瓏璟光電取得體全息波導(dǎo)自動(dòng)化曝光及全彩顯示重大技術(shù)突破

    AR-HUD是目前汽車行業(yè)的熱門產(chǎn)品，但現(xiàn)有的基于自由曲面反射鏡組的AR-HUD顯示系統(tǒng)，安裝體積過大、成本過高是行業(yè)的痛點(diǎn)所在。眾多HUD廠商正在嘗試一些新的技術(shù)路線，光波導(dǎo)憑借其平板光波導(dǎo)超薄的結(jié)構(gòu)和二維擴(kuò)瞳能力極大減小對(duì)光機(jī)體積的需求，是未來HUD發(fā)展的重要方向。

    光波導(dǎo)顯示技術(shù)是一種可打破傳統(tǒng)光學(xué)顯示系統(tǒng)中拉赫不變量限制的新型顯示技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)大視場角的同時(shí)，保證大的eye-box，且光學(xué)系統(tǒng)具有體積小和能量利用率高等特點(diǎn)，在AR智能眼鏡及車載抬頭顯示AR-HUD等方面具有重大的市場應(yīng)用前景。

    瓏璟光電在波導(dǎo)顯示技術(shù)領(lǐng)域深耕長達(dá)八年，實(shí)現(xiàn)了陣列反射光波導(dǎo)、浮雕光柵波導(dǎo)的量產(chǎn)，并且在國內(nèi)率先推出基于LBS的浮雕光柵波導(dǎo)模組，并于近期攻克了大幅面（300mm以上）體全息光波導(dǎo)的自動(dòng)化制造及全彩顯示難題。

▲圖1： 瓏璟光電全息精密光學(xué)實(shí)驗(yàn)室

    體全息光波導(dǎo)具有生產(chǎn)效率高、成本低、能量利用率高和可實(shí)現(xiàn)大幅面AR-HUD顯示的重大潛力。但傳統(tǒng)的體全息光波導(dǎo)制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化制造，并且大幅面體全息波導(dǎo)的制造極具挑戰(zhàn)性。圖1為傳統(tǒng)基于棱鏡耦合的雙光束曝光制作體全息光波導(dǎo)的原理，S光通過棱鏡耦合后進(jìn)入全息感光材料與R光干涉形成體全息光波導(dǎo)。

    該技術(shù)方案存在以下缺點(diǎn)：

    耦合棱鏡和全息干板之間必須填充折射率匹配液，匹配液均勻性、氣泡、灰塵等會(huì)導(dǎo)致光柵局部缺陷；

    大幅面波導(dǎo)制造需要大口徑耦合棱鏡，大口徑耦合棱鏡價(jià)格數(shù)十萬；

    極難進(jìn)行拼接曝光，只能通過大口徑激光光束單次曝光，從而對(duì)激光器功率，激光濾波準(zhǔn)直系統(tǒng)的要求提高，極大的增加了設(shè)備成本；

    不具有可擴(kuò)展性：更大幅面的波導(dǎo)則需要整個(gè)曝光系統(tǒng)的升級(jí)。

▲圖2： 傳統(tǒng)體全息光波導(dǎo)曝光技術(shù)

    瓏璟光電經(jīng)過深入的理論研究，取得了重要突破：提出了一套非全反射條件下等效光柵曝光技術(shù)，徹底擺脫了耦合棱鏡的限制，基于該技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套全自動(dòng)化體全息光波導(dǎo)拼接曝光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了幅面為150mm×300mm的大幅面體全息光波導(dǎo)制造。

    該技術(shù)方案具有以下優(yōu)勢：

    避免耦合棱鏡使用導(dǎo)致的各種實(shí)際加工制造問題，光柵質(zhì)量好；

    降低了對(duì)設(shè)備和光學(xué)系統(tǒng)的要求，從而降低了設(shè)備成本；

    實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)，全自動(dòng)化曝光，生產(chǎn)效率更高；

    具有良好的擴(kuò)展性：更大幅面的波導(dǎo)需求僅需升級(jí)精密二位移動(dòng)臺(tái)即可。

    ▲圖3： (a) 全自動(dòng)化拼接曝光系統(tǒng)   (b)大幅面體全息光波導(dǎo)

▲圖4：光波導(dǎo)及實(shí)際拍攝的顯示效果

    基于非全反射條件下的等效曝光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了基于全息感光膜材的卷對(duì)卷曝光技術(shù)，在一片全息感光膜材上可實(shí)現(xiàn)15片體全息光柵制作，通過后續(xù)自動(dòng)化貼合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)體全息光波導(dǎo)AR鏡片的全自動(dòng)化制造，極大提升生成效率降低成本。視頻為采用該技術(shù)制造的一版體全息光柵。

    另外，瓏璟光電在全彩體全息光波導(dǎo)技術(shù)方面獲得另一重要突破：實(shí)現(xiàn)單波長激光記錄全彩體全息光波導(dǎo)制造技術(shù)。該技術(shù)的成果突破，可使用單個(gè)激光器以及與該波長感光的體全息感光材料，即可用于全彩體全息光波導(dǎo)的制造，從而可降低激光器成本，并且可規(guī)避由于體全息材料感光靈敏度不足，導(dǎo)致彩色體全息光波導(dǎo)無法實(shí)現(xiàn)的困局。 

▲圖5：單波長激光記錄全彩體全息光波導(dǎo)樣品顯示效果

▲圖6：大幅面體全息光波導(dǎo)技術(shù)專利節(jié)選

    瓏璟光電的大幅面體全息光波導(dǎo)技術(shù)擁有完整的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，現(xiàn)已申請(qǐng)了十余件發(fā)明專利，完成了理論研究、方案驗(yàn)證及樣品試制流程，正在積極推進(jìn)產(chǎn)品化落地。瓏璟光電這一重大突破填補(bǔ)了國內(nèi)大幅面體全息光波導(dǎo)技術(shù)研究的空白，對(duì)國內(nèi)AR-HUD光波導(dǎo)方案的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用。

    今年以來，眾多汽車品牌陸續(xù)發(fā)布AR-HUD搭載車型，多個(gè)權(quán)威報(bào)告指出市場也將迎來爆發(fā)，AR-HUD滲透率將不斷提升，市場空間有望在2025年達(dá)到百億級(jí)別。光波導(dǎo)方案的AR-HUD以其小體積的獨(dú)有特性，將成為未來AR-HUD發(fā)展的重點(diǎn)方向，瓏璟光電蓄勢待發(fā)，等待從0到1的市場催化。