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2016-11-28

JDI 研发了一块 651 ppi 的「VR 屏幕」,但高清 VR 离我们依旧遥远

达到「把手机糊在脸上」十分简单,再向上提供更高品质体验将会是一个吃力的过程。

当我们评价屏幕的清晰度时,常用的说法是能不能看到「像素点」,这种由于像素密度不足,导致肉眼能看到像素之间分割线的情况,一般被称为「纱窗效应」(screen-door effect)。更高的像素密度、更小的像素边距可以减弱甚至消除这一效应。

例如,苹果在 2010 年提出的 Retina(视网膜)屏幕标准,定义了在 25~30 厘米的使用距离下,屏幕像素密度只要达到 300 ppi(pixels per inch,每英寸像素数)以上,人的视网膜便无法分辨出像素点。当时,iPhone 4 屏幕的像素密度就达到了 326 ppi。

但值得注意的是,通常所说的「Retina 屏幕」的像素密度并不是一个固定值,而与使用时人眼与屏幕的距离,以及屏幕占据视角的大小有关。

在第三代 iPad 发布会上,苹果给出了 Retina 设计标准公式:a=2arctan(h/2d),其中 a 代表人眼看单个像素的视角,h 代表像素间距,d 代表人眼与屏幕的距离。人眼视网膜的分辨能力约 1 角分(1/60 度),如果 a 大于 1 角分,人眼就能分辨出相邻的两个像素点以及其间的间隙,出现纱窗效应;反之 a 小于 1 角分,纱窗效应就会消除。

这也就不难理解,为何同时要求大视场角和高清晰度的 VR 头显对屏幕要求尤其苛刻了。假设 VR 头显的视场角要达到 90 度,想要消除纱窗效应,90 度内对应的显示屏的像素数要达到 5400 以上,如果使用一块 3.5 英寸的显示屏(单目),需要的像素密度要在 1543 ppi 以上——远远高于 326 ppi 手机 Retina 屏幕标准。

更高像素密度可减弱纱窗效应

近日,日本显示器公司(JDI)宣布他们正在研发一款 3.42 英寸的低温多晶硅 IPS 显示屏(LTPS IPS TFT LCD),1440 x 1700 的分辨率,像素密度达到 651 ppi。同时,这款屏幕的刷新率也达到 90Hz,响应时间 3~6 毫秒。JDI 还在开发另一款分辨率更高的显示屏,像素密度高达 800 ppi。

在 VR 头显设备上,更高的分辨率可以带来更加清晰真实的画面,而更高刷新率和更快的响应速度则可以减少动态模糊和画面卡顿,缓解 VR 体验中的晕眩问题,因此许多媒体评价 JDI 的这款屏幕将十分适合应用于 VR 头显,甚至直接将其称为一款「VR 屏幕」。

更高的刷新率可改善运动画面的动态模糊

事实上,如果只追求高分辨率,超高像素的微显示屏早已存在,如索尼的 M-OLED 微显示屏(OLED Microdisplay),像素密度可达 3147 ppi,已经在国内多款头戴影院产品上得到应用,只不过这款显示屏最大也只有 0.7 英寸,远远无法满足 VR 设备对视场角的要求,而要在保持超高像素密度的前提下把面板做到更大,可远不是想象的那么简单。

「M-OLED 工艺复杂,保证均匀性,控制缺陷的难度随面积的增加指数变化,良品率很难控制。」纳德光学 CEO 彭华军解释说,此前纳德光学发布的头戴影院 GOOVIS-G1 使用的正是索尼 0.7 英寸的 M-OLED 显示屏,「更大尺寸的 M-OLED,制造成本将会是几倍甚至是不同数量级的。屏幕技术在研发上已经有了许多进展,但到了批量化、低成本制造环节就容易卡住。」

目前,绝大多数 VR 一体机头显设备使用的屏幕在分辨率上基本还是手机级别,例如 HTC Vive 和 Oculus Rift CV1 采用的都是两片 1080 x 1200 分辨率的 AMOLED 屏幕,前者约 3.6 英寸、447 ppi,后者约 3.5 英寸、456 ppi,实际体验中,都存有明显的纱窗效应,画面颗粒感重。

而当年 Oculus Rift DK2 更是直接用了「从 Galaxy Note 3 上揭下来的」5.7 英寸 Super AMOLED 屏幕,iFixit 拆出来发现屏幕上的 Logo、听筒孔和按键孔都还在……

VR 一体机头显制造和手机制造业的高度重合已经是不算是新话题,手机行业在技术和供应链上的积累,让 VR 更快地从概念进入到大众的视野,当然,也进而导致了鱼龙混杂的野蛮生长。

然而,无论在显示技术还是计算能力上,VR 设备与手机毕竟不在一个层级,VR 设备在借助手机制造业积累得以快速成型的同时,也很快触及了手机制造业的边界。三星今年发布的 Galaxy S7 上使用的 Super AMOLED 屏幕像素密度已经达到 576 ppi,对于手机使用场景来说几乎已经是参数上的冗余,但 576 ppi 的屏幕要是放进 VR 头显里面,纱窗效应依旧明显。

那么,我们会有一款真正意义上的「高清 VR 屏幕」吗?当然会有,迟早会有,但问题在于,这样的屏幕能否最终应用到消费级的 VR 头显产品上——手机屏幕在技术上的不断升级、在每代产品上迅速的应用和更新换代,很大程度上是消费端千万级出货量给予生产端驱动的结果:制造商积极的生产、制造工艺快速成熟、良率提升带来成本进一步下降……这样的循环在手机制造业已经转动得十分顺畅。

但到了出货量和手机不在一个数量级的 VR 一体机行业,这样的循环就很难跑得起来,毕竟对生产商来说,技术要求奇高但短时间内似乎也没多少赚头 VR 一体机并没什么吸引力。

如果从 VR 体验的角度来看 VR 设备在供应链上面临的挑战的话,达到「把手机糊在脸上」的水准可能十分简单,但要再向上提供更具沉浸感的高品质体验的话,将会是一个更加吃力的过程。

但是,话说回来,JDI 这款屏幕对 VR 的意义可能也正在这里。相比目前一线 VR 头显一体机广泛采用的 OLED 屏幕,LTPS LCD 的技术更加成熟,在成本和产能方面更具优势,有着更快落地的可能性。同时这款屏幕 90Hz 的刷新率和最快 3 毫秒的响应速度也不比 OLED 逊色,已经可以满足 VR 显示的要求。尽管 651 ppi 离 1500 ppi 的理想 VR 显示要求仍有相当的距离,JDI 官方也尚未明确这款屏幕的应用方向,但对 VR 硬件从业者来说,这至少可以看做 VR 设备走出手机制造业铺垫的「安全区」,朝着产业化继续向上探索的一次迈进。

作者:陈凯文
题图:iFixit HTC Vive 拆解图(屏幕)

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