С быстрым развитием технологии дополненной реальности (AR) умные очки, как важный носитель технологии AR, постепенно переходят от концепции к реальности. Однако широкое внедрение умных очков по-прежнему сталкивается со многими техническими проблемами, особенно с точки зрения технологии отображения, веса, рассеивания тепла и оптических характеристик. В последние годы карбид кремния (SiC), как новый материал, широко применяется в различных силовых полупроводниковых устройствах и модулях. Теперь он прокладывает себе путь в область очков AR в качестве ключевого материала. Высокий показатель преломления карбида кремния, отличные свойства рассеивания тепла и высокая твердость, среди прочих характеристик, показывают значительный потенциал для применения в технологии отображения, легкой конструкции и рассеивании тепла очков AR. Мы можем предоставитьПластина SiC, который играет решающую роль в улучшении этих областей. Ниже мы рассмотрим, как карбид кремния может внести революционные изменения в умные очки с точки зрения его свойств, технологических прорывов, рыночных приложений и будущих перспектив.
Свойства и преимущества карбида кремния
Карбид кремния — широкозонный полупроводниковый материал с превосходными свойствами, такими как высокая твердость, высокая теплопроводность и высокий показатель преломления. Эти характеристики дают ему обширный потенциал для использования в электронных устройствах, оптических устройствах и терморегулировании. В частности, в области умных очков преимущества карбида кремния в основном отражаются в следующих аспектах:
Высокий показатель преломления: показатель преломления карбида кремния составляет более 2,6, что намного выше, чем у традиционных материалов, таких как смола (1,51–1,74) и стекло (1,5–1,9). Высокий показатель преломления означает, что карбид кремния может более эффективно ограничивать распространение света, уменьшая потери световой энергии, тем самым улучшая яркость дисплея и поле зрения (FOV). Например, очки Meta Orion AR используют технологию волновода из карбида кремния, достигая поля зрения в 70 градусов, что намного превышает поле зрения в 40 градусов традиционных стеклянных материалов.
Превосходное рассеивание тепла: карбид кремния имеет теплопроводность в сотни раз большую, чем у обычного стекла, что обеспечивает быструю теплопроводность. Рассеивание тепла является ключевой проблемой для очков дополненной реальности, особенно при использовании дисплеев высокой яркости и длительном использовании. Линзы из карбида кремния могут быстро отводить тепло, выделяемое оптическими компонентами, повышая стабильность и срок службы устройства. Мы можем предоставить пластину SiC, которая обеспечивает эффективное управление температурой в таких приложениях.
Высокая твердость и износостойкость: карбид кремния является одним из самых твердых известных материалов, уступая только алмазу. Это делает линзы из карбида кремния более износостойкими, подходящими для повседневного использования. Напротив, стекло и смоляные материалы более подвержены царапинам, что влияет на удобство использования.
Антирадужный эффект: Традиционные стеклянные материалы в очках дополненной реальности имеют тенденцию создавать эффект радуги, когда окружающий свет отражается от поверхности волновода, создавая динамические цветные световые узоры. Карбид кремния может эффективно устранить эту проблему, оптимизируя структуру решетки, тем самым улучшая качество отображения и устраняя эффект радуги, вызванный отражениями окружающего света на поверхности волновода.
Технологические прорывы карбида кремния в очках дополненной реальности
В последние годы технологические прорывы карбида кремния в очках дополненной реальности были в основном сосредоточены на разработке линз дифракционного волновода. Дифракционный волновод — это технология отображения, которая объединяет явление дифракции света с волноводными структурами для распространения изображений, созданных оптическими компонентами, через решетку в линзе. Это уменьшает толщину линзы, делая очки дополненной реальности более похожими на обычные очки.
В октябре 2024 года Meta (ранее Facebook) представила использование волноводов с травлением из карбида кремния в сочетании с микросветодиодами в своих очках дополненной реальности Orion, решив ключевые узкие места в таких областях, как поле зрения, вес и оптические артефакты. Оптический ученый Meta Паскуаль Ривера заявил, что технология волноводов из карбида кремния полностью преобразила качество отображения очков дополненной реальности, изменив восприятие с «радужных световых пятен, похожих на дискотечный шар», на «безмятежный опыт, подобный концертному залу».
В декабре 2024 года компания XINKEHUI успешно разработала первую в мире 12-дюймовую полуизолирующую монокристаллическую подложку из карбида кремния высокой чистоты, что стало крупным прорывом в области крупногабаритных подложек. Эта технология ускорит применение карбида кремния в новых вариантах использования, таких как очки дополненной реальности и радиаторы. Например, 12-дюймовая пластина из карбида кремния может производить 8-9 пар линз для очков дополненной реальности, что значительно повышает эффективность производства. Мы можем предоставить пластину SiC для поддержки таких приложений в отрасли очков дополненной реальности.
Недавно поставщик подложек из карбида кремния XINKEHUI заключил партнерское соглашение с компанией MOD MICRO-NANO, занимающейся микро-нано оптоэлектронными устройствами, для создания совместного предприятия, ориентированного на разработку и продвижение на рынок технологии линз дифракционных волноводов AR. XINKEHUI, обладающая техническим опытом в области подложек из карбида кремния, предоставит высококачественные подложки для MOD MICRO-NANO, которая будет использовать свои преимущества в микро-нано оптической технологии и обработке волноводов AR для дальнейшей оптимизации производительности дифракционных волноводов. Ожидается, что это сотрудничество ускорит технологические прорывы в области очков AR, способствуя переходу отрасли к более высокой производительности и более легким конструкциям.
На выставке SPIE AR|VR|MR 2025 компания MOD MICRO-NANO представила линзы для очков дополненной реальности из карбида кремния второго поколения, которые весят всего 2,7 грамма и имеют толщину всего 0,55 миллиметра. Они легче обычных солнцезащитных очков, обеспечивая пользователям практически неощутимый опыт ношения, достигая по-настоящему «легкой» конструкции.
Случаи применения карбида кремния в очках дополненной реальности
В процессе производства волноводов из карбида кремния команда Меты преодолела трудности технологии наклонного травления. Руководитель исследований Нихар Моханти объяснил, что наклонное травление — это нетрадиционная технология решеток, которая вытравливает линии под наклоном для оптимизации эффективности связи и развязки света. Этот прорыв заложил основу для массового внедрения карбида кремния в AR-очки.
Очки Orion AR от Meta являются типичным примером применения технологии карбида кремния в дополненной реальности. Используя технологию волновода из карбида кремния, Orion достигает 70-градусного поля зрения и эффективно решает такие проблемы, как двоение изображения и эффект радуги.
Джузеппе Карафиоре, руководитель технологии волноводов дополненной реальности компании Meta, отметил, что высокий показатель преломления и теплопроводность карбида кремния делают его идеальным материалом для очков дополненной реальности. После выбора материала следующей задачей стала разработка волновода, в частности, процесса наклонного травления решетки. Карафиоре объяснил, что решетка, которая отвечает за соединение света в линзу и из нее, должна использовать наклонное травление. Протравленные линии не расположены вертикально, а распределены под наклонным углом. Нихар Моханти добавил, что они были первой командой в мире, которая добилась наклонного травления непосредственно на устройствах. В 2019 году Нихар Моханти и его команда построили специальную производственную линию. До этого не было оборудования для травления волноводов из карбида кремния, и эта технология была невозможна за пределами лаборатории.
Проблемы и перспективы карбида кремния
Хотя карбид кремния показывает большой потенциал в очках дополненной реальности, его применение все еще сталкивается с рядом проблем. В настоящее время материал из карбида кремния является дорогим из-за медленного роста и сложной обработки. Например, одна линза из карбида кремния для очков дополненной реальности Orion компании Meta стоит до 1000 долларов, что затрудняет удовлетворение потребностей потребительского рынка. Однако с быстрым развитием индустрии электромобилей стоимость карбида кремния постепенно снижается. Кроме того, разработка подложек большого размера (например, 12-дюймовых пластин) будет способствовать дальнейшему снижению затрат и повышению эффективности.
Высокая твердость карбида кремния также затрудняет его обработку, особенно при изготовлении микро-наноструктур, что приводит к низким показателям выхода годных. В будущем, при более тесном сотрудничестве между поставщиками подложек из карбида кремния и производителями микро-нанооптики, ожидается, что эта проблема будет решена. Применение карбида кремния в очках дополненной реальности все еще находится на ранних стадиях, требуя от большего количества компаний инвестиций в исследования и разработку оборудования на основе карбида кремния оптического класса. Команда Меты ожидает, что другие производители начнут разрабатывать собственное оборудование, поскольку чем больше компаний инвестируют в исследования и разработку оборудования на основе карбида кремния оптического класса, тем сильнее станет экосистема отрасли потребительских очков дополненной реальности.
Заключение
Карбид кремния с его высоким показателем преломления, отличным рассеиванием тепла и высокой твердостью становится ключевым материалом в области очков дополненной реальности. От сотрудничества XINKEHUI и MOD MICRO-NANO до успешного применения карбида кремния в очках дополненной реальности Orion от Meta потенциал карбида кремния в умных очках был полностью продемонстрирован. Несмотря на такие проблемы, как стоимость и технические препятствия, по мере развития цепочки производства и развития технологий ожидается, что карбид кремния будет блистать в области очков дополненной реальности, продвигая умные очки к более высокой производительности, меньшему весу и более широкому внедрению. В будущем карбид кремния может стать основным материалом в отрасли дополненной реальности, открыв новую эру умных очков.
Потенциал карбида кремния не ограничивается очками дополненной реальности; его межотраслевое применение в электронике и фотонике также показывает огромные перспективы. Например, активно изучается применение карбида кремния в квантовых вычислениях и мощных электронных устройствах. По мере развития технологий и снижения затрат ожидается, что карбид кремния будет играть ключевую роль в большем количестве областей, ускоряя развитие смежных отраслей. Мы можем предоставить пластины SiC для различных применений, поддерживая достижения как в технологии дополненной реальности, так и за ее пределами.
Сопутствующий продукт
8-дюймовая 200-мм 4H-N SiC пластина проводящий макет исследовательского класса
Время публикации: 01.04.2025