近年来AR眼镜市场热度持续升温,光波导作为影响产品轻薄化和显示效果的关键部件,也成为行业关注的重点。不同光波导方案在显示效果、光学性能和量产工艺等方面各有特点,而基板材料则需要在折射率、透光率、重量和成本之间取得平衡。
作为创立于1884年的德国特种玻璃与先进材料企业,肖特(SCHOTT)长期布局先进光学材料及元件,并将相关产品应用于半导体、数据通信、汽车、健康照护及AR等领域。目前,肖特在全球30个国家拥有1.74万名员工,并持续扩充相关产品线。
近期,TrendForce有幸与肖特先进光学元件事业部的AR产品管理与策略总监Jonas以及全球AR业务总监Christian进行深入交流,两人除了谈及公司近况,也向我们分享了肖特几何光波导技术,以及绕射光波导基板RealView®产品的发展概况。

全球AR业务总监Christian (左)
先进光学元件事业部AR产品管理与策略总监Jonas(右)
肖特RealView®:表面浮雕光栅光波导基板
肖特从2016年开始持续研发绕射式光波导技术中的表面浮雕光栅(SRG)光波导需要的高折射率玻璃材料。2018年,肖特在中国为其RealView®产品建造专用晶圆厂。针对肖特RealView®玻璃晶圆产品,公司现提供一套高度整合的端到端(end-to-end)制造流程。Jonas指出,这套流程的第一步是在肖特集团的德国总部进行上游研发及大规模高精度玻璃熔制,高阶的光学玻璃产品随后转移到中国的先进厂房进行下游制程,产出可供销售的晶圆成品。
规格方面,Jonas表示,肖特提供6吋、8吋和12吋的晶圆片,厚度落在≥ 250μm且平坦度< 200nm。截至目前,累积出货量超过50万片晶圆,且以8吋晶圆为主。展望未来,肖特正在开发具备高折射率、低密度的玻璃材料。近期推出的轻量版RealView® 2.0产品除了展示上述研发进展,同时具备高达2.0的折射率与小于4 g/cm3的低密度,具有极高的机械稳定性。

SCHOTT的轻量版RealView® 2.0
肖特轻量版RealView ®2.0产品
相较于其他的光波导基版,碳化硅(SiC)具备较低的密度,在大FoV(视场角)应用更有发展优势,但其材料性质易碎,制程难度高,而且成本高昂。相较之下,树脂不仅成本更低,重量也比其他材料还轻,缺点是无法同时满足高透光率和高折射率,势必会降低影像质量。
光波导基板应用的材料科学必须在多项性能指标之间取舍,例如折射率、透光率、机械稳定性、量产能力等。有鉴于此,肖特坚持采用玻璃基板,不仅具备高折率、高透光率、高机械强度,同时也通过量产性验证,实现其他材料难以媲美的多样特性组合。
几何反射式光波导
2019年以来,肖特携手光学领域专家Lumus,持续开发几何反射式光波导(GRWG)技术。Jonas分享肖特在这方面的开发近况,目前公司已开始量产几何反射式光波导。他强调,肖特的全球制造版图涵盖几何反射式光波导的研发到制造流程,因此更有信心持续供应光波导产品。
此外,肖特在德国总部进行上游的光学玻璃材料研发与熔制,在瑞士开发镀膜,在中国制造玻璃基板,并在马来西亚槟城和居林厂房研发产品应用及制造光波导。通过扩大产能,肖特预计居林厂的年产量将达到约500万片。新一代产品也将支援超过70°的大FoV,并实现不到1 mm的超薄设计。

肖特设于马来西亚居林的几何反射式光波导厂房(图片来源:肖特)
综观SRG光波导与几何光波导的技术优劣,肖特认为未来市场不会出现独占,而是两者锁定特定的应用领域,各据一方。SRG光波导技术更适合小FoV或单色显示应用,而几何光波导具备出色的色彩一致性、高光效、低漏光的优势,更能满足大FoV及彩色显示应用。肖特选择不全押注在单一技术,而是采取双轨开发策略,逐步成为AR近眼显示市场的全方位光学显示开发商。(文: Estelle / TrendForce)