2025年9月10日下午,由VR陀螺与CIOE中国光博会联合主办的「AI · 光启新元|第六届中国AR技术应用高峰论坛」在深圳国际会展中心(宝安新馆)圆满落幕。
本届AI+AR技术应用高峰论坛以“AI · 光启新元”为主题,共探智能眼镜产业生态构建与协同发展路径,论坛特邀多位行业专家、企业代表、媒体人,聚集AR产业链展会一线,讨论市场行情、展望AR潜力,共同助力产业的升级与发展。演讲内容干货满满,现场气氛火爆。
其中,理湃光晶合伙人 李雨雪为与会来宾奉上了《几何光波导光学方案解析》的主题演讲。
以下为演讲实录(内容略有删减调整):
今天我是最后一个在这里跟大家交流分享。接下来我会针对几何光波导方案与大家进行技术交流,汇报会从AR光学技术的演进、几何光波导原理、优势量产的实践、产业适配以及未来展望等方向阐述。
从2012年的棱镜方案,到目前以单色纳米压印为主流的衍射光波导方案,再到Meta 即将发布的全彩阵列方案,我们可以看到行业发展趋势是从可用到可佩戴的路径持续演进。光波导方案分为衍射和阵列,由于光波导方案具备体积、形态以及透过率等性能方面的优势,成为了目前大家所关注的焦点以及现阶段产品的主流方向。
我罗列了部分产品的技术原理、形态、视场角透光率、光学效率、成本以及优劣势,前面也有专家同样对衍射光波导进行了介绍。大家细心的话可以留意到,在成本这一栏我是有所留白的。有两点原因,第一,我们通常讲到的演示方案实质上都是以纳米压印为主的单色方案,从单色方案的角度,以纳米压印实现量产的主流产品成本可以做到很低,但要做到全彩且兼顾到显示性能包括彩虹纹,眼动范围内的色度均匀性等以及成本就会面临较大的挑战,需要采用刻蚀方案,即使这样漏光现象依然存在。若采用刻蚀方案以及碳硅材料,方案的工艺量产性、成本以及良率都还有待市场验证,需要行业朋友们根据实际情况考量。
第二点是成本,目前仅从波导方案两个产品做对比,实质是有所欠缺的。光学显示方案包含两个部分,光机与波导,关注的是综合成本,但细分到光机和波导的占比比例,仍在于各个方案的搭配情况,总体达到产品方案成本的合理性即可。这就是我在这里留白的两个原因,需要后续大家针对不同的方案进行一定程度考量。基于此,我认为成本也是Meta在综合考虑之后选择LCoS加几何光波导方案的原因之一。
每一款新产品的问世都有独属于它的用户画像场景应用以及价值体验,几何光波导能给大家带来一个怎样的体验?首先我从原理方向给大家进行陈述,几何光波导主要是利用光的全反射传输原理。几何光波导分为三个区,耦入区和传输区以及耦出区,因此整个光路对于光的损耗基本为零,现阶段FOV30°的衍射方案常用的高折光学玻璃是1.8 折射率或者是更高 碳化硅材料2.6 折射率,但几何光波动仅需用1.6 左右的材料即可以实现FOV60°,1.6左右的材料实质就是普通的光学玻璃,在材料稳定性、成本以及加工成熟度上都可得到充足的验证。
几何光波导还分为一维和二维扩瞳,刚刚在技术方案的罗列当中,我也提到了几何光波导方案的一个劣势,一维体积不占优势,而二维产品成本又相对较高。一维扩瞳由于只有一个方向的扩展,因此在另外一个方向需要光机一定的口径来满足一定的镜目距和眼动范围。
一维现阶段产品Fov通常在25°-50°,Fov25°-35°产品通常用在C端,例如信息提示,文娱导览,移动办公等,Fov40°-50°通常用于B端,例如工业端、巡航端以及部分特殊场景如医疗等对体积限制要求相对宽松的领域。
实际上,2019年二维技术就已突破,发展至今,市场质疑的关键就是量产问题,在接下来的介绍中也会跟大家同步理湃的量产进展,二维扩瞳之所以诞生,其一,一维扩瞳的光机体积过大,二维扩瞳可通过两个方向扩展,让光机的体积做到更小,眼动范围做到更大,进一步地,画幅也可以做到更大,达到Fov70°甚至更大。现阶段展会上,我们已然有一款产品达到了FOV60°,波导可支持到FOV70°,此外,外观轻巧也是原因之一,二维更适合终端对眼镜形态的定义。
回到主题,几何方光波导的优势在哪?
一是光效通常都在 3% 到15%,或许有朋友会问,这里为什么有这么大的跨度区间?因为我在此处涵盖了一维和二维产品,二维第一代几何光波导面世时是2800nits/lm。为什么会把它降下去?因为我们与很多客户对接时,他们会关注到一个点,即镜片要足够的通透,透过率要足够的高,阵列面要足够的弱,来保证整个产品更像一个普通的镜片。考虑上述原因,我们进行了光效调整,将其降低,现阶段可能会做到1%,但是不会再往下做了,原因是1% 或者 2% 通常的状态已经能够实现普通镜片的形态。我其实带了样品,这款产品只有0.7毫米厚,整个镜片重量只有2.2 克左右。
二是效率高,所需的光机能量亮度会更低,对应地功耗也会更低,续航就会更长,这个是优势之一。此外,高清大视场、高亮全真彩在无色偏和色相上都有亮眼的表现。
三是透过率较高,可达到90%以上,我们2024 年的一款二维产品的实际测试数据,在没有镀AR膜的情况下透过率已经达到90%。
四是漏光率,通常小于1%,但是我们实际量产出货的产品可以做到0.5%,甚至会更低。主要看产品差异,我们有两款型号,一个是 LPM 13,达到了0.5% 左右,而LPM30这一款,我们达到了 0.3% 到 0.4% 左右的漏光率。
漏光率为什么会在这里体现得比较明显?这其实是出于对用户隐私的保护。在很多类似地场景中,例如防偷窥屏地使用,都是希望个人隐私得到一定的保护,虽然在其他方案当中也存在解决方法,例如把角度偏下去,规避掉人和人面对面交流的时候隐私的泄露,但实际上难以完全消除该风险。在高透光率和低漏光率的前提下,镜片会更通透。回到社会生活,眼神是人与人之间的交流地重要媒介,若去掉这一媒介,不仅会影响交流,在信息获取率以及接受度上也会大打折扣。
接下来是高对比度,几何光波导没有像微纳结构引入的杂散光,这里微纳结构更多针对于纳米压印,鉴于残胶的清理以及胶水本身的特性,会引入杂散光,进而导致图像的动态对比度下降以及边缘不够锐利。
最后就是重量优势,它比较轻,ID也较为友好,更像一个普通的眼镜。
基于几个光波导的优势,理湃在几何光波导技术上有怎样的深耕呢?理湃已经在行业内沉淀了13年,创始人最早是在08 年、09 年就开始做相关技术的研究,因此从技术研究来看我们已有接近20 年的经验。
理湃始终是务实的一家公司,从成立到现在仅专注于几何光波导这一项技术。我们目前的核心业务就是几何光波导模组的技术化和产业化,目前理湃已有两条量产线,一条是精密冷加工产线,一条是智能组装产线,我们在昆山开发区有年产十万套的产能,百万套的年产能也在建设中,预计明年能够落地。从量产性来看,自有工厂匹配10万套的产能,良率稳定在85%以上。产业方面,我们与多个头部的整机厂商达成了深度合作,同时也进入多个国内外巨头供应链体系。
从理湃的技术历程来看,12 年到 16 年是开发阶段,我们完成了基础技术和原型验证。 16 年到19年是市场验证阶段,逐步实现了产品商业化,并获得了几何光波导专利的授权。 19 年到现在我们聚焦于行业应用,拓展全球市场,持续优化产品性能,实现稳定的量产,提升规模效应。
可能大家会问到我们哪些产品在市面上有售?在22 年之前,我们更多偏向于B端,因为它对整个产品的体积没有强限制,而在2022 年之后,行业慢慢出现新产品的迭代,我们也开始往小型化、轻量化方向去发展。我们有多样化的方案,不挑屏幕,既可以和OLED搭配,也可以和LCoS 去搭配,不同产品搭配可以呈现不同的性能体现,为客户的个性化产品提供技术方向,现阶段大家可以看到市面上很多同质化产品基本上聚集在信息提示类或者是单色产品侧。还有一点就是轻巧化的设计,打造舒适的佩戴。
我们也在开发LCoS光机,现阶段我们有两款新光机,点 25的光机目前体积1 CC,视场角是 53 度,是去年24 年年初时候的一款产品,目前我们在工艺上已可实现量产,所以才正式对外开放。另一款是点24的产品,目前是可实现体积 0.8cc,1080P,也是现阶段行业内做到小体积、大视场的首款产品。
另外在波导这一块,大家会担心几何波导脏污怎么办?脏污会影响显示性能,整机组装也会受到一定影响。理湃也做了相应技术的沉淀和积累,当然现在还未对外开放产品的,但现阶段的产品不需要再留空气,镜片表面不需要留空气gap,可以直接进行浮胶贴合,而且表面的脏污不会再影响显示性能,同时在我们新方案当中,可以消除可视范围内的蓝弧等杂散光的干扰,整个画面相对而言会比较干净。
量产实践其实来源于理湃独有的早期开发的一项工艺,也是大家熟知的键合技术,这项技术的突破和开发使产品的良率达到 95% 左右。该技术相对于之前的胶水方案有什么优势?从原理上看,键合技术是采用分子建和,中间无任何介质。而胶水是用粘胶剂进行粘合,它会受到折射率的影响,导致显示性能光路的偏转。
第二点是贴合。键合是两个无介质平面的贴合,因此平行度以及牢固度会更好,胶水中鉴于有流体类物质的存在,会产生平固化缺陷并导致平行度低,低平行度会影响光路传输的路径,最终导致重影等显示性能的缺陷,显示上而言,键合的产品画质更优,清晰度更好,色彩也会更丰富。
良率上,目前键合的直通率85%以上,其实仅仅针对键合这一步理湃基本上可达到99%。目前,胶水在部分厂家一维产品中还存在部分应用,但是在二维产品中,难以再用到这一项技术,因为量率是沿着幂次方指数性降低,所以理湃的键合技术是提升几何光波导量产可能性的关键技术。
还有一个关键点是键合技术的整片波导,它形成了完全的一整块玻璃体,当我们有敲击或者是跌落动作时,碎裂面不会从键合面积处断裂,它就是一整块的玻璃,而且没有任何介质,牢固度高,所以它的耐候性会更佳。而胶水毕竟中间存在流体,随着环境的改变会有老化、黄化等问题,导致整个显示性能的下降。
对此,我们也做了相关的工艺测试。力学强度方面,我们进行了剪切力测试,其实就是两片玻璃键合之后进行破坏,大家可以看到断裂面是玻璃本身的断裂面,并不是键合键面处,当达到400N的时候玻璃断裂,但键合处没有断裂。现在市面上有很多友商也在开发这项技术,大家也可以对比各自的键合力。
二是光谱测试,为什么要做这项测试?我们想观测键合面有是否存在反射,或者有介质的存在,导致光路受到影响。数据显示出反射率基本上为零。
量产性主要有工艺的加持,理湃有自有工厂,可实现全栈自研,产业覆盖全链路,从设计到冷加工到光机设计,波导设计到波导加工,光机组装以及整个模组的组装,我们都可以一站式完成。
目前,量产产品的波导直通率可以达到85%左右,这是一维的数据,综合良率可以大概达到90% ~ 96%,甚至可以做到更好,可助力波导的大批量交付。图中是出厂的测试数据,理湃的成本优化逻辑是好的设计方案加上稳定的材料,加上工艺的创新,还需要一定的工业规模,让规模效应反哺技术创新。我们的应用场景,早期主要针对偏B端,C端方面,影目科技比较坚持用OLED和几何阵列的搭配方式。
刚刚提到功耗,我们也进行了罗列, LPM12这款采用了OLED屏,点25的OLED 屏, APL 100%、入眼亮度500nits时,单路功耗是93毫瓦,入眼1200nits时单路功耗是189毫瓦。
我们的第二款新品是大视场产品,目前可以做到入眼亮度500nits时功耗500毫瓦。这要重点提下为什么这款产品的亮度会偏低,原因是FOV越大,效率天然就是越低的。还有一款产品是 LCTA 50,可实现50°超大视场角,1080P高分辨率,光机0.8cc超轻方案。以上是全部演讲内容,谢谢。
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