该公司在光学期刊《eLight》公布了第二代碳化硅光波导的最新研究成果,并且据慕德微纳测算,未来碳化硅光波导的成本将低至650元左右。目前,该技术方案已供应给多家业内头部企业。
慕德微纳的第二代碳化硅光波导除了实现了超薄、超轻外,更值得注意的是它背后的2大关键技术创新。
首次展示了SiC衍射光波导的批量生产,解决了传统纳米压印技术的局限性问题。
引入超薄封装工艺,大幅降低镜片重量——单片SiC光波导重量3.795 g,厚度0.75 mm。
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慕德微纳:实现碳化硅光波导量产技术突破
慕德微纳在文献中强调,衍射光波导正成为未来AR系统的最终选择,但是传统玻璃基衍射光波导存在巨大的技术局限性,例如:体积和重量较大,而且全彩显示中会出现彩虹伪影。
他们认为,半绝缘 4H-SiC是AR衍射光波导实现超薄、超轻、彩色、无彩虹伪影,且具有视力矫正功能关键技术。
实验结果表明,慕德微纳的第二代SiC光波导在30.82°视场角(FOV)下实现了全彩、无彩虹伪影的显示,在RGB显示模式下工作时,亮度效率高达1238.10 nit/lm,亮度均匀性为 20.45%,图像失真仅为1.52%。
但是截至该文献发表前,全球很少有企业实现SiC光波导的规模化量产。基于此,慕德微纳以“单层、全彩、无彩虹伪影”作为技术研发重心的同时,他们还开发出了2项技术创新。
纳米压印技术创新
传统的纳米压印(NIL)技术通常是将纳米结构复制到玻璃或树脂基板表面,结构层通常保留在纳米压印光刻胶内。因此,用这种方法制造的器件的光学性能受到光刻胶和玻璃折射率的限制,并且所得结构由于易碎而容易损坏。
慕德微纳团队提到,为了突破传统NIL技术的局限性,他们开发了一种可大规模生产的纳米压印剥离工艺(NIL-to-lift-off)。
与纳米压印刻蚀工艺(NIL-to-etch)不同,慕德微纳采用金属掩模,从而实现更高的蚀刻选择性和更广泛的适用性。该工艺首先在SiC晶圆上旋涂剥离光刻胶,巧妙地利用纳米压印批量化转移结构图案,通过蒸镀与剥离工艺实现金属掩模制备,攻克了SiC这类硬脆材料的干法刻蚀低选择比难题。
慕德微纳表示,采用该工艺并叠加碳化硅衬底的大幅降价,未来光波导的成本可以大幅降低。
据该团队测算,当使用8英寸SiC衬底时,单片衬底可以容纳8个光波导单元,按照月产量5000片计算,SiC光波导的单位成本为900元人民币,而将生产规模提高到每月20000片,预计SiC光波导的单位成本将降至651元人民币。
超薄封装技术创新
同时为了提高透射率并保护光波导结构,慕德微纳还为碳化硅光波导引入了2种超薄工艺.
首先,光波导采用夹层结构。据介绍,这种超薄封装方法可以保护SiC光波导并提高光透射率。
慕德微纳的夹层结构SiC光波导
测量结构表明,其单目SiC 光波导的重量仅为3.795 g,与 10–15 g 的传统高折射率玻璃光波导相比,重量大幅减轻。此外,该SiC光波导的厚度仅为0.75 毫米,比传统 AR 眼镜的 2–3 毫米厚度要薄得多。
同时该团队还通过NIL工艺制造了一种超薄处方菲涅尔透镜,该透镜的 PET 薄膜厚度为 200μm,与传统透镜相比,厚度减少了90%以上,这种超薄处方菲涅尔透镜提供了一种多功能、低成本、高良率和高集成的视力矫正解决方案,满足了 AR 视力矫正的关键性能要求。
4吋SiC光波导片(左)、封装切割后的SiC光波导(右上)、切割后的菲涅尔透镜(右下)
该团队表示,他们的第二代光波导解决方案已过渡到大规模生产阶段,目前,该技术方案已供应给多家业内头部企业,正为AR显示行业的技术进步持续助力。
抢占AR眼镜新蓝海 国内SiC企业开始布局
如今,随着碳化硅光波导技术的不断突破,AR眼镜在今年迎来“小爆发”,包括慕德纳微在内,国内外多家眼镜企业宣布开发或正式推出基于碳化硅光波导的眼镜,国内碳化硅企业也开始布局这一领域,企图抢占这一新蓝海。
为了进一步探索SiC光波导的规模化量产进程及商业化路径,10月15日,由行家说三代半、行家说Display联合主办的“化合物半导体(SiC/Micro LED)赋能AR眼镜技术创新发展论坛”即将在深圳举办。
据悉,本次大会旨在汇聚行业专家和厂商代表,共同探讨SiC光波导及Micro LED微显示器的技术瓶颈与市场前景,推动产业链协同发展。目前,天科合达、鸿石智能、晶湛半导体等已确认出席。
本次大会特设置两大主题专场:
一是SiC光波导专场及供应链进程,将邀请AR眼镜产业链端的各个代表厂商,分享碳化硅材料在AR眼镜的发展现状及技术方向。其中,天科合达作为国内SiC代表厂商,将带来《大尺寸SiC发展趋势及在AR眼镜光学领域应用进展》的主题报告,以AR眼镜的发展视角深度解析大尺寸SiC衬底的技术突破方向与量产落地节奏,分享天科合达在该领域的产品及解决方案。
二是Micro LED 光机专场及相关解决方案,将联合AR终端厂商及Micro LED核心供应链,将展示Micro LED驱动背板与芯片量产进展,探讨巨量转移及光机集成工艺突破,并剖析消费级AR商业化面临的现实挑战与推进策略。
此外,行家说Research将于现场重磅发布《2025 AI+AR眼镜光学显示调研白皮书》,该白皮书就涵括了光波导与SiC 技术及应用进展、光机与Micro LED 技术及应用进展、AI+AR眼镜市场规模及前景分析等内容。
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