在瑞典的一个研究团队提出了一种新型电子墨水显示解决方案，可能为未来超紧凑、视网膜级别的虚拟现实（VR）头显和增强现实（AR）眼镜开辟道路。

传统发光显示屏正在缩小，但它们面临着物理极限；更小的像素往往发光均匀性较差且光强较弱，这在虚拟现实和增强现实头显等近眼应用中尤为明显。

在近期发表于《自然》（Nature）期刊的一篇研究论文中，一个研究团队展示了一种“视网膜电子墨水显示器”，旨在提供与现代虚拟现实（VR）头显中常见显示技术截然不同的解决方案——当前虚拟现实（VR）头显正越来越多地采用micro-OLED（微有机发光二极管）来减小尺寸和重量。

该论文由来自乌普萨拉大学、于默奥大学、哥德堡大学以及在哥德堡的查尔默斯理工大学的研究人员共同撰写，他们是：阿德·萨特里亚·萨洛卡·桑托萨、张玉威（音）、安德烈亚斯·B·达林、拉尔斯·奥斯特隆德、乔瓦尼·沃尔普和熊坤立（音）。

尽管传统电子纸难以达到实现逼真高保真图像所需的分辨率，但该团队提出了一种新型电子纸，其特点是采用仅约560纳米宽的电可调“元像素”。

这有望实现超过25000PPI（每英寸像素）的像素密度——比当前三星Galaxy XR或苹果Vision Pro等头显设备所用显示屏的像素密度高出一个数量级。这些头显设备的PPI（每英寸像素）约为4000。

如论文所述，每个元像素由三氧化钨（WO₃）纳米盘构成，当发生电还原反应时，这些纳米盘会经历可逆的绝缘体-金属转变。这一过程动态改变了材料的折射率和光学吸收率，实现了纳米级的亮度与色彩对比度控制。

实际上，在环境光照亮时，这种显示器能呈现比人类发丝更纤细的明亮饱和色彩，以及光学对比度据称可达50%的深邃黑色——相当于反射式高动态范围效果（HDR）。

研究团队表示该技术可同时应用于增强现实和虚拟现实显示屏。下图展示了两种应用的概念光学堆栈结构，图A代表虚拟现实显示屏，图B显示增强现实显示屏。

不过该技术仍存在明显缺陷。除绝对分辨率外，这种显示器仅能以“超过25赫兹”的速率呈现全彩视频，远低于虚拟现实用户舒适观看所需标准。研究人员指出，除了相对较低的刷新率，视网膜电子纸还需在色域、运行稳定性和使用寿命方面进一步优化。

论文解释道：“降低工作电压并探索替代电解质，是延长设备耐久性和降低能耗的有效工程路径。此外，其超高分辨率还要求开发用于独立像素控制的超高分辨率薄膜晶体管（TFT）阵列，这将实现完全可寻址的大面积显示屏，因此是未来研究与技术发展的关键方向。”

尽管电子墨水显示屏本身功耗极低，但集成图形计算单元来驱动这些元像素仍面临挑战。这虽属于良性问题，但终究是需要解决的问题。

原作者的观点

至少根据论文描述，这项基础技术有望制造出我们前所未见的、逼近人类视觉极限尺寸与像素密度的扩展现实显示屏。达到人类视觉感知极限正是笔者期待已久的突破性时刻。

不过将刷新率显著提升至25赫兹以上至关重要。如论文所述，25赫兹足以满足视频播放需求，但驱动沉浸式虚拟现实环境至少需要60赫兹刷新率才能保证基本舒适度。72赫兹更佳，而90赫兹已成为当前标准。

笔者还期待将这种电子纸显示器与低分辨率micro-OLED（微有机发光二极管）当代产品进行对比，特别是想验证其提出的环境光实现高动态范围（HDR）的技术原理。这实在令人难以直观理解——本质上，显示器的元像素吸收并散射环境光，其原理类似“梵塔黑”（一种已知最黑的碳纳米管晶体，能吸收99.965%的可见光）——或许需要亲眼目睹才能信服。

尽管保持审慎态度，但笔者认为能开展这样的讨论本身就已令人惊叹：我们正处于扩展现实显示屏能够重构真实视觉体验的技术临界点。