AR眼镜的“钻石芯”来了！碳化硅革命能否引爆XR行业进入下一轮风口大战

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行业里都说这个蛇年是 " 眼镜蛇年 "，今年以来各家厂商挤破头进入智能眼镜战场，几乎每半个月就有智能眼镜新品上市。然而近期又一项新的技术突破，可能会让今年的 " 百镜大战 " 来得更加猛烈。

近期，杭州慕德微纳的碳化硅光波导技术又实现了新的突破：他们在《eLight》期刊上发布论文，公开了第二代碳化硅光波导的最新技术。

四句话介绍一下背景：碳化硅（SiC）就是我们熟悉的莫桑石，经常被用来当钻石的平替。20 世纪中期人们开始把碳化硅（SiC）当作半导体材料。碳化硅（SiC）光波导材料（以下简称SiC 光波导），是一种具备卓越的热导率和抗光损伤阈值的眼镜片材料，可实现高亮度、无彩虹效应的 AR 显示。慕德微纳是国内衍射光波导领域的领军企业之一。

那么，这次的新技术有哪些亮点呢？能解决 AR 行业的什么痛点，带来什么突破呢？

八大技术亮点，招招解决 AR 痛点

1、高折射率与宽视场角

为制造更薄、更轻、更平的光学镜片，保证光学产品的高性能 + 体积紧凑，就要提高光学材料的折射率。传统的玻璃材料折射率一般不超过 2.0。因为制造更高折射率的玻璃不仅会带来色散，导致明显的色差问题，还会降低透光率。而且高折射率玻璃要添加稀有元素，制造成本也很高。

然而，目前 SiC 的折射率可以做到2.6 – 2.7，远高于传统玻璃 2.0 的折射率。传统高折射率玻璃由于材料限制，单片能够提供的最大全彩色视场角不超过 40 度。但 SiC 光波导支持 >70 ° 的对角线视场。

这种高折射率使得比起玻璃材料，光波导材料能更有效地束缚和引导光波，从而实现更宽的视场角和更高的光学效率，提供更沉浸式的视觉体验，提升 AR 应用的实用性。

2、全彩显示，无彩虹伪影

通常，外界环境光经过位于波导表面的光栅的衍射后，会发生色散，形成类似彩虹一样的模糊色彩。这就是 AR 眼镜佩戴者常常吐槽的彩虹伪影。

这次，专家通过优化光栅结构设计和光栅周期（如 275 – 288 nm），将环境光衍射到人眼视线之外，从而有效抑制了彩虹伪影。论文中提到，第二代 SiC 光波导在30.82 ° 视场角（FOV）下实现了全彩显示，且没有任何彩虹伪影。

这一技术革新解决了之前 AR 眼镜片因光栅衍射导致的彩虹伪影问题，提升了眼镜的显示品质，尤其是强光之下的显示品质，给用户展示更干净、清晰的画面。

3、超薄、超轻设计

第二代 SiC 光波导的厚度仅为0.75 mm，重量为3.795g（单目），远低于传统玻璃光波导 2 – 3mm 的厚度，也远轻于玻璃光波导 10 – 15g 的重量。

如何做到的呢？慕德微纳通过纳米压印剥离工艺（NIL-to-lift-off）和超薄封装技术，实现了结构的轻量化和紧凑化。这种厚度和重量可以让 AR 眼镜变薄、变轻，显著提升佩戴舒适度和便携性。

4、高亮度、高均匀性

研究人员通过优化 EPE（出瞳扩展）和 OC（输出耦合器）区域的光栅结构，提高了光的耦合效率和均匀性。相比玻璃材料，SiC 光波导的亮度效率高达 1238.10 nit/lm，亮度均匀性为 20.45%，图像畸变仅为 1.52%。

翻译一下：1238.10 nit/lm 是一个非常高的数值，远超大多数传统显示屏；表明该材料在将电能转化为光能方面效率极高，对于延长设备续航至关重要。1.52% 的畸变是一个很不错的表现，能够有效保证画面的保真度。

这一代 SiC 光波导不仅在黑暗的室内环境里有明艳的显示效果，在户外强光环境下也能提供清晰、明亮的显示效果，如下图所示：

5、高硬度、耐久性强

作为钻石的平替，SiC 材料硬度高，不易变形，不易氧化或老化，具有优异的化学稳定性。这些物理特性使其在极端温度、湿度和压力环境下仍能保持稳定。

这些性能一方面可以提高 AR 眼镜的耐用性和使用寿命，另一方面也可以拓展产品的使用场景——尤其像采矿、化工、医疗、消防等领域，佩戴者可能面临更极端的温湿度等物理条件，SiC 材料制成的 AR 眼镜将更好地发挥性能。

6、成本低、可量产

得益于 NIL-to-lift-off 工艺和大尺寸晶圆扩径技术，慕德微纳实现了SiC 光波导材料的规模化生产，成本也大大降低了。

根据相关估算，当采用 8 英寸 SiC 晶圆作衬底，如果月产量能提高到20000 片，那么 SiC 光波导的单位成本可降至惊人的651 元。这将大大降低该材料走向商业化的成本。

7、集成化视觉矫正功能

在 AR 眼镜的视力矫正功能方面，NIL-to-lift-off 工艺还可以用来制造超薄菲涅尔透镜，该透镜的厚度仅有 200 μ m，比过去的透镜厚度薄了 90%，而且加工该透镜的良品率也更高。将来，该透镜可以为 AR 眼镜提供个性化的视觉矫正，满足不同视力用户的多样化需求。

8、高散热性能

SiC 光波导材料本身作为散热材料，可有效传导光学引擎和计算单元产生的热量，导热能力是玻璃 400 多倍，能快速散热。这样就能避免因长时间使用 AR 眼镜导致的设备过热问题，提升用户体验。

碳化硅（SiC）光波导，

让 AR 再次伟大？

光学显示模组永远是 AR 眼镜的核心，目前主流的 AR 镜片技术主要采用玻璃、树脂等材料。但玻璃的问题在于易碎且重量大，树脂的问题在于折射率低、易刮擦、易形变。

对于追求轻便和高性价比的消费级产品，通常会使用树脂镜片结合衍射波导技术；对于追求极致光学性能和沉浸感的产品，通常使用多层玻璃透镜组、复杂光波导（几何 / 全息）或者 Pancake 透镜，并结合 Micro-OLED 显示技术。

此次公开的新型碳化硅（SiC）光波导技术，具有超薄、超轻、全彩显示、无彩虹伪影、高亮度、高均匀性、高硬度、高导热性、低成本、可量产等优势。这不仅解决了传统 AR 显示中重量大、体积大、彩虹伪影、亮度低、耐久性差、成本高、难以量产等问题，还为 AR 眼镜的轻量化、个性化、高性能、低成本发展提供了新的方向，可以让目前的 XR 显示领域更上一层楼。

下一步，随着新型的光学材料问世，国内的智能眼镜企业是否会开发基于碳化硅（SiC）光波导技术的新款产品呢？我想答案是肯定的。

目前，当我们提到 AR 眼镜或者 VR 头显，往往想到的都是观影、打游戏等娱乐场景。而随着越来越多的新技术问世，越来越多的高硬度、高散热和低成本材料诞生，消费级与工业级应用的界限正在慢慢变得模糊，ARVR 的使用场景也将不设边界。未来，我们佩戴的不仅是用来娱乐的工具，更是新型生产力工具。

写到这里，我想到近期在微博上看到的一个话题：未来头显会取代手机吗？