S rýchlym rozvojom technológie rozšírenej reality (AR) sa inteligentné okuliare ako jej dôležitý nosič postupne premieňajú z konceptu do reality. Široké prijatie inteligentných okuliarov však stále čelí mnohým technickým výzvam, najmä pokiaľ ide o technológiu displejov, hmotnosť, odvod tepla a optický výkon. V posledných rokoch sa karbid kremíka (SiC) ako nový materiál široko používa v rôznych výkonových polovodičových zariadeniach a moduloch. V súčasnosti sa dostáva do oblasti AR okuliarov ako kľúčový materiál. Vysoký index lomu karbidu kremíka, vynikajúce vlastnosti odvodu tepla a vysoká tvrdosť, okrem iných vlastností, ukazujú významný potenciál pre uplatnenie v technológii displejov, ľahkej konštrukcii a odvode tepla AR okuliarov. Môžeme poskytnúťSiC doštička, čo zohráva kľúčovú úlohu pri zlepšovaní týchto oblastí. Nižšie preskúmame, ako môže karbid kremíka priniesť revolučné zmeny do inteligentných okuliarov z hľadiska jeho vlastností, technologických objavov, trhových aplikácií a budúcich vyhliadok.
Vlastnosti a výhody karbidu kremíka
Karbid kremíka je polovodičový materiál so širokou zakázanou zónou a vynikajúcimi vlastnosťami, ako je vysoká tvrdosť, vysoká tepelná vodivosť a vysoký index lomu. Tieto vlastnosti mu dávajú široký potenciál pre použitie v elektronických zariadeniach, optických zariadeniach a tepelnom manažmente. Konkrétne v oblasti inteligentných okuliarov sa výhody karbidu kremíka prejavujú najmä v nasledujúcich aspektoch:
Vysoký index lomu: Karbid kremíka má index lomu viac ako 2,6, čo je oveľa viac ako tradičné materiály, ako je živica (1,51 – 1,74) a sklo (1,5 – 1,9). Vysoký index lomu znamená, že karbid kremíka dokáže účinnejšie obmedzovať šírenie svetla, čím znižuje straty svetelnej energie, a tým zlepšuje jas displeja a zorné pole (FOV). Napríklad okuliare Meta Orion AR používajú technológiu vlnovodu z karbidu kremíka, čím dosahujú 70-stupňové zorné pole, čo výrazne prevyšuje 40-stupňové zorné pole tradičných sklenených materiálov.
Vynikajúci odvod tepla: Karbid kremíka má tepelnú vodivosť stokrát väčšiu ako bežné sklo, čo umožňuje rýchle vedenie tepla. Odvod tepla je kľúčovým problémom pre AR okuliare, najmä pri displejoch s vysokým jasom a dlhodobom používaní. Šošovky z karbidu kremíka dokážu rýchlo prenášať teplo generované optickými komponentmi, čím zvyšujú stabilitu a životnosť zariadenia. Môžeme dodať SiC doštičku, ktorá zaisťuje efektívne tepelné riadenie v takýchto aplikáciách.
Vysoká tvrdosť a odolnosť proti opotrebovaniu: Karbid kremíka je jedným z najtvrdších známych materiálov, hneď po diamante. Vďaka tomu sú šošovky z karbidu kremíka odolnejšie voči opotrebovaniu a vhodné na každodenné použitie. Naproti tomu sklenené a živicové materiály sú náchylnejšie na poškriabanie, čo ovplyvňuje používateľský komfort.
Efekt proti dúhe: Tradičné sklenené materiály v AR okuliaroch majú tendenciu vytvárať dúhový efekt, kde sa okolité svetlo odráža od povrchu vlnovodu a vytvára dynamické farebné svetelné vzory. Karbid kremíka dokáže tento problém účinne eliminovať optimalizáciou mriežkovej štruktúry, čím sa zlepšuje kvalita zobrazenia a eliminuje sa dúhový efekt spôsobený odrazmi okolitého svetla od povrchu vlnovodu.
Technologické objavy karbidu kremíka v okuliaroch s rozšírenou realitou
V posledných rokoch sa technologické objavy v oblasti karbidu kremíka v okuliaroch s rozšírenou realitou (AR) zamerali najmä na vývoj difrakčných vlnovodných šošoviek. Difrakčný vlnovod je zobrazovacia technológia, ktorá kombinuje difrakčný jav svetla s vlnovodnými štruktúrami na šírenie obrazov generovaných optickými komponentmi cez mriežku v šošovke. To znižuje hrúbku šošovky, vďaka čomu sa AR okuliare podobajú bežným okuliarom.
V októbri 2024 spoločnosť Meta (predtým Facebook) predstavila vo svojich okuliaroch Orion AR použitie vlnovodov leptaných karbidom kremíka v kombinácii s mikroLED diódami, čím vyriešila kľúčové úzke miesta v oblastiach, ako je zorné pole, hmotnosť a optické artefakty. Optický vedec spoločnosti Meta, Pascual Rivera, uviedol, že technológia vlnovodov z karbidu kremíka úplne zmenila kvalitu zobrazenia v okuliaroch AR a zmenila zážitok z „dúhových svetelných bodov podobných disko guli“ na „pokojný zážitok podobný koncertnej sále“.
V decembri 2024 spoločnosť XINKEHUI úspešne vyvinula prvý 12-palcový vysoko čistý poloizolačný monokryštálový substrát z karbidu kremíka na svete, čo predstavuje významný prielom v oblasti veľkorozmerných substrátov. Táto technológia urýchli využitie karbidu kremíka v nových prípadoch použitia, ako sú okuliare AR a chladiče. Napríklad 12-palcový plátok z karbidu kremíka dokáže vyrobiť 8 až 9 párov šošoviek pre okuliare AR, čím sa výrazne zlepší efektivita výroby. Môžeme dodať plátok SiC na podporu takýchto aplikácií v odvetví okuliarov AR.
Dodávateľ substrátov z karbidu kremíka, spoločnosť XINKEHUI, nedávno nadviazal partnerstvo so spoločnosťou MOD MICRO-NANO, ktorá sa zaoberá mikro-nano optoelektronickými zariadeniami, s cieľom založiť spoločný podnik zameraný na vývoj a propagáciu technológie šošoviek s difrakčnými vlnovodmi pre AR. Spoločnosť XINKEHUI, so svojimi technickými znalosťami v oblasti substrátov z karbidu kremíka, bude dodávať vysokokvalitné substráty pre spoločnosť MOD MICRO-NANO, ktorá využije svoje výhody v oblasti mikro-nano optickej technológie a spracovania vlnovodov pre AR na ďalšiu optimalizáciu výkonu difrakčných vlnovodov. Očakáva sa, že táto spolupráca urýchli technologické objavy v oblasti AR okuliarov a podporí posun odvetvia smerom k vyššiemu výkonu a ľahším konštrukciám.
Na výstave SPIE AR|VR|MR 2025 predstavila spoločnosť MOD MICRO-NANO svoju druhú generáciu šošoviek z karbidu kremíka pre AR okuliare s hmotnosťou iba 2,7 gramu a hrúbkou iba 0,55 milimetra, ktoré sú ľahšie ako bežné slnečné okuliare. Ponúkajú používateľom takmer nepostrehnuteľný zážitok z nosenia a dosahujú skutočne „ľahký“ dizajn.
Prípady použitia karbidu kremíka v AR okuliaroch
V procese výroby vlnovodov z karbidu kremíka prekonal Metov tím výzvy technológie šikmého leptania. Vedúci výskumu Nihar Mohanty vysvetlil, že šikmé leptanie je netradičná mriežková technológia, ktorá leptá čiary pod nakloneným uhlom, aby sa optimalizovala účinnosť väzby a oddelenia svetla. Tento prielom položil základy pre masové prijatie karbidu kremíka v AR okuliaroch.
Okuliare Meta Orion AR sú reprezentatívnou aplikáciou technológie karbidu kremíka v AR. Použitím technológie vlnovodu z karbidu kremíka dosahuje Orion 70-stupňové zorné pole a efektívne rieši problémy, ako sú duchovia a dúhový efekt.
Giuseppe Carafiore, vedúci oddelenia technológie vlnovodov z AR spoločnosti Meta, poznamenal, že vysoký index lomu a tepelná vodivosť karbidu kremíka z neho robia ideálny materiál pre okuliare s AR. Po výbere materiálu bola ďalšou výzvou vývoj vlnovodu, konkrétne proces šikmého leptania mriežky. Carafiore vysvetlil, že mriežka, ktorá je zodpovedná za prepojenie svetla do a zo šošovky, musí používať šikmé leptanie. Leptané čiary nie sú usporiadané vertikálne, ale sú rozmiestnené pod nakloneným uhlom. Nihar Mohanty dodal, že boli prvým tímom na svete, ktorý dosiahol šikmé leptanie priamo na zariadeniach. V roku 2019 Nihar Mohanty a jeho tím postavili špeciálnu výrobnú linku. Predtým nebolo k dispozícii žiadne zariadenie na leptanie vlnovodov z karbidu kremíka a táto technológia nebola uskutočniteľná mimo laboratória.
Výzvy a budúce perspektívy karbidu kremíka
Hoci karbid kremíka vykazuje veľký potenciál v oblasti AR okuliarov, jeho aplikácia stále čelí niekoľkým výzvam. V súčasnosti je materiál z karbidu kremíka drahý kvôli pomalému rastu a náročnému spracovaniu. Napríklad jedna šošovka z karbidu kremíka pre okuliare Meta Orion AR stojí až 1 000 dolárov, čo sťažuje uspokojenie potrieb spotrebiteľského trhu. S rýchlym rozvojom priemyslu elektrických vozidiel však náklady na karbid kremíka postupne klesajú. Okrem toho vývoj veľkorozmerných substrátov (ako sú 12-palcové doštičky) ďalej prispeje k zníženiu nákladov a zlepšeniu účinnosti.
Vysoká tvrdosť karbidu kremíka tiež sťažuje jeho spracovanie, najmä pri výrobe mikro-nano štruktúr, čo vedie k nízkym výťažkom. Očakáva sa, že v budúcnosti sa tento problém vyrieši vďaka hlbšej spolupráci medzi dodávateľmi substrátov z karbidu kremíka a výrobcami mikro-nano optiky. Aplikácia karbidu kremíka v okuliaroch pre AR je stále v počiatočných štádiách, čo si vyžaduje, aby viac spoločností investovalo do výskumu a vývoja zariadení v oblasti karbidu kremíka optickej triedy. Metov tím očakáva, že aj iní výrobcovia začnú vyvíjať vlastné zariadenia, pretože čím viac spoločností investuje do výskumu a zariadení v oblasti karbidu kremíka optickej triedy, tým silnejší bude ekosystém odvetvia okuliarov pre AR spotrebiteľskej triedy.
Záver
Karbid kremíka sa vďaka vysokému indexu lomu, vynikajúcemu odvodu tepla a vysokej tvrdosti stáva kľúčovým materiálom v oblasti AR okuliarov. Od spolupráce medzi spoločnosťami XINKEHUI a MOD MICRO-NANO až po úspešné použitie karbidu kremíka v AR okuliaroch Orion od spoločnosti Meta sa plne preukázal potenciál karbidu kremíka v inteligentných okuliaroch. Napriek výzvam, ako sú náklady a technické prekážky, sa s rozvojom priemyselného reťazca a neustálym pokrokom technológií očakáva, že karbid kremíka bude v oblasti AR okuliarov zažiariť a posunie inteligentné okuliare k vyššiemu výkonu, nižšej hmotnosti a širšiemu využitiu. V budúcnosti sa karbid kremíka môže stať hlavným materiálom v odvetví AR, čím sa začne nová éra inteligentných okuliarov.
Potenciál karbidu kremíka sa neobmedzuje len na okuliare s rozšírenou realitou (AR); jeho medziodvetvové aplikácie v elektronike a fotonike tiež vykazujú obrovské perspektívy. Napríklad aktívne sa skúma využitie karbidu kremíka v kvantových výpočtoch a vysokovýkonných elektronických zariadeniach. S pokrokom technológií a znižovaním nákladov sa očakáva, že karbid kremíka bude hrať kľúčovú úlohu vo viacerých oblastiach a urýchliť rozvoj súvisiacich odvetví. Môžeme dodať SiC doštičky pre rôzne aplikácie, čím podporíme pokrok v AR technológii aj mimo nej.
Súvisiaci produkt
8-palcová 200 mm 4H-N SiC doštička vodivá figurína výskumnej triedy
Čas uverejnenia: 1. apríla 2025