Retina E-Papir når menneskeøjets opløsning (WO₃)

Display‑størrelserne er støt blevet mindre, mens opløsningerne er steget kraftigt, hvilket bringer skærme stadig tættere på vores øjne.

I de tidlige dage blev fjernsyn og projektorer designet til fælles fjernsyn. Dette gjorde dem store, tunge og faste, så brugerne måtte tilpasse sig skærmen.

Det var indtil fremkomsten af personlige computere, som placerede skærme lige inden for vores armers rækkevidde. Snart blev skærme personlige, hvilket førte til et skift fra delt til individuel interaktion.

Så kom smartphone-revolutionen, som bragte skærme endnu tættere på vores øjne. Vi kunne bære vores skærme med os overalt, og interaktionerne blev mere intime.

Now, in the latest stage of this evolution, displays have moved onto our very bodies. Wearables such as smartwatches, fitness bands, AR glasses, and VR headsets sit mere millimetre fra øjet, turning screens into extensions of ourselves.

Løbende forskning bevæger sig ind i retinal projektion, near‑eye displays og neurale grænseflader for effektivt at flette skærm og perception sammen, så skærmen bliver en del af vores visuelle system.

Ved hvert skridt i denne proces er den fysiske afstand blevet reduceret, og immersionen er steget. Men efterhånden som display‑teknologien fortsætter med at udvikle sig, står vi nu over for grænserne for display‑størrelse og opløsning. 

Menneskeøjets opløsningsgrænser (PPD), der definerer display‑fremskridt

Swipe for at rulle →

Mens videnskabsfolk, ingeniører og designere fokuserer på at forbedre opløsningen af mobile, augmented reality‑ og virtual reality‑displays, er spørgsmålet, om de faktisk leverer mærkbare fordele.

Pointen er, at selvom innovatører og producenter kan fortsætte med at øge deres display‑teknologis opløsning ved at tilføje flere pixels, har det menneskelige øje en grænse. 

Grænsen kaldes den retinal‑opløsning eller øje‑begrænsende opløsning, som ikke har noget at gøre med vores nethinde selv, men med vores hjerne. Det gode er, at denne grænse er højere end vi oprindeligt troede, dvs. de 60 pixels per grad (PPD) baseret på Snellen‑diagrammet.

For at bestemme den maksimale opløsningsgrænse for displays, søgte en seneste undersøgelse¹ at identificere grænsen for retinal opløsning. De har fundet, at tilføjelse af flere pixels til et display gør det mindre effektivt, dyrere og mere energikrævende.

Undersøgelsen har til formål at bestemme den ultimative opløsning, hvor et billede fremstår skarpt for vores øjne uden mærkbar sløring. Til dette gennemførte forskerne et eksperiment med 19 deltagere, som blev vist mønstre på en glidende skærm (for kontinuerlig kontrol af opløsningen) med fine nuancer i gråtoner og farver. For at måle PPD flyttede forskerne skærmen tættere på og længere væk fra deltagerne.

Forskerne fandt, at når pixel‑opløsningen overstiger observatørens visuelle grænse, kan observatøren ikke pålideligt skelne mellem fine linjemønstre og et ensfarvet gråt billede. Så når observatører når deres opløsningsgrænse, kan de simpelthen ikke skelne mellem to billeder, hvilket betyder, at tilføjelse af flere pixels eller detaljer er irrelevant, fordi det menneskelige øje simpelthen ikke kan se dem.

Ifølge undersøgelsens målinger kan det menneskelige øje skelne detaljer ved 94 pixels per grad for achromatiske (sort‑hvide) billeder set direkte, men dette falder for kromatiske billeder. Det var 89 for røde og grønne mønstre og endnu lavere, 53 PPD, for gule og violette. Forskerne rapporterede også, at faldet i opløsningsgrænsen var større for farvede mønstre end for sort‑hvide mønstre.

“Vores øjne er i bund og grund sensorer, der ikke er så gode, men vores hjerne behandler disse data til det, den mener, vi bør se.”

– Rafał Mantiuk, medforfatter af undersøgelsen og også professor i grafik og displays ved Cambridge

Hvorfor krympning af udsendende pixels fejler ved ultra‑høj PPI

At øge pixeltætheden ud over, hvad vores øjne kan skelne, har en pris. Efterhånden som pixelstørrelserne fortsat krymper i udsendende displays, forringes uniformiteten og intensiteten af deres udsendelse, lysstyrken reduceres, og farve‑crosstalk samt fremstillingskompleksiteten stiger, hvilket gør det udfordrende at opnå meget høj‑opløsningsbilleddannelse.

Kommercielle telefonpaneler i dag bruger pixels på cirka ~60 µm i bredden (≈450 PPI). Ifølge Nature‑undersøgelsen er dette flere tusinde gange større end, hvad et ultimativt øje‑matchende display teoretisk ville kræve – derfor skubbes der mod helt nye pixel‑arkitekturer i stedet for blot at krympe udsendere. På denne skala har det blotte øje svært ved at opfatte det udsendte lys, især i lyse udendørs miljøer.

Hvad angår den mindste farverige micro‑LED‑skærm, gør dens mindre pixelstørrelse det udfordrende at opnå retinal‑niveau opløsning over et bredt synsfelt. Når pixels er mindre end 1 µm, fungerer de dårligt. På så små skalaer udgør uniformitet og farve‑crosstalk også tekniske forhindringer, hvilket begrænser brugen af konventionel udsendende display‑teknologi til at skabe det ultimative VR‑display.

Men så er der elektronisk papir, som udnytter omgivende lys og kan opretholde høj optisk kontrast uanset pixelstørrelsen.

Elektronisk papir, e‑paper eller intelligent papir, er en displayenhed, der reflekterer omgivende lys for at efterligne udseendet af blæk på papir i stedet for at udsende sit eget lys, som flade panel‑displays gør, hvilket kræver ekstra energi. Dette er hvad der gør e‑paper eller e‑ink behageligt at læse. Det kan også give en bredere betragtningsvinkel end de fleste lys‑udsendende displays.

Desuden kan e‑paper bevare statiske billeder selv uden strøm. Dens evne til at vise indhold uden kontinuerlig opdatering gør den yderst energieffektiv.

Dette muliggøres af millioner af små kapsler fyldt med en klar væske, der indeholder ultrasmå farvede partikler med forskellige elektriske ladninger. Elektroder placeres over og under den tynde kapselfilm, og afhængigt af det påførte elektriske felt bevæger partiklerne sig enten til toppen eller bunden af kapslen, hvilket giver displayoverfladen sin specifikke farve.

Men e‑paper har sine egne begrænsninger. De kan ikke opnå høj opløsning på grund af størrelsesbegrænsningerne i deres kapsler. 

Derfor samlede forskere fra Göteborgs Universitet, Chalmers Tekniske Højskole og Uppsala Universitet sig for at præsentere en ny e‑paper‑teknologi, kaldet retina‑e‑paper, som kan opnå ultra‑høj opløsning.

Deres retina‑e‑paper har overgået 25.000 pixels per tomme (PPI), hvilket forskerne bemærker overstiger den teoretiske menneskelige synsgrænse på 60 pixels per grad over et 120° synsfelt på en 8 mm skærm. 

Dette nye e‑paper har elektrokrømmende WO₃‑metapixels, som overgår fra isolator til metal ved elektro‑kemisk reduktion, hvilket muliggør dynamisk modulering af brydningsindeks og optisk absorption og tillader præcis kontrol over reflektans og kontrast på nanoskalering. 

Ved at udnytte denne effekt kan metapixels opnå tætheder tæt på den visuelle opløsningsgrænse, når displaystørrelsen matcher pupilens diameter. Den nye teknologi viser, ifølge undersøgelsen, stærk optisk kontrast, lavt energiforbrug, reflektans på op til 80 %, video‑kapacitet over 25 Hz og understøttelse af anaglyf‑3D‑display, hvilket fremhæver dens potentiale som en næste‑generationsløsning for immersive virtual reality‑systemer.

Retina‑e‑paper: WO₃‑metapixels leverer menneskelig opløsning

Udgivet i Nature, Video‑rate tunable colour electronic paper with human resolution,² detaljerede den nye teknologi, som indeholder de mindste pixels i en skærm med den højeste opløsning, som det menneskelige øje kan opfatte. 

Pixelene gengiver farver ved hjælp af nanopartikler, hvis dimensioner og arrangement styrer, hvordan lys spredes. Nanopartiklernes optiske egenskaber kan også elektrisk moduleres. 

Med dette gennembrud lover teknologien at hjælpe med at skabe virtuelle verdener, der ser ud som den virkelige verden.

I henhold til studiets hovedforfatter, Kunli Xiong, som er associate senior lecturer og assisterende professor ved Institut for Materialevidenskab og Ingeniørvidenskab på Uppsala Universitet, Sverige:

“Den teknologi, vi har udviklet, kan give nye måder at interagere med information og verden omkring os. Den kan udvide kreative muligheder, forbedre fjern‑samarbejde og endda accelerere videnskabelig forskning.”

Hvad det nye e‑paper har gjort, er at overvinde størrelsesproblemet.

Størrelsen og antallet af pixels bestemmer opløsningen og realismen af den visuelle fremstilling på skærmen.. Dog kan pixels ikke gøres for små uden at påvirke deres ydeevne. Som følge heraf er oplevelser i nutidens AR og VR begrænsede, da skærmene er små og placeret tæt på øjnene.

Hver pixel i Retina‑e‑paper måler kun 560 nanometer. Det samlede skærmområde er derimod sammenligneligt med størrelsen på en menneskelig pupil og giver en opløsning, der overstiger 25.000 PPI.

“Dette betyder, at hver pixel omtrent svarer til en enkelt fotoreceptor i øjet, dvs. nervecellerne i nethinden, der omdanner lys til biologiske signaler. Mennesker kan ikke opfatte en højere opløsning end dette.”

– Andreas Dahlin, professor ved Institut for kemi og kemisk ingeniørvidenskab på Chalmers

Den nye type reflektive skærm, som kan placeres ekstremt tæt på øjet, er passiv. Det betyder, at den ikke har sin egen lyskilde. I stedet vises pixelernes farver kun, når omgivende lys rammer små strukturer på deres overflade.

Interessant nok følger fjerdragten hos mange små fugle, såsom kolibrier og stære, dette princip: den viser farve kun, når lys rammer dem i specifikke vinkler.

Nu har den nye type e‑paper overvundet de fysiske og optiske begrænsninger i traditionelle display‑teknologier gennem nanoskalig optisk ingeniørkunst, hvilket gør det muligt at bevare klarhed og fargenøjagtighed ved ekstreme pixeltætheder.

De små pixels i retina‑e‑paper indeholder partikler af wolframoxid (WO₃), en kemisk forbindelse af oxygen og overgangsmetallet wolfram. Den er responsiv over for synligt lys og udviser flere krystallinske faser. Materialet har potentielle anvendelser som et vigtigt funktionelt materiale til fotoelektroder, katalyse, elektrokrømmende enheder og kemiske sensorer.

Forskerne strukturerede WO₃‑nanodiske på et reflekterende substrat af aluminium og platin, hvor hver af disse nanodiske fungerer som en optisk ‘metapixel’, og dermed genererer farve gennem Mie‑spredning og interferens.

Ved at justere størrelsen og de relative positioner af WO₃‑partiklerne kunne holdet kontrollere, hvordan lys i forskellige farver diffunderes og reflekteres. Dette skaber pixels i rød, blå og grøn, som kan bruges til at generere andre farver.

For at gøre dem sorte kan partiklerne slukkes ved at påføre en svag spænding.

Med elektrokrømmende WO₃, der bevarer sin farvetilstand uden behov for kontinuerlig strøm, forbruger displayet kun omkring 1,7 mW/cm² under videoafspilning og 0,5 mW/cm² for statiske billeder.

Samtidig muliggør brugen af en 1,0 M LiClO₄‑elektrolyt, en af de mest almindelige lithium‑salte brugt i Li‑ion‑batterier, kombineret med en lateralt elektrode‑gap på 500 nm, at teknologien opnår hurtig ionbevægelse, så farveskift kan ske på kun 40 millisekunder. Denne hastighed er hurtig nok til jævn videoafspilning over 25 Hz.

“Dette er et stort skridt fremad i udviklingen af skærme, der kan krympes til en miniaturstørrelse, samtidig med at kvaliteten forbedres og energiforbruget reduceres. Teknologien skal finjusteres yderligere, men vi tror på, at retina‑e‑paper vil spille en stor rolle inden for sit felt og på sigt vil påvirke os alle.”

– Giovanni Volpe, professor ved Institut for fysik på Göteborgs Universitet

For at demonstrere ydeevnen af deres retina‑e‑paper skabte forskerholdet et billede af ‘The Kiss’, det berømte værk af Gustav Klimt, på en overflade på 1,4 × 1,9 millimeter. Denne overflade er 1/4000 af en standard smartphone. 

De reproducerede også en 3D‑anaglyf‑sommerfugl, der demonstrerer stereoskopisk dybde og kunstnerisk farve‑fidelitet.

Med over 80 % af informationen overført gennem visuelle signaler markerer det nye e‑paper en teknologisk fremgang med potentiale til at ændre, hvordan vi interagerer med information.

I AR‑applikationernes område muliggør retina‑e‑papers iboende kompatibilitet med miljøet naturlig visuel integration og betydelig batteri‑nedskalering. Det åbner muligheden for fuldt selvforsynende displays, når de kombineres med solceller.

På trods af dets høje potentiale skal teknologien forfines yderligere, hvor undersøgelsen skitserer fremtidige skridt: optimering af farvegamut, driftsstabilitet og levetid, sænkning af driftsspændingen samt udforskning af alternative elektrolytter for at forlænge holdbarheden og reducere energiforbruget.

Teamet vil også integrere ultra‑høj‑opløsnings thin‑film transistor (TFT)-arrays for uafhængig pixelkontrol, hvilket muliggør store displays. “Ser vi fremad, forventer vi betydelige fremskridt på dette område og tror fast på, at udviklingen af retina‑e‑paper i sidste ende vil påvirke alle,” bemærkede undersøgelsen.

Investering i avanceret display‑teknologi

Teknojiganten Apple Inc. (AAPL ) har længe været involveret i display‑F&U, med fokus på en menneskeøje‑matchende retinal‑opløsning. 

Retina‑display er en serie af LCD‑ og OLED‑skærme fra Apple med en højere pixeltæthed end Apples traditionelle skærme. Disse skærme debuterede i de første iPhone‑versioner og senere i den tredje‑generation iPad, hvor hver skærm blev erstattet af fire mindre pixels. I dag kan Retina‑display findes i de fleste Apple‑produkter.

Den minimale pixeltæthed i Apples Retina‑displays er ikke fast; den varierer med betragtningsafstanden.

Virksomheden investerer også kraftigt i AR‑briller og næste‑generations lav‑effekt displays. I 2023 lancerede den Apple Vision Pro, den første bærbare headset, der tilbyder en mixed‑reality‑oplevelse. Ifølge en nylig rapport fra Bloomberg har Apple sat en pause på en planlagt ombygning af headsettet. 

Selvom en lettere, mere overkommelig version af Vision Pro måske ikke kommer snart, fokuserer Apple nu på at udvikle smarte briller, der kan konkurrere med Meta Platforms’ (META ) produkter. Virksomheden sigter mod at lancere smarte briller om et par år, med en model, der har en skærm på linsen, forventet udgivet omkring 2028.

Apples nøgleprodukter er iPhone, iPad, Mac, Apple Watch og AirPods, mens deres softwareplatforme omfatter iOS, macOS, iPadOS, watchOS, visionOS og tvOS. Deres tjenester inkluderer AppleCare, reklame, cloud‑tjenester, digitalt indhold og betalingsservices.

Sidste uge annoncerede Apple sine finansielle resultater for regnskabsåret 2025 Q4, som sluttede den 27. september 2025, og overgik analytikernes forventninger. Virksomheden rapporterede en 8 % årlig stigning i omsætning til $102,5 milliarder. Dette inkluderer $49,03 milliarder i iPhone‑omsætning, $8,73 milliarder i Mac‑omsætning, $6,95 milliarder i iPad‑omsætning, $9,01 milliarder i andre produkt‑omsætning og $28,75 milliarder i services‑omsætning.

I denne periode rapporterede virksomheden en udvandet indtjening per aktie på $1,85, en stigning på 13 % årligt.

“Tak til vores meget høje niveauer af kundetilfredshed og loyalitet har vores installerede base af aktive enheder også nået et nyt rekordhøjt niveau på tværs af alle produktkategorier og geografiske segmenter.”

– Apple CFO Kevan Parekh

Apple‑CEO Tim Cook bemærkede imidlertid, at virksomheden vil udgive en opdateret version af sin virtuelle assistent og chatbot, Siri, næste år. Han nævnte også kommende partnerskaber, såsom samarbejdet med OpenAI om at integrere ChatGPT i Apple Intelligence.

“Vores intention er at integrere med flere mennesker over tid.”

– Tim Cook

Ifølge nylige rapporter planlægger Apple at betale omkring $1 milliard om året for en 1,2‑billion‑parameter AI‑model udviklet af Google til at understøtte Siri‑ombygningen.

Når det gælder Apples $4 billioner markedsværdi, handles aktien i øjeblikket lige over $269, en stigning på 7,87 % år‑til‑dato. Den har en EPS (TTM) på 7,43 og en P/E (TTM) på 36,37. Apple erklærede for nylig et kontantudbytte på $0,26 pr. aktie.

Konklusion

Display‑teknologien udvikler sig med ét mål for øje: at opnå problemfri integration mellem menneskelig vision og den digitale verden. For at opnå dette har videnskabsfolk og ingeniører formindsket grænsen mellem perception og projektion.

Den seneste forskning i retina‑e‑paper udgør en stor præstation på dette område, idet den opnår menneskeøjniveau‑opløsning ved kun at bruge omgivende lys ved at kombinere den energieffektivitet, som reflekterende displays har, med præcisionen fra nanoskalig optisk kontrol. Dette gennembrud åbner nye veje for bæredygtige, høj‑fidelitets‑visuelle systemer, og efterhånden som forskerne forfiner farveområdet, stabiliteten og skalerbarheden, kan retina‑e‑paper blive grundlaget for næste generation af immersive, energieffektive display‑teknologier.

Referencer

<sup>1. Ashraf, M., Chapiro, A. & Mantiuk, R.K. Resolution limit of the eye — how many pixels can we see? Nature Communications 16, 9086 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64679-2
2. Santosa, A. S., Chang, Y-W., Dahlin, A. B., Österlund, L., Volpe, G. & Xiong, K. Video-rate tunable colour electronic paper with human resolution. Nature 646, 1089–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09642-3</sup</sup>