XR終端產品的產業化，依賴其技術體系的成熟，包括其中的製造技術——奈米壓印。奈米壓印工藝在衍射光波導、Tof感測器、OLED/Micro-led的生產製造中都發揮著至關重要的作用。
XR的時代已然來臨
科技改變生活！如果說21世紀前20年，改變人類生活的最重要的科技產品是智慧手機，那麼展望未來，有什麼產品會像智慧手機一樣改變人類生活？我想是XR（VR/AR/MR）。
2020年，以Facebook Quest 2 與微軟HoloLens 2為代表的新一代高效能虛擬現實終端推動了全球VR大眾消費市場和AR商用市場的進一步發展，很大程度上改變了人們的生活和工作方式，同時讓市場看到了虛擬現實切實的技術價值和清晰的市場潛力。
2021年，VR／AR領域令人期待的訊息不斷，谷歌、蘋果、騰訊、華為等科技巨頭紛紛出臺大動作，整個市場呈現欣欣向榮之態。Facebook扎克伯格預測，XR市場爆發的奇點就在2021年！
XR技術成熟之路
我們知道，終端產品的產業化，依賴其技術體系的成熟。VR／AR產業的成熟，也是各相關技術成熟的結果，包括5G、近眼顯示、感知互動……
▲圖：虛擬現實關鍵技術體系（2020） （來源：中國信通院）
▲圖：虛擬現實技術成熟度曲線（2020）（來源：中國信通院）
落到生產環節，VR/AR終端的製造工藝也是產業成熟的關鍵。製造工藝直接影響著良率與成本。
以下圖的雙目AR眼鏡為例，AR眼鏡的結構由輸入、輸出、“計算/儲存/通訊”和電源共四部分構成，其中光學輸出部分由光波導和微投影裝置構成。AR的核心是光學輸出和感知系統，而光學輸出部分的透鏡技術是高階 AR 裝置中最昂貴的部件之一。光學透鏡的技術方案和製造工藝是目前AR終端製造最核心的問題之一。
▲圖：雙目AR 眼鏡部件 （來源：Strategy Analytics）
AR眼鏡光學主流技術方案
目前比較成熟的AR技術主要分為稜鏡方案、birdbath方案、自由曲面方案、離軸全息透鏡方案和波導方案，前三種方案體積較大，限制了其在智慧穿戴方面，即增強現實眼鏡方面的應用。全息透鏡方案使用全息片獨一無二的光學特性，具有大FOV和小體積的優勢，但是受限於眼動範圍比較小。
波導是目前最佳的AR眼鏡方案。波導方案又分為幾何波導方案、浮雕光柵波導方案和全息體波導方案。幾何波導方案中一般包括鋸齒結構波導和偏振薄膜陣列反射鏡波導（簡稱偏振陣列波導）。其中主流的偏振陣列波導是使用陣列的部分透射部分反射薄膜鏡來達到虛擬資訊的顯示的目的，偏振陣列波導方案具有輕薄、眼動範圍大且色彩均勻的優勢。
目前，衍射光波導根據光耦合器的差異可分為利用奈米壓印技術製造的表面浮雕光柵波導（Surface Relief Grating,SRG）和基於全息干涉技術製造的全息體光柵波導（Volumetric HolographicGrating,VHG）。其中，微軟、Magic Leap 等多家AR明星企業的規模量產證明了SRG這一技術路線在經濟成本上的可行性。全息體光柵由於受到可利用材料的限制，致使其在視場角、光效率、清晰度等方面尚未達到表面浮雕光柵的水平，但因其在量產經濟性等方面的發展潛力，業界對此方向的探索未曾停歇。
▲圖：虛擬現實近眼顯示部分代表技術路線（來源：中國信通院《虛擬（增強）現實白皮書2021》）
案例一：歌爾股份
歌爾股份有限公司（簡稱：歌爾股份）是虛擬現實硬體領導廠商，具備成熟的VR光學元件、AR光機系統和智慧硬體設計製造能力，高階VR頭顯全球出貨量位居前列。目前，歌爾股份已具備基於表面浮雕光柵波導AR 鏡片從奈米壓印到模組裝配全工藝流程量產製造服務能力。
下圖擷取自歌爾股份有限公司位於濰坊市的“輕型高階 VR/AR 眼鏡關鍵技術研發及產業化專案”的環評報告，可以瞭解到奈米壓印技術在VR/AR製造中的應用。
▲圖：歌爾股份輕型高階 VR/AR 眼鏡關鍵技術研發及產業化專案採購裝置
案例二：瓏璟光電
深圳瓏璟光電科技有限公司（簡稱：瓏璟光電）成立於 2014 年，是一家集技術研發和專業化生產於一體的高科技光電技術公司，是國內率先實現陣列光波導量產、 批量出貨，且同時積極佈局光柵波導研發和生產的虛擬顯示模組供應商。
2021年6月，瓏璟光電釋出衍射光波導，產品型號名為LCE2104H。這是繼今年年初推出視場角40度光柵波導樣品並宣告其光柵波導產品進入產品迭代設計以及量產化準備階段之後的第一款量產產品。（新聞連結：瓏璟光電正式釋出衍射光波導模組https://www.lochn.com/article/282/16.html）
▲圖：瓏璟光電浮雕光柵波導產線的奈米壓印裝置（來源：瓏璟光電官網）
據瓏璟光電介紹，其基於購置的奈米壓印相關裝置和自己搭建的工藝表面處理裝置，經過多輪的工藝摸索，已經獨立走通了整個的奈米壓印工藝流程。除了上述案例外，國內企業如水晶光電、華天慧創、鯤遊光電等均有采用奈米壓印工藝。
目前，全球主要奈米壓印方案提供商有20多家，市場份額集中度相當高。在AR光學制造領域，國外奈米壓印裝置企業如EVG、SUSS、NILT佔據主要份額，國內企業如天仁微納、光舵微納、璞璘科技、埃眸科技將AR領域作為奈米壓印應用的突破方向，在這一領域的應用逐漸成熟。隨著奈米壓印技術在各領域的應用推廣，總市場規模將迅速擴大，市場格局也將隨之改變。另外，前文提到的AR眼鏡的核心器件——Tof感測器、OLED/Micro-led的生產中，目前都已匯入奈米壓印工藝。由深圳市微納製造產業促進會出品的《微納製造技術（專利）產業化分析報告——奈米壓印》對奈米壓印技術的應用領域和市場潛力作了詳盡的調研分析。奈米壓印作為一項微納加工技術，早在2003年就被納入國際半導體藍圖(ITRS)。從1995年發明至今，經過不斷的改進和技術突破，奈米壓印技術已經被應用到LED、螢幕顯示、感測器、DNA測序等領域。奈米壓印與AR的結合可以說是相輔相成，AR因為奈米壓印工藝的匯入而降本增效，而奈米壓印技術因為AR帶來的市場需求得以完善發展。
StrategyAnalytics釋出的資料顯示，2020年專用AR頭顯市場的全球出貨量不到11.5萬臺，總收入為1.66億美元。81%的頭顯出貨量是面向企業的。預計到2026年，消費級AR頭顯的全球出貨量將超過5300萬臺，總收入將超過300億美元。
來源：Strategy Analytics《專用AR頭顯預測》
我們預計未來5年，奈米壓印裝置在AR市場的應用也將迎來爆發式增長。
來源：深圳市微納製造產業促進會研究部
延伸閱讀：
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2.「連結」
