CIOE 2025 | 理湃李雨雪: 几何波导光学解决方案的分析

2025年9月10日下午，由VR Gyro和CIOE中国国际光电博览会共同主办的 “AI·光照亮新时代 | 第六届中国AR技术应用高峰论坛” 在深圳世界会展中心 (宝安新馆) 圆满落幕。

本次AI AR技术应用高峰论坛以 “AI·光照亮新时代” 为主题，探讨智能眼镜产业生态圈的构建与协同发展路径。论坛特别邀请了众多行业专家、企业代表和媒体人齐聚AR产业链博览会一线。他们探讨市场趋势，展望AR潜力，共同推动行业升级发展。演讲充满了宝贵的见解，现场气氛热烈。

其中，理湃光晶合伙人李雨雪为与会者做了题为 “几何波导光学解决方案分析” 的主题演讲。

以下是演讲全文 (略有删节和修改):

我是今天在这里与您分享见解的最后一位发言人。接下来，我将进行几何波导解决方案的技术交流，内容涉及AR光学技术的发展，几何波导的原理，高产量产的实践，工业适应和未来前景。

从棱镜解决方案2012年，到目前主流的以单色纳米压印为主的衍射波导解决方案，再到Meta即将推出的全彩阵列解决方案，我们可以看到行业发展趋势是从 “可用” 到 “可穿戴” 的持续演进。波导解决方案分为衍射型和阵列型。由于其在体积、形状因子、透射率和其他性能方面的优势，波导解决方案已成为关注的焦点和当前产品的主流方向。

我列出了一些产品的技术原理、外形尺寸、视场角 (FOV) 、透射率、光学效率、成本和优缺点。早些时候，其他专家也介绍了衍射波导。如果你仔细观察，你会注意到我把 “成本” 列留空了。这有两个原因。首先，我们通常谈论的演示解决方案本质上是基于纳米压印的单色解决方案。从单色解决方案的角度来看，使用纳米压印的主流批量生产产品的成本可能非常低。然而，在平衡显示性能 (包括彩虹条纹、眼动范围内的色彩均匀性) 和成本的同时实现全彩色带来了重大挑战。需要蚀刻溶液，即使这样，仍然存在漏光。如果采用蚀刻解决方案和碳化硅材料，则该解决方案的工艺可扩展性，成本和良率仍需要市场验证，这需要行业合作伙伴根据实际情况进行考虑。

第二，仅比较两种波导产品之间的成本是不完整的。光学显示解决方案由两部分组成: 光学引擎和波导。重要的是总成本，但光学引擎和波导的各自比例取决于每种解决方案的匹配。关键是要实现合理成本的产品整体解决方案。这是成本栏中空白的两个原因，需要以后进一步考虑不同的解决方案。基于此，笔者认为成本是Meta综合考虑后选择LCoS几何波导解决方案的原因之一。

每个新产品的发布都有其独特的用户配置文件、应用场景和价值主张。几何波导能带来什么样的体验？首先，我将解释其原理: 几何波导主要依靠全内反射原理进行光传输。几何波导被分成三个区域: 耦合输入区域、传输区域和耦合输出区域。因此，整个光路中的光损失基本上为零。目前，折射率为1.8或更高的高折射率光学玻璃 (例如，折射率为2.6的碳化硅) 通常用于30 ° FOV的衍射溶液中。然而，几何波导可以使用折射率约为1.6的材料 (普通光学玻璃) 实现60 ° FOV。该材料的稳定性、成本效益和加工成熟度已得到充分验证。

几何波导也分为1D和2D光瞳扩展。正如我之前在技术解决方案列表中提到的，几何波导有一个缺点: 1D解决方案缺乏体积优势，而2D产品的成本相对较高。由于1D光瞳扩展仅在一个方向上扩展，因此光学引擎在另一个方向上需要一定的孔径以满足特定的眼睛间隙和眼睛移动范围要求。

目前，1D产品通常具有25 ° 和50 ° 之间的FOV。具有25 °-35 ° FOV的产品通常用于消费类 (C端) 应用，例如信息提示，文化和娱乐导航以及移动办公。40 °-50 ° FOV的主要用于商业 (B端) 用途，例如工业场景，巡航以及一些特殊领域，例如体积限制相对宽松的医疗保健。

事实上，2D技术实现了2019年的突破。迄今为止，市场上的关键问题是大规模生产的可行性。稍后我会分享理湃的量产进度。2D光瞳扩展解决方案的开发有两个主要原因。首先，1D光瞳扩展需要过大的光学引擎。2D扩展允许更小的光学引擎，更大的眼睛运动范围，甚至更大的图像尺寸-支持70 ° 或更大的FOV。在这次博览会上，我们已经有了60 ° FOV的产品，我们的波导可以支持高达70 °。其次，它的轻量化设计使其更适合形状像普通眼镜的终端设备。

回到主题: 几何波导的优点是什么？

首先，光学效率通常在3% 至15% 的范围内。您可能想知道为什么会有如此广泛的范围-这涵盖了1D和2D产品。第一代2D几何波导的效率为2800尼特/lm。我们为什么要减少它？在与许多客户合作时，他们强调需要具有高透射率和弱阵列表面的足够透明的镜片，使产品看起来更像普通眼镜。考虑到这些因素，我们向下调整了光效率。我实际上带了一个样本来这里-它只有0.7毫米厚，重约2.2克。

其次，高效率意味着光学引擎需要更低的能量和亮度，对应于更低的功耗和更长的电池寿命。此外，它提供了高清晰度，大FOV，高亮度，和真正的全彩色显示出色的色彩精度和无偏色。

高透射率-超过90%。根据我们2024的2D产品的实际测试数据，在没有AR涂层的情况下，透射率达到90%。

第四，低漏光-通常小于1%。但是，我们的批量生产和运输的产品可以达到0.5% 甚至更低。这因产品型号而异: LPM13的漏光率约为0.5%，而LPM30的漏光率约为0.3% 至0.4%。

为什么低漏光在这里特别重要？它本质上是为了保护用户隐私。在许多情况下-类似于隐私屏幕-需要保护个人隐私。虽然其他解决方案提供了解决方法 (例如调整角度以避免面对面交流期间的隐私泄露)，但它们无法完全消除风险。具有高透射率和低漏光，透镜更透明。在社交互动中，眼神交流是至关重要的交流媒介。没有它，不仅沟通会受到影响，而且信息的吸收和接受也会大大降低。

其次是高对比度。与微纳结构解决方案 (主要是纳米压印) 不同，几何波导不会引入杂散光。纳米压印中残留的胶水和胶水本身的特性会导致杂散光，从而导致动态对比度降低和图像边缘模糊。

最后，重量优势-几何波导重量轻，具有用户友好的工业设计 (ID)，类似于普通眼镜。

这些优势，理湃如何深化其在几何波导技术方面的专业知识？理湃在该行业积累了13年的经验。我们的创始人早在2008-2009就开始研究相关技术，给了我们近20年的技术研究经验。

理湃一直是一家务实的公司。自成立以来，我们一直专注于几何波导技术。我们的核心业务目前围绕几何波导模块的技术开发和产业化。我们现在有两条批量生产线: 一条精密冷加工线和一条智能装配线。我们的工厂位于昆山开发区，年产能为100,000个单位，正在建设100万个单位的年产能线-预计将于明年投入运营。在批量生产能力方面，我们的内部工厂在100,000单位产能下保持了超过85%  的稳定成品率。在工业上，我们与多家领先的终端制造商建立了深入的合作关系，并进入了多家国内和国际巨头的供应链。

回顾理湃的技术历程: 2012-2016是开发阶段，我们完成了基本技术和原型验证。2016-2019是市场验证阶段，逐步实现商业化并获得几何波导专利。自2019以来，我们专注于行业应用，拓展全球市场，不断优化产品性能，实现稳定量产，增强规模效益。

您可能想知道我们的哪些产品在市场上有售。在2022之前，我们更专注于B端应用，因为它们对数量的限制不太严格。2022后，随着行业新产品的逐步迭代，我们转向小型化和轻量化设计。我们提供与OLED和LCoS屏幕兼容的各种解决方案-不同的组合可提供不同的性能，为客户的个性化产品提供技术指导。目前，市场上许多同质产品集中在信息提示或单色类。另一个重点是轻量化设计，以确保穿着舒适。

我们也在开发LCoS光学引擎。目前，我们有两种新型号: 2024年推出的0.25英寸光学引擎，体积为1cc，FOV为53 °。现在已准备好进行批量生产，并正式向公众开放。另一种是0.24英寸的产品，体积为0.8cc，分辨率为1080P-这是业界第一款实现如此小尺寸和大FOV的产品。

关于波导，共同关心的是如何处理污染。污染会影响显示器性能并阻碍设备组装。理湃积累了相关的技术专业知识 (尽管该产品尚未向公众开放)。我们目前的产品不再需要气隙; 透镜表面可以直接用粘合剂粘合，表面污染不会影响显示性能。此外，我们的新解决方案消除了可见光范围内的蓝光等杂散光干扰，从而使图像更清晰。

我们的大规模生产能力源于一种独特的早期开发工艺-称为粘合技术。该技术的突破和发展使产品成品率达到约95% %。与以前的粘合剂解决方案相比，该技术具有哪些优势？原则上，粘合技术使用没有中间介质的分子粘合，而粘合剂解决方案依赖于胶水，胶水受折射率的影响，会导致光路偏转，从而损害显示性能。

第二，在层压方面: 粘合涉及连接两个无介质的表面，从而获得更好的平行度和耐用性。粘合剂作为流体物质会导致固化缺陷和低平行度，这会破坏光透射并导致显示问题，例如双重图像。在显示质量方面，保税产品提供卓越的图像清晰度和更丰富的色彩。

就良率而言，目前粘合的通过率超过85%-实际上，Raypai仅在粘合过程中就达到了几乎99% 的通过率。虽然一些制造商仍然在1D产品中使用粘合剂，但它们对于2D产品是不切实际的，因为产率呈指数下降。因此，理湃的键合技术是几何波导大规模生产的关键推动因素。

粘合整片波导的另一个关键优点是它们形成单个集成玻璃结构。在冲击或跌落的情况下，断裂将发生在玻璃本身上，而不是在粘结界面处。作为一个没有中间介质的单片玻璃，它提供了高耐久性和更好的耐候性。相反，粘合剂 (为流体) 易于随时间老化和变黄，导致显示器性能劣化。

我们进行了相关的工艺测试。对于机械强度，我们通过破坏两个粘合的玻璃片来进行剪切测试。结果表明，断裂发生在玻璃本身上，而不是在粘结界面上。玻璃在400N时破裂，但粘结保持完整。许多行业同行现在正在开发这项技术，您可以相应地比较bond的优势。

光谱测试，以检查可能影响光路的粘结界面处的反射或中间介质。数据显示反射率基本为零。

的大规模生产能力由我们的制造工艺提供支持。理湃拥有自己的工厂，实现全栈式自主研发，覆盖全产业链 -- 从设计和冷加工到光学引擎设计、波导设计和加工、光学引擎组装、模块集成 -- 全部一站式完成。

目前，批量生产产品的波导通过率约为85% (对于1D)，总产率为90% 至96% (并且可能更高)，从而实现大规模波导输送。该图表显示了工厂测试数据。Raipai的成本优化逻辑结合了出色的设计，稳定的材料，工艺创新和工业规模-允许规模经济来推动技术创新。我们将继续向C端市场拓展，积累技术专业知识，提供更好的解决方案，并与业界合作，推动几何波导显示解决方案的大规模产业化。

前面，我提到了功耗。以下是详细信息: 配备0.25英寸OLED屏幕的LPM12在100% APL和500nits的眼内亮度下的单通道功耗为93mw，在1200nits的眼内亮度下的单通道功耗为189mW。

我们的第二个新产品是大型FOV模型，在500nits的眼内亮度下功耗为500mW。值得注意的是，亮度相对较低，因为光学效率随着FOV的增大而自然降低。另一种产品，LCTA50，提供50 ° 超大FOV，1080P高分辨率，和一个超轻0.8cc光学引擎。

我的演讲到此结束。谢谢。