VR陀螺 昨天
消费级AR量产关键突破,鲲游光电解密SRG衍射光波导
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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,鲲游光电高级研发总监楼歆晔为与会来宾奉上了《打通消费级AR最后一英里——衍射光波导的全面规模化量产》的主题演讲。

以下为演讲实录(内容略有删减调整):

各位行业同仁大家下午好,我是楼歆晔,来自上海鲲游光电。感谢 VR 陀螺和中国光博会的邀请,有机会在这里和大家做一汇报和分享,主题是:打通消费级 AR 最后一英里——衍射光波导的全面规模化量产。

刚才广纳四维史博和 JBD 徐博,都提到了人工智能的大背景,人工智能是人类历史上第四次的里程碑式的科技革命,正在驱动人类社会进入智能时代。

在 AI 特别是大模型蓬勃发展的当下,数据量呈爆发式增长,对数据的采集、传输和显示,都提出了前所未有的高要求,对算力的需求更是无止境。在此背景下,鲲游光电正在以晶圆级光学技术为核心,通过光纤光学、微纳光学和 AR 光波导,全面支持 AI 所需的光传输、光传感和光显示,同时布局未来的超表面和光学集成电路。

有了 AI 的助力,消费级 AR 进入爆发增长阶段。在诸多 AR 光学显示方案中,光波导由于形态与常规眼镜最为接近,被认为是 AR 显示的最终形态。而在多种光波导技术中,SRG 表面浮雕光波导,由于其在性能和量产上的双重优势,被认为是消费级 AR 显示方案的最佳选择。鲲游光电就主要聚焦 SRG 表面浮雕光波导技术。

鲲游自成立近十年以来,始终践行以客户需求为牵引的研发和产品开发策略。这么多年来做了多种不同类型的产品,我们发现唯独 AR 的客户需求很特别,不仅极度多元化,并始终在变化。

2017 年鲲游发布首款全彩光波导时,收到的反馈除了 " 这太酷了 ",别无其他。2019 年,我们联合肖特在 CIOE 发布 " 逍遥 " 系列时,需求很朴实," 性能最关键,越高越好;外观形态至为关键,越好看越好;成本很重要,价格越低越好。" 到 2021 年,客户需求变得更加具体," 光效太重要了,续航就是基础,室外使用是刚需,亮度必须超过 2000 尼特。"" 色彩均匀性很重要,显示体验得对标手机,能看电影刷抖音。"" 波导太重,整机必须控制在 40 克,波导不能超过 4 克。"" 我们是 To C 的,我们的波导目标是一定要做的便宜。" 而最近几年,由于波导的性能有了长足的进步,客户诉求进一步多元化,并开始触及消费级 AR 的核心,举几个例子," 可靠性是基础,整机跌落必须通过 FDA 标准。"" 彩虹纹必须得优化,否则太影响用户体验了。"" 前向漏光不理想,隐私泄露了。"" 你们怎么看树脂和玻璃波导的对比?"" 我们希望光栅不可见,让大家感受不到 AR 的存在。"" 近视人群是 AR 最适合的客户群体,所以 AR 眼镜必须要和近视镜无缝融合。"" 刻蚀波导的光学效果不错,是不是比压印的贵不少?"

然而最让我们兴奋的是,最近越来越多的客户问:在 AI 加持下,AR 的 "iphone 时刻 " 已经到来,你们的波导量产准备好了吗?

我们来总结一下客户提的这些诉求,总的来说,客户希望 AR 显示可以有媲美传统显示的光学性能,正常眼镜的外观,可自由地和近视镜片、光机和模组搭配,有各式高端的材料和成熟的工艺路线可做选择。就这些要求是不是听起来已经极富挑战,关键是最后还要再加一条,必须可量产价格低。

一年前,同样在 VR 陀螺论坛,鲲游提出了两个重要概念,也是我们近十年来研发制造 AR 光波导的心得:第一,AR 光波导没有满血的 " 六边形战士 ",只有 " 全局优化 " 寻求最优解。第二,AR 光波导厂商服务客户的最佳策略是提供 " 自助餐式的解决方案 ",以客户为中心,以客户需求为导向。

在刚才讲到的客户极为复杂的全面诉求中,提到了一些核心点,而这些核心点往往是行业的痛点,也是最难啃的骨头。这些行业痛点包括:效率、均匀性、彩虹效应、前向漏光、外观、材料及重量、近视解决方案、量产能力及产能。鲲游始终专注于解决这些痛点,丰富   " 自助餐 " 中的 " 配方 ",提升全局最优解。接下来我会从外观、材料与重量,以及量产能力三个方面,来汇报鲲游的最新进展。

第一,针对市场日益重视的波导外观需求,鲲游 " 天工 " 系列设计工艺包已全面推向量产。" 天工 " 系列包括 " 天工隐 "、" 天工透 "、" 天工晶 " 三个子序列:

" 天工隐 " 通过衍射光波导光栅设计和工艺的全局优化,实现超低区域间色差,达到光栅隐形效果;

" 天工透 " 通过超低减反膜与衍射波导各区域的完美融合,实现超高透过率,提供纯净真实的视觉体验;

" 天工晶 " 通过衍射波导与盖板或近视镜片的无缝贴合工艺,实现美学、坚韧与通透的终极平衡,重构视觉边界。

通过 " 天工隐 " 技术,鲲游已将透过色差∆ u'v' 做到 0.002 以下,真正实现了无感的镜片外观。我们把波导样品带来了光博会,欢迎大家来鲲游展台参观体验。

通过 " 天工透 " 技术,我们将 0 度方向的透过率提升至 99.3%,60 度方向上的透过率提升至 90.2%,给用户还原裸眼般的清晰视界。

" 天工晶 " 技术采用波导和保护层的无缝贴合工艺,成功地将 1.27 米的抗冲击藏进了 0.6 毫米和 3.5 克的轻盈里。与此同时,该技术使波导全区域的透过率均高达 96% 以上,相信戴上的那一刻,你会忘记它的存在,只记住了视界的清晰。

各位近期应该都关注到了大火的 Rokid Glasses,鲲游通过与 Rokid 光学团队的联合研发,将 " 天工 " 技术与其定制需求结合,成功运用至 Rokid Glasses 最新版本,上演 " 光栅隐身术 "。联合团队在极致用户体验的驱动下,实现了镜片无感的日常外观、业界标杆级的光学性能与精密可控的制造成本。突破外观、性能与成本三者难以全得的行业难题,为行业提供了破解 " 不可能三角 " 的系统性解法。

第二,在材料体系方面,面对用户多元化的波导需求,鲲游通过持续丰富材料体系,用多元化的材料,全面覆盖光波导产品的关键维度。

对于极致轻、高可靠性和高性价比的树脂基底,鲲游已实现零色差的高清全彩轻体验。对于一直以来的量产难题,我们有信心实现高良率、低成本制造,无惧量产。

鲲游材料选择里还包括低密度玻璃,与传统密度玻璃相比可直接减重 1/ 3。通过工艺开发,克服了低密度玻璃的缺陷,得到可与常规密度玻璃相媲美的光学性能。

材料选择里也涵盖了晶体类材料——碳化硅。我们正在持续推进碳化硅高端刻蚀工艺 PDK 的开发,以期在近期实现 50 ° 以上大视场角、高清、高亮、色彩均匀、无彩虹、低漏光的全彩沉浸式波导。

面对多元复杂、极富挑战并时刻变化的客户需求,鲲游以完善的晶圆级光学 IDM 闭环,对多维度的需求提供全面有效的支撑。

我们拥有自研仿真优化工具,可以准确、高效地开发高度定制化的设计;可支持玻璃、树脂、碳化硅等多元化的材料体系;自有光刻、刻蚀等核心前道工艺,可自行制作压印母版,同时具备全自动纳米压印、刻蚀及后道量产设备;工艺平台能够支持各种复杂的光栅、各类复杂结构形貌的调制和各式结构镀膜;稳定的微观表征和品控能力及经验,保障工艺的每个环节;我们已完成了千万级晶圆级产品的量产出货,同时通过专利的布局,建立了较完善的自主知识产权体系,为闭环的前、中、后道的开发和拓展,打下坚实基础。

对于波导供应商而言,最令人振奋的客户需求无疑是:"AR 的 iphone 时刻已经到来,你们的量产准备好了吗?" 首先需要阐明,量产并不等于产能,它具有比单一产能更丰富的内涵,和更严格的要求。接下来,我将从四大方面来汇报我们 AR 衍射光波导的量产成熟度。

第一个方面是量产什么?为了给波导设计提供最大的自由度,鲲游从来不满足于量产简单的 PDK,无论是压印还是刻蚀,我们都以量产高端的 PDK 为目标。截至目前,我们在压印母版制作和压印工艺上,已经掌握斜齿、闪耀等非对称齿型,和各类高精度的二维光栅的制造,并能对各类结构形貌进行复杂的调制。刻蚀波导也不再局限于简单的直齿光栅,开始可以驾驭复杂的斜齿和闪耀结构。

第二个方面是极为关键的设计制造偏差,Design to Fab gap(D2F Gap)。D2F Gap 贯穿波导开发从设计工艺到量产的整个环节。一直以来,鲲游以最小化 D2F Gap 为努力方向,为实现光波导开发的有效闭环提供基础。通过模拟 " 真实结构 "、深刻理解各材料的特性、精准表征和数据积累、工艺精调等。截止目前,我们已将单色波导的设计制造偏差稳定控制在效率小于 10%、亮度均匀性小于 15%;全彩波导的设计制造偏差稳定控制在效率小于 10%、均匀性小于 20% 的水平。

第三个方面是量产的一致性和良率。截止今日,鲲游已成功发货 40 多万片衍射光波导,并且对所有出货的光波导性能进行全面持续的多维度追踪。本页的统计数据是以某一个批次共 3000 多片的 " 撄宁 " 全彩刻蚀波导为例,可以看到该全彩刻蚀波导在效率和均匀性上的变异系数分别小于 10% 和 15%,MTF 和对比度的变异系数更是达到 3% 和 5% 以下。

以下数据来自某一单绿波导共 98000 多片的出货性能测试,通过对效率、亮度均匀性和 MTF 这三个光学性能的数据追踪,可以看到各指标持续保持稳定,变异系数小,性能良率达到   98.9%。

最后是量产能力,鲲游已具备完整的生产制造资质,联合上海临港研发制造基地、苏州子公司、香港子公司与欧洲材料研发中心,全面支撑晶圆级光学产品的大规模量产。目前,鲲游压印与刻蚀波导的产能分别达到 2kk pcs/ 年和 300k pcs/ 年,到明年年底刻蚀的产能将提升至 800k pcs/ 年。

作为波导供应商,鲲游十分尊重客户的自主选择,在此前提下寻求最合适的全局最优解。但由于其复杂性,要求每位客户都明智地权衡光波导的各项技术确实存在很大挑战,所以基于多年的实战经验,鲲游准备了六大 " 标准套餐 ",旨在化繁为简,为客户决策助力;六大 " 标准套餐 " 立足差异化定位,可适配不同使用场景:

秋水是单绿极具性价比款,重量极轻,可靠性高。

逍遥是单绿平衡款,主打性能、外观、成本的相平衡。

梦蝶是全彩平衡款,性能、外观成本相平衡。

扶摇是高性能款,主打光学性能出色。

撄宁是刻蚀波导产品,拥有极佳的性能和外观,成熟的工艺路线和多样化的先进材料。

玉璋是鲲游最新的树脂压印波导产品,重量极轻,兼具可靠性高和高性价比。此次光博会我们带来了最新的 " 梦蝶 " 二代,它采用了低密度玻璃,在 25 ° 的视场角范围内实现可 1300 尼特 / 流明的高效率,和不错的颜色均匀性。另外,还带来了 " 撄宁 " 系列以及最新的 " 玉璋 " 系列。" 玉璋 " 系列采用树脂材料,在 20 ° 的视场角上可实现 1600 尼特 / 流明的高效率。欢迎大家来鲲游展台参观体验。

鲲游的各系列产品已助力合作伙伴成功上市了多款重磅产品,在目前市售的衍射光波导产品中,鲲游占据了绝大部分份额。随着消费级市场需求的高速增长,未来会有更多的量产项目相继落地,敬请大家期待。

以上是我汇报的主体内容,欢迎各界朋友、合作伙伴莅临指导!期待与您共创 AR 的规模化时代。

以下是现场观众提问:

问题一:衍射光波导在户外能不能使用?

回答:从技术端的角度来讲,我认为有两个关键点:一是亮度是否足够,因为户外环境光亮度较亮;二是彩虹纹,户外复杂的照明状态下是否会引起无法接受的彩虹。

亮度方面,光波导多年来已经取得长足的进步。刚才我提到的效率指标,例如 1300 尼特 / 流明和 1600 尼特 / 流明," 尼特 / 流明 " 是描述波导效率的指标,配合光机的输出亮度(通常以通量、流明表达),两者相乘即可得到人眼看到的尼特数,也就是图像的亮度。

能否在室外使用,首先取决于人眼看到的图像亮度能否跟环境光亮度相匹配。室外场景通常是几千尼特的亮度,我们的波导已经做到了 1000 尼特 / 流明以上;视场角更小一点的产品,能达到 2000-3000 尼特 / 流明。光机方面,如 Micro-LED 光机有多个流明可选,将两者相乘,能够得到 5000 至 1 万的尼特数,这对大部分户外场景已经足够。与 Micro-LED   相比,LCoS 的通量也可以达到很高,两者可进一步比较功耗问题。

彩虹纹是衍射光波导厂商一直在优化的问题。如果采用很好的材料,例如碳化硅,它具有天然的高折射率,可以认为完全没有彩虹纹的困扰。对于折射率稍低的玻璃和树脂等材料,也可以将彩虹纹优化到可以接受的水平。所以即便是在户外场景,衍射光波导依然是行业公认的最佳方案。

问题二:生产 10 万量级的波导片,纳米压印和刻蚀的成本的差距?

回答:实际上,10 万对于波导来说量不大,属于入门级,我们已做的多个波导项目都已经超越这个量了。而百万属于一个比较常规的量产目标,进行过测算,当然这与波导的设计相关,所以无法给出一个精确的比例,大致的范围在一点几倍到两点几倍区间内,最终取决于设计需求、工艺复杂性等。这里对比的刻蚀工艺更多是以玻璃基为主的波导,还不是碳化硅的材料体系。

如果是 10 万级别的话,由于压印波导已经优化到比较良好的状态,而刻蚀工艺的规模效应还没有释放,因为全彩波导还没实现真正放量,市场还在等待性能更好和成本更低的光机,所以在这个状态下,刻蚀波导仍存在较大的成本优化空间。

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