向	电压驱动，仍需输入偏振片	约 10° 保色视角、毫秒级速度、寿命与大面积未验
周三 颜色路由器	600 nm SiN 自由形状	PECVD、电子束曝光、Cr 硬掩模、ICP 刻蚀	与 CMOS 图像传感器集成	绿像素串扰、保护层降低折射率对比、12° 入射角
周四 发光超透镜	1 μm GaN 纳米柱，刻入 InGaN/GaN 量子阱	MOCVD 外延、电子束曝光、ICP 刻蚀	405 nm 光泵浦，从蓝宝石衬底收集	电注入未做、560 nm 单色、侧壁损伤与大面积未验
周五 波导全息	5 mm SF6 玻璃 + 384 nm 超表面光栅	电子束曝光、Cr 掩模、多步干法刻蚀	三色激光 + SLM + 相机校准	全息图数分钟一幅、厚度与视场互相牵制、每台样机需校准
周六 纳米孔减反	熔融石英 + 166 nm 随机纳米孔	银去湿、镍掩膜反转、RIE	双面盖板，被动	强化玻璃未验、涂层耐久性与大面积均匀性未验

材料的选择直接进入指标。周一用 SRN 是因为它的折射率可以通过 SiH₄ 与 N₂ 的流量比调节，500 nm 处 $n=2.357$，比 SiNₓ 的 2.035 和 SiO₂ 的 1.477 都高；高折射率让纳米盘的 Mie 共振更强，但也让高阶模更容易出现，所以要用两层匹配材料把短波次峰压掉。周二用 a-Si:H，是因为它在可见光折射率高、消光系数低，单个椭球就能支持 ED 和 MD；但 a-Si:H 的侧壁倾斜和椭球形状偏差会降低共振的品质因数，实测谱比仿真宽，作者把原因归到制备误差。周三用 SiN，是因为它与 CMOS 产线兼容，但 600 nm 厚的 SiN 在 0.6 μm 像素上相位不够，必须用自由形状和多本征模来补；换成 TiO₂ 可以覆盖相位，却更贵、更难集成。周四用 GaN/InGaN，是因为发光层本身要长在蓝宝石上，超表面必须刻进同一块单晶；刻蚀穿过量子阱区域会引入侧壁缺陷和非辐射复合，论文用 100 nm 顶部 GaN 作保护，但没有给出电注入下的效率。周五用 SF6 高折射率玻璃，是为了在 5 mm 厚度里把三色都关进全反射；玻璃的折射率越高，三色的内衍射角越小、角度差越窄，视场和厚度的窗口才越宽。周六用熔融石英，是因为它的刻蚀化学和光学损耗适合做纳米孔；但手机盖板常用化学强化碱铝硅酸盐玻璃，刻蚀化学、强化层损伤和强度保持都要重新验证。

工艺精度也直接进入指标。周一的实测厚度是 119 nm SiO₂、136 nm SRN、56 nm SiNₓ，与设计的 100/150/50 nm 有偏差，峰位因此红移；实测色域 122% sRGB 比仿真 152% 低约 30 个百分点，厚度控制是主要原因之一。周三的拓扑优化把光刻最小线宽和过刻、欠刻写进目标函数，用正常、侵蚀、膨胀三种图案一起评价；实测蓝通道掉得最多，与“样品略偏侵蚀、蓝光依赖高阶模”的判断一致。周五的光栅用高斯模糊把大面制造容差算进优化，最终收敛到双线型；红光的角度余量最小，改善也最小。周六的流程免光刻，靠银颗粒的尺寸和间距决定孔径，靠 RIE 时间决定深度；孔径和深度可以调，但随机分布的精确设计更难，论文用统计平均的孔径、深度和周期做仿真，再把工艺参数往目标上调。

集成的代价则取决于应用。周二需要液晶驱动和输入偏振片，非偏振背光先损失至少一半；论文没有给整机光效，也没有做偏振回收。周三要和 CMOS 图像传感器集成，超表面上的保护层会降低 SiN 与周围介质的折射率对比，削弱相位调制；论文建议改用 TiO₂ 配合低折射率保护层，但样品里没有做。周四还停在光泵浦，真正的微 LED 需要 p 接触、电流扩展和载流子注入；刻蚀损伤、红绿蓝三色相位和面板级制造都是另一套问题。周五需要三支激光、SLM、相机校准和离线计算机生成全息（computer-generated holography，CGH），换一台样机就要重新采数据；这套系统的体积从“镜头组”转移到“一块玻璃和一套算法”，并没有消失。周六的盖板看起来最简单，却要同时过光学、力学和化学三关：孔结构要经得起摩擦（论文用 436 nm 深的样品做 10000 次试验），污染物要能清洗，涂层要耐久，基底还要从熔融石英换到强化玻璃。

把这三笔代价放在一起，六篇的差异就不只是“谁的数字更好”。材料决定折射率、损耗和工艺窗口；工艺决定像素能多小、厚度能多准、面积能多大；集成决定系统需不需要偏振片、激光、SLM、校准或驱动。三者互相牵制：想要高折射率，往往要更长的沉积和刻蚀；想要小像素，往往要电子束曝光；想要大面积，往往要牺牲一些设计自由度。六篇各自选了一条能走通的路，也各自留下了一段没有走完的工程链。

验证方式与指标口径：同一个词，不同的量

六篇都报“效率”“对比度”“分辨率”“视角”，但这些词在各自论文里指的不是同一个量。把 headline 数字和它的分母、测量条件放在一起，才能判断它回答了什么、不能当成什么。

表 3：本周六篇的 headline 数字、它们回答的问题与常见误读。表中的“不能当成”是读这些数字时最容易越界的地方；具体数值以各篇正文和图注为准。表中 dpi 为每英寸点数，PPI 为每英寸像素数。

论文	headline 数字	这个数字回答什么	不能当成
周一 多层结构色	122% sRGB（实测）、152%（仿真）、FWHM 25 nm、25,400 dpi	反射谱能围出多大的 CIE 面积、峰有多窄、像素尺寸换算	跨论文的色域排名、整片晶圆印出的分辨率
周二 液晶 Mie 像素	对比度 42/37/47、91 级、约 6000 PPI	100 × 100 μm 色块的开/关反射比、静态打印灰阶、混合像素几何	整机面板对比度、液晶电压档数、全彩色 PPI
周三 颜色路由器	33%/52%/42%、85%、3.5 倍	单通道实测路由效率、计算总能量效率、成像能量相对滤光片	实测总效率、“正确像素”的光占比、颜色纯度
周四 发光超透镜	指向性 1.45→2.00、39%–70%、4%–12%	角度集中度、被动聚焦效率、PL 成像的有效效率	总功率增加、器件壁插效率、样品面焦斑
周五 波导全息	11.7°、78.4%、3–5 dB	波导几何视场上限、看穿透过率、PSNR 改善	全息图像效率、实时刷新、人眼佩戴体验
周六 纳米孔减反	8° 0.86%、60° 6.36%、633 nm T 99.5%、雾度 0.30%	特定角度的平均反射率、透过率、漫射光比例	任何角度都 0.86%、面板峰值亮度、整机黑位

先看“效率”。周一的 122% 是色域面积比，不是能量效率；它说的是反射谱能覆盖多少颜色，不是多少光被反射回来。周二的 42/37/47 是反射率开/关比，不是面板对比度；它是在 100 × 100 μm 色块上测的，不是整块屏。周三的 33%/52%/42% 是单通道实测路由效率，85% 是整个可见波段、所有超像素积分的计算总能量效率，而且包含落到错误颜色子像素上的光；两者不能互换，85% 也不是“85% 的光进了正确像素”。周四的 35% 是超轴锥的动量转换，39%–70% 是被动聚焦，4%–12% 是 PL 成像的有效效率；三层数字的分母分别是入射功率、透过透镜的光子和总 PL 光子。周五的 78.4% 是看穿真实场景的透过率，不是全息虚像的功率效率。周六的 0.86% 是 8° 入射、400–800 nm 平均、双面样品的总反射率，不是单面反射率，也不是任何角度的常数。

再看“分辨率/像素”。周一的 25,400 dpi 来自 1 μm 像素的尺寸换算：1 inch = 25,400 μm，所以 1 μm 对应 25,400 dpi；论文实际演示的图案只有 6 μm × 8 μm 和 58 μm × 75 μm，不是一整片晶圆。周二的约 6000 PPI 是混合像素的几何：3 个子像素、每个 4 行、绿像素周期 360 nm，像素间距 3 × 4 × 360 nm = 4.32 μm，25.4 mm / 4.32 μm ≈ 5,880 PPI，论文取约 6000；单色打印按一个 meta-atom 一个像素算，红 420 nm 对应约 60,500 PPI，绿 360 nm 对应约 70,600 PPI，蓝 300 nm 对应约 84,700 PPI。周三的 0.6 μm 是图像传感器的像素间距，不是人眼显示器的像素；周四没有像素阵列，30 μm 是成像链上的束宽；周五的“像素”是 SLM 的 6.4 μm 像元，不是超表面的像素；周六没有像素，它是一整层盖板。

“视角/对比度”也一样。周二的保色范围约 10°，来自 qGMR 的角度依赖；周三的可用入射角到 12°，对应 NA≈0.2，是镜头主光线角的范围；周五的 11.7° 是波导几何的视场上限，不是“全息技术只能做到 11.7°”；周六的 8°、30°、45°、60° 是四个测量点，中间没有连续曲线。周一的论文没有给视角扫描，只给了正入射和 0°/90° 明场图像，不能扩展成“视角无关”。周四的指向性是一个角度集中度，不是视角规格。

把几个换算独立做一遍，可以看清口径。周一的像素换算：$25{,}400\ \mu\mathrm{m}/\mathrm{inch}\div1\ \mu\mathrm{m}=25{,}400$ dpi；实测色域面积按 $1.22\times0.1117=0.1363$ 反算，比仿真 0.1698 少 19.7%。周二的混合像素：$3\times4\times360\ \mathrm{nm}=4.32\ \mu\mathrm{m}$，$25.4\ \mathrm{mm}/4.32\ \mu\mathrm{m}\approx5{,}880$ PPI。周三的滤光片上限：$0.9\times0.25=22.5\%$，$0.9/3=30\%$；像素从 1 μm 缩到 0.6 μm，面积变 $(0.6/1.0)^2=36\%$，散粒噪声限制下信噪比变 $\sqrt{0.36}=0.6$，损失约 4.4 dB。周六的菲涅尔反射：取 $n_s=1.46$，

$$ R=\left(\frac{1-1.46}{1+1.46}\right)^2\approx3.50\%, $$

双面估算 $1-(1-0.0350)^2\approx6.87\%$，与裸玻璃实测 6.71% 同量级。把盖板近似成朗伯反射面，反射亮度 $L_r=RE/\pi$，环境光对比度

$$ C=\frac{L_w+L_r}{L_b+L_r}. $$

取室内 $L_w=300\ \mathrm{cd/m^2}$、$L_b=0.05\ \mathrm{cd/m^2}$、$E=500\ \mathrm{lx}$，0.86% 的反射亮度约 1.37 cd/m²，对比度从裸玻璃的 29:1 提到 212:1；60° 时 6.36% 的反射把对比度拉回约 30:1。这些复算只验证单位换算、几何关系和算术，不替代六篇论文的实验条件；正文没有把估算写成实测。

差异从哪里来：物理、材料、应用假设

六篇的差别不能归结为“谁做得更好”。它们停在同一块显示光路的不同位置，优化的是不同的量，自然有不同的强项和边界。把这些差别拆开，至少有三层来源：物理机制决定自由度和失效模式，材料工艺决定设计空间和成本，应用假设决定哪些指标被优先、哪些被暂时忽略。

物理机制。共振路线用窄带响应选颜色，自由度高在“峰位、峰宽、峰高”可以一起调，失效模式是高阶模、角度漂移和品质因数不足。周一的多层结构用折射率匹配压掉高阶模，换来 25 nm 的 FWHM 和 122% sRGB；周二的 qGMR 用偏振开关共振，换来 42/37/47 的对比度和 91 级灰阶，但保色视角只有约 10°。相位路线用累积相位改波前，自由度高在“光往哪走”可以逐点设计，失效模式是相位范围不够、色散失配和制备误差。周三要在 0.6 μm 厚度里凑出约 $1.4\pi$ 的相位，只能靠多种本征模；周四的相位表按 560 nm 和 $1.06k_0$ 设计，换波长或换量子阱深度就要重做；周五的光栅要在 384 nm 周期里同时照顾三个波长和 ±5° 入射角，红光的余量最小。等效介质路线用亚波长结构做渐变折射率，自由度高在“带宽和角度”，失效模式是散射、雾度和机械损伤；周六的 0.86% 只对应 8°，30°/45° 已升到 0.95%/1.81%，60° 回到 6.36%，雾度随孔深增加。

材料工艺。高折射率材料给共振和相位更多自由度，也带来更长的沉积、刻蚀和厚度控制。周一的 SRN/SiNₓ/SiO₂ 三层要分别控制 150/50/100 nm，实测偏差直接把峰位推向红端，仿真 152% 与实测 122% 的差距就是这笔账。周三的 600 nm SiN 与 CMOS 兼容，但相位不够，必须用自由形状；换成 TiO₂ 可以覆盖相位，却更贵、更难集成。周四的 GaN 要刻穿量子阱区域，侧壁损伤和非辐射复合是电注入前的硬问题。周五的 SF6 玻璃要又厚又透，5 mm 的厚度把视场夹在 11.7°；要更薄、更大视场，就得提高折射率或缩小 SLM 像元。周六的熔融石英容易刻，但手机盖板是化学强化玻璃，刻蚀化学、强化层损伤和强度保持都要重新验证。材料不是背景参数，它直接决定了哪些设计可行、哪些指标要放弃。

应用假设。周一和周二是反射式显示，光来自环境或前光，不需要自己发光，所以“色域”和“对比度”比“壁插效率”更重要；周三面向图像传感器，不是人眼显示，“像素”是传感器像素，“颜色纯度”要用串扰和颜色校正矩阵来读；周四面向发光层，目标是让光出来、往一个方向走，不是做完整的像素阵列；周五面向近眼 AR，视场、眼盒和看穿透过率比色域更关键，颜色由激光决定，不由超表面决定；周六面向盖板，没有像素、没有灰阶，只有整个表面的反射、透过、雾度和耐磨。应用假设一变，同一组数字的意义就变了：周二的 42:1 放到盖板上没有意义，周六的 0.86% 放到像素上也没有意义。

读这类论文时，可以先问四个问题。第一，它处理的是显示光路的哪一段：光谱、像素、空间分配、出射方向、视场还是界面？第二，headline 数字的分母是什么：入射功率、透过功率、总 PL 光子、看穿光还是环境光？第三，测量条件是什么：正入射还是斜入射、单色还是宽带、仿真还是实测、色块还是整屏？第四，代价在哪里：材料、工艺、集成、标定还是寿命？四个问题问完，六篇的数字就不容易混在一起，也更容易判断一项工作离自己的任务还有多远。

意义与展望

本周六篇放在一起，最有用的一点是：超表面不是一种器件，而是一组可以放在显示光路不同位置的工具。周一把它放在颜色像素里，用多层匹配把光谱做纯；周二把它和液晶结合，让同一个像素连续调灰；周三把它放在图像传感器的像素上，用自由形状同时分色和聚焦；周四把它刻进发光层，改变自发辐射的方向；周五把它做成波导耦合器，让全彩全息穿过一块薄玻璃；周六把它摊成盖板上的渐变界面，压掉环境光反射。六篇各自证明了一个机制、一组指标和一段边界，没有一篇单独构成一块可量产的显示产品。

从原理验证走向实际应用，下一步更值得做的是把相邻环节接起来，而不是再报一个更大的单点数字。颜色路由器和动态调色可以合在同一片上：路由负责把光送到子像素，动态结构负责灰阶和黑态。发光超表面可以和颜色转换层、微 LED 阵列一起设计：出光方向、颜色和效率在同一套相位表里优化。波导全息可以和盖板减反一起做：看穿透过率、视场和环境光对比度放在同一个系统预算里。盖板减反也可以和触控、强化玻璃、封装一起验证：0.86% 的反射率只是光学指标，整机还要过力学、化学和寿命。

指标也需要一套共同的口径。六篇的“效率”分别是色域面积、反射开关比、单通道路由效率、计算总能量、被动聚焦、PL 有效效率、看穿透过率和角度反射率；“对比度”分别是反射开/关比、串扰信噪比、角度均匀性和环境光对比度；“分辨率”分别是像素尺寸换算、混合像素几何、传感器像素、成像链束宽和 SLM 像元。面板级评估要把这些量放到同一张表里，写清分母、入射角、波长、样品尺寸和仿真/实测，否则“更高”“更低”没有意义。

制造和系统集成是另一条长链。电子束曝光能做小面积样品，面板级需要纳米压印或深紫外光刻；实验室的 100 × 100 μm 色块要变成百万像素阵列，需要均匀性、缺陷密度、坏点率和良率数据；液晶盒、氟硅烷涂层、保护层和强化玻璃各自有耐久性要求；全息显示还要把 CGH 从“数分钟一幅”降到毫秒级，把每台样机的相机校准变成产线步骤。这些都不是单篇论文能解决的，但六篇已经把问题定位得很清楚：物理机制决定能不能做，材料工艺决定做多大、做多准，应用假设决定值不值得做。

对读者，最值得带走的不是六个“最好数字”，而是一张光路图和四个问题。看到“超表面让显示更亮”“色域更高”“效率 85%”时，先问它处理的是哪一段、分母是什么、条件是什么、代价在哪里。把这四个问题问清楚，就能把一篇论文的结论放回它自己的位置，也能判断它和自己的显示、成像或测量任务有多远。六篇的工作各自走通了一段路；下一步是把这些路段接成一条完整的链，并用同一套条件去测量它。

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图片：图 1–6 分别取自参考资料 1–6 的 Fig. 2、Fig. 2、Fig. 2、Fig. 2、Fig. 2、Fig. 3；许可为 CC BY 4.0（图 1、2、4、5、6）与 CC BY-NC 4.0（图 3，原样使用，不裁剪、不改色、不拼接）。