Szczegóły bloga

Wraz z szybkim rozwojem sztucznej inteligencji (AI), okulary rozszerzonej rzeczywistości (AR) stają się gorącym tematem w dziedzinie inteligentnych urządzeń. Połączenie AI i AR pozwala tym okularom nie tylko zapewniać bogatsze, wciągające doświadczenia, ale także wykonywać bardziej inteligentne zadania. Jednak w miarę jak funkcjonalności AI i AR nadal się łączą, tradycyjne materiały optyczne, takie jak szkło i żywica, napotykają coraz większe ograniczenia, szczególnie w zakresie pola widzenia (FOV), wagi, żywotności baterii i jakości wyświetlania. Aby przełamać te wąskie gardła, Węglik krzemu (SiC), materiał półprzewodnikowy o szerokim paśmie wzbronionym, wyłonił się jako kluczowy komponent okularów AR, przynosząc kilka innowacyjnych możliwości.

Wyzwania i wymagania dla okularów AR

Celem okularów AR jest zapewnienie lekkiego, a zarazem wysokowydajnego doświadczenia wizualnego. Jednak wiele okularów AR dostępnych obecnie na rynku wciąż opiera się na tradycyjnych materiałach optycznych, takich jak szkło lub żywica, w technologii falowodów. Chociaż materiały te mogą zaspokoić podstawowe potrzeby wyświetlania, stopniowo ujawniają problemy w miarę wzrostu funkcjonalności urządzeń. Problemy takie jak wąskie pole widzenia, efekty tęczy, większa waga i krótsza żywotność baterii stają się bardziej widoczne w miarę wzrostu wymagań dotyczących integracji AI i AR.

Szczególnie kłopotliwym problemem jest efekt tęczy w pełnokolorowych wyświetlaczach. Zjawisko to występuje, gdy światło otoczenia przechodzi przez falowód AR, rozszczepiając się na światło w kolorach tęczy. Efekt ten jest spowodowany dyfrakcją światła o różnych długościach fal i poważnie wpływa na wrażenia wizualne użytkownika, ograniczając potencjał okularów AR.

Węglik krzemu: Przełomowe rozwiązanie

Węglik krzemu (SiC) wyłonił się jako obiecujące rozwiązanie tych problemów, dzięki wysokiemu współczynnikowi załamania światła i doskonałej przewodności cieplnej. Unikalne właściwości SiC oferują kilka istotnych zalet dla wyświetlaczy optycznych AR.

1. Szersze pole widzenia

Węglik krzemu charakteryzuje się współczynnikiem załamania światła powyżej 2,6, znacznie wyższym niż w przypadku konwencjonalnych materiałów szklanych i żywicznych. Ten wyższy współczynnik załamania światła pozwala SiC na uzyskanie znacznie większego pola widzenia w okularach AR. Tradycyjne falowody zazwyczaj oferują FOV wynoszące zaledwie 40 stopni, podczas gdy pojedyncza warstwa SiC może osiągnąć FOV powyżej 80 stopni, znacznie poszerzając wrażenia wizualne użytkownika.

2. Rozwiązanie efektu tęczy

Efekt tęczy, który wynika z dyfrakcji światła przez falowody, jest głównym problemem w okularach AR. Wysoki współczynnik załamania światła SiC pozwala na kompresję światła wewnątrz materiału, zmniejszając rozprzestrzenianie się długości fali. Minimalizuje to okres dyfrakcji siatki, co sprawia, że efekt tęczy jest niewidoczny dla ludzkiego oka. W rezultacie falowody SiC oferują wyraźniejsze, bardziej naturalne wrażenia wizualne z mniejszymi zakłóceniami ze strony światła otoczenia.

3. Dłuższa żywotność baterii i stabilna wydajność

Moduły przetwarzania i wyświetlania w okularach AR generują znaczną ilość ciepła. Tradycyjne materiały, takie jak szkło i żywica, nie są wydajne w rozpraszaniu tego ciepła, co może prowadzić do przegrzania i pogorszenia wydajności. Przewodność cieplna SiC, która wynosi około 490 W/m·K, znacznie przewyższa przewodność cieplną szkła (około 1 W/m·K) i żywicy, co pozwala na skuteczne odprowadzanie ciepła z komponentów. Zapewnia to stabilną wydajność, nawet przy wyświetlaczach o wysokiej jasności, takich jak te o szczytowych poziomach jasności do 5000 nitów, i wydłuża żywotność baterii, zapobiegając przegrzaniu.

4. Uproszczona konstrukcja termiczna

W tradycyjnych okularach AR chłodzenie jest często zarządzane za pomocą złożonych modułów rozpraszania ciepła lub aktywnych systemów chłodzenia, które zwiększają wagę i złożoność urządzenia. Wysoka przewodność cieplna SiC pozwala na pasywne rozpraszanie ciepła bezpośrednio z samego materiału falowodu, eliminując potrzebę stosowania nieporęcznych systemów chłodzenia. Umożliwia to zmniejszenie wagi i złożoności urządzenia, jednocześnie zwiększając jego ogólną integrację i wydajność.

Krajowa innowacja technologiczna: Utorowanie drogi dla zastosowania SiC

Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na wysokowydajne okulary AR, integracja SiC z systemami optycznymi stała się kluczowym obszarem zainteresowania. Jednak zastosowanie SiC jako podłoża falowodu w okularach AR wymaga pokonania kilku wyzwań technicznych, szczególnie w zakresie produkcji i przetwarzania.

Chociaż SiC jest szeroko stosowany w półprzewodnikach mocy, jego zastosowanie w okularach AR jest wciąż na etapie rozwoju. W 2020 roku, kiedy zespół Meta sfinalizował decyzję o użyciu falowodów SiC do swoich okularów AR, stanęli w obliczu globalnego niedoboru sprzętu i procesów do produkcji „SiC klasy optycznej”. Aby to rozwiązać, współpracowali z firmami produkującymi wafle, aby opracować sprzęt do wytrawiania i procesy odpowiednie do masowej produkcji, tworząc kompletną linię produkcyjną, aby uwolnić pełny potencjał SiC.

W Chinach silna obecność kraju zarówno w przemyśle wyświetlaczy, jak i technologiach półprzewodników o szerokim paśmie wzbronionym położyła solidne podstawy dla zastosowania SiC na dużą skalę w wyświetlaczach AR. Jako największy na świecie producent paneli wyświetlaczy i kluczowy gracz w rozwoju urządzeń półprzewodnikowych o szerokim paśmie wzbronionym, Chiny rozwijają zarówno badania, jak i procesy produkcyjne w tej dziedzinie. Chińskie uniwersytety i przedsiębiorstwa pracują nad innowacjami technologicznymi w zakresie projektowania, produkcji i pakowania falowodów SiC, co pomoże przyspieszyć ich przyjęcie w okularach AR.

Wnioski

Węglik krzemu wprowadził rewolucyjną zmianę w technologiach optycznych stosowanych w okularach AR. Od poszerzenia pola widzenia po rozwiązanie efektu tęczy, poprawę żywotności baterii i uproszczenie konstrukcji termicznej, SiC okazał się przełomem w poprawie wydajności i wrażeń użytkownika okularów AR. W miarę jak odpowiednie technologie będą się rozwijać, okulary AR wkrótce wyjdą poza science fiction i staną się praktycznym, niezbędnym narzędziem codziennego życia.