Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thực tế tăng cường (AR), kính thông minh, với tư cách là phương tiện quan trọng của công nghệ AR, đang dần chuyển đổi từ khái niệm sang thực tế. Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi kính thông minh vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức về mặt kỹ thuật, đặc biệt là về công nghệ hiển thị, trọng lượng, tản nhiệt và hiệu suất quang học. Trong những năm gần đây, silicon carbide (SiC), với tư cách là một vật liệu mới nổi, đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị và mô-đun bán dẫn công suất khác nhau. Hiện nay, nó đang thâm nhập vào lĩnh vực kính AR như một vật liệu chính. Chiết suất cao, đặc tính tản nhiệt tuyệt vời và độ cứng cao của silicon carbide, cùng với các tính năng khác, cho thấy tiềm năng đáng kể để ứng dụng trong công nghệ hiển thị, thiết kế nhẹ và tản nhiệt của kính AR. Chúng tôi có thể cung cấpTấm SiC, đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện các lĩnh vực này. Dưới đây, chúng ta sẽ khám phá cách silicon carbide có thể mang lại những thay đổi mang tính cách mạng cho kính thông minh từ các khía cạnh về tính chất, đột phá công nghệ, ứng dụng thị trường và triển vọng tương lai.
Tính chất và ưu điểm của Silicon Carbide
Silic cacbua là vật liệu bán dẫn có khoảng cách dải rộng với các đặc tính tuyệt vời như độ cứng cao, độ dẫn nhiệt cao và chiết suất cao. Những đặc điểm này mang lại cho nó tiềm năng rộng lớn để sử dụng trong các thiết bị điện tử, thiết bị quang học và quản lý nhiệt. Cụ thể trong lĩnh vực kính thông minh, những ưu điểm của silic cacbua chủ yếu được phản ánh ở các khía cạnh sau:
Chỉ số khúc xạ cao: Silicon carbide có chỉ số khúc xạ trên 2,6, cao hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống như nhựa (1,51-1,74) và thủy tinh (1,5-1,9). Chỉ số khúc xạ cao có nghĩa là silicon carbide có thể hạn chế hiệu quả hơn sự truyền ánh sáng, giảm tổn thất năng lượng ánh sáng, do đó cải thiện độ sáng màn hình và trường nhìn (FOV). Ví dụ, kính Orion AR của Meta sử dụng công nghệ ống dẫn sóng silicon carbide, đạt được trường nhìn 70 độ, vượt xa trường nhìn 40 độ của vật liệu thủy tinh truyền thống.
Tản nhiệt tuyệt vời: Silicon carbide có độ dẫn nhiệt cao hơn hàng trăm lần so với kính thông thường, cho phép dẫn nhiệt nhanh. Tản nhiệt là vấn đề chính đối với kính AR, đặc biệt là trong quá trình hiển thị độ sáng cao và sử dụng kéo dài. Ống kính silicon carbide có thể nhanh chóng truyền nhiệt do các thành phần quang học tạo ra, tăng cường độ ổn định và tuổi thọ của thiết bị. Chúng tôi có thể cung cấp wafer SiC đảm bảo quản lý nhiệt hiệu quả trong các ứng dụng như vậy.
Độ cứng và khả năng chống mài mòn cao: Silicon carbide là một trong những vật liệu cứng nhất được biết đến, chỉ đứng sau kim cương. Điều này làm cho tròng kính silicon carbide có khả năng chống mài mòn tốt hơn, phù hợp để sử dụng hàng ngày. Ngược lại, vật liệu thủy tinh và nhựa dễ bị trầy xước hơn, ảnh hưởng đến trải nghiệm của người dùng.
Hiệu ứng chống cầu vồng: Vật liệu thủy tinh truyền thống trong kính AR có xu hướng tạo ra hiệu ứng cầu vồng, trong đó ánh sáng xung quanh phản chiếu trên bề mặt ống dẫn sóng, tạo ra các mẫu ánh sáng màu động. Silicon carbide có thể loại bỏ hiệu quả vấn đề này bằng cách tối ưu hóa cấu trúc lưới, do đó cải thiện chất lượng hiển thị và loại bỏ hiệu ứng cầu vồng do ánh sáng xung quanh phản chiếu trên bề mặt ống dẫn sóng.
Những đột phá công nghệ của Silicon Carbide trong kính AR
Trong những năm gần đây, những đột phá về công nghệ của silicon carbide trong kính AR chủ yếu tập trung vào việc phát triển thấu kính ống dẫn sóng nhiễu xạ. Ống dẫn sóng nhiễu xạ là công nghệ hiển thị kết hợp hiện tượng nhiễu xạ của ánh sáng với cấu trúc ống dẫn sóng để truyền hình ảnh do các thành phần quang học tạo ra qua mạng lưới trong thấu kính. Điều này làm giảm độ dày của thấu kính, khiến kính AR trông gần giống với kính mắt thông thường hơn.
Vào tháng 10 năm 2024, Meta (trước đây là Facebook) đã giới thiệu việc sử dụng ống dẫn sóng khắc silicon carbide kết hợp với microLED trong kính AR Orion của mình, giải quyết các nút thắt chính trong các lĩnh vực như trường nhìn, trọng lượng và hiện vật quang học. Nhà khoa học quang học Pascual Rivera của Meta tuyên bố rằng công nghệ ống dẫn sóng silicon carbide đã hoàn toàn thay đổi chất lượng hiển thị của kính AR, thay đổi trải nghiệm từ "các điểm sáng cầu vồng giống như quả cầu disco" thành "trải nghiệm thanh bình như phòng hòa nhạc".
Vào tháng 12 năm 2024, XINKEHUI đã phát triển thành công chất nền tinh thể đơn silicon carbide bán cách điện 12 inch đầu tiên trên thế giới, đánh dấu bước đột phá lớn trong lĩnh vực chất nền kích thước lớn. Công nghệ này sẽ đẩy nhanh việc ứng dụng silicon carbide trong các trường hợp sử dụng mới như kính AR và bộ tản nhiệt. Ví dụ, một tấm wafer silicon carbide 12 inch có thể sản xuất 8-9 cặp thấu kính kính AR, cải thiện đáng kể hiệu quả sản xuất. Chúng tôi có thể cung cấp wafer SiC để hỗ trợ các ứng dụng như vậy trong ngành kính AR.
Gần đây, nhà cung cấp chất nền silicon carbide XINKEHUI đã hợp tác với công ty thiết bị quang điện tử micro-nano MOD MICRO-NANO để thành lập một liên doanh tập trung vào việc phát triển và thúc đẩy thị trường công nghệ thấu kính ống dẫn sóng nhiễu xạ AR. XINKEHUI, với chuyên môn kỹ thuật về chất nền silicon carbide, sẽ cung cấp chất nền chất lượng cao cho MOD MICRO-NANO, công ty sẽ tận dụng lợi thế của mình trong công nghệ quang học micro-nano và xử lý ống dẫn sóng AR để tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất của ống dẫn sóng nhiễu xạ. Sự hợp tác này dự kiến sẽ đẩy nhanh các đột phá công nghệ trong kính AR, thúc đẩy ngành công nghiệp chuyển sang hiệu suất cao hơn và thiết kế nhẹ hơn.
Tại triển lãm SPIE AR|VR|MR 2025, MOD MICRO-NANO đã trình làng thế hệ tròng kính AR silicon carbide thế hệ thứ hai, chỉ nặng 2,7 gram và dày chỉ 0,55 mm, nhẹ hơn kính râm thông thường, mang đến cho người dùng trải nghiệm đeo gần như không thể nhận thấy, đạt được thiết kế thực sự “nhẹ”.
Các trường hợp ứng dụng của Silicon Carbide trong kính AR
Trong quá trình sản xuất ống dẫn sóng silicon carbide, nhóm của Meta đã vượt qua những thách thức của công nghệ khắc nghiêng. Giám đốc nghiên cứu Nihar Mohanty giải thích rằng khắc nghiêng là công nghệ mạng lưới không truyền thống khắc các đường theo góc nghiêng để tối ưu hóa hiệu quả ghép và tách ánh sáng. Bước đột phá này đã đặt nền tảng cho việc áp dụng rộng rãi silicon carbide trong kính AR.
Kính AR Orion của Meta là ứng dụng tiêu biểu của công nghệ silicon carbide trong AR. Bằng cách sử dụng công nghệ ống dẫn sóng silicon carbide, Orion đạt được trường nhìn 70 độ và giải quyết hiệu quả các vấn đề như bóng mờ và hiệu ứng cầu vồng.
Giuseppe Carafiore, người đứng đầu công nghệ ống dẫn sóng AR của Meta, lưu ý rằng chỉ số khúc xạ cao và độ dẫn nhiệt của silicon carbide khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng cho kính AR. Sau khi lựa chọn vật liệu, thách thức tiếp theo là phát triển ống dẫn sóng, cụ thể là quy trình khắc nghiêng cho lưới. Carafiore giải thích rằng lưới, chịu trách nhiệm ghép ánh sáng vào và ra khỏi thấu kính, phải sử dụng phương pháp khắc nghiêng. Các đường khắc không được sắp xếp theo chiều dọc mà được phân bổ theo một góc nghiêng. Nihar Mohanty nói thêm rằng họ là nhóm đầu tiên trên toàn cầu đạt được phương pháp khắc nghiêng trực tiếp trên các thiết bị. Vào năm 2019, Nihar Mohanty và nhóm của ông đã xây dựng một dây chuyền sản xuất chuyên dụng. Trước đó, không có thiết bị nào có sẵn để khắc ống dẫn sóng silicon carbide, và công nghệ này cũng không khả thi bên ngoài phòng thí nghiệm.
Những thách thức và triển vọng tương lai của Silicon Carbide
Mặc dù silicon carbide cho thấy tiềm năng lớn trong kính AR, ứng dụng của nó vẫn phải đối mặt với một số thách thức. Hiện tại, vật liệu silicon carbide đắt tiền do tốc độ tăng trưởng chậm và quá trình xử lý khó khăn. Ví dụ, một thấu kính silicon carbide đơn lẻ cho kính AR Orion của Meta có giá lên tới 1.000 đô la, khiến nó khó đáp ứng nhu cầu của thị trường tiêu dùng. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp xe điện, chi phí của silicon carbide đang dần giảm xuống. Hơn nữa, việc phát triển các chất nền kích thước lớn (như wafer 12 inch) sẽ thúc đẩy hơn nữa việc giảm chi phí và cải thiện hiệu quả.
Độ cứng cao của silicon carbide cũng khiến việc xử lý trở nên khó khăn, đặc biệt là trong chế tạo cấu trúc micro-nano, dẫn đến tỷ lệ năng suất thấp. Trong tương lai, với sự hợp tác sâu sắc hơn giữa các nhà cung cấp chất nền silicon carbide và các nhà sản xuất quang học micro-nano, vấn đề này dự kiến sẽ được giải quyết. Ứng dụng silicon carbide trong kính AR vẫn đang trong giai đoạn đầu, đòi hỏi nhiều công ty hơn phải đầu tư vào nghiên cứu và phát triển thiết bị silicon carbide cấp quang học. Nhóm của Meta hy vọng các nhà sản xuất khác sẽ bắt đầu phát triển thiết bị của riêng họ, vì càng có nhiều công ty đầu tư vào nghiên cứu và thiết bị silicon carbide cấp quang học, hệ sinh thái ngành kính AR cấp tiêu dùng sẽ càng mạnh mẽ.
Phần kết luận
Silicon carbide, với chiết suất cao, tản nhiệt tuyệt vời và độ cứng cao, đang trở thành vật liệu chủ chốt trong lĩnh vực kính AR. Từ sự hợp tác giữa XINKEHUI và MOD MICRO-NANO đến ứng dụng thành công của silicon carbide trong kính AR Orion của Meta, tiềm năng của silicon carbide trong kính thông minh đã được chứng minh đầy đủ. Bất chấp những thách thức như chi phí và rào cản kỹ thuật, khi chuỗi ngành ngày càng trưởng thành và công nghệ tiếp tục phát triển, silicon carbide được kỳ vọng sẽ tỏa sáng trong lĩnh vực kính AR, đưa kính thông minh hướng tới hiệu suất cao hơn, trọng lượng nhẹ hơn và được áp dụng rộng rãi hơn. Trong tương lai, silicon carbide có thể trở thành vật liệu chủ đạo trong ngành AR, mở ra kỷ nguyên mới của kính thông minh.
Tiềm năng của silicon carbide không chỉ giới hạn ở kính AR; các ứng dụng liên ngành của nó trong điện tử và quang tử cũng cho thấy triển vọng to lớn. Ví dụ, ứng dụng của silicon carbide trong máy tính lượng tử và các thiết bị điện tử công suất cao đang được khai thác tích cực. Khi công nghệ tiến bộ và chi phí giảm, silicon carbide dự kiến sẽ đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực hơn, thúc đẩy sự phát triển của các ngành liên quan. Chúng tôi có thể cung cấp wafer SiC cho nhiều ứng dụng khác nhau, hỗ trợ sự tiến bộ trong cả công nghệ AR và hơn thế nữa.
Sản phẩm liên quan
Tấm wafer SiC dẫn điện 8 inch 200mm 4H-N cấp nghiên cứu
Chất nền Sic Silicon Carbide Wafer 4H-N Loại Độ cứng cao Chống ăn mòn Đánh bóng cấp cao
Thời gian đăng: 01-04-2025