剑指全球全息光学产品龙头,尼卡光学力克AR模组“卡脖子”技术

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历经早期的发展萌芽和高峰期后,AR行业或正处于市场爆发前夜,其中AR眼镜有望成为继智能手机后的下一代计算平台,而AR-HUD在汽车智能化和信息可视化中作用显著。

作为AR眼镜的最核心器件,近眼显示光学模组的各条技术路线正在持续演进,其中体全息光波导被视为未来应用于AR眼镜的主流技术,并且在车载AR HUD领域具有广阔的应用前景。但由于在材料等方面存在绝对壁垒,体全息光波导也是一条更艰难的技术赛道。

面对机遇与挑战并存,尼卡光学(天津)有限公司(下称“尼卡光学”)选择迎难而上,不仅攻坚了AR体全息光波导显示器件的光学、材料以及加工生产的全闭环自主研发,而且基于完全自主设计的光刻曝光设备实现了30°FOV(Field of View,视场角)单绿色产品量产,年产量可达10万件。同时,其40°和50°的产品处于在研状态,预计将迅速推进至量产。

尼卡光学AR体全息光波导产品实拍(企业供图)

此外,尼卡光学在AR HUD定制产品研发上也与日俱进,目前已推出HUD样机,不仅实现了FOV和产品体积平衡,解决阳光倒灌等关键问题,也进一步降低了产品成本。

显而易见,体全息光波导技术路径的发展迭代关键在于材料和光学设计,而尼卡光学核心高管不仅具备丰富的行业经验,并且针对团队战略目标制定了模块化、细分化的执行策略,进而获得韦豪创芯等机构的加码投资和协同赋能,引领助推国内AR行业蓬勃发展。

填补国内AR体全息光波导缺口

作为基于计算机实时计算和多传感器融合的技术产品,AR设备正呈现快速铺开的发展态势。据CINNO Research统计数据显示,2023年国内消费级AR设备销量22.7万台,同比增长138.9%。该机构还预测,AR设备未来2~3年将成为消费级市场的主流产品。

目前,AR设备已经成为行业竞逐的高新产业技术制高点,并被视为最有潜力替代手机的下一代移动计算平台和信息交互终端。韦豪创芯副总经理王振华表示,长远来看,AR眼镜设备替代智能手机是大势所趋,而并非仅是手机端的延伸。虽然AR设备销售基数还较小,但随着硬件持续迭代、内容不断完善,未来生态数量有望飙升至5亿台及以上。”

艾瑞咨询的研报显示,AR整机设备和智能手机的功能模块类似,但涉及全新的光学方案,为AR整机中最核心部分(BOM占比接近一半),一定程度上决定了AR整机能否规模量产并推广至消费级市场。鉴于AR尚处于“硬件定义”阶段,近年来全球多家企业先后入局开发近眼显示光学模组,打造出棱镜式、自由曲面式、阵列波导和衍射波导等方案。

由于棱镜式、自由曲面式和阵列波导均属于传统几何光学范畴,采用机械冷加工方式制造,不免会存在体积重量大、透光率较低、FOV视场角受限、工艺流程长或成本高等缺点。

相较而言,衍射波导被业界视为未来的AR设备主流技术方向。尼卡光学创始人兼CEO杜有成介绍称,衍射光波导可以分为表面浮雕光栅(SRG)和体全息光栅(VHG)两类。其中,表面浮雕光波导采用纳米压印和刻蚀等半导体成熟工艺。体全息光栅具备透过率高、效率高、成本低以及可配合塑料镜片等优势,一直被业内冠以最具潜力的光波导技术。杜有成表示,体全息具有多重技术优势,投入产出比相对很好,能够实现稳定的量产,但核心壁垒在于高性能原材料和配方开发与光学的结合。

DigiLens ARGO AR眼镜

受制于材料限制产品性能无法做到良好提升,当前全球范围内开发体全息技术方案的企业极少,国内在这一领域更是稀缺。杜有成指出,国内体全息技术的成熟度与海外还相差较远,处于前期摸索阶段。不过,尼卡光学已经具备了体全息光波导原材料的设计和合成能力,同时开发出完整的全国产化光致聚合物全息光刻胶材料,并且性能在持续优化。

实现全闭环自主研发及量产

在体全息光波导技术路径上,一方面是材料开发存在“卡脖子”的技术门槛,一方面是光刻曝光工艺和生产制造等环节同样至关重要。而为建立起核心竞争力和关键壁垒,尼卡光学砥砺攻坚,近年来实现了从光学设计、基础材料研发再到中试量产全闭环的自主研发。

光效是评估AR光学的关键指标之一,光效高则能获得更好的视觉效果,提高亮度并降低功耗。光效提升的背后在于体全息光栅的材料改进,即对材料选取、配方设计、合成设计和检测制样等环节不断迭代升级。而随着自研产品持续迭代,尼卡光学在体全息材料性能的折射率调制度、雾度、折射率和感光性四项关键指标上已达到国内业界领先水平。

加工设备也是体全息光波导的核心环节。杜有成表示,“在材料开发出来后,怎么把产品做出来是关键,其中需要一套全新的光刻曝光系统。由于市场上并没有商业化、标准化的曝光设备,我们的团队就自主设计了一整套标准化的曝光设备,这相当于既做‘光刻胶’甚至做‘光刻机’,同时整套设备设计制造的稳定性和各类参数也处于行业领先水平。

尼卡光学产线实验室(企业供图)

对于C端市场而言,产能和良率得到保障,才能将光学显示方案的优势放大。在打通材料配方、曝光工艺等关键环节后,尼卡光学迅速将在研产品推进至量产阶段。设备自动化的稳定性是决定能否进行大批量生产的关键因素,为了实现稳定的量产,尼卡光学投入了非常多的精力,团队采用完全自主设计联合供应商研发的方式,打造了一整套具有高精度、高良率的工艺设备、全息曝光设备等。这些精密的量产工艺确保了尼卡光学体全息光波导的生产能够满足消费级的产能和良率的需求。

尼卡光学在体全息光波导的系统设计、材料研发及器件加工三大环节上均建立起了核心技术壁垒,这也是获得韦豪创芯等投资的关键。王振华表示,“我们对投资项目有一套非常严格的评估系统,可以称为‘TTM’(即技术、团队和市场)。鉴于尼卡光学的技术和团队实力,我们的预期是其未来能引领行业技术水平。”

构筑“双管齐下”协同蓝图

虽然旗下体全息光波导技术处于行业领先水平,但尼卡光学也时刻面临着商业化落地的考验,因而首先尝试聚焦布局AR眼镜、AR HUD,即“双管齐下”在应用市场打开局面。

在应用领域,光波导体全息器件可应用于AR、车载、消费品和光学等领域,其中AR眼镜是当前行业竞逐和商用的主阵地。体全息光波导具备光效高、量产成本低等特性,尼卡光学的产品除了更具性价比,还能解决当前市售AR眼镜的光效率低、漏光和彩虹纹等痛点,具备快速起量的发展潜力。而为了寻找更多能实现规模化应用的场景,尼卡光学对车载AR-HUD也进行了重点研发布局。

杜有成表示,随着电动汽车普及率快速提升,产业界的追逐焦点已经从电动化过渡到智能化,而智能化的含义就包括信息可视化。“相对传统HUD,采用体全息技术方案的AR-HUD在与环境交互、智能化、光栅面积显示、缩减成本以及提升用户体验等方面更具优势,包括在左右车距红光提示、前后车距自动标记以及商场停车场等环节的信息可视化。

在业务属性上,尼卡光学将汽车AR HUD划分为定制化产品,目前已经出AR-HUD样机,核心优势在于成本低、体积小和适配各类车型等,并解决了阳光倒灌等关键问题。

基于此,尼卡光学已与国内两家头部汽车厂商达成AR HUD相关技术合作,而韦豪创芯在汽车领域的资源优势将进一步推动其在AR HUD的商用。据悉,其投资的豪威集团在汽车传感器领域全球占比超55%,在国内则超过70%,处于卖方市场的资源优势较为明显。

同时,韦豪创芯作为尼卡光学Pre-A轮领投方以及专注于半导体和硬科技的产业资本,也从产品生产到商用落地等方面为其带来更多协同赋能。数据显示,2023年韦豪创芯共投资25个项目,涉及芯片设计制造、摄像传感和智能汽车等领域,其中6个是专精特新企业。

至于如何对尼卡光学进行赋能,王振华举例称,光学组合器是AR显示模块的最主要部分,目前市场上较多的搭配方案包括LCOS+光波导、DLP+光波导、硅基OLED+自由曲面等。“但通过深入调研和对比,我们认为技术前沿和更具市场潜力的是Micro LED+光波导组合,因而投资了国内的MicroLED公司镭昱,与尼卡光学形成协同发展布局。

此外,对尼卡光学而言,韦豪创芯的进入不仅带来了现金流增加助力持续的技术研发,还在于通过对半导体产业的布局提供了一系列资源支持。例如国内生产光刻设备的公司较少,而韦豪创芯的上下游产业资源可以直接助力尼卡光学打通产线,解决光刻曝光等生产问题。

引领开启“模块化”创新动能

在AR设备行业中,与其说国内体全息光波导技术路径被原材料卡住了脖子,不如说其中的痛点在于相关材料人才极为稀缺,而尼卡光学的核心研发团队恰好弥补了这一缺口。

“起初我们的较多原材料来自国外,但在团队共同努力下现在基本实现了国产化替代。”杜有成表示,“在这一进程中,尼卡光学抓住了材料性能的规律,通过大量合成实验研发了更高性能的材料,实现国产化材料的重要突破。同时,我们的材料研发、自主配方设计以及供应链管理等方面的能力均获得实质性提升,并将在后续材料迭代中继续升级和完善。”

尼卡光学产线实验室(企业供图)

为业内熟知的是,体全息光波导技术是材料和光学的结合,其中光学模块包括光学设计、光学加工和光学测试等。而除了材料开发,尼卡光学团队在光学模块团队同样实力强劲。例如尼卡光学联合创始人黄志勤博士长期致力于研究全息光学领域,负责光学系统设计、光学加工与测试,并且在国际上首次通过超材料技术实现全彩色全息波导等前沿技术方案。

目前,尼卡光学团队中绝大多数均为研发人员,在AR、VR领域以及体全息光波导方面具备较丰富的行业经验和积累。杜有成称,“这一经验积累可以总结成三点。首先是视野,我们看到不好的产品时知道好的产品应该做成什么样。其次是避坑,基于团队各成员前期的行业经验能避开很多坑。另外,我们在体全息技术路线上也是最具产业化能力的团队。”

相对国内其他AR模组企业而言,王振华对尼卡光学团队的独特优势也表示认可。他指出,体全息光波导的核心技术在于材料和光学,优质的原材料配方和光学调配缺一不可,而尼卡光学团队恰好是极少数掌握感光材料配方、曝光工艺、光学设计等全流程技术难点的团队。

为了进一步发挥人才、技术、资本和行业积累等的化合效应,尼卡光学在团队执行上制定了“模块化”、细分化的发展路径策略,以充分激发团队的创新和实践动能,提升核心竞争力。无疑,尼卡光学当前在AR眼镜和ARHUD等领域取得的重要进展和成果,是全体团队成员艰苦奋斗和努力付出的结果。而为了推进产品技术的不断高效高质迭代,尼卡光学也在持续扩充完善组织架构,包括招募行业优秀同人,以打造更强的“模块化”创新进击团队。

剑指全球体全息光学产品龙头

随着产业要素日趋齐备,AR产业正呈现加速发展态势。据普华永道的数据显示,到2030 年AR技术将为中国经济规模增加1295亿美元,消费和企业市场均存在巨大的增长潜能。

杜有成提及,科技领域有一条著名的“Gartner曲线”,即一项技术从早期萌芽到受追捧,然后受挫遇冷再到第二次迭代的曲线。如今,AR行业已经进入“Gartner曲线”第二次迭代发展的阶段,其特点是业界对于相关技术和市场等方面的预判都已经吸取教训。“根据我们与诸多合作伙伴的沟通,预计AR设备行业会在2027年左右出现第一波爆发。”

尼卡光学将持续大力布局AR眼镜、AR HUD两大赛道,包括快速提高近眼显示光波导器件的量产能力,以及推进AR HUD实现战略级客户绑定。同时,尼卡光学将在研发能力等方面向Digilens等海外厂商看齐,并力争打造成全球体全息光学产品龙头企业。

为了有序推进及保障发展规划的落地和实施, 尼卡光学当前正在积极推进相关融资计划,并且颇受资本市场青睐和认可。去年11月,尼卡光学宣布完成数千万元Pre-A轮融资,本轮融资由韦豪创芯领投,上轮投资方顺为资本跟投,资金将主要用于团队搭建、产品研发以及小型量产生产线建设等。此前,“尼卡光学”的天使轮投资方为小米、顺为资本。

按照融资计划,尼卡光学今年将再启动新一轮融资。杜有成表示,“我们的计划是保持一年一轮融资的节奏。这一方面是保持在市场上的热度,一方面是让我们的账面上一直有超过18个月的资金储备,以在发展过程中聚焦研发、生产等重点任务,而不用担心资金问题。”

从产业发展角度而言,尼卡光学可以称为国内体全息AR模组的“舵手”,在人才、技术、产品和战略执行等维度均具备不俗实力,对引领及推动国内AR相关产业发展意义非凡。

尼卡光学 专利荣誉墙(企业供图)

对于尼卡光学之于国内AR模组产业发展的作用和展望,杜有成表示,“首先,我们会专注于扎根内功,把自身擅长的事做好,包括持续打磨、深入研究材料开发和光学设计等前沿技术,然后坚定执行目标和完善计划。其次,我们在做研发时不能‘闭门造车’,一定要帮大量下游客户解决痛点问题,包括降本、漏光等。另外,我们也将加强产学研合作,与优秀高校开展相关项目课题以及联合培养人才,从而为国内AR行业补充更多的新鲜血液。

在推动国内AR产业发展进程中,资本要素也举足轻重。王振华称,“AR产业的发展需要更多人才、资金和企业扎进去投入,以从不同维度为行业赋能。我们作为投资机构,力争通过更多资源倾斜促使更多合适的企业加入AR行业,并对尼卡光学等公司进行大力协同赋能,同时也致力于通过信息、资源共享等方式推动国内AR设备的技术突破和产业发展。”

责编: 爱集微
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