실리콘 카바이드 광 도파관의 응용 - -AR 안경
June 27, 2025
탄화규소 광학 도파관의 응용 - AR 글래스
I. 탄화규소(SiC) 도파관의 핵심 기술적 장점
1. 높은 굴절률 및 광학 성능의 획기적인 발전
탄화규소(SiC) 도파관은 최대 2.7의 높은 굴절률을 제공하며(유리 기판의 경우 2.0에 불과), 총 내부 반사 효율을 크게 향상시킵니다. 이는 다층 도파관 스택의 필요성을 줄이고 단일층 도파관으로 풀 컬러 디스플레이를 가능하게 합니다. 이 특성은 파장에 따른 회절 효율 변화로 인해 발생하는 기존 표면 릴리프 격자(SRG) 도파관의 “무지개 효과”를 효과적으로 해결하는 동시에 유리 기반 시스템에 비해 30% 이상 광학 손실을 줄입니다.
사례 연구: SiC 도파관을 통합한 후 Meta의 Orion AR 글래스는 5mm 미만의 광학 엔진 두께, 40%의 무게 감소, 85%로 향상된 광 효율을 달성했습니다.
2. 열적 안정성 및 기계적 강도
SiC는 매우 높은 열 전도율(490 W/m·K)을 가지며, 유리의 100배 이상으로 AR 장치에서 고출력 광원의 열을 효율적으로 발산하여 열 변형을 최소화합니다. Mohs 경도가 9.5(다이아몬드 다음으로 높음)인 SiC는 또한 뛰어난 내마모성을 제공하여 소비재 전자 제품의 장기간 사용에 이상적입니다.
3. 미래 기술 트렌드와의 호환성
SiC는 자외선에서 중적외선까지 초광대역 전송을 지원하여 Micro LED 및 레이저 스캐닝과 같은 차세대 디스플레이 기술과의 호환성을 보장합니다. Meta Labs는 이미 홀로그래픽 프로젝션 시스템에서 성능 이점을 검증했습니다.
| 도파관 기판 재료 | 수지 | 유리 (고굴절 유리 포함) | 탄화규소 (SiC) |
|---|---|---|---|
| 삽화 | 수지 | 유리 | S |
| 굴절률 | 1.49–1.6 | 1.5–1.9 | 2.7 |
| 광대역폭 | 좁음 | 중간 | 넓음 |
| 열 전도율 | 낮음 | 중간 | 매우 높음 |
| 내식성 | 중간 | 높음 | 매우 높음 |
| 비용 | 낮음 | 중간 | 높음 |
| 가공 난이도 | 쉬움 | 중간 | 어려움 |
II. 시장 잠재력 추정 및 주요 성장 동력
1. 수요 측면: AR 하드웨어 보급 증가
소비자 AR 확장: Apple의 Vision Pro가 업계를 선도하고 있습니다. 2030년까지 전 세계 AR 글래스 출하량은 2억 대에 이를 것으로 예상되며, 그 중 30%가 SiC 도파관 솔루션을 채택할 것으로 예상됩니다. 이는 6천만 대에 해당합니다.
기업용 애플리케이션: 산업 및 의료 분야에서 고휘도, 고온 저항성 AR 장치에 대한 수요가 증가하고 있습니다. SiC 도파관은 극한 환경에서 명확한 이점을 보여줍니다.
2. 비용 절감 경로
현재 병목 현상: 현재 SiC 도파관의 단가는 약 1,000달러이며, 재료(고순도 SiC 분말)가 약 40%를 차지합니다. 낮은 제조 수율(20% 미만)로 인해 조각당 최대 500달러의 재료 손실 비용이 발생합니다.
비용 절감 전략:
재료: 8인치 SiC 기판의 대량 생산(2026년 이후 예상)은 원자재 비용을 30% 절감할 수 있습니다.
공정: 펨토초 레이저 절단과 같은 고급 기술은 수율을 50% 이상으로 향상시킬 수 있습니다.
규모: Meta 및 Apple과 같은 주요 업체의 주문은 생산 능력 확장을 촉진할 것입니다. 감가상각 비용이 상각됨에 따라 단가는 조각당 RMB 1,000 미만(약 140달러)으로 떨어질 것으로 예상됩니다.
3. 시장 규모 예측
보수적 시나리오(2030년, 600만 대): 단가 RMB 1,000 → 시장 규모 RMB 60억.
낙관적 시나리오(30% 보급률, 1,000만 대): 단가 RMB 1,000 → 시장 규모 RMB 100억.
III. 산업 체인의 주요 세그먼트 및 국내 기회
1. 기판 재료: Tianyue Advanced의 전략적 위치
기술적 장벽: Tianyue는 반절연 SiC 기판 시장에서 14%의 글로벌 시장 점유율(2023년)을 차지하고 있습니다. 전위 밀도가 0.5/cm² 미만으로 감소된 8인치 기판 생산을 개척했습니다.
생산 능력 계획: 2025년까지 6인치 SiC 기판 생산 능력은 연간 500,000개 웨이퍼에 도달하고, AR 도파관 생산을 지원하기 위해 8인치 파일럿 라인이 가동되었습니다.
2. 가공 장비 및 기술
에칭 도구: AMEC의 고급 ICP 에칭 장비는 5nm 정밀도를 달성하여 SiC 도파관의 나노 격자 제작에 적합합니다.
패키징 통합: Huawei HiSilicon과 Sunny Optical은 광학 결합 손실을 줄이기 위해 통합 도파관-센서 모듈을 공동 개발하고 있습니다.
3. 다운스트림 생태계 협력
Meta 생태계: Orion AR 글래스는 2026년에 대량 생산될 예정이며, SiC 도파관 주문은 이미 Tianyue Advanced, Coherent 및 기타 공급업체에 접수되었습니다.
국내 대체: Huawei 및 OPPO와 같은 중국 브랜드는 자체 R&D를 가속화하고 있습니다. 2024년, Huawei는 국내에서 생산된 SiC 도파관을 사용하는 “StarRing” AR 글래스 프로토타입을 공개했습니다.
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