碳化硅跟AR眼镜是怎么联系到一起的？

电子发烧友网综合报道近期碳化硅衬底供应商天科合达与微纳光电器件公司慕德微纳共同出资成立合资公司，双方将在AR衍射光波导镜片技术研发与市场推广方面展开深度合作，共同推动AR行业的技术创新与应用落地。

那么碳化硅和AR有什么关系？如果有关注AR行业的读者，应该有注意到，去年Meta发布的AR眼镜Orion就在显示上采用了碳化硅刻蚀波导+microLED的组合。

对于AR眼镜来说，衍射光波导是一项重要的显示技术，首先衍射光波导的原理是基于光的衍射现象与波导结构的结合，其核心是通过微纳米级光栅引导光线传播。在AR眼镜上应用，即可以将光机生成的图像通过镜片中的光栅传播，从而无需在镜片表面再安装复杂的光学器件，降低镜片厚度至与普通眼镜接近的程度，整体外观也可以更加接近普通眼镜。

另外通过优化光栅结构，衍射光波导可实现视场角扩展，视场角可以超过50度，比如Meta的Orion原型机就可以做到70度的FOV。同时衍射光波导不影响镜片透光率，提高AR眼镜的虚实结合体验。

但不同材料的光波导性能不同，比如材料的折射率对于光波导效率十分关键，一般来说，眼镜镜片有两种主流材料，树脂和玻璃，普通树脂的折射率约1.51，高折射率的树脂可以达到1.74；普通玻璃的折射率约1.5，高折射率的玻璃可以达到1.9。

然而碳化硅折射率轻松达到2.6以上，远高于玻璃以及树脂等传统材料。得益于高折射率，碳化硅材料的光波导镜片能更有效地约束光线传播，减少光能损失，提升显示亮度。其高折射率还显著扩大了视场角，例如单片碳化硅波导可实现的全彩视场角，而传统玻璃仅小于40度。同时，碳化硅通过优化光栅结构，有效消除了玻璃材料常见的彩虹效应。

另一方面，碳化硅硬度更高，相比玻璃更耐磨，更加适用于眼镜镜片。在热导率方面，碳化硅更是普通玻璃的数百倍，对于AR眼镜应用来说，除了显示之外，散热也是一个有待解决的问题。采用碳化硅镜片可以将光机的热量通过镜片快速传导，提高散热效率，有效提升了AR眼镜的显示性能。

碳化硅用来做AR眼睛的镜片有这么多优势，是不是就真的完美了？事实确实如此，可以说，目前除了贵，碳化硅作为AR眼睛镜片材料确实是最完美的选择之一。

但贵，就意味着几乎不能用于量产设备上。一方面碳化硅材料，在过去一直是高高在上。目前SiC单晶制备主流都是通过物理气相传输PVT法生长，核心的步骤包括将SiC粉料进行高温加热，加热后SiC粉料升华成气体，气体移动到籽晶表面缓慢生长成晶体。

但问题也显而易见，PVT法生长SiC单晶的速度太慢了，因为是利用固体升华在籽晶表面生长材料，一般生长出20mm厚的晶体需要7天时间。这也是碳化硅价格高的主要原因。

不过随着近几年新能源汽车产业的发展，带动了碳化硅产业的迅速扩张和降本，碳化硅成本已经得到显著降低。

而对于AR眼镜应用SiC的另一个难点是，工艺和良率。碳化硅硬度高，带来的问题就是加工难度极大，要在碳化硅上进行微纳结构加工良率极低，比如Meta的OrionAR眼镜镜片由于良率低，单片成本高达1000美元。

而如今碳化硅衬底厂商和微纳光学厂商的合作，相信能够有力推动碳化硅AR镜片走进寻常百姓家。