11月15日艾邦在上海举办了第四届AR/VR产业链论坛。宁波天璇新材料总经理周宓出席了本次活动,并以《宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展》为题进行了分享。宁波天璇团队长期深耕在光学材料领域。本次论坛,宁波天璇周总主要围绕微纳光学胶解决方案进行讲解。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展
微纳光学胶在AR/VR领域的细分应用场景
微纳光学胶在AR/VR应用场景和时效中占很大的比例。微纳光学,是指微米及以下尺度,光学胶能够控制光的方向、强度和色谱。微纳光学胶可以分为两大类:一类是具有粘合力的胶水adhesive,第二类是涂层 coating 。
光学胶水起到粘合的作用,光学胶要求光可以在材料或介质中传播,如低折射率或高折射率胶水。主要分为点胶、打印型胶水和OCA光学胶膜。
Coating (涂层)可以进一步划分为硬基底和软基底,基底不同对应的工艺和产生的效果也不同。
  • 硬基底涂层常见的包括玻璃晶圆、硅片或者树脂晶圆等。最重要的应用是光刻胶,按照应用场景可以将光刻胶分为半导体级别跟显示级别:半导体级别是指从百纳米级以下,包含ArF、 KrF、超透镜等;显示级别的涂层包括 overcoat、OC、colorfilter、光阻、色阻等。纳米压印作为新的硬基底涂层应用,发展非常迅速。按照尺寸从大到小,可以分为微透镜阵列、DOE、 衍射光波导、纳米压印+刻蚀方案。其中纳米压印+刻蚀方案为现在卡脖子的 ArF、KrF 光刻胶提供了替代方案。
  • 软基底指的一般是以PET、PC、TAC等各种膜材,做卷对卷压印制程或者软板、直板等的印刷,应用包含减反射涂层、防眩光涂层、液晶补偿膜、量子电膜等。

高折/低折材料

折射率是光在不同介质和真空中的传播速度之比,折射率越高,入射光发生折射的能力越强。不同折射率材料的匹配和选择,很大程度上决定了光前进的方向和它对应性能的强弱。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展
折光材料在现实生活中应用于很多场景,例如高折射率镜片、折光材料镀层的镜头、深宽比的3D光场直显、衍射光波导控制AR眼镜光路等,都是以折光材料作为核心来决定光场的分布和显示的强弱。
常见折光材料包括有机材料、无机材料或者有机/无机杂化材料。
  • 无机折光材料的制备方法是物理溅射法,常见低折无机材料多为氧化硅、氟化镁,高折材料多为氧化钛、氧化铝等。
  • 低折有机材料体系包括溶液凝胶法、含氟单体等,高折有机材料运用杂原子体系、硫化体系或高折纳米粒子。
  • 有机或杂化体系的制备有化学合成、物理研磨、杂化配方体系、气相沉积等。
  • 在应用上,低折材料可以用于AR减反射膜;高折材料用于Micro OLED/LED微透镜阵列的光学增透,还可通过提高材料折射率提高AR浮雕光栅的FOV,达到更好的光效。

从加工方式来讲,显示面板常用狭缝涂布的加工方式,表面微结构、卷对卷结构用压印或转印工艺,玻璃或硅晶圆用旋涂的工艺。

宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展
  • 材料体系取决于应用场景和对应的要求。以光固化为主体可运用丙烯酸酯体;车载或有高耐受性的要求的材料体系选择有机硅或者环氧;由于环氧多为热固性材料,要提高材料的耐受性,需选择聚酰胺材料。

宁波天璇纳米压印胶产品阵列

宁波天璇在光学材料领域专注于折光材料的分子设计、合成和配方开发,核心竞争力除了配方外,还有自研的单体和分散技术,产品广泛应用于OLED显示、增强现实AR眼镜、光学模组等具有广阔前景的方向。

(1)高折射率涂层

天璇的高折射率涂层基于高折射率UV光固化树脂,可实现聚光、裸眼3D、减反射、眩光等功能。OLED在每个像素点上有一个类似蒙古包的微透镜阵列,以达到聚光的效果,并降低10-15%的能耗,显著增强出光效率。蒙古包形状上需要高低折搭配涂层,宁波天璇开发了自己的技术方案,跟客户配合得到很好的效果。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

(2)低折射率涂层

宁波天璇的低折射率UV光固化树脂已被广泛应用于光纤涂覆、减反射涂层等方向。宁波天璇无溶剂型的低折材料折射率可以低至1.36。有溶剂型低折材料常用于AR眼镜,提供物理支撑,防止光线外溢,宁波天璇开发的材料折射率最低可达到1.24-1.25。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

(3)纳米压印成型树脂解决方案

纳米压印技术具有工艺简单、低成本、高分辨率等优点,当前已广泛应用于晶圆级微纳光学器件加工,宁波天璇开发了一系列纳米压印树脂产品,对应衍射光波导的MLA、DOE、Diffuser 等,提供折射率 1.4 -1.9 的全系列材料,具有高透过率、低雾度、高耐候性等优点,是国内第一家可以满足全系列产品线对单一或多层材料需求的公司。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展
针对MLA和DOE市场,宁波天璇提供四款产品,折射率范围可从1.4 -1.7 (取决于客户在 MLA 上的结构设计),折射率越高,聚光能力越强,光学设计开发能力越强,宁波天璇可通过改变阿贝数来适应光学设计的需求。 
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

(1)纳米压印胶-NP5003A

NP5003A是环氧体系的产品,可对标德国某友商的 x14 系列,应用于MLA和DOE ,光学性能和耐受性较好,工艺时间短,可以做到快速光固化。基于良好的性能, NP5003A在推出后便受到了客户测试跟推广方面欢迎。
(2)纳米压印胶-NP7007B
围绕 MLA 体系,如果要做折射率比较高的微透镜阵列,宁波天璇也是国内的第一家能够做到厚度在 50-100 微米的同时,满足1.7高折高透需求的公司。NP7007B 纳米压印胶提供具有1.7的高折射率,同时拥有高透光率等光学性能。压印胶具有很好的柔韧性,满足纳米压印多种加工工艺,在多种表面基材之上均有较好的成膜性,对于光效增强具有明显的提升。材料粘度可用溶剂调整,也可以按照客户的要求定制开发。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

(3)针对衍射光波导市场的高折压印胶

纳米压印胶NP9302A型光学树脂提供具有1.9的高折射率,同时拥有高透光率等光学性能。压印胶具有很好的填充性,满足纳米压印多种结构。该款压印胶能够均匀稳定分布在树脂中。材料粘度可用溶剂调整,也可以按照客户的要求定制开发。
宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

波天璇的产品已经在形貌、SEM 、光效、均匀性上达到和国外厂商同等的水平,在下游厂商验证也顺利推广中

总的来说,在 VR 和 AR 领域,宁波天璇在可以提供1.2 -1.92 折射率的产品,实现整个体系的全覆盖。
在工艺方面,宁波天璇研发的材料包含无溶剂型和有溶剂型,可以配合下游进行热固化、 UV 加热固等工序;在生产方面,宁波天璇搭建了完备的生产线,产能充足。

宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

宁波天璇研发实验室及生产线

本文来源宁波天璇新材料总经理周宓在艾邦第四届AR/VR产业论坛上的演讲,论坛可公开资料下载及视频回放,请关注公众号“艾邦VR产业资讯”后,回复“20231115”获取。

The original article was first published on the WeChat official account (Aibang VR Industry News):宁波天璇新材料:用于微纳光学的光学胶产业化进展

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