Minimala pixlar uppnår så hög upplösning som det mänskliga ögat kan se

https://mb.cision.com/Public/5569/4254695/b6cd809b06430a27_800x800ar.jpg

I en artikel i tidskriften Nature presenterar forskare från Chalmers tekniska högskola, Göteborgs universitet och Uppsala universitet en teknik med rekordsmå pixlar, i en skärm som har den högsta upplösningen som är möjligt att uppfatta för det mänskliga ögat. Pixlarna återger färger genom nanopartiklar, vars dimensioner och placering styr hur ljuset sprids. Framsteget öppnar för att skapa virtuella världar som visuellt är omöjliga att skilja från verkligheten.

I takt med att informationsöverföringen i vårt samhälle blir mer komplex ökar också efterfrågan på skärmar som mycket exakt överför bild och video.
– Den teknik som vi har utvecklat kan leda till nya sätt att interagera med information och världen omkring oss. Till exempel skulle den kunna utöka kreativa möjligheter, förbättra samarbete på distans och till och med skynda på vetenskaplig forskning, säger studiens huvudförfattare Kunli Xiong, biträdande universitetslektor vid institutionen för materialvetenskap på Uppsala universitet, och som utformat projektet.

Det är pixlarnas storlek och antal som bestämmer upplösningen, och därmed hur verklighetstrogna bilder och filmer som visas på skärmar kan vara. Inom virtuell eller förstärkt verklighet (virtual/augmented reality), där skärmen är liten och sitter nära ögat, begränsas upplevelsen av att dagens pixlar inte kan bli tillräckligt små. I en mikro-LED-skärm, till exempel, fungerar pixlarna dåligt när de blir mindre än en mikrometer stora. Men i artikeln Video‐rate tunable colour electronic paper with human resolution som publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature presenterar forskarna ett nytt så kallat elektroniskt papper – en reflektiv skärm – där varje pixel är ungefär 560 nanometer. Skärmens storlek är jämförbar med pupillen i ett mänskligt öga, och har en upplösning på mer än 25 000 ppi (pixels per inch).

– Det innebär att varje pixel ungefär motsvarar en enda av ögats fotoreceptorer, alltså de nervceller i ögats näthinna som omvandlar ljus till biologiska signaler. Högre upplösning än så kan människor inte uppfatta, säger Andreas Dahlin, professor vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.

Skärmen, som kallas retina E-papper efter det engelska ordet för näthinna, kan placeras mycket nära ögat. För att demonstrera dess prestanda återskapade forskarna en bild av Gustav Klimts kända konstverk ”Kyssen” med måtten 1,4 x 1,9 millimeter. Som jämförelse innebar det att ytan var 1/4000 av storleken på en vanlig smartphone-skärm.

Precis som i tidigare forskning som letts av Andreas Dahlin är skärmen passiv, det vill säga den innehåller ingen egen ljuskälla, utan pixlarnas färger uppstår när omgivningens ljus träffar små strukturer på en yta. Samma princip finns i småfåglars praktfulla fjäderdräkter. I de ultrasmå pixlarna finns partiklar av volframoxid. Genom att justera partiklarnas storlek och hur de placeras i förhållande till varandra har forskarna lyckats styra hur ljusets olika färger sprids och reflekteras, och på så sätt skapa pixlar i färgerna rött, grönt och blått, som sedan kan användas för att generera alla färger. Genom att lägga på en svag spänning kan partiklarna ”släckas” och blir svarta.

– Det här är ett stort steg för utvecklingen av skärmar som kan krympas till miniatyrformat samtidigt som kvaliteten ökar och energiförbrukningen minskar. Tekniken behöver förfinas, men vi tror att retina E-papper kommer att få stor betydelse inom sitt fält och så småningom påverka oss alla, säger Giovanni Volpe, professor vid institutionen för fysik vid Göteborgs universitet.

Bilder: 

Illustration av en skärm som är stor som en pupill och inspirerad av en mänsklig näthinna, fullpackad med rekordsmå pixlar som ger den högsta upplösningen människor kan uppfatta. Illustration: Nature

Två versioner av Gustav Klimts konstverk ”Kyssen”, på en smartphone respektive retina e-papper. Det elektroniska pappret är 1/4000 av storleken på smartphone-skärmen. Bild: Nature

Fotocollage i topp/illustration av konceptet: Retina E-papper är ett elektroniskt papper – en reflektiv skärm – där varje pixel är ungefär 560 nanometer. Skärmens storlek är jämförbar med pupillen i ett mänskligt öga, och har en upplösning på mer än 25 000 ppi (pixels per inch). Collage av Chalmers | Mia Halleröd Palmgren. Bilder av: (öga) Petrovalera16,  (pixlar) | Artemlys, CC BY-SA 4.0 via Wikimedia Commons. 

För mer information, vänligen kontakta:

Andreas Dahlin, professor vid institutionen för kemi och kemiteknik, Chalmers tekniska högskola: 070 763 27 79, andreas.dahlin@chalmers.se

Kunli Xiong, biträdande universitetslektor vid institutionen för materialvetenskap, Uppsala universitet: 073 469 72 24, kunli.xiong@angstrom.uu.se,

Giovanni Volpe, professor vid institutionen för fysik vid Göteborgs universitet: 076 622 91 37, giovanni.volpe@physics.gu.se

Mer om forskningen:

Video‐rate tunable colour electronic paper with human resolution har publicerats i Nature.

Studiens författare är Ade Satria Saloka Santosa, Yu-Wei Chang, Andreas B. Dahlin, Lars Österlund, Giovanni Volpe och Kunli Xiong.
Vid studiens genomförande var forskarna aktiva på Chalmers tekniska högskola, Göteborgs universitet och Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet.