隨著虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）等沉浸式技術(shù)的快速發(fā)展，顯示器件對分辨率的需求急劇提升，需逐步趨近人眼視網(wǎng)膜解析極限；同時，動態(tài)顯示場景對刷新率的要求及傳統(tǒng)顯示技術(shù)的物理局限，共同構(gòu)成當(dāng)前顯示領(lǐng)域的核心挑戰(zhàn)。2025年10月22日，瑞典烏普薩拉大學(xué)KunliXiong教授團隊在國際頂級期刊《Nature》發(fā)表題為“Videoratetunablecolourelectronicpaperwithhumanresolution”（具有人眼分辨率的視頻幀率可調(diào)彩色電子紙）的研究成果，以三氧化鎢（WO3）納米盤為核心構(gòu)建新型反射式彩色電子紙，首次同時實現(xiàn)視頻級刷新率、人眼級分辨率及全彩顯示，為解決傳統(tǒng)顯示技術(shù)困境提供創(chuàng)新方案。

    傳統(tǒng)顯示技術(shù)的抉擇困境與突破方向
    長期以來，主流顯示技術(shù)始終面臨“分辨率動態(tài)性能穩(wěn)定性”的三重矛盾，形成難以兼顧的抉擇困境：
    OLED/LED顯示技術(shù)：雖可實現(xiàn)動態(tài)畫面顯示，但其物理特性決定了像素尺寸縮小至微米級后，會出現(xiàn)亮度衰減顯著、色串?dāng)_問題突出的瓶頸，無法滿足VR/AR等近眼顯示設(shè)備對“人眼級分辨率”的需求；
    商用電子紙技術(shù)（如Kindle等設(shè)備采用的電泳式電子紙）：依托反射光成像原理，規(guī)避了亮度衰減問題，但受限于材料響應(yīng)速度與驅(qū)動機制，分辨率普遍局限于數(shù)百PPI（像素/英寸）水平，且刷新率遠(yuǎn)低于視頻顯示標(biāo)準(zhǔn)（通常<1Hz），僅適用于靜態(tài)文本與圖像展示。
    KunliXiong團隊的研究精準(zhǔn)突破上述困境，以WO3納米盤為功能核心，構(gòu)建的新型電子紙實現(xiàn)三大關(guān)鍵指標(biāo)突破：像素最小尺寸達560nm、刷新率超過25Hz（滿足視頻顯示幀率要求）、像素密度突破25000PPI——相較于iPhone15的450PPI，其像素密度提升約55倍，真正達到人眼視網(wǎng)膜解析極限。

    WO3納米盤的雙重功能機制：靜態(tài)顯色與動態(tài)調(diào)控
    該技術(shù)的核心創(chuàng)新在于充分利用WO3納米盤的物理化學(xué)特性，實現(xiàn)“靜態(tài)色彩定制”與“動態(tài)狀態(tài)切換”的協(xié)同，具體機制如下：
    靜態(tài)色彩定制：基于結(jié)構(gòu)參數(shù)的光譜調(diào)控
    WO3納米盤的靜態(tài)顯色性能依賴于其精確的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計，通過調(diào)控納米盤的直徑、間距與厚度，可實現(xiàn)對特定波長光線的選擇性反射，進而生成紅（R）、綠（G）、藍（B）三基色及混合色。
    基色生成：研究表明，當(dāng)WO3納米盤直徑處于220320nm、間距處于40200nm、厚度處于40180nm范圍時，可通過參數(shù)調(diào)整實現(xiàn)特定波長光線的反射——例如，直徑260nm、間距100nm的納米盤優(yōu)先反射綠光，直徑300nm、間距140nm的納米盤優(yōu)先反射紅光；
    穩(wěn)定性驗證：實驗數(shù)據(jù)顯示，即使像素尺寸縮小至420nm，WO3納米盤的色彩特性與對比度仍保持穩(wěn)定，為超高密度像素陣列的構(gòu)建提供基礎(chǔ)；
    全彩實現(xiàn)：通過精準(zhǔn)控制RGB子像素間的間距（T值），可實現(xiàn)三基色的精準(zhǔn)疊加，生成青（C）、品（M）、黃（Y）等混合色，為全彩顯示奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

    動態(tài)狀態(tài)切換：基于電致變色的快速響應(yīng)
    WO3作為典型的電致變色材料，其電學(xué)與光學(xué)特性可通過外加電壓實現(xiàn)可逆調(diào)控，這一特性為電子紙的動態(tài)顯示提供核心支撐。
    器件結(jié)構(gòu)設(shè)計：新型電子紙采用“玻璃基板反射層WO3納米盤陣列”的分層結(jié)構(gòu)，通過引入電解質(zhì)層與超窄電極（間距500nm），構(gòu)建高效的電致變色驅(qū)動體系；
    響應(yīng)機制：在外加電壓作用下，WO3發(fā)生“絕緣體金屬相變”，從可反射特定波長光線的“亮態(tài)”（On）快速轉(zhuǎn)變?yōu)槲杖庾V光線的“暗態(tài)”（Off）；撤去電壓后，材料可恢復(fù)至亮態(tài)，實現(xiàn)光學(xué)狀態(tài)的可逆切換；
    性能指標(biāo)：超窄電極間距產(chǎn)生的強電場加速離子遷移，使器件可在40ms內(nèi)完成95%的對比度切換，刷新率超過25Hz，首次實現(xiàn)電子紙的視頻級動態(tài)顯示。

    應(yīng)用潛力驗證：從3D顯示到超高密度成像
    為驗證技術(shù)實用性，研究團隊開展多項應(yīng)用演示實驗，充分體現(xiàn)新型電子紙的技術(shù)優(yōu)勢：
    3D顯示驗證：通過打印分離的左右眼圖像（如蝴蝶圖案），結(jié)合25000PPI以上的超高像素密度，實現(xiàn)像素密度超30000PPI的靜態(tài)3D圖像顯示，觀看時無需依賴外部眼鏡，為VR/AR設(shè)備的輕量化發(fā)展提供新路徑；
    超高密度成像演示：在尺寸僅為1.9×1.4mm的芯片上，復(fù)刻克里姆特經(jīng)典畫作《TheKiss》，其像素密度突破25000PPI，細(xì)節(jié)分辨率遠(yuǎn)超當(dāng)前商用顯示設(shè)備；同時，通過電控切換，可實現(xiàn)整幅圖像從彩色亮態(tài)到暗態(tài)的動態(tài)轉(zhuǎn)變，驗證動態(tài)顯示的可行性。

    技術(shù)商用化的核心挑戰(zhàn)
    盡管WO3基彩色電子紙在性能上實現(xiàn)重大突破，但從實驗室成果到商用產(chǎn)品，仍需攻克三大核心技術(shù)瓶頸：
    1.電解質(zhì)體系的固有局限
    當(dāng)前器件的高刷新率（>25Hz）完全依賴液態(tài)乙腈電解質(zhì)的高離子遷移率（約10?³S/cm），但該電解質(zhì)存在高揮發(fā)性、毒性及密封難度大等固有缺陷，難以滿足消費電子的安全性與穩(wěn)定性要求。若替換為更安全的固態(tài)電解質(zhì)，離子電導(dǎo)率將下降23個數(shù)量級，導(dǎo)致器件響應(yīng)時間退化至秒級，無法維持視頻顯示能力，電解質(zhì)體系的優(yōu)化是技術(shù)商用化的首要難題。
    2.像素尋址技術(shù)的瓶頸
    實現(xiàn)25000PPI像素的獨立控制，需配套亞微米級薄膜晶體管（TFT）背板技術(shù)。然而，當(dāng)前商用TFT的最小特征尺寸僅為1μm量級，與560nm的像素間距存在顯著差距，導(dǎo)致器件無法實現(xiàn)主動矩陣尋址，僅能作為靜態(tài)光學(xué)器件使用，無法滿足復(fù)雜動態(tài)畫面的顯示需求。
    3.色域范圍的顯著不足
    通過光譜測量與色度分析，新型電子紙的色域覆蓋率僅為sRGB標(biāo)準(zhǔn)的40%（相關(guān)數(shù)據(jù)參見論文ExtendedDataFig.9b），尤其在高飽和度紅色與綠色區(qū)域存在明顯色彩缺失，色彩還原度難以滿足消費電子領(lǐng)域?qū)︼@示效果的需求，色域優(yōu)化需進一步突破。

    KunliXiong團隊研發(fā)的WO3基可調(diào)彩色電子紙，突破傳統(tǒng)顯示技術(shù)的分辨率與動態(tài)性能瓶頸，首次實現(xiàn)“人眼級分辨率+視頻級刷新率”的協(xié)同，為顯示技術(shù)發(fā)展開辟新方向。該技術(shù)在VR/AR、可穿戴設(shè)備、柔性顯示等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景，但其商用化仍需解決電解質(zhì)體系、像素尋址與色域優(yōu)化三大核心問題。
    未來，隨著固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)、亞微米級TFT技術(shù)突破及色彩調(diào)控機制的優(yōu)化，WO3基彩色電子紙有望推動顯示領(lǐng)域的技術(shù)變革，實現(xiàn)“輕薄低功耗+超高分辨率+動態(tài)顯示”的一體化需求，為下一代顯示設(shè)備的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。