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台工研院开发全彩Micro LED微显示模块,抢攻元宇宙商机

元宇宙概念红遍全球,驱使更多业者投入虚拟世界的建设,像是社群交流、游戏娱乐、内容创作、虚拟经济等。而要实现元宇宙,除了基础建设的布建、半导体运算效能提升、低延迟高速网络的覆盖扩大外,用户端所使用的 VR、AR 装置的普及也是其中关键。

元宇宙概念红遍全球,驱使更多业者投入虚拟世界的建设,像是社群交流、游戏娱乐、内容创作、虚拟经济等。而要实现元宇宙,除了基础建设的布建、半导体运算效能提升、低延迟高速网络的覆盖扩大外,用户端所使用的 VR、AR 装置的普及也是其中关键。

为此,台湾地区工研院在台湾地区经济部技术处及工业局支持下,研发首款全彩Micro LED微显示模块,同时也扮演整合产业的桥梁,集结产业上中下游能量,抢攻元宇宙商机。

元宇宙设备轻量化,显示技术是关键

台湾地区工研院电子与光电系统研究所组长方彦翔表示,元宇宙发展可分为七个层次,第一层是基础建设,第二层是人机界面;第三层是去中心化(如边缘运算),第四层是3D建模,让消费者更有真实感。至于第五、第六和第七层便是使用者平台、广告和使用者情境。

方彦翔观察到,如今随着元宇宙热潮兴起,大多数厂商已开始布建基础建设,目前在第二层、也就是人机界面这部分较为缺乏。未来元宇宙势必会与AR进行连接,此时就需要一个更轻薄的穿戴设备,例如AR眼镜,因为消费者不可能随时戴着像目前VR头盔这样厚重的设备进行活动。也因此,如何打造一个轻量化的穿戴设备,便成为发展元宇宙一个关键要素,而这与显示技术、光机系统息息相关。

方彦翔指出,穿戴设备想要轻量化,重点在于显示器与光机系统要如何整合。所谓的光机系统,简单来说,就是显示器加上光学系统,进而让使用者眼睛可以看到虚像。具高沉浸感的AR需要高对比度的虚像,关键在于高显示亮度来抗环境强光。LCD、OLED的分辨率虽够,但无法实现更高亮度,也因整体光机效率不佳,使得目前多数AR穿戴设备应用场景都在室内,才能有比较高的显示对比度,达到所谓的沉浸感。

然而,要实现元宇宙,未来应用场景将不只局限于室内,势将转至户外,而这就需要更轻薄、高效的显示器,不仅因应更复杂的户外环境光,同时创造更好的沉浸感;为此,Micro LED成为打造下世代元宇宙人机界面的关键显示技术。

开发全彩Micro LED微显示模块,力寻元宇宙商机

方彦翔指出,Micro LED具备效率高、功耗低、体积小等优点,且能兼顾分辨率、亮度、功耗,同时还可与其他元件整合成一个模块(例如传感器),进而能缩小整体体积,实现更轻量化的穿戴设备。

重点在于,与OLED相较,Micro LED具极大亮度优势。台湾地区工研院提供资料显示,以实际量测数据分析,可发现OLED显示器驱动电压达一定程度后,亮度无显著上升;反之,Micro LED显示器亮度则会随驱动电压增加而线性成长。另外根据终端系统使用规格,显示器功耗需控制在1W以内,对此,量测数据显示,以功耗同为0.75W为例,OLED与Micro LED亮度差距达30倍以上。

为此,台湾地区工研院目前开发首款全彩Micro LED微显示模块,基于CMOS背板,且面板尺寸为0.55英寸,可用于AR、抬头显示器,以及行动式显示器等。此一全彩Micro LED微显示模块会与目前的光机系统进行整合,并与现有 OLED相比效果如何,目前预估一季内就可看出结果并进行后续优化。

方彦翔也透露,台湾地区工研院同时也已着手开发下一代的Micro LED微显示模块(0.3 英寸)提供高亮度、高对比,来实现高沉浸显示。以及可搭配Micro LED的新一代光机系统(概念类似可光学透视(optical see-through)的VR眼镜),以实现元宇宙需要的人机界面。

Micro LED新一代光机系统如何实现高沉浸感需求的大FOV及轻量、微型化?概念上,基于广视野的VR光学系统,透过将其中的Micro LED显示及光学,针对前景光线做“透视化”(see-through)设计,使得能看到大视野虚像的同时,也能透视看到AR眼镜前的实景,兼顾VR的广视野与AR的虚实叠合。此透视化光学设计是利用新式的奈米超颖光学达成。

此外,以“Micro LED as sensor”的概念,在近眼显示的同时,取代传统摄像镜头进行对眼球动态的感测追踪,提供低功耗、高响应速度的“眼机”互动方式,有机会提供穿戴眼镜有类似像手机多点触控一样便利的输入界面。

方彦翔指出,台湾地区在显示技术上拥有优势,而Micro LED最重要的是谁要买单(出海口是谁),理清思路后进一步做上中下游整合,如此一来发展Micro LED才有意义。

他也进一步说明,发展元宇宙也应照着这种规划,可先设想使用情境、商业模式,进而开发人机界面、使用者情境等;如此一来台湾地区业者才能在这一波新兴的元宇宙市场中,跳脱单一供应商角色,且不会受限于被定规格。而台湾地区工研院在台湾地区经济部技术处及工业局支持下,正扮演着开发与整合的角色,集结产业上中下游提供解决方案,在这片元宇宙新兴蓝海中找寻新的切入点。

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