VR头显正在接近眼睛的分辨率极限一些制造商筹划超越

中国消费电子公司TCL科技最近推出了一款巨大的163英寸4K Micro-LED电视。该电视830万像素中的每一个都是独立的微型LED。

但真正令人惊讶的是：TCL的新电视并不是有史以来像素密度最高或最奇特的显示器。这一荣誉属于为AR/VR头显打造的Micro-OLED和Micro-LED显示器的新兴前沿领域。微型LED显示器的领导者Mojo Vision最近在2024年消费电子展上展示了一款密度为5510像素/厘米（14000像素/英寸）的全彩微型LED显示器前面板。如果把这个显示器放大到TCL电视的大小，它的像素将超过2200亿。

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如此高的像素密度可能看起来很荒谬，但荒谬的密度是下一代增强、混合和虚拟现实头显的关键。在每厘米内填充更多像素不仅可以实现逼真的视觉效果，还可以实现更小、更紧凑的显示器，从而达到必要的视觉分辨率。但是，以这种规模建造显示器并不容易，这导致了AR/VR行业仍在学习跨越的独特技术障碍。

VR头显制造商Varjo的首席产品官Patrick Wyatt问道：“为什么有这么多像素？好吧，谁不想要更多的像素呢？现在的问题是，如何做到的？”

像素越多，问题就越多

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分辨率仍然是最新的全沉浸式AR/VR头显的焦点。苹果的Vision Pro有两个超过2300万像素的显示屏，无疑是最著名的例子，但它远非个例。Varjo的XR4有两个3840 x 3744显示屏，Pimax是一家长期以来在像素计数方面突破极限的公司，目前正在开发一款带有两个6K QLED mini-LED 显示屏的头显。

Pimax首席执行官Nordic Ren表示，目标不是总像素数，而是每度像素数（PPD），即用户视野中每度像素的测量值。“PPD是定义视觉清晰度的关键，”Ren说。“即使对于Pimax和苹果这样的行业领先者来说，沉浸式体验的质量仍然不是最佳的。每一次分辨率的提高都会提升体验。”

高分辨率显示器必须由能够以高刷新率呈现的硬件驱动。苹果的Vision Pro可以有效地将MacBook Air贴在用户的脸上。

这两种方法都存在问题。台式电脑功能强大，适应性强，但通常需要有线连接（尽管有时也可以使用无线附加组件）。Vision Pro开箱即用，但它有点重，电池续航很短，无法与Varjo或Pimax的保真度相匹配。

Ren说：“原始图形计算能力的不足仍然是一个挑战，而且可能会随着时间的推移而加深。”

高分辨率要求很高，但并非没有解决方案

幸运的是，解决方案就在眼前。

注视点渲染提供了最直接的修复。该技术利用人眼有限的周边视觉来发挥其优势。只有用户关注的显示器部分以全分辨率呈现，其余部分会弱化。用户永远不应该注意到，因为我们周边视觉的保真度远低于我们的焦点。注视点渲染与眼动追踪相机配合使用效果最佳，眼动追踪相机可以精确测量用户的视线并相应地调整显示分辨率，这项任务需要出色的相机和处理能力，才能以最小的延迟分析数据。这就是为什么 Vision Pro 的 M1 芯片由第二个 R1 辅助，它专门用于处理头显的许多传感器。

只有少数竞争对手，包括 Varjo XR-4 Focal Edition、Pimax Crystal 和 Oculus Quest Pro，支持注视点渲染。而且还有很大的改进空间。

REN认为，人工智能是另一个很有前景的选择。“智能帧插值算法越来越重要，”他说。“算法本身也在迅速发展。”人工智能去噪可以去除图像中的颗粒或噪点，这不仅对VR中的视觉逼真度至关重要，而且对提高头显摄像头拍摄的混合现实视频的图像质量和性能也至关重要。

如果这听起来很熟悉，那是有充分理由的。英伟达使用帧插值将合成帧添加到实时渲染中，并提高光线追踪反射和显示的质量，这些技术可以将计算机图形的性能提高五倍（或更多）。还有更多的工作要做，因为英伟达尚未正式为VR提供这些技术，但这只是时间问题。

最小的显示器面临巨大的障碍

提高视觉逼真度是提高像素密度的最明显原因，但希望制造轻型AR眼镜的公司需要小封装的低功耗，就像提高分辨率一样。微型LED是这里唯一可行的选择；其他技术在像素密度、亮度和功耗方面无法与之竞争。虽然这意味着Micro LED将看起来更清晰、更有活力，但该技术令人难以置信的像素密度也提供了灵活性。如果14000 ppi是可能的，那么10000或5000也是可能的。同样，如果有可能制造出直径仅为450微米的micro-LED，那么也应该有可能为不同的应用制造更大的micro-LED。

挑战在于如何构建它们。Micro-LCD和Micro-OLED显示器是相对成熟的技术，制造商可以大规模构建。Micro-LED还没有出现。

Mojo Vision首席执行官Nikhil Balram表示：“我们所说的是，（其他人的）量子点不够可靠。发射量迅速下降，这就是OLED的情况。”。“我们的量子点是为这一应用从头开始设计的。它们不是电视量子点。因此，虽然（其他人）预计到达量子点的能级约为每厘米4毫瓦平方，但我们用的是4瓦。”

Mojo Vision追求量子点的决定凸显了micro-LED面临的其他问题。该公司用这种方法回避了其他基本问题，例如难以从微观LED获得所需的红色阴影。

“问题是铟是一个大原子，”Balram说，他提到了用于LED的常见半导体材料铟镓氮化物（InGaN）的使用。“如何控制从一个1.3或1.2微米发射器到下一个发射器的铟量？这真的很难。”Mojo Vision转而使用量子点将蓝光转换为红光。

诸如此类的挑战仍然是广泛采用的障碍，但在寻找解决方案方面不乏努力。Mojo Vision还加入了一系列其他公司的行列。Jade Bird Display在2023年展示了其首款全彩微型LED显示器，尽管它们目前的分辨率仅限于640 x 480。轻量级AR眼镜的领导者Vuzix与micro-LED公司Atomistic合作，为下一代头显设计了2K x 2K micro-LED显示屏。

尽管如此，Mojo Vision的量子点微型LED前面板等进步表明，这项技术是可行的，可以实现十年前似乎不可能实现的像素密度。它们意味着未来像素密度不再是任何显示器的限制——尽管可能还需要几年甚至几十年才能完全实现。

“取得突破非常重要，”Balram说。“现在我们真的可以优化、优化、再优化。但它看起来已经很好了。”

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