2023年9月6日，由VR陀螺聯(lián)合CIOE中國光博會主辦、恒悅創(chuàng)客魔方協(xié)辦的“光遇•第四屆中國AR技術(shù)應(yīng)用高峰論壇”在深圳會展中心順利舉辦。

該活動以“光遇”為主題，聚焦AR在光學(xué)技術(shù)、工藝制作方面的突破以及應(yīng)用場景和發(fā)展機(jī)遇。來自JBD、耐德佳、莫界科技、瑞聲科技、谷東科技、MKS、VR陀螺的行業(yè)嘉賓為到場觀眾帶來了精彩的分享，演講內(nèi)容干貨滿滿。

其中，瑞聲科技（AAC）市場部副總裁、XR業(yè)務(wù)總經(jīng)理 陶洪焰為與會來賓奉上了“衍射光波導(dǎo)工藝路線展望”的主題演講。

以下為演講實(shí)錄（內(nèi)容略有刪減調(diào)整）：

大家好，我是瑞聲科技AR/VR業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人陶洪焰，今天主要想從瑞聲科技自身的視角來跟大家探討一下衍射光波導(dǎo)的技術(shù)和工藝的發(fā)展路徑。

我始終認(rèn)為，所有技術(shù)的發(fā)展最終都要回歸到對于產(chǎn)品本身和用戶訴求的理解。

大家理想中的AR眼鏡應(yīng)該是“時尚的電子產(chǎn)品”。AR眼鏡是戴在人的頭上，首先它必須得是好看的，因此大多數(shù)時候?qū)τ跁r尚屬性的要求甚至超過電子產(chǎn)品本身的屬性。

第二是好用，它要使用起來方便，并且能真正給我們帶來價值。從光學(xué)的角度來理解，就是要有優(yōu)秀的顯示效果，能適配更多不同的人群，更容易穿戴和使用。

第三，作為一個消費(fèi)型產(chǎn)品，合理的價格也是至關(guān)重要的，必須讓更多用戶用得起。我們不希望每一個新出來的AR眼鏡都賣到3499美元。

基于以上對產(chǎn)品的理解和要求，我們往下去拆解一個維度。要實(shí)現(xiàn)理想中的AR眼鏡，在AR光學(xué)技術(shù)層面還面臨諸多挑戰(zhàn)。

一是舒適的眼鏡形態(tài)，想要達(dá)到這一效果，首先需要保證眼鏡重量輕、厚度薄和體積??；其次它要有大的眼動范圍，能夠適配更多人群；最后要有友好的ID設(shè)計，讓大家能夠更容易設(shè)計出這種眼鏡形態(tài)。

二是好的顯示，成像質(zhì)量高，想要達(dá)到這一效果需要AR眼鏡擁有大的視場角、高亮度動態(tài)范圍以及不錯的色彩均勻性和亮度均勻性。

三是價格合理，從成本的角度來看，首先得控制材料成本，其次工藝要簡單，保障高產(chǎn)能、制程成熟的同時實(shí)現(xiàn)高良率，這樣才能夠給產(chǎn)品帶來合理的成本范圍。

從目前產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀來看，光學(xué)顯示領(lǐng)域的AR近眼顯示主要分為兩大技術(shù)路線：一是基于半透半反的幾何光路模型，二是光波導(dǎo)。

幾何光學(xué)的光路系統(tǒng)的優(yōu)勢在于設(shè)計和制程工藝已相對成熟，更容易拿出一個顯示還不錯的產(chǎn)品。但是它存在一些固有的問題，比如厚度、體積和視場角成正比，但視場角和眼動范圍成反比，無法同時兼顧。從這兩點(diǎn)來看，基本上已趨近于物理極限，很難再去壓縮體積。既然體積和形態(tài)無法改變，那就很難達(dá)到AR眼鏡最基礎(chǔ)的使用門檻要求。

光波導(dǎo)也有幾種不同的解決方案，包括基于幾何光路的陣列光波導(dǎo)、基于衍射光路的表面浮雕光柵光波導(dǎo)和體全息光波導(dǎo)。這幾個技術(shù)都能有效解決設(shè)備體積、厚度和重量的問題，由于它能做擴(kuò)瞳設(shè)計，所以也能夠在視場角和眼動范圍之間做到很好的平衡?？雌饋砉獠▽?dǎo)能解決我們對眼鏡形態(tài)產(chǎn)品的基礎(chǔ)要求，但它也帶來了新的技術(shù)問題，比如光學(xué)效率利用率低、工藝不成熟導(dǎo)致成本偏高等等。

對于傳統(tǒng)幾何光路，它已經(jīng)趨于物理的瓶頸，很難再往前去做進(jìn)一步的演進(jìn)。那讓我們聚焦在光波導(dǎo)方面，看看它是什么樣的狀況。

首先看幾何陣列光波導(dǎo)，其實(shí)它也算是幾何光路，所以在設(shè)計和實(shí)踐上還算簡單。所以國內(nèi)有一些初創(chuàng)公司專注在這個領(lǐng)域去做產(chǎn)品。但是陣列光波導(dǎo)有兩個比較大的問題需要去解決。

第一，因?yàn)樗峭ㄟ^很多小的棱鏡鍍膜之后去膠合，其實(shí)這個技術(shù)也發(fā)展很多年了，但是截至目前為止還沒有一個相對成熟和可依賴的生產(chǎn)工藝，所以它最后的良率、成本、產(chǎn)能都還無法讓人滿意，如果將來真正大量生產(chǎn)和商業(yè)化的話，都會是很大的困難。

另外一個問題我認(rèn)為更為重要，因?yàn)樗怯脦缀谓Y(jié)構(gòu)去實(shí)現(xiàn)的光波導(dǎo)，所以相對來講是一個顯性專利，而且主要的專利現(xiàn)在都在一家以色列公司叫“Lumus”公司的手里。截至目前為止大家想使用這個技術(shù)幾乎都繞不過它，最后就導(dǎo)致不管是小公司還是大公司、頭部玩家，幾乎很少有人愿意再去基于那個陣列光波導(dǎo)做一些產(chǎn)品的嘗試。

除開幾何光波導(dǎo)，再看看體全息光柵和表面浮雕光柵，這是衍射領(lǐng)域的兩個技術(shù)。

體全息光柵是通過全息曝光在光敏材料內(nèi)部形成折射率的周期性變化，從而形成光柵結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯示器件。既然是通過曝光形成的光柵結(jié)構(gòu)，而且承載光柵的介質(zhì)是某種光敏材料，這就意味著在太陽光這種寬光譜、高強(qiáng)度的光線照射下，材料的穩(wěn)定性會是一個比較大的問題?，F(xiàn)在業(yè)界真正能拿出產(chǎn)品的僅有一家美國公司，但這家公司從未針對這項(xiàng)工藝的可靠性和穩(wěn)定性問題做出正面回答。

表面浮雕光柵目前行業(yè)內(nèi)比較多的工藝是納米壓印浮雕光柵。它是在玻璃晶圓上面懸涂一層壓印膠——壓印膠是光學(xué)樹脂，因?yàn)樗恼凵渎什粔?，所以會再往里面摻一些高折率的粒子，去提升光柵材料和光柵介質(zhì)的折射率。在懸涂了壓印膠之后，用一種類似蓋圖章的方式，把光柵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到晶圓上面從而形成的光學(xué)器件。對于玻璃基底，它的光柵介質(zhì)材料還是會存在一個問題，因?yàn)樗彩且环N光敏材料，所以在光學(xué)下的可靠性，以及玻璃基底和光柵介質(zhì)之間在時間久了之后、或是經(jīng)歷冷熱沖擊之后的剝離可能都會是比較大的風(fēng)險。

刻蝕表面浮雕光柵是一種新的工藝，它是通過在玻璃晶圓上鍍一層高折射率的介質(zhì)膜，然后再通過在介質(zhì)膜上生成光柵的方式，去形成光柵結(jié)構(gòu)的光學(xué)器件。刻蝕表面浮雕光柵能帶來以下好處。

首先它是高折光柵和高折玻璃，所以能讓設(shè)計的自由度更高，能夠兼容大的FOV和更高的光效?？涛g所用的介質(zhì)材料是在壓印膠里摻雜高折的粒子，所以能把光柵的折射率提升到2.4，這可能是現(xiàn)在已知材料里的一個極限。從玻璃基底的選擇上，我們也有更大的空間，更高的玻璃折射率會帶來更大的全反射角度，對FOV的設(shè)計會有很大的幫助，而高折的光柵對于最后的光效也有幫助，這樣就能實(shí)現(xiàn)光效和FOV的平衡。

第二，這種設(shè)計有機(jī)會把RGB三層光路壓縮到一層單片的玻璃里，而不像納米壓印因?yàn)檎凵渎实膯栴}，是把RGB分到三層或者RGGB分到兩層里去。這樣帶來的直觀好處是省掉了做像素級疊合的過程，對于整體的成像質(zhì)量以及MPF的解析度都會有很大的幫助。

第三，因?yàn)樗詈竽軌嚎s成單片全彩的光波導(dǎo)器件，所以在厚度、重量、透過率、以及工藝和成本上，都能給極致輕薄的眼鏡形態(tài)產(chǎn)品設(shè)計帶來很大的好處。

目前瑞聲科技與業(yè)內(nèi)知名的光波導(dǎo)方案商Dispelix合作，嘗試從設(shè)計到生產(chǎn)打通整個鏈路，提供完整的刻蝕光柵方案。其中Dispelix主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)品的設(shè)計，以及基于客戶訴求的定制化設(shè)計。而瑞聲科技負(fù)責(zé)生產(chǎn)線的搭建，工藝的調(diào)優(yōu)，整個生產(chǎn)制造，全球配送以及售后服務(wù)。

刻蝕工藝和納米壓印工藝有什么不同？第一道工藝就不一樣?？涛g是在玻璃基底上先鍍一層高折的介質(zhì)材料，然后在這上面再鍍一層保護(hù)層。第二步還是需要通過納米壓印把光柵結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到晶圓上去。然后再加上刻蝕工藝，用干刻和濕刻這些晶圓的制造方法把光柵轉(zhuǎn)移到高折射率的介質(zhì)材料上去。

后道工藝看起來簡單，但是這里有兩個點(diǎn)我想快速跟大家分享一下。一個是所有的晶圓在分割的時候都需要切割，但是高折玻璃會比較脆。我們自己內(nèi)部的工藝和設(shè)備的公司經(jīng)過一年多的研究，摸索出來一套特別的切割制程和方法，能夠把邊緣包括崩邊和邊緣的瑕疵控制在30微米以內(nèi)。另外一個就是涂黑，對于光波導(dǎo)涂黑要想保證均勻其實(shí)也是蠻難的。我們也是花了很長的時間去做了工藝上的一些開發(fā)。

另外在測試和測量方面，瑞聲作為光學(xué)的頭部廠商，我們所有的檢測和測試的設(shè)備都會in house地去具備這些能力，包括灰塵瑕疵檢測的掃描電鏡，還原光柵結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡，膜厚的橢偏儀，拉曼光譜儀，以及去看光刻膠殘留的氣質(zhì)聯(lián)動儀等等。

瑞聲科技1993年成立，總部位于深圳，2005年已在香港上市，全國有3萬名左右員工，去年?duì)I收超200億元。瑞聲科技是一個注重產(chǎn)品和研發(fā)的公司，每年會將營收的至少10%投入到研發(fā)技術(shù)方面，因此我們有超過1萬項(xiàng)全球發(fā)明專利。

在產(chǎn)品業(yè)務(wù)板塊，瑞聲科技能夠提供聲學(xué)、光學(xué)、觸感、傳感器及半導(dǎo)體、精密制造等領(lǐng)域解決方案，基本上涵蓋所有消費(fèi)電子和汽車電子領(lǐng)域的產(chǎn)品和產(chǎn)品線，有數(shù)以十億計的出貨給全球各個頭部的品牌廠商。我們在研發(fā)上的投入一直都比較大，因此在全球都有研發(fā)中心，在中國有將近10個，在韓國、日本，美國，以及歐洲的英國、丹麥和芬蘭都有我們的研發(fā)中心。因此在專利上面我們有超過1萬件的發(fā)明專利，其中海外的專利占比近四成。

我今天的分享就到這里，謝謝大家！