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AR/VR深受其背后的显示技术的影响

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这里是我们的显示技术现在的快照 - 以及即将到来的一点点。

虚拟和增强现实沉浸式体验深受其背后的显示技术的影响。

如果显示器太重,没有足够高的分辨率,需要太多功率,或者没有提供足够的视野,那么幻觉就不那么好了,或者显示器的有用应用可能是减少。 

今年5月,国际开发公司(IDC)发布了一份报告,预测2018年将在VR / AR上花费270亿美元,与2017年相比增长92%。预计这一数字最终将达到53美元到2023年十亿美元。

无论是用于工业还是休闲目的,这种增长肯定会激励显示技术的改进。 

这里是我们的显示技术现在的快照,以及即将到来的一点点。

 

重塑人类视觉:1443 ppi OLED

谷歌和LG一直致力于研发工作,以开发一种头戴式显示器,尽可能地重现自然人类视觉。实现这一目标所需的规格包括160度(水平)×150度(垂直)的视野(FoV),并且对于20/20锐度,每眼分辨率为9600x9000像素。

在“信息显示学会期刊”上发表的一篇论文中,讨论了实现这些规范的挑战。两个最大的挑战来自实现人类视觉敏锐度所需的像素间距,以及所需的刷新率。 

一,像素间距; 这描述了像素簇之间的距离,并确定了给定分辨率的最佳观察范围。为了重建人类视觉敏锐度,该最佳距离将在整个显示器上变化。这将在设计中增加相当大的复杂性,因此在11.4μm处计算均匀的像素间距,这需要具有2138ppi的4.3显示器以用于160度FoV。 

对于刷新率,刷新一行像素的行时间仅为694μs,需要14.3 GHz的像素时钟

实现这些规格将是非常困难的,他们仍然无法产生可用的结果,因为他们需要沉重的镜头,复杂的电路等。因此,需要权衡平衡,最终结果是4.3英寸显示,提供100度(水平)×96度(垂直)FoV,17.6μm像素间距和1443ppi。使用n型LTPS TFT背板驱动显示器以减少重影图像伪影,使用FPGA将视频流转换为显示器。 

据报道,实验显示器是目前开发的最高分辨率OLED。 

 

使用foveated渲染从实验OLED渲染的示例。图片由信息显示学会杂志提供  。

 

硅基硅片上的单片MicroLED

Plessey Semiconductors和Jasper Display Corp(JDC)宣布合作开发使用GaN-on-Silicon晶圆和JDC的eSP70硅背板的单片microLED。 

GaN-on-silicon在硅衬底中使用氮化镓作为半导体。该材料具有热效率高,光学发射表面优异,并且在缩放时发光效率降低的优点。它首先展示了射频和微波应用的潜力,但随着优势的实现,预计随着时间的推移它将成为其他应用的主流。 

 

GaN-on-Silicon晶圆。图片由Plessey Semiconductors提供。

 

这些组合特性降低了LED显示屏上明亮图像的功率要求。eSP70背板可提供1920x1080分辨率,像素间距为8μm,并将与硅片上GaN晶圆上的Plessey microLED配对。 

这些公司专门针对低功耗,低成本和小尺寸显示器的VR / AR应用。

 

Foveated Rendering

虽然Foveated渲染本身可能不是基于硬件的,但它仍然是改进VR / AR显示技术的重要部分。该技术的名称来自眼睛的一部分,称为中央凹 - 眼睛的一部分,负责聚焦视力,例如我们正在阅读半导体时。

在foveated渲染中,眼动追踪技术与VR / AR头戴式显示器结合使用,以确定用户正在聚焦他们的视线的图像中的哪个位置。基于此,系统将在用户的中央凹视区域中最直接地渲染图像的部分,并且进一步逐渐软化到周边观察范围内。 

这有助于克服渲染高分辨率图像流的硬件挑战,并降低GPU或其他专用硬件的工作负载。 

中央凹呈现首先在 SensoMotoric Instruments和Omnivision的CES 2016上展示。从那时起,它已被NVIDIA,谷歌,LG采用,其他人肯定会领先。