Il Retina E-Paper Raggiunge la Risoluzione dell’Occhio Umano (WO₃)

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

In the early days, televisions and projectors were designed for shared distant viewing. This resulted in them being large, heavy, and fixed, forcing users to adjust to the screen.

That was until the rise of personal computers, which put screens right within our arms’ reach. Soon, displays became personal, which led to a shift from shared to individual interaction.

Then came the smartphone revolution, bringing screens even closer to our eyes. We could carry our screens with us everywhere, and interactions became more intimate.

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.

Ongoing research is moving into retinal projection, near-eye displays, and neural interfaces to effectively merge display and perception, where the display becomes part of our visual system itself.

At each step of this process, physical distance has been reduced and immersion increased. But as display tech continues to advance, we are now faced with the limits of display size and resolution. 

Limiti di Risoluzione dell’Occhio Umano (PPD) Che Definiscono il Progresso dei Display

Swipe to scroll →

Mentre scienziati, ingegneri e designer si concentrano sul migliorare la risoluzione di display mobili, di realtà aumentata e di realtà virtuale, la domanda è se stiano realmente offrendo benefici percepibili.

Il punto è che, sebbene innovatori e produttori possano continuare ad aumentare la risoluzione della loro tecnologia di display aggiungendo più pixel, l’occhio umano ha un limite.

Il limite è indicato come risoluzione retinica o risoluzione limitata dall’occhio, che non ha nulla a che fare con la nostra retina ma con il cervello. La buona notizia è che questo limite è più alto di quanto pensassimo inizialmente, cioè i 60 pixel per grado (PPD) basati sulla tavola di Snellen.

Per determinare il limite massimo di risoluzione dei display, uno studio recente ha cercato di identificare il limite della risoluzione retinica. Hanno scoperto che aggiungere più pixel a un display lo rende meno efficiente, più costoso e più dispendioso in termini di energia.

Lo studio mira a determinare la risoluzione ultima alla quale un’immagine appare nitida ai nostri occhi senza sfocatura percepibile. Per questo, i ricercatori hanno condotto un esperimento con 19 partecipanti a cui sono stati mostrati pattern su un display scorrevole (per un controllo continuo della risoluzione) con gradazioni fini, in tonalità di grigio e colore. Per misurare i PPD, i ricercatori hanno avvicinato e allontanato lo schermo dai partecipanti.

I ricercatori hanno scoperto che quando la risoluzione dei pixel supera il limite visivo dell’osservatore, quest’ultimo non riesce a distinguere in modo affidabile tra pattern a linee sottili e un’immagine grigia uniforme. Quindi, una volta che gli osservatori raggiungono il loro limite di risoluzione, non possono più distinguere tra due immagini, il che significa che aggiungere più pixel o dettagli non ha importanza perché l’occhio umano semplicemente non può vederli.

Secondo le misurazioni dello studio, l’occhio umano può risolvere dettagli a 94 pixel per grado per immagini achromatiche (in bianco e nero) viste frontalmente, ma questo valore diminuisce per le immagini cromatiche. È stato 89 per i pattern rossi e verdi, e ancora più basso, 53 PPD, per giallo e violetto. I ricercatori hanno anche segnalato una diminuzione più marcata del limite di risoluzione per i pattern colorati rispetto a quelli in bianco‑nero.

“I nostri occhi sono essenzialmente sensori non proprio eccellenti, ma il nostro cervello elabora quei dati in ciò che pensa dovremmo vedere.”

– Rafał Mantiuk, co‑autore dello studio e anche professore di Grafica e Display a Cambridge

Perché Ridurre i Pixel Emissivi Fallisce a PPI Ultra‑Alti

Aumentare la densità di pixel oltre ciò che i nostri occhi possono distinguere comporta dei costi. Man mano che le dimensioni dei pixel si riducono nei display emissivi, l’uniformità e l’intensità della loro emissione si degradano, la luminosità diminuisce, e il crosstalk di colore e la complessità di fabbricazione aumentano, rendendo difficile ottenere immagini a risoluzione molto alta.

I pannelli dei telefoni commerciali oggi usano pixel di circa ~60 µm (≈450 PPI). Secondo lo studio di Nature, ciò è dell’ordine di qualche migliaio di volte più grande di quanto un display teoricamente ottimizzato per l’occhio richiederebbe — da qui la spinta verso nuove architetture di pixel anziché semplicemente ridurre gli emissori. A questa scala, l’occhio nudo fatica a percepire la luce emessa, soprattutto in ambienti esterni luminosi.

Per quanto riguarda il più piccolo display micro‑LED colorato, la sua dimensione di pixel più piccola rende difficile raggiungere una risoluzione a livello retinico su un ampio campo visivo. Quando i pixel sono più piccoli di 1 micrometro (μm), le prestazioni sono scarse. A queste dimensioni, l’uniformità e il crosstalk di colore presentano ulteriori ostacoli tecnici, limitando l’uso della tecnologia di display emissiva convenzionale per creare il display VR definitivo.

Ma poi c’è la carta elettronica, che utilizza la luce ambientale e può mantenere un alto contrasto ottico indipendentemente dalla dimensione del pixel.

La carta elettronica, E‑paper o carta intelligente, è un dispositivo di visualizzazione che riflette la luce ambientale per imitare l’aspetto dell’inchiostro su carta, invece di emettere luce propria, come fanno i display a pannello piatto, il che richiede energia aggiuntiva. Questo è ciò che rende l’E‑paper o l’E‑ink comodi da leggere. Può anche offrire un angolo di visualizzazione più ampio rispetto alla maggior parte dei display a emissione di luce.

Inoltre, l’E‑paper può mantenere immagini statiche anche senza alimentazione. La sua capacità di visualizzare contenuti senza aggiornamenti continui lo rende altamente efficiente dal punto di vista energetico.

Ciò è reso possibile da milioni di minuscole capsule riempita con un fluido trasparente contenente particelle ultra‑piccole e colorate con cariche elettriche diverse. Elettrodi sono posti sopra e sotto il sottile film della capsula, e a seconda del campo elettrico applicato, le particelle si spostano verso la parte superiore o inferiore della capsula, conferendo alla superficie del display il suo colore specifico.

Ma l’E‑paper ha i suoi limiti. Non può raggiungere alta risoluzione a causa delle restrizioni di dimensione delle sue capsule.

Così, ricercatori dell’Università di Göteborg, della Chalmers University of Technology e dell’Università di Uppsala si sono uniti per presentare una nuova tecnologia di E‑paper, denominata retina E‑paper, capace di raggiungere risoluzioni ultra‑alte.

Il loro retina E‑paper ha superato i 25.000 pixel per pollice (PPI), che i ricercatori osservano superare il limite teorico della visione umana di 60 pixel per grado su un campo visivo di 120° su uno schermo da 8 mm.

Questo nuovo E‑paper presenta metapixel elettrocromici WO₃ che passano da isolante a metallico mediante riduzione elettrochimica, consentendo una modulazione dinamica dell’indice di rifrazione e dell’assorbimento ottico e permettendo un controllo preciso di riflettanza e contrasto a livello nanometrico.

Sfruttando questo effetto, i metapixel possono raggiungere densità vicine al limite di risoluzione visiva quando la dimensione del display corrisponde al diametro della pupilla. La nuova tecnologia, secondo lo studio, dimostra un forte contrasto ottico, basso consumo energetico, riflettanza fino all’80%, capacità video sopra i 25 Hz e supporto per display 3D anaglifo, evidenziando il suo potenziale come soluzione di nuova generazione per sistemi di realtà virtuale immersivi.

Retina E-Paper: Metapixel WO₃ Offrono Risoluzione Umana

Pubblicato su Nature, lo studio, “Video‑rate tunable colour electronic paper with human resolution,” ha dettagliato la nuova tecnologia, presentando i pixel più piccoli in uno schermo con la più alta risoluzione percepibile dall’occhio umano.

I pixel riproducono i colori usando nanoparticelle le cui dimensioni e disposizione controllano come la luce viene diffusa. Le proprietà ottiche delle nanoparticelle possono anche essere modulate elettricamente.

Con questa scoperta, la tecnologia promette di aiutare a creare mondi virtuali che sembrano proprio come il mondo reale.

Secondo l’autore principale dello studio, Kunli Xiong, Associate Senior Lecturer e Assistant Professor presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università di Uppsala, Svezia:

“La tecnologia che abbiamo sviluppato può offrire nuovi modi di interagire con le informazioni e il mondo intorno a noi. Potrebbe espandere le possibilità creative, migliorare la collaborazione a distanza e persino accelerare la ricerca scientifica.”

Ciò che il nuovo E‑paper ha fatto è superare il problema delle dimensioni.

La dimensione e il numero di pixel determinano la risoluzione e il realismo della visualizzazione sullo schermo. Tuttavia, i pixel non possono essere resi troppo piccoli senza influire sulle loro prestazioni. Di conseguenza, le esperienze nella AR e nella VR odierne sono limitate, poiché gli schermi sono piccoli e posizionati vicino agli occhi.

Ogni pixel nel Retina E‑paper misura appena 560 nanometri. L’area complessiva dello schermo, nel frattempo, è comparabile alle dimensioni di una pupilla umana, offrendo una risoluzione che supera i 25.000 PPI.

“Ciò significa che ogni pixel corrisponde approssimativamente a un singolo fotoricevatore nell’occhio, cioè le cellule nervose nella retina che convertono la luce in segnali biologici. Gli esseri umani non possono percepire una risoluzione più alta di questa.”

– Andreas Dahlin, Professore presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers

Il nuovo tipo di schermo riflettente, che può essere posizionato estremamente vicino all’occhio, è passivo. Questo significa che non possiede una propria sorgente luminosa. Invece, i colori dei pixel appaiono solo quando la luce ambientale colpisce piccole strutture sulla loro superficie.

Curiosamente, il piumaggio di molti piccoli uccelli, come colibrì e storni, segue questo principio: mostra colore solo quando la luce li colpisce a specifici angoli.

Ora, il nuovo tipo di E‑paper ha superato i limiti fisici e ottici delle tecnologie di display tradizionali grazie all’ingegneria ottica su scala nanometrica, consentendo di mantenere chiarezza e accuratezza del colore a densità di pixel estreme.

I minuscoli pixel del retina E‑paper contengono particelle di ossido di tungsteno (WO₃), un composto chimico di ossigeno e del metallo di transizione tungsteno. È sensibile alla luce visibile e presenta più fasi cristalline. Il materiale ha potenziali applicazioni come materiale funzionale chiave per fotoelettrodi, catalisi, dispositivi elettrocromici e sensori chimici.

I ricercatori hanno disposto nanodischi di WO₃ su un substrato riflettente di alluminio e platino, con ciascuno di questi nanodischi che agisce come un ‘metapixel’ ottico, generando colore tramite scattering di Mie e interferenza.

Regolando la dimensione e le posizioni relative delle particelle di WO₃, il team è stato in grado di controllare come la luce di diversi colori viene diffusa e riflessa. Questo crea pixel rossi, blu e verdi, che possono essere usati per generare altri colori.

Per renderli neri, le particelle possono essere spente applicando una debole tensione.

Con il WO₃ elettrocromico che mantiene il suo stato di colore senza richiedere energia continua, il display consuma solo circa 1,7 mW/cm² durante la riproduzione video e 0,5 mW/cm² per immagini statiche.

Nel frattempo, l’uso di un elettrolita LiClO₄ 1,0 M, uno dei sali di litio più comuni usati nelle batterie Li‑ion, combinato con un gap elettrodico laterale di 500 nm, consente alla tecnologia di ottenere un rapido movimento ionico, permettendo cambi di colore in soli 40 millisecondi. Questa velocità è sufficiente per una riproduzione video fluida a oltre 25 Hz.

“Questo è un grande passo avanti nello sviluppo di schermi che possono essere ridotti a dimensioni miniature migliorando la qualità e riducendo il consumo energetico. La tecnologia necessita di ulteriori perfezionamenti, ma crediamo che il retina E‑paper giocherà un ruolo importante nel suo campo e avrà eventualmente un impatto su tutti noi.”

– Giovanni Volpe, Professore presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Göteborg

Per dimostrare le prestazioni del loro retina E‑paper, il team di ricercatori ha creato un’immagine di ‘The Kiss’, la famosa opera di Gustav Klimt, su una superficie di 1,4 × 1,9 mm. Questa superficie è 1/4000 di uno smartphone standard.

Hanno anche riprodotto una farfalla anaglifo 3D, dimostrando profondità stereoscopica e fedeltà cromatica di alta qualità.

Con oltre l’80% delle informazioni trasmesse tramite segnali visivi, il nuovo E‑paper rappresenta un avanzamento tecnologico con il potenziale di cambiare il modo in cui interagiamo con le informazioni.

Nel campo delle applicazioni AR, la compatibilità intrinseca del retina E‑paper con l’ambiente consente un’integrazione visiva naturale, una notevole riduzione delle dimensioni della batteria. Apri la possibilità di display completamente auto‑alimentati quando combinati con celle solari.

Nonostante il suo alto potenziale, la tecnologia necessita di ulteriori perfezionamenti, con lo studio che delinea i passi futuri: ottimizzare il gamut di colore e la stabilità operativa e la durata, ridurre la tensione operativa ed esplorare elettroliti alternativi per estendere la durabilità e ridurre il consumo energetico.

Il team integrerà inoltre array di transistor a film sottile (TFT) ad ultra‑alta risoluzione per il controllo indipendente dei pixel, consentendo display di grandi dimensioni. “Guardando al futuro, prevediamo progressi significativi in questo campo e crediamo fermamente che l’evoluzione del retina E‑paper influenzerà alla fine tutti,” ha osservato lo studio.

Investire in Tecnologie di Display Avanzate

Il colosso tecnologico Apple Inc. (AAPL ) è da tempo coinvolto nella ricerca e sviluppo dei display, concentrandosi su una risoluzione retina corrispondente all’occhio umano.

Il Retina display è una serie di display LCD e OLED di Apple con una densità di pixel più alta rispetto ai display tradizionali di Apple. Questi display sono apparsi per la prima volta nelle prime versioni di iPhone e successivamente nel iPad di terza generazione, dove ogni schermo è stato sostituito da quattro pixel più piccoli. Oggi, il Retina display è presente nella maggior parte dei prodotti Apple.

La densità minima di pixel dei Retina display di Apple non è fissa; varia in base alla distanza di visualizzazione.

L’azienda investe anche molto in occhiali AR e display a basso consumo di nuova generazione. Nel 2023, ha lanciato l’Apple Vision Pro, il primo visore indossabile, offrendo un’esperienza di realtà mista. Secondo un recente rapporto di Bloomberg, Apple ha sospeso una revisione pianificata del visore.

Mentre una versione più leggera e più economica di Vision Pro potrebbe non arrivare presto, Apple ora si sta concentrando sullo sviluppo di occhiali intelligenti per competere con i prodotti di Meta Platforms (META ). L’azienda punta a lanciare occhiali intelligenti entro un paio d’anni, con un modello dotato di display sulla lente previsto per il rilascio intorno al 2028.

I prodotti chiave di Apple sono iPhone, iPad, Mac, Apple Watch e AirPods, mentre le sue piattaforme software includono iOS, macOS, iPadOS, watchOS, visionOS e tvOS. Nel frattempo, i suoi servizi includono AppleCare, pubblicità, servizi cloud, contenuti digitali e servizi di pagamento.

La scorsa settimana, Apple ha annunciato i risultati finanziari del quarto trimestre fiscale 2025, conclusosi il 27 settembre 2025, superando le aspettative degli analisti. L’azienda ha registrato un aumento dell’8% anno su anno dei ricavi, raggiungendo 102,5 miliardi di dollari. Ciò include 49,03 miliardi di dollari di ricavi da iPhone, 8,73 miliardi da Mac, 6,95 miliardi da iPad, 9,01 miliardi da Altri Prodotti e 28,75 miliardi da Servizi.

Durante questo periodo, l’azienda ha riportato utili diluiti per azione di $1,85, in aumento del 13% anno su anno.

“Grazie ai nostri altissimi livelli di soddisfazione e lealtà dei clienti, la nostra base installata di dispositivi attivi ha raggiunto un nuovo massimo storico in tutte le categorie di prodotto e segmenti geografici.”

– Apple CFO Kevan Parekh

Il CEO di Apple, Tim Cook, ha dichiarato che l’azienda rilascerà una versione aggiornata del suo assistente virtuale e chatbot, Siri, il prossimo anno. Ha anche menzionato partnership future, come quella con OpenAI per integrare ChatGPT in Apple Intelligence.

“La nostra intenzione è integrarsi con più persone nel tempo.”

– Tim Cook

Secondo recenti rapporti, Apple prevede di pagare circa 1 miliardo di dollari all’anno per un modello AI da 1,2 trilioni di parametri sviluppato da Google per supportare la revisione di Siri.

Per quanto riguarda la capitalizzazione di mercato di 4 trilioni di dollari di Apple, il suo titolo è attualmente scambiato poco sopra $269, in crescita del 7,87% YTD. Ha un EPS (TTM) di 7,43 e un P/E (TTM) di 36,37. Apple ha recentemente dichiarato un dividendo in contanti di $0,26 per azione.

Conclusione

La tecnologia dei display sta avanzando con un unico obiettivo: raggiungere un’integrazione senza soluzione di continuità tra la visione umana e il mondo digitale. Per farlo, scienziati e ingegneri hanno ridotto il confine tra percezione e proiezione.

La recente ricerca sul retina E‑paper rappresenta un grande traguardo in questo senso, ottenendo una risoluzione a livello dell’occhio umano usando solo la luce ambientale, combinando l’efficienza energetica dei display riflettenti con la precisione del controllo ottico su scala nanometrica. Questa scoperta apre nuove strade per sistemi visivi sostenibili e ad alta fedeltà, e man mano che i ricercatori perfezioneranno la gamma di colori, la stabilità e la scalabilità, il retina E‑paper potrebbe diventare la base per la prossima generazione di tecnologie di display immersive ed efficienti dal punto di vista energetico.

Riferimenti

<sup>1. Ashraf, M., Chapiro, A. & Mantiuk, R.K. Limite di risoluzione dell’occhio — quanti pixel possiamo vedere? 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. Carta elettronica a colori modulabile a velocità video con risoluzione umana. Nature 646, 1089–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09642-3</sup</sup>