Con il rapido sviluppo della tecnologia della realtà aumentata (AR), gli smart glass, in quanto importante vettore della tecnologia AR, stanno gradualmente passando dall'essere un concetto a una realtà. Tuttavia, l'adozione diffusa degli smart glass si scontra ancora con numerose sfide tecniche, in particolare in termini di tecnologia di visualizzazione, peso, dissipazione del calore e prestazioni ottiche. Negli ultimi anni, il carburo di silicio (SiC), un materiale emergente, è stato ampiamente utilizzato in vari dispositivi e moduli a semiconduttore di potenza. Ora si sta facendo strada nel campo degli occhiali AR come materiale chiave. L'elevato indice di rifrazione del carburo di silicio, le eccellenti proprietà di dissipazione del calore e l'elevata durezza, tra le altre caratteristiche, mostrano un potenziale significativo per l'applicazione nella tecnologia di visualizzazione, nel design leggero e nella dissipazione del calore degli occhiali AR. Possiamo fornirewafer di SiC, che svolge un ruolo cruciale nel miglioramento di questi ambiti. Di seguito, esploreremo come il carburo di silicio possa apportare cambiamenti rivoluzionari agli occhiali intelligenti, analizzando le sue proprietà, le innovazioni tecnologiche, le applicazioni di mercato e le prospettive future.
Proprietà e vantaggi del carburo di silicio
Il carburo di silicio è un materiale semiconduttore ad ampio bandgap con eccellenti proprietà come elevata durezza, elevata conduttività termica e un elevato indice di rifrazione. Queste caratteristiche gli conferiscono un ampio potenziale di utilizzo in dispositivi elettronici, ottici e nella gestione termica. Nello specifico, nel campo degli smart glass, i vantaggi del carburo di silicio si riflettono principalmente nei seguenti aspetti:
Alto indice di rifrazione: il carburo di silicio ha un indice di rifrazione superiore a 2,6, molto più alto rispetto ai materiali tradizionali come la resina (1,51-1,74) e il vetro (1,5-1,9). Un indice di rifrazione elevato significa che il carburo di silicio può limitare la propagazione della luce in modo più efficace, riducendo la perdita di energia luminosa e migliorando così la luminosità del display e il campo visivo (FOV). Ad esempio, gli occhiali AR Orion di Meta utilizzano la tecnologia a guida d'onda in carburo di silicio, raggiungendo un campo visivo di 70 gradi, superando di gran lunga i 40 gradi dei tradizionali materiali in vetro.
Eccellente dissipazione del calore: il carburo di silicio ha una conduttività termica centinaia di volte superiore a quella del vetro comune, consentendo una rapida conduzione del calore. La dissipazione del calore è un aspetto fondamentale per gli occhiali AR, soprattutto durante l'uso prolungato e l'esposizione a display ad alta luminosità. Le lenti in carburo di silicio possono trasferire rapidamente il calore generato dai componenti ottici, migliorando la stabilità e la durata del dispositivo. Possiamo fornire wafer SiC che garantiscono un'efficace gestione termica in tali applicazioni.
Elevata durezza e resistenza all'usura: il carburo di silicio è uno dei materiali più duri conosciuti, secondo solo al diamante. Questo rende le lenti in carburo di silicio più resistenti all'usura e adatte all'uso quotidiano. Al contrario, i materiali in vetro e resina sono più soggetti a graffi, il che compromette l'esperienza d'uso.
Effetto anti-arcobaleno: i tradizionali materiali in vetro utilizzati negli occhiali AR tendono a produrre un effetto arcobaleno, in cui la luce ambientale si riflette sulla superficie della guida d'onda, creando pattern di luce colorata dinamici. Il carburo di silicio può eliminare efficacemente questo problema ottimizzando la struttura del reticolo, migliorando così la qualità di visualizzazione ed eliminando l'effetto arcobaleno causato dai riflessi della luce ambientale sulla superficie della guida d'onda.
Innovazioni tecnologiche del carburo di silicio negli occhiali AR
Negli ultimi anni, le innovazioni tecnologiche del carburo di silicio negli occhiali AR si sono concentrate principalmente sullo sviluppo di lenti a guida d'onda diffratta. Una guida d'onda diffratta è una tecnologia di visualizzazione che combina il fenomeno della diffrazione della luce con le strutture a guida d'onda per propagare le immagini generate dai componenti ottici attraverso il reticolo della lente. Questo riduce lo spessore della lente, rendendo gli occhiali AR più simili agli occhiali tradizionali.
Nell'ottobre 2024, Meta (ex Facebook) ha introdotto l'uso di guide d'onda incise al carburo di silicio combinate con microLED nei suoi occhiali AR Orion, risolvendo colli di bottiglia chiave in campi come il campo visivo, il peso e gli artefatti ottici. Pascual Rivera, scienziato ottico di Meta, ha affermato che la tecnologia delle guide d'onda al carburo di silicio ha trasformato completamente la qualità di visualizzazione degli occhiali AR, trasformando l'esperienza da "punti luminosi arcobaleno simili a quelli di una palla da discoteca" a "un'esperienza serena simile a quella di una sala da concerto".
Nel dicembre 2024, XINKEHUI ha sviluppato con successo il primo substrato monocristallino semiisolante in carburo di silicio ad alta purezza da 12 pollici al mondo, segnando un'importante svolta nel campo dei substrati di grandi dimensioni. Questa tecnologia accelererà l'applicazione del carburo di silicio in nuovi casi d'uso come occhiali AR e dissipatori di calore. Ad esempio, un wafer di carburo di silicio da 12 pollici può produrre 8-9 paia di lenti per occhiali AR, migliorando significativamente l'efficienza produttiva. Possiamo fornire wafer di SiC per supportare tali applicazioni nel settore degli occhiali AR.
Di recente, il fornitore di substrati in carburo di silicio XINKEHUI ha stretto una partnership con l'azienda di dispositivi optoelettronici micro-nano MOD MICRO-NANO per creare una joint venture focalizzata sullo sviluppo e la promozione sul mercato della tecnologia delle lenti a guida d'onda di diffrazione AR. XINKEHUI, grazie alla sua competenza tecnica nei substrati in carburo di silicio, fornirà substrati di alta qualità a MOD MICRO-NANO, che sfrutterà i suoi vantaggi nella tecnologia ottica micro-nano e nella lavorazione delle guide d'onda AR per ottimizzare ulteriormente le prestazioni delle guide d'onda di diffrazione. Si prevede che questa collaborazione accelererà le innovazioni tecnologiche negli occhiali AR, promuovendo la transizione del settore verso prestazioni più elevate e design più leggeri.
Alla fiera SPIE AR|VR|MR del 2025, MOD MICRO-NANO ha presentato le sue lenti per occhiali AR in carburo di silicio di seconda generazione, dal peso di soli 2,7 grammi e con uno spessore di appena 0,55 millimetri, più leggere degli occhiali da sole tradizionali, offrendo agli utenti un'esperienza d'uso quasi impercettibile, ottenendo un design davvero "leggero".
Casi applicativi del carburo di silicio negli occhiali AR
Nel processo di produzione delle guide d'onda in carburo di silicio, il team di Meta ha superato le sfide della tecnologia di incisione inclinata. Il responsabile della ricerca Nihar Mohanty ha spiegato che l'incisione inclinata è una tecnologia a reticolo non tradizionale che incide le linee con un angolo inclinato per ottimizzare l'accoppiamento e il disaccoppiamento della luce. Questa svolta ha gettato le basi per l'adozione su larga scala del carburo di silicio negli occhiali AR.
Gli occhiali AR Orion di Meta sono un esempio rappresentativo dell'applicazione della tecnologia al carburo di silicio alla realtà aumentata. Utilizzando la tecnologia a guida d'onda al carburo di silicio, Orion raggiunge un campo visivo di 70 gradi e risolve efficacemente problemi come l'effetto ghosting e l'effetto arcobaleno.
Giuseppe Carafiore, responsabile della tecnologia delle guide d'onda AR di Meta, ha osservato che l'elevato indice di rifrazione e la conduttività termica del carburo di silicio lo rendono un materiale ideale per gli occhiali AR. Dopo aver selezionato il materiale, la sfida successiva è stata sviluppare la guida d'onda, in particolare il processo di incisione inclinata per il reticolo. Carafiore ha spiegato che il reticolo, responsabile dell'accoppiamento della luce in entrata e in uscita dalla lente, deve utilizzare un'incisione inclinata. Le linee incise non sono disposte verticalmente, ma sono distribuite secondo un angolo inclinato. Nihar Mohanty ha aggiunto di essere stato il primo team al mondo a realizzare l'incisione inclinata direttamente sui dispositivi. Nel 2019, Nihar Mohanty e il suo team hanno costruito una linea di produzione dedicata. Prima di allora, non erano disponibili attrezzature per l'incisione delle guide d'onda in carburo di silicio, né la tecnologia era realizzabile al di fuori del laboratorio.
Sfide e prospettive future del carburo di silicio
Sebbene il carburo di silicio mostri un grande potenziale negli occhiali AR, il suo utilizzo presenta ancora diverse sfide. Attualmente, il carburo di silicio è costoso a causa del suo lento tasso di crescita e della sua difficile lavorazione. Ad esempio, una singola lente in carburo di silicio per gli occhiali AR Orion di Meta costa fino a 1.000 dollari, rendendo difficile soddisfare le esigenze del mercato consumer. Tuttavia, con il rapido sviluppo del settore dei veicoli elettrici, il costo del carburo di silicio sta gradualmente diminuendo. Inoltre, lo sviluppo di substrati di grandi dimensioni (come i wafer da 12 pollici) favorirà ulteriormente la riduzione dei costi e il miglioramento dell'efficienza.
L'elevata durezza del carburo di silicio ne rende inoltre difficile la lavorazione, in particolare nella fabbricazione di strutture micro-nano, con conseguenti bassi tassi di resa. In futuro, con una più stretta cooperazione tra i fornitori di substrati in carburo di silicio e i produttori di ottiche micro-nano, si prevede che questo problema verrà risolto. L'applicazione del carburo di silicio negli occhiali AR è ancora in una fase iniziale, il che richiede a un numero maggiore di aziende di investire nella ricerca e nello sviluppo di attrezzature per il carburo di silicio di grado ottico. Il team di Meta prevede che altri produttori inizino a sviluppare le proprie attrezzature, poiché più aziende investiranno nella ricerca e nelle attrezzature per il carburo di silicio di grado ottico, più forte diventerà l'ecosistema del settore degli occhiali AR di consumo.
Conclusione
Il carburo di silicio, con il suo alto indice di rifrazione, l'eccellente dissipazione del calore e l'elevata durezza, sta diventando un materiale chiave nel campo degli occhiali per la realtà aumentata. Dalla collaborazione tra XINKEHUI e MOD MICRO-NANO al successo dell'applicazione del carburo di silicio negli occhiali per la realtà aumentata Orion di Meta, il potenziale del carburo di silicio negli occhiali intelligenti è stato pienamente dimostrato. Nonostante sfide come i costi e gli ostacoli tecnici, con la maturazione della filiera e il continuo progresso della tecnologia, si prevede che il carburo di silicio emergerà nel campo degli occhiali per la realtà aumentata, guidando gli occhiali intelligenti verso prestazioni più elevate, peso ridotto e una più ampia adozione. In futuro, il carburo di silicio potrebbe diventare il materiale principale nel settore della realtà aumentata, inaugurando una nuova era per gli occhiali intelligenti.
Il potenziale del carburo di silicio non si limita agli occhiali per la realtà aumentata; anche le sue applicazioni intersettoriali nell'elettronica e nella fotonica mostrano ampie prospettive. Ad esempio, l'applicazione del carburo di silicio nel calcolo quantistico e nei dispositivi elettronici ad alta potenza è in fase di esplorazione attiva. Con il progresso tecnologico e la riduzione dei costi, si prevede che il carburo di silicio svolgerà un ruolo fondamentale in sempre più settori, accelerando lo sviluppo di settori correlati. Possiamo fornire wafer di SiC per diverse applicazioni, supportando i progressi sia nella tecnologia AR che in altri ambiti.
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Data di pubblicazione: 01-04-2025