Dispelix创始人阐释，蚀刻光波导比纳米压印好在哪

Esther | 编辑

作为关键AR光学技术之一，光波导模组对于AR眼镜的轻量化、视场角、清晰度等方面有着重要影响。目前，市面上各类光波导公司掌握不同类型的光波导架构设计，而且制造工艺也各有不同。比如Magic Leap、HoloLens就采用纳米压印工艺来制造AR光波导。

Dispelix联合创始人兼CEO Anti Sunnari

近期在AWE 2022期间，芬兰AR光波导厂商Dispelix联合创始人兼CEO Anti Sunnari在主题演讲中表示市面上的光波导制造工艺通常可分为五大类：

1）纳米压印（微软HoloLens、Magic Leap、WaveOptics、Vuzix）；
2）直接蚀刻（Dispelix、应用材料）；
3）切割、涂层和堆叠（Oorym、Lumus）；
4）非接触式光学复制/激光干涉法（DigiLens、ImagineOptix）；
5）注塑成型（LetinAR、tooz、Optinvent、爱普生）。

光波导制造工艺5大分类

其中，Dispelix采用蚀刻的方式去制造AR光波导，那么相比于纳米压印等技术，蚀刻光波导制造工艺又有哪些优势呢？

两种技术路径

Sunnari指出，Dispelix专注于开发表面浮雕光栅光波导，可搭配折射率2.0的光学晶圆。在演讲中，Sunnari展示了两款光波导AR眼镜形态。

一种是基于LBS投影的单目AR眼镜，主要应用场景是显示文字通知等信息，辅助日常生活和工作。这种设计的特点是，一边镜腿集成电池和计算单元，另一边镜腿则集成LBS光学引擎。

另一种形态为双目AR眼镜，其特点是将光波导与LCoS、DLP、microLED等光源结合，可显示更复杂的AR图像。

据了解，Dispelix将主要为AR眼镜设计提供光波导模组，而通过与其他微显示厂商合作，便可以将其光波导结合不同类型的光学引擎。比如近期，Dispelix就与Avegant（LCoS）、JBD（microLED）、TriLite（LBS）、Mega1（LBS）等公司达成了合作。

除此之外，这次演讲的主题主要包括Dispelix如何利用软件来模拟和优化单层光波导结构，以及与传统光波导制造工艺有哪些不同。

Sunnari表示：纳米压印和直接蚀刻是制造表面浮雕光栅光波导的两种方式。而表面浮雕光栅光波导制造的关键步骤，是向玻璃材质转移图案。这项工艺主要需要三大元素：玻璃材质的晶圆、在玻璃晶圆上形成纳米结构（前端工艺）、在单片光波导上叠加额外涂层（后端工艺）。

Sunnari认为，前端工艺采用纳米压印技术是光波导厂商常用的工艺，材料供应商很多，但这种工艺过于简单。简单来讲，纳米压印技术就在玻璃晶圆上叠加树脂涂层，然后在涂层上进行纳米压印，再然后使用紫外光固化。

纳米压印与蚀刻工艺对比

相比之下，蚀刻工艺建立在纳米压印基础上，步骤更加复杂，制造成果更好。比如，蚀刻工艺第一步是在晶圆上叠加无机涂层，然后再叠加树脂涂层。Sunnari表示：在转移图案步骤，可使用纳米压印技术，或是远紫外线、Talbot光刻技术。在图案转移完成后，再进一步蚀刻光波导的表面结构，然后分离树脂层。

直接蚀刻工艺优势

Sunnari表示：首先，这种工艺很可靠，制造出的光波导更容易通过温度、紫外线、湿度和防摔等测试，以达到智能手机级的材料安全水平。

通过温度测试对于光波导来讲很重要，如果未来人们全天候佩戴AR眼镜，那么光波导在长时间运行时应该保证不受散热影响，而产生变形。据Dispelix测试显示，利用蚀刻工艺开发的光波导可在240小时内，持续承受85到零下40摄氏度的温度。这意味着，在冬天低温中也能稳定运行。

另一方面，选择蚀刻工艺是因为视场角可以更大。Sunnari表示：光波导的最大FOV由光波导架构和折射率来决定，折射率越大，FOV的上限就越大。实际上，纳米压印光波导的最大FOV由树脂涂层的折射率来决定，而蚀刻工艺则由玻璃晶圆的折射率来决定，因此采用更大折射率的玻璃材质（折射率可提升至2.7），便可进一步提升视场角。

比如，折射率2.0的光波导+RGB光源可实现40°对角线视场角，如果采用单色光源，则可实现70°对角线视场角。而折射率1.8的树脂涂层，通常只能实现30°对角线视场角。

此外，蚀刻工艺也可以像纳米压印那样制造多种结构，包括2D结构、孔柱结构、二元结构等等。

产量方面，蚀刻工艺兼容现有的半导体制造技术。相比之下，纳米压印的错误率更高，如果在压印过程中出现1微米粒子，则可能出现10微米误差，另外在压印分离过程也可能产生失误。

蚀刻工艺可采用深紫外光等非接触式技术，而且粒子造成的误差更小，技术更加成熟，制造过程中也可以采用纳米压印来转移图案。Sunnari表示：智能手机、平板电脑的半导体芯片就是使用蚀刻类工艺来制造的。

另外，蚀刻工艺也具有光栅响应速度优势，在显示大视场角图像时，树脂涂层的光栅响应度会限制图像一致性和光学效率。

同时，蚀刻工艺的设计自由度更高，这意味着光波导性能可以进一步提升。蚀刻工艺可以在晶圆上叠加多种涂层（多达4层），这为RGB单层光波导设计带来更多自由。

参考：

https://www.youtube.com/watch?v=Q7ZOqKDzpAw

（ END）

 

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