智東西
作者 ZeR0
編輯 漠影

智東西4月4日報道，在裸眼3D、智能眼鏡等領域，新型顯示功能需要精細的微米或納米級表面結構來實現(xiàn)對光線的調控。近日，荷蘭大面積納米壓印技術提供商Morphotonics分享了其大面積納米壓印技術通過高產能、高良品率和低成本的加工工藝，在加工精密微納結構方面的獨特優(yōu)勢。

Morphotonics成立于2014年，旨在通過獨特的大面積納米壓印技術，為3D顯示、AR/VR智能眼鏡等行業(yè)帶來更加高效、低成本的光波導生產方案。其團隊認為，除了晶圓級別納米壓印外，大面積卷對板納米壓印工藝將是光波導降本增效的有利解決方案。

在壓印精度方面，Morphotonics的大面積納米壓印技術能實現(xiàn)從50nm（甚至30nm）至數(shù)百微米的微納結構加工，并擁有＜2分鐘的快速量產化壓印周期。其獨特的壓印模板可重復使用高達500~1000次，有效控制成本。

Morphotonics全球業(yè)務發(fā)展主管Erhan Ercan談道，Morphotonics的獨特優(yōu)勢或核心競爭優(yōu)勢在于“以可承受的成本實現(xiàn)大面積的高精度制造”，能夠在高精度、低成本和大規(guī)模量產方面實現(xiàn)突破。相比傳統(tǒng)晶圓壓印，Morphotonics能夠將晶圓壓印的高質量標準無縫擴展到更大尺寸的基板（如1平方米以上）上，而不會因尺寸的放大而犧牲質量，并以更低的成本顯著提升單次壓印的產能。

據(jù)悉，Morphotonics擁有約40名員工并在近期成功獲得B輪融資，團隊規(guī)模正穩(wěn)步擴大，專注于光學和顯示領域的微納結構加工，主要產品是大面積納米壓印加工設備，還提供輔助業(yè)務。其總部位于荷蘭埃因霍溫，毗鄰飛利浦、ASML等科技巨頭，擁有高端機器制造的良好生態(tài)系統(tǒng)，以及美洲、歐洲、亞洲、澳洲的廣泛客戶分布。

一、落地裸眼3D和智能眼鏡，破解光波導成本高困局

據(jù)Morphotonics商務發(fā)展經理李政分享，Morphotonics聚焦于新型顯示光學元件的加工應用方向，其中裸眼3D和AR智能眼鏡是重點關注的應用領域。

裸眼3D也被稱為空間顯示技術，革新了傳統(tǒng)需佩戴偏光鏡片或頭戴式顯示器觀看3D內容的體驗（舒適度和成像質量欠佳、長時間使用易導致疲勞與眩暈等）。隨著技術日益成熟，用戶無需佩戴特定的光學鏡片或者頭顯，就能直接從屏幕感受到3D效果。

如今，采用諸如柱狀透鏡、微透鏡、背光區(qū)衍射光柵等微納結構，能夠實現(xiàn)全面的裸眼3D顯示方案。這些微納結構均可利用Morphotonics的大面積納米壓印設備進行高質量、高產能、低成本的加工。

在AR/VR領域，Morphotonics的大面積納米壓印技術特別應用于智能眼鏡的核心部件光波導。

李政談道，智能眼鏡產業(yè)鏈有一個顯著弊端：單個光學眼鏡的生產成本高昂，尤其是光波導組件的價格居高不下。有報告指出，光波導的BOM成本可能占到整個智能眼鏡成本的40%，這極大地限制了智能眼鏡的普及和商業(yè)化進程。

高成本的主要根源在于產能受限和生產工藝復雜。高昂的初期生產線建設投資和機器折舊成本，會推高每個產品的單價。對此Morphotonics具有優(yōu)勢，通過優(yōu)化加工端，能夠有效控制成本，為市場提供更優(yōu)質、更具性價比的光波導量產解決方案。

Morphotonics全球業(yè)務發(fā)展主管Erhan Ercan認為，若要讓智能眼鏡市場真正起飛，其價格需控制到約500美元，類似于普通智能手表或耳機的價格區(qū)間；如果考慮成本在250美元左右，那么成本結構大致可以分為三部分：電子元件、光學部分各占1/3，其余部分（如電池、鏡框等）占1/3。在這種情況下，光學部分的成本約為80至100美元。

Morphotonics擁有高度靈活的系統(tǒng)技術，能夠適配多種基底材料，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）。光學成本高的主要原因之一是基底材料，Morphotonics對基底材料的選擇并不受限，通過提高生產效率和產能來降低成本。

李政解釋說，不同AR眼鏡廠家在選擇基板時會有不同傾向性，Morphotonics能夠根據(jù)不同基板材質和形狀，調整工藝過程，實現(xiàn)工藝匹配。從眼鏡輕量化設計的角度出發(fā)，最近比較流行的是材質輕盈的高折射率有機樹脂基板，可能降低成本，更易于市場推廣和銷售。

二、單次壓印數(shù)百個光波導，產能多達晶圓壓印的20倍

Morphotonics致力于通過技術創(chuàng)新和工藝優(yōu)化，提高衍射光波導的產能和降低成本，為高質量、高精度的制造提供可靠保障，從而推動AR/VR智能眼鏡市場的進一步發(fā)展。

光波導有多種類型，如反射光波導（也被稱為幾何光波導）和衍射光波導，這包括表面浮雕光柵光波導（SRG）和體全息光波導（VHG），各有優(yōu)缺點。行業(yè)主流已形成共識，即衍射光波導在性價比和加工難度上被視為當前最優(yōu)化的解決方案。

目前主流的光波導生產端普遍采用晶圓納米壓印技術，這種技術能夠在如4英寸、6英寸、8英寸甚至12英寸的晶圓上進行高精度壓印。據(jù)Erhan Ercan分享，傳統(tǒng)晶圓技術的局限性是，最大的12英寸晶圓直徑也僅為300毫米，無法滿足14英寸筆記本電腦或27英寸顯示器等大尺寸產品的制造需求。而Morphotonics的技術能突破這一限制，為大尺寸顯示設備提供獨特的解決方案，填補市場空白。

李政總結說，晶圓壓印的優(yōu)點是高精度，但受限于基板尺寸小、產能不足，單次壓印的面積有限，導致單次能生產的光波導數(shù)量受限，因而成本高昂；卷對卷的納米生產工藝產能極高，卻在精度控制上有所欠缺。

Morphotonics致力于融合這兩者的優(yōu)點，既具備高產能，同時兼顧高精度。其大面積納米壓印能夠為行業(yè)帶來新變化，不僅能夠實現(xiàn)單次壓印數(shù)百個光波導，而且壓印時間只比常規(guī)的晶圓壓印時長稍長，同時產能達到晶圓壓印的10倍甚至20倍，從而極大提高產能、降低生產成本。

例如，去年，Morphotonics完成了一個重要的技術驗證，實現(xiàn)了從單個模板上單次壓印出480個光波導，在追求提升數(shù)量的同時，也嚴格把控了質量。

從測量結果來看，其壓印技術展現(xiàn)出了極高的精度和穩(wěn)定性，可確保生產出的光波導質量可靠。比如第1次壓印與第100次壓印的結構是否有形變——從數(shù)據(jù)上看，輸出耦合器周期平均值在415nm左右，浮動范圍被嚴格控制在0.1nm以內。

Erhan Ercan補充道，納米壓印的過程涉及諸多挑戰(zhàn)，主要包括工程性和材料性兩方面。

在工程性挑戰(zhàn)方面，需要解決設備的精準對準與校正問題，確保壓力分布的均勻性，同時在壓印、固化和脫模過程中避免形變或破損。這些技術難題需要通過精密的工程設計和工藝優(yōu)化來逐一攻克。

在材料性挑戰(zhàn)方面，Morphotonics依托自身獨特的材料研發(fā)能力，研發(fā)了與之匹配的壓印材料。這些材料經過精心設計，能夠在壓印和固化過程中保持結構穩(wěn)定性，有效防止形變或結構破壞，從而確保最終產品的精度和完整性。

Morphotonics還擁有獨立的軟件研發(fā)部門，來保證設備的自動化水平，最大限度地減少人為干預對生產流程的影響。通過高度自動化的系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)對質量的精準管控、良率的穩(wěn)定提升以及產能的高效管理。

李政說，Morphotonics可針對特定應用場景進行調控，因而能滿足汽車屏幕、AR眼鏡等細分應用場景的不同需求，比如隨時更換所需的壓印軟板，以適應不同結構，還能調整具體的工藝參數(shù)，包括壓印壓力、紫外固化光強度、所用材料，以及壓印板與機體間的精確控制、前進速度等。

他提到Morphotonics正積極與廠家合作，開展有機樹脂晶圓或基板壓印工藝的研發(fā)項目，將持續(xù)根據(jù)行業(yè)動向開發(fā)相應工藝技術，以確保與客戶端需求的精準匹配。

三、擁有獨特R2P納米壓印技術，與生態(tài)伙伴合力構建AR聯(lián)盟

Morphotonics的主要產品是大面積納米壓印加工設備，還提供輔助業(yè)務，包括壓印所需的消耗品，如樹脂和壓印軟板，以滿足客戶的全方位需求。

其產品主要分為兩個系列，包括Portis系列和Aurora系列，主要區(qū)別在于自動化程度，兩個系列產品都在與客戶進行交付。

（1）Portis系列：半自動化生產解決方案，允許模組間進行排列組合，模組內部可通過程序控制，而模組間的基板傳遞則需手動操作，因此更適用于研發(fā)或初期小批量生產。

（2）Aurora系列：全自動化的解決方案，采用機器手臂實現(xiàn)模組間的連接，全程自動化控制，從而實現(xiàn)了更高效、更高良率的生產功能。

Morphotonics設有自主獨立的潔凈室，技術持有專利保護，同時有足夠的銷售數(shù)量來支撐和證明其大面積納米壓印技術的成熟能力和成熟程度。

其另一個優(yōu)勢在于對工藝的持續(xù)研發(fā)與高度關注，從最初的打樣階段到最終幫助客戶實現(xiàn)量產，提供全套的工藝支持，能迅速助力客戶實現(xiàn)從研發(fā)到量產的快速過渡。

Morphotonics擁有獨特的R2P（卷對板）納米壓印技術。該技術涉及四個滾輪，滾輪外圈纏繞的是柔性壓印板。該板表面具有所需結構的相反結構，類似于蓋章的原理，印章上面內容是與最終所需東西的反面，首先需要制作出這種柔性壓印板，并將其安裝于機器上。

壓印過程始于壓印板與基板的接觸。壓印基板需先涂抹增粘劑以提高粘附能力，再涂覆樹脂，樹脂是最終成型的直接材料。壓印板與基板接觸后，所需結構就會呈現(xiàn)出來。隨后，在后端進行紫外固化，利用紫外光將樹脂從液態(tài)轉化為固態(tài)，從而鎖定其形狀。固化后，進行脫模工藝，類似于注塑中的模具與材料分離。

脫模后，機器表面即形成所需的表面形貌，這種形貌可應用于多種不同場景。例如，具有高縱橫比的微納結構，高度可達2μm，直徑約為500nm；還有具有傾斜角的納米結構，寬度約為200nm，深度約為300nm。這些復雜結構通常難以加工，但Morphotonics的大面積納米壓印技術能夠實現(xiàn)它們的高效大規(guī)模生產。

得益于Morphotonics設備的大面積覆蓋特性和壓印在平板上的能力，其關注的應用方向集中于顯示領域，尤其是大屏幕顯示。其技術能夠壓印超過1平方米的大尺寸玻璃板，相當于五代線（Gen5）顯示尺寸的玻璃，從而與眾多消費電子產品實現(xiàn)良好結合。

Erhan Ercan談道，顯示功能是實現(xiàn)人與智能設備交互的重要窗口，而光波導是智能眼鏡實現(xiàn)顯示功能的核心組成部分。推進光波導及相關智能眼鏡市場，需要整個產業(yè)鏈的協(xié)同合作。為將產業(yè)鏈上下游緊密串聯(lián)，Morphotonics與業(yè)界頭部企業(yè)合作成立了AR聯(lián)盟。

聯(lián)盟成員包括光學設計軟件開發(fā)商LightTrans、AR光波導母板加工商NIL Technology、納米壓印高折玻璃基板供應商SCHOTT（肖特）、納米壓印高折樹脂供應商 Pixelligent、光學測試系統(tǒng)技術提供商Optofidelity、激光切割技術提供商3D-Micromac等企業(yè)，覆蓋從設計到量產的全產業(yè)鏈。

Erhan Ercan坦言，目前業(yè)界尚未形成統(tǒng)一的光波導標準。不過，對比度、MTF（調制傳遞函數(shù)）銳度等顯示參數(shù)的測量標準已經存在，其中一些標準也可以應用于智能眼鏡的光學領域。據(jù)他分享，Morphotonics與總部位于芬蘭的OptoFidelity（歐拓飛，原為芬蘭企業(yè)，后被中國公司收購）建立了合作關系，將在未來2~3個月內進行一項試點生產，制造超過500片AR光波導，并由OptoFidelity進行測量。

結語：為智能眼鏡普及做好前期準備，將更好服務于中國市場

Erhan Ercan預測，要將智能眼鏡普及，處于300~400美元價格區(qū)間的設備年銷量需要達到數(shù)千萬臺，Morphotonics一直在為此進行技術開發(fā)和準備，致力于通過創(chuàng)新解決方案推動行業(yè)的規(guī)模化發(fā)展。

據(jù)李政觀察，光波導市場處于初期階段，帶有顯示功能的智能眼鏡尚未成為主流，新技術的推廣需要時間。Morphotonics提供的解決方案是為了應對大規(guī)模量產化的前期準備，旨在提供切實可行的生產端解決方案，助力智能眼鏡行業(yè)實現(xiàn)更快、更穩(wěn)的發(fā)展。

他分享說，當前Morphotonics在國內擁有四五家客戶，主要集中于顯示領域，涵蓋3D及AR技術，其戰(zhàn)略目標是深耕中國市場，擴大市場占有率，并贏得更多客戶。在智能眼鏡領域，Morphotonics已與不同廠商進行了多層次的接觸，計劃加強與OEM、ODM廠商及品牌運營商的合作，以更好地服務于中國市場，提升市場覆蓋率。