可调彩色电子纸，实现视频般流畅显示

从影院屏幕、电视到智能手机和虚拟现实头显，显示器正逐渐靠近人眼，尺寸更小、分辨率更高。为提供沉浸式高保真视觉体验，显示器需设计成与人眼瞳孔相当的尺寸和超高像素密度，由此提出“视网膜显示器”概念，以人眼视网膜的分辨极限为基准。
然而，主流发光显示器像素不断缩小时，会导致亮度降低、均匀性变差、色彩串扰增加及制造复杂度上升，面临超高分辨率成像挑战。目前智能手机像素约60×60μm²（~450 PPI），是理论视网膜显示器像素尺寸的2500倍左右，且现有彩色微LED显示器像素尺寸仍较大，色彩串扰等问题突出。
反射式显示器（电子纸）依靠环境光成像，无亮度问题，光学对比度不受像素尺寸影响，但现有技术受限于液晶层厚度或胶囊尺寸等，无法实现1000 PPI以上的高分辨率。光学超表面虽能实现超高像素密度，但多采用静态材料，难以用于动态显示系统。
本研究提出“视网膜电子纸”新技术，其超构像素尺寸小至约560纳米（>25,000像素/英寸），由三氧化钨（WO₃）纳米盘构成。WO₃纳米盘在电化学还原时发生可逆的绝缘体-金属相变，可动态调制折射率和光吸收，实现纳米尺度的反射率和对比度精确控制。
该视网膜电子纸结构包括电致变色WO₃超构像素和高反射衬底（Pt/Al）。通过精确调节纳米盘直径和间距，可反射红、绿、蓝（RGB）原色；进一步调节子像素间距，能产生青、品红、黄（CMY）等混合色。得益于纳米盘结构和紧密排列的电极（间距500 nm），其切换速度快（40 ms内实现>95%光学对比度调制），支持>25 Hz的全彩视频显示。
性能方面，视网膜电子纸反射率约80%，光学对比度约50%，即使像素小至约400 nm仍保持良好可见性。能耗极低，视频显示约1.7 mW/cm²，静态图像约0.5 mW/cm²，且具有色彩记忆效应，仅在像素切换时耗能。此外，还支持立体3D显示，已成功演示立体蝴蝶图像和基于《吻》画作的高分辨率图像动态调制。
其工作原理为：明亮状态下，WO₃作为高折射率介电材料，通过米氏共振和光栅模式产生高分辨率颜色；施加电压时，WO₃发生电化学相变，折射率降低、消光系数增加，反射率改变，实现动态颜色调制。纳米制造过程采用标准半导体工艺，包括沉积反射层、WO₃层，电子束光刻定义纳米结构等。
尽管存在色域、刷新率、稳定性和寿命等需优化的问题，且需开发超高分辨率薄膜晶体管（TFT）阵列实现独立像素控制，但视网膜电子纸不仅达到人眼视觉理论分辨率极限，还具备全彩视频显示能力，在虚拟现实、增强现实等领域潜力巨大。未来结合环境光照明和太阳能电池，有望实现自供电显示。