Le papier électronique Retina atteint la résolution de l’œil humain (WO₃)

Display sizes have steadily shrunk while resolutions have soared, bringing screens ever closer to our eyes.

À l’époque, les télévisions et les projecteurs étaient conçus pour une visualisation partagée à distance. Cela les rendait grands, lourds et fixes, obligeant les utilisateurs à s’adapter à l’écran.

Cela a changé avec l’avènement des ordinateurs personnels, qui ont placé les écrans à portée de bras. Rapidement, les affichages sont devenus personnels, entraînant un passage de l’interaction partagée à l’interaction individuelle.

Puis est arrivée la révolution du smartphone, rapprochant encore davantage les écrans de nos yeux. Nous pouvions emporter nos écrans partout, et les interactions sont devenues plus intimes.

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 millimetres from the eye, turning screens into extensions of ourselves.

La recherche en cours se tourne vers la projection rétinienne, les affichages proches de l’œil et les interfaces neuronales afin de fusionner efficacement l’écran et la perception, où l’affichage devient partie intégrante de notre système visuel.

À chaque étape de ce processus, la distance physique a été réduite et l’immersion accrue. Mais à mesure que la technologie des écrans progresse, nous sommes désormais confrontés aux limites de la taille et de la résolution des affichages. 

Limites de résolution de l’œil humain (PPD) qui définissent les progrès des écrans

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Alors que les scientifiques, ingénieurs et concepteurs se concentrent sur l’amélioration de la résolution des écrans mobiles, de réalité augmentée et de réalité virtuelle, la question est de savoir s’ils offrent réellement des avantages perceptibles.

Le fait est que, bien que les innovateurs et les fabricants puissent continuer à augmenter la résolution de leurs technologies d’affichage en ajoutant davantage de pixels, l’œil humain a une limite. 

Cette limite est appelée résolution rétinienne ou résolution limitée par l’œil, qui n’a rien à voir avec notre rétine elle‑même mais avec notre cerveau. La bonne nouvelle est que cette limite est plus élevée que ce que nous pensions initialement, c’est‑à‑dire les 60 pixels par degré (PPD) basés sur le tableau de Snellen.

Pour déterminer la limite maximale de résolution des écrans, une étude récente¹ a cherché à identifier la limite de la résolution rétinienne. Ce qu’ils ont découvert, c’est que l’ajout de pixels supplémentaires à un écran le rend moins efficace, plus coûteux et plus énergivore.

L’étude vise à déterminer la résolution ultime à laquelle une image apparaît nette à nos yeux sans flou perceptible. Pour cela, les chercheurs ont mené une expérience impliquant 19 participants à qui ont été présentés des motifs sur un écran coulissant (pour un contrôle continu de la résolution) avec de fines gradations, en nuances de gris et de couleur. Pour mesurer le PPD, les chercheurs ont rapproché et éloigné l’écran des participants.

Les chercheurs ont constaté que lorsque la résolution des pixels dépasse la limite visuelle de l’observateur, celui‑ci ne peut plus distinguer de manière fiable les motifs à lignes fines d’une image grise uniforme. Ainsi, une fois que les observateurs atteignent leur limite de résolution, ils ne peuvent tout simplement pas différencier deux images, ce qui signifie que l’ajout de pixels ou de détails supplémentaires n’a aucune importance car l’œil humain ne peut tout simplement pas les voir.

Selon les mesures de l’étude, l’œil humain peut résoudre des détails à 94 pixels par degré pour les images achromatiques (noir et blanc) vues de face, mais ce chiffre diminue pour les images chromatiques. Il était de 89 pour les motifs rouges et verts, et encore plus bas, 53 PPD, pour le jaune et le violet. Les chercheurs ont également signalé une chute plus importante de la limite de résolution pour les motifs colorés que pour les motifs noir‑blanc.

« Nos yeux sont essentiellement des capteurs qui ne sont pas très performants, mais notre cerveau traite ces données pour créer ce qu’il pense que nous devrions voir. »

– Rafał Mantiuk, co‑auteur de l’étude et également professeur de Graphiques et d’Affichages à Cambridge

Pourquoi la réduction des pixels émissifs échoue à des densités de pixels ultra‑élevées

Augmenter la densité de pixels au-delà de ce que nos yeux peuvent distinguer a un coût. À mesure que les tailles de pixels continuent de diminuer dans les affichages émissifs, l’uniformité et l’intensité de leur émission se détériorent, la luminosité diminue, et la diaphonie des couleurs ainsi que la complexité de fabrication augmentent, rendant difficile l’obtention d’images à très haute résolution.

Les panneaux de téléphones commerciaux aujourd’hui utilisent des pixels d’environ ~60 µm (≈450 PPI). Selon l’étude publiée dans Nature, cela représente plusieurs milliers de fois la taille requise pour un affichage parfaitement adapté à l’œil, d’où la nécessité de développer de nouvelles architectures de pixels plutôt que de simplement réduire les émetteurs. À cette échelle, l’œil nu a du mal à percevoir la lumière émise, notamment en plein jour.

Quant au plus petit affichage micro‑LED coloré, sa taille de pixel réduite rend difficile l’obtention d’une résolution au niveau rétinien sur un champ de vision étendu. Lorsque les pixels sont plus petits d’un micromètre (μm), leurs performances sont médiocres. À de telles échelles, l’uniformité et la diaphonie des couleurs posent également des obstacles techniques, limitant l’utilisation des technologies d’affichage émissives conventionnelles pour créer le dispositif de réalité virtuelle ultime.

Mais il existe alors le papier électronique, qui utilise la lumière ambiante et peut maintenir un contraste optique élevé quelle que soit la taille du pixel.

Le papier électronique, E‑paper ou papier intelligent, est un dispositif d’affichage qui reflète la lumière ambiante pour imiter l’apparence de l’encre sur du papier, au lieu d’émettre sa propre lumière comme le font les écrans à panneaux plats, ce qui nécessite une énergie supplémentaire. C’est ce qui rend le E‑paper ou l’E‑ink agréable à lire. Il peut également offrir un angle de vision plus large que la plupart des affichages émetteurs de lumière.

De plus, le E‑paper peut conserver des images statiques même sans alimentation. Sa capacité à afficher du contenu sans rafraîchissement continu le rend très économe en énergie.

Cela est rendu possible grâce à des millions de minuscules capsules remplies d’un fluide transparent contenant des particules ultra‑petites et colorées avec des charges électriques différentes. Des électrodes sont placées au-dessus et au-dessous du film de capsule mince, et selon le champ électrique appliqué, les particules se déplacent soit vers le haut, soit vers le bas de la capsule, conférant à la surface de l’affichage sa couleur spécifique.

Cependant, le E‑paper a ses propres limites. Il ne peut pas atteindre une haute résolution en raison des restrictions de taille de ses capsules.

Ainsi, des chercheurs de l’Université de Göteborg, de l’Université technologique de Chalmers et de l’Université d’Uppsala se sont réunis pour présenter une nouvelle technologie de E‑paper, baptisée retina E‑paper, capable d’atteindre des résolutions ultra‑élevées.

Leur retina E‑paper a dépassé 25 000 pixels par pouce (PPI), ce que les chercheurs soulignent comme dépassant la limite visuelle théorique humaine de 60 pixels par degré sur un champ de vision de 120° avec un écran de 8 mm.

Ce nouveau E‑paper intègre des métapixels électrochromiques en WO₃ qui passent d’un état isolant à métallique lors d’une réduction électrochimique, permettant une modulation dynamique de l’indice de réfraction et de l’absorption optique, et offrant un contrôle précis de la réflectance et du contraste à l’échelle nanométrique.

En tirant parti de cet effet, les métapixels peuvent atteindre des densités proches de la limite de résolution visuelle lorsque la taille de l’affichage correspond au diamètre de la pupille. Selon l’étude, la nouvelle technologie montre un contraste optique élevé, une faible consommation d’énergie, une réflectance pouvant atteindre 80 %, une capacité vidéo supérieure à 25 Hz et la prise en charge d’un affichage 3D anaglyphe, ce qui souligne son potentiel en tant que solution de nouvelle génération pour les systèmes de réalité virtuelle immersifs.

Papier électronique Retina : les métapixels WO₃ offrent une résolution humaine

Publié dans Nature, l’étude, « Papier électronique couleur réglable à vitesse vidéo avec résolution humaine », détaille la nouvelle technologie, présentant les plus petits pixels d’un écran avec la résolution la plus élevée que l’œil humain peut percevoir.

Les pixels reproduisent les couleurs à l’aide de nanoparticules dont les dimensions et l’arrangement contrôlent la façon dont la lumière est diffusée. Les propriétés optiques des nanoparticules peuvent également être modulées électriquement.

Grâce à cette percée, la technologie promet de contribuer à créer des mondes virtuels qui ressemblent exactement au monde réel.

Selon le principal auteur de l’étude, Kunli Xiong, chargé de cours senior associé et professeur assistant au Département de science et génie des matériaux de l’Université d’Uppsala, Suède :

« La technologie que nous avons développée peut offrir de nouvelles façons d’interagir avec l’information et le monde qui nous entoure. Elle pourrait élargir les possibilités créatives, améliorer la collaboration à distance, et même accélérer la recherche scientifique. »

Ce que le nouveau E‑paper a accompli, c’est de surmonter le problème de taille.

La taille et le nombre de pixels déterminent la résolution et le réalisme de l’affichage à l’écran. Cependant, les pixels ne peuvent pas être rendus trop petits sans affecter leurs performances. En conséquence, les expériences en AR et VR actuelles sont limitées, car les écrans sont petits et placés près des yeux.

Chaque pixel du Retina E‑paper mesure seulement 560 nanomètres. La surface totale de l’écran, quant à elle, est comparable à la taille d’une pupille humaine, offrant une résolution supérieure à 25 000 PPI.

« Cela signifie que chaque pixel correspond approximativement à un seul photorécepteur de l’œil, c’est‑à‑dire les cellules nerveuses de la rétine qui convertissent la lumière en signaux biologiques. Les humains ne peuvent pas percevoir une résolution supérieure à celle‑ci. »

– Andreas Dahlin, professeur au Département de chimie et génie chimique de Chalmers

Le nouveau type d’écran réfléchissant, qui peut être placé extrêmement près de l’œil, est passif. Cela signifie qu’il ne possède pas de source lumineuse propre. Au lieu de cela, les couleurs des pixels n’apparaissent que lorsque la lumière ambiante frappe les petites structures de leur surface.

Curieusement, le plumage de nombreux petits oiseaux, comme les colibris et les étourneaux, suit ce principe : il affiche des couleurs uniquement lorsque la lumière les frappe sous des angles spécifiques.

Aujourd’hui, le nouveau type de E‑paper a surmonté les limites physiques et optiques des technologies d’affichage traditionnelles grâce à une ingénierie optique à l’échelle nanométrique, lui permettant de conserver clarté et précision des couleurs à des densités de pixels extrêmes.

Les minuscules pixels du retina E‑paper contiennent des particules d’oxyde de tungstène (WO₃), un composé chimique d’oxygène et du métal de transition tungstène. Il réagit à la lumière visible et présente plusieurs phases cristallines. Ce matériau possède des applications potentielles en tant que matériau fonctionnel clé pour les photoélectrodes, la catalyse, les dispositifs électrochromiques et les capteurs chimiques.

Les chercheurs ont structuré des nanodisques de WO₃ sur un substrat réfléchissant en aluminium et platine, chaque nanodisque agissant comme un « metapixel » optique, générant ainsi la couleur par diffusion de Mie et interférence.

En ajustant la taille et les positions relatives des particules de WO₃, l’équipe a pu contrôler la diffusion et la réflexion de la lumière de différentes couleurs. Cela crée des pixels rouges, bleus et verts, qui peuvent être utilisés pour générer d’autres couleurs.

Pour les rendre noirs, les particules peuvent être désactivées en appliquant une faible tension.

Grâce au WO₃ électrochromique qui maintient son état de couleur sans nécessiter d’alimentation continue, l’écran ne consomme qu’environ 1,7 mW/cm² lors de la lecture vidéo et 0,5 mW/cm² pour les images statiques.

Par ailleurs, l’utilisation d’un électrolyte de LiClO₄ à 1,0 M, l’un des sels de lithium les plus courants dans les batteries Li‑ion, combinée à un écart latéral d’électrode de 500 nm, permet à la technologie d’obtenir un déplacement ionique rapide, autorisant des changements de couleur en seulement 40 millisecondes. Cette vitesse est suffisante pour une lecture vidéo fluide à plus de 25 Hz.

« Il s’agit d’une avancée majeure dans le développement d’écrans pouvant être miniaturisés tout en améliorant la qualité et en réduisant la consommation d’énergie. La technologie doit encore être affinée, mais nous croyons que le retina E‑paper jouera un rôle majeur dans son domaine et finira par avoir un impact sur nous tous. »

– Giovanni Volpe, professeur au Département de physique de l’Université de Göteborg

Pour démontrer les performances de leur retina E‑paper, l’équipe de chercheurs a créé une image de « The Kiss », la célèbre œuvre de Gustav Klimt, sur une surface mesurant 1,4 × 1,9 millimètres. Cette surface représente 1/4000 d’un smartphone standard.

Ils ont également reproduit un papillon anaglyphe 3D, démontrant la profondeur stéréoscopique et la fidélité des couleurs artistiques.

Avec plus de 80 % de l’information transmise par des signaux visuels, le nouveau E‑paper représente une avancée technologique susceptible de changer notre manière d’interagir avec l’information.

Dans le domaine des applications AR, la compatibilité inhérente du retina E‑paper avec l’environnement permet une intégration visuelle naturelle et une réduction substantielle de la batterie. Cela ouvre la possibilité d’écrans entièrement auto‑alimentés lorsqu’ils sont combinés à des cellules solaires.

Malgré son fort potentiel, la technologie doit encore être affinée, l’étude décrivant les étapes futures : optimiser la gamme de couleurs ainsi que la stabilité et la durée de vie opérationnelles, réduire la tension de fonctionnement, et explorer des électrolytes alternatifs afin d’allonger la durabilité et de diminuer la consommation d’énergie.

L’équipe intégrera également des réseaux de transistors à couche mince (TFT) ultra‑haute résolution pour un contrôle indépendant des pixels, permettant des affichages de grande surface. « En regardant vers l’avenir, nous anticipons des avancées significatives dans ce domaine et croyons fermement que l’évolution du retina E‑paper influencera finalement tout le monde », a souligné l’étude.

Investir dans les technologies d’affichage avancées

Le géant technologique Apple Inc. (AAPL ) s’est longtemps engagé dans la R&D d’affichages, en se concentrant sur une résolution rétinienne adaptée à l’œil humain.

Le Retina display est une série d’écrans LCD et OLED d’Apple avec une densité de pixels supérieure à celle des écrans traditionnels d’Apple. Ces écrans ont fait leurs débuts dans les premières versions d’iPhone puis plus tard dans la 3ᵉ génération d’iPad, où chaque écran a été remplacé par quatre pixels plus petits. Aujourd’hui, le Retina display se trouve dans la plupart des produits Apple.

La densité minimale de pixels des Retina displays d’Apple n’est pas fixe ; elle varie en fonction de la distance de visualisation.

L’entreprise investit également massivement dans les lunettes AR et les affichages à faible consommation de nouvelle génération. En 2023, elle a lancé l’Apple Vision Pro, le premier casque portable, offrant une expérience de réalité mixte. Selon un récent rapport de Bloomberg, Apple a mis en pause une refonte prévue du casque.

Bien qu’une version plus légère et plus abordable du Vision Pro ne soit pas prévue dans l’immédiat, Apple se concentre désormais sur le développement de lunettes intelligentes pour rivaliser avec les produits de Meta Platforms (META ). L’entreprise vise à lancer des lunettes intelligentes d’ici quelques années, avec un modèle doté d’un affichage sur la lentille prévu pour être commercialisé aux alentours de 2028.

Les produits phares d’Apple sont l’iPhone, l’iPad, le Mac, l’Apple Watch et les AirPods, tandis que ses plateformes logicielles comprennent iOS, macOS, iPadOS, watchOS, visionOS et tvOS. Parallèlement, ses services incluent AppleCare, la publicité, les services cloud, le contenu numérique et les services de paiement.

La semaine dernière, Apple a annoncé ses résultats financiers pour le quatrième trimestre fiscal 2025, qui s’est terminé le 27 septembre 2025, et a dépassé les attentes des analystes. L’entreprise a enregistré une hausse de 8 % d’une année sur l’autre de son chiffre d’affaires, atteignant 102,5 milliards de dollars. Cela comprend 49,03 milliards de dollars de revenus iPhone, 8,73 milliards de dollars de revenus Mac, 6,95 milliards de dollars de revenus iPad, 9,01 milliards de dollars de revenus d’autres produits et 28,75 milliards de dollars de revenus de services.

Au cours de cette période, l’entreprise a déclaré un bénéfice net dilué par action de 1,85 $, en hausse de 13 % d’une année sur l’autre.

« Grâce à nos niveaux très élevés de satisfaction et de fidélité client, notre base installée d’appareils actifs a également atteint un nouveau record historique dans toutes les catégories de produits et tous les segments géographiques. »

– Apple CFO Kevan Parekh

Le PDG d’Apple, Tim Cook, a quant à lui déclaré que l’entreprise publiera l’an prochain une version mise à jour de son assistant virtuel et chatbot, Siri. Il a également évoqué des partenariats à venir, comme celui avec OpenAI pour intégrer ChatGPT à Apple Intelligence.

« Notre intention est de nous intégrer à davantage de personnes au fil du temps. »

– Tim Cook

Selon des rapports récents, Apple prévoit de payer environ 1 milliard de dollars par an pour un modèle d’IA de 1,2 billion de paramètres développé par Google afin de soutenir la refonte de Siri.

En ce qui concerne la capitalisation boursière de 4 trillions de dollars d’Apple, son action se négocie actuellement juste au-dessus de 269 $, en hausse de 7,87 % depuis le début de l’année. Elle affiche un BPA (TTM) de 7,43 et un PER (TTM) de 36,37. Apple a récemment déclaré un dividende en espèces de 0,26 $ par action.

Conclusion

La technologie d’affichage progresse avec un seul objectif en tête : réaliser une intégration transparente entre la vision humaine et le monde numérique. Pour y parvenir, les scientifiques et les ingénieurs ont réduit la frontière entre la perception et la projection.

Les recherches récentes sur le retina E‑paper représentent une grande avancée à cet égard, atteignant une résolution au niveau de l’œil humain en n’utilisant que la lumière ambiante, grâce à la combinaison de l’efficacité énergétique des affichages réfléchissants avec la précision du contrôle optique à l’échelle nanométrique. Cette percée ouvre de nouvelles voies pour des systèmes visuels durables et de haute fidélité, et à mesure que les chercheurs affinent la gamme de couleurs, la stabilité et l’évolutivité, le retina E‑paper pourrait devenir la base de la prochaine génération de technologies d’affichage immersives et économes en énergie.

Références

<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>