元宇宙概念紅遍全球,驅(qū)使更多業(yè)者投入虛擬世界的建設(shè),像是社群交流、游戲娛樂、內(nèi)容創(chuàng)作、虛擬經(jīng)濟(jì)等。而要實(shí)現(xiàn)元宇宙,除了基礎(chǔ)建設(shè)的布建、半導(dǎo)體運(yùn)算效能提升、低延遲高速網(wǎng)絡(luò)的覆蓋擴(kuò)大外,用戶端所使用的 VR、AR 裝置的普及也是其中關(guān)鍵。
為此,臺(tái)灣地區(qū)工研院在臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處及工業(yè)局支持下,研發(fā)首款全彩Micro LED微顯示模塊,同時(shí)也扮演整合產(chǎn)業(yè)的橋梁,集結(jié)產(chǎn)業(yè)上中下游能量,搶攻元宇宙商機(jī)。
元宇宙設(shè)備輕量化,顯示技術(shù)是關(guān)鍵
臺(tái)灣地區(qū)工研院電子與光電系統(tǒng)研究所組長(zhǎng)方彥翔表示,元宇宙發(fā)展可分為七個(gè)層次,第一層是基礎(chǔ)建設(shè),第二層是人機(jī)界面;第三層是去中心化(如邊緣運(yùn)算),第四層是3D建模,讓消費(fèi)者更有真實(shí)感。至于第五、第六和第七層便是使用者平臺(tái)、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(shù)廠商已開始布建基礎(chǔ)建設(shè),目前在第二層、也就是人機(jī)界面這部分較為缺乏。未來元宇宙勢(shì)必會(huì)與AR進(jìn)行連接,此時(shí)就需要一個(gè)更輕薄的穿戴設(shè)備,例如AR眼鏡,因?yàn)橄M(fèi)者不可能隨時(shí)戴著像目前VR頭盔這樣厚重的設(shè)備進(jìn)行活動(dòng)。也因此,如何打造一個(gè)輕量化的穿戴設(shè)備,便成為發(fā)展元宇宙一個(gè)關(guān)鍵要素,而這與顯示技術(shù)、光機(jī)系統(tǒng)息息相關(guān)。
方彥翔指出,穿戴設(shè)備想要輕量化,重點(diǎn)在于顯示器與光機(jī)系統(tǒng)要如何整合。所謂的光機(jī)系統(tǒng),簡(jiǎn)單來說,就是顯示器加上光學(xué)系統(tǒng),進(jìn)而讓使用者眼睛可以看到虛像。具高沉浸感的AR需要高對(duì)比度的虛像,關(guān)鍵在于高顯示亮度來抗環(huán)境強(qiáng)光。LCD、OLED的分辨率雖夠,但無(wú)法實(shí)現(xiàn)更高亮度,也因整體光機(jī)效率不佳,使得目前多數(shù)AR穿戴設(shè)備應(yīng)用場(chǎng)景都在室內(nèi),才能有比較高的顯示對(duì)比度,達(dá)到所謂的沉浸感。
然而,要實(shí)現(xiàn)元宇宙,未來應(yīng)用場(chǎng)景將不只局限于室內(nèi),勢(shì)將轉(zhuǎn)至戶外,而這就需要更輕薄、高效的顯示器,不僅因應(yīng)更復(fù)雜的戶外環(huán)境光,同時(shí)創(chuàng)造更好的沉浸感;為此,Micro LED成為打造下世代元宇宙人機(jī)界面的關(guān)鍵顯示技術(shù)。
圖片來源:拍信網(wǎng)正版圖庫(kù)
開發(fā)全彩Micro LED微顯示模塊,力尋元宇宙商機(jī)
方彥翔指出,Micro LED具備效率高、功耗低、體積小等優(yōu)點(diǎn),且能兼顧分辨率、亮度、功耗,同時(shí)還可與其他元件整合成一個(gè)模塊(例如傳感器),進(jìn)而能縮小整體體積,實(shí)現(xiàn)更輕量化的穿戴設(shè)備。
重點(diǎn)在于,與OLED相較,Micro LED具極大亮度優(yōu)勢(shì)。臺(tái)灣地區(qū)工研院提供資料顯示,以實(shí)際量測(cè)數(shù)據(jù)分析,可發(fā)現(xiàn)OLED顯示器驅(qū)動(dòng)電壓達(dá)一定程度后,亮度無(wú)顯著上升;反之,Micro LED顯示器亮度則會(huì)隨驅(qū)動(dòng)電壓增加而線性成長(zhǎng)。另外根據(jù)終端系統(tǒng)使用規(guī)格,顯示器功耗需控制在1W以內(nèi),對(duì)此,量測(cè)數(shù)據(jù)顯示,以功耗同為0.75W為例,OLED與Micro LED亮度差距達(dá)30倍以上。
為此,臺(tái)灣地區(qū)工研院目前開發(fā)首款全彩Micro LED微顯示模塊,基于CMOS背板,且面板尺寸為0.55英寸,可用于AR、抬頭顯示器,以及行動(dòng)式顯示器等。此一全彩Micro LED微顯示模塊會(huì)與目前的光機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行整合,并與現(xiàn)有 OLED相比效果如何,目前預(yù)估一季內(nèi)就可看出結(jié)果并進(jìn)行后續(xù)優(yōu)化。
方彥翔也透露,臺(tái)灣地區(qū)工研院同時(shí)也已著手開發(fā)下一代的Micro LED微顯示模塊(0.3 英寸)提供高亮度、高對(duì)比,來實(shí)現(xiàn)高沉浸顯示。以及可搭配Micro LED的新一代光機(jī)系統(tǒng)(概念類似可光學(xué)透視(optical see-through)的VR眼鏡),以實(shí)現(xiàn)元宇宙需要的人機(jī)界面。
Micro LED新一代光機(jī)系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)高沉浸感需求的大FOV及輕量、微型化?概念上,基于廣視野的VR光學(xué)系統(tǒng),通過將其中的Micro LED顯示及光學(xué),針對(duì)前景光線做“透視化”(see-through)設(shè)計(jì),使得能看到大視野虛像的同時(shí),也能透視看到AR眼鏡前的實(shí)景,兼顧VR的廣視野與AR的虛實(shí)疊合。此透視化光學(xué)設(shè)計(jì)是利用新式的奈米超穎光學(xué)達(dá)成。
此外,以“Micro LED as sensor”的概念,在近眼顯示的同時(shí),取代傳統(tǒng)攝像鏡頭進(jìn)行對(duì)眼球動(dòng)態(tài)的感測(cè)追蹤,提供低功耗、高響應(yīng)速度的“眼機(jī)”互動(dòng)方式,有機(jī)會(huì)提供穿戴眼鏡有類似像手機(jī)多點(diǎn)觸控一樣便利的輸入界面。
方彥翔指出,臺(tái)灣地區(qū)在顯示技術(shù)上擁有優(yōu)勢(shì),而Micro LED最重要的是誰(shuí)要買單(出??谑钦l(shuí)),理清思路后進(jìn)一步做上中下游整合,如此一來發(fā)展Micro LED才有意義。
他也進(jìn)一步說明,發(fā)展元宇宙也應(yīng)照著這種規(guī)劃,可先設(shè)想使用情境、商業(yè)模式,進(jìn)而開發(fā)人機(jī)界面、使用者情境等;如此一來臺(tái)灣地區(qū)業(yè)者才能在這一波新興的元宇宙市場(chǎng)中,跳脫單一供應(yīng)商角色,且不會(huì)受限于被定規(guī)格。而臺(tái)灣地區(qū)工研院在臺(tái)灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)部技術(shù)處及工業(yè)局支持下,正扮演著開發(fā)與整合的角色,集結(jié)產(chǎn)業(yè)上中下游提供解決方案,在這片元宇宙新興藍(lán)海中找尋新的切入點(diǎn)。(來源:科技新報(bào))
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