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将显示分辨率推向未来:突破性的4K VR LCD超过2000ppi

虚拟现实(VR)显示技术发展迅速,近年来分辨率和像素密度呈指数级增长。虽然目前的消费级VR头显的最大分辨率约为每英寸1200像素(PPI),但群创的研究人员已经实现了范式转变,开发了超高分辨率4K VR液晶显示器(LCD),超过2000 PPI。这篇论文是继上个月这项研究的大多数团队成员所强调的工作之后发表的,该研究着眼于基于LCD的光场显示。


在这篇发表在《Journal of Optical Microsystems》上的新研究论文中,Yung-Hsun Wu博士及其同事详细介绍了他们的创新显示器,该显示器达到2117 PPI,远远超过任何商用显示器。研究人员声称,这使视觉体验摆脱了纱窗效应,细节清晰,显著增强了VR沉浸感。


(a)条纹RGB线/空间宽度达到极限;(b)线/空间宽度较大的亚像素渲染设计。(来源:Journal of Optical Microsystems)


那么他们是如何完成这项工程壮举的呢?制造如此微小像素的显示器使生产设备超出了极限。为了解决这些光刻限制,该团队实现了巧妙的亚像素渲染技术,优化了像素大小和间距。这种混合设计允许制造超过1 μm分辨率屏障的精细图案组件。


但像素密度本身并不能保证性能。该团队解决了由于体积庞大的薄膜晶体管(TFT)在每个像素内占据大量空间而导致的孔径比问题。通过精心设计和工艺改进缩小TFT尺寸,孔径比翻了一番,达到19%左右,透光率和亮度都有了很大提高。


进一步巧妙优化氧化铟锡(ITO)电极,在微小像素的严格限制下获得更高的液晶效率,将光吞吐量提高了令人印象深刻的70%。研究人员还通过光学屏蔽层消除了宽视角下的色移。


(a)常规像素设计和(b)特殊ITO电极轮廓和地形设计。(来源:Journal of Optical Microsystems)


随着分辨率的扩大,一个关键问题是随之而来的功耗呈指数级增长。为了解决这个问题,该团队实施了双电压驱动,以匹配功能需求的供电水平,从而节省了大量能源。其他策略,如降低驱动频率、创新电路架构和减少寄生电容,也减少了电力需求。


随着分辨率的提高,实现竞争对手OLED显示器的高动态范围和对比度仍然是一个问题。在这里,Mini背光的集成证明是至关重要的。其高色纯度、窄发射光谱和量子点色彩转换扩展了色域,完全覆盖了DCI-P3标准。局部调光与1024区域锐化明暗过渡更好的图像流行。进一步的背光创新产生了令人难以置信的0.9毫米薄单元,非常适合舒适的VR可穿戴设备。


这些跨学科显示进步的最终结果是2.56英寸4K x 4K LCD,具有行业领先的2117 PPI密度。Wu博士称他们的成就是“行业第一”,并指出它为VR用户提供了卓越的视觉细节和沉浸感。但这对显示行业和VR市场意味着什么呢?近年来,LCD技术面临着来自MicroLed和MicroOLEDs的激烈竞争,尤其是在高端市场。群创的原型机表明,LCD仍然是一个高度可行的选择,能够匹配甚至超越其竞争对手的能力,通过创造性的工程。与新技术的天文价格相比,它提供了一个更主流的解决方案。


2.56”VR显示规格。(来源:Journal of Optical Microsystems)


尽管如此, Wu博士承认微型显示器在超时尚设计所需的紧凑外形因素方面仍然具有优势。他认为每种技术都服务于虚拟现实领域的不同领域。在分辨率、动态范围和像素响应速度方面,LCD仍有很大的创新空间。


如果消费者对更具沉浸感和视觉丰富的虚拟现实体验的需求不断增长,显示器将需要快速发展。群创的2000+ PPI液晶显示器是向未来显示领域迈出的试探性一步。它扩展了当前可实现的概念,并使我们更接近VR环境匹配并超越现实的那一天。然而,这只是前面漫长道路上的一个里程碑。


参考文献

Yung-Hsun Wu, Chia-Hao Tsai, Yi-Hsiu Wu, Yi-Shiuan Cherng, Ming-Jou Tai, Potilar Huang, I-An Yao, and Chiu-Lien Yang “Breaking the limits of virtual reality display resolution: the advancements of a 2117-pixels per inch 4K virtual reality liquid crystal display,” Journal of Optical Microsystems 3(4), 041208 (11 October 2023). https://doi.org/10.1117/1.JOM.3.4.041208