Mit der rasanten Entwicklung der Augmented-Reality-Technologie (AR) schreiten Smart Glasses als wichtiger Träger dieser Technologie allmählich vom Konzept zur Realität voran. Die breite Anwendung von Smart Glasses steht jedoch weiterhin vor zahlreichen technischen Herausforderungen, insbesondere hinsichtlich Displaytechnologie, Gewicht, Wärmeableitung und optischer Leistung. Siliziumkarbid (SiC) hat sich in den letzten Jahren als aufstrebendes Material in verschiedenen Leistungshalbleiterbauelementen und -modulen etabliert und findet nun als Schlüsselmaterial auch in der AR-Brillenentwicklung Anwendung. Der hohe Brechungsindex, die hervorragenden Wärmeableitungseigenschaften und die hohe Härte von Siliziumkarbid bieten unter anderem ein erhebliches Anwendungspotenzial für die Displaytechnologie, das Leichtbaudesign und die Wärmeableitung von AR-Brillen. Wir können IhnenSiC-WaferSiliziumkarbid spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung dieser Bereiche. Im Folgenden werden wir untersuchen, wie Siliziumkarbid hinsichtlich seiner Eigenschaften, technologischen Durchbrüche, Marktanwendungen und Zukunftsaussichten revolutionäre Veränderungen bei intelligenten Brillen bewirken kann.
Eigenschaften und Vorteile von Siliciumcarbid
Siliziumkarbid ist ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke und hervorragenden Eigenschaften wie hoher Härte, hoher Wärmeleitfähigkeit und hohem Brechungsindex. Diese Eigenschaften verleihen ihm ein breites Anwendungspotenzial in elektronischen und optischen Bauelementen sowie im Wärmemanagement. Insbesondere im Bereich intelligenter Gläser zeigen sich die Vorteile von Siliziumkarbid vor allem in folgenden Aspekten:
Hoher Brechungsindex: Siliziumkarbid besitzt einen Brechungsindex von über 2,6, deutlich höher als herkömmliche Materialien wie Harz (1,51–1,74) und Glas (1,5–1,9). Dank des hohen Brechungsindex kann Siliziumkarbid die Lichtausbreitung effektiver einschränken, den Lichtenergieverlust reduzieren und so die Displayhelligkeit und das Sichtfeld verbessern. Beispielsweise nutzen die Orion AR-Brillen von Meta die Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie und erreichen ein Sichtfeld von 70 Grad, was das Sichtfeld herkömmlicher Glasmaterialien von 40 Grad deutlich übertrifft.
Hervorragende Wärmeableitung: Siliziumkarbid besitzt eine um ein Vielfaches höhere Wärmeleitfähigkeit als herkömmliches Glas und ermöglicht so eine schnelle Wärmeableitung. Die Wärmeableitung ist ein entscheidender Faktor für AR-Brillen, insbesondere bei hohen Displayhelligkeiten und längerer Nutzung. Siliziumkarbid-Linsen leiten die von optischen Komponenten erzeugte Wärme schnell ab und verbessern dadurch die Stabilität und Lebensdauer des Geräts. Wir bieten SiC-Wafer an, die ein effektives Wärmemanagement in solchen Anwendungen gewährleisten.
Hohe Härte und Verschleißfestigkeit: Siliziumkarbid ist nach Diamant eines der härtesten bekannten Materialien. Dadurch sind Siliziumkarbid-Linsen besonders verschleißfest und eignen sich für den täglichen Gebrauch. Glas und Kunststoffe hingegen sind kratzempfindlicher, was den Tragekomfort beeinträchtigt.
Anti-Regenbogeneffekt: Herkömmliche Glasmaterialien in AR-Brillen neigen dazu, einen Regenbogeneffekt zu erzeugen, bei dem Umgebungslicht von der Wellenleiteroberfläche reflektiert wird und dynamische Farbmuster entstehen. Siliziumkarbid kann dieses Problem durch Optimierung der Gitterstruktur effektiv beseitigen und so die Bildqualität verbessern sowie den durch Reflexionen von Umgebungslicht an der Wellenleiteroberfläche verursachten Regenbogeneffekt eliminieren.
Technologische Durchbrüche von Siliziumkarbid in AR-Brillen
In den letzten Jahren konzentrierten sich die technologischen Fortschritte bei Siliziumkarbid für AR-Brillen hauptsächlich auf die Entwicklung von Beugungswellenleiterlinsen. Ein Beugungswellenleiter ist eine Displaytechnologie, die das Beugungsphänomen des Lichts mit Wellenleiterstrukturen kombiniert, um von optischen Komponenten erzeugte Bilder durch das Gitter in der Linse zu propagieren. Dadurch wird die Dicke der Linse reduziert, sodass AR-Brillen herkömmlichen Brillen ähnlicher sehen.
Im Oktober 2024 führte Meta (ehemals Facebook) die Verwendung von Siliziumkarbid-geätzten Wellenleitern in Kombination mit Mikro-LEDs in seinen Orion AR-Brillen ein und löste damit zentrale Probleme in Bereichen wie Sichtfeld, Gewicht und optische Artefakte. Metas Optikwissenschaftler Pascual Rivera erklärte, die Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie habe die Anzeigequalität von AR-Brillen grundlegend verändert und das Erlebnis von „diskokugelartigen Regenbogenlichtflecken“ zu einem „konzertsaalähnlichen, ruhigen Erlebnis“ gewandelt.
Im Dezember 2024 entwickelte XINKEHUI das weltweit erste 12-Zoll-Substrat aus hochreinem, halbisolierendem Siliziumkarbid-Einkristall und erzielte damit einen bedeutenden Durchbruch im Bereich großflächiger Substrate. Diese Technologie wird die Anwendung von Siliziumkarbid in neuen Bereichen wie AR-Brillen und Kühlkörpern beschleunigen. Beispielsweise können aus einem 12-Zoll-Siliziumkarbid-Wafer 8–9 Paar AR-Brillengläser hergestellt werden, was die Produktionseffizienz deutlich steigert. Wir können SiC-Wafer für solche Anwendungen in der AR-Brillenindustrie liefern.
Der Siliziumkarbid-Substrathersteller XINKEHUI hat kürzlich eine Partnerschaft mit dem Unternehmen MOD MICRO-NANO, einem Spezialisten für mikro- und nanooptische Bauelemente, geschlossen. Ziel des Joint Ventures ist die Entwicklung und Vermarktung von AR-Beugungswellenleiterlinsen. XINKEHUI wird mit seiner Expertise im Bereich Siliziumkarbid-Substrate hochwertige Substrate für MOD MICRO-NANO liefern. MOD MICRO-NANO wird seine Vorteile in der mikro- und nanooptischen Technologie sowie in der AR-Wellenleiterverarbeitung nutzen, um die Leistung von Beugungswellenleitern weiter zu optimieren. Diese Zusammenarbeit soll technologische Fortschritte bei AR-Brillen beschleunigen und die Branche hin zu leistungsstärkeren und leichteren Designs voranbringen.
Auf der SPIE AR|VR|MR-Messe 2025 präsentierte MOD MICRO-NANO seine Siliziumkarbid-AR-Brillengläser der zweiten Generation. Sie wiegen nur 2,7 Gramm und sind nur 0,55 Millimeter dick – leichter als herkömmliche Sonnenbrillen. Dadurch bieten sie den Nutzern ein nahezu unmerkliches Tragegefühl und erreichen ein wahrhaft „leichtes“ Design.
Anwendungsbeispiele von Siliziumkarbid in AR-Brillen
Im Herstellungsprozess von Siliziumkarbid-Wellenleitern bewältigte das Team von Meta die Herausforderungen der Schrägätztechnologie. Forschungsleiter Nihar Mohanty erklärte, dass es sich bei der Schrägätzung um eine unkonventionelle Gittertechnologie handelt, bei der Linien unter einem schrägen Winkel geätzt werden, um die Lichtkopplung und -entkopplung zu optimieren. Dieser Durchbruch legte den Grundstein für die breite Anwendung von Siliziumkarbid in AR-Brillen.
Die Orion AR-Brille von Meta ist ein typisches Beispiel für die Anwendung von Siliziumkarbid-Technologie im Bereich Augmented Reality. Durch den Einsatz von Siliziumkarbid-Wellenleitertechnologie erreicht Orion ein Sichtfeld von 70 Grad und behebt effektiv Probleme wie Geisterbilder und den Regenbogeneffekt.
Giuseppe Carafiore, Technologieführer für AR-Wellenleiter bei Meta, erklärte, dass Siliziumkarbid aufgrund seines hohen Brechungsindex und seiner hohen Wärmeleitfähigkeit ein ideales Material für AR-Brillen sei. Nach der Materialauswahl bestand die nächste Herausforderung in der Entwicklung des Wellenleiters, insbesondere im schrägen Ätzverfahren für das Gitter. Carafiore erläuterte, dass das Gitter, das für die Ein- und Auskopplung des Lichts in die Linse verantwortlich ist, schräg geätzt werden muss. Die geätzten Linien sind nicht vertikal, sondern unter einem Winkel angeordnet. Nihar Mohanty ergänzte, dass sein Team weltweit als erstes die schräge Ätzung direkt auf Bauteilen realisiert habe. 2019 errichteten Nihar Mohanty und sein Team eine eigene Produktionslinie. Zuvor gab es weder die nötige Ausrüstung zum Ätzen von Siliziumkarbid-Wellenleitern, noch war die Technologie außerhalb des Labors realisierbar.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven von Siliziumkarbid
Obwohl Siliziumkarbid großes Potenzial für AR-Brillen aufweist, steht seine Anwendung noch vor einigen Herausforderungen. Derzeit ist Siliziumkarbid aufgrund seines langsamen Wachstums und der schwierigen Verarbeitung teuer. Beispielsweise kostet eine einzelne Siliziumkarbidlinse für die Orion AR-Brille von Meta bis zu 1.000 US-Dollar, was die Bedürfnisse des Verbrauchermarktes kaum deckt. Mit der rasanten Entwicklung der Elektromobilität sinken die Kosten für Siliziumkarbid jedoch allmählich. Darüber hinaus wird die Entwicklung großflächiger Substrate (wie z. B. 12-Zoll-Wafer) die Kostensenkung und Effizienzsteigerung weiter vorantreiben.
Die hohe Härte von Siliziumkarbid erschwert die Verarbeitung, insbesondere bei der Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen, und führt zu geringen Ausbeuten. Durch eine engere Zusammenarbeit zwischen Siliziumkarbid-Substratlieferanten und Herstellern von Mikro- und Nanooptiken dürfte sich dieses Problem zukünftig lösen. Die Anwendung von Siliziumkarbid in AR-Brillen befindet sich noch in der Anfangsphase und erfordert Investitionen weiterer Unternehmen in die Forschung und Entwicklung von optischem Siliziumkarbid sowie in die Anlagenentwicklung. Das Team von Meta geht davon aus, dass auch andere Hersteller mit der Entwicklung eigener Anlagen beginnen werden, denn je mehr Unternehmen in die Forschung und Entwicklung von optischem Siliziumkarbid investieren, desto stärker wird das Ökosystem der AR-Brillenindustrie für Endverbraucher.
Abschluss
Siliziumkarbid, mit seinem hohen Brechungsindex, seiner exzellenten Wärmeableitung und seiner hohen Härte, entwickelt sich zu einem Schlüsselmaterial für AR-Brillen. 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 für Smart Glasses eindrucksvoll unter Beweis gestellt. Trotz Herausforderungen wie Kosten und technischen Hürden wird Siliziumkarbid mit zunehmender Reife der Wertschöpfungskette und dem technologischen Fortschritt voraussichtlich eine führende Rolle im Bereich der AR-Brillen einnehmen und Smart Glasses zu höherer Leistung, geringerem Gewicht und breiterer Akzeptanz verhelfen. Zukünftig könnte Siliziumkarbid zum Standardmaterial in der AR-Industrie werden und eine neue Ära der Smart Glasses einläuten.
Das Potenzial von Siliziumkarbid beschränkt sich nicht auf AR-Brillen; auch seine branchenübergreifenden Anwendungen in der Elektronik und Photonik bergen enormes Potenzial. So wird beispielsweise der Einsatz von Siliziumkarbid im Quantencomputing und in Hochleistungselektronikgeräten intensiv erforscht. Mit fortschreitender Technologie und sinkenden Kosten wird Siliziumkarbid voraussichtlich in weiteren Bereichen eine zentrale Rolle spielen und die Entwicklung verwandter Branchen beschleunigen. Wir können SiC-Wafer für diverse Anwendungen liefern und so Fortschritte sowohl in der AR-Technologie als auch darüber hinaus unterstützen.
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Veröffentlichungsdatum: 01.04.2025