[独家专访] Lumus: 透过几何光波导解锁下一代AR眼镜

作为AR领域的光学科技大厂，Lumus持续耕耘自家的几何光波导（反射光波导）技术。从2000年成立以来，Lumus累积了17年以上的军用光波导、医疗光波导和工业元件的合作开发经验，并将几何光波导产品导入AR消费性市场之中。

Lumus拥有1200项专利（含500多项申请中案件），以及由100位产业专家组成的专业团队，其中有超过70%为科学家或工程师。

TrendForce近期有幸能与Lumus营销副总裁David Goldman与技术长（CTO） Yochay Danziger博士进行访谈，他们不仅向我们分享公司近期的发展，也深入剖析几何光波导与绕射光波导（衍射光波导）的性能差异，并讲述Lumus在光波导与光引擎技术开发方面的最新进展。

营销副总裁David Goldman（图左）、技术长（CTO） Yochay Danziger博士（图右）

市场策略

Lumus的光波导出货量至今为止已经达数十万片，并且已导入消费性、军事、医疗与工业元件等领域客户的产品中。在制造方面，Lumus目前与两大关键厂商深度合作:分别是厂房设于马来西亚的肖特玻璃（SCHOTT），以及厂房设于台湾的广达。透过与这些ODM伙伴携手，Lumus在代工制造体系中奠定了稳固根基，成功实现每年生产逾600万片光波导的强大产能。

谈到公司的商业模型，David表示Lumus采取两种不同的策略。一方面与Tier 1厂商协议进行一次性工程（NRE）委托设计，客户会将生产需求直接交由ODM，接着Lumus便会协助ODM推动全面量产，产品出货后，Lumus会从后端收取权利金。另一方面，Lumus开放现成产品的技术授权给制造伙伴，这类产品的客户锁定Tier 2和Tier 3厂商，而Lumus从产品销售中收取权利金。David也强调，Lumus与所有的合作方皆签署非专属授权协议（Non-Exclusive Agreements），以保障自家智慧财产权（IP）与保持合作上的弹性。

几何光波导的技术优势

几何光波导是Lumus的核心技术。David解释，相较于绕射光波导，几何光波导具备独特的光波导结构，能够提供更高的发光效率，因此能降低光引擎的功耗，且几何光波导的色彩表现更好，漏光现象也较少。

Yochay进一步为我们分析这两种光波导的技术差异。首先，他聚焦于视场角（FoV）与面板兼容性的两方面。Yochay向我们解释，LEDoS和OLEDoS等新一代微显示屏本身需要较大的入射孔径，而几何光波导所具备的稜镜耦合结构正好适合用来接收这些孔径较大的入射光线，实现完美的双赢方案。相较之下，绕射光波导仰赖光栅进行入光耦合。若是入射孔径变大时，入射光会大面积覆盖光栅，导致部分已完成耦合的光线会再度与光栅作用，重新绕射出光波导，产生严重的耦合效率耗损，因此绕射光波导的有效孔径大小会因此受限。另一方面，绕射光波导的视场角也会受限于色散现象（不同色光的折射角度不同），虽然有些方案建议采用碳化硅（SiC）来增加绕射光波导的视场角，但目前仍面临材料制程难度以及量产成本太高等问题。

接着，Yochay探讨热管理与环境耐受性的相关议题。他指出，反射与绕射光波导都需要全内反射（Total Internal Reflection）。不过目前最常见的绕射光波导采用表面浮雕光栅（SRG）设计，需要加入空气层（Air Gap）以维持光栅绕射效率所需的折射率对比。这种空气层结构会导致热能受困在封装层和光波导之间，造成使用者的安全风险。而另一个问题是湿度，如果水气渗入空气层，光学性能就会大大折损。反之，几何光波导的反射层设计在结构内部，外层可以采用低折射率的固态介质，透过直接包覆的键合技术进行封装。因此几何光波导不仅能够快速散热，也能避免受潮损坏，防止热应力与光学性能衰退等问题产生。

最后，Lumus聚焦于正面漏光（前投影）问题。Yochay表示，绕射光波导是靠光栅结构进行光线导出（out-coupling），而光栅的特性就是会同时把光绕射到各个方向，导致影像传向人眼时，大量光线也会向外投射到眼镜前方。此外，为了减少绕射光波导的漏光问题，必须面临艰难的取舍，增加校正层或调整光栅结构皆会破坏光波导敏感的色彩平衡，进而降低色彩表现。相较之下，几何光波导利用内反射镜，实现具备指向性的入眼反射光，最大程度减少正面漏光现象。Lumus也透过导入抗反射涂层，把正面漏光问题控制在1%以下。

光引擎

X-cube方案是目前最普遍采用的全彩Micro LED光引擎结构，整合了红、绿、蓝（RGB）三色LEDoS面板。然而，X-cube不仅制程复杂，还需要极高对位精度，因此大幅限缩良率，也不利于降低成本。为了寻求产品突破，Lumus密切关注光引擎技术开发。Lumus与光引擎制造商合作展示了一种新型光引擎架构，其采用单片分色棱镜的立方体（Cube）结构，整合了透过蓝光激发量子点（QD）发光的红、绿光微显示屏，以及蓝光微显示屏。透过这套架构，Lumus成功解决了量子点LEDoS光引擎原有的蓝光漏光问题，还实现更高的组装良率与更低的成本。透过Lumus专业的涂层设计，这种单片分色稜镜立方体光引擎将能支援高达70°的视场角，相较之下，传统的X-cube光引擎通常只有30°~50°的视场角。Lumus计划将此架构与Micro OLED结合，以消除蓝光像素的瓶颈。

迈向下一步开发

Lumus专注研发几何光波导技术已逾25年，透过产品的高稳定性与优异性能，目前已成功打入Meta Ray-Ban Displays的供应链。不过Lumus并未就此止步，除了持续开发30°视场角的产品以外，Lumus也在积极迈向新一代更轻薄的光波导解决方案，将目标锁定在绕射光波导至今难以实现的50°~70°视场角。

Z-Lens 具备 50° 视场角

文: Estelle / TrendForce