S rychlým rozvojem technologie rozšířené reality (AR) se chytré brýle, jakožto důležitý nositel této technologie, postupně mění z konceptu do reality. Široké přijetí chytrých brýlí však stále čelí mnoha technickým výzvám, zejména pokud jde o technologii displejů, hmotnost, odvod tepla a optický výkon. V posledních letech se karbid křemíku (SiC) jako nový materiál široce používá v různých výkonových polovodičových součástkách a modulech. Nyní se dostává do oblasti brýlí AR jako klíčový materiál. Vysoký index lomu karbidu křemíku, vynikající vlastnosti odvodu tepla a vysoká tvrdost, mimo jiné vlastnosti, ukazují na významný potenciál pro použití v technologii displejů, lehké konstrukci a odvodu tepla brýlí AR. Můžeme poskytnoutSiC destička, který hraje klíčovou roli ve zlepšování těchto oblastí. Níže se budeme zabývat tím, jak může karbid křemíku přinést revoluční změny do chytrých brýlí z hlediska jeho vlastností, technologických průlomů, tržních aplikací a budoucích vyhlídek.
Vlastnosti a výhody karbidu křemíku
Karbid křemíku je polovodičový materiál s širokým zakázaným pásmem a vynikajícími vlastnostmi, jako je vysoká tvrdost, vysoká tepelná vodivost a vysoký index lomu. Tyto vlastnosti mu dávají široký potenciál pro použití v elektronických zařízeních, optických zařízeních a v oblasti tepelného managementu. Konkrétně v oblasti chytrých brýlí se výhody karbidu křemíku projevují především v následujících aspektech:
Vysoký index lomu: Karbid křemíku má index lomu přes 2,6, což je mnohem více než u tradičních materiálů, jako je pryskyřice (1,51–1,74) a sklo (1,5–1,9). Vysoký index lomu znamená, že karbid křemíku dokáže účinněji omezovat šíření světla, čímž snižuje ztráty světelné energie a tím zlepšuje jas displeje a zorné pole (FOV). Například brýle Meta Orion AR využívají technologii vlnovodu z karbidu křemíku, která dosahuje 70stupňového zorného pole, což daleko překračuje 40stupňové zorné pole tradičních skleněných materiálů.
Vynikající odvod tepla: Karbid křemíku má tepelnou vodivost stokrát větší než běžné sklo, což umožňuje rychlé vedení tepla. Odvod tepla je klíčovým problémem pro AR brýle, zejména při zobrazení s vysokým jasem a dlouhodobém používání. Čočky z karbidu křemíku dokáží rychle přenášet teplo generované optickými součástkami, čímž zvyšují stabilitu a životnost zařízení. Můžeme dodat SiC destičku, která zajišťuje efektivní tepelný management v takových aplikacích.
Vysoká tvrdost a odolnost proti opotřebení: Karbid křemíku je jedním z nejtvrdších známých materiálů, hned po diamantu. Díky tomu jsou čočky z karbidu křemíku odolnější proti opotřebení a vhodné pro každodenní použití. Naproti tomu skleněné a pryskyřičné materiály jsou náchylnější k poškrábání, což ovlivňuje uživatelský komfort.
Efekt proti duhovému efektu: Tradiční skleněné materiály v brýlích pro rozšířenou realitu (AR) mají tendenci vytvářet duhový efekt, kdy se okolní světlo odráží od povrchu vlnovodu a vytváří dynamické barevné světelné vzory. Karbid křemíku může tento problém účinně eliminovat optimalizací mřížkové struktury, čímž se zlepšuje kvalita zobrazení a eliminuje duhový efekt způsobený odrazy okolního světla od povrchu vlnovodu.
Technologické průlomy karbidu křemíku v brýlích pro rozšířenou realitu
V posledních letech se technologické průlomy v oblasti karbidu křemíku v brýlích pro AR zaměřily především na vývoj difrakčních vlnovodných čoček. Difrakční vlnovod je zobrazovací technologie, která kombinuje difrakční jev světla s vlnovodnými strukturami pro šíření obrazů generovaných optickými komponenty skrz mřížku v čočce. Tím se zmenšuje tloušťka čočky, díky čemuž se brýle pro AR vzhledově více podobají běžným brýlím.
V říjnu 2024 společnost Meta (dříve Facebook) představila ve svých brýlích Orion AR použití vlnovodů s leptáním z karbidu křemíku v kombinaci s mikroLED diodami, čímž vyřešila klíčové problémy v oblastech, jako je zorné pole, hmotnost a optické artefakty. Optický vědec společnosti Meta Pascual Rivera uvedl, že technologie vlnovodů z karbidu křemíku zcela transformovala kvalitu zobrazení v brýlích AR a změnila zážitek z „duhových světelných skvrn podobných disko kouli“ na „klidný zážitek podobný koncertnímu sálu“.
V prosinci 2024 společnost XINKEHUI úspěšně vyvinula první 12palcový vysoce čistý poloizolační monokrystalický substrát z karbidu křemíku na světě, což představuje zásadní průlom v oblasti velkoformátových substrátů. Tato technologie urychlí aplikaci karbidu křemíku v nových případech použití, jako jsou AR skla a chladiče. Například 12palcová destička z karbidu křemíku dokáže vyrobit 8–9 párů čoček pro AR brýle, což výrazně zvyšuje efektivitu výroby. Můžeme dodat SiC destičku na podporu takových aplikací v průmyslu AR brýlí.
Dodavatel substrátů z karbidu křemíku, společnost XINKEHUI, nedávno uzavřela partnerství se společností MOD MICRO-NANO, která se zabývá mikro-nano optoelektronickými zařízeními, a založila společný podnik zaměřený na vývoj a propagaci technologie čoček s difrakčními vlnovody pro AR. Společnost XINKEHUI, která má technické znalosti v oblasti substrátů z karbidu křemíku, bude dodávat vysoce kvalitní substráty pro společnost MOD MICRO-NANO, která využije své výhody v oblasti mikro-nano optické technologie a zpracování vlnovodů pro AR k další optimalizaci výkonu difrakčních vlnovodů. Očekává se, že tato spolupráce urychlí technologické průlomy v oblasti brýlí pro AR a podpoří posun odvětví směrem k vyššímu výkonu a lehčím konstrukcím.
Na veletrhu SPIE AR|VR|MR 2025 představila společnost MOD MICRO-NANO své čočky pro AR brýle z karbidu křemíku druhé generace, které váží pouhých 2,7 gramu a mají tloušťku pouhých 0,55 milimetru. Jsou lehčí než běžné sluneční brýle. Nabízejí uživatelům téměř nepostřehnutelný zážitek z nošení a dosahují skutečně „lehkého“ designu.
Případy použití karbidu křemíku v brýlích pro rozšířenou realitu (AR)
V procesu výroby vlnovodů z karbidu křemíku překonal Metův tým výzvy technologie šikmého leptání. Vedoucí výzkumu Nihar Mohanty vysvětlil, že šikmé leptání je netradiční technologie mřížkování, která leptá čáry pod šikmým úhlem, aby se optimalizovala účinnost vazby a oddělení světla. Tento průlom položil základy pro masové přijetí karbidu křemíku v brýlích pro AR.
Brýle Meta Orion AR jsou reprezentativní aplikací technologie karbidu křemíku v AR. Díky použití technologie vlnovodu z karbidu křemíku dosahuje Orion zorného pole 70 stupňů a efektivně řeší problémy, jako jsou duchové obrazy a duhový efekt.
Giuseppe Carafiore, vedoucí technologie vlnovodů pro AR ve společnosti Meta, poznamenal, že vysoký index lomu a tepelná vodivost karbidu křemíku z něj činí ideální materiál pro AR brýle. Po výběru materiálu byl další výzvou vývoj vlnovodu, konkrétně proces šikmého leptání mřížky. Carafiore vysvětlil, že mřížka, která je zodpovědná za propojení světla do čočky a z ní, musí používat šikmé leptání. Leptané čáry nejsou uspořádány svisle, ale jsou rozloženy pod šikmým úhlem. Nihar Mohanty dodal, že byli prvním týmem na světě, který dosáhl šikmého leptání přímo na zařízeních. V roce 2019 Nihar Mohanty a jeho tým postavili specializovanou výrobní linku. Předtím nebylo k dispozici žádné zařízení pro leptání vlnovodů z karbidu křemíku a tato technologie nebyla proveditelná mimo laboratoř.
Výzvy a budoucí perspektivy karbidu křemíku
Přestože karbid křemíku vykazuje velký potenciál v oblasti AR brýlí, jeho aplikace stále čelí několika výzvám. V současné době je materiál z karbidu křemíku drahý kvůli pomalému růstu a obtížnému zpracování. Například jedna čočka z karbidu křemíku pro AR brýle Orion od společnosti Meta stojí až 1 000 dolarů, což ztěžuje uspokojení potřeb spotřebitelského trhu. S rychlým rozvojem průmyslu elektromobilů však náklady na karbid křemíku postupně klesají. Vývoj velkorozměrových substrátů (například 12palcových waferů) navíc dále podpoří snižování nákladů a zvyšování účinnosti.
Vysoká tvrdost karbidu křemíku také ztěžuje jeho zpracování, zejména při výrobě mikro-nano struktur, což vede k nízkým výtěžkům. Očekává se, že v budoucnu bude tento problém vyřešen díky hlubší spolupráci mezi dodavateli substrátů z karbidu křemíku a výrobci mikro-nano optiky. Aplikace karbidu křemíku v brýlích pro AR je stále v raných fázích, což vyžaduje, aby více společností investovalo do výzkumu a vývoje zařízení v oblasti karbidu křemíku optické kvality. Metův tým očekává, že i další výrobci začnou vyvíjet svá vlastní zařízení, protože čím více společností investuje do výzkumu a zařízení v oblasti karbidu křemíku optické kvality, tím silnější bude ekosystém odvětví brýlí pro AR spotřebitelské účely.
Závěr
Karbid křemíku se díky svému vysokému indexu lomu, vynikajícímu odvodu tepla a vysoké tvrdosti stává klíčovým materiálem v oblasti AR brýlí. Od spolupráce mezi XINKEHUI a MOD MICRO-NANO až po úspěšné použití karbidu křemíku v AR brýlích Orion od společnosti Meta se plně projevil potenciál karbidu křemíku v chytrých brýlích. Navzdory výzvám, jako jsou náklady a technické překážky, se s tím, jak se průmyslový řetězec rozvíjí a technologie dále rozvíjejí, očekává, že karbid křemíku v oblasti AR brýlí zazáří a povede chytré brýle k vyššímu výkonu, nižší hmotnosti a širšímu využití. V budoucnu se karbid křemíku může stát hlavním materiálem v odvětví AR a ohlašovat tak novou éru chytrých brýlí.
Potenciál karbidu křemíku se neomezuje pouze na AR skla; jeho mezioborové aplikace v elektronice a fotonice také vykazují obrovské perspektivy. Například využití karbidu křemíku v kvantových výpočtech a vysoce výkonných elektronických zařízeních je aktivně zkoumáno. S pokrokem technologií a snižováním nákladů se očekává, že karbid křemíku bude hrát klíčovou roli v dalších oblastech a urychlit rozvoj souvisejících odvětví. Můžeme dodat SiC destičky pro různé aplikace a podpořit tak pokrok v AR technologii i mimo ni.
Související produkt
8palcová 200mm 4H-N SiC destička vodivá figurína výzkumné třídy
Čas zveřejnění: 1. dubna 2025