如何突破智能眼镜成本瓶颈？这家荷兰企业公开技术秘籍：兼顾高产能与高精度

智东西
作者 ZeR0
编辑 漠影

智东西4月4日报道，在裸眼3D、智能眼镜等领域，新型显示功能需要精细的微米或纳米级表面结构来实现对光线的调控。近日，荷兰大面积纳米压印技术提供商Morphotonics分享了其大面积纳米压印技术通过高产能、高良品率和低成本的加工工艺，在加工精密微纳结构方面的独特优势。

Morphotonics成立于2014年，旨在通过独特的大面积纳米压印技术，为3D显示、AR/VR智能眼镜等行业带来更加高效、低成本的光波导生产方案。其团队认为，除了晶圆级别纳米压印外，大面积卷对板纳米压印工艺将是光波导降本增效的有利解决方案。

在压印精度方面，Morphotonics的大面积纳米压印技术能实现从50nm（甚至30nm）至数百微米的微纳结构加工，并拥有＜2分钟的快速量产化压印周期。其独特的压印模板可重复使用高达500~1000次，有效控制成本。

Morphotonics全球业务发展主管Erhan Ercan谈道，Morphotonics的独特优势或核心竞争优势在于“以可承受的成本实现大面积的高精度制造”，能够在高精度、低成本和大规模量产方面实现突破。相比传统晶圆压印，Morphotonics能够将晶圆压印的高质量标准无缝扩展到更大尺寸的基板（如1平方米以上）上，而不会因尺寸的放大而牺牲质量，并以更低的成本显著提升单次压印的产能。

据悉，Morphotonics拥有约40名员工并在近期成功获得B轮融资，团队规模正稳步扩大，专注于光学和显示领域的微纳结构加工，主要产品是大面积纳米压印加工设备，还提供辅助业务。其总部位于荷兰埃因霍温，毗邻飞利浦、ASML等科技巨头，拥有高端机器制造的良好生态系统，以及美洲、欧洲、亚洲、澳洲的广泛客户分布。

一、落地裸眼3D和智能眼镜，破解光波导成本高困局

据Morphotonics商务发展经理李政分享，Morphotonics聚焦于新型显示光学元件的加工应用方向，其中裸眼3D和AR智能眼镜是重点关注的应用领域。

裸眼3D也被称为空间显示技术，革新了传统需佩戴偏光镜片或头戴式显示器观看3D内容的体验（舒适度和成像质量欠佳、长时间使用易导致疲劳与眩晕等）。随着技术日益成熟，用户无需佩戴特定的光学镜片或者头显，就能直接从屏幕感受到3D效果。

如今，采用诸如柱状透镜、微透镜、背光区衍射光栅等微纳结构，能够实现全面的裸眼3D显示方案。这些微纳结构均可利用Morphotonics的大面积纳米压印设备进行高质量、高产能、低成本的加工。

在AR/VR领域，Morphotonics的大面积纳米压印技术特别应用于智能眼镜的核心部件光波导。

李政谈道，智能眼镜产业链有一个显著弊端：单个光学眼镜的生产成本高昂，尤其是光波导组件的价格居高不下。有报告指出，光波导的BOM成本可能占到整个智能眼镜成本的40%，这极大地限制了智能眼镜的普及和商业化进程。

高成本的主要根源在于产能受限和生产工艺复杂。高昂的初期生产线建设投资和机器折旧成本，会推高每个产品的单价。对此Morphotonics具有优势，通过优化加工端，能够有效控制成本，为市场提供更优质、更具性价比的光波导量产解决方案。

Morphotonics全球业务发展主管Erhan Ercan认为，若要让智能眼镜市场真正起飞，其价格需控制到约500美元，类似于普通智能手表或耳机的价格区间；如果考虑成本在250美元左右，那么成本结构大致可以分为三部分：电子元件、光学部分各占1/3，其余部分（如电池、镜框等）占1/3。在这种情况下，光学部分的成本约为80至100美元。

Morphotonics拥有高度灵活的系统技术，能够适配多种基底材料，包括玻璃、高折射率材料、低折射率材料、塑料聚合物基板，甚至碳化硅（SiC）。光学成本高的主要原因之一是基底材料，Morphotonics对基底材料的选择并不受限，通过提高生产效率和产能来降低成本。

李政解释说，不同AR眼镜厂家在选择基板时会有不同倾向性，Morphotonics能够根据不同基板材质和形状，调整工艺过程，实现工艺匹配。从眼镜轻量化设计的角度出发，最近比较流行的是材质轻盈的高折射率有机树脂基板，可能降低成本，更易于市场推广和销售。

二、单次压印数百个光波导，产能多达晶圆压印的20倍

Morphotonics致力于通过技术创新和工艺优化，提高衍射光波导的产能和降低成本，为高质量、高精度的制造提供可靠保障，从而推动AR/VR智能眼镜市场的进一步发展。

光波导有多种类型，如反射光波导（也被称为几何光波导）和衍射光波导，这包括表面浮雕光栅光波导（SRG）和体全息光波导（VHG），各有优缺点。行业主流已形成共识，即衍射光波导在性价比和加工难度上被视为当前最优化的解决方案。

目前主流的光波导生产端普遍采用晶圆纳米压印技术，这种技术能够在如4英寸、6英寸、8英寸甚至12英寸的晶圆上进行高精度压印。据Erhan Ercan分享，传统晶圆技术的局限性是，最大的12英寸晶圆直径也仅为300毫米，无法满足14英寸笔记本电脑或27英寸显示器等大尺寸产品的制造需求。而Morphotonics的技术能突破这一限制，为大尺寸显示设备提供独特的解决方案，填补市场空白。

李政总结说，晶圆压印的优点是高精度，但受限于基板尺寸小、产能不足，单次压印的面积有限，导致单次能生产的光波导数量受限，因而成本高昂；卷对卷的纳米生产工艺产能极高，却在精度控制上有所欠缺。

Morphotonics致力于融合这两者的优点，既具备高产能，同时兼顾高精度。其大面积纳米压印能够为行业带来新变化，不仅能够实现单次压印数百个光波导，而且压印时间只比常规的晶圆压印时长稍长，同时产能达到晶圆压印的10倍甚至20倍，从而极大提高产能、降低生产成本。

例如，去年，Morphotonics完成了一个重要的技术验证，实现了从单个模板上单次压印出480个光波导，在追求提升数量的同时，也严格把控了质量。

从测量结果来看，其压印技术展现出了极高的精度和稳定性，可确保生产出的光波导质量可靠。比如第1次压印与第100次压印的结构是否有形变——从数据上看，输出耦合器周期平均值在415nm左右，浮动范围被严格控制在0.1nm以内。

Erhan Ercan补充道，纳米压印的过程涉及诸多挑战，主要包括工程性和材料性两方面。

在工程性挑战方面，需要解决设备的精准对准与校正问题，确保压力分布的均匀性，同时在压印、固化和脱模过程中避免形变或破损。这些技术难题需要通过精密的工程设计和工艺优化来逐一攻克。

在材料性挑战方面，Morphotonics依托自身独特的材料研发能力，研发了与之匹配的压印材料。这些材料经过精心设计，能够在压印和固化过程中保持结构稳定性，有效防止形变或结构破坏，从而确保最终产品的精度和完整性。

Morphotonics还拥有独立的软件研发部门，来保证设备的自动化水平，最大限度地减少人为干预对生产流程的影响。通过高度自动化的系统，能够实现对质量的精准管控、良率的稳定提升以及产能的高效管理。

李政说，Morphotonics可针对特定应用场景进行调控，因而能满足汽车屏幕、AR眼镜等细分应用场景的不同需求，比如随时更换所需的压印软板，以适应不同结构，还能调整具体的工艺参数，包括压印压力、紫外固化光强度、所用材料，以及压印板与机体间的精确控制、前进速度等。

他提到Morphotonics正积极与厂家合作，开展有机树脂晶圆或基板压印工艺的研发项目，将持续根据行业动向开发相应工艺技术，以确保与客户端需求的精准匹配。

三、拥有独特R2P纳米压印技术，与生态伙伴合力构建AR联盟

Morphotonics的主要产品是大面积纳米压印加工设备，还提供辅助业务，包括压印所需的消耗品，如树脂和压印软板，以满足客户的全方位需求。

其产品主要分为两个系列，包括Portis系列和Aurora系列，主要区别在于自动化程度，两个系列产品都在与客户进行交付。

（1）Portis系列：半自动化生产解决方案，允许模组间进行排列组合，模组内部可通过程序控制，而模组间的基板传递则需手动操作，因此更适用于研发或初期小批量生产。

（2）Aurora系列：全自动化的解决方案，采用机器手臂实现模组间的连接，全程自动化控制，从而实现了更高效、更高良率的生产功能。

Morphotonics设有自主独立的洁净室，技术持有专利保护，同时有足够的销售数量来支撑和证明其大面积纳米压印技术的成熟能力和成熟程度。

其另一个优势在于对工艺的持续研发与高度关注，从最初的打样阶段到最终帮助客户实现量产，提供全套的工艺支持，能迅速助力客户实现从研发到量产的快速过渡。

Morphotonics拥有独特的R2P（卷对板）纳米压印技术。该技术涉及四个滚轮，滚轮外圈缠绕的是柔性压印板。该板表面具有所需结构的相反结构，类似于盖章的原理，印章上面内容是与最终所需东西的反面，首先需要制作出这种柔性压印板，并将其安装于机器上。

压印过程始于压印板与基板的接触。压印基板需先涂抹增粘剂以提高粘附能力，再涂覆树脂，树脂是最终成型的直接材料。压印板与基板接触后，所需结构就会呈现出来。随后，在后端进行紫外固化，利用紫外光将树脂从液态转化为固态，从而锁定其形状。固化后，进行脱模工艺，类似于注塑中的模具与材料分离。

脱模后，机器表面即形成所需的表面形貌，这种形貌可应用于多种不同场景。例如，具有高纵横比的微纳结构，高度可达2μm，直径约为500nm；还有具有倾斜角的纳米结构，宽度约为200nm，深度约为300nm。这些复杂结构通常难以加工，但Morphotonics的大面积纳米压印技术能够实现它们的高效大规模生产。

得益于Morphotonics设备的大面积覆盖特性和压印在平板上的能力，其关注的应用方向集中于显示领域，尤其是大屏幕显示。其技术能够压印超过1平方米的大尺寸玻璃板，相当于五代线（Gen5）显示尺寸的玻璃，从而与众多消费电子产品实现良好结合。

Erhan Ercan谈道，显示功能是实现人与智能设备交互的重要窗口，而光波导是智能眼镜实现显示功能的核心组成部分。推进光波导及相关智能眼镜市场，需要整个产业链的协同合作。为将产业链上下游紧密串联，Morphotonics与业界头部企业合作成立了AR联盟。

联盟成员包括光学设计软件开发商LightTrans、AR光波导母板加工商NIL Technology、纳米压印高折玻璃基板供应商SCHOTT（肖特）、纳米压印高折树脂供应商 Pixelligent、光学测试系统技术提供商Optofidelity、激光切割技术提供商3D-Micromac等企业，覆盖从设计到量产的全产业链。

Erhan Ercan坦言，目前业界尚未形成统一的光波导标准。不过，对比度、MTF（调制传递函数）锐度等显示参数的测量标准已经存在，其中一些标准也可以应用于智能眼镜的光学领域。据他分享，Morphotonics与总部位于芬兰的OptoFidelity（欧拓飞，原为芬兰企业，后被中国公司收购）建立了合作关系，将在未来2~3个月内进行一项试点生产，制造超过500片AR光波导，并由OptoFidelity进行测量。

结语：为智能眼镜普及做好前期准备，将更好服务于中国市场

Erhan Ercan预测，要将智能眼镜普及，处于300~400美元价格区间的设备年销量需要达到数千万台，Morphotonics一直在为此进行技术开发和准备，致力于通过创新解决方案推动行业的规模化发展。

据李政观察，光波导市场处于初期阶段，带有显示功能的智能眼镜尚未成为主流，新技术的推广需要时间。Morphotonics提供的解决方案是为了应对大规模量产化的前期准备，旨在提供切实可行的生产端解决方案，助力智能眼镜行业实现更快、更稳的发展。

他分享说，当前Morphotonics在国内拥有四五家客户，主要集中于显示领域，涵盖3D及AR技术，其战略目标是深耕中国市场，扩大市场占有率，并赢得更多客户。在智能眼镜领域，Morphotonics已与不同厂商进行了多层次的接触，计划加强与OEM、ODM厂商及品牌运营商的合作，以更好地服务于中国市场，提升市场覆盖率。