6月28日，由陀螺科技舉辦的會(huì)員專屬活動(dòng)“揭秘XR底層供應(yīng)鏈系列研討會(huì)之光學(xué)技術(shù)專場(chǎng)”研討會(huì)圓滿結(jié)束。

本次研討會(huì)邀請(qǐng)了兩位內(nèi)業(yè)大咖：瓏璟光電微納光學(xué)研究中心主任 趙誼華和至格科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 孟祥峰分別以《納米壓印技術(shù)在衍射波導(dǎo)中的應(yīng)用》、《AR衍射光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化》兩個(gè)主題進(jìn)行分享討論。

研討會(huì)上瓏璟光電微納光學(xué)研究中心主任 趙誼華帶來(lái)了《納米壓印技術(shù)在衍射波導(dǎo)中的應(yīng)用》的主題演講。

納米壓印技術(shù)由1995年華裔科學(xué)家周郁提出，此項(xiàng)技術(shù)不使用高成本的微納加工技術(shù)（電子束光刻，離子束光刻、極紫外光刻、激光全息光刻等等）使光刻膠成型，而是直接在基板上利用物理學(xué)機(jī)理構(gòu)造納米尺度圖形。不受光源波長(zhǎng)限制，可以簡(jiǎn)單制作出解析度小于100nm的圖形，具有工藝簡(jiǎn)單，成本低，解析度高。

但是在技術(shù)方面納米壓印技術(shù)也面臨著很多挑戰(zhàn)，趙誼華博士就技術(shù)挑戰(zhàn)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的解答以及瓏璟光電是如何解決這些問(wèn)題的。

首先是高折膠水的散射問(wèn)題，納米顆粒對(duì)光是有散射作用的，對(duì)光的散射程度我們可以用上圖公式得到，可以看到納米顆粒的尺寸a對(duì)于散射影響很大，那么是否能不斷減小納米顆粒的尺寸來(lái)降低高折膠水光散射來(lái)解決衍射波導(dǎo)片對(duì)比度的問(wèn)題呢，實(shí)際上這是有局限的，在高折膠水當(dāng)中，納米顆粒之間有一個(gè)相互的Aggregation作用，很多納米顆粒緊密的堆疊在一起的時(shí)候納米顆粒接觸程度越大，散射現(xiàn)象就越明顯。

而在膠水當(dāng)中，納米顆粒有部分堆疊特別緊密，不是均勻分散的情況下，散射就會(huì)比較嚴(yán)重。理想化狀態(tài)下，我們想把納米顆粒表面改性，讓其均勻分布在高折膠水當(dāng)中，在這種情況下散射的情況能得到有效的抑制，目前瓏璟與膠水廠商進(jìn)行合作并開(kāi)發(fā)有效抑制散射的高折膠水已經(jīng)取得了一定的成果。

趙誼華博士介紹到還有另一種解決該問(wèn)題的途徑，使用無(wú)機(jī)的光刻膠來(lái)改善散射，這其中其實(shí)是不含有納米顆粒的，但是其可以通過(guò)納米壓印技術(shù)壓印處理過(guò)后得到光柵區(qū)域，但是在工藝過(guò)程中需要對(duì)光柵進(jìn)行后處理，這時(shí)候光柵會(huì)產(chǎn)生10%的變形。因此在設(shè)計(jì)光柵當(dāng)中，就需要考慮到光柵的變形，從源頭設(shè)計(jì)的時(shí)候就模擬到加工形變產(chǎn)生的影響。因此也能夠通過(guò)這種路徑來(lái)提高波導(dǎo)片顯示的均勻性、背景進(jìn)行特定的優(yōu)化，目前瓏璟光電在這方面也得到了一些成功的結(jié)果。

其次在工藝方面的問(wèn)題，可以通過(guò)納米壓印結(jié)合刻蝕的工藝去得到一個(gè)優(yōu)質(zhì)的波導(dǎo)片，但如何進(jìn)行路徑選擇則要從量產(chǎn)性和性能綜合考量，瓏璟光電也持續(xù)在摸索當(dāng)中。

最后是如何提高納米壓印的生產(chǎn)效率、降低成本。首先可以采取拼接式壓印方式，一個(gè)晶圓上面壓印多個(gè)光柵區(qū)域，但這個(gè)過(guò)程中依賴于步進(jìn)重復(fù)式壓印，因此效率還是比較低的。如何在一個(gè)大的晶圓上，通過(guò)一次壓印得到多個(gè)波導(dǎo)片呢，瓏璟光電則是采用自主開(kāi)發(fā)的拼接壓印工藝。通過(guò)這種方式可以在8寸晶圓上拼接8-10個(gè)衍射光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，由此能大大提高成品壓印速率，實(shí)際上良品率也能保持在75%以上。

趙誼華認(rèn)為納米壓印在量產(chǎn)方面是有一定優(yōu)勢(shì)的，但如何去提高波導(dǎo)片顯示效果，則可能需要納米壓印結(jié)合刻蝕等方式來(lái)提高波導(dǎo)片性能，而且材料方面的進(jìn)展在衍射方面是非常地重要的，與一些科研單位進(jìn)行高折膠水特定的開(kāi)發(fā)是很有必要的，亟待研發(fā)新型高折膠水及相應(yīng)的加工工藝。

第二位分享者至格科技創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 孟祥峰博士帶來(lái)了《AR衍射光波導(dǎo)產(chǎn)業(yè)化》主題演講，從AR近眼顯示技術(shù)概述、衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)和制造以及至格科技在衍射光波導(dǎo)領(lǐng)域的進(jìn)展，進(jìn)行了令人深刻的演講。

光波導(dǎo)是應(yīng)AR眼鏡需求而生的一個(gè)比較有特色的光學(xué)技術(shù)，因它的輕薄與高透光率的特性而被認(rèn)為是消費(fèi)級(jí)AR眼鏡的必選光學(xué)方案。作為AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）行業(yè)的重要組件，光學(xué)材料的持續(xù)進(jìn)步和創(chuàng)新對(duì)AR光波導(dǎo)技術(shù)的迭代起到了重要的推動(dòng)作用。同樣的孟祥峰也認(rèn)為光波導(dǎo)技術(shù)是AR光學(xué)中的重要技術(shù)之一。

在研討會(huì)上，孟祥峰詳細(xì)介紹了光波導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展以及半透半反方案（傳統(tǒng)幾何光學(xué)方案）和不同光波導(dǎo)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，還進(jìn)一步介紹了衍射光波導(dǎo)的兩種光柵波導(dǎo)類型，一種是表面浮雕光柵波導(dǎo)，一種是體全息光柵波導(dǎo)。孟祥峰認(rèn)為表面浮雕光柵波導(dǎo)所代表的衍射光波導(dǎo)將會(huì)是未來(lái)AR行業(yè)主流的顯示技術(shù)路線。

總結(jié)來(lái)看衍射光波導(dǎo)的三大技術(shù)難點(diǎn)分別是彩色顯示的均勻性、視場(chǎng)角以及能量利用效率，這也是未來(lái)衍射光波導(dǎo)重要的發(fā)展趨勢(shì)。首先具體來(lái)講，在彩色顯示均勻性方面，因?yàn)檠苌涔獠▽?dǎo)是基于光柵技術(shù)，而光柵的特征尺寸，特別是它的周期，幾乎是和可見(jiàn)光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)?。因此它?duì)波長(zhǎng)十分敏感。不同波長(zhǎng)的光在光波導(dǎo)里行進(jìn)的路線都不一樣，而且跟光柵交互之后產(chǎn)生的衍射效率、偏振和相位的變化也不一樣，因此不同顏色的光經(jīng)過(guò)衍射光波導(dǎo)很難實(shí)現(xiàn)同樣的效果。

為了實(shí)現(xiàn)足夠的彩色均勻性，通常來(lái)講需要通過(guò)多層衍射光波導(dǎo)的疊合才能夠?qū)崿F(xiàn)，目前可以實(shí)現(xiàn)的比較好的彩色均勻性的光波導(dǎo)是通過(guò)兩層來(lái)進(jìn)行疊合的。其次是衍射光波導(dǎo)視場(chǎng)角決定于材料折射率，在同樣的設(shè)計(jì)邏輯前提下，材料的折射率越高視場(chǎng)角就會(huì)越大。但高折射率可能會(huì)帶來(lái)新的問(wèn)題，比如高折射率材料本身并不成熟，高折射材料本身可能會(huì)存在吸收以及高折射率材料的制造加工困難。最后還講到了衍射光波導(dǎo)的能量利用率問(wèn)題。

研討會(huì)上，孟祥峰還詳細(xì)介紹了衍射光波導(dǎo)的設(shè)計(jì)與制造，提到衍射光波導(dǎo)需要采用嚴(yán)格電磁場(chǎng)衍射計(jì)算與光線追蹤相融合的設(shè)計(jì)算法進(jìn)行全局設(shè)計(jì)，包括構(gòu)建視場(chǎng)角（FOV）、眼動(dòng)范圍（Eye-box）、彩色均勻性、能量利用率等。

演講的最后，基于衍射光波導(dǎo)設(shè)計(jì)、光柵母版加工和納米壓印生產(chǎn)三大技術(shù)，至格科技在去年研發(fā)出了一款A(yù)R衍射光波導(dǎo)光學(xué)顯示模組產(chǎn)品（TDDW40Plus），可以看到白色圖像的良好顯示效果，說(shuō)明在彩色顯示均勻性上至格科技已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)比較高的水平。

在研討會(huì)末尾設(shè)置了Q&A環(huán)節(jié)，兩位嘉賓也與參會(huì)者進(jìn)行了更多的補(bǔ)充內(nèi)容，包括對(duì)行業(yè)的看法、目前技術(shù)的市場(chǎng)反饋以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)制約等。具體內(nèi)容可關(guān)注陀螺科技會(huì)員服務(wù)。