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瑞典推出新型電子墨水XR顯示屏

2025-11-05

在瑞典的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型電子墨水顯示解決方案，可能為未來超緊湊、視網(wǎng)膜級(jí)別的虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）眼鏡開辟道路。

傳統(tǒng)發(fā)光顯示屏正在縮小，但它們面臨著物理極限；更小的像素往往發(fā)光均勻性較差且光強(qiáng)較弱，這在虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)頭顯等近眼應(yīng)用中尤為明顯。

在近期發(fā)表于《自然》（Nature）期刊的一篇研究論文中，一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)展示了一種“視網(wǎng)膜電子墨水顯示器”，旨在提供與現(xiàn)代虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯中常見顯示技術(shù)截然不同的解決方案——當(dāng)前虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯正越來越多地采用micro-OLED（微有機(jī)發(fā)光二極管）來減小尺寸和重量。

該論文由來自烏普薩拉大學(xué)、于默奧大學(xué)、哥德堡大學(xué)以及在哥德堡的查爾默斯理工大學(xué)的研究人員共同撰寫，他們是：阿德·薩特里亞·薩洛卡·桑托薩、張玉威（音）、安德烈亞斯·B·達(dá)林、拉爾斯·奧斯特隆德、喬瓦尼·沃爾普和熊坤立（音）。

盡管傳統(tǒng)電子紙難以達(dá)到實(shí)現(xiàn)逼真高保真圖像所需的分辨率，但該團(tuán)隊(duì)提出了一種新型電子紙，其特點(diǎn)是采用僅約560納米寬的電可調(diào)“元像素”。

這有望實(shí)現(xiàn)超過25000PPI（每英寸像素）的像素密度——比當(dāng)前三星Galaxy XR或蘋果Vision Pro等頭顯設(shè)備所用顯示屏的像素密度高出一個(gè)數(shù)量級(jí)。這些頭顯設(shè)備的PPI（每英寸像素）約為4000。

如論文所述，每個(gè)元像素由三氧化鎢（WO₃）納米盤構(gòu)成，當(dāng)發(fā)生電還原反應(yīng)時(shí)，這些納米盤會(huì)經(jīng)歷可逆的絕緣體-金屬轉(zhuǎn)變。這一過程動(dòng)態(tài)改變了材料的折射率和光學(xué)吸收率，實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)的亮度與色彩對(duì)比度控制。

實(shí)際上，在環(huán)境光照亮?xí)r，這種顯示器能呈現(xiàn)比人類發(fā)絲更纖細(xì)的明亮飽和色彩，以及光學(xué)對(duì)比度據(jù)稱可達(dá)50%的深邃黑色——相當(dāng)于反射式高動(dòng)態(tài)范圍效果（HDR）。

研究團(tuán)隊(duì)表示該技術(shù)可同時(shí)應(yīng)用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和虛擬現(xiàn)實(shí)顯示屏。下圖展示了兩種應(yīng)用的概念光學(xué)堆棧結(jié)構(gòu)，圖A代表虛擬現(xiàn)實(shí)顯示屏，圖B顯示增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)顯示屏。

不過該技術(shù)仍存在明顯缺陷。除絕對(duì)分辨率外，這種顯示器僅能以“超過25赫茲”的速率呈現(xiàn)全彩視頻，遠(yuǎn)低于虛擬現(xiàn)實(shí)用戶舒適觀看所需標(biāo)準(zhǔn)。研究人員指出，除了相對(duì)較低的刷新率，視網(wǎng)膜電子紙還需在色域、運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命方面進(jìn)一步優(yōu)化。

論文解釋道：“降低工作電壓并探索替代電解質(zhì)，是延長(zhǎng)設(shè)備耐久性和降低能耗的有效工程路徑。此外，其超高分辨率還要求開發(fā)用于獨(dú)立像素控制的超高分辨率薄膜晶體管（TFT）陣列，這將實(shí)現(xiàn)完全可尋址的大面積顯示屏，因此是未來研究與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵方向。”

盡管電子墨水顯示屏本身功耗極低，但集成圖形計(jì)算單元來驅(qū)動(dòng)這些元像素仍面臨挑戰(zhàn)。這雖屬于良性問題，但終究是需要解決的問題。

原作者的觀點(diǎn)

至少根據(jù)論文描述，這項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)有望制造出我們前所未見的、逼近人類視覺極限尺寸與像素密度的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)顯示屏。達(dá)到人類視覺感知極限正是筆者期待已久的突破性時(shí)刻。

不過將刷新率顯著提升至25赫茲以上至關(guān)重要。如論文所述，25赫茲足以滿足視頻播放需求，但驅(qū)動(dòng)沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境至少需要60赫茲刷新率才能保證基本舒適度。72赫茲更佳，而90赫茲已成為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)。

筆者還期待將這種電子紙顯示器與低分辨率micro-OLED（微有機(jī)發(fā)光二極管）當(dāng)代產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比，特別是想驗(yàn)證其提出的環(huán)境光實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）的技術(shù)原理。這實(shí)在令人難以直觀理解——本質(zhì)上，顯示器的元像素吸收并散射環(huán)境光，其原理類似“梵塔黑”（一種已知最黑的碳納米管晶體，能吸收99.965%的可見光）——或許需要親眼目睹才能信服。

盡管保持審慎態(tài)度，但筆者認(rèn)為能開展這樣的討論本身就已令人驚嘆：我們正處于擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)顯示屏能夠重構(gòu)真實(shí)視覺體驗(yàn)的技術(shù)臨界點(diǎn)。