AR眼镜被视为AI落地端侧的最佳载体,,,AI+AR已成大势所趋。。。。然而,,在AI功能持续融入AR眼镜的过程中,,,基于玻璃、、、、树脂等传统镜片基底材料的光波导方案,,,难以满足AR及AI眼镜对更广视角、、、更低重量、、、更长续航时间的追求。。。。近年来,,,,宽禁带半导体的代表材料——碳化硅,,进入了AR整机厂商的视野。。在新能源领域,,,碳化硅已经成为提升能源转换效率和系统功率密度的核心材料。。如今,,在光学显示领域,,,,碳化硅被视为破解AR全彩显示核心瓶颈的“钥匙”。。围绕碳化硅在AR眼镜的规模化应用,,碳化硅、、、、光波导、、AR整机企业正在协作开展技术创新与需求适配。。。。

高折射率、、、高导热率,,,,碳化硅破解AR显示痛点
AR眼镜追求轻薄形态的趋势,,,使光波导从离轴、、棱镜、、、自由曲面等诸多光学显示技术中脱颖而出,,,成为AR光学方案的主流。。。而光波导方案中,,,,又以几何光波导、、、衍射光波导两种技术路线最为成熟。。。其中,,,衍射光波导能将FOV(视场角)做得更大、、镜片做得更薄,,,,从2015年起就陆续应用于微软Hololens、、Magic Leap one、、OPPO Air Glasses等AR或全息眼镜产品。。
然而,,,AR眼镜基底材料多为玻璃或树脂。。。随着AR眼镜全面拥抱AI,,,,功能集成度与显示品质要求不断提升,,,玻璃衍射光波导暴露出明显的局限,,,,包括体积重量偏大以及全彩显示中的彩虹纹现象等。。
2019年,,,,Meta公司的AR眼镜团队,,,,将目光投向了宽禁带半导体材料的代表——碳化硅。。。当时,,,Meta Orion团队为Meta创始人兼首席执行官马克·扎克伯格演示了AR眼镜的碳化硅波导方案。。。。时隔6年,,,Meta光学科学家Pasqual Rivera仍然对那次演示记忆犹新。。在Meta于2025年3月发布的博文中,,Rivera提到,,,佩戴采用玻璃衍射波导方案的AR眼镜时,,,,仿佛置身于迪斯科舞厅,,,,布满视野的彩虹纹让他无法将注意力集中到AR内容本身,,而戴上碳化硅波导眼镜的那一刻,,,,他看到了AR眼镜的另一种可能,,,“当你换上碳化硅光波导眼镜,,,仿佛来到交响乐厅,,聆听静谧的古典乐章,,,终于能全身心沉浸在全景体验中,,,,这彻底改变了游戏规则。。。。”

碳化硅波导晶片(来源:Meta官网)
爱橙光电技术中心总经理王笃祥向《中国电子报》记者表示,,,,碳化硅的高折射率和高导热率,,,,能够为AR眼镜带来四大优势。。。
一是实现更大视场角。。。。相比普通树脂约1.51、、、、高折射率树脂约1.74、、、普通玻璃约1.5、、、高折射率玻璃约1.9的折射率,,,碳化硅材料折射率可达2.6以上。。。在光波导结构中,,,,基底材料的折射率越高,,AR镜片能实现的视场角越大。。。。传统玻璃经过三层堆叠后的视场角仅为40度左右,,,而单层碳化硅镜片即可实现80度以上视场角。。。。
二是有助于解决彩虹纹问题。。。彩虹纹指环境光透过AR波导后,,白光变成彩虹光的分光现象,,,,本质上是光栅对不同波长(颜色)光的衍射角度差异导致的色散。。高折射率的碳化硅可以压缩光在材料中的有效波长,,进而降低光栅周期,,,,增大环境光的衍射角度,,,使其超出人眼的观察范围,,,,进而解决分光造成的彩虹纹问题。。。。
三是延长稳定续航时间。。。碳化硅的热导率(约490W/m·K)远高于玻璃(约1W/m·K)、、、、树脂等传统光学材料,,能够快速传导光机模块和计算单元产生的热量,,,,避免局部温度过高导致的性能下降或器件损坏,,支持高亮度显示(如5000尼特峰值亮度)和长时间稳定运行。。。。
四是简化散热设计。。。。传统AR眼镜依赖镜腿散热模块或主动冷却系统,,,,增加了设备重量和复杂度。。。碳化硅的高热导性允许将散热功能集成到光波导片本身,,,,通过被动散热即可满足需求。。此外,,,碳化硅优秀的散热性能为提升AR眼镜集成度、、、、配置更多传感器留出冗余。。。。

Meta Orion眼镜、、肌电信号腕带和独立计算单元(来源:Meta官网)
2024年9月,,Meta推出其首款AR眼镜Orion的原型机。。基于碳化硅波导方案,,,,这款AR眼镜实现了约70度的视场角,,是当时AR眼镜最广阔的视野范围,,并构建了能够最大限度抑制彩虹纹等杂散光影响的光学堆栈结构,,,还优化了功率与能效表现。。Meta Orion的全透明镜片,,,使用户佩戴时仍能清晰地看到他人的眼神与表情,,,在享受数字体验的同时,,,,保持与现实世界的真实联结。。。自此,,,产业界对于碳化硅的热情,,,被彻底点燃。。。。
国内产业创新蓄势,,,上下游适配正当时
中国在光学显示和宽禁带半导体领域的产业布局,,,,为碳化硅在AR显示的规模化应用打下坚实基础。。。在显示领域,,,中国是全球最大的显示面板生产制造基地和研发应用地区;在宽禁带半导体领域,,,中国宽禁带半导体器件规模稳步提升,,,装备国产化进一步加速,,,衬底和晶圆制造产线加快建设和产能释放。。。
在此基础上,,,国内高校和企业,,,正在围绕碳化硅波导的设计、、、、制造、、、、封装等环节,,,,推出更多满足AR光学需要并具备规模化量产可行性的技术方案。。。。比如,,西湖大学、、慕德微纳(杭州)科技有限公司团队于2025年8月发表在《eLight》论文中,,,提到了一种“采用碳化硅材料成功研发出超轻、、、超薄的衍射光波导”的方案,,,,实现了单层碳化硅衍射光波导的设计、、量产级制造与封装。。。
在材料上,,该方案选用半绝缘4H-SiC(采用四层六方堆叠结构的碳化硅)作为基底材料;在工艺上,,,开发出适用于大规模生产的纳米压印剥离工艺,,,,实现了图案在碳化硅晶圆上的高效转印;在封装上,,,,通过引入超薄封装工艺,,采用硬质涂层与抗反射涂层构成的夹层结构包裹碳化硅波导,,有效提升了透光率并保护波导结构。。经封装与激光切割后,,,最终成型的单片碳化硅波导重量仅3.795克,,厚度0.75毫米,,,相较当前主流衍射光波导在尺寸与重量上实现显著突破。。。同时,,本土碳化硅企业纷纷推出符合AR光学要求的产品,,并深化与AR整机厂商的合作。。
宽禁带半导体供应商湖南爱橙(爱橙光电全资子公司),,,推出了整体性能满足AR眼镜制造需求的光学晶片,,,,并有充足的产能储备,,,,产量持续爬坡。。目前其6英寸及8英寸光学晶片已通过国际头部客户认证,,,并实现小批量出货,,12英寸光学晶片已向客户送样验证。。。。同时,,依托爱橙光电业界领先的Micro-LED量产能力,,湖南爱橙的SiC衬底可以在AR眼镜应用领域与Micro-LED形成解决方案协作,,,积极推动国产技术规模化落地与应用。。

湖南爱橙面向AR设备的光学晶片
碳化硅衬底供应商天科合达与慕德微纳出资成立合资公司,,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。。在今年3月的Semicon China 2025,,,天科合达展示了结合慕德微纳光波导技术的碳化硅光波导AR眼镜。。。。
面向AR+AI的技术趋势,,,持续强化产业链上下游协同适配,,,,已经成为碳化硅与AR产业从业者的共识。。今年9月,,,,工业和信息化部电子信息司在京组织开展AR眼镜-碳化硅材料产业链供需对接活动。。。。AR眼镜整机、、光波导、、、、微显示和碳化硅材料等领域的十余名行业组织和企业代表参加。。。。参加人员一致认为,,要充分发挥我国在相关领域的技术和市场优势,,,坚持应用牵引,,强化需求导向和问题导向,,,,加强产业链上下游协同和供需适配,,共同推动电子信息制造业高质量发展。。
王笃祥表示,,当前限制碳化硅材料广泛应用于AR眼镜的主要原因是碳化硅镜片成本,,,而这需要基于产业链协作和本地化配套来解决。。。。
“8英寸、、、、12英寸碳化硅晶片分别能切削出4副、、10副镜片,,,,相比玻璃和树脂材质,,碳化硅镜片成本高出很多。。。未来碳化硅晶片应用于AR眼镜需要大幅度降低成本,,,,碳化硅晶体生长和晶圆加工设备、、原料、、、辅料等方向都需要国产化,,,并通过大规模生产降低成本。。。”王笃祥说道。。。。
文章来源:中国电子报