Blog -Details

Mit dem rasanten Fortschritt der künstlichen Intelligenz (KI) werden Augmented-Reality-Brillen (AR) zu einem heißen Thema im Bereich der intelligenten Geräte. Die Verschmelzung von KI und AR ermöglicht es diesen Brillen, nicht nur reichhaltigere immersive Erlebnisse zu bieten, sondern auch intelligentere Aufgaben auszuführen. Da sich die KI- und AR-Funktionen jedoch immer weiter angleichen, stoßen traditionelle optische Materialien wie Glas und Harz auf zunehmende Einschränkungen, insbesondere in Bezug auf das Sichtfeld (FOV), das Gewicht, die Akkulaufzeit und die Displayqualität. Um diese Engpässe zu überwinden, Siliziumkarbid (SiC), ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke, hat sich als Kernkomponente für AR-Brillen herauskristallisiert und bietet eine Reihe innovativer Möglichkeiten.

Herausforderungen und Anforderungen an AR-Brillen

Das Ziel von AR-Brillen ist es, ein leichtes und dennoch leistungsstarkes visuelles Erlebnis zu bieten. Viele der derzeit auf dem Markt befindlichen AR-Brillen verlassen sich jedoch immer noch auf traditionelle optische Materialien wie Glas oder Harz für die Wellenleitertechnologie. Während diese Materialien die grundlegenden Displayanforderungen erfüllen können, zeigen sich allmählich Probleme, wenn die Funktionalität der Geräte zunimmt. Probleme wie ein schmales Sichtfeld, Regenbogeneffekte, höheres Gewicht und kürzere Akkulaufzeit werden ausgeprägter, wenn die Anforderungen an die KI- und AR-Integration steigen.

Ein besonders beunruhigendes Problem ist der Regenbogeneffekt bei Vollfarbdisplays. Dieses Phänomen tritt auf, wenn Umgebungslicht durch den AR-Wellenleiter dringt und sich in regenbogenfarbenes Licht aufspaltet. Dieser Effekt wird durch die Beugung des Lichts bei unterschiedlichen Wellenlängen verursacht und beeinträchtigt das visuelle Erlebnis des Benutzers erheblich, was das Potenzial von AR-Brillen einschränkt.

Siliziumkarbid: Eine bahnbrechende Lösung

Siliziumkarbid (SiC) hat sich dank seines hohen Brechungsindex und seiner hervorragenden Wärmeleitfähigkeit als vielversprechende Lösung für diese Probleme erwiesen. Die einzigartigen Eigenschaften von SiC bieten eine Reihe erheblicher Vorteile für optische AR-Displays.

1. Breiteres Sichtfeld

Siliziumkarbid weist einen Brechungsindex von über 2,6 auf, der viel höher ist als bei herkömmlichen Glas- und Harzmaterialien. Dieser höhere Brechungsindex ermöglicht es SiC, ein deutlich größeres Sichtfeld in AR-Brillen zu ermöglichen. Herkömmliche Wellenleiter bieten typischerweise nur ein FOV von 40 Grad, während eine einzelne Schicht SiC ein FOV von über 80 Grad erreichen kann, wodurch das visuelle Erlebnis des Benutzers erheblich erweitert wird.

2. Lösung des Regenbogeneffekts

Der Regenbogeneffekt, der durch die Beugung des Lichts durch Wellenleiter entsteht, ist ein großes Problem bei AR-Brillen. Der hohe Brechungsindex von SiC ermöglicht es, das Licht innerhalb des Materials zu komprimieren, wodurch die Wellenlängenausbreitung reduziert wird. Dies minimiert die Beugungsperiode des Gitters, wodurch der Regenbogeneffekt für das menschliche Auge unsichtbar wird. Infolgedessen bieten SiC-Wellenleiter klarere, natürlichere visuelle Erlebnisse mit weniger Störungen durch Umgebungslicht.

3. Längere Akkulaufzeit und stabile Leistung

Die Verarbeitungs- und Anzeigemodule in AR-Brillen erzeugen eine erhebliche Wärmemenge. Herkömmliche Materialien wie Glas und Harz sind nicht effizient darin, diese Wärme abzuleiten, was zu Überhitzung und Leistungseinbußen führen kann. Die Wärmeleitfähigkeit von SiC, die bei etwa 490 W/m·K liegt, übertrifft die von Glas (etwa 1 W/m·K) und Harz bei weitem, wodurch es die Wärme effektiv von den Komponenten ableiten kann. Dies gewährleistet eine stabile Leistung, selbst bei Displays mit hoher Helligkeit, wie z. B. solchen mit Spitzenhelligkeitswerten von bis zu 5000 Nits, und verlängert die Akkulaufzeit, indem eine Überhitzung verhindert wird.

4. Vereinfachtes Wärmedesign

In herkömmlichen AR-Brillen wird die Kühlung oft durch komplexe Wärmeableitungsmodule oder aktive Kühlsysteme gesteuert, die das Gewicht und die Komplexität des Geräts erhöhen. Die hohe Wärmeleitfähigkeit von SiC ermöglicht eine passive Wärmeableitung direkt vom Wellenleitermaterial selbst, wodurch sperrige Kühlsysteme überflüssig werden. Dies ermöglicht es, das Gewicht und die Komplexität des Geräts zu reduzieren und gleichzeitig seine Gesamtintegration und Effizienz zu verbessern.

Inländische technologische Innovation: Wegbereiter für die SiC-Anwendung

Mit der steigenden Nachfrage nach leistungsstarken AR-Brillen ist die Integration von SiC in optische Systeme zu einem Schwerpunkt geworden. Die Anwendung von SiC als Wellenleitersubstrat in AR-Brillen erfordert jedoch die Überwindung mehrerer technischer Herausforderungen, insbesondere in Bezug auf die Herstellung und Verarbeitung.

Während SiC in Leistungshalbleitern weit verbreitet ist, befindet sich seine Anwendung in AR-Brillen noch im Entwicklungsstadium. Im Jahr 2020, als das Meta-Team seine Entscheidung zur Verwendung von SiC-Wellenleitern für seine AR-Brillen finalisierte, sahen sie sich mit einem weltweiten Mangel an Ausrüstung und Verfahren zur Herstellung von "optischem SiC" konfrontiert. Um dies zu beheben, arbeiteten sie mit Waferherstellern zusammen, um Ätzausrüstungen und -verfahren zu entwickeln, die für die Massenproduktion geeignet sind, und schufen eine komplette Produktionslinie, um das volle Potenzial von SiC auszuschöpfen.

In China hat die starke Präsenz des Landes sowohl in der Displayindustrie als auch in der Halbleitertechnologie mit großer Bandlücke eine solide Grundlage für die groß angelegte Anwendung von SiC in AR-Displays geschaffen. Als weltweit größter Hersteller von Display-Panels und wichtiger Akteur in der Entwicklung von Halbleiterbauelementen mit großer Bandlücke treibt China sowohl die Forschungs- als auch die Herstellungsprozesse in diesem Bereich voran. Chinesische Universitäten und Unternehmen arbeiten an technologischen Innovationen in den Bereichen SiC-Wellenleiterdesign, -herstellung und -verpackung, was dazu beitragen wird, seine Einführung in AR-Brillen zu beschleunigen.

Fazit

Siliziumkarbid hat eine revolutionäre Veränderung der in AR-Brillen verwendeten optischen Technologien eingeleitet. Von der Erweiterung des Sichtfelds über die Lösung des Regenbogeneffekts bis hin zur Verbesserung der Akkulaufzeit und der Vereinfachung des Wärmedesigns hat sich SiC als Game-Changer bei der Verbesserung der Leistung und des Benutzererlebnisses von AR-Brillen erwiesen. Da sich die relevanten Technologien ständig weiterentwickeln, werden AR-Brillen bald über die Science-Fiction hinausgehen und zu einem praktischen, unverzichtbaren Werkzeug für das tägliche Leben werden.