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Avec les progrès rapides de l'intelligence artificielle (IA), les lunettes de réalité augmentée (RA) deviennent un sujet brûlant dans le domaine des appareils intelligents. La fusion de l'IA et de la RA permet à ces lunettes non seulement d'offrir des expériences immersives plus riches, mais aussi d'effectuer des tâches plus intelligentes. Cependant, à mesure que les fonctionnalités de l'IA et de la RA continuent de fusionner, les matériaux optiques traditionnels comme le verre et la résine font face à des limitations croissantes, en particulier en termes de champ de vision (FOV), de poids, de durée de vie de la batterie et de qualité d'affichage. Pour surmonter ces goulets d'étranglement, le carbure de silicium (SiC), un matériau semi-conducteur à large bande interdite, est apparu comme un composant essentiel pour les lunettes de RA, offrant plusieurs opportunités innovantes.

Défis et exigences des lunettes de RA

L'objectif des lunettes de RA est d'offrir une expérience visuelle légère et performante. Cependant, de nombreuses lunettes de RA actuellement sur le marché s'appuient encore sur des matériaux optiques traditionnels, tels que le verre ou la résine, pour la technologie des guides d'ondes. Bien que ces matériaux puissent répondre aux besoins d'affichage de base, ils révèlent progressivement des problèmes à mesure que les fonctionnalités des appareils augmentent. Des problèmes tels qu'un champ de vision étroit, des effets arc-en-ciel, un poids plus lourd et une durée de vie de la batterie plus courte deviennent plus prononcés à mesure que les exigences d'intégration de l'IA et de la RA augmentent.

Un problème particulièrement préoccupant est l'effet arc-en-ciel dans les affichages en couleur. Ce phénomène se produit lorsque la lumière ambiante traverse le guide d'ondes RA, se divisant en lumière aux couleurs de l'arc-en-ciel. Cet effet est causé par la diffraction de la lumière à différentes longueurs d'onde et affecte gravement l'expérience visuelle de l'utilisateur, limitant le potentiel des lunettes de RA.

Carbure de silicium : une solution révolutionnaire

Le carbure de silicium (SiC) est apparu comme une solution prometteuse pour résoudre ces problèmes, grâce à son indice de réfraction élevé et son excellente conductivité thermique. Les propriétés uniques du SiC offrent plusieurs avantages significatifs pour les affichages optiques de RA.

1. Champ de vision plus large

Le carbure de silicium possède un indice de réfraction de plus de 2,6, beaucoup plus élevé que les matériaux en verre et en résine conventionnels. Cet indice de réfraction plus élevé permet au SiC d'offrir un champ de vision considérablement plus large dans les lunettes de RA. Les guides d'ondes traditionnels n'offrent généralement qu'un FOV de 40 degrés, tandis qu'une seule couche de SiC peut atteindre un FOV de plus de 80 degrés, élargissant considérablement l'expérience visuelle de l'utilisateur.

2. Résoudre l'effet arc-en-ciel

L'effet arc-en-ciel, qui résulte de la diffraction de la lumière à travers les guides d'ondes, est un point de douleur majeur dans les lunettes de RA. L'indice de réfraction élevé du SiC permet de comprimer la lumière à l'intérieur du matériau, réduisant ainsi l'étalement des longueurs d'onde. Cela minimise la période de diffraction du réseau, ce qui rend l'effet arc-en-ciel invisible à l'œil humain. Par conséquent, les guides d'ondes en SiC offrent des expériences visuelles plus claires et plus naturelles avec moins d'interférences de la lumière ambiante.

3. Durée de vie de la batterie plus longue et performances stables

Les modules de traitement et d'affichage des lunettes de RA génèrent une quantité importante de chaleur. Les matériaux traditionnels comme le verre et la résine ne sont pas efficaces pour dissiper cette chaleur, ce qui peut entraîner une surchauffe et une dégradation des performances. La conductivité thermique du SiC, qui est d'environ 490 W/m·K, dépasse de loin celle du verre (environ 1 W/m·K) et de la résine, ce qui lui permet de conduire efficacement la chaleur loin des composants. Cela garantit des performances stables, même avec des affichages à haute luminosité, tels que ceux avec des niveaux de luminosité de pointe allant jusqu'à 5000 nits, et prolonge la durée de vie de la batterie en empêchant la surchauffe.

4. Conception thermique simplifiée

Dans les lunettes de RA traditionnelles, le refroidissement est souvent géré par des modules complexes de dissipation de chaleur ou des systèmes de refroidissement actifs, ce qui ajoute du poids et de la complexité à l'appareil. La conductivité thermique élevée du SiC permet une dissipation passive de la chaleur directement à partir du matériau du guide d'ondes lui-même, éliminant ainsi le besoin de systèmes de refroidissement volumineux. Cela permet de réduire le poids et la complexité de l'appareil tout en améliorant son intégration et son efficacité globales.

Innovation technologique nationale : ouvrir la voie à l'application du SiC

À mesure que la demande de lunettes de RA haute performance augmente, l'intégration du SiC dans les systèmes optiques est devenue un domaine d'intérêt majeur. Cependant, l'application du SiC en tant que substrat de guide d'ondes dans les lunettes de RA nécessite de surmonter plusieurs défis techniques, en particulier en matière de fabrication et de traitement.

Bien que le SiC ait été largement utilisé dans les semi-conducteurs de puissance, son application dans les lunettes de RA en est encore au stade du développement. En 2020, lorsque l'équipe Meta a finalisé sa décision d'utiliser des guides d'ondes en SiC pour ses lunettes de RA, elle a été confrontée à une pénurie mondiale d'équipements et de procédés pour la production de « SiC de qualité optique ». Pour y remédier, ils ont collaboré avec des entreprises de fabrication de plaquettes pour développer des équipements et des procédés de gravure adaptés à la production de masse, créant ainsi une ligne de production complète pour libérer tout le potentiel du SiC.

En Chine, la forte présence du pays dans l'industrie de l'affichage et dans les technologies des semi-conducteurs à large bande interdite a jeté des bases solides pour l'application à grande échelle du SiC dans les affichages de RA. En tant que premier producteur mondial de panneaux d'affichage et acteur clé dans le développement de dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite, la Chine fait progresser à la fois la recherche et les processus de fabrication dans ce domaine. Les universités et les entreprises chinoises travaillent sur des innovations technologiques dans la conception, la fabrication et l'emballage des guides d'ondes en SiC, ce qui contribuera à accélérer son adoption dans les lunettes de RA.

Conclusion

Le carbure de silicium a introduit un changement révolutionnaire dans les technologies optiques utilisées dans les lunettes de RA. De l'élargissement du champ de vision à la résolution de l'effet arc-en-ciel, en passant par l'amélioration de la durée de vie de la batterie et la simplification de la conception thermique, le SiC s'est avéré être un facteur de changement pour améliorer les performances et l'expérience utilisateur des lunettes de RA. À mesure que les technologies pertinentes continuent d'évoluer, les lunettes de RA dépasseront bientôt la science-fiction et deviendront un outil pratique et indispensable pour la vie quotidienne.