XR终端产品的产业化，依赖其技术体系的成熟，包括其中的制造技术——纳米压印。纳米压印工艺在衍射光波导、Tof传感器、OLED／Micro－led的生产制造中都发挥着至关重要的作用。

XR的时代已然来临

科技改变生活！如果说21世纪前20年，改变人类生活的最重要的科技产品是智能手机，那么展望未来，有什么产品会像智能手机一样改变人类生活？我想是XR（VR／AR／MR）。

2020年，以Facebook Quest 2 与微软HoloLens 2为代表的新一代高性能虚拟现实终端推动了全球VR大众消费市场和AR商用市场的进一步发展，很大程度上改变了人们的生活和工作方式，同时让市场看到了虚拟现实切实的技术价值和清晰的市场潜力。

2021年，VR／AR领域令人期待的消息不断，谷歌、苹果、腾讯、华为等科技巨头纷纷出台大动作，整个市场呈现欣欣向荣之态。Facebook扎克伯格预测，XR市场爆发的奇点就在2021年！

XR技术成熟之路

我们知道，终端产品的产业化，依赖其技术体系的成熟。VR／AR产业的成熟，也是各相关技术成熟的结果，包括5G、近眼显示、感知交互……

▲图：虚拟现实关键技术体系（2020） （来源：中国信通院）

▲图：虚拟现实技术成熟度曲线（2020）（来源：中国信通院）

落到生产环节，VR／AR终端的制造工艺也是产业成熟的关键。制造工艺直接影响着良率与成本。

以下图的双目AR眼镜为例，AR眼镜的结构由输入、输出、“计算／存储／通信”和电源共四部分构成，其中光学输出部分由光波导和微投影设备构成。AR的核心是光学输出和感知系统，而光学输出部分的透镜技术是高端 AR 设备中最昂贵的部件之一。光学透镜的技术方案和制造工艺是目前AR终端制造最核心的问题之一。

▲图：双目AR 眼镜部件 （来源：Strategy Analytics）

AR眼镜光学主流技术方案

目前比较成熟的AR技术主要分为棱镜方案、birdbath方案、自由曲面方案、离轴全息透镜方案和波导方案，前三种方案体积较大，限制了其在智能穿戴方面，即增强现实眼镜方面的应用。全息透镜方案使用全息片独一无二的光学特性，具有大FOV和小体积的优势，但是受限于眼动范围比较小。

波导是目前最佳的AR眼镜方案。波导方案又分为几何波导方案、浮雕光栅波导方案和全息体波导方案。几何波导方案中一般包括锯齿结构波导和偏振薄膜阵列反射镜波导（简称偏振阵列波导）。其中主流的偏振阵列波导是使用阵列的部分透射部分反射薄膜镜来达到虚拟信息的显示的目的，偏振阵列波导方案具有轻薄、眼动范围大且色彩均匀的优势。

目前，衍射光波导根据光耦合器的差异可分为利用纳米压印技术制造的表面浮雕光栅波导（Surface Relief Grating，SRG）和基于全息干涉技术制造的全息体光栅波导（Volumetric HolographicGrating，VHG）。其中，微软、Magic Leap 等多家AR明星企业的规模量产证明了SRG这一技术路线在经济成本上的可行性。全息体光栅由于受到可利用材料的限制，致使其在视场角、光效率、清晰度等方面尚未达到表面浮雕光栅的水平，但因其在量产经济性等方面的发展潜力，业界对此方向的探索未曾停歇。

▲图：虚拟现实近眼显示部分代表技术路线（来源：中国信通院《虚拟（增强）现实白皮书2021》）

案例一：歌尔股份

歌尔股份有限公司（简称：歌尔股份）是虚拟现实硬件领导厂商，具备成熟的VR光学元件、AR光机系统和智能硬件设计制造能力，高端VR头显全球出货量位居前列。目前，歌尔股份已具备基于表面浮雕光栅波导AR 镜片从纳米压印到模组装配全工艺流程量产制造服务能力。

下图截取自歌尔股份有限公司位于潍坊市的“轻型高端 VR／AR 眼镜关键技术研发及产业化项目”的环评报告，可以了解到纳米压印技术在VR／AR制造中的应用。

▲图：歌尔股份轻型高端 VR／AR 眼镜关键技术研发及产业化项目采购设备

案例二：珑璟光电

深圳珑璟光电科技有限公司（简称：珑璟光电）成立于 2014 年，是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，是国内率先实现阵列光波导量产、 批量出货，且同时积极布局光栅波导研发和生产的虚拟显示模组供应商。

2021年6月，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。（新闻链接：珑璟光电正式发布衍射光波导模组）

▲图：珑璟光电浮雕光栅波导产线的纳米压印设备（来源：珑璟光电官网）

据珑璟光电介绍，其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。除了上述案例外，国内企业如水晶光电、华天慧创、鲲游光电等均有采用纳米压印工艺。

目前，全球主要纳米压印方案提供商有20多家，市场份额集中度相当高。在AR光学制造领域，国外纳米压印设备企业如EVG、SUSS、NILT占据主要份额，国内企业如天仁微纳、光舵微纳、璞璘科技、埃眸科技将AR领域作为纳米压印应用的突破方向，在这一领域的应用逐渐成熟。随着纳米压印技术在各领域的应用推广，总市场规模将迅速扩大，市场格局也将随之改变。另外，前文提到的AR眼镜的核心器件——Tof传感器、OLED／Micro－led的生产中，目前都已导入纳米压印工艺。由深圳市微纳制造产业促进会出品的《微纳制造技术（专利）产业化分析报告——纳米压印》对纳米压印技术的应用领域和市场潜力作了详尽的调研分析。纳米压印作为一项微纳加工技术，早在2003年就被纳入国际半导体蓝图（ITRS）。从1995年发明至今，经过不断的改进和技术突破，纳米压印技术已经被应用到LED、屏幕显示、传感器、DNA测序等领域。纳米压印与AR的结合可以说是相辅相成，AR因为纳米压印工艺的导入而降本增效，而纳米压印技术因为AR带来的市场需求得以完善发展。

StrategyAnalytics发布的数据显示，2020年专用AR头显市场的全球出货量不到11．5万台，总收入为1．66亿美元。81％的头显出货量是面向企业的。预计到2026年，消费级AR头显的全球出货量将超过5300万台，总收入将超过300亿美元。

来源：Strategy Analytics《专用AR头显预测》

我们预计未来5年，纳米压印设备在AR市场的应用也将迎来爆发式增长。

来源：深圳市微纳制造产业促进会研究部

文章来源：微信公众号：微纳制造产业促进会