元宇宙點火!工研院全彩 Micro LED 串連產業鏈開拓新商機


元宇宙概念紅遍全球,驅使更多業者投入虛擬世界的建設,像是社群交流、遊戲娛樂、內容創作、虛擬經濟等。而要實現元宇宙,除了基礎建設的布建、半導體運算效能提升、低延遲高速網路的覆蓋擴大外,用戶端所使用的 VR、AR 裝置的普及也是其中關鍵。為此,工研院在經濟部技術處及工業局支持下,研發首款全彩 Micro LED 微顯示模組,同時也扮演整合產業之橋樑,集結產業上中下游能量,搶攻元宇宙商機。


元宇宙設備輕量化,顯示技術是關鍵


工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔表示,元宇宙發展可分為七個層次,第一層是基礎建設,第二層是人機介面;第三層是去中心化(如邊緣運算),第四層是 3D 建模,讓消費者更有真實感。至於第五、第六和第七層便是使用者平台、廣告和使用者情境。


方彥翔觀察到,如今隨著元宇宙熱潮興起,大多數廠商已開始布建基礎建設,目前在第二層、也就是人機介面這部分較為缺乏。未來元宇宙勢必會與 AR 進行鏈結,此時就需要一個更輕薄的穿戴設備,例如 AR 眼鏡,因為消費者不可能隨時戴著像目前 VR 頭盔這樣厚重的設備進行活動。


也因此,如何打造一個輕量化的穿戴設備,便成為發展元宇宙一個關鍵要素,而這與顯示技術、光機系統息息相關。


方彥翔指出,穿戴設備想要輕量化,重點在於顯示器與光機系統要如何整合。所謂的光機系統,簡略來說,意即顯示器加上光學系統,進而讓使用者眼睛可以看到虛像。具高沉浸感的 AR 需要高對比度的虛像,關鍵在於高顯示亮度來抗環境強光。LCD、OLED 的解析度雖夠,但無法實現更高亮度,也因整體光機效率不佳,使得目前多數 AR 穿戴設備應用場景都在室內,才能有比較高的顯示對比度,達到所謂的沉浸感。


然而,要實現元宇宙,未來應用場景將不只局限於室內,勢將轉至戶外,而這就需要更輕薄、高效的顯示器,不僅因應更複雜的戶外環境光,同時創造更好的沉浸感;為此,Micro LED 成為打造下世代元宇宙人機介面的關鍵顯示技術。


▲ 工研院電子與光電系統研究所組長方彥翔(中)深耕 LED 技術,率團隊開發首款全彩 Micro LED 微顯示模組。(Source:工研院)


開發全彩 Micro LED 微顯示模組,力尋元宇宙商機


方彥翔指出,Micro LED 具備效率高、功耗低、體積小等優點,且能兼顧解析度、亮度、功耗,同時還可與其他元件整合成一個模組(例如感測器),進而能縮小整體體積,實現更輕量化的穿戴設備。


重點在於,與 OLED 相較,Micro LED 具極大亮度優勢。工研院提供資料顯示,以實際量測數據分析,可發現 OLED 顯示器驅動電壓達一定程度後,亮度無顯著上升;反之,Micro LED 顯示器亮度則會隨驅動電壓增加而線性成長。另外根據終端系統使用規格,顯示器功耗需控制在 1W 以內,對此,量測數據顯示,以功耗同為 0.75W 為例,OLED 與 Micro LED 亮度差距達 30 倍以上。


為此,工研院目前開發首款全彩 Micro LED 微顯示模組,基於 CMOS 背板,且面板尺寸為 0.55 吋,可用於 AR、抬頭顯示器,以及行動式顯示器等。此一全彩 Micro LED 微顯示模組會與目前的光機系統進行整合,並與現有 OLED 相比效果如何,目前預估一季內就可看出結果並進行後續優化。


▲ 工研院開發的首款全彩 Micro LED 微顯示模組,可用於 AR、抬頭顯示器,以及行動式顯示器,力圖實現元宇宙需要的人機介面。(Source:工研院)


方彥翔也透露,工研院同時也已著手開發下一代的 Micro LED 微顯示模組(0.3 吋)提供高亮度、高對比,來實現高沉浸顯示。以及可搭配 Micro LED 的新一代光機系統(概念類似可光學透視(optical see-through)的 VR 眼鏡),以實現元宇宙需要的人機介面。Micro LED 新一代光機系統如何實現高沉浸感需求的大 FOV 及輕量、微型化?概念上,基於廣視野的 VR 光學系統,透過將其中的 Micro LED 顯示及光學,針對前景光線做 「透視化」(see-through)設計,使得能看到大視野虛像的同時,也能透視看到 AR 眼鏡前的實景,兼顧 VR 的廣視野與 AR 的虛實疊合。此透視化光學設計是利用新式的奈米超穎光學達成。此外,以「Micro LED as sensor」的概念,在近眼顯示的同時,取代傳統攝像鏡頭進行對眼球動態的感測追蹤,提供低功耗、高響應速度的「眼機」互動方式,有機會提供穿戴眼鏡有類似像手機多點觸控一樣便利的輸入介面。


方彥翔指出,台灣在顯示技術上擁有優勢,而 Micro LED 最重要的是誰要買單(出海口是誰),釐清後進一步做上中下游整合,如此一來發展 Micro LED 才有意義。

他也進一步說明,發展元宇宙也應照著這種規劃,可先設想使用情境、商業模式,進而開發人機介面、使用者情境等;如此一來台灣業者才能在這一波新興的元宇宙市場中,跳脫單一供應商角色,且不會受限於被定規格。而工研院在經濟部技術處及工業局支持下,正扮演著開發與整合的角色,集結產業上中下游提供解決方案,在這片元宇宙新興藍海中找尋新的切入點。


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