Исследователи предлагают новый дисплей E-Ink XR с разрешением, значительно превосходящим разрешение современных гарнитур

Группа шведских исследователей предложила новое решение для дисплеев на основе электронных чернил, которое в будущем может проложить путь для сверхкомпактных VR-гарнитур и очков дополненной реальности уровня Retina.

Традиционные эмиссионные дисплеи уменьшаются, но они сталкиваются с физическими ограничениями: пиксели меньшего размера, как правило, излучают менее равномерно и обеспечивают менее интенсивный свет, что особенно заметно в приложениях, расположенных близко к глазам, например, в гарнитурах виртуальной и дополненной реальности.

В недавней исследовательской статье, опубликованной в журнале Nature , группа исследователей представила «ретинальный дисплей на электронных чернилах», который, как надеются, станет новым решением, совершенно непохожим на дисплеи, которые сегодня используются в современных VR-гарнитурах, в которых все чаще используются микро-OLED-дисплеи для уменьшения размера и веса.

Авторами статьи стали исследователи из Уппсальского университета, Университета Умео, Гетеборгского университета и Технологического университета Чалмерса в Гетеборге: Аде Сатрия Карино Салока Буэбло Сантоса, Ю-Вэй хУянг, Андреас Б. Далин, Ларс Эстерлунд, Джованни Вольпе и Куни Сюн.

В то время как традиционная электронная бумага с трудом достигает разрешения, необходимого для реалистичных, высококачественных изображений, команда предлагает новую форму электронной бумаги с электрически настраиваемыми «метапикселями» шириной всего около 560 нанометров.

Это обещает плотность пикселей более 25 000 пикселей на дюйм (PPI) — на порядок выше, чем у дисплеев, используемых в настоящее время в таких гарнитурах, как Samsung Galaxy XR или Apple Vision Pro. У этих гарнитур плотность пикселей составляет около 4000.

Как описано в статье, каждый метапиксель изготовлен из нанодисков триоксида вольфрама (WO₃), которые при электрическом восстановлении претерпевают обратимый переход из состояния изолятора в состояние металла. Этот процесс динамически изменяет показатель преломления и оптическое поглощение материала, позволяя контролировать яркость и цветовой контраст в наномасштабе.

Фактически, при освещении окружающим светом дисплей может воспроизводить яркие, насыщенные цвета, толщина которых намного меньше толщины человеческого волоса, а также глубокие черные цвета с заявленным коэффициентом оптической контрастности около 50 % — отражающий эквивалент расширенного динамического диапазона (HDR).

Команда утверждает, что это может быть полезно как для дисплеев дополненной реальности (AR), так и виртуальной реальности (VR). На рисунке ниже показана концептуальная схема оптического стека для обоих приложений: на рисунке A представлен дисплей виртуальной реальности (VR), а на рисунке B — дисплей дополненной реальности (AR).

Тем не менее, есть и некоторые существенные недостатки. Помимо высокого разрешения, дисплей обеспечивает полноцветное видео с частотой обновления «более 25 Гц», что значительно ниже, чем требуется пользователям виртуальной реальности для комфортного просмотра. Помимо относительно низкой частоты обновления, исследователи отмечают, что технология Retina E-Paper требует дальнейшей оптимизации цветового охвата, стабильности работы и срока службы.

«Снижение рабочего напряжения и исследование альтернативных электролитов представляют собой перспективные инженерные пути для продления срока службы устройств и снижения энергопотребления», — поясняется в статье. «Более того, сверхвысокое разрешение также требует разработки сверхвысокоразрешающих TFT-матриц для независимого управления пикселями, что позволит создавать полностью адресуемые дисплеи большой площади и, следовательно, является важнейшим направлением будущих исследований и технологических разработок».

И хотя сам дисплей на электронной бумаге потребляет удивительно мало энергии, внедрение графических вычислений для работы этих метапикселей также станет проблемой. Конечно, это приятная проблема, но всё же проблема.

По крайней мере, как описано в статье, лежащая в основе технология может создавать XR-дисплеи, приближающиеся к размерам и плотности пикселей, которых мы никогда раньше не видели, это охрененско. И достижение пределов человеческого визуального восприятия — один из тех самых моментов Святого Грааля, которых я так долго ждал.

Однако крайне важно значительно увеличить частоту обновления до 25 Гц. Как указано в статье, 25 Гц достаточно для воспроизведения видео, но для комфортного управления в среде виртуальной реальности с эффектом погружения требуется как минимум 60 Гц. Лучше 72 Гц, а стандартом в настоящее время является 90 Гц.

Мне также любопытно сравнить дисплей на электронной бумаге с современными microOLED-дисплеями с более низким разрешением, хотя бы для того, чтобы понять, как эта предполагаемая подсветка может обеспечить HDR. Мне сложно это понять. По сути, метапиксели дисплея поглощают и рассеивают окружающий свет, как и Vantablack — вероятно, это нужно увидеть своими глазами, чтобы поверить.

Отбросив здоровый скептицизм, я считаю поистине удивительным, что мы вообще дошли до этого разговора: мы достигли точки, когда XR-дисплеи могут воссоздать реальность, по крайней мере, для удобного зрения наших глаз.

Аминь!