Avec le développement rapide de la réalité augmentée (RA), les lunettes intelligentes, support essentiel de cette technologie, passent progressivement du stade de concept à celui de réalité. Cependant, leur adoption à grande échelle reste confrontée à de nombreux défis techniques, notamment en matière d'affichage, de poids, de dissipation thermique et de performances optiques. Ces dernières années, le carbure de silicium (SiC), matériau émergent, a été largement utilisé dans divers dispositifs et modules semi-conducteurs de puissance. Il s'impose désormais comme matériau clé dans le domaine des lunettes de RA. Son indice de réfraction élevé, ses excellentes propriétés de dissipation thermique et sa grande dureté, entre autres caractéristiques, présentent un potentiel considérable pour l'affichage, la conception allégée et la dissipation thermique des lunettes de RA. Nous pouvons vous apporter des solutions pour y parvenir.plaquette de SiCLe carbure de silicium joue un rôle crucial dans l'amélioration de ces domaines. Nous verrons ci-dessous comment il peut révolutionner les lunettes intelligentes, en abordant ses propriétés, ses avancées technologiques, ses applications commerciales et ses perspectives d'avenir.
Propriétés et avantages du carbure de silicium
Le carbure de silicium est un matériau semi-conducteur à large bande interdite doté d'excellentes propriétés telles qu'une dureté élevée, une conductivité thermique élevée et un indice de réfraction élevé. Ces caractéristiques lui confèrent un potentiel considérable pour des applications dans les dispositifs électroniques, les dispositifs optiques et la gestion thermique. Plus précisément, dans le domaine des lunettes intelligentes, les avantages du carbure de silicium se manifestent principalement sous les aspects suivants :
Indice de réfraction élevé : le carbure de silicium possède un indice de réfraction supérieur à 2,6, bien plus élevé que celui des matériaux traditionnels comme la résine (1,51-1,74) et le verre (1,5-1,9). Cet indice élevé permet au carbure de silicium de mieux contenir la propagation de la lumière, réduisant ainsi les pertes d’énergie lumineuse et améliorant la luminosité et le champ de vision de l’écran. Par exemple, les lunettes de réalité augmentée Orion de Meta utilisent la technologie des guides d’ondes en carbure de silicium, offrant un champ de vision de 70 degrés, surpassant largement les 40 degrés des verres traditionnels.
Excellente dissipation thermique : le carbure de silicium possède une conductivité thermique des centaines de fois supérieure à celle du verre ordinaire, permettant une conduction thermique rapide. La dissipation thermique est essentielle pour les lunettes de réalité augmentée, notamment lors de l’utilisation d’écrans à haute luminosité et d’une utilisation prolongée. Les lentilles en carbure de silicium permettent une dissipation rapide de la chaleur générée par les composants optiques, améliorant ainsi la stabilité et la durée de vie du dispositif. Nous proposons des plaquettes de SiC garantissant une gestion thermique efficace pour ce type d’applications.
Dureté et résistance à l'usure élevées : le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus durs connus, juste après le diamant. Cette propriété confère aux verres en carbure de silicium une résistance à l'usure supérieure, les rendant adaptés à un usage quotidien. À l'inverse, le verre et la résine sont plus sensibles aux rayures, ce qui nuit au confort de l'utilisateur.
Effet arc-en-ciel : Les matériaux de verre traditionnels utilisés dans les lunettes anti-reflets ont tendance à produire un effet arc-en-ciel, dû à la réflexion de la lumière ambiante sur la surface du guide d’ondes, créant ainsi des motifs lumineux colorés dynamiques. Le carbure de silicium permet d’éliminer efficacement ce problème grâce à l’optimisation de la structure du réseau, améliorant ainsi la qualité d’affichage et supprimant l’effet arc-en-ciel causé par les réflexions de la lumière ambiante sur la surface du guide d’ondes.
Avancées technologiques du carbure de silicium dans les lunettes de réalité augmentée
Ces dernières années, les avancées technologiques concernant le carbure de silicium dans les lunettes de réalité augmentée se sont principalement concentrées sur le développement des lentilles à guide d'ondes diffractif. Un guide d'ondes diffractif est une technologie d'affichage qui combine le phénomène de diffraction de la lumière avec des structures de guide d'ondes pour propager les images générées par les composants optiques à travers le réseau de diffraction de la lentille. Ceci permet de réduire l'épaisseur de la lentille, rendant ainsi les lunettes de réalité augmentée plus semblables à des lunettes classiques.
En octobre 2024, Meta (anciennement Facebook) a introduit l'utilisation de guides d'ondes gravés en carbure de silicium associés à des microLED dans ses lunettes de réalité augmentée Orion, résolvant ainsi des problèmes majeurs tels que le champ de vision, le poids et les artefacts optiques. Pascual Rivera, chercheur en optique chez Meta, a déclaré que la technologie des guides d'ondes en carbure de silicium avait complètement transformé la qualité d'affichage des lunettes de réalité augmentée, faisant passer l'expérience de « points lumineux arc-en-ciel semblables à une boule à facettes » à une « expérience sereine comparable à celle d'une salle de concert ».
En décembre 2024, XINKEHUI a développé avec succès le premier substrat monocristallin semi-isolant de carbure de silicium de haute pureté de 12 pouces au monde, marquant une avancée majeure dans le domaine des substrats de grande taille. Cette technologie accélérera l'utilisation du carbure de silicium dans de nouvelles applications telles que les lunettes de réalité augmentée et les dissipateurs thermiques. Par exemple, une plaquette de carbure de silicium de 12 pouces permet de fabriquer 8 à 9 paires de lentilles pour lunettes de réalité augmentée, améliorant considérablement la productivité. Nous pouvons fournir des plaquettes de SiC pour répondre aux besoins de l'industrie des lunettes de réalité augmentée.
Récemment, XINKEHUI, fournisseur de substrats en carbure de silicium, s'est associé à MOD MICRO-NANO, société spécialisée dans les dispositifs optoélectroniques micro-nano, pour créer une coentreprise dédiée au développement et à la commercialisation de la technologie des lentilles à guide d'ondes diffractionnelles pour la réalité augmentée. Forte de son expertise technique en substrats de carbure de silicium, XINKEHUI fournira à MOD MICRO-NANO des substrats de haute qualité. Cette dernière pourra ainsi tirer parti de ses atouts en matière de technologie optique micro-nano et de traitement des guides d'ondes diffractionnels pour optimiser les performances de ces derniers. Cette collaboration devrait accélérer les avancées technologiques dans le domaine des lunettes de réalité augmentée et favoriser l'évolution du secteur vers des conceptions plus performantes et plus légères.
Lors du salon SPIE AR|VR|MR 2025, MOD MICRO-NANO a présenté ses verres de lunettes AR en carbure de silicium de deuxième génération, ne pesant que 2,7 grammes et d'une épaisseur de seulement 0,55 millimètre, plus légers que les lunettes de soleil ordinaires, offrant aux utilisateurs une expérience de port presque imperceptible, pour un design véritablement « léger ».
Applications du carbure de silicium dans les verres anti-reflets
Dans le processus de fabrication des guides d'ondes en carbure de silicium, l'équipe de Meta a surmonté les difficultés liées à la gravure oblique. Nihar Mohanty, responsable de la recherche, explique que la gravure oblique est une technique de gravure non conventionnelle qui consiste à graver des lignes selon un angle incliné afin d'optimiser l'efficacité du couplage et du découplage de la lumière. Cette avancée majeure a ouvert la voie à l'adoption massive du carbure de silicium dans les lunettes de réalité augmentée.
Les lunettes de réalité augmentée Orion de Meta sont un exemple d'application de la technologie du carbure de silicium dans ce domaine. Grâce à l'utilisation de guides d'ondes en carbure de silicium, Orion offre un champ de vision de 70 degrés et corrige efficacement les problèmes tels que les images fantômes et l'effet arc-en-ciel.
Giuseppe Carafiore, responsable de la technologie des guides d'ondes AR chez Meta, a souligné que l'indice de réfraction élevé et la conductivité thermique du carbure de silicium en font un matériau idéal pour les lunettes AR. Après la sélection du matériau, le défi suivant consistait à développer le guide d'ondes, et plus précisément le procédé de gravure inclinée du réseau. Carafiore a expliqué que le réseau, qui assure le couplage de la lumière vers et depuis la lentille, nécessite une gravure inclinée. Les lignes gravées ne sont pas disposées verticalement, mais selon un angle oblique. Nihar Mohanty a ajouté qu'ils étaient la première équipe au monde à réaliser une gravure inclinée directement sur des dispositifs. En 2019, Nihar Mohanty et son équipe ont construit une ligne de production dédiée. Auparavant, aucun équipement n'était disponible pour graver les guides d'ondes en carbure de silicium, et cette technologie n'était pas applicable en dehors du laboratoire.
Défis et perspectives d'avenir du carbure de silicium
Bien que le carbure de silicium présente un fort potentiel pour les lunettes de réalité augmentée, son application reste confrontée à plusieurs défis. Actuellement, ce matériau est onéreux en raison de sa croissance lente et de sa mise en œuvre complexe. Par exemple, une seule lentille en carbure de silicium pour les lunettes de réalité augmentée Orion de Meta coûte jusqu'à 1 000 $, ce qui rend difficile sa commercialisation auprès du grand public. Cependant, avec le développement rapide de l'industrie des véhicules électriques, le coût du carbure de silicium diminue progressivement. De plus, la mise au point de substrats de grande taille (tels que des plaquettes de 12 pouces) contribuera à réduire davantage les coûts et à améliorer l'efficacité.
La dureté élevée du carbure de silicium rend sa mise en œuvre complexe, notamment pour la fabrication de micro-nanostructures, ce qui entraîne de faibles rendements. À l'avenir, une collaboration plus étroite entre les fournisseurs de substrats en carbure de silicium et les fabricants de dispositifs optiques micro-nano devrait permettre de résoudre ce problème. L'utilisation du carbure de silicium dans les lunettes de réalité augmentée n'en est qu'à ses débuts, ce qui nécessite que davantage d'entreprises investissent dans la recherche et le développement d'équipements pour le carbure de silicium de qualité optique. L'équipe de Meta s'attend à ce que d'autres fabricants commencent à développer leurs propres équipements, car plus les entreprises investiront dans la recherche et les équipements pour le carbure de silicium de qualité optique, plus l'écosystème de l'industrie des lunettes de réalité augmentée grand public se renforcera.
Conclusion
Le carbure de silicium, grâce à son indice de réfraction élevé, son excellente dissipation thermique et sa grande dureté, s'impose comme un matériau clé dans le domaine des lunettes de réalité augmentée. De la collaboration entre XINKEHUI et MOD MICRO-NANO à l'application réussie du carbure de silicium dans les lunettes de réalité augmentée Orion de Meta, le potentiel de ce matériau pour les lunettes intelligentes a été pleinement démontré. Malgré les défis liés au coût et aux obstacles techniques, à mesure que la chaîne de valeur se développe et que la technologie progresse, le carbure de silicium devrait s'imposer dans le domaine des lunettes de réalité augmentée, contribuant à l'amélioration des performances, à la légèreté et à la démocratisation des lunettes intelligentes. À l'avenir, le carbure de silicium pourrait devenir le matériau dominant de l'industrie de la réalité augmentée, inaugurant une nouvelle ère pour les lunettes intelligentes.
Le potentiel du carbure de silicium ne se limite pas aux lunettes de réalité augmentée ; ses applications intersectorielles en électronique et en photonique offrent également de vastes perspectives. Par exemple, son utilisation dans l’informatique quantique et les dispositifs électroniques de puissance est activement explorée. Avec les progrès technologiques et la baisse des coûts, le carbure de silicium devrait jouer un rôle central dans de nombreux domaines, accélérant ainsi le développement des industries connexes. Nous pouvons fournir des plaquettes de SiC pour diverses applications, contribuant aux avancées de la réalité augmentée et au-delà.
Produit associé
Plaquette de silicium SiC 4H-N de 200 mm (8 pouces) de qualité recherche, conductrice factice
Date de publication : 1er avril 2025