AR光波導量產難如上天？這家中國創企做了四年終成功 ｜ 獨家揭秘

「終於成功了！」瓏璟光電CEO馬國斌盯著手中的一塊玻璃片，在內心發出了一聲感嘆。仔細看，玻璃的正中隱約有五塊並排的矩形結構，宛若屏風一樣。

這塊小小的玻璃，就是光波導鏡片，也是人們心目中未來AR的顯示方案。從2015年10月開始設計鍍膜陣列光波導光學，到今年11月量產成功，老馬說，這中間走過了太多太多的坎。

2017年11月首批次產的半成品

AR，全稱AugmentedReality，中文常譯為增強現實，指把虛擬影象和真實世界相結合，讓使用者可以和現實中完全不存在的虛擬物體打交道。去年7月大火的《Pokemon Go》就是一例。蘋果也在9月份釋出了首款支援AR的iPhone。

但是，無論是蘋果還是谷歌，他們主打的AR應用場景還都停留在手機——一隻手拿著手機或平板，透過手機的螢幕來觀察加入了虛擬影象的現實世界。這種略顯蛋疼的方式，顯然不是人們所追求的。大家心目中的理想形態，是眼鏡：

「所謂的AR眼鏡，一個重要的意義是解放雙手，提高個體生產生活效率。這是一個全新的工具，一個完全不同於手機的個人資訊終端」馬國斌稱。

微軟率先在2015年推出AR智慧頭顯HoloLens，把顯示和處理單元都整合在了一款頭箍式的裝置。國內幾乎所有在做AR眼鏡的公司，採用的都是更為落後的光學方案——如類似2013年穀歌眼鏡的半透半反稜鏡方案，或自由曲面稜鏡。

瓏璟光電第一代AR稜鏡顯示模組

但這些方案的光學原理決定了其體積方面的先天不足：半透半反稜鏡的普遍厚度在7-12毫米之間，視場角也極小——人們戴上眼鏡後，往往只能看到一個極為袖珍的影象；而它的「進化版」自由曲面稜鏡，相對容易量產，視場角也大，只是體積方面仍然難以縮減，透過性也一般，不太容易產生好的AR透視視覺效果。

與別人不同的是，「從瓏璟光電成立之初，我就知道要做光波導模組」，馬國斌說。他曾參與建立國內迄今唯一量產LCoS微顯示屏的公司長江力偉，一手搭起了公司的LCOS產線和供應鏈體系，出來後成立了瓏璟光電。

他從2013年就認準了光波導方案。當時雖然谷歌眼鏡的稜鏡方案已經算比較先進，但老馬透過親身走訪、查閱大量資料，最終認定，光波導才是未來。

原因很簡單——目前只有它，才能實現真正類似普通眼鏡片那樣薄厚、輕量的AR顯示方案，而無需一個厚厚的稜鏡橫在人的眼前。

光波導方案

光波導聽上去玄乎，但實際上指的就是引導光線在其中傳播的介質裝置。最重要的是，這種方案的鏡片厚度通常不高於2毫米，薄與輕的先天特性，註定了光波導受到國內與全球的各大消費電子廠商的矚目，很多都在跟蹤光波導顯示技術的發展，很多甚至直接參與早期研發。

這其中，當屬以色列公司Lumus的鍍膜陣列光波導為主要代表，這家公司幾乎是AR顯示方面的大明星。去年短短一年內，先後獲得阿里巴巴、盛大、水晶光電、HTC等知名企業的投資。另一家代表公司是微軟，他們推出用全息光柵光波導的HoloLens眼鏡。

但即便如此，Lumus的鏡片由於良品率的問題，價格偏貴，大概在1100美元左右（約合人民幣7590元）。這是由於波導鏡片的量產難度極高，因此產量和良率非常關鍵。玻璃冷加工工藝、鍍膜的膜系設計，幾十層奈米級膜厚的精確控制，層疊斜面稜鏡的精確貼合，對平行度的極高要求，都制約著它的產能。

有巨頭加持的國際知名公司尚且存在問題，只是創業公司的瓏璟光電如何能做到？在供應鏈領域沉浮了十幾年，也做了十來年生產工藝的老馬卻有信心：「只要AR光波導光學系統設計思路沒有問題，具體的生產工藝和材料選擇，依託國內供應鏈和裝置完全可以完成。事實上，Lumus也是在國內完成的絕大部分工藝。」

國內專注AR摩托車頭盔的公司REVDO CEO張璁也告訴青亭網，光波導的關鍵就在能否量產，而量產最重要的就是波導鏡片的生產，是所有生產工藝的核心。

過程檢查-保證工藝與設計的一致性

2016年3月，老馬的團隊完成第一版的設計，開始與供應鏈溝通生產。「有兩個問題必須解決：一個是膜系的設計與鍍膜，每個面是好幾十層鍍膜；二是連續五個貼合面（就是波導鏡片中宛若屏風的結構）必須平行貼合，相互平行度要求極高。」

還好憑著多年供應鏈的關係，他們找到了國內一個細分行業龍頭企業，願意和他們合作，闢出產線給鏡片進行加工。從此，開始了他口中所謂「波導鏡片的生產填坑之旅」。

由於光學設計與製造工藝都是全新的，這相當於摸著石頭過河。果不其然，一上來就給了老馬等人一個下馬威。本來在實驗室裡自認為完美的設計，一跟產線討論就發現了問題：理論設計所用的玻璃材料折射率過高，會對鍍膜產生巨大的影響，需要更改材料。

一邊改材料、一邊重新討論設計，時間很快過去，等正式上線開始做樣品，已經是3個月之後的6月初了。終於，8月份，第一批波導樣品正式出來了。

2016年8月的第一次樣品

但結果並不理想——如上圖，這次樣品，可以說是「全軍覆沒」。

「鍍膜之後各稜鏡貼合不牢，完全沒有膠合。之後表面拋光的時候，稜鏡散開分離不成片狀，拋光即散，一片能用的都沒有。」

第一個半年的成果，就這麼打了水漂。

雙拋作業-鏡片的兩個面均需拋光

好在馬國斌的決心沒有受到太大影響，團隊趕忙開始分析問題出在哪裡。發現波導基材的折射率對紫外光固化膠（UV膠）造成了影響，特定波長的紫外光幾乎完全無法穿透玻璃，導致UV膠固化不完全，膠合不牢固。看來，問題出在膠水上。

但是，找遍了全球各大膠水廠商，都沒有合適的。老馬咬咬牙，找廠商花了1個多月定製了一款膠水，完成了首批樣品的試製。在新的最佳化設計中，又對波導片的玻璃基材進行了更改，使之適應原廠商可穩定供貨的UV固化膠，完成固化膠水的選型。

UV固化

瓏璟光電公司地址在深圳，離著給自己加工的工廠十萬八千里，為了即時掌握工藝與設計之間的差異，隨時監測樣品狀態以調整設計或工藝，老馬他們乾脆在工廠旁邊的酒店長租了兩間房，往往一住就是一兩個月。

馬國斌回憶，那個時候他們天天跟一線工程師一起上下班，「結下了深深的戰鬥情誼」，2016年中秋、國慶，連著兩個團圓節，老馬都沒有回家。中秋節當晚，工廠負責人提著一盒月餅、抱著一瓶紅酒造訪，兩個人點了一桌子菜，喝得酩酊大醉。

先進的鍍膜裝置

不過，雖然貼合強度問題算是解決了， 五個斜平行面的貼合卻精度不高。他們發現，傳統的貼合方式很難保證連續幾個小斜面的高精度貼合。於是雙方成立了一個十來人的專案組，設計了一套新的貼合工藝。「充分利用現有裝置，在工藝上又有創新，保證了生產效率和貼合質量。在最近的小批次生產中測試，貼合平行度滿足設計要求。」

這一步的完成，在老馬看來影響至關重大：「不僅保證了後期穩定量產，而且使波導模組的成本得到了極大的控制，預期價格是海外競品的三分之一，為後續的商業化打下非常好的基礎。」

點亮模組2016年12月

2016年11月，瓏璟光電終於把光波導「點亮」——這是個行話，在AR模組圈的意思就是模組通電後，能夠顯示影象了。

然而第一次點亮的模組還是有不少顯示問題，於是圍繞著這一點，2017年老馬等人一直在做設計最佳化和工藝改進。

時間過去剛好一年，光波導模組終於實現了量產。

第一次成型的波導鏡片樣品 2016年11月

目前，瓏璟光電AR光波導模組的視場角達到26度，解析度1280x720，厚度2。0毫米，還有40度、1920x1080的第二代在打樣中。首批產品已在軍品、警用裝置、運動、物流等行業展開應用。

從正式想做波導，到終於量產成功，馬國斌經歷了將近4年的時間。他自詡方向看得準，因此「迷茫沒有，但壓力很大」——這壓力有來自時間，也有來自資金層面。

還好，最艱難的時刻，公司接受了來自水木資本的數百萬元人民幣天使輪投資，此前，公司還曾經接受私人種子輪投資100萬元。而老馬本人也往已經自掏腰包，往裡填了200萬元以上了。「外部資金不僅是資金的支援，也是對我們努力工作的認同，是精神上的支援。」

回過頭放眼國內，AR光學模組仍然屬於非常初期的階段，大量的AR眼鏡仍然使用的是谷歌稜鏡的單、雙目方案，自由曲面方案受到供應鏈條件的制約，往往停留在「只有設計，無法量產」的窘境，至於光波導模組，那就更加「可望不可及」了。目前除了瓏璟光電外，只有一到兩家在做這方面的樣片，量產能力還不明朗。

現在，老馬暫時算是鬆了一口氣，但馬上又有新的挑戰接踵而來。他已開始著手在深圳新建一個實驗室，專門用於光學模組的測試和組裝。預計每個月能實現五千到一萬片光學模組的產能，利潤率達到約50%，良品率在60%，Lumus也「不過如此」。

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