เส้นทางทางเทคนิคสามเส้นทางสำหรับท่อนำคลื่นแสง AR: ซึ่งจะมีชัยชนะ
การเข้าชม: 0 ผู้แต่ง: บรรณาธิการเว็บไซต์ เวลาเผยแพร่: 16-09-2569 ที่มา: เว็บไซต์
ในเดือนกันยายน 2024 Meta ได้เปิดตัว Orion ซึ่งเป็นแว่นตา AR ต้นแบบ ทันทีที่ซักเคอร์เบิร์กสวมชุดนี้ ภาพสีเต็มรูปแบบพร้อมมุมมอง 70 องศาก็ปรากฏขึ้นในเลนส์ ปราศจากสิ่งแปลกปลอมสีรุ้งหรือภาพซ้อน โดยมีเนื้อหาเสมือนจริงที่ผสมผสานเข้ากับความเป็นจริงได้อย่างราบรื่นเหมือนหมึกในน้ำ
นักวิทยาศาสตร์ด้านการมองเห็นของ Meta Pascual Rivera เคยบรรยายประสบการณ์นี้ไว้ว่า 'การสวมแว่นตาที่มีท่อนำคลื่นแก้วแบบดั้งเดิมก็เหมือนกับอยู่ในดิสโก้ การมองเห็นของคุณเต็มไปด้วยสิ่งประดิษฐ์ที่มีลักษณะคล้ายสายรุ้ง ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเห็นเนื้อหา AR ได้ชัดเจน แต่ทันทีที่คุณเปลี่ยนมาใช้ท่อนำคลื่นซิลิคอนคาร์ไบด์ มันก็เหมือนกับก้าวเข้าไปในซิมโฟนีฮอลล์ ทุกอย่างเงียบลง และในที่สุดคุณก็สามารถดำดิ่งลงไปได้อย่างเต็มที่'
ข้อความนี้ตัดตรงไปยังปัญหาหลักของอุตสาหกรรมท่อนำคลื่นแบบออปติคัล AR: ความท้าทายไม่ใช่แค่การผลิตเท่านั้น แต่ยังผลิตให้ ดี ด้วย ท่อนำคลื่นแสง AR ซึ่งเป็นเลนส์โปร่งใสที่มีความหนาน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร แสดงถึง 'ไมล์สุดท้าย' ในการตัดสินว่าแว่นตา AR จะสามารถก้าวกระโดดสู่ตลาดผู้บริโภคได้อย่างแท้จริงหรือไม่
ปัจจุบัน อุตสาหกรรมได้ผสานรวมแนวทางทางเทคนิคหลักสามแนวทาง ได้แก่ ท่อนำคลื่น Surface Relief Grating (SRG), ท่อนำคลื่นแบบ Geometric Array และท่อนำคลื่นแบบ Volume Holographic Grating (VHG) แต่ละประเภทอาศัยหลักการทางกายภาพที่แตกต่างกัน และเผชิญกับปัญหาคอขวดทางวิศวกรรมที่เป็นเอกลักษณ์ของตัวเอง
ในทั้งสามเส้นทางนี้ สุดท้ายแล้วเส้นทางไหนจะชนะ?
ก่อนอื่น เรามาชี้แจงกันก่อนว่า ท่อนำคลื่นแบบออปติคอลแก้ปัญหาอะไรได้จริง
ก่อนที่จะพูดคุยถึงแนวทางทางเทคนิคทั้งสามประการ เราต้องสร้างลักษณะพื้นฐานของท่อนำคลื่นแสงก่อน ระบบออพติคัลของแว่นตา AR จำเป็นต้องบรรลุสองสิ่งพร้อมกัน นั่นคือ การส่งภาพเสมือนจริงไปยังดวงตาของคุณ โดยไม่บดบังการมองเห็นโลกแห่งความเป็นจริงของคุณ
ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบด้านแสงจะต้องมีความโปร่งใสและบางเพียงพอ ในขณะเดียวกันก็ให้ขอบเขตการมองเห็นที่กว้าง (FOV) และช่องมองภาพที่กว้างขวาง
วิธีการในยุคแรกๆ เช่น ปริซึม เลนส์รูปทรงอิสระ และการออกแบบแบบ Birdbath ล้วนขัดแย้งกับข้อดีทางกายภาพที่เหมือนกัน นั่นคือ การเพิ่ม FOV ต้องใช้โมดูลแสงที่หนาขึ้น ในขณะที่การทำให้โมดูลบางลงหมายถึงการสูญเสียการส่งผ่านแสง
การออกแบบปริซึมที่ใช้ใน Google Glass ให้ค่า FOV เพียง 15° และการส่งผ่านแสงน้อยกว่า 50% โซลูชันรูปแบบอิสระของเอปสันมีน้ำหนัก 550 กรัม ซึ่งคล้ายกับหมวกกันน็อค ในขณะที่การออกแบบ Birdbath ที่ XREAL ใช้นั้นให้การส่งผ่านแสงน้อยกว่า 30% ทำให้แว่นตาดูเหมือนแว่นกันแดดสีเข้ม
ท่อนำคลื่นแสงใช้แนวทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง: เส้นทางแสงจะถูกพับเป็นแผ่นกระจกบางๆ และส่งผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด หลังจากนั้นโครงสร้างเฉพาะ 'แยก' แสงแล้วส่งเข้าสู่ดวงตา สิ่งนี้จะแยกความหนาของโมดูลออปติคัลออกจาก FOV ทำให้เลนส์บางกว่า 3 มม. การส่งผ่านแสงเกิน 85% และ FOV ตามทฤษฎีเกินกว่า 80°
ความท้าทายอยู่ที่ว่าแสง 'ควบคู่เข้า' และ 'ควบคู่ออก' ความแตกต่างระหว่างเส้นทางทางเทคนิคที่แตกต่างกันสามเส้นทางนั้นอยู่ที่กลไกทางกายภาพที่ใช้สำหรับ 'ควบคู่ใน' และ 'ควบคู่ออก' นี้
ท่อนำคลื่น Surface Relief Grating (SRG): ราชาแห่งการผลิตจำนวนมาก แต่ถูกรบกวนด้วยสิ่งประดิษฐ์สายรุ้ง
หลักการ: การแกะสลัก 'nano-gratings' ลงบนพื้นผิวกระจก แกนกลางของ SRG อยู่ที่การสร้างโครงสร้างนูนระดับนาโนเป็นระยะๆ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วคือตะแกรงการเลี้ยวเบน บนพื้นผิวของซับสเตรตแก้ว
แสงที่ปล่อยออกมาจากไมโครจอแสดงผลผ่านการเลี้ยวเบนเมื่อสัมผัสกับตะแกรงอินพุต-คัปปลิ้ง มุมการเลี้ยวเบนเป็นไปตามเงื่อนไขของการสะท้อนภายในทั้งหมด ดังนั้น 'ดักจับ' แสงภายในท่อนำคลื่นเพื่อการแพร่กระจาย เมื่อไปถึงตะแกรงเอาท์พุต-คัปปลิ้ง แสงจะหักเหอีกครั้งและ 'ปล่อย' เพื่อเข้าสู่ดวงตามนุษย์
นอกจากนี้ ด้วยการออกแบบระยะเวลาตะแกรงและรอบการทำงาน 'การขยาย eye-box' สามารถทำได้—ขยายรูม่านตาทางออกจากเพียงไม่กี่มิลลิเมตรเป็นมากกว่า 10 มม.—ทำให้ผู้ใช้สามารถดูภาพได้โดยไม่จำเป็นต้องจัดตาให้ตรงกับจุดใดจุดหนึ่งอย่างแม่นยำ
ข้อได้เปรียบ: ความสามารถในการผลิตจำนวนมากเหนือกว่าอีกสองแนวทางอื่นมาก จุดแข็งที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเทคโนโลยี SRG คือความสามารถในการใช้ประโยชน์จากกระบวนการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ที่เติบโตเต็มที่
การพิมพ์หิน Nanoimprint (NIL) ช่วยให้สามารถจำลองโครงสร้างตะแกรงต้นแบบบนเวเฟอร์ที่มีความแม่นยำสูง เวเฟอร์ขนาด 12 นิ้วเพียงแผ่นเดียวสามารถให้ท่อนำคลื่นได้ 20 ถึง 25 เส้น
Goertek Optics มีกำลังการผลิต 25,000 หน่วยต่อเดือน (ขึ้นอยู่กับเวเฟอร์ขนาด 12 นิ้ว) ส่งผลให้มีท่อนำคลื่นประมาณ 600,000 ถึง 750,000 ชิ้นต่อปี ในปี 2025 รายได้ทั่วโลกจากท่อนำคลื่น SRG สูงถึง 245 ล้านดอลลาร์ ครองส่วนแบ่งการตลาดที่โดดเด่น 62%
บริษัทจีนผลักดันต้นทุนต่อหน่วยให้ต่ำกว่า 18 ดอลลาร์ ขณะเดียวกันก็เพิ่มอัตราผลตอบแทนเป็น 86%
อุปกรณ์ AR ชั้นนำ เช่น HoloLens ของ Microsoft, Magic Leap และผลิตภัณฑ์จากแบรนด์ในประเทศ เช่น RayNeo และ Meizu ล้วนใช้เทคโนโลยี SRG
ข้อบกพร่องร้ายแรง: ลักษณะทางกายภาพของ 'เอฟเฟกต์สีรุ้ง' ปัญหาที่ถูกวิพากษ์วิจารณ์มากที่สุดเกี่ยวกับ SRG คือเอฟเฟกต์สีรุ้ง
นี่ไม่ใช่ข้อบกพร่องจากการผลิต แต่เป็นคุณลักษณะทางกายภาพโดยธรรมชาติ
การเลี้ยวเบนแบบตะแกรงทำให้แสงที่มีความยาวคลื่นต่างกันหักเหในมุมที่ต่างกัน เมื่อมองโลกภายนอกผ่านท่อนำคลื่น SRG ส่วนประกอบความยาวคลื่นต่างๆ ของแสงโดยรอบจะถูก 'แยก' ด้วยตะแกรง ทำให้เกิดขอบสีในขอบเขตการมองเห็น มันคล้ายกับเงาสะท้อนคล้ายสายรุ้งที่เห็นบนด้านหลังของแผ่นซีดี ซึ่งเป็นกลไกทางกายภาพแบบเดียวกันที่ทำงานอยู่
ปัญหาอีกประการหนึ่งคือแสงรั่ว
ตะแกรงเอาท์คัปปลิ้งไม่เพียงแต่จะนำแสงภาพไปยังดวงตาของผู้ใช้เท่านั้น แต่ยังกระจายแสงบางส่วนออกไปภายนอกอีกด้วย
หากมีใครมองแว่นตาของคุณจากด้านข้าง พวกเขาจะมองเห็นภาพที่กะพริบ ซึ่งเป็นปัญหาความเป็นส่วนตัวที่ยอมรับไม่ได้ในสถานการณ์การใช้งานจริง
นอกจากนี้ยังมีปัญหาประสิทธิภาพแสงต่ำอีกด้วย อัตราการใช้แสงของ SRG โดยทั่วไปจะอยู่ที่ 1%–5% เท่านั้น ซึ่งหมายความว่ามากกว่า 95% ของแสงที่ปล่อยออกมาจากไมโครจอแสดงผลจะสูญเปล่า สิ่งนี้จะขับเคลื่อนการใช้พลังงานโดยตรงและเพิ่มความต้องการความสว่างสำหรับ Micro-LED
ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในปี 2568-2569
อุตสาหกรรมไม่ได้อยู่เฉยๆ กระบวนการกัดกร่อนกำลังเข้ามาแทนที่การพิมพ์หินแบบ nanoimprint ซึ่งเป็นแนวทางแห่งยุคถัดไปสำหรับ SRG
การพิมพ์หิน Nanoimprint ใช้สารต้านทานแสงแบบอินทรีย์ ซึ่งจำกัดดัชนีการหักเหของแสงไว้ที่ประมาณ 2.0; ในทางตรงกันข้าม กระบวนการแกะสลักจะทำงานโดยตรงกับวัสดุอนินทรีย์ ทำให้ดัชนีการหักเหของแสงเกิน 2.4 และเพิ่มประสิทธิภาพด้านการมองเห็นโดยพื้นฐาน
AAC Technologies ร่วมมือกับ Dispelix เพื่อเปิดตัวท่อนำคลื่นสีเต็มรูปแบบชั้นเดียว ซึ่งผลิตโดยใช้กระบวนการแกะสลักแบบเซมิคอนดักเตอร์ โดยมีขอบเขตการมองเห็น (FOV) 25° ประสิทธิภาพแสง 1,500 นิต/ลูเมน ความหนา 0.7 มม. และน้ำหนักเพียง 4 กรัม ให้การส่งผ่านแสงมากกว่า 90% และระงับสิ่งประดิษฐ์สีรุ้งในระดับที่ 'ไม่ส่งผลกระทบต่อประสบการณ์ผู้ใช้'
ในขณะเดียวกัน Zhige Technology อ้างว่าสามารถระงับสิ่งประดิษฐ์สายรุ้งได้อย่างมีนัยสำคัญในสถานการณ์การใช้งาน 95% และได้รับการลงทุนจาก Xiaomi และ OPPO
อย่างไรก็ตาม พูดตามตรงว่าสิ่งประดิษฐ์สีรุ้งสามารถระงับได้เท่านั้น ไม่สามารถกำจัดได้ ตราบใดที่โครงสร้างตะแกรงยังคงอยู่ การกระจายตัวยังคงมีอยู่ นี่เป็นข้อจำกัดโดยธรรมชาติของแนวทาง SRG (Surface Relief Grating)
ท่อนำคลื่น Geometric Array: สุดยอดคุณภาพของภาพ แต่เป็นฝันร้ายสำหรับการผลิตจำนวนมาก
หลักการ: การใช้อาร์เรย์ของกระจกกึ่งสะท้อนแสง/กึ่งสะท้อนกับรังสีแสง 'รีเลย์'
ท่อนำคลื่นแบบเรขาคณิตใช้แนวทางที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง โดยอาศัยออพติกแบบเรขาคณิตล้วนๆ โดยไม่เกี่ยวข้องกับการเลี้ยวเบน
โครงสร้างนั้นเรียบง่าย: กระจกกึ่งสะท้อนแสงแบบเอียงหลายชุดฝังอยู่ภายในพื้นผิวแก้ว แสงเข้าสู่ท่อนำคลื่นผ่านปริซึมคัปปลิ้งอินพุต และแพร่กระจายผ่านการสะท้อนภายในทั้งหมด แต่ละครั้งที่พบกับกระจกกึ่งสะท้อนแสง แสงส่วนหนึ่งจะสะท้อนออกจากท่อนำคลื่นเข้าสู่ดวงตาของผู้ใช้ ในขณะที่แสงที่เหลือยังคงดำเนินต่อไปที่กระจกบานถัดไป มันทำหน้าที่เหมือนชุด 'รีเลย์กระจก' 'เท' แสงที่ดับลงทีละขั้นตอน
เนื่องจากไม่พึ่งพาการเลี้ยวเบน ท่อนำคลื่นแบบเรขาคณิตจึงปราศจากสิ่งแปลกปลอมสีรุ้งและปัญหาการกระจายตัว ซึ่งให้คุณภาพของภาพสูงสุดจากทั้งสามแนวทาง
ข้อดี: คุณภาพของภาพที่เหนือกว่าและแสงรั่วน้อยที่สุด
ท่อนำคลื่นแบบเรขาคณิตให้ประสิทธิภาพการมองเห็นที่เหนือกว่ามากเมื่อเทียบกับ SRG; โดยกำจัดการสูญเสียการเลี้ยวเบนและรับประกันประสิทธิภาพเส้นทางแสงที่สูง ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานของกลไกออปติคอล ด้วยอัตราการรั่วไหลของแสงเพียง 1%-5% ซึ่งต่ำที่สุดในบรรดาเทคโนโลยีทั้งสามนี้ จึงให้ความเป็นส่วนตัวที่ยอดเยี่ยม ทำให้ผู้สังเกตการณ์ที่มองแว่นตาจากด้านข้างมองไม่เห็นเนื้อหาบนหน้าจอ ซึ่งเป็นผู้นำในด้านเมตริกต่างๆ เช่น การสร้างสี คอนทราสต์ และความละเอียด จนถึงปัจจุบัน ท่อนำคลื่นทรงเรขาคณิตของ Lumus ยังคงไม่มีใครเทียบได้ในด้านคุณภาพของภาพ คาดว่าจะครองส่วนแบ่งการตลาดทั่วโลกประมาณ 28% ภายในปี 2568 โดยครองภาค B2B เช่น อุตสาหกรรมและการทหาร ที่ต้องการคุณภาพของภาพสูงเป็นพิเศษ
ข้อบกพร่องร้ายแรง: ฝันร้ายในการผลิตจำนวนมากของการเคลือบและการยึดติด
ความท้าทายของท่อนำคลื่นทรงเรขาคณิตอยู่ที่การผลิต
กระบวนการหลักคือการผลิตเชิงแสงที่มีความแม่นยำ: การตัดปริซึมกระจก การเจียร การขัดเงา การเคลือบ และการติดกาวหรือการเชื่อมติด แม้ว่าแต่ละขั้นตอนจะเกี่ยวข้องกับเทคนิคการมองเห็นแบบดั้งเดิม แต่ความต้องการด้านความแม่นยำก็ถูกผลักดันไปจนถึงขีดจำกัดที่แท้จริง
การเคลือบถือเป็นอุปสรรคสำคัญประการแรก พื้นผิวกึ่งสะท้อนแสง/กึ่งส่งสัญญาณแต่ละพื้นผิวต้องมีการควบคุมอัตราส่วนการสะท้อนต่อการส่งสัญญาณ (R/T) อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ค่า R/T เหล่านี้จะต้องแตกต่างกันไปในแต่ละสถานที่ เนื่องจากแสงจะสูญเสียพลังงานในขณะที่มันแพร่กระจาย พื้นผิวที่อยู่ไกลออกไปตามเส้นทางจึงต้องมีการสะท้อนแสงที่สูงขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าแสงจะออกมาสม่ำเสมอ ความหนาของชั้นเคลือบจะถูกควบคุมที่ระดับนาโนเมตร และซับสเตรตที่เป็นกระจกเพียงแผ่นเดียวอาจมีชั้นเคลือบหลายสิบชั้น
ความผูกพันเป็นอุปสรรคสำคัญประการที่สอง
การติดกาวแบบเดิมๆ อาศัยการยึดติดแบบออปติก อย่างไรก็ตาม การหดตัวของการแข็งตัวของกาวโพลีเมอร์ทำให้เกิดแสงที่เล็ดลอดและการเปลี่ยนสี และกาวแบบออปติคอลที่มีดัชนีการหักเหแสงสูงนั้นหายาก พันธะโมเลกุล (พันธะโดยตรง) ให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่า แต่ต้องการเงื่อนไขกระบวนการที่เข้มงวดอย่างยิ่ง โดยต้องใช้พื้นผิวที่เรียบเป็นอะตอม ซึ่งแม้แต่อนุภาคเพียงเล็กน้อยหรือความผิดปกติของภูมิประเทศก็นำไปสู่ความล้มเหลวในการยึดเกาะ
ผลลัพธ์: ผลผลิตยังคงต่ำ และต้นทุนยังคงอยู่ในระดับสูง
ในปี พ.ศ. 2568 อัตราการผลิตจำนวนมากสำหรับท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิตยังคงต่ำกว่า SRG อย่างมีนัยสำคัญ นี่คือเหตุผลพื้นฐานว่าทำไมส่วนแบ่งการตลาดของพวกเขาจึงน้อยกว่าครึ่งหนึ่งของ SRG
ใครอยู่หลักสูตรนี้บ้าง?
Lumus (อิสราเอล) คือเกณฑ์มาตรฐานสำหรับท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิต ซึ่งเป็นผู้นำด้านแผ่นเวเฟอร์แก้วที่มีการหักเหของแสงสูง ผ่านการเป็นพันธมิตรกับ SCHOTT
รายงานแนะนำว่าผลิตภัณฑ์ AR ปี 2025 ของ Meta อาจใช้ LCoS บวกกับการกำหนดค่าท่อนำคลื่นทางเรขาคณิต หากเป็นจริง นี่จะเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิตในตลาดผู้บริโภค
ผู้เล่นหลักในประเทศจีนในพื้นที่นี้ได้แก่บริษัทต่างๆ เช่น Libaiguangjing และ Lingxiweiguang
ตำแหน่งของท่อนำคลื่นทรงเรขาคณิตนั้นเหมือนกับเทคโนโลยี EUV ในระบบการพิมพ์หินมาก โดยให้ประสิทธิภาพสูงสุดในระดับสูงสุด แต่ยังนำเสนออุปสรรคสูงสุดในการผลิตจำนวนมากอีกด้วย
หากเอาชนะปัญหาคอขวดในการผลิตได้ ปัญหาดังกล่าวอาจถือเป็นวิธีแก้ปัญหาขั้นสุดท้ายสำหรับคุณภาพของภาพได้ อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ พวกเขายังคงเป็นตัวเลือกระดับไฮเอนด์สำหรับตลาดองค์กร (B2B) เป็นหลัก
ท่อนำคลื่นโฮโลกราฟิกเกรตติ้ง (VHG) แบบปริมาตร: ตัวฆ่าต้นทุน แต่วัสดุเป็นจุดคอขวดที่สำคัญ
หลักการ: 'การเขียน' ตะแกรงดัชนีการหักเหของแสงภายในวัสดุ
แนวคิดเบื้องหลัง VHG นั้นแตกต่างโดยพื้นฐานจาก SRG
ในขณะที่ SRG เป็นตะแกรงบรรเทาพื้นผิวที่เกิดจากการกัดโครงสร้างทางกายภาพลงบนพื้นผิว VHG จะถูกสร้างขึ้นผ่านการรบกวนด้วยลำแสงคู่ กระบวนการนี้ทำให้เกิดการปรับดัชนีการหักเหของแสงเป็นระยะๆ ภายในวัสดุที่ไวต่อแสง (เช่น โฟโตโพลีเมอร์) โดย 'เขียน' ตะแกรงที่มองไม่เห็นเข้าไปในภายในของวัสดุได้อย่างมีประสิทธิภาพ
เนื่องจากมีตะแกรงอยู่ภายในวัสดุจำนวนมาก (แทนที่จะอยู่บนพื้นผิว) จึงเรียกว่า 'โฮโลแกรมปริมาตร'
กลไกนี้มีข้อดีหลายประการ:
ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนทางทฤษฎีที่สูงขึ้น: การเลือกแบรกก์ของตะแกรงปริมาตรช่วยให้การเลี้ยวเบนของแสงที่ความยาวคลื่นและมุมจำเพาะมีประสิทธิภาพ โดยประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนทางทฤษฎีใกล้ถึง 100%
ไม่มีโครงสร้างการผ่อนปรนพื้นผิว: สิ่งนี้จะกำจัดกลไกการกระจายตัวที่ทำให้เกิดสิ่งประดิษฐ์สีรุ้งและหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องการปนเปื้อนบนพื้นผิว
กระบวนการผลิตที่เรียบง่าย: ไม่ต้องใช้การพิมพ์แบบนาโนหรือการแกะสลัก มีเพียงระบบการรบกวนด้วยเลเซอร์เท่านั้น ส่งผลให้ต้นทุนทางทฤษฎีลดลงและกำลังการผลิตที่สูงขึ้น
แสงรั่วน้อยที่สุด: ผลิตภัณฑ์ N25G ของ Nica Optics มีอัตราส่วนแสงรั่วน้อยกว่า 1:140
ข้อได้เปรียบ: สอดคล้องกับความจำเป็นในการลดต้นทุนและการนำไปใช้ในวงกว้างได้ดีที่สุด
ในบรรดาแนวทางทั้งสามนี้ VHG นำเสนอศักยภาพสูงสุดในด้านต้นทุนการผลิตที่ต่ำ
ไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์การผลิตระดับนาโน การเคลือบที่มีความแม่นยำ หรือพันธะโมเลกุล มีเพียงระบบการรบกวนด้วยเลเซอร์เท่านั้น
ในเดือนมิถุนายน 2569 Nika Optics ได้เปิดตัวสายการผลิตอัตโนมัติเครื่องแรกของโลกสำหรับท่อนำคลื่นแสงแบบโฮโลแกรมเชิงปริมาตรในเทียนจิน ซึ่งสามารถผลิตได้หนึ่งล้านหน่วยต่อปี กำลังการผลิตรวมต่อปีในโรงงานที่เทียนจินและกว่างโจวอยู่ที่ 1.3 ล้านหน่วย
ในปี 2025 VHG (Volume Holographic Grating) ครองส่วนแบ่งตลาดโลกประมาณ 10% แต่มีอัตราการเติบโตที่รวดเร็วที่สุด
แว่นตา AR99 ของ XINGYIZHINENG นำเสนอท่อนำคลื่นโฮโลแกรมเชิงปริมาตรของ Nika Optics โดยทั้งชุดมีราคาต่ำเพียง 999 หยวน ซึ่งเป็นจุดราคาที่ส่งคลื่นกระแทกไปทั่วอุตสาหกรรม
ข้อบกพร่องร้ายแรง: 'สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้' ของวัสดุ
ส่วนส้นร้อยหวายของ VHG อยู่ในวัสดุ
วัสดุโฟโตโพลีเมอร์จะต้องตรงตามเกณฑ์สามประการพร้อมกัน ได้แก่ การปรับดัชนีการหักเหของแสงสูง (Δn) ความเสถียรด้านสิ่งแวดล้อมในระยะยาว (ความต้านทานต่อการเสื่อมสภาพ อุณหภูมิ และความชื้น) และความแม่นยำในการผลิตสูง เกณฑ์ทั้งสามนี้ขัดแย้งกันโดยเนื้อแท้ โดยทำให้เกิดเป็น 'สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้':
โดยทั่วไปแล้วการเพิ่ม Δn จะต้องอาศัยการรวมตัวของอนุภาคนาโนอนินทรีย์ที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง ซึ่งจะทำให้ความโปร่งใสและความเสถียรของวัสดุลดลง
การเสริมสร้างเสถียรภาพจำเป็นต้องมีการเชื่อมโยงข้ามและการบ่ม ซึ่งจะจำกัดการตอบสนองของกลุ่มที่ไวต่อแสงและลด Δn;
การควบคุมโปรไฟล์ดัชนีการหักเหของแสงอย่างแม่นยำนั้นต้องการแบนด์วิธการรับแสงที่แคบมากและการควบคุมสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด ซึ่งทำให้ยากเป็นพิเศษที่จะรับประกันความสม่ำเสมอในการผลิตจำนวนมาก
ด้วยเหตุนี้ โดยทั่วไป VHG จึงมีขอบเขตการมองเห็น (FOV) เพียง 30°–40° และความสม่ำเสมอของสีและขอบเขตสีสำหรับการแสดงสีเต็มรูปแบบยังคงล้าหลัง SRG และท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิต
นอกจากนี้ ปัญหาการเสื่อมสภาพของวัสดุที่ไวต่อแสงยังไม่ได้รับการแก้ไขโดยพื้นฐาน ประสิทธิภาพของท่อนำคลื่นจะลดลงหลังจากผ่านไปไม่กี่ปีหรือไม่? ขณะนี้มีข้อมูลภาคสนามระยะยาวไม่เพียงพอที่จะตอบคำถามนี้
นอกจากนี้ยังมีข้อจำกัดในระดับห่วงโซ่อุปทาน: ระบบการสัมผัสเลเซอร์รบกวนที่มีความแม่นยำสูงขาดเวอร์ชันมาตรฐานที่ผลิตจำนวนมาก ด้วยเหตุนี้ แต่ละบริษัทจึงต้องพัฒนาโซลูชันแบบกำหนดเองของตนเอง ซึ่งเป็นกระบวนการที่โดดเด่นด้วยวงจรการพัฒนาที่ยาวนานและต้นทุนการลงทุนที่สูง
ใครเป็นคนวางเดิมพัน?
ผู้เล่นระดับโลก ได้แก่ Sony, DigiLens (สหรัฐอเมริกา) และ Akonia (ซื้อกิจการโดย Apple ในปี 2561)
ตัวแทนในประเทศ ได้แก่ Nika Optics, Sanji Optoelectronics, Crystal-Optech และ Gudong Technology
การเข้าซื้อกิจการ Akonia ของ Apple เป็นการส่งสัญญาณถึงการประเมินที่สำคัญ: โฮโลแกรมเชิงปริมาตรอาจเป็นหนทางที่ดีที่สุดสำหรับ AR ระดับผู้บริโภค แม้ว่าความก้าวหน้าในด้านวัสดุศาสตร์จะเป็นข้อกำหนดเบื้องต้นก็ตาม
ซิลิคอนคาร์ไบด์: เส้นทางที่สี่? 'การโจมตีลดมิติ' ที่ระดับวัสดุ
หลังจากการถกเถียงกันถึงสามแนวทางที่แข่งขันกันมานานหนึ่งทศวรรษ Meta ก็ทิ้งระเบิดในปี 2024 ด้วย Orion: ท่อนำคลื่นแสงซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC)
นี่ไม่ใช่เส้นทางทางเทคนิคที่สี่ ค่อนข้างจะแสดงถึง 'การโจมตีมิติ' ในระดับวัตถุเทียบกับสามเส้นทางแรก
เหตุใดซิลิคอนคาร์ไบด์จึงเป็นตัวเปลี่ยนเกม
มุมมองภาพสูงสุด (FOV) ของท่อนำคลื่นแสงถูกกำหนดโดยดัชนีการหักเหของวัสดุซับสเตรต: FOVmax∝arcsin(nguide−nair)
ดัชนีการหักเหของกระจกธรรมดาจะอยู่ที่ประมาณ 1.5–1.7 ในขณะที่กระจกดัชนีสูงที่ใช้สำหรับ SRG มีค่าตั้งแต่ 1.9 ถึง 2.0 นี่เป็นการจำกัดขอบเขตการมองเห็น (FOV) สูงสุดสำหรับท่อนำคลื่นแบบชั้นเดียวโดยตรง โดยที่ 52° FOV ของ HoloLens 2 กำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดทางกายภาพของวัสดุแก้วแล้ว
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีดัชนีการหักเหของแสงสูงที่ 2.65–3.2 ทำให้มีขอบเขตการมองเห็น (FOV) 70°–80° ด้วยท่อนำคลื่นเพียงชั้นเดียว ทำให้ไม่จำเป็นต้องซ้อนหลายชั้น
ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น คุณลักษณะการกระจายตัวของซิลิคอนคาร์ไบด์ทำให้ระยะเวลาการกรีดสามารถปรับให้เหมาะสมเป็น 262 นาโนเมตร ซึ่งช่วยกำจัดสิ่งแปลกปลอมสีรุ้งทางกายภาพได้ ไม่เพียงแต่ระงับสิ่งเหล่านั้นเท่านั้น แต่ยังกำจัดสิ่งแปลกปลอมเหล่านั้นทั้งหมดอีกด้วย
จากนั้นจะมีการกระจายความร้อน: ซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนประมาณ 490 W/m·K หรือเกือบ 500 เท่าของแก้ว ความร้อนที่เกิดจากเครื่องยนต์ออปติคอลสามารถถูกพาออกไปได้โดยตรงผ่านเลนส์ ทำให้ไม่ต้องใช้โครงสร้างการกระจายความร้อนโดยเฉพาะและยังช่วยลดน้ำหนักอีกด้วย
ด้วยการใช้ท่อนำคลื่นซิลิกอนคาร์ไบด์ Meta Orion จึงสามารถบรรลุขอบเขตการมองเห็น (FOV) 70° และน้ำหนักไม่เกิน 100 กรัม ทั้งหมดนี้ยังคงรูปลักษณ์ที่คล้ายกับแว่นตาทั่วไป ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ท่อนำคลื่นแบบแก้วไม่สามารถเทียบได้
อย่างไรก็ตามต้นทุนถือเป็นข้อเสียเปรียบที่สำคัญ
ปัจจุบันราคาของเลนส์ซิลิคอนคาร์ไบด์แต่ละตัวอยู่ที่หลายพันหยวน ซึ่งสูงกว่าท่อนำคลื่นแก้วมาก ผู้บริหาร Meta ยังรับทราบด้วยว่าต้นทุนการผลิตส่วนสำคัญของ Orion นั้นมาจากเลนส์ซิลิคอนคาร์ไบด์
ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความแข็งสูงมาก (9.25 ในระดับ Mohs รองจากเพชรเท่านั้น) ทำให้แปรรูปได้ยากเป็นพิเศษ นอกจากนี้ ความสามารถในการผลิตสำหรับซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์เกรดออปติคัลขนาดใหญ่ยังคงมีจำกัด
บริษัทในประเทศจีนที่ทำงานในภาคนี้ ได้แก่ Sanan Optoelectronics, TankeBlue Semiconductor, Tianke Heda และ Guotan Semiconductor ภายในปี 2025 Guotan Semiconductor ประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลึกเดี่ยวของซิลิคอนคาร์ไบด์ที่มีความบริสุทธิ์สูงขนาด 12 นิ้ว และทำการตรวจสอบชุดย่อยด้วยไคลเอนต์ AR หลายตัว นอกจากนี้ Goertek Optics ยังได้เปิดตัว F50Se ซึ่งเป็นโมดูลแสดงผลท่อนำคลื่นแสงสีเต็มรูปแบบที่ใช้เทคโนโลยีการกัดซิลิคอนคาร์ไบด์
สาระสำคัญของแนวทางซิลิคอนคาร์ไบด์อยู่ที่การแลกเปลี่ยนต้นทุนวัสดุที่สูงขึ้นเพื่อประสิทธิภาพที่ก้าวกระโดดจากรุ่นสู่รุ่น
การเปลี่ยนผ่านไปสู่ตลาดผู้บริโภคขึ้นอยู่กับจังหวะที่สามารถลดต้นทุนของซับสเตรตซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นหน้าต่างแห่งโอกาสที่คาดการณ์ไว้ในแง่ดีสำหรับปี 2570-2571
ภาพรวมอุตสาหกรรม: ใครกำลังเดิมพันอะไร
ภาพรวมอุตสาหกรรมในช่วงกลางปี 2026 ค่อยๆ ชัดเจนขึ้น:
สัญญาณอุตสาหกรรมหลายประการที่น่าสังเกต:
ระบบการผลิตเริ่มที่จะมาบรรจบกัน
หลังจากปี 2026 การแข่งขันในอุตสาหกรรมจะเปลี่ยนจาก 'ใครสามารถผลิตผลิตภัณฑ์ได้' เป็น 'ใครสามารถรับประกันการส่งมอบที่มั่นคง' กำลังการผลิตที่มีประสิทธิภาพในประเทศสำหรับ SRG (Surface Relief Gratings) อยู่ที่ประมาณ 6-8 ล้านหน่วยต่อปี แต่ความต้องการก็เกิน 10 ล้านหน่วยต่อปี ส่งผลให้เกิดช่องว่างด้านอุปทานหลายล้านหน่วยสำหรับท่อนำคลื่นคุณภาพสูง
การทำงานร่วมกันระหว่างบริษัทยักษ์ใหญ่ด้านออพติคอลและบริษัทยักษ์ใหญ่ด้านอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์
ในเดือนมิถุนายน ปี 2026 EssilorLuxottica และ Applied Materials ได้ประกาศความพยายามร่วมกันในการพัฒนาระบบออพติคอล AR ยุคใหม่สำหรับแว่นตาอัจฉริยะ ความร่วมมือครั้งนี้ ซึ่งเป็นการรวมผู้ผลิตเลนส์แบบดั้งเดิมเข้ากับผู้ให้บริการอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ ถือเป็นการส่งสัญญาณการเปลี่ยนแปลงในการผลิตเลนส์ AR จาก 'กระบวนการระดับห้องปฏิบัติการ' ไปเป็น 'การผลิตระดับเซมิคอนดักเตอร์'
Goertek เข้าซื้อกิจการ Sunny O-Lye
ในช่วงต้นปี 2026 Goertek Optics และ Sunny Optical ได้ทำธุรกรรมแลกเปลี่ยนหุ้นมูลค่าประมาณ 1.9 พันล้านหยวน โดยบูรณาการความสามารถแบบครบวงจรตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงการผลิต การรวมตัวของอุตสาหกรรมกำลังเร่งตัวขึ้น
คำตัดสินสุดท้าย: ใครจะหัวเราะครั้งสุดท้าย
การประเมินของเราคือแม้ว่าจะไม่มีผู้ชนะเพียงคนเดียวในระยะสั้น แต่ภาพรวมสำหรับระยะกลางก็เริ่มเป็นรูปเป็นร่างแล้ว
ระยะสั้น (พ.ศ. 2569–2570): SRG ครองอำนาจ; VHG เป็นผู้นำในตลาดมวลชน
ด้วยการใช้ประโยชน์จากกระบวนการประทับตรานาโนและการกัดแบบสมบูรณ์ อัตราผลตอบแทน 86% และต้นทุนต่อหน่วยที่ต่ำกว่า 18 ดอลลาร์ SRG จะยังคงเป็นโซลูชันกระแสหลักสำหรับ AR ผู้บริโภคในอีก 1-2 ปีข้างหน้า
สิ่งประดิษฐ์สีรุ้งถูกระงับให้อยู่ในระดับ 'ยอมรับได้' และขอบเขตการมองเห็น (FOV) ที่ 25°–50° ครอบคลุมกรณีการใช้งานของผู้บริโภคส่วนใหญ่
VHG กำลังเจาะตลาดมวลชนอย่างรวดเร็ว (โดยเฉพาะระดับราคา 999 หยวนสำหรับแว่นตา AR) และภาคยานยนต์ AR-HUD โดยได้แรงหนุนจากความได้เปรียบด้านต้นทุน
การเปิดตัวสายการผลิตขนาดล้านหน่วยของ Nika Optics ถือเป็นสัญญาณสำคัญ
อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดเกี่ยวกับ FOV และความสามารถในการแสดงสีเต็มรูปแบบยังคงยากต่อการแก้ไขโดยพื้นฐานในระยะสั้น
ท่อนำคลื่นแบบเรขาคณิตจะรักษาตำแหน่งระดับสูงในตลาดองค์กร (B-to-B) ในขณะที่รอการตรวจสอบจากผลิตภัณฑ์ระดับผู้บริโภคที่เปิดตัวโดยผู้นำในอุตสาหกรรมเช่น Meta
ระยะกลาง (พ.ศ. 2571–2573): ซิลิคอนคาร์ไบด์เปลี่ยนโฉมภูมิทัศน์
หากต้นทุนของซับสเตรตซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) รูปแบบขนาดใหญ่ลดลงสู่ระดับที่ยอมรับได้ (คาดว่าจะใช้เวลา 2-3 ปี) ท่อนำคลื่น SiC จะแก้ไข 'เอฟเฟกต์สีรุ้ง' ที่เกี่ยวข้องกับ Surface Relief Gratings (SRG) และข้อจำกัด Field of View (FOV) ของท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิตไปพร้อมๆ กัน ซึ่งกลายเป็น 'โซลูชันที่เปลี่ยนแปลงเกม' สำหรับ AR ระดับผู้บริโภค
ณ จุดนั้น จุดเน้นของการแข่งขันจะเปลี่ยนจาก 'กระบวนการผลิตแบบตะแกรง' ไปเป็น 'แพลตฟอร์มวัสดุ' ใครก็ตามที่เชี่ยวชาญในซิลิคอนคาร์ไบด์เกรดออปติคอลที่มีต้นทุนต่ำ รูปแบบขนาดใหญ่ จะถือเป็นกุญแจสำคัญสู่อนาคตของเลนส์ AR
แนวโน้มระยะยาว
ท้ายที่สุดแล้ว การแข่งขันระหว่างท่อนำคลื่นแสง AR ไม่ใช่เกมที่มีผลรวมเป็นศูนย์ระหว่างสามเส้นทางที่แตกต่างกัน แต่เป็นการแข่งขันระหว่างสองเส้นทางวิวัฒนาการ:
เส้นทางที่ 1: เพิ่มความแม่นยำในการผลิตสูงสุด
ด้วยการทำซ้ำอย่างต่อเนื่องของกระบวนการกัด วัสดุดัชนีการหักเหของแสงสูง และเทคโนโลยีการเคลือบ SRG และท่อนำคลื่นเชิงเรขาคณิตกำลังเข้าใกล้ขีดจำกัดทางกายภาพภายในระบบวัสดุที่มีอยู่
เส้นทางที่ 2: การปฏิวัติทางวัตถุ
วัสดุใหม่ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ กำลังเปลี่ยนแปลงเกมโดยพื้นฐานโดยการหลีกเลี่ยงปัญหาคอขวดของกระบวนการที่มีอยู่ และทำให้เกิดประสิทธิภาพแบบก้าวกระโดดรุ่นต่อรุ่น
อย่างไรก็ตาม VHG อาจใช้เส้นทางที่สาม: เมื่อวัสดุไวแสงทะลุผ่าน 'สามเหลี่ยมที่เป็นไปไม่ได้' ได้ ความได้เปรียบด้านต้นทุนของโฮโลแกรมเชิงปริมาตรอาจทำให้วัสดุดังกล่าวเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับตลาดผู้บริโภค การเข้าซื้อกิจการ Akonia ของ Apple ถือเป็นการเดิมพันเชิงกลยุทธ์ในทิศทางนี้
แนวทางทั้งสามนี้ตอบคำถามเดียวกันจากมิติที่แตกต่างกันทั้งสามประการ ได้แก่ ประสิทธิภาพ ต้นทุน และความเป็นไปได้ SRG ชนะในด้านความเป็นไปได้ ท่อนำคลื่นทรงเรขาคณิตเป็นเลิศในด้านประสิทธิภาพ และ VHG เสนอศักยภาพด้านต้นทุนสูงสุด ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์พยายามที่จะชนะในทั้งสามด้าน
ใครจะหัวเราะครั้งสุดท้าย?
มันไม่ได้เกี่ยวกับเส้นทางใดเส้นทางหนึ่งโดยเฉพาะ แต่เป็นเส้นทางแรกที่ปลดล็อก 'ประสิทธิภาพสูง + ต้นทุนต่ำ + ความสามารถในการผลิตจำนวนมาก' ไปพร้อมๆ กัน
การแข่งขันครั้งนี้เพิ่งเริ่มต้นเท่านั้น
ที่มา: shenduzhuiguang
