Wraz z szybkim rozwojem technologii rozszerzonej rzeczywistości (AR), inteligentne okulary, jako ważny nośnik technologii AR, stopniowo przechodzą z koncepcji do rzeczywistości. Jednak powszechna adopcja inteligentnych okularów nadal napotyka wiele wyzwań technicznych, szczególnie pod względem technologii wyświetlania, wagi, rozpraszania ciepła i wydajności optycznej. W ostatnich latach węglik krzemu (SiC), jako wschodzący materiał, był szeroko stosowany w różnych półprzewodnikowych urządzeniach mocy i modułach. Obecnie trafia do dziedziny okularów AR jako kluczowy materiał. Wysoki współczynnik załamania światła węglika krzemu, doskonałe właściwości rozpraszania ciepła i wysoka twardość, a także inne cechy, wykazują znaczny potencjał zastosowania w technologii wyświetlania, lekkiej konstrukcji i rozpraszaniu ciepła okularów AR. Możemy zapewnićWafel SiC, który odgrywa kluczową rolę w ulepszaniu tych obszarów. Poniżej zbadamy, w jaki sposób węglik krzemu może przynieść rewolucyjne zmiany w inteligentnych okularach, biorąc pod uwagę jego właściwości, przełomy technologiczne, zastosowania rynkowe i przyszłe perspektywy.
Właściwości i zalety węglika krzemu
Węglik krzemu to szerokopasmowy materiał półprzewodnikowy o doskonałych właściwościach, takich jak wysoka twardość, wysoka przewodność cieplna i wysoki współczynnik załamania światła. Te cechy dają mu szeroki potencjał do zastosowania w urządzeniach elektronicznych, optycznych i zarządzaniu termicznym. Szczególnie w dziedzinie inteligentnych okularów zalety węglika krzemu odzwierciedlają się głównie w następujących aspektach:
Wysoki współczynnik refrakcji: węglik krzemu ma współczynnik refrakcji ponad 2,6, znacznie wyższy niż tradycyjne materiały, takie jak żywica (1,51-1,74) i szkło (1,5-1,9). Wysoki współczynnik refrakcji oznacza, że węglik krzemu może skuteczniej ograniczać propagację światła, zmniejszając utratę energii świetlnej, a tym samym poprawiając jasność wyświetlacza i pole widzenia (FOV). Na przykład okulary Orion AR firmy Meta wykorzystują technologię falowodu z węglika krzemu, osiągając 70-stopniowe pole widzenia, znacznie przekraczając 40-stopniowe pole widzenia tradycyjnych materiałów szklanych.
Doskonałe rozpraszanie ciepła: Węglik krzemu ma przewodnictwo cieplne setki razy większe niż zwykłe szkło, co umożliwia szybkie przewodzenie ciepła. Rozpraszanie ciepła jest kluczową kwestią w przypadku okularów AR, szczególnie podczas wyświetlania na wyświetlaczach o wysokiej jasności i długotrwałego użytkowania. Soczewki z węglika krzemu mogą szybko przenosić ciepło generowane przez elementy optyczne, zwiększając stabilność i żywotność urządzenia. Możemy dostarczyć wafer SiC, który zapewnia skuteczne zarządzanie termiczne w takich zastosowaniach.
Wysoka twardość i odporność na zużycie: Węglik krzemu jest jednym z najtwardszych znanych materiałów, zaraz po diamencie. Dzięki temu soczewki z węglika krzemu są bardziej odporne na zużycie, odpowiednie do codziennego użytku. Natomiast szkło i materiały żywiczne są bardziej podatne na zarysowania, co wpływa na komfort użytkowania.
Efekt antytęczowy: Tradycyjne materiały szklane w okularach AR mają tendencję do wytwarzania efektu tęczy, w którym światło otoczenia odbija się od powierzchni falowodu, tworząc dynamiczne wzory światła kolorowego. Węglik krzemu może skutecznie wyeliminować ten problem poprzez optymalizację struktury kratki, poprawiając w ten sposób jakość wyświetlania i eliminując efekt tęczy spowodowany odbiciami światła otoczenia na powierzchni falowodu.
Przełomy technologiczne węglika krzemu w okularach AR
W ostatnich latach przełom technologiczny węglika krzemu w okularach AR skupił się głównie na rozwoju soczewek dyfrakcyjnych falowodowych. Falowód dyfrakcyjny to technologia wyświetlania, która łączy zjawisko dyfrakcji światła ze strukturami falowodowymi, aby rozprzestrzeniać obrazy generowane przez komponenty optyczne przez kratkę w soczewce. Zmniejsza to grubość soczewki, dzięki czemu okulary AR wyglądają bardziej jak zwykłe okulary.
W październiku 2024 r. Meta (dawniej Facebook) wprowadziła zastosowanie falowodów trawionych węglikiem krzemu w połączeniu z mikrodiodami LED w swoich okularach Orion AR, rozwiązując kluczowe wąskie gardła w takich dziedzinach jak pole widzenia, waga i artefakty optyczne. Naukowiec optyczny Meta, Pascual Rivera, stwierdził, że technologia falowodów z węglika krzemu całkowicie przekształciła jakość wyświetlania okularów AR, zmieniając doświadczenie z „tęczowych punktów świetlnych przypominających kulę dyskotekową” na „spokojne doświadczenie przypominające salę koncertową”.
W grudniu 2024 r. XINKEHUI pomyślnie opracowało pierwsze na świecie 12-calowe, półizolacyjne podłoże monokrystaliczne z węglika krzemu o wysokiej czystości, co stanowi przełom w dziedzinie podłoży o dużych rozmiarach. Technologia ta przyspieszy zastosowanie węglika krzemu w nowych przypadkach użycia, takich jak okulary AR i radiatory. Na przykład 12-calowy wafel z węglika krzemu może wyprodukować 8-9 par soczewek okularów AR, co znacznie zwiększa wydajność produkcji. Możemy dostarczyć wafel SiC do obsługi takich zastosowań w branży okularów AR.
Niedawno dostawca podłoży z węglika krzemu XINKEHUI nawiązał współpracę z firmą produkującą mikro-nano optoelektroniczne urządzenia MOD MICRO-NANO w celu utworzenia joint venture skoncentrowanego na rozwoju i promocji rynkowej technologii soczewek dyfrakcyjnych AR. XINKEHUI, dzięki swojej wiedzy technicznej w zakresie podłoży z węglika krzemu, dostarczy wysokiej jakości podłoża dla MOD MICRO-NANO, które wykorzysta swoje zalety w technologii optycznej mikro-nano i przetwarzaniu falowodów AR w celu dalszej optymalizacji wydajności falowodów dyfrakcyjnych. Oczekuje się, że ta współpraca przyspieszy przełomy technologiczne w okularach AR, promując ruch branży w kierunku wyższej wydajności i lżejszych konstrukcji.
Na wystawie SPIE AR|VR|MR 2025 firma MOD MICRO-NANO zaprezentowała soczewki okularów AR drugiej generacji z węglika krzemu, ważące zaledwie 2,7 grama i o grubości zaledwie 0,55 milimetra, lżejsze od zwykłych okularów przeciwsłonecznych, oferując użytkownikom niemal niezauważalne wrażenia podczas noszenia i osiągając prawdziwie „lekką” konstrukcję.
Przykłady zastosowań węglika krzemu w okularach AR
W procesie produkcji falowodów z węglika krzemu zespół Meta pokonał wyzwania technologii skośnego trawienia. Kierownik ds. badań Nihar Mohanty wyjaśnił, że skośne trawienie to niestandardowa technologia kratki, która trawi linie pod kątem, aby zoptymalizować wydajność sprzężenia i odsprzęgania światła. To przełomowe osiągnięcie położyło podwaliny pod masową adopcję węglika krzemu w okularach AR.
Okulary Orion AR firmy Meta są reprezentatywnym zastosowaniem technologii węglika krzemu w AR. Dzięki zastosowaniu technologii falowodów z węglika krzemu Orion osiąga 70-stopniowe pole widzenia i skutecznie rozwiązuje problemy takie jak ghosting i efekt tęczy.
Giuseppe Carafiore, lider technologii falowodów AR w Meta, zauważył, że wysoki współczynnik refrakcji i przewodność cieplna węglika krzemu sprawiają, że jest to idealny materiał na okulary AR. Po wybraniu materiału kolejnym wyzwaniem było opracowanie falowodu, a konkretnie procesu trawienia ukośnego dla kratki. Carafiore wyjaśnił, że kratka, która odpowiada za sprzęganie światła do i z soczewki, musi wykorzystywać trawienie ukośne. Wytrawione linie nie są ułożone pionowo, ale są rozłożone pod kątem. Nihar Mohanty dodał, że byli pierwszym zespołem na świecie, który osiągnął trawienie ukośne bezpośrednio na urządzeniach. W 2019 roku Nihar Mohanty i jego zespół zbudowali dedykowaną linię produkcyjną. Wcześniej nie było dostępnego sprzętu do trawienia falowodów z węglika krzemu, a technologia ta nie była możliwa do zastosowania poza laboratorium.
Wyzwania i przyszłe perspektywy węglika krzemu
Chociaż węglik krzemu wykazuje duży potencjał w okularach AR, jego zastosowanie nadal napotyka na wiele wyzwań. Obecnie materiał z węglika krzemu jest drogi ze względu na powolne tempo wzrostu i trudne przetwarzanie. Na przykład pojedyncza soczewka z węglika krzemu do okularów AR Orion firmy Meta kosztuje aż 1000 USD, co utrudnia zaspokojenie potrzeb rynku konsumenckiego. Jednak wraz z szybkim rozwojem przemysłu pojazdów elektrycznych koszt węglika krzemu stopniowo spada. Ponadto rozwój podłoży o dużych rozmiarach (takich jak 12-calowe wafle) będzie dalej napędzał redukcję kosztów i poprawę wydajności.
Wysoka twardość węglika krzemu utrudnia również jego przetwarzanie, szczególnie w przypadku wytwarzania mikro-nanostruktur, co prowadzi do niskich wskaźników wydajności. W przyszłości, dzięki głębszej współpracy między dostawcami podłoży z węglika krzemu a producentami mikro-nanooptyki, oczekuje się rozwiązania tego problemu. Zastosowanie węglika krzemu w okularach AR jest wciąż na wczesnym etapie, co wymaga od większej liczby firm inwestowania w badania i rozwój sprzętu z węglika krzemu klasy optycznej. Zespół Meta spodziewa się, że inni producenci zaczną rozwijać własny sprzęt, ponieważ im więcej firm zainwestuje w badania i sprzęt z węglika krzemu klasy optycznej, tym silniejszy stanie się ekosystem branży okularów AR klasy konsumenckiej.
Wniosek
Węglik krzemu, ze swoim wysokim współczynnikiem refrakcji, doskonałym rozpraszaniem ciepła i wysoką twardością, staje się kluczowym materiałem w dziedzinie okularów AR. Od współpracy między XINKEHUI i MOD MICRO-NANO po udane zastosowanie węglika krzemu w okularach AR Orion firmy Meta, potencjał węglika krzemu w inteligentnych okularach został w pełni zademonstrowany. Pomimo wyzwań, takich jak koszty i przeszkody techniczne, w miarę dojrzewania łańcucha przemysłowego i ciągłego postępu technologii, oczekuje się, że węglik krzemu zabłyśnie w dziedzinie okularów AR, kierując inteligentne okulary w stronę wyższej wydajności, mniejszej wagi i szerszej adopcji. W przyszłości węglik krzemu może stać się głównym materiałem w branży AR, zapoczątkowując nową erę inteligentnych okularów.
Potencjał węglika krzemu nie ogranicza się do szkieł AR; jego międzybranżowe zastosowania w elektronice i fotonice również wykazują ogromne perspektywy. Na przykład, zastosowanie węglika krzemu w komputerach kwantowych i urządzeniach elektronicznych dużej mocy jest aktywnie badane. W miarę postępu technologii i spadku kosztów, węglik krzemu prawdopodobnie odegra kluczową rolę w większej liczbie dziedzin, przyspieszając rozwój powiązanych branż. Możemy dostarczyć wafle SiC do różnych zastosowań, wspierając postęp zarówno w technologii AR, jak i poza nią.
Powiązany produkt
8-calowy 200-milimetrowy 4H-N SiC Wafer przewodzący, klasa badawcza
Czas publikacji: 01-kwi-2025