Bloggegevens

Met de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie (AI) worden augmented reality (AR)-brillen een hot topic in de smart device-sector. De fusie van AI en AR stelt deze brillen in staat om niet alleen rijkere meeslepende ervaringen te bieden, maar ook intelligentere taken uit te voeren. Naarmate AI- en AR-functionaliteiten echter blijven samensmelten, worden traditionele optische materialen zoals glas en hars geconfronteerd met toenemende beperkingen, met name op het gebied van gezichtsveld (FOV), gewicht, batterijduur en weergavekwaliteit. Om deze knelpunten te doorbreken, Siliciumcarbide (SiC), een halfgeleidermateriaal met een brede bandgap, is naar voren gekomen als een kerncomponent voor AR-brillen, wat verschillende innovatieve mogelijkheden met zich meebrengt.

Uitdagingen en eisen voor AR-brillen

Het doel van AR-brillen is om een lichtgewicht maar hoogwaardige visuele ervaring te bieden. Veel AR-brillen die momenteel op de markt zijn, vertrouwen echter nog steeds op traditionele optische materialen, zoals glas of hars, voor golfgeleidertechnologie. Hoewel deze materialen aan de basisbehoeften voor weergave kunnen voldoen, komen er geleidelijk problemen aan het licht naarmate de functionaliteit van de apparaten toeneemt. Problemen zoals een smal gezichtsveld, regenboogeffecten, een zwaarder gewicht en een kortere batterijduur worden duidelijker naarmate de eisen voor AI- en AR-integratie toenemen.

Een bijzonder zorgwekkend probleem is het regenboogeffect in full-color displays. Dit fenomeen treedt op wanneer omgevingslicht door de AR-golfgeleider gaat en zich splitst in regenboogkleurig licht. Dit effect wordt veroorzaakt door de diffractie van licht bij verschillende golflengten en beïnvloedt de visuele ervaring van de gebruiker ernstig, waardoor het potentieel van AR-brillen wordt beperkt.

Siliciumcarbide: een baanbrekende oplossing

Siliciumcarbide (SiC) is naar voren gekomen als een veelbelovende oplossing om deze problemen aan te pakken, dankzij de hoge brekingsindex en uitstekende thermische geleidbaarheid. De unieke eigenschappen van SiC bieden verschillende aanzienlijke voordelen voor AR-optische displays.

1. Breder gezichtsveld

Siliciumcarbide heeft een brekingsindex van meer dan 2,6, veel hoger dan conventionele glas- en harsmaterialen. Deze hogere brekingsindex stelt SiC in staat om een aanzienlijk groter gezichtsveld in AR-brillen mogelijk te maken. Traditionele golfgeleiders bieden doorgaans slechts een FOV van 40 graden, terwijl een enkele laag SiC een FOV van meer dan 80 graden kan bereiken, waardoor de visuele ervaring van de gebruiker aanzienlijk wordt uitgebreid.

2. Het oplossen van het regenboogeffect

Het regenboogeffect, dat het gevolg is van de diffractie van licht door golfgeleiders, is een belangrijk pijnpunt in AR-brillen. De hoge brekingsindex van SiC maakt het mogelijk om licht binnen het materiaal te comprimeren, waardoor de golflengtespreiding wordt verminderd. Dit minimaliseert de diffractieperiode van de grating, waardoor het regenboogeffect onzichtbaar wordt voor het menselijk oog. Als gevolg hiervan bieden SiC-golfgeleiders helderdere, natuurlijkere visuele ervaringen met minder interferentie van omgevingslicht.

3. Langere batterijduur en stabiele prestaties

De verwerkings- en weergavemodules in AR-brillen genereren een aanzienlijke hoeveelheid warmte. Traditionele materialen zoals glas en hars zijn niet efficiënt in het afvoeren van deze warmte, wat kan leiden tot oververhitting en verminderde prestaties. De thermische geleidbaarheid van SiC, die ongeveer 490 W/m·K bedraagt, overtreft die van glas (ongeveer 1 W/m·K) en hars ruimschoots, waardoor het de warmte effectief van de componenten kan afvoeren. Dit zorgt voor stabiele prestaties, zelfs bij displays met een hoge helderheid, zoals die met piekhelderheidsniveaus tot 5000 nits, en verlengt de batterijduur door oververhitting te voorkomen.

4. Vereenvoudigd thermisch ontwerp

In traditionele AR-brillen wordt koeling vaak beheerd via complexe warmteafvoeringsmodules of actieve koelsystemen, die gewicht en complexiteit aan het apparaat toevoegen. De hoge thermische geleidbaarheid van SiC maakt passieve warmteafvoer rechtstreeks vanuit het golfgeleidermateriaal zelf mogelijk, waardoor de behoefte aan omvangrijke koelsystemen wordt geëlimineerd. Dit maakt het mogelijk om het gewicht en de complexiteit van het apparaat te verminderen en tegelijkertijd de algehele integratie en efficiëntie te verbeteren.

Binnenlandse technologische innovatie: de weg vrijmaken voor SiC-toepassing

Naarmate de vraag naar hoogwaardige AR-brillen groeit, is de integratie van SiC in optische systemen een belangrijk aandachtspunt geworden. Het toepassen van SiC als golfgeleidersubstraat in AR-brillen vereist echter het overwinnen van verschillende technische uitdagingen, met name op het gebied van productie en verwerking.

Hoewel SiC op grote schaal is gebruikt in vermogenshalfgeleiders, bevindt de toepassing ervan in AR-brillen zich nog in de ontwikkelingsfase. In 2020, toen het Meta-team de beslissing nam om SiC-golfgeleiders te gebruiken voor hun AR-brillen, werden ze geconfronteerd met een wereldwijd tekort aan apparatuur en processen voor de productie van "optische kwaliteit SiC". Om dit aan te pakken, werkten ze samen met waferfabrikanten om etsapparatuur en -processen te ontwikkelen die geschikt zijn voor massaproductie, waardoor een complete productielijn werd gecreëerd om het volledige potentieel van SiC te benutten.

In China heeft de sterke aanwezigheid van het land in zowel de display-industrie als de breedbandgap-halfgeleidertechnologieën een solide basis gelegd voor de grootschalige toepassing van SiC in AR-displays. Als 's werelds grootste producent van displaypanelen en een belangrijke speler in de ontwikkeling van breedbandgap-halfgeleiderapparaten, bevordert China zowel onderzoek als productieprocessen op dit gebied. Chinese universiteiten en bedrijven werken aan technologische innovaties op het gebied van SiC-golfgeleiderontwerp, -fabricage en -verpakking, wat zal helpen de adoptie ervan in AR-brillen te versnellen.

Conclusie

Siliciumcarbide heeft een revolutionaire verandering teweeggebracht in de optische technologieën die in AR-brillen worden gebruikt. Van het uitbreiden van het gezichtsveld tot het oplossen van het regenboogeffect, het verbeteren van de batterijduur en het vereenvoudigen van het thermische ontwerp, SiC heeft bewezen een game-changer te zijn bij het verbeteren van de prestaties en de gebruikerservaring van AR-brillen. Naarmate de relevante technologieën zich blijven ontwikkelen, zullen AR-brillen binnenkort verder gaan dan sciencefiction en een praktisch, onmisbaar hulpmiddel voor het dagelijks leven worden.