Wraz z szybkim rozwojem technologii rzeczywistości rozszerzonej (AR), inteligentne okulary, jako ważny nośnik technologii AR, stopniowo przechodzą transformację z koncepcji do rzeczywistości. Jednak powszechne zastosowanie inteligentnych okularów wciąż wiąże się z wieloma wyzwaniami technicznymi, szczególnie w zakresie technologii wyświetlania, wagi, rozpraszania ciepła i wydajności optycznej. W ostatnich latach węglik krzemu (SiC), jako nowy materiał, znalazł szerokie zastosowanie w różnych półprzewodnikowych urządzeniach i modułach mocy. Obecnie zyskuje on kluczowe znaczenie w dziedzinie okularów AR. Wysoki współczynnik załamania światła, doskonałe właściwości rozpraszania ciepła i wysoka twardość węglika krzemu, a także inne jego cechy, wykazują znaczący potencjał w zakresie zastosowań w technologii wyświetlania, lekkiej konstrukcji i rozpraszaniu ciepła w okularach AR. Oferujemy:Wafel SiC, który odgrywa kluczową rolę w doskonaleniu tych obszarów. Poniżej zbadamy, jak węglik krzemu może przynieść rewolucyjne zmiany w inteligentnych okularach, analizując jego właściwości, przełomy technologiczne, zastosowania rynkowe i perspektywy na przyszłość.
Właściwości i zalety węglika krzemu
Węglik krzemu to materiał półprzewodnikowy o szerokiej przerwie energetycznej, charakteryzujący się doskonałymi właściwościami, takimi jak wysoka twardość, wysoka przewodność cieplna i wysoki współczynnik załamania światła. Te cechy dają mu szeroki potencjał zastosowania w urządzeniach elektronicznych, optycznych oraz w systemach zarządzania temperaturą. W szczególności w dziedzinie inteligentnych okularów, zalety węglika krzemu przejawiają 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 straty energii świetlnej, a tym samym poprawiając jasność wyświetlacza i pole widzenia (FOV). Na przykład okulary Orion AR firmy Meta wykorzystują technologię falowodów z węglika krzemu, zapewniając 70-stopniowe pole widzenia, znacznie przewyższające 40-stopniowe pole widzenia tradycyjnych materiałów szklanych.
Doskonałe odprowadzanie ciepła: Węglik krzemu charakteryzuje się przewodnością cieplną setki razy większą niż zwykłe szkło, co umożliwia szybkie odprowadzanie ciepła. Odprowadzanie ciepła jest kluczowe w przypadku okularów AR, szczególnie w przypadku wyświetlaczy o wysokiej jasności i długotrwałego użytkowania. Soczewki z węglika krzemu szybko odprowadzają ciepło generowane przez elementy optyczne, zwiększając stabilność i żywotność urządzenia. Oferujemy wafle SiC, które zapewniają efektywne odprowadzanie ciepła w takich zastosowaniach.
Wysoka twardość i odporność na zużycie: Węglik krzemu to jeden z najtwardszych znanych materiałów, ustępujący jedynie diamentowi. Dzięki temu soczewki z węglika krzemu są bardziej odporne na zużycie i nadają się do codziennego użytku. Z kolei szkło i żywica są bardziej podatne na zarysowania, co wpływa negatywnie na komfort użytkowania.
Efekt antytęczowy: Tradycyjne materiały szklane stosowane w okularach AR mają tendencję do tworzenia efektu tęczy, w którym światło otoczenia odbija się od powierzchni falowodu, tworząc dynamiczne, kolorowe wzory świetlne. Węglik krzemu może skutecznie wyeliminować ten problem poprzez optymalizację struktury siatki, poprawiając w ten sposób jakość wyświetlania i eliminując efekt tęczy spowodowany odbiciami światła otoczenia od powierzchni falowodu.
Przełomy technologiczne w węgliku krzemu w okularach AR
W ostatnich latach przełom technologiczny w zakresie węglika krzemu w okularach AR koncentrował się głównie na rozwoju soczewek dyfrakcyjnych z falowodem. Falowód dyfrakcyjny to technologia wyświetlania, która łączy zjawisko dyfrakcji światła ze strukturami falowodowymi, aby przesyłać obrazy generowane przez elementy optyczne przez siatkę dyfrakcyjną w soczewce. Zmniejsza to grubość soczewki, dzięki czemu okulary AR przypominają bardziej tradycyjne okulary.
W październiku 2024 roku firma Meta (dawniej Facebook) wprowadziła zastosowanie falowodów z węglika krzemu w połączeniu z mikrodiodami LED w swoich okularach AR Orion, rozwiązując kluczowe problemy w takich obszarach jak pole widzenia, waga i artefakty optyczne. Pascual Rivera, naukowiec zajmujący się optyką w Meta, stwierdził, że technologia falowodów z węglika krzemu całkowicie odmieniła jakość wyświetlania w okularach AR, zmieniając wrażenia z „tęczowych punktów świetlnych przypominających kulę dyskotekową” na „spokojne doznania niczym w sali koncertowej”.
W grudniu 2024 roku firma XINKEHUI z powodzeniem opracowała pierwsze na świecie 12-calowe, półizolacyjne, monokrystaliczne podłoże z węglika krzemu o wysokiej czystości, co stanowi przełom w dziedzinie podłoży wielkogabarytowych. Technologia ta przyspieszy zastosowanie węglika krzemu w nowych zastosowaniach, takich jak okulary AR i radiatory. Na przykład, 12-calowa płytka z węglika krzemu pozwala na produkcję 8-9 par soczewek do okularów AR, co znacznie zwiększa wydajność produkcji. Oferujemy płytki SiC do zastosowań w branży okularów AR.
Niedawno dostawca podłoży z węglika krzemu, firma XINKEHUI, nawiązała współpracę z firmą MOD MICRO-NANO, produkującą urządzenia optoelektroniczne w skali mikro-nano, w celu utworzenia spółki joint venture, której celem jest rozwój i promocja rynkowa technologii soczewek dyfrakcyjnych AR. XINKEHUI, dysponując wiedzą techniczną w zakresie podłoży z węglika krzemu, dostarczy wysokiej jakości podłoża dla MOD MICRO-NANO, które wykorzysta swoje atuty w zakresie technologii optycznej mikro-nano i przetwarzania falowodów AR, aby jeszcze bardziej zoptymalizować wydajność falowodów dyfrakcyjnych. Oczekuje się, że ta współpraca przyspieszy przełomy technologiczne w dziedzinie okularów AR, promując w branży dążenie do 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. Są one lżejsze od zwykłych okularów przeciwsłonecznych, dzięki czemu użytkownicy mają niemal niezauważalne wrażenia podczas noszenia i naprawdę „lekką” konstrukcję.
Przypadki zastosowań węglika krzemu w okularach AR
W procesie produkcji falowodów z węglika krzemu, zespół Meta pokonał wyzwania związane z technologią trawienia ukośnego. Kierownik badań, Nihar Mohanty, wyjaśnił, że trawienie ukośne to niekonwencjonalna technologia siatki dyfrakcyjnej, która wytrawia linie pod kątem, aby zoptymalizować wydajność sprzęgania i odsprzęgania światła. Ten przełom położył podwaliny pod masowe zastosowanie węglika krzemu w okularach AR.
Okulary Orion AR firmy Meta to reprezentatywne zastosowanie technologii węglika krzemu w rozszerzonej rzeczywistości (AR). Dzięki zastosowaniu technologii falowodów z węglika krzemu, okulary Orion zapewniają 70-stopniowe pole widzenia i skutecznie rozwiązują problemy takie jak ghosting i efekt tęczy.
Giuseppe Carafiore, lider technologii falowodów AR w Meta, zauważył, że wysoki współczynnik załamania światła i przewodność cieplna węglika krzemu czynią go idealnym materiałem do produkcji okularów AR. Po wybraniu materiału kolejnym wyzwaniem było opracowanie falowodu, a konkretnie procesu trawienia ukośnego siatki. Carafiore wyjaśnił, że siatka, która odpowiada za sprzęganie światła do i z soczewki, musi być trawiona ukośnie. Wytrawione linie nie są ułożone pionowo, lecz 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 ma ogromny potencjał w okularach AR, jego zastosowanie wciąż wiąże się z wieloma wyzwaniami. Obecnie materiał z węglika krzemu jest drogi ze względu na powolne tempo wzrostu i trudności w obróbce. Przykładowo, pojedyncza soczewka z węglika krzemu do okularów AR Orion firmy Meta kosztuje nawet 1000 dolarów, co utrudnia zaspokojenie potrzeb rynku konsumenckiego. Jednak wraz z szybkim rozwojem branży pojazdów elektrycznych, koszt węglika krzemu stopniowo spada. Co więcej, rozwój podłoży o dużych rozmiarach (takich jak 12-calowe wafle) będzie dodatkowo przyczyniał się do redukcji kosztów i poprawy wydajności.
Wysoka twardość węglika krzemu utrudnia również jego przetwarzanie, szczególnie w przypadku wytwarzania struktur mikro-nano, co prowadzi do niskiej wydajności. W przyszłości, dzięki głębszej współpracy między dostawcami podłoży z węglika krzemu a producentami mikro-nanoelementów optycznych, problem ten powinien zostać rozwiązany. Zastosowanie węglika krzemu w okularach AR jest wciąż na wczesnym etapie rozwoju, co wymaga od firm inwestowania w badania i rozwój sprzętu do produkcji węglika krzemu klasy optycznej. Zespół Meta spodziewa się, że inni producenci zaczną opracowywać własny sprzęt, ponieważ im więcej firm zainwestuje w badania i rozwój sprzętu do produkcji węglika krzemu klasy optycznej, tym silniejszy stanie się ekosystem branży okularów AR klasy konsumenckiej.
Wniosek
Węglik krzemu, dzięki wysokiemu współczynnikowi refrakcji, doskonałemu odprowadzaniu ciepła i wysokiej twardości, staje się kluczowym materiałem w dziedzinie okularów AR. Począwszy od współpracy 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 udowodniony. Pomimo wyzwań, takich jak koszty i bariery techniczne, wraz z dojrzewaniem branży i ciągłym rozwojem technologii, oczekuje się, że węglik krzemu będzie dominował w dziedzinie okularów AR, przyczyniając się do wzrostu wydajności, zmniejszenia masy i szerszego zastosowania inteligentnych okularów. W przyszłości węglik krzemu może stać się głównym materiałem w branży AR, zapoczątkowując nową erę inteligentnych okularów.
Potencjał węglika krzemu nie ogranicza się do okularów AR; jego wielobranżowe zastosowania w elektronice i fotonice również mają ogromne perspektywy. Na przykład, zastosowanie węglika krzemu w komputerach kwantowych i urządzeniach elektronicznych dużej mocy jest aktywnie badane. Wraz z postępem technologicznym i spadkiem kosztów, oczekuje się, że węglik krzemu będzie odgrywał kluczową rolę w kolejnych dziedzinach, przyspieszając rozwój powiązanych branż. Oferujemy płytki SiC do różnych zastosowań, wspierając rozwój zarówno technologii AR, jak i innych.
Powiązany produkt
8-calowy 200-milimetrowy wafel SiC 4H-N, przewodzący, klasa badawcza
Czas publikacji: 01-04-2025