증강현실(AR) 기술의 급속한 발전과 함께, AR 기술의 중요한 매개체인 스마트 안경은 구상 단계에서 현실로 점차 전환되고 있습니다. 그러나 스마트 안경의 광범위한 도입은 여전히 많은 기술적 과제에 직면하고 있으며, 특히 디스플레이 기술, 무게, 방열, 광학 성능 측면에서 어려움을 겪고 있습니다. 최근 몇 년 동안 신소재인 탄화규소(SiC)는 다양한 전력 반도체 소자 및 모듈에 널리 적용되어 왔으며, 이제 AR 안경 분야의 핵심 소재로 자리 잡고 있습니다. 탄화규소는 높은 굴절률, 탁월한 방열 특성, 높은 경도 등의 특징으로 AR 안경의 디스플레이 기술, 경량 설계, 방열 분야에서 상당한 잠재력을 보여줍니다. 저희는SiC 웨이퍼이러한 분야 개선에 중요한 역할을 하는 실리콘 카바이드에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 아래에서는 실리콘 카바이드가 그 특성, 기술적 혁신, 시장 응용 분야 및 미래 전망 측면에서 스마트 안경에 어떻게 혁신적인 변화를 가져올 수 있는지 살펴보겠습니다.
탄화규소의 특성 및 장점
탄화규소는 높은 경도, 높은 열전도도, 높은 굴절률 등 우수한 특성을 가진 와이드 밴드갭 반도체 소재입니다. 이러한 특성 덕분에 전자 장치, 광학 장치, 그리고 열 관리 분야에서 폭넓은 활용 가능성을 제공합니다. 특히 스마트 안경 분야에서 탄화규소의 장점은 다음과 같습니다.
높은 굴절률: 탄화규소는 2.6 이상의 굴절률을 가지고 있으며, 이는 수지(1.51~1.74)나 유리(1.5~1.9)와 같은 기존 소재보다 훨씬 높습니다. 높은 굴절률은 탄화규소가 빛 전파를 더욱 효과적으로 억제하여 빛 에너지 손실을 줄이고, 디스플레이 밝기와 시야(FOV)를 향상시킨다는 것을 의미합니다. 예를 들어, Meta의 Orion AR 안경은 탄화규소 도파관 기술을 사용하여 70도의 시야각을 구현하는데, 이는 기존 유리 소재의 40도 시야각을 훨씬 뛰어넘는 수치입니다.
탁월한 방열 성능: 탄화규소는 일반 유리보다 열전도율이 수백 배 높아 빠른 열 전도를 가능하게 합니다. 방열은 AR 안경, 특히 고휘도 디스플레이와 장시간 사용 시 중요한 문제입니다. 탄화규소 렌즈는 광학 부품에서 발생하는 열을 빠르게 전달하여 장치의 안정성과 수명을 향상시킵니다. 당사는 이러한 응용 분야에서 효과적인 열 관리를 보장하는 SiC 웨이퍼를 제공합니다.
높은 경도와 내마모성: 탄화규소는 다이아몬드 다음으로 단단한 소재로 알려져 있습니다. 따라서 탄화규소 렌즈는 내마모성이 뛰어나 일상생활에 적합합니다. 반면 유리와 수지 소재는 긁힘에 취약하여 사용자 경험에 영향을 미칩니다.
레인보우 효과 방지: AR 안경에 사용되는 기존 유리 소재는 주변광이 도파관 표면에 반사되어 역동적인 색상 패턴을 형성하는 레인보우 효과를 생성하는 경향이 있습니다. 실리콘 카바이드는 격자 구조를 최적화하여 디스플레이 품질을 향상시키고 도파관 표면에서 주변광이 반사되어 발생하는 레인보우 효과를 제거함으로써 이 문제를 효과적으로 해결할 수 있습니다.
AR 안경에 적용된 실리콘 카바이드의 기술적 혁신
최근 몇 년간 AR 안경에 사용되는 실리콘 카바이드의 기술적 혁신은 주로 회절 도파관 렌즈 개발에 집중되어 왔습니다. 회절 도파관은 빛의 회절 현상과 도파관 구조를 결합하여 광학 부품에서 생성된 이미지를 렌즈의 회절격자를 통해 전파하는 디스플레이 기술입니다. 이를 통해 렌즈 두께가 줄어들어 AR 안경이 일반 안경과 더욱 유사해 보입니다.
2024년 10월, 메타(구 페이스북)는 오리온(Orion) AR 글래스에 마이크로 LED와 결합된 실리콘 카바이드 에칭 도파관을 도입하여 시야각, 무게, 광학적 아티팩트 등의 주요 병목 현상을 해결했습니다. 메타의 광학 과학자 파스쿠알 리베라는 실리콘 카바이드 도파관 기술이 AR 글래스의 디스플레이 품질을 완전히 변화시켜 "디스코볼 같은 무지개 빛 점"에서 "콘서트홀 같은 고요한 경험"으로 변화시켰다고 밝혔습니다.
2024년 12월, XINKEHUI는 세계 최초로 12인치 고순도 반절연 탄화규소 단결정 기판을 개발하여 대형 기판 분야에서 획기적인 발전을 이루었습니다. 이 기술은 AR 안경 및 방열판과 같은 새로운 응용 분야에서 탄화규소의 적용을 가속화할 것입니다. 예를 들어, 12인치 탄화규소 웨이퍼는 8~9쌍의 AR 안경 렌즈를 생산할 수 있어 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 당사는 AR 안경 산업에서 이러한 응용 분야를 지원하기 위해 SiC 웨이퍼를 제공할 수 있습니다.
최근 실리콘 카바이드 기판 공급업체 XINKEHUI는 마이크로나노 광전자소자 회사인 MOD MICRO-NANO와 협력하여 AR 회절 도파관 렌즈 기술의 개발 및 시장 진출에 중점을 둔 합작법인을 설립했습니다. 실리콘 카바이드 기판 분야의 전문 기술을 보유한 XINKEHUI는 MOD MICRO-NANO에 고품질 기판을 제공할 예정이며, MOD MICRO-NANO는 마이크로나노 광학 기술과 AR 도파관 공정 분야의 강점을 활용하여 회절 도파관의 성능을 더욱 최적화할 것입니다. 이번 협력은 AR 안경의 기술적 혁신을 가속화하여 업계의 고성능 및 경량화 추세를 촉진할 것으로 예상됩니다.
MOD MICRO-NANO는 2025 SPIE AR|VR|MR 전시회에서 2세대 실리콘 카바이드 AR 안경 렌즈를 선보였습니다. 무게는 2.7g에 불과하고 두께는 0.55mm에 불과해 일반 선글라스보다 가볍고, 착용감이 거의 느껴지지 않아 진정한 '가벼운' 디자인을 구현했습니다.
AR 안경에 실리콘 카바이드를 적용한 사례
메타 팀은 실리콘 카바이드 도파관 제조 공정에서 경사 에칭 기술의 어려움을 극복했습니다. 연구 책임자인 니하르 모한티는 경사 에칭이 광 결합 및 분리 효율을 최적화하기 위해 경사각으로 선을 에칭하는 비전통적인 격자 기술이라고 설명했습니다. 이 획기적인 기술은 AR 안경에 실리콘 카바이드가 대량 도입되는 토대를 마련했습니다.
메타의 오리온 AR 안경은 실리콘 카바이드 기술을 AR에 적용한 대표적인 사례입니다. 실리콘 카바이드 도파관 기술을 사용하여 70도 시야각을 구현하고 고스팅 및 무지개 효과와 같은 문제를 효과적으로 해결합니다.
메타(Meta)의 AR 도파관 기술 책임자인 주세페 카라피오레(Giuseppe Carafiore)는 실리콘 카바이드의 높은 굴절률과 열전도율이 AR 안경에 이상적인 소재라고 언급했습니다. 소재 선정 후, 다음 과제는 도파관, 특히 격자를 위한 경사 에칭 공정을 개발하는 것이었습니다. 카라피오레는 렌즈 안팎으로 빛을 결합하는 역할을 하는 격자가 경사 에칭을 사용해야 한다고 설명했습니다. 에칭된 선들은 수직으로 배열되지 않고 비스듬한 각도로 분포됩니다. 니하르 모한티(Nihar Mohanty)는 자신들이 세계 최초로 디바이스에 직접 경사 에칭을 구현한 팀이라고 덧붙였습니다. 2019년, 니하르 모한티와 그의 팀은 전용 생산 라인을 구축했습니다. 그 전에는 실리콘 카바이드 도파관을 에칭할 장비가 없었고, 이 기술은 실험실 밖에서는 실현 가능하지 않았습니다.
실리콘 카바이드의 과제와 미래 전망
실리콘 카바이드는 AR 글래스 분야에서 큰 잠재력을 보여주지만, 아직 여러 가지 난제에 직면해 있습니다. 현재 실리콘 카바이드 소재는 성장 속도가 느리고 가공이 어려워 가격이 높습니다. 예를 들어, 메타(Meta)의 오리온(Orion) AR 글래스용 실리콘 카바이드 렌즈 하나의 가격이 1,000달러에 달해 소비자 시장의 요구를 충족하기 어렵습니다. 그러나 전기 자동차 산업의 급속한 발전으로 실리콘 카바이드 가격은 점차 낮아지고 있습니다. 또한, 12인치 웨이퍼와 같은 대형 기판 개발은 비용 절감 및 효율 향상을 더욱 촉진할 것입니다.
탄화규소의 높은 경도는 특히 마이크로나노 구조 제조 공정을 어렵게 만들어 수율 저하로 이어집니다. 향후 탄화규소 기판 공급업체와 마이크로나노 광학 제조업체 간의 긴밀한 협력을 통해 이 문제가 해결될 것으로 예상됩니다. AR 안경에 탄화규소를 적용하는 것은 아직 초기 단계이므로 더 많은 기업들이 광학 등급 탄화규소 연구 및 장비 개발에 투자해야 합니다. 메타 팀은 광학 등급 탄화규소 연구 및 장비에 대한 기업들의 투자가 증가함에 따라 다른 제조업체들도 자체 장비 개발에 착수할 것으로 예상합니다. 소비자 등급 AR 안경 산업 생태계는 더욱 강화될 것입니다.
결론
높은 굴절률, 뛰어난 방열성, 그리고 높은 경도를 갖춘 탄화규소는 AR 안경 분야의 핵심 소재로 자리 잡고 있습니다. XINKEHUI와 MOD MICRO-NANO의 협력부터 Meta의 Orion AR 안경에 탄화규소를 성공적으로 적용한 사례까지, 스마트 안경 분야에서 탄화규소의 잠재력은 충분히 입증되었습니다. 비용 및 기술적 어려움과 같은 어려움에도 불구하고, 산업 체인이 성숙하고 기술이 지속적으로 발전함에 따라 탄화규소는 AR 안경 분야에서 빛을 발하며 스마트 안경의 성능 향상, 경량화, 그리고 폭넓은 채택을 이끌 것으로 예상됩니다. 앞으로 탄화규소는 AR 산업의 주류 소재가 되어 스마트 안경의 새로운 시대를 열 것으로 예상됩니다.
실리콘 카바이드의 잠재력은 AR 안경에만 국한되지 않습니다. 전자 및 광자공학 분야에서 산업 간 응용 분야 또한 무궁무진한 가능성을 보여줍니다. 예를 들어, 양자 컴퓨팅 및 고전력 전자 소자에 실리콘 카바이드를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 기술이 발전하고 비용이 감소함에 따라 실리콘 카바이드는 더 많은 분야에서 중추적인 역할을 수행하여 관련 산업의 발전을 가속화할 것으로 예상됩니다. 당사는 다양한 응용 분야에 SiC 웨이퍼를 공급하여 AR 기술뿐 아니라 그 이상의 발전을 지원합니다.
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게시 시간: 2025년 4월 1일