Dispelix創始人闡釋，蝕刻光波導比奈米壓印好在哪

作為關鍵AR光學技術之一，光波導模組對於AR眼鏡的輕量化、視場角、清晰度等方面有著重要影響。目前，市面上各類光波導公司掌握不同型別的光波導架構設計，而且製造工藝也各有不同。比如Magic Leap、HoloLens就採用奈米壓印工藝來製造AR光波導。

Dispelix聯合創始人兼CEO Anti Sunnari

近期在AWE 2022期間，芬蘭AR光波導廠商Dispelix聯合創始人兼CEO Anti Sunnari在主題演講中表示市面上的光波導製造工藝通常可分為五大類：

1）奈米壓印（微軟HoloLens、Magic Leap、WaveOptics、Vuzix）；2）直接蝕刻（Dispelix、應用材料）；3）切割、塗層和堆疊（Oorym、Lumus）；4）非接觸式光學複製/鐳射干涉法（DigiLens、ImagineOptix）；5）注塑成型（LetinAR、tooz、Optinvent、愛普生）。

光波導製造工藝5大分類

其中，Dispelix採用蝕刻的方式去製造AR光波導，那麼相比於奈米壓印等技術，蝕刻光波導製造工藝又有哪些優勢呢？

兩種技術路徑

Sunnari指出，Dispelix專注於開發表面浮雕光柵光波導，可搭配折射率2。0的光學晶圓。在演講中，Sunnari展示了兩款光波導AR眼鏡形態。

一種是基於LBS投影的單目AR眼鏡，主要應用場景是顯示文字通知等資訊，輔助日常生活和工作。這種設計的特點是，一邊鏡腿整合電池和計算單元，另一邊鏡腿則整合LBS光學引擎。

另一種形態為雙目AR眼鏡，其特點是將光波導與LCoS、DLP、microLED等光源結合，可顯示更復雜的AR影象。

據瞭解，Dispelix將主要為AR眼鏡設計提供光波導模組，而透過與其他微顯示廠商合作，便可以將其光波導結合不同型別的光學引擎。比如近期，Dispelix就與Avegant（LCoS）、JBD（microLED）、TriLite（LBS）、Mega1（LBS）等公司達成了合作。

除此之外，這次演講的主題主要包括Dispelix如何利用軟體來模擬和最佳化單層光波導結構，以及與傳統光波導製造工藝有哪些不同。

Sunnari表示：奈米壓印和直接蝕刻是製造表面浮雕光柵光波導的兩種方式。而表面浮雕光柵光波導製造的關鍵步驟，是向玻璃材質轉移圖案。這項工藝主要需要三大元素：玻璃材質的晶圓、在玻璃晶圓上形成奈米結構（前端工藝）、在單片光波導上疊加額外塗層（後端工藝）。

Sunnari認為，前端工藝採用奈米壓印技術是光波導廠商常用的工藝，材料供應商很多，但這種工藝過於簡單。簡單來講，奈米壓印技術

就在

玻璃晶圓上疊加樹脂塗層，然後在塗層上進行奈米壓印，再然後使用紫外光固化。

奈米壓印與蝕刻工藝對比

相比之下，蝕刻工藝建立在奈米壓印基礎上，步驟更加複雜，製造成果更好。比如，蝕刻工藝第一步是在晶圓上疊加無機塗層，然後再疊加樹脂塗層。Sunnari表示：在轉移圖案步驟，可使用奈米壓印技術，或是遠紫外線、Talbot光刻技術。在圖案轉移完成後，再進一步蝕刻光波導的表面結構，然後分離樹脂層。

直接蝕刻工藝優勢

Sunnari表示：首先，這種工藝很可靠，製造出的光波導更容易透過溫度、紫外線、溼度和防摔等測試，以達到智慧手機級的材料安全水平。

透過溫度測試對於光波導來講很重要，如果未來人們全天候佩戴AR眼鏡，那麼光波導在長時間執行時應該保證不受散熱影響，而產生變形。據Dispelix測試顯示，利用蝕刻工藝開發的光波導可在240小時內，持續承受85到零下40攝氏度的溫度。這意味著，在

冬天

低溫中也能穩定執行。

另一方面，選擇蝕刻工藝是因為

視場

角可以更大。Sunnari表示：光波導的最大FOV由光波導架構和折射率來決定，折射率越大，FOV的上限就越大。實際上，奈米壓印光波導的最大FOV由樹脂塗層的折射率來決定，而蝕刻工藝則由玻璃晶圓的折射率來決定，因此採用更大折射率的玻璃材質（折射率可提升至2。7），便可進一步提升視場角。

比如，折射率2。0的光波導+RGB光源可實現40°對角線視場角，如果採用單色光源，則可實現70°對角線視場角。而折射率1。8的樹脂塗層，通常只能實現30°對角線視場角。

此外，蝕刻工藝也可以像奈米壓印那樣製造多種結構，包括2D結構、孔柱結構、二元結構等等。

產量方面，蝕刻工藝相容現有的半導體制造技術。相比之下，奈米壓印的錯誤率更高，如果在壓印過程中出現1微米粒子，則可能出現10微米誤差，另外在壓印分離過程也可能產生失誤。

蝕刻工藝可採用深紫外光等非接觸式技術，而且粒子造成的誤差更小，技術更加成熟，製造過程中也可以採用奈米壓印來轉移圖案。Sunnari表示：智慧手機、平板電腦的半導體晶片就是使用蝕刻類工藝來製造的。

另外，蝕刻工藝也具有光柵響應速度優勢，在顯示大視場角影象時，樹脂塗層的光柵響應速度會限制影象一致性和光學效率。

同時，蝕刻工藝的設計自由度更高，這意味著光波導效能可以進一步提升。蝕刻工藝可以在晶圓上疊加多種塗層（多達4層），這為RGB單層光波導設計帶來更多自由。參考：AWE