苹果发布首款头显设备Vision Pro,售价3499美元,约合人民2.5万左右,其总成本大约为1509美元。其中最贵的部件是索尼独供的两块1.3寸硅基 Micro OLED 定制屏幕模组。单块Micro OLED价格高达 350 美元,两块就占了总成本的46%(700/1509) 。
这两块Micro OLED显示屏如同一剂定心丸,在与Fast LCD与Micro LED的激烈交锋中,给Micro OLED赢得喘息之机,也为激战正酣的近眼显示器指明了一个清晰却又短暂的方向。
一定有小伙伴不禁发出疑问️,为什么apple对Micro OLED情有独钟?另一方面,苹果深耕的micro LED是否会在未来爆发?下边就让小编娓娓道来 :
人眼需要一款怎样的近眼显示器
一个理想的显示方案应该能够提供高清晰度、高对比度、高刷新率和宽广视角的图像,同时减少延迟和视觉疲劳,具备准确的色彩再现,轻便舒适,寿命长且功耗低。这样的方案将为用户带来更真实、更沉浸式的体验。
PPD (Pixels Per Degree)是指在一度视角内的像素数量。人眼对于单位视角内的像素密度非常敏感。较高的PPD值表示在用户视野内,头显能够提供更多的细节和更高的图像质量。人眼正常视力下极限角分辨能力约60PPD。
Motion to Photon时延指的是从头显检测用户头部运动(Motion)到显示器上显示相应图像(Photon)之间的整条链路的时间,其涉及头部追踪、图像渲染和显示等步骤。业界主流观点认为强交互业务的MTP应小于20ms,否则将产生眩晕感。
而为了降低眩晕感,通常会提高显示器的刷新率,一般而言 VR 设备不眩晕至少需要有 120Hz 及以上的刷新率以及 4K 及以上的分辨率。120Hz 的 刷新率对应的时延是 8.33ms,人 眼可以明显察觉 90-120Hz 到160-180Hz 的提升,超过 250Hz 后,人眼对刷新率提升的敏感程度将逐步递减。
综上,能完全骗过人眼的近眼显示需要至少60PPD,120Hz 及以上的刷新率以及 4K 及以上的分辨率 。
近眼显示技术发展
LCD
早期 VR 头戴式设备大部分采用普通 LCD。其通过一个单独的背光照明单元来调节光的发射,这虽然使得显示系统体积更大,但好处是它们可以依赖非常明亮和坚固的LED作为背光源,这使得LCD显示器整体上更耐用。LCD技术支持3万cd/m²以上的高亮度,也是VR头戴设备的一大优势。
LCD响应速度是指液晶显示器在切换像素颜色时所需的时间,表征了液晶分子在电场作用下从一个状态切换到另一个状态的速度能力。
典型的液晶显示器响应时间在几毫秒至十几毫秒之间,过慢的响应速度可导致用户体验感差,如在快速移动的场景中,像素颜色切换不够迅速,可能导致运动模糊,使图像变得模糊不清;当在快速切换的图像中出现残影,即前一帧图像留下的影子在下一帧图像中仍可见。因此LCD一直没有被VR消费者真正接受 。
OLED
OLED(Organic Light Emitting Diode,有机发光二极管)用有机材料作为发光层来实现图像显示。OLED显示器是一种自发光显示器,每个像素都是一个发光二极管,它们能够发出光并产生颜色,因此不需要背光光源,相比传统液晶显示器,OLED有自发光,高对比度极快速响应等三大优势。
OLED像素是自发光的,这意味着当电流通过发光层时,有机材料会直接发出光,而不需要背光光源。这样的设计使得OLED显示器的结构更加简单和紧凑。
OLED显示器因为其黑色像素可以完全关闭,能够实现非常高的对比度。而液晶显示器的背光光源会导致黑色像素并不能完全关闭。高对比度使得OLED显示器在显示黑色和其他颜色时更加生动和清晰 。
由于液晶分子的定向变化导致液晶显示器响应速度较慢,而OLED显示器不需要液晶分子的定向,因此其响应时间非常快,这使得OLED显示器能有效避免屏幕拖影 。
综上,从2016 年开始,OLED 技术被尝试用于 VR 设备中,并一度成为索尼、Oculus、HTC等VR 设备生产商的首选。
OLED有效缓解屏幕拖影
但当时采用的 OLED 技术是玻璃基的 OLED,受制于 FMM(fine metal mask精细金属掩膜版)工艺,要做到超小像素极其困难,因此PPI不高导致画面颗粒感比较明显,VR 的沉浸感及视觉清晰度不高,存在纱窗效应 。
FAST-LCD
自2018年以后,Fast-LCD(Fast Liquid Crystal Display)技术出现在此让LCD显示器在此成为主流选择改良后的Fast-LCD技术采用全新的液晶材料(铁电液晶材料)以及超速驱动技术,有效地将刷新率提升至每秒75至90帧,显著提高了响应速度,使其与OLED技术之间响应速度差距大为缩小。
此外,Fast-LCD技术具备较高的量产稳定性和良率。加之相较于OLED技术可以实现更高的PPI。
凭借超高性价比,Fast-LCD目前依旧稳居VR显示头把交椅。新发布的Pico 4、Pico 4 Pro、Meta Quest Pro,AjnaXR均采用Fast-LCD。
尤其售价1499美元,定位高端头显的Meta Quest Pro依然选择使用Fast LCD,足以侧面证明Fast LCD在VR显示领域强大的生命力。
而且6月发布的Quest 3大概率会延续Quest Pro 的Fast-LCD+mini LED 背光模组的方案。
Fast-LCD的显示原理与普通液晶显示器相同,这种技术本身无法发光,需要额外的背光源来照明,屏幕显示的亮度与颜色都由背光源决定。
背光源很容易发生漏光现象,尤其在暗场景下,背光从漏光区域透出所显示的亮度比周围像素的亮度更高,严重影响显示效果。
但针对漏光问题,业界已经有了解决方案。目前的主流配置是Fast-LCD叠加Mini LED背光技术,此举不仅可以解决漏光问题,亦可进一步提升Fast-LCD的显示性能。
但其实更主要的问题是Fast-LCD像素交替排列,导致其无法避免纱窗效应,在画面中可以看出明显的水平或竖直线条。
通常提高分辨率是缓解纱窗效应的常用方法,去增加像素数量,让纱窗更难被看到。但因为材料本身的特性,Fast-LCD的纱窗效应难以去除,即使单眼分辨率达2.5K,依然无法屏蔽纱窗的存在感。
Micro OLED
Fast-LCD为了解决漏光难题而叠加Mini LED背光技术,OLED屏幕为了改善像素密度亦加速向Micro OLED升级。
Micro OLED为半导体技术与 OLED 技术的结合, 又称硅基OLED,是一种在硅基面板上使用CMOS电路来驱动OLED像素的显示方案。其都是在6英寸、8英寸的晶圆上小面积蒸镀,大大减小了生产OLED时要克服的蒸镀均匀性问题。
与OLED相比,采用CMOS基板的硅基OLED的像素密度可达3000至4000PPI,这对于普通OLED而言几乎是无法达到的高度。
与Fast-LCD技术相比,Micro OLED屏幕具有更高的像素密度,相同尺寸可以负载更多像素数量,达到更高分辨率,提供更好的显示质量;并且在追求4K分辨率的同时保持体积微小做工精细,实现沉浸式与轻量化的坚固美学,这是Fast-LCD技术难以企及的。
苹果为什么选择Micro OLED
苹果的一贯风格是喜欢在新产品上使用先进且成熟的技术,并且与供应商共同研发迭代,使其产品领先市面同期同类产品。
本次发售Vision Pro内屏搭载2片Micro OLED,像素超过2300万,每块屏幕大小约为1.42英寸,分辨率为3600*3200,像素密度达到了3386 PPI 。
Micro OLED 具备自发光、薄、轻、视角大、响应时间短、发光效率高等优异特性,而且更容易实现高 PPI(像素密度)、体积小、易于携带、功耗低等应用效果。且Micro OLED已发展超过二十年,技术较为成熟,良率稳定。
综上,Micro OLED是目前唯一符合苹果Vision Pro要求的面板,其多种特性都是目前无法取代的。
Micro LED会是未来终极方案吗
Micro LED(Micro Light-Emitting Diode,微型发光二极管),指在一个芯片上集成的高密度微小尺寸的 LED 阵列。可看成是户外 LED显示屏的微缩版,将像素点距离从毫米级降低至微米级,比一粒沙还细小。
Micro LED的芯片达到了肉眼难以分辨的等级,通过巨量转移(Mass Transfer)技术,将微米等级的 RGB 三色 Micro LED 搬到基板上,并拼成一个像素点,使其变成“一个像素”的概念,不再需要滤光片和液晶层。
从技术特点来看,Micro LED的优势很明显,比如发光效率更高,亮度可以做到最高4500000尼特,而Micro OLED目前最高还是1500尼特;另外在这么小的面积上,Micro LED依然可以做到100000:1的对比度,比Micro OLED高出十倍,同时寿命也更长,像素尺寸也可以做得更小。
但 Micro LED 技术却存在许多困难需要解决,从前期的磊晶(Epitaxy)技术瓶颈、巨量转移良率、封装测试问题,到后续的检测、维修都是很大的挑战, 直接影响着 Micro LED 能否大规模量产。
关注苹果 的朋友们都知道,苹果早在2014年开始在Micro LED进行布局,至今仍有持续投入:
目前,苹果计划将Micro LED技术首先应用于Apple Watch,将在2026年发推出的新款Apple Watch Ultra定制了一块2.12英寸MicroLED屏,比当前Apple Watch Ultra的尺寸足足增加了10%。
苹果布局数十年的Micro LED技术,需要在合适的时机让其“开花结果”, 而Apple Watch Ultra商用Micro LED屏,正是其产品生态布局的开始,不出意外的话,苹果也会在iPhone、iPad等设备上使用Micro LED,那么搭载Micro LED的Apple vision pro更加值得期待!