光效跃升300%！体全息波导破局AR眼镜显示，但材料瓶颈待解

电子发烧友网报道（文/莫婷婷）当前，AI智能眼镜市场加速发展。根据CINNO Research数据显示，一季度AI/AR眼镜，同比增长45%，其中带屏AR眼镜（包含一体式和分体式）占据80%市场份额，无屏AI眼镜占比达20%。

在AR智能眼镜中，其光学系统包括自由曲面方案、Birdbath方案、光波导方案。自由曲面方案产品形态接近于头盔，显示效果好，在行业早期获B端客户青睐。Birdbath方案产品形态更接近于墨镜，镜片厚重，现阶段主流方案，主要用于观影。采用光波导方案的AR智能眼镜在形态上与普通眼镜无异，也被认为是未来10年AR的主流方案，现阶段产品由运动场景切入，逐步渗透到日常通用场景中。

尼卡光学相关负责人在公开演讲时介绍，光波导方案的优势在于，一是高保高亮清透的外观，使这个AR眼镜更接近于传统眼镜的外观。二是光机在侧面成像系统旁置，不会遮挡佩戴者的视线。三是光波导拥有极佳的二维扩瞳的能力，可以提高视场角（FOV）。

光波导根据耦入耦出器件的不同，分为几何光波导（阵列光波导为主）和衍射光波导，衍射光波导进一步分为表面浮雕衍射光波导(SRG)、体全息衍射光波导(VHG)，不同方案有着不同的优劣势。

以衍射光波导为例，表面浮雕光栅技术采用微纳刻蚀与纳米压印方法在材质表面形成基于形貌的周期性结构，优势是镜片薄，量产工艺可借鉴成熟的半导体工艺，量产稳定性高。缺点是光效低、有彩虹纹、存在漏光问题。偏振体全息光栅技术通过全息干涉方法在材料内部形成基于折射率变化的周期性分布。优点是镜片薄、漏光少、制造简单。缺点是材料门槛高，材料技术不成熟。

业内认为，VHG或是消费端AR眼镜的终极路径，因为该技术具备更低的成本、性能更优、能减少漏光问题。尼卡光学相关负责人表示，VHG的光能利用率高，业界最高效率约为4%，且减小最佳光机方案Micro LED的性能要求，进而降低整机价格。

体全息光波导主要玩家包括Digilens、Akonia（2018年被苹果收购）、水晶光电、尼卡光学、三极光电等。其中，尼卡光学推出的首款量产级产品N25G，其波导厚度可以做到0.6毫米，漏光比小于1：140，对角视场为25°，波导重量为4.8g，光效为500nits/lm。

但目前来看，VHG还具备一定的技术壁垒，制造难点包括曝光工艺、市场无直接可用的设备，以及材料制备方面。材料是影响体全息光波导性能指标的关键，材料体系包括双相光致聚合物、聚合物分散液晶(HPDLC)等，Akonia (Apple)、Meta是采用双相光致聚合物的代表企业，尼卡光学以HPDLC为主要材料体系，攻克折射率调制度低、折射率低、生产工艺复杂等诸多问题。

在技术还未完成成熟的当下，基于VHG技术的相关AR智能眼镜产品落地案例较少。2024年10月，东南大学团队推出了全球首款偏振体全息光波导AR眼镜——“云雀”，不过该产品还处于AR眼镜概念验证机。

图源：东南大学

从显示效果来看，采用VHG技术确实比SRG技术要好。东南大学电子科学与工程学院张宇宁教授提到三大方面：一是光效提升300%，大幅提升产品续航能力和显示亮度；二是前向漏光降低80%；三是PVG独特的偏振复用技术也在实现较大的视场范围和出瞳尺寸的同时，保证了画面的连续性与均匀性。

未来，随着技术进步，体全息光波导有望成为AR智能眼镜主流技术，推动整个行业向前发展。然而，要实现这一目标，还需要克服现有技术难题，并加速相关材料和技术的研发。