In einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature stellen Forscher der Universität Göteborg, der Chalmers University of Technology und der Universität Uppsala (Schweden) die Technologie mit den bisher kleinsten Pixeln vor, der höchsten Auflösung, die das menschliche Auge wahrnehmen kann. Die Pixel geben Farben mithilfe von Nanopartikeln wieder, deren Größe und Anordnung die Streuung des Lichts steuern und deren optische Eigenschaften elektrisch eingestellt werden können. Dieser Durchbruch ebnet den Weg für die Schaffung virtueller Welten, die visuell nicht von der Realität zu unterscheiden sind.

Da die Übertragung von Informationen in unserer Gesellschaft immer komplexer wird, steigt die Nachfrage nach Displays, die Bilder und Videos mit hoher Wiedergabetreue übertragen.

„Die Technologie, die wir entwickelt haben, kann neue Wege der Interaktion mit Informationen und der Welt um uns herum eröffnen. Sie kann die kreativen Möglichkeiten erweitern, die Zusammenarbeit aus der Ferne verbessern und sogar die wissenschaftliche Forschung beschleunigen“, sagt Kunli Xiong, Assistenzprofessor am Department of Materials Science and Engineering der Universität Uppsala, der das Projekt initiiert hat und der Hauptautor der Studie ist.

Elektronisches Papier

Die Auflösung, d.h. wie realistisch Bilder und Filme auf Bildschirmen dargestellt werden können, wird durch die Größe und Anzahl der Pixel bestimmt. In der virtuellen oder erweiterten Realität, wo das Display klein und nah am Auge ist, wird das Erlebnis durch die Tatsache eingeschränkt, dass wir die heutigen Pixel nicht klein genug machen können. Auf einem Mikro-LED-Display zum Beispiel sind die Pixel schlecht, wenn sie kleiner als ein Mikrometer sind. In dem Artikel „Video-rate tunable colour electronic paper with human resolution“, der in Nature veröffentlicht wurde, stellen die Forscher jedoch Retina E-paper vor, eine neue Art von elektronischem Papier – ein reflektierendes Display. Jedes Pixel ist etwa 560 Nanometer groß und die Gesamtfläche des Displays ist vergleichbar mit der Größe einer menschlichen Pupille, mit einer Auflösung von über 25 000 ppi (Pixel pro Zoll).

Illustration eines Displays vor dem Auge und der Lichtstrahlen, die auf die Netzhaut treffen.
Illustration eines Displays in Pupillengröße, inspiriert von der menschlichen Netzhaut, mit ultrahoher Auflösung und Submikrometer-Pixeln.

Millimeterkunst

„Das bedeutet, dass jedes Pixel ungefähr einem Photorezeptor im Auge entspricht, d.h. einer Nervenzelle in der Netzhaut, die Licht in biologische Signale umwandelt. Der Mensch kann keine höhere Auflösung wahrnehmen“, sagt Andreas Dahlin, Professor an der Fakultät für Chemie und Chemieingenieurwesen in Chalmers.

Retina E-Paper kann sehr nah am Auge platziert werden. Um die Leistungsfähigkeit der Technologie zu demonstrieren, haben die Forscher ein Bild von Gustav Klimts berühmtem Werk „Der Kuss“ auf einer Fläche von etwa 1,4 × 1,9 Millimetern nachgebildet. Zum Vergleich: Das Bild war etwa 1/4000 so groß wie ein Standard-Smartphone.

Wolframoxid

Wie bei früheren Forschungen unter der Leitung von Andreas Dahlin ist das Display passiv und enthält keine eigene Lichtquelle. Die Farben der Pixel erscheinen, wenn das Umgebungslicht auf die winzigen Strukturen auf der Oberfläche trifft. Das gleiche Prinzip findet sich im schönen Gefieder winziger Vögel. Die ultrakleinen Pixel enthalten Wolframoxidpartikel. Durch Anpassung der Größe der Partikel und ihrer Anordnung ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Streuung und Reflexion der Farben im Licht zu steuern und so Pixel in Rot, Grün und Blau zu erzeugen, aus denen sich alle Farben zusammensetzen lassen. Wenn eine schwache Spannung angelegt wird, können die Partikel „ausgeschaltet“ werden und werden schwarz.

„Dies ist ein bedeutender Schritt in der Entwicklung von Displays, die auf Miniaturgröße geschrumpft werden können, während die Qualität verbessert und der Stromverbrauch reduziert wird. Die Technologie muss noch verfeinert werden, aber wir glauben, dass Retina E-Paper eine wichtige Rolle in seinem Bereich spielen und uns schließlich alle betreffen wird“, sagt Giovanni Volpe, Professor an der Fakultät für Physik der Universität Göteborg.

Quelle: Universität von Göteborg

Vollständiger wissenschaftlicher Artikel in Nature: Elektronisches Farbpapier mit menschlicher Auflösung und einstellbarer Videorate