瓏璟光電取得體全息波導自動化曝光及全彩顯示重大技術突破

    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)的痛點所在。眾多HUD廠商正在嘗試一些新的技術路線，光波導憑借其平板光波導超薄的結構和二維擴瞳能力極大減小對光機體積的需求，是未來HUD發(fā)展的重要方向。

    光波導顯示技術是一種可打破傳統(tǒng)光學顯示系統(tǒng)中拉赫不變量限制的新型顯示技術，能夠實現(xiàn)大視場角的同時，保證大的eye-box，且光學系統(tǒng)具有體積小和能量利用率高等特點，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用前景。

    瓏璟光電在波導顯示技術領域深耕長達八年，實現(xiàn)了陣列反射光波導、浮雕光柵波導的量產(chǎn)，并且在國內(nèi)率先推出基于LBS的浮雕光柵波導模組，并于近期攻克了大幅面（300mm以上）體全息光波導的自動化制造及全彩顯示難題。

▲圖1： 瓏璟光電全息精密光學實驗室

    體全息光波導具有生產(chǎn)效率高、成本低、能量利用率高和可實現(xiàn)大幅面AR-HUD顯示的重大潛力。但傳統(tǒng)的體全息光波導制造技術無法實現(xiàn)自動化制造，并且大幅面體全息波導的制造極具挑戰(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的原理，S光通過棱鏡耦合后進入全息感光材料與R光干涉形成體全息光波導。

    該技術方案存在以下缺點：

    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、灰塵等會導致光柵局部缺陷；

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

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

    不具有可擴展性：更大幅面的波導則需要整個曝光系統(tǒng)的升級。

▲圖2： 傳統(tǒng)體全息光波導曝光技術

    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，徹底擺脫了耦合棱鏡的限制，基于該技術設計并實現(xiàn)了一套全自動化體全息光波導拼接曝光技術，實現(xiàn)了幅面為150mm×300mm的大幅面體全息光波導制造。

    該技術方案具有以下優(yōu)勢：

    避免耦合棱鏡使用導致的各種實際加工制造問題，光柵質量好；

    降低了對設備和光學系統(tǒng)的要求，從而降低了設備成本；

    實現(xiàn)一鍵啟動，全自動化曝光，生產(chǎn)效率更高；

    具有良好的擴展性：更大幅面的波導需求僅需升級精密二位移動臺即可。

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

▲圖4：光波導及實際拍攝的顯示效果

    基于非全反射條件下的等效曝光技術，實現(xiàn)了基于全息感光膜材的卷對卷曝光技術，在一片全息感光膜材上可實現(xiàn)15片體全息光柵制作，通過后續(xù)自動化貼合技術可實現(xiàn)體全息光波導AR鏡片的全自動化制造，極大提升生成效率降低成本。視頻為采用該技術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技術方面獲得另一重要突破：實現(xiàn)單波長激光記錄全彩體全息光波導制造技術。該技術的成果突破，可使用單個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，導致彩色體全息光波導無法實現(xiàn)的困局。 

▲圖5：單波長激光記錄全彩體全息光波導樣品顯示效果

▲圖6：大幅面體全息光波導技術專利節(jié)選

    瓏璟光電的大幅面體全息光波導技術擁有完整的知識產(chǎn)權，現(xiàn)已申請了十余件發(fā)明專利，完成了理論研究、方案驗證及樣品試制流程，正在積極推進產(chǎn)品化落地。瓏璟光電這一重大突破填補了國內(nèi)大幅面體全息光波導技術研究的空白，對國內(nèi)AR-HUD光波導方案的發(fā)展有著巨大的推動作用。

    今年以來，眾多汽車品牌陸續(xù)發(fā)布AR-HUD搭載車型，多個權威報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年達到百億級別。光波導方案的AR-HUD以其小體積的獨有特性，將成為未來AR-HUD發(fā)展的重點方向，瓏璟光電蓄勢待發(fā)，等待從0到1的市場催化。