AR應用場景全面擴張，光學材料成為關鍵勝負手

在科技飛速發展的當下，AR眼鏡作為連接虛擬與現實的關鍵設備，正逐漸融入人們的生活。從消費級的觀影、游戲體驗，到工業、醫療、教育等專業領域的應用拓展，AR眼鏡市場呈現出蓬勃發展的態勢。當前AR行業的規模化普及，離不開一批成熟度高、適配性強的光學材料支撐。其中，傳統光學玻璃與樹脂、碳化硅占據核心地位，分別在不同技術路線中發揮關鍵作用。

圖源：Rokid樂奇

光學玻璃

玻璃的折射率在光學系統的應用中起著非常重要的作用，一般在1.5-1.7。隨著科技的發展，采用折射率在1.9以上的高折射率光學玻璃來滿足光學器件的發展需求已經成為高性能光學玻璃的發展方向。

目前報道的高折射率(nd≥2.0)玻璃，主要加入了高含量的過渡元素氧化物，如TiO2、WO3、Nb2O5、Ta2O5等，加入的過渡元素氧化物對環境的危害較小，并且使玻璃具有較高的折射率。高折射率光學玻璃的主要體系有鑭系玻璃、鉍系玻璃、硫系玻璃等。

作為特種玻璃的創造者，肖特致力于采用高端光學玻璃組件推動AR/MR的未來發展。肖特具備全鏈路制造能力，從光學玻璃熔制、晶圓超精密加工，到真空鍍膜、波導組裝，實現了端到端自主可控，有力保障了產品的一致性與量產穩定性。目前，該技術已與行業頭部伙伴深度協同，成為Meta Ray-Ban等標桿產品的核心光學元件供應商。

玻璃晶圓，圖源：肖特

光學樹脂

光學樹脂是一種高分子有機化合物，經模壓澆鑄成型或注塑成型。目前市場上主流的光學樹脂包括環烯烴聚合物（COC/COP）、聚碳酸酯（PC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等，其中高折射率改性樹脂是技術升級的核心方向。

相較行業普及的玻璃光波導，樹脂衍射光波導技術具有顯著優勢：輕量化，樹脂材料密度僅為玻璃材料密度的1/3~1/4，但兩者在光學性能表現上幾乎無差異；抗跌落，樹脂光波導鏡片在抗跌落能力層面表現更硬核，有效延長使用壽命；安全性，樹脂光波導鏡片的抗沖擊能力更強，大幅提升佩戴安全指數。

采用1.74高折射率樹脂光波導的AR眼鏡，圖源：莫界科技

聚碳酸酯（PC）

PC既具有類似有色金屬的強度，同時又兼備延展性及強韌性，它的沖擊強度極高，能經受住電視機熒光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又極好，并可施以任何著色。光學PC材料有良好的透光率，通常在90%以上；折射率為1.5-1.6，耐沖擊性能良好，所以也可用在AR眼鏡光波導樹脂鏡片。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）

PMMA是甲基丙烯酸甲酯（MMA）的均聚物或共聚物，俗稱有機玻璃、亞克力等，具有高透明度、低價格、易于機械加工等優點，是平常經常使用的玻璃替代材料。PMMA密度較低、機械強度高、透光率高達92%，在光學性能、電絕緣性、耐候性及加工成型性方面均表現優異。

環烯烴聚合物（COC/COP）

環烯烴共聚物（COC）和環烯烴均聚物（COP）是一類具有環狀結構的非晶性透明高分子材料。COC/COP具有非常優越的光學特性，擁有高透光性（大于95%）、高折射率及低雙折射率（<0.05%），光學性能優于PC/PMMA材料；密度小于玻璃，能顯著降低設備重量，滿足小型/輕量的光學設計需求。

國內COC材料供應商拓烯科技已與歌爾光學達成深度合作，成為其供應鏈中的重要一環。

拓美特?TAMT?（COC），圖源：拓烯科技

碳化硅（SiC）

碳化硅作為一種先進材料，已在功率半導體領域被廣泛應用，并開始進入AR眼鏡領域。碳化硅能夠為AR眼鏡帶來四大優勢：

一是實現更大視場角。碳化硅材料的折射率可達2.6以上，單層碳化硅鏡片即可實現80度以上的視場角。

二是有助于解決彩虹紋問題。高折射率的碳化硅可以壓縮光在材料中的有效波長，進而降低光柵周期，增大環境光的衍射角度，使其超出人眼的觀察范圍，進而解決分光造成的彩虹紋問題。

三是延長穩定續航時間。碳化硅的熱導率（約490W/m·K）遠高于玻璃（約1W/m·K）、樹脂等傳統光學材料，能夠快速傳導光機模塊和計算單元產生的熱量，支持高亮度顯示和長時間穩定運行。

四是簡化散熱設計。碳化硅的高熱導性允許將散熱功能集成到光波導片本身，通過被動散熱即可滿足需求。另外，碳化硅優秀的散熱性能為提升AR眼鏡集成度、配置更多傳感器留出冗余。

隨著AR眼鏡產品形態逐步落地，相關光學方案受到行業關注，國內企業也在加快材料與工藝層面的布局。XREAL、雷鳥創新、慕德微納、廣納四維等AR眼鏡及硬件廠商已在加速碳化硅光波導布局，與此同時，天岳先進、天科合達、爍科晶體、同光半導體、浙江晶瑞、山西天成、乾晶半導體等碳化硅襯底企業也在迅速跟進。

（a）SiC波導晶圓及（d）SiC波導鏡片，圖源：西湖大學工學院SOE

參考來源：

[1]郭融等：環烯烴共聚物和均聚物性能對比

[2]王衍行等：高折射率光學玻璃的研究進展

[3]先進功能材料、粉體網、中國復材