Med den hurtige udvikling af augmented reality (AR)-teknologi går smarte briller, som en vigtig bærer af AR-teknologi, gradvist fra koncept til virkelighed. Den udbredte anvendelse af smarte briller står dog stadig over for mange tekniske udfordringer, især med hensyn til displayteknologi, vægt, varmeafledning og optisk ydeevne. I de senere år er siliciumcarbid (SiC) som et fremvoksende materiale blevet bredt anvendt i forskellige effekthalvlederenheder og -moduler. Det er nu på vej ind i AR-brillefeltet som et nøglemateriale. Siliciumcarbids høje brydningsindeks, fremragende varmeafledningsegenskaber og høje hårdhed viser blandt andet et betydeligt potentiale for anvendelse inden for displayteknologi, letvægtsdesign og varmeafledning af AR-briller. Vi kan tilbyde...SiC-wafer, som spiller en afgørende rolle i at forbedre disse områder. Nedenfor vil vi undersøge, hvordan siliciumcarbid kan medføre revolutionerende ændringer for smarte briller set fra aspekter som dets egenskaber, teknologiske gennembrud, markedsanvendelser og fremtidsudsigter.
Egenskaber og fordele ved siliciumcarbid
Siliciumcarbid er et halvledermateriale med bredt båndgab og fremragende egenskaber såsom høj hårdhed, høj varmeledningsevne og et højt brydningsindeks. Disse egenskaber giver det et omfattende potentiale til anvendelse i elektroniske enheder, optiske enheder og termisk styring. Specifikt inden for smarte briller afspejles fordelene ved siliciumcarbid primært i følgende aspekter:
Højt brydningsindeks: Siliciumcarbid har et brydningsindeks på over 2,6, hvilket er meget højere end traditionelle materialer som harpiks (1,51-1,74) og glas (1,5-1,9). Et højt brydningsindeks betyder, at siliciumcarbid mere effektivt kan begrænse lysudbredelsen, reducere lysenergitab og derved forbedre skærmens lysstyrke og synsfelt (FOV). For eksempel bruger Metas Orion AR-briller siliciumcarbid-bølgelederteknologi, der opnår et synsfelt på 70 grader, hvilket langt overstiger det 40 graders synsfelt for traditionelle glasmaterialer.
Fremragende varmeafledning: Siliciumcarbid har en varmeledningsevne, der er hundredvis gange større end almindeligt glas, hvilket muliggør hurtig varmeledning. Varmeafledning er et nøgleproblem for AR-briller, især under skærme med høj lysstyrke og langvarig brug. Siliciumcarbidlinser kan hurtigt overføre den varme, der genereres af optiske komponenter, hvilket forbedrer enhedens stabilitet og levetid. Vi kan levere SiC-wafere, der sikrer effektiv varmestyring i sådanne applikationer.
Høj hårdhed og slidstyrke: Siliciumcarbid er et af de hårdeste materialer, der kendes, kun overgået af diamant. Dette gør siliciumcarbidlinser mere slidstærke og velegnede til daglig brug. I modsætning hertil er glas- og harpiksmaterialer mere tilbøjelige til ridser, hvilket påvirker brugeroplevelsen.
Anti-regnbueeffekt: Traditionelle glasmaterialer i AR-briller har en tendens til at producere en regnbueeffekt, hvor omgivende lys reflekteres fra bølgelederoverfladen og skaber dynamiske farvede lysmønstre. Siliciumcarbid kan effektivt eliminere dette problem ved at optimere gitterstrukturen og dermed forbedre skærmkvaliteten og eliminere regnbueeffekten forårsaget af refleksioner af omgivende lys på bølgelederoverfladen.
Teknologiske gennembrud med siliciumcarbid i AR-briller
I de senere år har de teknologiske gennembrud inden for siliciumcarbid i AR-briller primært fokuseret på udviklingen af diffraktionsbølgelederlinser. En diffraktionsbølgeleder er en displayteknologi, der kombinerer lysets diffraktionsfænomen med bølgelederstrukturer for at udbrede billeder genereret af optiske komponenter gennem gitteret i linsen. Dette reducerer linsens tykkelse, hvilket får AR-briller til at ligne mere almindelige briller.
I oktober 2024 introducerede Meta (tidligere Facebook) brugen af siliciumcarbid-ætsede bølgeledere kombineret med microLED'er i sine Orion AR-briller, hvilket løste centrale flaskehalse inden for områder som synsfelt, vægt og optiske artefakter. Metas optiske forsker Pascual Rivera udtalte, at siliciumcarbid-bølgelederteknologien fuldstændigt transformerede AR-brillernes visningskvalitet og ændrede oplevelsen fra "diskokuglelignende regnbue-lyspletter" til en "koncertsallignende rolig oplevelse".
I december 2024 udviklede XINKEHUI med succes verdens første 12-tommer halvisolerende siliciumcarbid-enkrystalsubstrat med høj renhed, hvilket markerede et stort gennembrud inden for store substrater. Denne teknologi vil accelerere anvendelsen af siliciumcarbid i nye anvendelsesscenarier såsom AR-briller og køleplader. For eksempel kan en 12-tommer siliciumcarbidwafer producere 8-9 par AR-brillelinser, hvilket forbedrer produktionseffektiviteten betydeligt. Vi kan levere SiC-wafere til at understøtte sådanne anvendelser i AR-brilleindustrien.
For nylig indgik leverandøren af siliciumcarbidsubstrater, XINKEHUI, et partnerskab med mikro-nano optoelektroniske apparater, MOD MICRO-NANO, for at etablere et joint venture med fokus på udvikling og markedsfremme af AR-diffraktionsbølgelederlinseteknologi. XINKEHUI vil med sin tekniske ekspertise inden for siliciumcarbidsubstrater levere substrater af høj kvalitet til MOD MICRO-NANO, som vil udnytte dets fordele inden for mikro-nano optisk teknologi og AR-bølgelederbehandling til yderligere at optimere ydeevnen af diffraktionsbølgeledere. Dette samarbejde forventes at accelerere teknologiske gennembrud inden for AR-briller og fremme industriens bevægelse mod højere ydeevne og lettere designs.
På SPIE AR|VR|MR-udstillingen i 2025 præsenterede MOD MICRO-NANO sine anden generations AR-brillelinser i siliciumcarbid, der kun vejer 2,7 gram og med en tykkelse på blot 0,55 millimeter er lettere end almindelige solbriller, hvilket giver brugerne en næsten umærkelig bæreoplevelse og opnår et virkelig "letvægts" design.
Anvendelseseksempler af siliciumcarbid i AR-briller
I fremstillingsprocessen af siliciumcarbidbølgeledere overvandt Metas team udfordringerne ved skrå ætsningsteknologi. Forskningschef Nihar Mohanty forklarede, at skrå ætsning er en ikke-traditionel gitterteknologi, der ætser linjer i en skrå vinkel for at optimere lyskoblings- og afkoblingseffektiviteten. Dette gennembrud lagde grundlaget for den massive anvendelse af siliciumcarbid i AR-briller.
Metas Orion AR-briller er en repræsentativ anvendelse af siliciumcarbidteknologi i AR. Ved at bruge siliciumcarbid-bølgelederteknologi opnår Orion et 70-graders synsfelt og håndterer effektivt problemer som ghosting og regnbueeffekten.
Giuseppe Carafiore, Metas leder inden for AR-bølgelederteknologi, bemærkede, at siliciumcarbids høje brydningsindeks og termiske ledningsevne gør det til et ideelt materiale til AR-briller. Efter at have valgt materialet var den næste udfordring at udvikle bølgelederen, specifikt den skrå ætsningsproces til gitteret. Carafiore forklarede, at gitteret, som er ansvarligt for at koble lys ind i og ud af linsen, skal bruge skrå ætsning. De ætsede linjer er ikke arrangeret lodret, men er fordelt i en skrå vinkel. Nihar Mohanty tilføjede, at de var det første team globalt til at opnå skrå ætsning direkte på enheder. I 2019 byggede Nihar Mohanty og hans team en dedikeret produktionslinje. Før det var der ikke noget udstyr tilgængeligt til at ætse siliciumcarbid-bølgeledere, og teknologien var heller ikke mulig uden for laboratoriet.
Udfordringer og fremtidsudsigter for siliciumcarbid
Selvom siliciumcarbid viser et stort potentiale i AR-briller, står dets anvendelse stadig over for adskillige udfordringer. I øjeblikket er siliciumcarbidmateriale dyrt på grund af dets langsomme væksthastighed og vanskelige forarbejdning. For eksempel koster en enkelt siliciumcarbidlinse til Metas Orion AR-briller så meget som $1.000, hvilket gør det vanskeligt at imødekomme forbrugermarkedets behov. Men med den hurtige udvikling af elbilindustrien falder prisen på siliciumcarbid gradvist. Desuden vil udviklingen af store substrater (såsom 12-tommer wafere) yderligere drive omkostningsreduktion og effektivitetsforbedring.
Siliciumcarbids høje hårdhed gør det også udfordrende at forarbejde, især i forbindelse med fremstilling af mikro-nanostrukturer, hvilket fører til lave udbytterater. I fremtiden, med et dybere samarbejde mellem leverandører af siliciumcarbidsubstrater og producenter af mikro-nanooptiske systemer, forventes dette problem at blive løst. Siliciumcarbids anvendelse i AR-briller er stadig i en tidlig fase, hvilket kræver, at flere virksomheder investerer i forskning og udvikling af siliciumcarbid af optisk kvalitet. Metas team forventer, at andre producenter vil begynde at udvikle deres eget udstyr, da jo flere virksomheder investerer i forskning og udstyr af optisk kvalitet i siliciumcarbid, desto stærkere vil økosystemet inden for AR-briller til forbrugere blive.
Konklusion
Siliciumcarbid, med sit høje brydningsindeks, fremragende varmeafledning og høje hårdhed, er ved at blive et nøglemateriale inden for AR-briller. Fra samarbejdet mellem XINKEHUI og MOD MICRO-NANO til den succesfulde anvendelse af siliciumcarbid i Metas Orion AR-briller er potentialet for siliciumcarbid i smarte briller blevet fuldt ud demonstreret. Trods udfordringer som omkostninger og tekniske forhindringer forventes siliciumcarbid at skinne inden for AR-brilleområdet, efterhånden som industrikæden modnes, og teknologien fortsætter med at udvikle sig, og drive smarte briller mod højere ydeevne, lettere vægt og bredere anvendelse. I fremtiden kan siliciumcarbid blive det almindelige materiale i AR-industrien og indvarsle en ny æra inden for smarte briller.
Potentialet for siliciumcarbid er ikke begrænset til AR-briller; dets tværfaglige anvendelser inden for elektronik og fotonik viser også store perspektiver. For eksempel udforskes anvendelsen af siliciumcarbid i kvanteberegning og højtydende elektroniske enheder aktivt. Efterhånden som teknologien udvikler sig, og omkostningerne falder, forventes siliciumcarbid at spille en central rolle på flere områder og dermed accelerere udviklingen af relaterede industrier. Vi kan levere SiC-wafere til forskellige anvendelser og understøtte fremskridt inden for både AR-teknologi og derudover.
Relateret produkt
8 tommer 200 mm 4H-N SiC wafer ledende dummy i forskningskvalitet
Udsendelsestidspunkt: 1. april 2025