買って後悔しないためのVR液晶の基礎知識

2017年1月24日

VRヘッドマウントディスプレイの仕組みと中に入っている表示パネルの種類、よく言われる網目感とは何なのか、について解説します。これを理解せずに買うとがっかりしてしまう可能性が高いです。

VRヘッドマウントディスプレイの仕組み

VRヘッドマウントディスプレイには様々な機能がありますが、VR映像を映すのに重要な部品は「レンズ」と「液晶パネル」の二つです。ヘッドマウントディスプレイには、液晶パネルが1枚もしくは2枚組み込まれており、このパネルに映った映像がレンズを通して目に届くようになっています。

これは、現実の世界における眼鏡を想像するとわかりやすいです。眼鏡をかけている人は眼鏡のレンズを通して、現実の世界の風景を見ていますが、人の目が直接見ているのは眼鏡のレンズそのものです。レンズに現実の世界が映っている、ととらえることもできます。

ではそのレンズに映るのが現実世界ではなく、コンピュータが作り出した映像だとすればどうでしょうか。眼鏡のレンズに映るのと同じように映像が映っていれば、コンピュータの作り出した映像であっても現実であるかのように感じることができます。非常に大雑把にまとめると、これがVRヘッドマウントディスプレイの原理です。

使われている液晶パネル自体は何も特別なものではありません。ただし、液晶パネルにはレンズに合わせてあらかじめ歪められた映像が映っており、レンズを通すとその歪みが相殺されて、目に空間として認識されるようになっています。(レンズによる歪みをレンズディストーションと呼びます。)

使われている液晶の種類

使われている液晶パネル自体は何も特別なものではない、と書きましたが、液晶にもいくつか種類があり、それぞれ特性が違うため、VRへの向き・不向きがあります。メジャーなVRヘッドマウントディスプレイでは最適なものが使われているため、これらの種類はあまり気にしなくてもよいです。

一方、スマートフォンのVRや中国製のヘッドマウントディスプレイはそうでないため、これらに興味がある場合は違いを理解しておくとよいでしょう。

と言っても主に抑えておけばいいのは、有機ELとIPSの二つだけです。

有機EL

液晶とは違う仕組みを持つ新しい表示デバイスです。厳密には液晶には分類されません。

Oculus RiftやHTC VIVEに加えてGearVRに使用するスマートフォンであるGalaxyシリーズにも採用されており、現時点においてVRに最も適しています。その理由として以下の特徴が挙げられます。

高コントラスト

有機ELは自己発光タイプの表示デバイスです。一般的な液晶は裏からバックライトで照らすことで、白を表現していますが、有機ELでは素子そのものが光を発します。これだけでは優位点がよくわかりませんが、最も効果があるのは黒を表示するときです。

有機ELであれば黒を表現するのは「光らないこと」ですが、一般的な液晶では黒を表現するときにどうしてもバックライトの光が漏れてしまいます。このバックライトの光を伴った黒を表示している状況のことを、黒が浮いていると表現されることもあります。このような状況は現実の世界ではありえませんから、バックライトを使わずに映像を作ることは、よりリアルに近い映像を目に投影する上で重要なポイントとなります。

テレビの業界では、映像の中の黒い部分だけバックライトLEDの輝度を抑え、黒浮きを防ぐのが一般的です。ですが、これは大きなパネルだからできることであり、小さいヘッドマウントディスプレイで効果的に実現することは困難です。

低遅延・低残像

有機ELのもう一つの特徴として残像が少ない、ということが挙げられます。またリフレッシュレート(画面の更新頻度)を上げることも比較的容易です。

一般的な液晶でも倍速駆動、つまり実際に表示したいリフレッシュレートの倍の頻度で映像を更新することで、残像を抑える技術が広く利用されています。ですが、VRでは普通の60fps(秒間60回の更新)以上の90fpsが一般的であり、さらにこれの倍のリフレッシュレートで映像を表示するのは技術的なハードルがより高くなります。バックライトのハードウェア(LEDドライバ)もより高度な物が必要になります。

そのため、もともと残像が少ない有機ELの方が手間が少ない、というわけです。

IPS液晶

いわゆる一般的な液晶といえば大体これです。スマートフォンや、~50インチ台までのテレビでよく使われます。

一般的なスマートフォンにVRゴーグルを装着した場合や中国製のヘッドマウントディスプレイではこの液晶になります。IPS液晶を採用したVRでは、画面の更新頻度が低いために酔いを引き起こしやすかったり、妙にまぶしかったりなど、有機ELを採用したVRよりも体験が一段劣ります。一方で、解像度が高いものも多く、後述する網目感もないので、映像鑑賞など利用用途によってはこちらの方が優れていると感じられる場合もあります。

最近はWindows Mixed RealityのデバイスやOculus Goなど、IPS液晶を使いながら高いリフレッシュレートを実現したヘッドマウントディスプレイがいくつか出てきています。これらは遅延は有機EL並に押させられていますが、残像感や黒のしまり具合はまだ有機ELにはかないません。

TN液晶

ノートパソコンやPCのディスプレイの低価格モデルで利用されている液晶です。視野角が狭い特徴があり、色再現性も低いためVRで用いられることはほぼありません。一部の中国製一体型ヘッド間運ディスプレイでの採用を見かけますが、購入は避けて下さい。

VA液晶

50インチ以上の大型テレビでよく採用される液晶です。VRヘッドマウントディスプレイのような小さいサイズで使うメリットがないので、VRで用いられることはほぼありません。

解像度

ヘッドマウントディスプレイの表示の中でぱっと見の印象を一番左右するのが解像度です。スマートフォンの世界ではRetina(網膜)ディスプレイと呼ばれるような高解像度のディスプレイが主流になっており、画面を構成するドットの境目を目で認識できない、十分な解像度を実現できています。

一方、VRの世界ではスマートフォンのような解像度(ドット密度・ppi)ではまだまだ不十分です。というのは、目の近くに液晶パネルが存在する上に、それをレンズで引き延ばすからです。結果として、目には液晶のドットがはっきりと見えてしまいます。残念ながら2016-2017年世代のヘッドマウントディスプレイでは、ドットを意識せずに済むほどの解像度を持つヘッドマウンドディスプレイは存在しません。

両目4kと取りざたされるような中国製のものや業務向けの製品の開発は進行していますが、まだ発売に至ってはいません。もし実現できたとしても、2017時点におけるコンピュータのグラフィックス描画能力ではその真価を生かすことはできないでしょう。

網目感と格子感について

液晶には解像度以外にも表示の精細さを作用する要素として、RGB素子の配列や開口率といったものが存在します。

液晶はドットの一個一個が色々な色に光っているように見えますが、実はよく見ると、赤(R)・緑(G)・青(B)の点が規則正しく並んでおり、その明るさの組み合わせで多彩な色を表現してます。

Samsung製の有機ELはペンタイル配列が主流

Oculus RiftやHTC VIVEには有機ELが採用されていることは前述しましたが、製造メーカーはSamusungであるといわれています。(Oculus DK2まではGalaxy Noteのパネルをそのまま流用していました。)

Samusungは有機ELの主要供給メーカーですが、ペンタイル配列と呼ばれる特殊な配置を採用しています。Samsung製のスマートフォンではGalaxyシリーズに搭載される有機ELも全てペンタイル配列になっています。

一般的な液晶では素子がRGBRGB・・と規則正しく配置されて正方形の画素を形成していますが、ペンタイル配列では、それが入れ子になってハチの巣ようになっており、RGBの順番も変則的です。ペンタイル配列は、より少ない素子の数でスペック上の解像度を上げる効果があります。

この配置のおかげで確かに高精細であるように感じられるのですが、その分素子の間に隙間が生じ、発色しない部分が多くできます。つまり開口率が低いです。スマートフォン程度の大きさの液晶パネルを、離れて見る分には気にならないのですが、レンズで拡大して目の前で見るVRにとってはそれが仇となります。この拡大したときに見える、ハチの巣状に配置されたドットの隙間が、いわゆる網目感の正体です。

RGB配列とペンタイル配列の違い
RGB配列とペンタイル配列の違い

THE SAMSUNG GALAXY S III HAS A PENTILE DISPLAY: WHAT IS IT, AND WHY SHOULD YOU CARE?より引用。

IPS液晶は網目感が無い?

ドットの隙間はIPSでも存在はしますが、格子状でありそこまで気になりません。またスマートフォン用の液晶の方が解像度が高い場合も多いため、それも気になりにくい要因です。

IPS液晶を採用したWindows Mixed Reality対応デバイスの映像は薄い線が入っているように見えます。これは有機ELの網目感の代わりに液晶の隙間が現れているためです。

網目感の無い有機ELは存在する?

存在します。Samsung製以外の製品は基本的にRGB配列です。(Samsungはちょっと詐欺っぽいですね・・・)実際、PlayStationVRは独自のルートで有機ELを調達しており、RGB配列になっています。スペック上の解像度はOculus RiftやHTC VIVEに劣るのですが、網目感の無い美しい表示がされています。

ただ、PlayStationVRは解像度が低い上に液晶が1枚しか搭載されていないため、精細感ではOculus RiftやHTC VIVEに劣ります。

なぜ液晶は2枚の方が良いのか?

液晶が1枚でも、2枚足し合わせた分のピクセル数があれば、表示性能としては同じではないか?と考えるかもしれませんが、そうではありません。重要なのは実効解像度(実際に目に映すことができるピクセル数)です。この点液晶は2枚ある方が有利です。

人間の目と目の間の距離は、年齢や性別によって差があります。一般には60mmから70mm、平均的な大人では65mm前後といわれています。

液晶が2枚ある場合、メカ的な機構(いわゆる瞳孔間(IPD)調整機能)によって、2枚の液晶をそれぞれ目の真正面に持ってくることができます。これにより、液晶のピクセル全てを視界に映し、表示に割り当てることができます。

液晶が1枚しかない場合に、映像を目の真正面に持って行くことを、液晶の中での描画位置を調整することで実現しなければいけません。つまり目と目の間の距離が離れている場合、レンズに映し出す二つの映像はそれぞれ外側寄りにする必要があります。そして、内側に表示されるものは目には見えないため、何も表示できない領域ができてしまいます。結果として利用できるピクセル数が減り、実効解像度は低くなります。

つまり、パネルが1枚しかないPlayStation VRやスマートフォンのVRはスペック上の液晶解像度よりも、実際に感じられる解像度は低くなるといえます。ただ、前述したとおりRGB配列の液晶が有利なので、なかなか単純な比較は難しいかもしれません。

液晶のあれこれまとめ

ここまでの内容を読むと、液晶の性能面では決定版のVRヘッドマウントディスプレイが無いことに気づいたことでしょう。

とはいえ、悲観することはありません。VRでは初めは解像度の粗さが気になる場合でも、没入してしまうとあまり気にならなくなります。つまり、多少の解像度の差よりも、ポジショントラッキングの範囲やコントローラ、VRコンテンツの質などの方が、没入感を左右する比率は大きいといえます。

買って最初は「えっ」と思うかもしれませんがじきに慣れます。どんな風に見えるのか気になる方はヨドバシやDOSVパラダイス等の店頭展示を確認すると良いでしょう。

どうしても液晶の解像度などの品質が気になる!という方はWindows Mixed Reality対応デバイスもチェックしてみて下さい。

Windows Mixed Reality全ヘッドセットのスペックをOculus/VIVEも含めて比較する