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TCL 科技最近推出了一款巨大的 163 英寸 4K Micro-LED 电视，一位家庭影院专家称其“像达斯维达一样高”。这款电视的 830 万像素中的每一个都是一个独立的微型 LED，TCL 为此售价超过 10 万美元。
但真正令人惊讶的是：TCL 的新款电视并不是有史以来像素密度最高或最奇特的显示器。这一荣誉颁给了专为 AR/VR 头显打造的MicroOLED 和 MicroLED显示器新兴前沿领域。Micro-LED 显示器领域的领导者 Mojo Vision 最近在CES 2024 上展示了密度为每厘米 5,510 像素（每英寸 14,000 像素）的全彩 MicroLED 显示器前板。该显示器如果放大到TCL 的电视将拥有超过 2200 亿像素。
“为什么要这么多像素？好吧，谁不想要更多的像素呢？现在的问题是，你如何做到这一点？”
——帕特里克·怀亚特，VARJO
如此高的像素密度可能看起来很荒谬，然而这是下一代AR/VR/MR有突破性进展的关键。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，从而实现必要的视觉分辨率水平。但构建如此规模的显示器并不容易，而且它带来了独特的技术障碍，而 AR/VR 行业仍在学习如何跨越。
“为什么要这么多像素？好吧，谁不想要更多像素呢？” VR 头显制造商 Varjo 的首席产品官Patrick Wyatt问道。“现在的问题是，怎么实现？”
更多像素，更多问题
分辨率仍然是最新的全沉浸式 AR/VR 头显的关注点。苹果的 Vision Pro无疑是最著名的例子，它拥有两个显示屏，像素超过 2300 万，但它绝不是唯一的例子。Varjo 的 XR4 有两个 3,840 x 3,744 显示屏，而 Pimax 公司长期以来一直在像素数方面突破极限，正在开发一款具有两个 6K QLED mini-LED 显示屏的头显。
小派 CEO 任攀表示，目标不是总像素数，而是每度像素数 (PPD)，即用户视野每个度数的像素测量值。“PPD 对于定义视觉清晰度至关重要，”他说。“即使对于像小派和 Apple 这样的行业领先者来说，沉浸式质量仍然不是最佳的。分辨率的每一次增量增强都会提升体验。”
高分辨率显示器必须由能够以高刷新率渲染的硬件驱动。苹果的 Vision Pro 可以有效地将 MacBook Air 贴在用户的脸上。
即便如此，具有最佳显示技术的最新头戴设备已经接近达到 Wyatt 所说的“人类分辨率栏”——超过该限制，视力为 20/20 的人将不再看到任何改进。未来的显示器最终将超越它。
然而，获得清晰的图像只是成功的四分之一。高分辨率显示器必须由能够以高刷新率渲染的硬件驱动。Pimax 和 Varjo 通过连接到带有专用显卡的台式电脑来解决这个问题，而苹果的 Vision Pro 则可以有效地将 MacBook Air 贴在用户的脸上。
这两种方法都有问题。台式电脑功能强大且适应性强，但通常需要有线连接（尽管有时可以使用无线附加组件）。Vision Pro 开箱即用，但它有点重，电池续航时间短，而且无法与 Varjo 或 Pimax 的保真度相媲美。
“原始图形计算能力的不足仍然是一个挑战，而且随着时间的推移，这种情况可能会加剧，”任说。
高分辨率要求很高，但并非没有解决办法
注视点渲染是最直接的解决方案。该技术利用了人眼有限的周边视觉的优势。仅显示用户关注的部分以全分辨率渲染，其余部分则降低。用户永远不会注意到，因为我们的周边视觉的保真度远低于我们焦点的中心。
这并不是一个新想法：我第一次遇到它是在 2013 年参观微软研发实验室时。然而，直到最近才在批量生产的头显中实现这一技术。注视点渲染与眼动追踪摄像头配合使用效果最佳，眼动追踪摄像头可以精确测量用户注视的位置并相应地调整显示分辨率，这项任务需要出色的摄像头和处理能力来以最小的延迟分析数据。这就是 Vision Pro 的 M1 芯片需要第二个R1芯片的帮助，该芯片专门用于处理头显的许多传感器。
“我们的量子点是针对该应用从头开始设计的。它们不是电视量子点。”
—NIKHIL BALRAM，MOJO VISION
只有少数竞争对手，包括Varjo XR-4 Focal Edition、Pimax Crystal和Meta Quest Pro，支持注视点渲染。而且还有很大的改进空间。我注意到，当我的眼睛快速扫过显示屏时，Vision Pro 的执行有时会延迟或不准确。使用更好的相机，或者为它们提供更多的处理能力，可以帮助解决这个问题。但它也增加了成本、重量和复杂性——工程师必须在未来的头显中解决这些问题。
任攀认为 AI 是另一个有前途的选择。“智能帧插值算法变得越来越重要，”他说。“算法本身正在迅速发展。” AI 去噪可以消除图像中的颗粒或噪声，这不仅对于虚拟现实中的视觉保真度至关重要，而且对于提高头显摄像头捕获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，那么这是有充分理由的。Nvidia 使用帧插值将合成帧添加到实时渲染中，并增强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）。由于 Nvidia 尚未正式提供这些 VR 技术，因此还有更多工作要做，但 Wyatt 认为这只是时间问题。
“我不明白为什么它不起作用，”怀亚特说。“另一个令人兴奋的事情是你可以通过头显本身硬件上的神经加速器进行上采样。我们可以拥有一款内置 AI 硬件的头显。”
最小的显示器面临着巨大的障碍
提高视觉保真度是提高像素密度的最明显原因，但寻求制造轻型 AR 眼镜的公司需要在小封装中实现低功耗，就像增强分辨率一样。Micro-LED 是这里唯一可行的选择；其他技术无法在像素密度、亮度和功耗方面与之竞争。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 14,000 ppi 是可能的，那么 10,000 或 5,000 ppi 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（Mojo Vision 最新产品的尺寸），那么也应该证明可以为不同的应用制造更大的 micro-LED。
挑战在于构建它们。Micro-LCD 和 micro-OLED 显示器是相对成熟的技术，制造商可以大规模生产。Micro-LED 还没有出现。Mojo Vision 的研究仍然集中在刚刚解决的基本问题上。
“我们所说的是[其他人的]量子点不够可靠。Mojo Vision 首席执行官Nikhil Balram表示：“发射量会迅速下降，OLED 就会出现这种情况。 ” “我们的量子点是针对该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]预计照射到量子点的光强度约为每平方厘米四毫瓦，但我们的照射强度为四瓦。”
Mojo Vision 追求量子点的决定凸显了 micro-LED 面临的其他问题。该公司采用这种方法是为了回避其他基本问题，例如从微型 LED 中获得所需红色色调的难度。
“问题在于，铟是一个大原子，”Balram 说道，他指的是氮化铟镓 (InGaN)（一种用于 LED 的常见半导体材料）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？真的很难。” Mojo Vision 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，但人们并不缺乏寻找解决方案的努力。许多其他公司也加入了 Mojo Vision。Jade Bird Display 将于 2023 年展示其首款全彩 Micro-LED 显示屏，不过目前分辨率仅限于 640 x 480。而轻量级 AR 眼镜领域的领导者 Vuzix 已与 Micro-LED 公司 Atomistic 合作，设计了一款全彩Micro-LED 显示屏。适用于下一代头显的 2K x 2K micro-LED 显示屏。
尽管如此，Mojo Vision 的量子点 micro-LED 前板等进步表明该技术是可行的，并且可以实现十年前似乎不可能的像素密度。它们意味着未来像素密度不再是任何显示器的限制——尽管可能仍需要数年甚至数十年才能完全实现。
“取得突破很重要，”巴尔拉姆说。“现在我们可以真正优化、优化、再优化。但看起来已经很不错了。”
来源：ieee
