Forscher in Schweden haben eine neue Methode zur Herstellung von E-Ink-Displays entwickelt, die eine bisher unerreichte Pixeldichte von über 25.000 PPI (Pixel pro Zoll) ermöglicht. Diese Entwicklung könnte die Bildschärfe von Geräten wie Wearables und E-Readern grundlegend verändern und die Grenzen dessen, was auf kleinsten Flächen darstellbar ist, neu definieren.
Die Technologie, die als „Retina E-Paper“ bezeichnet wird, übertrifft die Auflösung aktueller Smartphones um mehr als das 50-fache und zeichnet sich gleichzeitig durch einen extrem niedrigen Energieverbrauch aus. Dies eröffnet völlig neue Anwendungsmöglichkeiten für Displays, die bei Sonnenlicht gut lesbar bleiben und nur minimale Energie benötigen.
Wichtige Erkenntnisse
- Schwedische Forscher entwickeln E-Paper mit über 25.000 PPI Pixeldichte.
- Die Auflösung ist deutlich höher als bei aktuellen Smartphones (~460 PPI) und E-Readern (~300 PPI).
- Die Technologie basiert auf Nanodisks aus Wolframtrioxid und ist extrem energieeffizient.
- Mögliche Anwendungen reichen von ultrahochauflösenden Wearables bis hin zu Displays in der Größe einer Kontaktlinse.
- Die Bildwiederholfrequenz liegt bei über 25 Hz, was für viele, aber nicht alle Videoanwendungen ausreicht.
Ein Sprung in der Display-Auflösung
Die heute bekannten E-Ink-Displays, wie sie in E-Readern verwendet werden, sind für ihre gute Lesbarkeit bei hellem Licht und ihren geringen Stromverbrauch bekannt. Ein wesentlicher Nachteil war jedoch bisher die im Vergleich zu LCD- oder OLED-Bildschirmen geringere Bildschärfe und Farbauflösung. Ein Forschungsteam der Universität Uppsala und der Universität Göteborg hat nun eine Methode vorgestellt, die dieses Problem lösen könnte.
Die neue Technik ermöglicht die Herstellung von Pixeln, die mit einer Größe von nur 560 Nanometern kleiner sind als manche Bakterien. Dies führt zu einer theoretischen Pixeldichte von mehr als 25.000 Pixeln pro Zoll. Eine solche Dichte würde es ermöglichen, die Wahrnehmungsgrenze des menschlichen Auges weit zu überschreiten und selbst auf kleinsten Flächen gestochen scharfe Bilder zu erzeugen.
Auflösung im Vergleich
- Neue Retina E-Paper: > 25.000 PPI
- Aktuelle iPhones: ~ 460 PPI
- Hochauflösende PC-Monitore: ~ 200 PPI
- Aktuelle E-Reader (S/W): ~ 300 PPI
- Aktuelle E-Reader (Farbe): ~ 150 PPI
Die Technologie hinter den Nanopixeln
Das Herzstück der Innovation ist ein neues Herstellungsverfahren. Dabei werden winzige Nanodisks aus Wolframtrioxid verwendet. Durch elektrische Impulse können diese Scheiben kontrolliert ihren Zustand von isolierend zu metallisch ändern. Dieser Übergang verändert ihre Reflexionseigenschaften präzise, wodurch Helligkeit und Kontrast auf einer extrem kleinen Skala gesteuert werden können.
Dieser Ansatz löst eines der Kernprobleme bisheriger E-Ink-Technologien: die physikalische Größe der einzelnen Bildpunkte. Durch die Miniaturisierung auf die Nanoskala wird eine Pixeldichte erreicht, die bisher als unvorstellbar galt. Theoretisch könnte man so ein 4K-Display auf einer Fläche realisieren, die nicht größer als eine Kontaktlinse ist.
Energieeffizienz und neue Anwendungsfelder
Ein entscheidender Vorteil der neuen Technologie ist ihr extrem geringer Energiebedarf. Die Forscher schätzen den Verbrauch auf etwa 0,5 Milliwatt pro Quadratzentimeter bei der Anzeige statischer Bilder. Selbst bei der Wiedergabe von Videos mit einer Bildwiederholfrequenz von über 25 Hz steigt der Verbrauch nur auf rund 1,7 Milliwatt pro Quadratzentimeter. Das ist deutlich weniger als bei herkömmlichen E-Ink-Panels.
Diese Kombination aus ultrahoher Auflösung und minimalem Stromverbrauch eröffnet neue Möglichkeiten für verschiedene Geräteklassen:
- Wearables: Smartwatches und Fitness-Tracker könnten Displays mit der Schärfe eines gedruckten Magazins erhalten, die auch bei direkter Sonneneinstrahlung perfekt ablesbar sind.
- Smarte Brillen: Unauffällige, in Brillengläser integrierte Anzeigen könnten Informationen direkt ins Sichtfeld projizieren, ohne klobig zu wirken.
- Medizintechnik: Miniaturisierte Displays könnten in medizinischen Geräten oder sogar in Implantaten zum Einsatz kommen.
- Elektronische Etiketten: Hochauflösende, dynamische Preisschilder oder Produktinformationen im Einzelhandel werden denkbar.
Die Fähigkeit der Technologie, Farben und sogar anaglyphe 3D-Bilder darzustellen, erweitert das Anwendungsspektrum zusätzlich.
Wettlauf um die kleinsten Pixel
Die schwedische Forschung ist nicht die einzige, die an der Miniaturisierung von Display-Pixeln arbeitet. Physiker der Julius-Maximilians-Universität Würzburg in Deutschland haben kürzlich eine Methode für OLED-Pixel vorgestellt, die nur 300 Quadratnanometer groß sind. Dies könnte zu einer Pixeldichte von über 55.000 PPI führen. Allerdings kann diese Technologie derzeit nur die Farbe Orange darstellen, und eine kommerzielle Verfügbarkeit ist noch ungewiss. Der Wettlauf zeigt jedoch, dass die Entwicklung von Display-Technologien noch lange nicht am Ende ist.
Herausforderungen und der Weg zur Marktreife
Trotz des beeindruckenden Potenzials gibt es noch Hürden. Eine der größten Herausforderungen ist die Bildwiederholfrequenz. Die Forscher geben an, dass das Retina E-Paper mehr als 25 Hz erreichen kann. Während dies für viele Anwendungen wie das Anzeigen von Text, Bildern oder einfachen Animationen ausreicht, liegt es unter den Werten moderner Displays. Einige aktuelle E-Ink-Monitore erreichen bereits 60 Hz, während LED-Bildschirme Hunderte von Bildern pro Sekunde darstellen können.
Für flüssige Videos oder schnelle Gaming-Anwendungen ist die aktuelle Bildrate daher noch nicht ausreichend. Die Stärken der Technologie liegen klar in Bereichen, in denen Energieeffizienz, hohe Auflösung und gute Lesbarkeit im Vordergrund stehen.
Wann Produkte mit dieser Technologie auf den Markt kommen werden, ist noch unklar. Der Übergang von einem Forschungsprototypen zur Massenproduktion ist ein komplexer und zeitaufwendiger Prozess. Dennoch zeigt die Entwicklung, dass die Ära der papierähnlichen, ultrahochauflösenden und stromsparenden Displays gerade erst begonnen hat.
