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美台高科技論壇 應材談新世代顯示技術對半導體產業影響

美國半導體暨顯示器設備大廠應用材料(Applied Materials)副總裁、暨顯示器技術事業群總經理Dr. Brian Shieh,日前參與11月5日線上舉行的美台高科技論壇,討論顯示器技術的演進,與對半導體產業的交互影響,尤其是新世代技術包括Natural 3D Display在內,可望進一步擴增搭載的半導體含量(semiconductor content),扮演驅動半導體產業發展的大趨勢(megatrends)。

半導體產業從1980年以後,投產晶圓尺寸逐漸穩定、但也開展新世代製程技術的快速推進,以打造高效能IC為目標,尤其是進入1微米製程世代以後,產業界也開始著手材料、製程的創新研發。

無獨有偶,顯示器產業也類似半導體產業的發展腳步,在過去10年來,已經從早期聚焦微縮製程轉向新材料、新製程的開發取向,包括OLED、量子點等也多有向半導體產業取經,顯示器產業的技術推進,不僅驅動消費需求持續增長,同時也擴增半導體產業與相關的領域商機。

過去20年,顯示器產業以LCD時代為主導,逐步向大型玻璃基板推進,如今已然進入Gen 11世代;但從2007年起,手機應用成為顯示器產業大幅增長、導入新技術的應用之一,尤其是隨著近來LCD時代逐步推進到OLED時代之後,顯示器應用也從手機、手錶,逐步延伸至TV與IT領域。

手機OLED世代開啟後,隨著5G起飛、折疊式螢幕崛起、再加上越來越多業者導入,連帶也驅動更多半導體晶片含量搭載,與此同時,包括電視與IT等導入OLED面板後,全新的需求動能也帶動面板與相關半導體需求,隨之增長。展望未來,包括AR/VR應用、Micro LED以及Natural 3D display在內,可望進一步擴增半導體含量搭載。

無論是OLED旗艦型手機,抑或是OLED電競筆電等新世代產品,相較傳統LCD手機或是主流筆電的物料清單(BOM)中,OLED面板搭載相關產品的半導體含量佔比,均大幅擴增;從2007年iPhone導入的多點觸控功能、2011年三星Galaxy Note採用Super AMOLED、再到2019年三星Samsung Fold首次導入的折疊式面板與其設計大小尺寸,再再驗證顯示器產業落實在手機新世代產品的創新藍圖,此外,顯示器創新技術也同時帶動其他重要功能,包括先進功能相機、強化版繪圖功能、多重感測器等,均大幅提昇半導體搭載含量。

展望未來新世代技術發展,顯示器產業預計將在四個方面影響半導體產業發展,分別是從外型設計大小尺寸(Form factor)、AR/VR、Micro LED以及Natural 3D display在內。首先,當面板從剛性轉向可折、疊、可彎曲、可伸縮等各種不同外型功能設計後,從折疊式手機、折疊式平板、筆電甚或可捲曲電視等產品,可望同時驅動顯示器產業與半導體市場需求。

應材Brian認為擴增實境(AR)可望成為下一波運算與通訊新平台,美國科技大廠執行長包括蘋果(Apple) Tim Cook、微軟(Microsoft) Satya Nadell,以及倡導元宇宙(metaverse)應用、甫將公司名稱從Facebook改為Meta的執行長Mark Zuckerburg在內,先後表態對於AR應用的高度重視。

再者,在Micro LED顯示器技術上仍面臨著機會與挑戰。基本上,率先採用Micro LED的產品預計先從高價值應用開始,包括超大型公共顯示器以及穿戴式裝置等,但目前仍有技術上以及成本方面挑戰,阻礙相關技術落實,包括更小的晶粒尺寸(die size)、更有效的傳輸等,也影響良率開出。

至於Natural 3D display目前有三種候選技術在列,分別是Holography、Vari-Focal、Light Field Displays,而在Light Field Displays方面還分成Multi Focal與Multi View兩種。值得注意的是,在應用領域上,包括Holography、Vari-Focal、Light Field Multi Focal等三大技術,仍侷限在包括AR/VR等near eye的應用方面,只有Light Field Multi View技術,具有應用到大面積顯示器的潛力,然而在極端的解析度以及複雜性仍具有相當挑戰。

Light Field Displays顯示器技術亟需高解析度的發展藍圖。以2D顯示器的手機和電視為例,影像解析度分別上看400ppi與70ppi,然而,若以3D Light Field Displays來看,解析度要求分別從2,000ppi與350ppi,上看8,000ppi與1,400ppi,取決於Multi View的數量;然而,相較於2D應用,Natural 3D display可望顯著帶動半導體含量搭載,也是不容忽略的事實,包括更多記憶體與GPU等在內。

應材Dr. Brian Shieh討論新世代技術包括Natural 3D display在內,可望進一步擴增半導體含量搭載,扮演驅動半導體產業發展的大趨勢。

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