Retina E-Paper Mencapai Resolusi Mata Manusia (WO₃)

Ukuran layar terus menyusut sementara resolusinya melonjak, sehingga layar semakin dekat dengan mata kita.

Pada masa awal, televisi dan proyektor dirancang untuk ditonton bersama dari jarak jauh. Akibatnya, perangkat tersebut berukuran besar, berat, dan tidak mudah dipindahkan sehingga pengguna harus menyesuaikan diri dengan layar.

Keadaan berubah ketika komputer pribadi hadir dan menempatkan layar dalam jangkauan tangan. Layar pun menjadi perangkat personal, menggeser interaksi dari penggunaan bersama ke penggunaan individual.

Kemudian datang revolusi ponsel pintar yang membawa layar semakin dekat ke mata. Kita dapat membawa layar ke mana saja, dan interaksi menjadi semakin intim.

Kini, pada tahap terbaru evolusi ini, layar bahkan menempel pada tubuh kita. Perangkat wearable seperti jam tangan pintar, gelang kebugaran, kacamata AR, dan headset VR berada hanya beberapa milimeter dari mata, menjadikan layar sebagai perpanjangan diri kita.

Riset yang berlangsung kini merambah proyeksi retina, layar dekat mata, dan antarmuka saraf untuk menyatukan tampilan dengan persepsi, sehingga layar menjadi bagian dari sistem visual kita sendiri.

Pada setiap tahap proses ini, jarak fisik terus berkurang dan imersi meningkat. Namun, seiring kemajuan teknologi layar, kita kini menghadapi batas ukuran dan resolusi layar. 

Batas Resolusi Mata Manusia (PPD) yang Menentukan Kemajuan Layar

Geser untuk menggulir →

Ketika ilmuwan, insinyur, dan perancang berfokus meningkatkan resolusi layar seluler, realitas tertambah, dan realitas virtual, pertanyaannya adalah apakah peningkatan tersebut benar-benar memberikan manfaat yang terlihat.

Inovator dan produsen memang dapat terus meningkatkan resolusi dengan menambah piksel, tetapi mata manusia memiliki batas. 

Batas ini disebut resolusi retina atau resolusi batas mata. Istilah tersebut sebenarnya lebih berkaitan dengan otak daripada retina itu sendiri. Kabar baiknya, batas itu lebih tinggi daripada perkiraan awal 60 piksel per derajat (PPD) berdasarkan bagan Snellen.

Untuk menentukan batas resolusi maksimum layar, sebuah studi terbaru¹ berupaya mengidentifikasi batas resolusi retina. Studi tersebut menemukan bahwa penambahan piksel membuat layar kurang efisien, lebih mahal, dan lebih boros daya.

Studi ini bertujuan menentukan resolusi tertinggi ketika gambar tampak tajam tanpa keburaman yang dapat dirasakan. Para peneliti melibatkan 19 peserta yang melihat pola dengan gradasi halus dalam warna abu-abu dan warna lain pada layar geser, sehingga resolusi dapat diatur secara berkelanjutan. Untuk mengukur PPD, layar digerakkan mendekati dan menjauhi peserta.

Ketika resolusi piksel melampaui batas penglihatan seseorang, orang tersebut tidak lagi dapat membedakan pola garis halus dari gambar abu-abu polos secara konsisten. Setelah batas resolusi tercapai, penambahan piksel atau detail tidak lagi berarti karena mata manusia tidak dapat melihatnya.

Menurut pengukuran studi, mata manusia dapat membedakan detail hingga 94 piksel per derajat untuk gambar akromatik (hitam-putih) yang dilihat lurus dari depan. Batas itu turun pada gambar berwarna: 89 PPD untuk pola merah dan hijau, serta 53 PPD untuk kuning dan ungu. Penurunan batas resolusi pada pola berwarna juga lebih besar daripada pada pola hitam-putih.

“Mata kita pada dasarnya adalah sensor yang tidak terlalu hebat, tetapi otak kita memproses data itu menjadi apa yang ia pikir seharusnya kita lihat.”

– Rafał Mantiuk, rekan penulis studi dan profesor Grafis dan Layar di Universitas Cambridge

Mengapa Penyusutan Piksel Emisif Bermasalah pada PPI Ultra-Tinggi

Mendorong kerapatan piksel melampaui kemampuan mata untuk membedakannya memiliki konsekuensi. Ketika piksel pada layar emisif terus mengecil, keseragaman dan intensitas emisi menurun, kecerahan berkurang, sedangkan crosstalk warna dan kerumitan fabrikasi meningkat. Akibatnya, pencitraan beresolusi sangat tinggi sulit dicapai.

Panel ponsel komersial saat ini menggunakan piksel selebar sekitar 60µm (≈450 PPI). Menurut studi Nature, ukuran tersebut beberapa ribu kali lebih besar daripada kebutuhan teoretis layar yang menyamai batas mata. Itulah sebabnya riset beralih ke arsitektur piksel baru, bukan sekadar mengecilkan pemancar cahaya. Pada skala sangat kecil, mata telanjang sulit menangkap cahaya yang dipancarkan, terutama di luar ruangan yang terang.

Pada layar micro-LED warna terkecil sekalipun, ukuran piksel yang kecil menyulitkan pencapaian resolusi setingkat retina pada bidang pandang luas. Piksel lebih kecil dari 1 mikrometer (µm) berkinerja buruk. Pada skala ini, keseragaman dan crosstalk warna juga menjadi hambatan teknis sehingga teknologi layar emisif konvensional sulit digunakan untuk membuat layar VR paling mutakhir.

Sebaliknya, kertas elektronik memanfaatkan cahaya sekitar dan dapat mempertahankan kontras optik tinggi terlepas dari ukuran pikselnya.

Kertas elektronik, E-paper, atau kertas cerdas adalah perangkat layar yang memantulkan cahaya sekitar agar menyerupai tinta di atas kertas, bukan memancarkan cahayanya sendiri seperti layar panel datar yang membutuhkan energi tambahan. Hal ini membuat E-paper atau E-ink nyaman dibaca. Sudut pandangnya juga dapat lebih lebar daripada kebanyakan layar pemancar cahaya.

Selain itu, E-paper dapat mempertahankan gambar statis tanpa daya. Kemampuan menampilkan konten tanpa penyegaran terus-menerus membuatnya sangat hemat energi.

Kemampuan ini dimungkinkan oleh jutaan kapsul kecil berisi cairan bening dan partikel warna ultra-kecil dengan muatan listrik berbeda. Elektroda ditempatkan di atas dan di bawah lapisan kapsul tipis. Bergantung pada medan listrik yang diterapkan, partikel bergerak ke bagian atas atau bawah kapsul dan menghasilkan warna tertentu pada permukaan layar.

Namun, E-paper juga memiliki keterbatasan. Resolusi tinggi sulit dicapai karena ukuran kapsulnya terbatas. 

Peneliti dari Universitas Gothenburg, Universitas Teknologi Chalmers, dan Universitas Uppsala kemudian mengembangkan teknologi baru bernama E-paper retina yang dapat mencapai resolusi ultra-tinggi.

E-paper retina tersebut melampaui 25.000 piksel per inci (PPI). Para peneliti mencatat bahwa angka ini melebihi batas teoretis penglihatan manusia sebesar 60 piksel per derajat pada bidang pandang 120° di layar 8mm. 

E-paper baru ini menggunakan metapiksel WO₃ elektrokromik yang berubah dari isolator menjadi logam setelah reduksi elektrokimia. Perubahan tersebut memungkinkan modulasi dinamis indeks bias dan penyerapan optik serta kendali presisi atas reflektansi dan kontras pada skala nano. 

Dengan memanfaatkan efek ini, metapiksel dapat mencapai kerapatan mendekati batas resolusi visual ketika ukuran layar setara dengan diameter pupil. Studi menunjukkan kontras optik kuat, konsumsi daya rendah, reflektansi hingga 80%, kemampuan video di atas 25Hz, dan dukungan layar 3D anaglif. Hasil ini menegaskan potensinya sebagai solusi generasi berikutnya untuk sistem realitas virtual imersif.

E-Paper Retina: Metapiksel WO₃ Menghadirkan Resolusi Setingkat Mata Manusia

Studi yang diterbitkan di Nature, “Kertas elektronik warna yang dapat disetel pada kecepatan video dengan resolusi manusia,”² menjelaskan teknologi baru dengan piksel layar terkecil dan resolusi tertinggi yang dapat dilihat mata manusia. 

Piksel menghasilkan warna menggunakan nanopartikel, dengan ukuran dan susunannya menentukan cara cahaya dihamburkan. Sifat optik nanopartikel juga dapat dimodulasi secara elektrik. 

Terobosan ini menjanjikan dunia virtual yang tampak seperti dunia nyata.

Menurut penulis utama studi, Kunli Xiong, dosen senior madya dan asisten profesor di Departemen Ilmu dan Teknik Material Universitas Uppsala, Swedia:

“Teknologi yang kami kembangkan dapat menghadirkan cara baru untuk berinteraksi dengan informasi dan dunia sekitar. Teknologi ini dapat memperluas kemungkinan kreatif, meningkatkan kolaborasi jarak jauh, bahkan mempercepat penelitian ilmiah.”

E-paper baru tersebut berhasil mengatasi masalah ukuran.

Ukuran dan jumlah piksel menentukan resolusi serta realisme gambar di layar. Namun, piksel tidak dapat dibuat terlalu kecil tanpa menurunkan kinerjanya. Akibatnya, pengalaman AR dan VR saat ini terbatas karena layar berukuran kecil dan ditempatkan dekat mata.

Setiap piksel E-paper retina hanya berukuran 560 nanometer. Luas layarnya sebanding dengan ukuran pupil manusia, tetapi menawarkan resolusi lebih dari 25.000 PPI.

“Artinya, setiap piksel kira-kira setara dengan satu fotoreseptor di mata, yaitu sel saraf retina yang mengubah cahaya menjadi sinyal biologis. Manusia tidak dapat melihat resolusi yang lebih tinggi dari ini.”

– Andreas Dahlin, profesor di Departemen Kimia dan Teknik Kimia Chalmers

Layar reflektif baru ini dapat ditempatkan sangat dekat dengan mata dan bersifat pasif. Artinya layar tidak memiliki sumber cahaya sendiri. Warna piksel hanya terlihat ketika cahaya sekitar mengenai struktur kecil di permukaannya.

Menariknya, bulu banyak burung kecil seperti kolibri dan jalak mengikuti prinsip yang sama: warna hanya muncul ketika cahaya mengenainya pada sudut tertentu.

Melalui rekayasa optik skala nano, E-paper baru mengatasi batas fisik dan optik teknologi layar tradisional serta mempertahankan kejernihan dan akurasi warna pada kerapatan piksel ekstrem.

Piksel kecil E-paper retina mengandung partikel tungsten oksida (WO₃), senyawa kimia dari oksigen dan logam transisi tungsten. Material ini merespons cahaya tampak dan memiliki beberapa fase kristal. Potensi penerapannya mencakup bahan fungsional utama untuk fotoelektroda, katalisis, perangkat elektrokromik, dan sensor kimia.

Peneliti membentuk pola nanodisk WO₃ pada substrat reflektif aluminium dan platina. Setiap nanodisk berfungsi sebagai “metapiksel” optik yang menghasilkan warna melalui hamburan Mie dan interferensi.

Dengan menyesuaikan ukuran dan posisi relatif partikel WO₃, tim dapat mengendalikan cara berbagai warna cahaya disebarkan dan dipantulkan. Hal ini menghasilkan piksel merah, biru, dan hijau yang dapat digunakan untuk membentuk warna lain.

Untuk menjadikannya hitam, partikel dapat dinonaktifkan dengan memberikan tegangan rendah.

Karena WO₃ elektrokromik mempertahankan keadaan warnanya tanpa daya berkelanjutan, layar hanya memakai sekitar 1,7mW/cm² saat memutar video dan 0,5mW/cm² untuk gambar statis.

Penggunaan elektrolit LiClO₄ 1,0M, salah satu garam litium yang umum pada baterai ion litium, bersama celah elektroda lateral 500nm memungkinkan pergerakan ion cepat dan perubahan warna hanya dalam 40 milidetik. Kecepatan ini cukup untuk pemutaran video halus di atas 25Hz.

“Ini merupakan langkah besar dalam pengembangan layar yang dapat diperkecil sambil meningkatkan kualitas dan mengurangi konsumsi energi. Teknologi ini perlu disempurnakan lebih lanjut, tetapi kami yakin E-paper retina akan berperan besar di bidangnya dan akhirnya berdampak pada kita semua.”

– Giovanni Volpe, profesor di Departemen Fisika Universitas Gothenburg

Untuk menunjukkan kinerja E-paper retina, tim membuat gambar “The Kiss”, karya terkenal Gustav Klimt, pada permukaan berukuran 1,4×1,9 milimeter. Luas ini hanya 1/4.000 dari ponsel pintar biasa. 

Mereka juga mereproduksi kupu-kupu anaglif 3D yang menunjukkan kedalaman stereoskopis dan ketepatan warna setingkat karya seni.

Karena lebih dari 80% informasi disampaikan melalui sinyal visual, E-paper baru ini merupakan kemajuan teknologi yang berpotensi mengubah cara kita berinteraksi dengan informasi.

Dalam aplikasi AR, keselarasan alami E-paper retina dengan lingkungan memungkinkan integrasi visual yang wajar dan baterai yang jauh lebih kecil. Jika digabungkan dengan sel surya, layar bahkan dapat sepenuhnya mandiri dalam menghasilkan daya.

Meskipun potensinya tinggi, teknologi ini masih perlu disempurnakan. Langkah selanjutnya mencakup optimalisasi gamut warna, stabilitas operasi dan masa pakai, penurunan tegangan kerja, serta eksplorasi elektrolit alternatif untuk meningkatkan daya tahan dan mengurangi konsumsi energi.

Tim juga akan mengintegrasikan susunan transistor film tipis (TFT) beresolusi ultra-tinggi untuk mengendalikan setiap piksel secara terpisah dan memungkinkan layar berukuran besar. Studi tersebut menyatakan, “Ke depan, kami memperkirakan kemajuan besar di bidang ini dan yakin evolusi E-paper retina pada akhirnya akan memengaruhi semua orang.”

Berinvestasi pada Teknologi Layar Canggih

Raksasa teknologi Apple Inc. (AAPL ) telah lama terlibat dalam penelitian dan pengembangan layar yang berfokus pada resolusi retina sesuai kemampuan mata manusia. 

Retina Display adalah rangkaian layar LCD dan OLED Apple dengan kerapatan piksel lebih tinggi daripada layar tradisional perusahaan. Teknologi ini pertama kali hadir pada iPhone generasi awal, kemudian pada iPad generasi ketiga, ketika setiap piksel layar digantikan oleh empat piksel yang lebih kecil. Kini, Retina Display tersedia di sebagian besar produk Apple.

Kerapatan piksel minimum Retina Display Apple tidak tetap dan berubah sesuai jarak pandang.

Perusahaan juga berinvestasi besar pada kacamata AR dan layar hemat daya generasi berikutnya. Pada 2023, Apple meluncurkan Vision Pro, headset wearable pertamanya yang menawarkan pengalaman realitas campuran. Menurut laporan Bloomberg terbaru, Apple menghentikan sementara rencana perombakan headset tersebut. 

Meski versi Vision Pro yang lebih ringan dan murah mungkin belum segera hadir, Apple kini berfokus mengembangkan kacamata pintar untuk menyaingi produk Meta Platforms (META ). Perusahaan menargetkan peluncuran dalam beberapa tahun, sedangkan model dengan layar pada lensa diperkirakan hadir sekitar 2028.

Produk utama Apple meliputi iPhone, iPad, Mac, Apple Watch, dan AirPods. Platform perangkat lunaknya mencakup iOS, macOS, iPadOS, watchOS, visionOS, dan tvOS, sedangkan layanan perusahaan meliputi AppleCare, periklanan, layanan cloud, konten digital, dan pembayaran.

Pekan lalu, Apple mengumumkan hasil kuartal keempat tahun fiskal 2025 yang berakhir 27 September 2025 dan melampaui perkiraan analis. Pendapatan naik 8% dibandingkan tahun sebelumnya menjadi US$102,5 miliar. Angka tersebut mencakup pendapatan iPhone US$49,03 miliar, Mac US$8,73 miliar, iPad US$6,95 miliar, Produk Lainnya US$9,01 miliar, dan Layanan US$28,75 miliar.

Pada periode tersebut, laba per saham terdilusi mencapai US$1,85, naik 13% dibandingkan tahun sebelumnya.

“Berkat tingkat kepuasan dan loyalitas pelanggan yang sangat tinggi, jumlah perangkat aktif terpasang juga mencapai rekor baru di seluruh kategori produk dan wilayah.”

– Kevan Parekh, CFO Apple

CEO Apple Tim Cook menyatakan bahwa perusahaan akan merilis versi terbaru asisten virtual dan chatbot Siri tahun depan. Ia juga menyebut kemitraan mendatang, termasuk kerja sama dengan OpenAI untuk mengintegrasikan ChatGPT ke Apple Intelligence.

“Niat kami adalah melakukan integrasi dengan lebih banyak pihak seiring waktu.”

– Tim Cook

Menurut laporan terbaru, Apple berencana membayar sekitar US$1 miliar per tahun untuk menggunakan model AI 1,2 triliun parameter buatan Google dalam perombakan Siri.

Dengan kapitalisasi pasar US$4 triliun, saham Apple diperdagangkan sedikit di atas US$269 dan naik 7,87% sejak awal tahun. EPS 12 bulan terakhirnya 7,43 dan rasio P/E 36,37. Apple baru-baru ini mengumumkan dividen tunai US$0,26 per saham.

Kesimpulan

Teknologi layar bergerak menuju satu tujuan: integrasi tanpa batas antara penglihatan manusia dan dunia digital. Untuk mencapainya, ilmuwan dan insinyur terus memperkecil batas antara persepsi dan proyeksi.

Riset terbaru mengenai E-paper retina merupakan pencapaian besar. Dengan menggabungkan efisiensi energi layar reflektif dan presisi kendali optik skala nano, teknologi ini mencapai resolusi setingkat mata manusia hanya menggunakan cahaya sekitar. Terobosan tersebut membuka jalan bagi sistem visual berkelanjutan dengan ketepatan tinggi. Jika gamut warna, stabilitas, dan skalabilitas terus disempurnakan, E-paper retina dapat menjadi fondasi teknologi layar imersif dan hemat energi generasi berikutnya.

Referensi

<sup>1. Ashraf, M., Chapiro, A. & Mantiuk, R.K. Batas resolusi mata—berapa banyak piksel yang dapat kita lihat? 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. Kertas elektronik warna yang dapat disetel pada kecepatan video dengan resolusi manusia. Nature 646, 1089–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09642-3</sup>