• 查看作者
  • AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    「终于成功了!」珑璟光电CEO马国斌盯着手中的一块玻璃片,在内心发出了一声感叹。仔细看,玻璃的正中隐约有五块并排的矩形结构,宛若屏风一样。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    这块小小的玻璃,就是光波导镜片,也是人们心目中未来AR的显示方案。从2015年10月开始设计镀膜阵列光波导光学,到今年11月量产成功,老马说,这中间走过了太多太多的坎。

     AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    2017年11月首批量产的半成品

     AR,全称AugmentedReality,中文常译为增强现实,指把虚拟图像和真实世界相结合,让用户可以和现实中完全不存在的虚拟物体打交道。去年7月大火的《Pokemon GO》就是一例。苹果也在9月份发布了首款支持AR的iPhone。

    但是,无论是苹果还是谷歌,他们主打的AR应用场景还都停留在手机——一只手拿着手机或平板,通过手机的屏幕来观察加入了虚拟图像的现实世界。这种略显蛋疼的方式,显然不是人们所追求的。大家心目中的理想形态,是眼镜:

    「所谓的AR眼镜,一个重要的意义是解放双手,提高个体生产生活效率。这是一个全新的工具,一个完全不同于手机的个人信息终端」马国斌称。

    微软率先在2015年推出AR智能头显HoloLens,把显示和处理单元都集成在了一款头箍式的设备。国内几乎所有在做AR眼镜的公司,采用的都是更为落后的光学方案——如类似2013年谷歌眼镜的半透半反棱镜方案,或自由曲面棱镜。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    珑璟光电第一代AR棱镜显示模组

    但这些方案的光学原理决定了其体积方面的先天不足:半透半反棱镜的普遍厚度在7-12毫米之间,视场角也极小——人们戴上眼镜后,往往只能看到一个极为袖珍的图像;而它的「进化版」自由曲面棱镜,相对容易量产,视场角也大,只是体积方面仍然难以缩减,透过性也一般,不太容易产生好的AR透视视觉效果。

    与别人不同的是,「从珑璟光电成立之初,我就知道要做光波导模组」,马国斌说。他曾参与创建国内迄今唯一量产LCoS微显示屏的公司长江力伟,一手搭起了公司的LCOS产线和供应链体系,出来后成立了珑璟光电。

    他从2013年就认准了光波导方案。当时虽然谷歌眼镜的棱镜方案已经算比较先进,但老马通过亲身走访、查阅大量资料,最终认定,光波导才是未来。

    原因很简单——目前只有它,才能实现真正类似普通眼镜片那样薄厚、轻量的AR显示方案,而无需一个厚厚的棱镜横在人的眼前。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    光波导方案

     光波导听上去玄乎,但实际上指的就是引导光线在其中传播的介质装置。最重要的是,这种方案的镜片厚度通常不高于2毫米,薄与轻的先天特性,注定了光波导受到国内与全球的各大消费电子厂商的瞩目,很多都在跟踪光波导显示技术的发展,很多甚至直接参与早期研发。

    这其中,当属以色列公司Lumus的镀膜阵列光波导为主要代表,这家公司几乎是AR显示方面的大明星。去年短短一年内,先后获得阿里巴巴、盛大、水晶光电、HTC等知名企业的投资。另一家代表公司是微软,他们推出用全息光栅光波导的HoloLens眼镜。

    但即便如此,Lumus的镜片由于良品率的问题,价格偏贵,大概在1100美元左右(约合人民币7590元)。这是由于波导镜片的量产难度极高,因此产量和良率非常关键。玻璃冷加工工艺、镀膜的膜系设计,几十层纳米级膜厚的精确控制,层叠斜面棱镜的精确贴合,对平行度的极高要求,都制约着它的产能。

    有巨头加持的国际知名公司尚且存在问题,只是创业公司的珑璟光电如何能做到?在供应链领域沉浮了十几年,也做了十来年生产工艺的老马却有信心:「只要AR光波导光学系统设计思路没有问题,具体的生产工艺和材料选择,依托国内供应链和设备完全可以完成。事实上,Lumus也是在国内完成的绝大部分工艺。」

    国内专注AR摩托车头盔的公司REVDO CEO张璁也告诉青亭网,光波导的关键就在能否量产,而量产最重要的就是波导镜片的生产,是所有生产工艺的核心。

      AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    过程检查-保证工艺与设计的一致性

    2016年3月,老马的团队完成第一版的设计,开始与供应链沟通生产。「有两个问题必须解决:一个是膜系的设计与镀膜,每个面是好几十层镀膜;二是连续五个贴合面(就是波导镜片中宛若屏风的结构)必须平行贴合,相互平行度要求极高。」

    还好凭着多年供应链的关系,他们找到了国内一个细分行业龙头企业,愿意和他们合作,辟出产线给镜片进行加工。从此,开始了他口中所谓「波导镜片的生产填坑之旅」。

    由于光学设计与制造工艺都是全新的,这相当于摸着石头过河。果不其然,一上来就给了老马等人一个下马威。本来在实验室里自认为完美的设计,一跟产线讨论就发现了问题:理论设计所用的玻璃材料折射率过高,会对镀膜产生巨大的影响,需要更改材料。

    一边改材料、一边重新讨论设计,时间很快过去,等正式上线开始做样品,已经是3个月之后的6月初了。终于,8月份,第一批波导样品正式出来了。

     AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    2016年8月的第一次样品

     但结果并不理想——如上图,这次样品,可以说是「全军覆没」。

    「镀膜之后各棱镜贴合不牢,完全没有胶合。之后表面抛光的时候,棱镜散开分离不成片状,抛光即散,一片能用的都没有。」

    第一个半年的成果,就这么打了水漂。

     AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    双抛作业-镜片的两个面均需抛光

     好在马国斌的决心没有受到太大影响,团队赶忙开始分析问题出在哪里。发现波导基材的折射率对紫外光固化胶(UV胶)造成了影响,特定波长的紫外光几乎完全无法穿透玻璃,导致UV胶固化不完全,胶合不牢固。看来,问题出在胶水上。

    但是,找遍了全球各大胶水厂商,都没有合适的。老马咬咬牙,找厂商花了1个多月定制了一款胶水,完成了首批样品的试制。在新的优化设计中,又对波导片的玻璃基材进行了更改,使之适应原厂商可稳定供货的UV固化胶,完成固化胶水的选型。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    UV固化

    珑璟光电公司地址在深圳,离着给自己加工的工厂十万八千里,为了即时掌握工艺与设计之间的差异,随时监测样品状态以调整设计或工艺,老马他们干脆在工厂旁边的酒店长租了两间房,往往一住就是一两个月。

    马国斌回忆,那个时候他们天天跟一线工程师一起上下班,「结下了深深的战斗情谊」,2016年中秋、国庆,连着两个团圆节,老马都没有回家。中秋节当晚,工厂负责人提着一盒月饼、抱着一瓶红酒造访,两个人点了一桌子菜,喝得酩酊大醉。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    先进的镀膜设备

     不过,虽然贴合强度问题算是解决了, 五个斜平行面的贴合却精度不高。他们发现,传统的贴合方式很难保证连续几个小斜面的高精度贴合。于是双方成立了一个十来人的项目组,设计了一套新的贴合工艺。「充分利用现有设备,在工艺上又有创新,保证了生产效率和贴合质量。在最近的小批量生产中测试,贴合平行度满足设计要求。」

    这一步的完成,在老马看来影响至关重大:「不仅保证了后期稳定量产,而且使波导模组的成本得到了极大的控制,预期价格是海外竞品的三分之一,为后续的商业化打下非常好的基础。」

     AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    点亮模组2016年12月

     2016年11月,珑璟光电终于把光波导「点亮」——这是个行话,在AR模组圈的意思就是模组通电后,能够显示图像了。

    然而第一次点亮的模组还是有不少显示问题,于是围绕着这一点,2017年老马等人一直在做设计优化和工艺改进。

    时间过去刚好一年,光波导模组终于实现了量产。

    AR光波导量产难如上天?这家中国创企做了四年终成功 | 独家揭秘

    第一次成型的波导镜片样品 2016年11月

     目前,珑璟光电AR光波导模组的视场角达到26度,分辨率1280x720,厚度2.0毫米,还有40度、1920x1080的第二代在打样中。首批产品已在军品、警用设备、运动、物流等行业展开应用。

    从正式想做波导,到终于量产成功,马国斌经历了将近4年的时间。他自诩方向看得准,因此「迷茫没有,但压力很大」——这压力有来自时间,也有来自资金层面。

    还好,最艰难的时刻,公司接受了来自水木资本的数百万元人民币天使轮投资,此前,公司还曾经接受私人种子轮投资100万元。而老马本人也往已经自掏腰包,往里填了200万元以上了。「外部资金不仅是资金的支持,也是对我们努力工作的认同,是精神上的支持。」

    回过头放眼国内,AR光学模组仍然属于非常初期的阶段,大量的AR眼镜仍然使用的是谷歌棱镜的单、双目方案,自由曲面方案受到供应链条件的制约,往往停留在「只有设计,无法量产」的窘境,至于光波导模组,那就更加「可望不可及」了。目前除了珑璟光电外,只有一到两家在做这方面的样片,量产能力还不明朗。

    现在,老马暂时算是松了一口气,但马上又有新的挑战接踵而来。他已开始着手在深圳新建一个实验室,专门用于光学模组的测试和组装。预计每个月能实现五千到一万片光学模组的产能,利润率达到约50%,良品率在60%,Lumus也「不过如此」。

  • 0
  • 0
  • 0
  • 353
  • 单栏布局 侧栏位置: