微顯示器是相比于常規(guī)顯示器屏幕尺寸更小的顯示器，其尺寸范圍沒(méi)有一個(gè)明確的定義，通常不超過(guò)3英寸。一般認(rèn)為，用于VR/AR、智能手表、槍瞄炮瞄、EVF上的顯示器被稱(chēng)為微顯示器。而這些顯示器又分兩種，一種需要光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行放大，一種是直接顯示。對(duì)于VR/AR，全部是需要搭配光學(xué)系統(tǒng)的。
作為顯示器，其重要指標(biāo)包括分辨率、刷新率、色域、亮度、對(duì)比度、響應(yīng)速度等。同時(shí)，作為近眼顯示，還有FOV（視場(chǎng)角）、PPD（角解析度）、重量&體積等需求。這里重點(diǎn)介紹幾個(gè)比較關(guān)鍵的指標(biāo)。
VR/AR領(lǐng)域有一個(gè)詞叫做紗窗效應(yīng)，簡(jiǎn)單理解即看著模糊，其主要原因就是解析度不夠。一般認(rèn)為人眼的解析度為~60ppd，意味著要做到60ppd的圖像，才能實(shí)現(xiàn)視網(wǎng)膜屏的效果，如圖一。
圖一：人眼可視角度和極限分辨率示意圖（圖源：poppur）
PPD的計(jì)算公式如下：
d: 眼睛和像的距離
根據(jù)公式簡(jiǎn)單推算一下，在3m處投射出一個(gè)55寸的4K（2K屏*2，雙眼疊加）屏幕ppd大約為33，如表一；而如果在3m處投射出一個(gè)55寸的8K（4K屏*2）屏幕ppd大約為65，因此未來(lái)要實(shí)現(xiàn)retina display，4K的微顯示器必不可少。
表一：PPD與分辨率、屏幕尺寸、觀看距離的關(guān)系@2K屏*2
進(jìn)一步的，如果該55in 8K的像是由兩個(gè)1.3in的微顯示器放大生成，則該微顯示器ppi要在4400以上（iPhone13的ppi為460），可見(jiàn)如要徹底消除紗窗效應(yīng)，對(duì)微顯示器的分辨率要求是非常高的。
根據(jù)上述人眼的視場(chǎng)角特點(diǎn)，通常認(rèn)為FOV>120°可實(shí)現(xiàn)較好的沉浸感。根據(jù)下述FOV的定義公式，可以看出FOV由投射出屏幕大小和觀看距離（成像距離）決定。簡(jiǎn)單計(jì)算一下，在1m處投射出一個(gè)65in的屏幕，F(xiàn)OV大約是123°，可見(jiàn)這個(gè)指標(biāo)還是非常之高的。這里只討論了橫向FOV，未討論縱向FOV。
橫向FOV = 2*arctan(橫向尺寸/2d)
d: 眼睛和像的距離
由PPD和FOV的定義可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微顯示器的分辨率已經(jīng)確定時(shí)，如果投射出的屏幕越大、成像距離越近，則FOV越大、PPD越小；如果投射出的屏幕越小、成像距離越遠(yuǎn)，則FOV越小、PPD越大。即FOV和PPD是tradeoff的關(guān)系，如果把FOV做大，即意味著把PPD做小。
補(bǔ)充一點(diǎn)，剛提到人眼實(shí)際只能看清聚焦點(diǎn)處很小的距離，根據(jù)此特點(diǎn)，結(jié)合眼動(dòng)追蹤技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)如下效果：只針對(duì)人眼注視位置進(jìn)行高解析度的圖像渲染，其他區(qū)域采用低分辨率圖像渲染，隨著注視位置的變化，不同位置的圖像渲染解析度實(shí)時(shí)變化。但是注意，這里帶來(lái)貢獻(xiàn)主要是算力的節(jié)約，實(shí)際上對(duì)屏幕而言，還是需要以最高解析度為標(biāo)準(zhǔn)，只不過(guò)不同地方呈現(xiàn)的畫(huà)面解析度不同。
這里主要是要討論VR的延遲感，其中涉及三個(gè)概念：1，響應(yīng)速度，一般用GTG（Gray to Gray）表征，指某兩個(gè)灰階亮度之間10%~90%的變化時(shí)長(zhǎng)；2，刷新率，指顯示屏每秒畫(huà)面被刷新的次數(shù)，或者理解為每秒可呈現(xiàn)的圖像數(shù)；3，幀率（或者說(shuō)每秒的幀數(shù)，fps），通常指顯卡每秒能輸出的圖像數(shù)，不過(guò)我們一般理解是實(shí)際成像數(shù)，如游戲中呈現(xiàn)的fps57指的是每秒實(shí)際呈現(xiàn)57張圖像。
直接對(duì)人眼起作用的即是fps值，該值與顯卡的幀率和屏幕的刷新率均有關(guān)系，利用垂直同步、Gsync、Freesync等技術(shù)達(dá)到信號(hào)輸出和屏幕顯示比較好的搭配（有效幀數(shù)最大化）。一般會(huì)認(rèn)為刷新率高，響應(yīng)速度就更快，但兩者并不是絕對(duì)的正相關(guān)，也可以存在而響應(yīng)速度不高但刷新率很高的情況，這里不展開(kāi)。但是可以這么理解，高響應(yīng)速度（較少拖尾效應(yīng)）和高刷新率，是實(shí)現(xiàn)高fps的先決條件。
圖三：不同刷新率的效果（圖源：87870.COM）
對(duì)于人眼，需要多少fps才能感覺(jué)不出延遲感呢？有人說(shuō)60，有人說(shuō)90，有人說(shuō)無(wú)窮大，目前尚無(wú)一個(gè)明確的結(jié)論。姑且按60fps算，那么對(duì)刷新率需求就是≥60Hz。但上述是指靜態(tài)模式，而佩戴VR眼鏡時(shí)，會(huì)經(jīng)常遇到頭部轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，轉(zhuǎn)速可輕松達(dá)到120°/s，即1幀內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)了2°，此時(shí)如果畫(huà)面沒(méi)有刷新，就會(huì)感到明顯的拖影感。通常解決的方法是提高刷新率同時(shí)降低余暉（對(duì)LCD是提高響應(yīng)速度，對(duì)OLED是減少發(fā)光時(shí)間），因此60fps實(shí)際是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。關(guān)于VR的延遲感，又分幀間延遲和和幀內(nèi)延遲，如果小伙伴們有興趣，我們可以后面再詳細(xì)聊聊。
亮度也是非常關(guān)鍵的指標(biāo)，不過(guò)微顯示器需要經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)入人眼，因此有兩個(gè)指標(biāo)，一個(gè)是顯示亮度，即顯示屏出光亮度，一個(gè)是入眼亮度，即經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)后人眼感受到的亮度。目前光學(xué)系統(tǒng)的光損比較嚴(yán)重，如pancake技術(shù)，光損一般超過(guò)90%。VR是封閉環(huán)境，對(duì)亮度要求相對(duì)不高，假定入眼亮度為100nit，如采用pancake，顯示屏亮度需要1,000nit以上。AR則完全不同，因?yàn)槠浔尘盀檎鎸?shí)環(huán)境，一般認(rèn)為顯示亮度要高于環(huán)境亮度5倍才算清晰，白天環(huán)境亮度輕松達(dá)到10,000nit以上，因此對(duì)入眼亮度要求是非常高的，在光學(xué)系統(tǒng)光損如此高的情況下，對(duì)顯示器的亮度要求非常之高（如果不采用墨鏡等遮光方案），即使達(dá)到亮度要求，功耗也是無(wú)法忍受的，因此還需要微顯示器和光學(xué)系統(tǒng)一起努力。
微顯示器幾個(gè)重要的指標(biāo)如上，具體規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)尚未形成共識(shí)。最近Meta提出了一個(gè)有趣的概念——視覺(jué)圖靈測(cè)試(Visual Turing Test)，即達(dá)到人無(wú)法分辨是顯示器還是真實(shí)環(huán)境的效果，相信各項(xiàng)指標(biāo)和對(duì)應(yīng)的規(guī)格標(biāo)會(huì)準(zhǔn)逐漸明確。
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