Mit der rasanten Entwicklung der Augmented Reality (AR)-Technologie entwickeln sich Smart Glasses als wichtige Träger der AR-Technologie zunehmend vom Konzept zur Realität. Die breite Einführung von Smart Glasses steht jedoch noch vor vielen technischen Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich Displaytechnologie, Gewicht, Wärmeableitung und optischer Leistung. Siliziumkarbid (SiC) als neues Material wurde in den letzten Jahren in verschiedenen Leistungshalbleiterbauelementen und -modulen eingesetzt und erobert nun auch den Bereich der AR-Brillen als Schlüsselmaterial. Der hohe Brechungsindex, die hervorragenden Wärmeableitungseigenschaften und die hohe Härte von Siliziumkarbid bieten unter anderem großes Anwendungspotenzial in der Displaytechnologie, im Leichtbau und bei der Wärmeableitung von AR-Brillen. Wir bietenSiC-Wafer, das eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung dieser Bereiche spielt. Im Folgenden untersuchen wir, wie Siliziumkarbid im Hinblick auf seine Eigenschaften, technologischen Durchbrüche, Marktanwendungen und Zukunftsaussichten revolutionäre Veränderungen bei Smart Glasses bewirken kann.
Eigenschaften und Vorteile von Siliziumkarbid
Siliziumkarbid ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke und hervorragenden Eigenschaften wie hoher Härte, hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Brechungsindex. Diese Eigenschaften eröffnen ihm ein breites Anwendungspotenzial in elektronischen und optischen Geräten sowie im Wärmemanagement. Insbesondere im Bereich der Datenbrillen zeigen sich die Vorteile von Siliziumkarbid vor allem in folgenden Aspekten:
Hoher Brechungsindex: Siliziumkarbid hat einen Brechungsindex von über 2,6, deutlich höher als herkömmliche Materialien wie Harz (1,51–1,74) und Glas (1,5–1,9). Ein hoher Brechungsindex bedeutet, dass Siliziumkarbid die Lichtausbreitung effektiver einschränken und den Energieverlust reduzieren kann. Dadurch werden Displayhelligkeit und Sichtfeld (FOV) verbessert. Beispielsweise nutzt die Orion AR-Brille von Meta die Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie und erreicht ein Sichtfeld von 70 Grad, das das Sichtfeld von 40 Grad herkömmlicher Glasmaterialien bei weitem übertrifft.
Hervorragende Wärmeableitung: Siliziumkarbid hat eine hundertmal höhere Wärmeleitfähigkeit als herkömmliches Glas und ermöglicht so eine schnelle Wärmeableitung. Die Wärmeableitung ist ein zentrales Thema für AR-Brillen, insbesondere bei hochhellen Displays und längerer Nutzung. Siliziumkarbidlinsen können die von optischen Komponenten erzeugte Wärme schnell ableiten und so die Stabilität und Lebensdauer des Geräts erhöhen. Wir bieten SiC-Wafer an, die ein effektives Wärmemanagement für solche Anwendungen gewährleisten.
Hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Siliziumkarbid ist nach Diamant eines der härtesten bekannten Materialien. Dadurch sind Siliziumkarbidlinsen verschleißfester und alltagstauglicher. Im Gegensatz dazu sind Glas- und Harzmaterialien anfälliger für Kratzer, was das Benutzererlebnis beeinträchtigt.
Anti-Regenbogeneffekt: Herkömmliche Glasmaterialien in AR-Brillen neigen dazu, einen Regenbogeneffekt zu erzeugen, bei dem Umgebungslicht von der Wellenleiteroberfläche reflektiert wird und dynamische Farblichtmuster erzeugt. Siliziumkarbid kann dieses Problem durch Optimierung der Gitterstruktur effektiv beseitigen, wodurch die Anzeigequalität verbessert und der durch Reflexionen von Umgebungslicht auf der Wellenleiteroberfläche verursachte Regenbogeneffekt eliminiert wird.
Technologische Durchbrüche bei Siliziumkarbid in AR-Brillen
In den letzten Jahren konzentrierten sich die technologischen Durchbrüche bei Siliziumkarbid in AR-Brillen vor allem auf die Entwicklung von Beugungswellenleiterlinsen. Ein Beugungswellenleiter ist eine Displaytechnologie, die das Beugungsphänomen von Licht mit Wellenleiterstrukturen kombiniert, um von optischen Komponenten erzeugte Bilder durch das Gitter in der Linse zu leiten. Dadurch wird die Linsendicke reduziert, wodurch AR-Brillen optisch eher wie herkömmliche Brillen aussehen.
Im Oktober 2024 führte Meta (ehemals Facebook) die Verwendung von Siliziumkarbid-geätzten Wellenleitern in Kombination mit Mikro-LEDs in seiner Orion AR-Brille ein und löste damit wichtige Engpässe in Bereichen wie Sichtfeld, Gewicht und optische Artefakte. Metas Optikwissenschaftler Pascual Rivera erklärte, dass die Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie die Anzeigequalität von AR-Brillen grundlegend verändert und das Erlebnis von „diskokugelartigen Regenbogen-Lichtpunkten“ zu einem „konzertsaalähnlichen, ruhigen Erlebnis“ verändert habe.
Im Dezember 2024 entwickelte XINKEHUI erfolgreich das weltweit erste 12-Zoll-Einkristallsubstrat aus hochreinem, halbisolierendem Siliziumkarbid – ein wichtiger Durchbruch im Bereich großformatiger Substrate. Diese Technologie wird die Anwendung von Siliziumkarbid in neuen Anwendungsbereichen wie AR-Brillen und Kühlkörpern beschleunigen. Beispielsweise können mit einem 12-Zoll-Siliziumkarbid-Wafer 8–9 Linsenpaare für AR-Brillen hergestellt werden, was die Produktionseffizienz deutlich steigert. Wir bieten SiC-Wafer für solche Anwendungen in der AR-Brillenindustrie an.
Kürzlich gründete der Siliziumkarbid-Substratlieferant XINKEHUI mit dem Hersteller von Mikro-Nano-Optoelektronik-Bauelementen MOD MICRO-NANO ein Joint Venture zur Entwicklung und Vermarktung der AR-Beugungswellenleiter-Linsentechnologie. XINKEHUI verfügt über technisches Know-how im Bereich Siliziumkarbid-Substrate und wird MOD MICRO-NANO mit hochwertigen Substraten beliefern. MOD MICRO-NANO nutzt seine Vorteile in der Mikro-Nano-Optiktechnologie und der AR-Wellenleiterverarbeitung, um die Leistung von Beugungswellenleitern weiter zu optimieren. Diese Zusammenarbeit soll technologische Durchbrüche bei AR-Brillen beschleunigen und den Branchentrend hin zu leistungsstärkeren und leichteren Designs fördern.
Auf der SPIE AR|VR|MR-Ausstellung 2025 präsentierte MOD MICRO-NANO die AR-Brillengläser der zweiten Generation aus Siliziumkarbid. Sie wiegen nur 2,7 Gramm und sind mit einer Dicke von lediglich 0,55 Millimetern leichter als herkömmliche Sonnenbrillen. Sie bieten dem Träger ein nahezu unmerkliches Tragegefühl und erreichen ein wirklich „leichtes“ Design.
Anwendungsfälle von Siliziumkarbid in AR-Brillen
Bei der Herstellung von Siliziumkarbid-Wellenleitern meisterte Metas Team die Herausforderungen der Schrägätztechnologie. Forschungsleiter Nihar Mohanty erklärte, dass Schrägätzen eine unkonventionelle Gittertechnologie sei, bei der Linien in einem schrägen Winkel geätzt werden, um die Lichtein- und -auskopplungseffizienz zu optimieren. Dieser Durchbruch legte den Grundstein für den Masseneinsatz von Siliziumkarbid in AR-Brillen.
Die Orion AR-Brille von Meta ist eine repräsentative Anwendung der Siliziumkarbid-Technologie in der Augmented Reality (AR). Durch den Einsatz der Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie erreicht Orion ein 70-Grad-Sichtfeld und behebt effektiv Probleme wie Geisterbilder und den Regenbogeneffekt.
Giuseppe Carafiore, Leiter der AR-Wellenleitertechnologie bei Meta, wies darauf hin, dass Siliziumkarbid aufgrund seines hohen Brechungsindex und seiner Wärmeleitfähigkeit ein ideales Material für AR-Brillen ist. Nach der Materialauswahl bestand die nächste Herausforderung darin, den Wellenleiter zu entwickeln, insbesondere das schräge Ätzverfahren für das Gitter. Carafiore erklärte, dass das Gitter, das für die Lichtein- und -auskopplung in die Linse zuständig ist, schräg geätzt werden muss. Die geätzten Linien sind nicht vertikal angeordnet, sondern schräg verteilt. Nihar Mohanty fügte hinzu, dass sie weltweit das erste Team waren, dem das schräge Ätzen direkt auf Geräten gelungen sei. Im Jahr 2019 bauten Nihar Mohanty und sein Team eine eigene Produktionslinie. Zuvor gab es weder Geräte zum Ätzen von Siliziumkarbid-Wellenleitern, noch war die Technologie außerhalb des Labors umsetzbar.
Herausforderungen und Zukunftsaussichten von Siliziumkarbid
Obwohl Siliziumkarbid großes Potenzial für AR-Brillen bietet, steht seine Anwendung noch vor einigen Herausforderungen. Siliziumkarbid ist derzeit aufgrund seines langsamen Wachstums und der schwierigen Verarbeitung teuer. Beispielsweise kostet eine einzelne Siliziumkarbidlinse für Metas Orion AR-Brille bis zu 1.000 US-Dollar, was die Nachfrage des Verbrauchermarktes erschwert. Mit der rasanten Entwicklung der Elektrofahrzeugindustrie sinken die Kosten für Siliziumkarbid jedoch allmählich. Darüber hinaus wird die Entwicklung großformatiger Substrate (wie 12-Zoll-Wafer) die Kosten weiter senken und die Effizienz steigern.
Die hohe Härte von Siliziumkarbid erschwert zudem die Verarbeitung, insbesondere bei der Herstellung von Mikro-Nanostrukturen, was zu niedrigen Ausbeuten führt. Dieses Problem dürfte sich in Zukunft durch eine engere Zusammenarbeit zwischen Lieferanten von Siliziumkarbidsubstraten und Herstellern von Mikro-Nanooptiken lösen lassen. Die Anwendung von Siliziumkarbid in AR-Brillen befindet sich noch in der Anfangsphase, sodass mehr Unternehmen in die Forschung und Entwicklung von Geräten für optisches Siliziumkarbid investieren müssen. Metas Team erwartet, dass auch andere Hersteller mit der Entwicklung eigener Geräte beginnen werden. Denn je mehr Unternehmen in Forschung und Ausrüstung für optisches Siliziumkarbid investieren, desto stärker wird das Ökosystem der AR-Brillen-Industrie für Verbraucher.
Abschluss
Siliziumkarbid entwickelt sich mit seinem hohen Brechungsindex, seiner hervorragenden Wärmeableitung und seiner hohen Härte zu einem Schlüsselmaterial im Bereich der AR-Brille. Von der Zusammenarbeit zwischen XINKEHUI und MOD MICRO-NANO bis hin zum erfolgreichen Einsatz von Siliziumkarbid in Metas Orion AR-Brille wurde das Potenzial von Siliziumkarbid in Smart Glasses voll unter Beweis gestellt. Trotz Herausforderungen wie Kosten und technischen Hürden wird Siliziumkarbid mit der Weiterentwicklung der Industriekette und dem technologischen Fortschritt voraussichtlich im Bereich der AR-Brille glänzen und Smart Glasses zu höherer Leistung, geringerem Gewicht und einer breiteren Verbreitung verhelfen. Siliziumkarbid könnte sich in Zukunft zum Mainstream-Material in der AR-Branche entwickeln und eine neue Ära der Smart Glasses einläuten.
Das Potenzial von Siliziumkarbid beschränkt sich nicht nur auf AR-Brillen; auch seine branchenübergreifenden Anwendungen in der Elektronik und Photonik bieten enormes Potenzial. Beispielsweise wird der Einsatz von Siliziumkarbid in Quantencomputern und Hochleistungselektronik aktiv erforscht. Mit dem technologischen Fortschritt und sinkenden Kosten wird Siliziumkarbid voraussichtlich in weiteren Bereichen eine zentrale Rolle spielen und die Entwicklung verwandter Branchen beschleunigen. Wir bieten SiC-Wafer für verschiedene Anwendungen an und unterstützen so den Fortschritt in der AR-Technologie und darüber hinaus.
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Beitragszeit: 01.04.2025