深圳珑璟光电成立于2014年,是专业从事AR光波导技术、工艺开发和光学模组生产的国家高新技术企业。公司主要产品是阵列光波导和衍射光波导光学模组,为下一代信息技术智能终端设备(AR眼镜、AR头盔等)的核心器件,广泛应用于时尚、旅游、教育、医疗、警用、应急救灾等领域。
公司在深圳的生产基地建筑面积1.64万平方米,装备了超精密玻璃冷加工、光学镀膜、纳米压印等生产和检测设备,是目前国内唯一的一条装备精良、工艺先进,具备稳定交付能力的AR光波导模组生产线。
公司核心团队在微显示芯片与器件、近眼成像光学、超精密结构设计与制造、图像处理和识别算法、驱动系统等方面耕耘近二十年,掌握具有自主知识产权的核心技术。
珑璟光电拥有阵列光波导和衍射光波导两大产品线。
阵列光波导是利用光在波导片中的全反射原理,通过反射镜阵列耦出,
具备产品优势如:小体积、大视场角、高透过率、高成像质量。阵列光波导产品生产工艺复杂,包含数十道工序,精度要求高。珑璟光电在国内率先实现阵列光波导量产、批量出货。
衍射光波导是使用全电磁矢量设计、晶圆制造、纳米压印和超精密玻璃冷加工等微纳制造工艺实现纳米级别的工艺生产;产品与其他大体积光学方案相比,轻薄而且可灵活切割处理,在外形上可更贴近眼镜形态,搭配了结构更为紧凑、更为轻量化的光机。
此外,珑璟光电还研发了棱镜方案,通过投影到带有切割反射面的小棱镜上成像。
珑璟光电完成过亿元C1轮融资,继续加大阵列和衍射光波导产线的建设升级
2021年12月30日,珑璟光电宣布完成过亿元C1轮融资,本轮融资由华强资本领投,朗玛峰创投、灏浚资本、贵全长青等机构跟投,老股东君盛投资继续追加投资,汉能投资担任独家财务顾问。
本轮领投方华强资本聚焦于高成长性行业投资,累计投资超过35家AR/VR、5G通信、新能源汽车、商业航天、新材料、文化及IP赋能等行业中高成长性企业,包括:库客音乐、泡泡玛特、星河动力、富特科技、芯视元、睿悦信息等。
老股东君盛投资是一家聚焦科技领域投资的活跃VC机构,在AR领域,君盛投资是国内布局最深的机构之一,所投资企业包含终端整机、品牌、光学模组、交互方案等领域创业企业。
专注于阵列和衍射光波导双技术路线的产业化
成立于2014年,珑璟光电是国内率先构建阵列、光栅和体全息光波导全产品矩阵的光波导模组供应商。截至2021年年底,珑璟光电申请完成了超过170项专利,已授权专利数近80项,大幅加强了光波导知识产权的布局。珑璟光电致力于打造领先的光波导产品,内部自研推出了独有的光波导设计软件,支撑产品"短、频、快"的迭代升级,直面众多行业头部的B端与C端AR整机厂家,并与厂家达成深度的"产、学、研"合作,产品广泛应用于警用、消防、工业、文旅、教育、消费等多个领域。
珑璟光电的核心竞争力是AR光波导产业化,它凭借对生产工艺的超前理解和对生产线的建设能力,坚持"多品类、小批量、高精度"的出货方式,快速迭代生产工艺,当前良品率已超过70%。目前,珑璟的阵列光波导产业化能力已经走在全球前列,与国内外多类型客户和产业方,展开了深度的产、学、研合作。同时,公司自建的深汕光波导工厂预计满产能可达100万片/年,已成为中国产业化能力最强的光波导模组供应商,供货能力和稳定性已遥遥领先于同行。
在阵列光波导布局方面,2021年珑璟光电实现研发边界的重大突破,完成二维扩瞳的产品研发,解决了一维扩瞳阵列光波导体积和视场角(FOV)无法兼顾的问题,并成功将模组体积和重量缩小近3倍,获得客户的一致好评和积极的合作响应。在阵列光波导生产工艺方面,珑璟攻克了分子键合工艺层难点,实现无胶贴合的迭代升级,大幅提升阵列产品的美观度。
在衍射光波导布局方面,珑璟光电自2019年便开始发力投入,目前已设有衍射光波导微纳实验室,打造了完善的纳米压印实验线,并于2021年推出新一代衍射光波导产品,目前已走通了整套纳米压印流程,具备小批量的出货能力。同时在规划中的纳米压印量产线,将包含电子束曝光设备、刻蚀设备、电镜检测设备等全流程半导体光刻生产检测设备。
光波导作为AR眼镜的重要光学组件,产业化机遇和价值巨大
2021年是元宇宙元年,作为通向元宇宙核心物理入口的AR可将虚拟世界准确地投射到物理世界中,形成一个发展潜力巨大的新型经济系统和新型社会系统。在AR领域,经过多年的产品、技术和人才积累,脸书、微软、苹果、华为、小米、OV等国内外巨头企业开始带领世界打开新一代3D互联网。自此,"人与人"、"人与物"和"物与物"的交互方式将变得更加立体、更加近距离、更加实时。 目前,AR作为重要工具,已经在安防、工业巡检、会议协作、培训、文旅、教育等多种场景中解决了诸多问题,并获得越来越多客户和大厂的认可。光波导模组作为AR眼镜的核心光学组件,发展前景日趋明确,目前已经全面替代棱镜、自由曲面棱镜、Bird Bath等过往技术路线,成为AR的首选光学显示方案,开始进入落地阶段,预计不远未来其产业化能力将持续爆发。
相比其他光学架构,光波导外观形态趋近日常眼镜片,且可通过增大眼动框范围(Eye-box)适配不同脸型用户,更有助于推动消费级AR产品发展。 从技术路线层面,光波导则可分为阵列光波导和衍射光波导两大技术路线。前者采用光学冷加工技术,需要连续多层半透半反镜面阵列镀膜、抛光、贴合、切割等复杂工序,极度考验供应商对产线、工艺和产品良率的把控能力,具备较高门槛,仅有极少数供应商实现产业化。衍射光波导采用平面的衍射光栅取代传统的光学结构,行业理论和工艺仍在探索阶段,但未来该技术路线会具备较高的可加工性、成本可控性和批量生产稳定性,现已成为国内外标杆企业研发创新的活力区。 阵列和衍射两者技术路径不同,设计和工艺的差异也很大,但客户对产品的指标要求是相似的,产品化的思路一脉相承。阵列光波导的效果更好且可快速出货,衍射光波导的技术理论和工艺还需要长时间摸索。根据市场保守估计,未来3年内阵列都将是量产的选择。未来,光栅光波导的理论难点将得到进一步解决,效果将达到人眼可接受的范围,彼时阵列光波导的性能、成本和客户积累将达到成熟期,衍射光波导在各个参数维度上将与阵列有差距,但仍会在部分应用分场景上去转化客户。因此阵列和衍射光波导技术路线在很长时间内,将处于共生共存的状态。
本轮融资将用于衍射光波导产线和阵列光波导设备升级
珑璟光电自创立以来,始终坚持布局"阵列和衍射光波导"双技术路线,专注AR近眼显示光学的产线建设,并坚信以技术创新为基础,同时彻底解决产业化进程中的生产工艺问题是AR光波导发展的根本,持续为AR行业下游整机客户提供高稳定性产品。
本轮融资后,珑璟光电一方面将继续增加阵列光波导定制化和自动化设备投入,推动阵列光波导无胶贴合工艺的产业化和二维扩瞳产品的产业化,打造全流程、强可控、高效率的阵列光波导产线,实现规模化量产能力,助推中国AR光学产业化发展。
另一方面,将加大衍射光波导产品研发投入和建设覆盖电子束曝光设备、刻蚀设备、电镜检测设备等半导体光刻设备衍射光栅光波导产线。珑璟光电作为国内领先的AR光学模组供应商,将持续专注做好产品研发和产业化的本分,配合产业上下游打造完善的AR眼镜产品,服务好客户和合作方,一起助力行业发展。
珑璟光电CEO马国斌表示:"感谢投资方对珑璟团队的认可与支持,本轮融资将用于助力珑璟光电建设更完善的阵列和衍射光波导产线。我们将不负众望推进公司阵列和衍射光波导产业化进程,全力配合各界重要客户和合作伙伴,加快AR眼镜产品全社会普及。"
本轮领投方华强资本合伙人陈玉表示:"随着5G、芯片、光学等相关硬件技术的突破,加速了AR/VR产业的发展,元宇宙概念让更多的行业巨头加入到AR/VR产业中来,推动着产业持续的进步。珑璟光电凭借着长期全面的光波导产品和产线布局,以及生产工艺的优势,有望成为行业的领跑者,从而加速光波导模组在国内外市场的供应,享受AR在企业级和消费级眼镜市场的增长红利。"
负责本轮投资的投资总监董龙表示:"华强资本长期关注AR/VR行业,目前已布局了微显示芯片、系统引擎等底层软硬件供应商,本次在光波导领域选择与珑璟携手同行是因为坚信其在所布局的技术路线上具有深厚的技术积累和领先的生产工艺。"
老股东君盛投资珑璟项目组负责人刘杰表示:"AR作为下一代智能交互方式,在安防、工业等B端以及C端消费场景有巨大的市场空间,显示模组是AR产品的核心组件。珑璟光电团队持续深耕AR显示光学领域,在技术研发和产业化落地方面不断突破,是国内AR显示的龙头企业。从2018年开始,君盛投资不断加码投资珑璟光电,坚定看好珑璟光电未来的发展!"
汉能投资副总裁陆尹坤表示:"汉能从2020年完成对珑璟光电的投资,再到2021年全力配合公司完成C轮融资,我们深刻见证了珑璟光电一步一个脚印的成长,马总是一个特别有韧劲的企业家,AR是一个长坡厚雪的超级赛道,我们认为只要踏实肯干,技术领先的公司肯定能够走到最后。期待珑璟光电继续茁壮成长,引领中国AR光学产业走向世界。"
珑璟光电开创性提出光波导拓扑设计新范式
2021年10月10-12,珑璟光电做题为"Physics-driven Topological Optimization of Diffractive Elements for Augmented Reality"(中文译作"增强现实中衍射元件的物理驱动拓扑优化)的口头报告。
珑璟光电表示,几何光波导可以通过锯齿结构和部分反射镜阵列结构实现,而衍射方案也可分为表面浮雕光栅和体全息光栅,表面浮雕光栅可采用矩形、倾斜等一维结构,也可以采用二维结构。在光学效果方面,使用二维光栅方案能实现更大的FOV、更小的尺寸、更轻的重量、更好的显示效果以及更优的批量生产能力。不过,对于表面浮雕光栅方案而言,拓扑结构更利于光刻机大批量加工,如何进行拓扑结构的设计却也是一个难题。但在简化制程、显示质量好、设计效率高的标准之下,珑璟光电突破性地选择了二维拓扑光栅结构。
据珑璟光电介绍,衍射计算以麦克斯韦方程组为基础,采用自行开发的LochnFDTD软件进行计算,评价函数是与目标差的平方和。水平集方法是边界的一种表示方法,在边界上函数值为0,在区域内>0,在区域外<0。同时采用了伴随优化的设计方法,可以反向传播计算伴随场,显著的减少计算量,加快迭代速度。
珑璟光电研发还表示,这一方法已经被证明确实有效,光波导是增强现实近眼显示器的关键技术,相比一维和二维光栅,拥有更多设计自由度的拓扑结构能够获取更好的FOV均匀性和Eyebox均匀性,这对于AR产品而言,无疑将带给消费者更加极致的体验感,对B端,乃至C端而言都会是一次重大利好。
珑璟光电推出二维扩瞳阵列光波导方案:通往消费级AR之路
第 23 届中国国际光电博览会(CIOE2021)将于2021年9月16-18日在深圳国际会展中心举办!作为一家集技术研发和专业化生产于一体的高科技光电技术公司,珑璟光电将携最新二维扩瞳阵列光波导技术的模组产品参与此次光电博览盛会。
据悉,珑璟光电的二维扩瞳阵列光波导产品采用了右上角耦入形式,模组重量小于20g,FOV高达50°,出瞳距离达20mm以上,眼动范围15x12mm, 畸变<2%,透过率大于85%。
(珑璟光电二维扩瞳阵列波导模组)
二维阵列光波导—真正的C端产品:效率高,色彩正
1,颜色更加均匀
左图:Hololens2显示效果,图源自reddit网
右图:珑璟光电二维阵列波导图
2,正面透光明显更少
左图:Hololens2衍射波导图,图源自cnet网右图:珑璟光电二维阵列波导图
3,对比度更高:阵列杂散光更少,更通透。
左图:Hololens2显示效果图
右图:珑璟光电二维阵列波导显示图
4,能量利用率更高:阵列光波波导片能量效率相较于衍射波导高10倍以上。
一直以来,行业内阵列光波导存在三个难点:一是耦入部分的体积难以缩小,二是光波导固有的明暗条纹问题,三是量产难度大,而二维阵列又比一维阵列的工艺难度高了一个量级。
那么,面对这些行业难题,珑璟光电又是怎么做的呢?
作为业界少数能实现阵列光波导量产和批量出货的公司,早在2018年3月,珑璟光电的第二代40°光波导产品就已经开始量产,到现在,珑璟光电在阵列光波导加工方面已经具有丰富的经验和优势,拥有自主开发的设计软件,自主开发的光学参数检测系统,自主知识产权体系。
2020年8月,珑璟光电在深圳市深汕合作区时尚品牌产业园落成,面积达16400平方米,进一步构建起低成本、高质量光波导片及模组量产能力,为AR技术的全面落地奠定了基础。当然,这也意味着珑璟光电将具备更大量级的产能和探索新工艺研发路径的试错能力。
针对二维阵列光波导,珑璟光电也不断攻克二维阵列波导的技术难题,经过不断的技术迭代改良,生产出二维阵列光波导。既能扩大视场角、出瞳距离、眼动范围,又能保证高保真的图像质量;均匀性,色彩等性能指标达到国内领先水平;同时,采用了折衍混合光机思路,使得光机更加轻薄,产品耦入部分体积得以缩小。 在产品参数和效果上,也已经可以和国外顶尖厂商的产品相媲美。
值得关注的是,珑璟光电的60度二维阵列波导也即将面世,带来更大的FOV,更大的Eyebox,和更佳的显示效果,敬请期待。
二维扩瞳阵列光波导产品助力消费级AR落地
阵列光波导方案主要是运用几何光学理论、光学设计仿真软件和高精密的制造流程,在图像质量上达到很高的水准。
二维扩瞳阵列光波导方案则能同时实现垂直和水平双向出瞳扩展,从而有效的增加出瞳距离和eyebox大小,显著减少耦入部分投影光机的体积。在小的形状因子条件上可以增大视场角,给用户带来极致的AR体验。
二维扩瞳阵列光波导方案,还解决了一维扩瞳阵列光波导光机体积与FOV、EYEBOX之间的矛盾。
一维扩瞳阵列光波导产品中,光机体积与产品的FOV(视场角)直接正相关,FOV越大光机体积越大,存在一定的制约关系。但二维扩瞳的光波导技术的作用下,二维扩瞳阵列光波导产品可以在垂直和水平方向实现双向扩瞳,即使小光机也能实现大FOV和大EYEBOX。
需要注意的是,在AR眼镜产品中,除了阵列光波导方案,目前主流的解决方案还包括棱镜、Birdbath、自由曲面、离轴全息透镜等。但这些方案几乎都受限于体积,在C端应用中也有着一定的局限性。
而在二维阵列光波导技术之外,衍射波导也被认为是有可能解决C端大批量量产产品的光学方案。不过,衍射波导方案也有一定的不足,如存在色散问题,主要表现为FOV和动眼框内的颜色不均匀即"彩虹效应"。加上由于衍射元件会形成多级次的衍射,在光波导显示镜片"外侧"也会显有其他级次的衍射能量,呈现出"外侧漏光"现象。
因此,二维阵列光波导技术因其轻薄外型和光线高透过率,被认为是较好的消费级AR眼镜的光学方案,更加接近消费级AR的需求。
珑璟光电正式发布衍射光波导模组
深圳珑璟光电科技有限公司(简称:珑璟光电)发布衍射光波导,产品型号名为LCE2104H。这是继今年年初推出视场角40度光栅波导样品并宣告其光栅波导产品进入产品迭代设计以及量产化准备阶段之后的第一款量产产品。
LCE2104H的视场角为28°,出瞳距离20mm,眼动范围达到15*12mm,镜片厚度仅为1.4mm,透过率高达85%。产品与其他大体积光学方案相比,轻薄而且可灵活切割处理,在外形上可更贴近眼镜形态,搭配了结构更为紧凑、更为轻量化的光机。
珑璟光电衍射光波导产品研发生产全流程均自主完成,衍射光栅设计依托于自主知识产权,采用自主开发的衍射波导辅助设计软件,自主创新的微光栅结构以及架构设计,与国际一线大厂相比,走出了珑璟光电独有的产品设计路线。产品的生产,如匀胶、压印、固化、切割、组装等工艺流程全部在珑璟光电微纳实验室和深汕生产基地完成,基本实现生产制作过程可控,质量可控,时间周期可控。
珑璟光电从2017年便开始在衍射光波导方向布局,19年投入数千万成立微纳光学实验室,实现衍射光栅产品小批量试产。同时,预计今年年内,位于深汕特别合作区的珑璟光电生产基地全新的衍射光波导生产线将建设完成,在现有的小批量量产试产上,衍射光波导的产能将提升至K级每月。
衍射波导的加工工艺中,第一步需要通过半导体的微纳米加工工艺在硅基底上通过电子束曝光和离子刻蚀制成母版,为全面实现衍射波导生产制作全流程全工艺的自主可控,珑璟光电将进一步加大投入,购入母版制作加工的相关设备,引进更多微纳高精尖人才。
珑璟光电作为行业内为数不多同时专注于阵列光波导、衍射光波导的研发和生产的高科技光电技术公司,在阵列光波导的产品方向上已取得了明显优势地位。在衍射光波导产品方向上,无论是从研发设计、生产加工,还是人才积累和培养,珑璟光电在衍射波导的布局也已取得了显著成绩!在产业化的道路上,同样会建立优势地位。
1.珑璟在衍射光波导的布局:
a) 团队研发和技术能力超群:
i. 珑璟光电的AR光学理论基础雄厚、拥有较强的光学设计和逆向光子优化设计能力,具备十余年光学领域科研经验、在衍射光学和光学设计领域均有建树。团队的学术研究成果在包括Nature communication, Optics Letters、Applied optics , Optics Express、Journal of Optics、光学学报、中国激光等国内外知名光学期刊发表。是Optica,Optics Express, Applied Optics等期刊审稿人。
ii. 珑璟欧洲研究中心团队拥有10年衍射光学经验。团队在Journal of physical Chemistry C,Optics Letters, Optics and Lasers in Engineering等刊物上发表文章多篇,是Optica,Optics Express等期刊审稿人,参与过欧盟科学研究项目2项。
b) 衍射光波导产品研发积累:设有700平的衍射光波导微纳光学实验室、有纳米压印实验线,同时规划有纳米压印量产线、电子束曝光设备和刻蚀设备,电镜检测设备等半导体光刻设备,目的是打通全部环节的衍射光栅波导加工和检测产线;目前有团队专注于衍射光波导产品研发设计。
c) 自主开发的衍射光波导设计工具软件:珑璟光电开发有专用的光栅结构全电磁矢量分析软件和衍射光栅波导设计软件,这两款软件目前已经深度应用并成功用于设计衍射波导模组的工业开发。
d) 衍射光波导专利布局情况:珑璟光电目前主要布局在两个方面,一是创新的光栅波导微结构,突破现有的常用的光栅波导微结构;二是创新的光栅波导架构设计,因为目前光栅波导使用的架构有两种,以微软为代表的一维光栅方案,和以WaveOptics为代表的二维光栅方案,珑璟光电在积极探索第三种特有的结构,并积极部署了相关发明专利。这个就是全矢量计算电磁逆向优化出来的一种拓扑结构,相比一维和二维光栅能够获取更好的视场均匀性和Eyebox均匀性。
e) 海外研究中心和高校合作:
i. 持续跟进海外技术动态,依托珑璟欧洲的研究中心,进一步加大落实欧洲高校的合作,同时加强国内产业化的能力。
ii. 争取国外完成原理性问题突破后,在12个月内做出类似效果的产品,并且依托国内产业化能力和客户基础,加大光栅产品的迭代和产业化,拿下更多的客户。
iii. 针对前沿的技术如体全息和超表面等,持续保持关注和跟进,并已布局相关专利,来判断他们可产业化的时间点,去做产业化相关的准备工作。
f) 衍射光波导客户合作情况:衍射光波导模组由于体积可以做到更小,所以客户范围会更广,除了传统的工业、安防等B端应用,我们也和以国内消费电子行业的领导厂商为代表的C端客户持续接触,预计在衍射方向2021年可实现小批量出货,找到有潜力的场景和客户持续共同打磨产品。
2. 纳米压印流程介绍
该工艺如图2-1所示,可分为两个阶段:纳米压印工作模具制备阶段和批量生产阶段。首先,通过上述模板制备工艺将图案加工到硅晶圆上以用作模板,通过纳米压印技术在更大的硅晶片上旋涂UV树脂并在上面印刷更多的模板。然后使用紫外线对印刷的结构进行曝光以固定树脂。最后通过重复上述过程批量生产多图案的压印模具。在批量生产的过程中,使用多图案的模具来生产表面浮雕光栅波导,然后使用功能性涂层覆盖波导,并用激光切割技术分离,最后将不同结构的波导堆叠实现光学模组的制备。
3. 纳米压印设备:
第一阶段入厂的纳米压印设备包括高精度紫外纳米压印设备,匀胶+热板设备,以及相关清洗设备等。高精度紫外纳米压印设备主要用于大批量压印衍射光学器件,适用于浮雕光栅波导、全息元件等的批量压印生产。可压印高精度结构、高深宽比结构、以及斜光栅结构等,能够全自动根据配方进行纳米压印。购入的设备可选用热固化和紫外固化两种方式,适用于不同的胶水工艺,具有多用性。同时,该设备支持自动复制柔性复合工作模具,工作模具具有精度高,寿命长等特点,可以显著降低大面积纳米压印工艺中模具使用成本。匀胶+热板设备主要用于晶圆结构复制材料的旋涂和基片压印胶的旋涂,适用于300mm直径圆片的旋涂匀胶与烘烤工艺。相关清洗设备用于基片的无损清洗及表面活化。第一阶段的纳米压印设备可以满足珑璟光电初期的浮雕光栅波导的压印工艺探索,以及小批量生产。
4. 纳米压印进度:
基于购置的纳米压印相关设备和自己搭建的工艺表面处理设备,经过多轮的工艺摸索,已经独立走通了整个的纳米压印工艺流程(之前部分表面处理工作需要外发到设备商处进行处理,时间上完全没有保障),目前的纳米压印工作分为两块,一是对目前在加工晶圆的测试压印;二是对新胶水,包括模板胶水和压印胶水的测试工作,形成一个稳定的胶水供应链和胶水工艺库。如下两个图是目前纳米压印的SEM图。
5. 自研发工具软件:
ARDesign为珑璟AR波导片开发工具包,结合ZEMAX Optic Studio软件,能快速自动化建模,评价分析波导镜片成像质量。
ARDesign 操作区示意图
建模实例图
自研光波导设计软件专利