珑璟光电取得体全息波导自动化曝光及全彩显示重大技术突破

    AR-HUD是目前汽车行业的热门产品，但现有的基于自由曲面反射镜组的AR-HUD显示系统，安装体积过大、成本过高是行业的痛点所在。众多HUD厂商正在尝试一些新的技术路线，光波导凭借其平板光波导超薄的结构和二维扩瞳能力极大减小对光机体积的需求，是未来HUD发展的重要方向。

    光波导显示技术是一种可打破传统光学显示系统中拉赫不变量限制的新型显示技术，能够实现大视场角的同时，保证大的eye-box，且光学系统具有体积小和能量利用率高等特点，在AR智能眼镜及车载抬头显示AR-HUD等方面具有重大的市场应用前景。

    珑璟光电在波导显示技术领域深耕长达八年，实现了阵列反射光波导、浮雕光栅波导的量产，并且在国内率先推出基于LBS的浮雕光栅波导模组，并于近期攻克了大幅面（300mm以上）体全息光波导的自动化制造及全彩显示难题。

▲图1： 珑璟光电全息精密光学实验室

    体全息光波导具有生产效率高、成本低、能量利用率高和可实现大幅面AR-HUD显示的重大潜力。但传统的体全息光波导制造技术无法实现自动化制造，并且大幅面体全息波导的制造极具挑战性。图1为传统基于棱镜耦合的双光束曝光制作体全息光波导的原理，S光通过棱镜耦合后进入全息感光材料与R光干涉形成体全息光波导。

    该技术方案存在以下缺点：

    耦合棱镜和全息干板之间必须填充折射率匹配液，匹配液均匀性、气泡、灰尘等会导致光栅局部缺陷；

    大幅面波导制造需要大口径耦合棱镜，大口径耦合棱镜价格数十万；

    极难进行拼接曝光，只能通过大口径激光光束单次曝光，从而对激光器功率，激光滤波准直系统的要求提高，极大的增加了设备成本；

    不具有可扩展性：更大幅面的波导则需要整个曝光系统的升级。

▲图2： 传统体全息光波导曝光技术

    珑璟光电经过深入的理论研究，取得了重要突破：提出了一套非全反射条件下等效光栅曝光技术，彻底摆脱了耦合棱镜的限制，基于该技术设计并实现了一套全自动化体全息光波导拼接曝光技术，实现了幅面为150mm×300mm的大幅面体全息光波导制造。

    该技术方案具有以下优势：

    避免耦合棱镜使用导致的各种实际加工制造问题，光栅质量好；

    降低了对设备和光学系统的要求，从而降低了设备成本；

    实现一键启动，全自动化曝光，生产效率更高；

    具有良好的扩展性：更大幅面的波导需求仅需升级精密二位移动台即可。

    ▲图3： (a) 全自动化拼接曝光系统   (b)大幅面体全息光波导

▲图4：光波导及实际拍摄的显示效果

    基于非全反射条件下的等效曝光技术，实现了基于全息感光膜材的卷对卷曝光技术，在一片全息感光膜材上可实现15片体全息光栅制作，通过后续自动化贴合技术可实现体全息光波导AR镜片的全自动化制造，极大提升生成效率降低成本。视频为采用该技术制造的一版体全息光栅。

    另外，珑璟光电在全彩体全息光波导技术方面获得另一重要突破：实现单波长激光记录全彩体全息光波导制造技术。该技术的成果突破，可使用单个激光器以及与该波长感光的体全息感光材料，即可用于全彩体全息光波导的制造，从而可降低激光器成本，并且可规避由于体全息材料感光灵敏度不足，导致彩色体全息光波导无法实现的困局。 

▲图5：单波长激光记录全彩体全息光波导样品显示效果

▲图6：大幅面体全息光波导技术专利节选

    珑璟光电的大幅面体全息光波导技术拥有完整的知识产权，现已申请了十余件发明专利，完成了理论研究、方案验证及样品试制流程，正在积极推进产品化落地。珑璟光电这一重大突破填补了国内大幅面体全息光波导技术研究的空白，对国内AR-HUD光波导方案的发展有着巨大的推动作用。

    今年以来，众多汽车品牌陆续发布AR-HUD搭载车型，多个权威报告指出市场也将迎来爆发，AR-HUD渗透率将不断提升，市场空间有望在2025年达到百亿级别。光波导方案的AR-HUD以其小体积的独有特性，将成为未来AR-HUD发展的重点方向，珑璟光电蓄势待发，等待从0到1的市场催化。