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AWE 专访|张梦华:全息衍射光波导进展

2020-8-3 15:04 81 0 编辑:互联网
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增强现实(AR)光学透视式近眼显示技术作为下一代新型移动显示技术,属于国家重点支持的高精尖技术领域,是世界各国科技巨头、投资机构竞相追逐的热点,应用潜力巨大,具有广阔的市场前景,预估在未来五年内市场规模将达到300亿美元。由于全息波导兼具视场角大、显示效果好、体积小、重量轻、批量生产成本低等优点,它将成为未来近眼显示光学技术发展的主流方向。
高性能全息波导光学显示模组为奥提赞光晶(山东)显示科技有限公司自主研发,致力于解决AR发展的技术瓶颈——光学显示技术。
很荣幸我们有机会在AWE Asia展会举办之前,采访到奥提赞光晶(山东)显示科技有限公司研发总监张梦华先生。

1. 请简单介绍一下自己和您的公司
大家好,我是奥提赞光晶(山东)显示科技有限公司的研发总监张梦华。从事光学设计、信息光学材料及全息光学器件制备领域近10年。目前主要负责高性能全息记录材料研发、全息衍射光波导设计及制备。
奥提赞光晶(山东)显示科技有限公司(ARTIZAN),是一家集研发、设计、制造、销售为一体的高科技光电技术企业。公司专注于光波导的开发与制造。
公司技术团队历时五年的攻坚克难,成功研发出新一代信息产品——高性能全息波导产品。
该技术成果从材料配比到生产工艺、生产制造全流程已完全成熟,且实现了所有知识产权的自有化,已申请多项国家发明专利及国际 PCT 发明专利,兼具性能优势与高性价比,处于国际领先水平。

2. 您在本次AWE Aisa 2020上的演讲主题是什么?为什么它很重要?
我在本次AWE Asia上的演讲主题是《全息衍射光波导进展》
光波导被认为是AR近眼显示光学技术发展的主流方向,使用光学冷加工工艺制备的几何光波导、使用半导体制备工艺的表面浮雕光波导目前已经有比较成熟的产品推出。
几何光波导加工工艺复杂,良品率较低;表面浮雕光波导需要比较高昂的前期固定资产投资。体全息衍射光波导不需要高昂的前期投入,制备的全息光波导成本较低,良品率较高,显示效果好。同时,采用特殊的全息材料体系制备的光波导可以打破波导基体折射率带来的视场角限制,因此体全息衍射光波导是一个竞争力较强的光学解决方案。

3. 光学VR或者AR中是否属于核心技术和难题?
作为近眼显示设备,毫无疑问,光学在VR/AR中都是属于核心技术和难题。VR是将要显示的图像通过光学系统投放到人眼中,对光学系统的畸变、像差、视场角等都有要求。为了将VR设备做得更加小型化、轻便化,同时还需要对光学系统进行进一步优化。目前比较好的是采用折叠光路的VR眼镜,可以大幅降低眼镜的厚度。当然,光学系统设计难度也比较大。
相较VR,AR设备最显著的差异就体现在其采用的是什么光机,匹配的显示模组使用的是什么光学解决方案。如:LCOS+棱镜、OLED+自由曲面、LCOS/DLP/LBS+光波导、OLED+Birdbath、LBS+全息反射薄膜等等。
上述解决方案都有各自的局限。怎么获得轻薄、高透、高效、大视场、大出瞳区域的光学模块,又同时保证好的视场/颜色/效率一致性、高对比度、低色差等显示效果,对光机以及光学显示模组都提出了比较高的要求。
LCOS+棱镜
OLED+自由曲面
LCOS/DLP+衍射光波导
LCOS/OLED+几何光波导
LCOS+衍射光波导
LBS+全息反射膜
LBS+衍射光波导

4. 对于AR技术来说,视场角是一个比较明显的缺陷,视场角偏小也是干扰用户的主要问题之一。请问这主要是哪些方面的原因所致?目前业内有没有一些有效的解决方案?
视场角偏小主要是显示模组光学解决方案的选择以及材料折射率的限制。
如棱镜方案、Birdbath或者自由曲面等折射方案,如果想获得较大的视场角,那就需要将光学模块做得很大,如Meta 2的视场角能做到90°,但是眼前光学模块的体积就会非常巨大,显得笨重,就会限制其消费级的应用。
光波导方案需要将光线耦合进波导基底中发生全反射,基底材料的折射率决定着全反射。只有大于该角度的光线才能传导。
一般玻璃折射率1.5左右,即波导中的光线要大于41.2°才能发生全反射,能利用的角度为41.2°~90°。为了增加这个角度范围,目前采取的方案是采用折射率较大的基底,如肖特折射率1.8的玻璃,全反射角度下探到33.74°。
由于全息光栅的角度选择性,全息反射膜方案的视场角也比较小,仅为20°左右。
针对轻便化的光波导,增加视场角的解决方案:
使用大折射率的波导基体(视场角很难超过70°)。
使用PDLC材料制备衍射光波导。光栅的特性通过加电来改变。在波导基底上叠加几层耦入耦出光栅,每层负责一个视场,施加高频电压即可实现几个视场的拼接,达到大视场角的效果。因为每个子视场在波导中传播的角度可以相同,所以对波导基体的折射率没有要求。理论上可以实现超过100°的视场拼接。
5. AR技术逐渐成熟,是否会引领显示产业真正走向无屏时代?届时又是否会对平板显示产业产生颠覆性影响?
AR设备如果成熟到像日常佩戴的眼镜那样轻便,需要同时具有较好的显示效果和便捷的交互。只有这样,才可以做到一屏(光学显示模块)多用。所以我们说AR技术冲击平板显示产业是有可能的。
不过目前来看,AR行业要成长到能威胁平板显示产业,还有较长的一段路要走。

6. 您对AWE Asia 2020有什么样的期待?
希望在AWE Asia 2020 上可以和广大的AR企业进行广泛且深入的交流,了解AR市场和更多用户的需求,扩展新的视野!希望在AWE Asia 2020上和广大的AR同行进行深入交流,希望能和相关的光机提供商、整机厂商达成合作,进一步地让投资机构了解到我司的融资需求。

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