Зі швидким розвитком технології доповненої реальності (AR), розумні окуляри, як важливий носій AR-технології, поступово переходять від концепції до реальності. Однак широке впровадження розумних окулярів все ще стикається з багатьма технічними проблемами, зокрема, з точки зору технології дисплеїв, ваги, тепловіддачі та оптичних характеристик. В останні роки карбід кремнію (SiC), як новий матеріал, широко застосовується в різних силових напівпровідникових пристроях та модулях. Зараз він прокладає собі шлях у сферу AR-окулярів як ключовий матеріал. Високий показник заломлення карбіду кремнію, чудові властивості тепловіддачі та висока твердість, серед інших характеристик, демонструють значний потенціал для застосування в технології дисплеїв, легкій конструкції та тепловіддачі AR-окулярів. Ми можемо запропонуватиSiC-пластина, що відіграє вирішальну роль у покращенні цих областей. Нижче ми розглянемо, як карбід кремнію може внести революційні зміни в розумні окуляри з точки зору його властивостей, технологічних проривів, ринкового застосування та майбутніх перспектив.
Властивості та переваги карбіду кремнію
Карбід кремнію — це напівпровідниковий матеріал із широкою забороненою зоною, що має чудові властивості, такі як висока твердість, висока теплопровідність та високий показник заломлення. Ці характеристики надають йому широкий потенціал для використання в електронних та оптичних пристроях, а також для терморегуляції. Зокрема, в галузі розумних окулярів переваги карбіду кремнію проявляються в таких аспектах:
Високий показник заломлення: Карбід кремнію має показник заломлення понад 2,6, що значно вище, ніж у традиційних матеріалів, таких як смола (1,51-1,74) та скло (1,5-1,9). Високий показник заломлення означає, що карбід кремнію може ефективніше обмежувати поширення світла, зменшуючи втрати світлової енергії, тим самим покращуючи яскравість дисплея та поле зору (FOV). Наприклад, окуляри Orion AR від Meta використовують технологію хвилеводу з карбіду кремнію, що дозволяє досягти поля зору 70 градусів, що значно перевищує 40 градусів у традиційних скляних матеріалах.
Відмінне теплорозсіювання: Карбід кремнію має теплопровідність у сотні разів більшу, ніж у звичайного скла, що забезпечує швидку теплопровідність. Теплорозсіювання є ключовим питанням для окулярів доповненої реальності, особливо під час яскравих дисплеїв та тривалого використання. Лінзи з карбіду кремнію можуть швидко передавати тепло, що генерується оптичними компонентами, підвищуючи стабільність та термін служби пристрою. Ми можемо надати пластину SiC, яка забезпечує ефективне управління температурою в таких застосуваннях.
Висока твердість та зносостійкість: Карбід кремнію є одним із найтвердіших відомих матеріалів, поступаючись лише алмазу. Це робить лінзи з карбіду кремнію більш зносостійкими та придатними для щоденного використання. Натомість, скляні та смоляні матеріали більш схильні до подряпин, що впливає на враження користувача.
Ефект проти веселки: Традиційні скляні матеріали в окулярах AR, як правило, створюють ефект веселки, коли навколишнє світло відбивається від поверхні хвилеводу, створюючи динамічні кольорові світлові візерунки. Карбід кремнію може ефективно усунути цю проблему, оптимізуючи структуру решітки, тим самим покращуючи якість відображення та усуваючи ефект веселки, спричинений відбиттям навколишнього світла від поверхні хвилеводу.
Технологічні прориви карбіду кремнію в окулярах доповненої реальності
В останні роки технологічні прориви карбіду кремнію в окулярах AR були зосереджені переважно на розробці дифракційних хвилеводних лінз. Дифракційний хвилевід – це технологія відображення, яка поєднує явище дифракції світла з хвилеводними структурами для поширення зображень, що генеруються оптичними компонентами, через решітку в лінзі. Це зменшує товщину лінзи, роблячи окуляри AR більш схожими на звичайні окуляри.
У жовтні 2024 року Meta (раніше Facebook) запровадила використання хвилеводів з травленням карбіду кремнію в поєднанні з мікросвітлодіодами у своїх окулярах доповненої реальності Orion, вирішивши ключові проблеми в таких галузях, як поле зору, вага та оптичні артефакти. Оптичний вчений Meta Паскуаль Рівера заявив, що технологія хвилеводів з карбіду кремнію повністю змінила якість відображення окулярів доповненої реальності, змінивши враження від «райдужних світлових плям, схожих на диско-кулю», на «безтурботний досвід, схожий на концертний зал».
У грудні 2024 року компанія XINKEHUI успішно розробила першу у світі 12-дюймову високочисту напівізолюючу монокристалічну підкладку з карбіду кремнію, що стало важливим проривом у галузі великорозмірних підкладок. Ця технологія прискорить застосування карбіду кремнію в нових випадках використання, таких як AR-окуляри та радіатори. Наприклад, 12-дюймова пластина з карбіду кремнію може виробляти 8-9 пар лінз для AR-окулярів, що значно підвищує ефективність виробництва. Ми можемо надати пластину SiC для підтримки таких застосувань у галузі AR-окулярів.
Нещодавно постачальник карбід-кремнієвих підкладок XINKEHUI у партнерстві з компанією MOD MICRO-NANO, що виробляє мікро-нано оптоелектронні пристрої, створили спільне підприємство, що зосереджується на розробці та просуванні на ринку технології лінз для дифракційних хвилеводів з доповненою реальністю (AR). XINKEHUI, маючи технічний досвід у сфері карбід-кремнієвих підкладок, надаватиме високоякісні підкладки для MOD MICRO-NANO, яка використовуватиме свої переваги в мікро-нанооптичній технології та обробці хвилеводів з доповненою реальністю для подальшої оптимізації продуктивності дифракційних хвилеводів. Очікується, що ця співпраця прискорить технологічні прориви в AR-окулярах, сприяючи переходу галузі до вищої продуктивності та легших конструкцій.
На виставці SPIE AR|VR|MR 2025 року компанія MOD MICRO-NANO представила свої лінзи для окулярів AR другого покоління з карбіду кремнію, вагою всього 2,7 грама та товщиною всього 0,55 міліметра, що легше за звичайні сонцезахисні окуляри, пропонуючи користувачам майже непомітний досвід носіння та справді «легкий» дизайн.
Випадки застосування карбіду кремнію в окулярах доповненої реальності (AR)
У процесі виробництва карбід-кремнієвих хвилеводів команда Мети подолала труднощі технології похилого травлення. Керівник досліджень Ніхар Моханті пояснила, що похиле травлення – це нетрадиційна технологія ґраток, яка травить лінії під похилим кутом для оптимізації ефективності зв'язку та роз'єднання світла. Цей прорив заклав основу для масового впровадження карбіду кремнію в окулярах з доповненою реальністю (AR).
Окуляри Orion AR від Meta є репрезентативним застосуванням технології карбіду кремнію в доповненій реальності (AR). Завдяки використанню технології хвилеводів з карбіду кремнію, Orion досягає поля зору 70 градусів та ефективно вирішує такі проблеми, як ореоли та ефект веселки.
Джузеппе Карафіоре, керівник відділу технології хвилеводів доповненої реальності (AR) компанії Meta, зазначив, що високий показник заломлення та теплопровідність карбіду кремнію роблять його ідеальним матеріалом для AR-окулярів. Після вибору матеріалу наступним завданням була розробка хвилеводу, зокрема процесу похилого травлення для решітки. Карафіоре пояснив, що решітка, яка відповідає за вхід світла в лінзу та з неї, повинна використовувати похиле травлення. Лінії травлення розташовані не вертикально, а під похилим кутом. Ніхар Моханті додав, що вони були першою командою у світі, яка досягла похилого травлення безпосередньо на пристроях. У 2019 році Ніхар Моханті та його команда побудували спеціальну виробничу лінію. До цього не було обладнання для травлення хвилеводів з карбіду кремнію, а також ця технологія була неможлива поза лабораторією.
Проблеми та майбутні перспективи карбіду кремнію
Хоча карбід кремнію демонструє великий потенціал у AR-окулярах, його застосування все ще стикається з кількома проблемами. Наразі карбід кремнію є дорогим матеріалом через повільні темпи зростання та складність обробки. Наприклад, одна лінза з карбіду кремнію для AR-окулярів Orion від Meta коштує до 1000 доларів, що ускладнює задоволення потреб споживчого ринку. Однак, зі швидким розвитком індустрії електромобілів, вартість карбіду кремнію поступово знижується. Крім того, розробка великорозмірних підкладок (таких як 12-дюймові пластини) ще більше сприятиме зниженню витрат та підвищенню ефективності.
Висока твердість карбіду кремнію також ускладнює його обробку, особливо при виготовленні мікронаноструктур, що призводить до низьких показників виходу. Очікується, що в майбутньому, завдяки глибшій співпраці між постачальниками підложок з карбіду кремнію та виробниками мікронанооптики, це питання буде вирішено. Застосування карбіду кремнію в окулярах доповненої реальності (AR) все ще перебуває на ранній стадії, що вимагає від більшої кількості компаній інвестицій у дослідження та розробку обладнання для карбіду кремнію оптичного класу. Команда Мети очікує, що інші виробники почнуть розробляти власне обладнання, оскільки чим більше компаній інвестуватиме в дослідження та обладнання для карбіду кремнію оптичного класу, тим сильнішою стане екосистема індустрії AR-окулярів споживчого класу.
Висновок
Карбід кремнію, завдяки своєму високому показнику заломлення, чудовій тепловіддачі та високій твердості, стає ключовим матеріалом у галузі AR-окулярів. Від співпраці між XINKEHUI та MOD MICRO-NANO до успішного застосування карбіду кремнію в AR-окулярах Orion від Meta, потенціал карбіду кремнію в розумних окулярах був повністю продемонстрований. Незважаючи на такі труднощі, як вартість та технічні перешкоди, у міру розвитку галузевого ланцюга та подальшого розвитку технологій очікується, що карбід кремнію досягне успіху в галузі AR-окулярів, сприяючи підвищенню продуктивності, зниженню ваги та ширшому впровадженню розумних окулярів. У майбутньому карбід кремнію може стати основним матеріалом в індустрії AR, що започаткує нову еру розумних окулярів.
Потенціал карбіду кремнію не обмежується лише AR-склами; його міжгалузеве застосування в електроніці та фотоніці також демонструє величезні перспективи. Наприклад, активно досліджується застосування карбіду кремнію в квантових обчисленнях та потужних електронних пристроях. З розвитком технологій та зниженням витрат очікується, що карбід кремнію відіграватиме ключову роль у більшій кількості галузей, прискорюючи розвиток суміжних галузей. Ми можемо постачати SiC-пластини для різних застосувань, підтримуючи розвиток як у AR-технологіях, так і за їх межами.
Супутній продукт
8-дюймовий 200-міліметровий 4H-N SiC пластинчастий провідний манекен дослідницького класу
Час публікації: 01 квітня 2025 р.