Retina E-Paper når menneskeøyeoppløsning (WO₃)

Skjermstørrelsene har jevnt og trutt blitt mindre mens oppløsningene har steget, og bringer skjermene stadig nærmere øynene våre.

I begynnelsen var TV-er og projektorer utformet for at flere skulle se på dem på avstand. Derfor var de store, tunge og fastmonterte, og brukerne måtte tilpasse seg skjermen.

Dette var situasjonen fram til personlige datamaskiner plasserte skjermene innenfor armlengdes avstand. Skjermene ble snart personlige, og samhandlingen gikk fra å være delt til å være individuell.

Deretter kom smarttelefonrevolusjonen, som brakte skjermene enda nærmere øynene våre. Vi kunne ta dem med oss overalt, og samhandlingen ble mer personlig.

Nå, i den nyeste fasen av denne utviklingen, har skjermene flyttet seg over på selve kroppen. Bærbare enheter som smartklokker, aktivitetsarmbånd, AR-briller og VR-hodesett befinner seg bare millimeter fra øyet og gjør skjermene til en forlengelse av oss selv.

Pågående forskning beveger seg mot netthinneprojeksjon, nærøyeskjermer og nevrale grensesnitt for å smelte sammen visning og persepsjon, slik at skjermen i praksis blir en del av selve synssystemet vårt.

For hvert trinn i denne utviklingen er den fysiske avstanden blitt kortere og innlevelsen sterkere. Men etter hvert som skjermteknologien fortsetter å utvikle seg, møter vi nå grensene for skjermstørrelse og oppløsning.

Grensene for menneskets synsoppløsning (PPD) som definerer skjermutviklingen

Sveip for å se mer →

Mens forskere, ingeniører og designere fokuserer på å forbedre oppløsningen til mobil-, augmented reality- og virtual reality-skjermer, er spørsmålet om de faktisk leverer merkbare fordeler.

Saken er at selv om innovatører og produsenter kan fortsette å øke oppløsningen på skjermteknologien ved å legge til flere piksler, har det menneskelige øyet en grense.

Grensen kalles den retinale oppløsningen eller øyebegrensende oppløsning, som ikke har noe med netthinnen vår å gjøre, men med hjernen. Det positive er at denne grensen er høyere enn vi opprinnelig trodde, dvs. 60 piksler per grad (PPD) basert på Snellen‑diagrammet.

For å fastslå den maksimale oppløsningsgrensen for skjermer forsøkte en nylig studie¹ å identifisere grensen for netthinneoppløsning. Forskerne fant at flere piksler gjør en skjerm mindre effektiv, dyrere og mer energikrevende.

Studien har som mål å fastslå den ultimate oppløsningen der et bilde fremstår skarpt for øynene våre uten merkbar uskarphet. For dette gjennomførte forskerne et eksperiment med 19 deltakere som ble vist mønstre på en glidende skjerm (for kontinuerlig kontroll av oppløsningen) med fine nyanser, i gråtoner og farger. For å måle PPD flyttet forskerne skjermen nærmere og lenger fra deltakerne.

Forskerne fant at når pikseloppløsningen overstiger observatørens visuelle grense, klarer observatøren ikke pålitelig å skille mellom finlinjemønstre og et ensfarget grått bilde. Dermed, når observatører når sin oppløsningsgrense, kan de rett og slett ikke skille mellom to bilder, noe som betyr at å legge til flere piksler eller detaljer er irrelevant fordi det menneskelige øyet rett og slett ikke kan se dem.

Ifølge studiens målinger kan det menneskelige øyet skille detaljer ved 94 piksler per grad for akromatiske (svart‑hvite) bilder sett rett på, men dette faller for kromatiske bilder. Det var 89 for røde og grønne mønstre, og enda lavere, 53 PPD, for gule og violette. Forskerne rapporterte også at de observerte et større fall i oppløsningsgrensen for fargede mønstre enn for svart‑hvite mønstre.

“Øynene våre er i hovedsak sensorer som ikke er så gode, men hjernen vår bearbeider den dataen til det den tror vi skal se.”

– Rafał Mantiuk, medforfatter av studien og også professor i grafikk og skjermer ved Cambridge

Hvorfor krymping av emissive piksler feiler ved ultra‑høy PPI

Å øke piksel tettheten utover det øynene våre kan skille, har en pris. Etter hvert som pikselstørrelsene fortsetter å krympe i emissive skjermer, forringes uniformiteten og intensiteten i deres emisjon, lysstyrken reduseres, og fargekrysstale samt produksjonskompleksitet øker, noe som gjør det utfordrende å oppnå svært høyoppløsningsbilder.

Kommercielle telefonpaneler i dag bruker piksler på omtrent ~60 µm (≈450 PPI). Ifølge Nature‑studien er dette flere tusen ganger større enn det en ultimate øyematchende skjerm teoretisk ville trenge – derfor satses det på helt nye pikselarkitekturer i stedet for bare å krympe emittere. På dette nivået har det blotte øye vanskeligheter med å oppfatte den utsendte lyset, spesielt i lyse utendørs miljøer.

For den minste fargerike micro‑LED‑skjermen gjør den mindre pikselstørrelsen det utfordrende å oppnå retinal‑nivå oppløsning over et bredt synsfelt. Når piksler er mindre enn 1 mikrometer (μm), presterer de dårlig. På så små skalaer er uniformitet og fargekrysstale også tekniske hindringer, som begrenser bruken av konvensjonell emissiv skjermteknologi for å lage den ultimate VR‑skjermen.

Men så finnes det elektronisk papir, som utnytter omgivelseslys og kan opprettholde høy optisk kontrast uavhengig av pikselstørrelsen.

Elektronisk papir, E‑paper eller intelligent papir, er en skjermenhet som reflekterer omgivelseslys for å etterligne utseendet til blekk på papir, i stedet for å avgi eget lys som flate panelskjermer gjør, noe som krever ekstra energi. Dette er det som gjør E‑paper eller E‑ink behagelig å lese. Det kan også gi en bredere betraktningsvinkel enn de fleste lys‑utstrålende skjermer.

I tillegg kan E‑paper beholde statiske bilder selv uten strøm. Evnen til å vise innhold uten kontinuerlig oppdatering gjør den svært energieffektiv.

Dette er muliggjort av millioner av små kapsler fylt med en klar væske som inneholder ultralette, fargede partikler med ulike elektriske ladninger. Elektroder er plassert over og under den tynne kapselfilmen, og avhengig av påført elektrisk felt, beveger partiklene seg enten til toppen eller bunnen av kapselen, noe som gir skjermoverflaten sin spesifikke farge.

Men E‑paper har sine egne begrensninger. De kan ikke oppnå høy oppløsning på grunn av størrelsesbegrensningene på kapslene.

Derfor samlet forskere fra Universitetet i Göteborg, Chalmers tekniske høyskole og Uppsala universitet seg for å presentere en ny E‑paper‑teknologi, kalt retina E‑paper, som kan oppnå ultra‑høy oppløsning.

Deres retina E‑paper har overgått 25 000 piksler per tomme (PPI), noe forskerne påpeker overstiger den teoretiske menneskelige synsgrensen på 60 piksler per grad over et 120° synsfelt på en 8 mm skjerm.

Dette nye E‑paperet har elektrokrømtiske WO₃‑metapiksler som går fra isolator til metall ved elektro‑kjemisk reduksjon, noe som muliggjør dynamisk modulering av brytningsindeks og optisk absorpsjon og tillater presis kontroll over reflektans og kontrast på nanoskalering.

Ved å utnytte denne effekten kan metapiksler oppnå tettheter nær den visuelle oppløsningsgrensen når skjermstørrelsen samsvarer med pupillens diameter. Den nye teknologien, ifølge studien, viser sterk optisk kontrast, lavt energiforbruk, reflektans så høy som 80 %, videokapasitet over 25 Hz, og støtte for anaglyf 3D‑visning, noe som fremhever dens potensial som en neste‑generasjonsløsning for oppslukende virtual reality‑systemer.

Retina E-Paper: WO₃‑metapiksler leverer menneske‑oppløsning

Publisert i Nature, beskriver studien, “Video‑rate tunable colour electronic paper with human resolution,” den nye teknologien, som har de minste pikslene i en skjerm med den høyeste oppløsningen det menneskelige øyet kan oppfatte.

Pikslene gjenskaper farger ved hjelp av nanopartikler hvis dimensjoner og arrangement både styrer hvordan lys spres. De optiske egenskapene til nanopartikler kan også moduleres elektrisk.

Med dette gjennombruddet lover teknologien å bidra til å skape virtuelle verdener som ser akkurat ut som den virkelige verden.

“Teknologien vi har utviklet kan gi nye måter å samhandle med informasjon og verden rundt oss. Den kan utvide kreative muligheter, forbedre fjern‑samarbeid, og til og med akselerere vitenskapelig forskning.”

Det nye E‑paperet har overvunnet størrelsesproblemet.

Størrelsen og antallet av piksler bestemmer oppløsningen og realismen til skjermvisningen. Imidlertid kan ikke piksler gjøres for små uten å påvirke deres ytelse. Som et resultat er opplevelser i dagens AR og VR begrenset, siden skjermene er små og plassert nær øynene.

Hver piksel i Retina E‑paper måler kun 560 nanometer. Den totale skjermarealet er imidlertid sammenlignbart med størrelsen på en menneskelig pupill, og gir en oppløsning som overstiger 25 000 PPI.

“Dette betyr at hver piksel omtrent tilsvarer en enkelt fotoreseptor i øyet, dvs. nervecellene i netthinnen som omdanner lys til biologiske signaler. Mennesker kan ikke oppfatte en høyere oppløsning enn dette.”

– Andreas Dahlin, professor ved instituttet for kjemi og kjemisk ingeniørvitenskap ved Chalmers

Den nye typen reflekterende skjerm, som kan plasseres ekstremt nær øyet, er passiv. Dette betyr at den ikke har sin egen lyskilde. I stedet vises fargene på pikslene kun når omgivelseslys treffer små strukturer på overflaten.

Interessant nok følger fjærdrakten til mange små fugler, som kolibrier og stære, dette prinsippet: den viser farge kun når lys treffer dem i spesifikke vinkler.

Nå har den nye typen E‑paper overvunnet de fysiske og optiske begrensningene til tradisjonelle skjermteknologier gjennom nanoskalig optisk ingeniørkunst, noe som gjør den i stand til å opprettholde klarhet og fargepresisjon ved ekstreme piksel tettheter.

De små pikslene i retina E‑paper inneholder partikler av wolfram‑oksid (WO₃), en kjemisk forbindelse av oksygen og overgangsmetallet wolfram. Den er responsiv på synlig lys og viser flere krystallfaser. Materialet har potensielle anvendelser som et viktig funksjonelt materiale for fotoelektroder, katalyse, elektrokrømtiske enheter og kjemiske sensorer.

Forskerne mønstrede WO₃‑nanodisker på et reflekterende underlag av aluminium og platina, der hver av disse nanodiskene fungerer som en optisk ‘metapiksel’, og dermed genererer farge gjennom Mie‑spredning og interferens.

Ved å justere størrelsen og relative posisjoner av WO₃‑partiklene, klarte teamet å kontrollere hvordan lys i ulike farger diffunderes og reflekteres. Dette skaper piksler i rødt, blått og grønt, som kan brukes til å generere andre farger.

For å gjøre dem svarte, kan partiklene slås av ved å påføre en svak spenning.

Med elektrokrømtisk WO₃ som opprettholder sin fargetilstand uten kontinuerlig strøm, bruker skjermen kun omtrent 1,7 mW/cm² under videospilling og 0,5 mW/cm² for statiske bilder.

Samtidig gjør bruken av en 1,0 M LiClO₄‑elektrolytt, en av de vanligste litiumsaltene brukt i litium‑ion‑batterier, kombinert med en lateral elektrodeavstand på 500 nm, at teknologien kan oppnå rask ionbevegelse, noe som tillater fargeendringer på kun 40 millisekunder. Denne hastigheten er rask nok for jevn videospilling over 25 Hz.

“Dette er et stort skritt fremover i utviklingen av skjermer som kan krympes til en miniatyrstørrelse samtidig som kvaliteten forbedres og energiforbruket reduseres. Teknologien må finjusteres ytterligere, men vi tror at retina E‑paper vil spille en viktig rolle i sitt felt og til slutt påvirke oss alle.”

– Giovanni Volpe, professor ved instituttet for fysikk ved Universitetet i Göteborg

For å demonstrere ytelsen til deres retina E‑paper laget forskerteamet et bilde av ‘The Kiss’, det berømte kunstverket av Gustav Klimt, på en overflate som måler 1,4 × 1,9 millimeter. Denne overflaten er 1/4000 av en standard smarttelefon.

De gjenskapte også en 3D‑anaglyf sommerfugl, som demonstrerer stereoskopisk dybde og kunstnerisk fargepresisjon.

Med over 80 % av informasjonen formidlet gjennom visuelle signaler, markerer det nye E‑paperet et teknologisk fremskritt med potensial til å endre hvordan vi samhandler med informasjon.

I AR‑applikasjoner gjør retina E‑papers iboende kompatibilitet med omgivelsene mulig naturlig visuell integrasjon, betydelig nedskalering av batterier. Det åpner muligheten for fullt selvforsynte skjermer når de kombineres med solceller.

Til tross for sitt høye potensial må teknologien videreutvikles, og studien skisserer fremtidige steg: optimalisering av fargegamut, operasjonell stabilitet og levetid, senking av driftsspenning, samt utforskning av alternative elektrolytter for å øke holdbarheten og redusere energiforbruket.

Teamet vil også integrere tynnfilmtransistormatriser (TFT) med ultrahøy oppløsning for uavhengig pikselstyring, noe som muliggjør store skjermer. «Ser vi fremover, forventer vi betydelige fremskritt på dette området og er overbevist om at utviklingen av retina E-papir til slutt vil påvirke oss alle», bemerket studien.

Investering i avansert skjermteknologi

Teknologigiganten Apple Inc. (AAPL ) har lenge vært involvert i forskning og utvikling av skjermer med fokus på netthinneoppløsning tilpasset menneskeøyet.

Retina‑display er en serie av LCD‑ og OLED‑skjermer fra Apple med høyere piksel‑tetthet enn Apples tradisjonelle skjermer. Disse skjermene debuterte i de første iPhone‑versjonene og senere i den tredje generasjonen iPad, hvor hver skjerm ble erstattet av fire mindre piksler. I dag finnes Retina‑displayet i de fleste Apple‑produkter.

Den minimale piksel‑tettheten til Apples Retina‑skjermer er ikke fast; den varierer med avstanden til betrakteren.

Selskapet investerer også tungt i AR-briller og neste generasjons strømgjerrige skjermer. I 2023 lanserte det Apple Vision Pro, sitt første bærbare hodesett, med en opplevelse av blandet virkelighet. Ifølge en nylig rapport fra Bloomberg har Apple satt en planlagt oppgradering av hodesettet på pause.

Selv om en lettere og rimeligere versjon av Vision Pro kanskje ikke kommer med det første, fokuserer Apple nå på å utvikle smartbriller som kan konkurrere med produktene til Meta Platforms (META ). Selskapet tar sikte på å lansere smartbriller i løpet av et par år, mens en modell med skjerm i brilleglasset ventes omkring 2028.

Apples viktigste produkter er iPhone, iPad, Mac, Apple Watch og AirPods, mens programvareplattformene inkluderer iOS, macOS, iPadOS, watchOS, visionOS og tvOS. Samtidig omfatter tjenestene AppleCare, reklame, skytjenester, digitalt innhold og betalingstjenester.

Forrige uke kunngjorde Apple sine finansielle resultater for regnskapsåret 2025 Q4, som avsluttet 27. september 2025, og overgikk analytikernes forventninger. Selskapet rapporterte en 8 % år‑til‑år økning i inntekter til $102,5 milliarder. Dette inkluderer $49,03 milliarder i iPhone‑inntekter, $8,73 milliarder i Mac‑inntekter, $6,95 milliarder i iPad‑inntekter, $9,01 milliarder i andre produkt‑inntekter, og $28,75 milliarder i tjeneste‑inntekter.

I denne perioden rapporterte selskapet fortynnet resultat per aksje på $1,85, opp 13 % år‑til‑år.

“Takket være vårt svært høye nivå av kundetilfredshet og lojalitet, har vår installerte base av aktive enheter også nådd et nytt rekordhøyt nivå på tvers av alle produktkategorier og geografiske segmenter.”

– Apple CFO Kevan Parekh

Apple‑administrerende direktør Tim Cook uttalte imidlertid at selskapet vil slippe en oppdatert versjon av sin virtuelle assistent og chatbot, Siri, neste år. Han bemerket også kommende partnerskap, som det med OpenAI for å integrere ChatGPT i Apple Intelligence.

“Vår intensjon er å integrere med flere mennesker over tid.”

– Tim Cook

Ifølge nyere rapporter planlegger Apple å betale rundt 1 milliard dollar i året for en AI-modell med 1,2 billioner parametere, utviklet av Google for å støtte en fullstendig fornyelse av Siri.

Når det gjelder Apples markedsverdi på $4 billioner, handles aksjen for tiden litt over $269, opp 7,87 % år‑til‑dato. Den har en EPS (TTM) på 7,43 og en P/E (TTM) på 36,37. Apple kunngjorde nylig et kontantutbytte på $0,26 per aksje.

Konklusjon

Skjermteknologi utvikler seg med ett mål i tankene: å oppnå sømløs integrasjon mellom menneskelig syn og den digitale verden. For å oppnå dette har forskere og ingeniører krympet grensen mellom persepsjon og projeksjon.

Den nylige forskningen på retina E‑paper representerer en stor prestasjon på dette området, ved å oppnå menneskeøye‑nivå oppløsning kun ved hjelp av omgivelseslys, ved å kombinere energieffektiviteten til reflekterende skjermer med presisjonen til nanoskalig optisk kontroll. Dette gjennombruddet åpner nye veier for bærekraftige, høy‑fidelitets visuelle systemer, og etter hvert som forskerne forbedrer fargespekter, stabilitet og skalerbarhet, kan retina E‑paper bli grunnlaget for neste generasjons oppslukende, energieffektive skjermteknologier.

Referanser

<sup>1. Ashraf, M., Chapiro, A. & Mantiuk, R.K. Oppløsningsgrense for øyet — hvor mange piksler kan vi se? 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 justerbart farge‑elektronisk papir med menneskelig oppløsning. Nature 646, 1089–1095 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09642-3</sup>