Tänk dig att kunna sitta i solen och läsa på en digital skärm, tunn som papper med samma bildkvalitet som om du hade suttit inomhus. Visionen behöver inte ligga så långt bort. På Chalmers utvecklar forskare en ny sorts skärmar – även kallade elektroniska papper – där omgivningens ljus används och energiförbrukningen blir minimal. Nu har de tagit fram en ny design som kan optimera färgkvaliteten och ta tekniken ännu närmare vår vardag.
Traditionella digitala skärmar använder bakomliggande ljus för att lysa upp texter eller bilder. Det fungerar bra inomhus, men de flesta av oss har nog upplevt hur svårt det är att titta på dem i en starkt upplyst omgivning som till exempel ute i solen. Reflektiva skärmar använder däremot det naturliga ljuset runt om oss och härmar sättet som våra ögon reagerar när vi tittar på ett vanligt papper.
– För att reflektiva skärmar ska kunna få ett ordentligt genombrott och kunna konkurrera med de energikrävande digitala skärmar som vi använder i dag, måste bilder och färger återges med samma höga kvalitet. Vi vill visa hur tekniken kan användas och göra den intressant för marknaden, säger Marika Gugole, doktorand vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
Tidigare har forskarna lyckats ta fram ett ultratunt, böjbart material som återger alla färger som en led-skärm kan visa, och som bara kräver en tiondel av energin som en vanlig läsplatta förbrukar. I en nyligen publicerad studie har forskarna tagit tekniken ytterligare ett steg framåt. Den här gången har de utgått från ett redan utforskat poröst ämne – en nanostruktur där volframtrioxid tillsammans med guld och platina gör så att e-pappret ändrar färg. Utifrån detta har chalmersforskarna tagit konceptet vidare och skapat en omvänd design, som gör att färgerna kan visas mycket bättre på skärmen. Resultaten presenterades nyligen i den vetenskapliga tidskriften Nano Letters.
Omvänd design för bästa möjliga färgkvalitet
Den stora skillnaden med den nya designen är att forskarna har placerat det som gör materialet elektriskt ledande under den pixlade nanostrukturen som återger färgerna. Tidigare låg dessa ovanpå strukturen, vilket ledde till att färgerna på den reflektiva skärmen inte fick optimal kvalitet. Med den nya designen tittar man direkt på den pixlade ytan och ser därför färgerna mycket klarare.
Utöver den minimala energiåtgången finns även andra fördelar med reflektiva skärmar. Till exempel blir ögonen inte lika trötta som när man tittar på en vanlig skärm.
För att tillverka dessa reflektiva skärmar krävs vissa sällsynta metaller som guld och platina, men mängderna som behövs i den slutliga strukturen är mycket små eftersom den är så tunn. På sikt har forskarna goda förhoppningar om att det ska gå att avsevärt minska mängderna som behövs till produktionen.
–Vårt främsta mål när vi utvecklar reflektiva skärmar, eller elektroniskt papper, är att hitta hållbara lösningar och spara energi. Energiförbrukningen blir nästan noll eftersom vi helt enkelt utnyttjar omgivningens ljus, säger forskningsledaren Andreas Dahlin, biträdande professor vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.
Flexibelt och brett användningsområde
Reflektiva skärmar finns redan idag i somliga läsplattor, men de visar enbart färgerna svart och vitt bra, vilket begränsar användningen av dem.
– En stor industriaktör med rätt teknisk kompetens skulle i princip kunna börja utveckla en produkt med den nya tekniken inom ett par månader, säger Anderas Dahlin.
Han ser också ett flertal olika användningsområden framför sig. Förutom smarta telefoner och läsplattor skulle det också kunna vara utomhusreklam och då fungera som energi- och resurssparande alternativ till såväl tryckta affischer som dagens rörliga digitala skärmar.
Uppdatering av texten: Nästa steg taget – videohastighet för reflektiva skärmar
I en ny studie Video Speed Switching of Plasmonic Structural Colors with High Contrast and Superior Lifetime, publicerad 26 Augusti i den vetenskapliga tidskriften Advanced Materials, har Andreas Dahlins forskargrupp tillsammans med kollegor från universitet i Cambridge lyckats få de reflektiva skärmarna att uppnå videohastighet.
Mer om forskningen
- Forskningen om det nanotunna elektroniska pappret har pågått under ett flertal år på Chalmers och arbetet har belönats med både internationell uppmärksamhet och stora strategiska forskningsanslag.
- Tekniken i chalmersforskarnas energisnåla reflektiva skärmar bygger på ett material som kan reglera hur ljus absorberas och reflekteras. I den nanostruktur som utgör materialet bidrar volframtrioxid, guld och platina till färgerna och deras växlingar. Nanostrukturen leder elektroniska signaler genom hela skärmen och kan mönstras för att skapa högupplösta bilder. Med hjälp av en ny design utvecklad på Chalmers visas färgerna mycket tydligare jämfört med tidigare koncept.
- Den vetenskapliga artikeln Electrochromic Inorganic Nanostructures with High Chromaticity and Superior Brightness har publicerats i Nano Letters och är skriven av Marika Gugole, Oliver Olsson, Stefano Rossi, Magnus P. Jonsson och Andreas Dahlin. Forskarna är verksamma vid Chalmers tekniska högskola och Linköpings universitet.
- Den vetenskapliga artikeln Video Speed Switching of Plasmonic Structural Colors with High Contrast and Superior Lifetime har publicerats Advanced Materials och är skriven av Kunli Xiong, Oliver Olsson, Justas Svirelis, Chonnipa Palasingh, Jeremy Baumberg, Andreas Dahlin. Forskarna är verksammma vid Chalmers tekniska högskola och Cambridge universitet.
För mer information, kontakta:
- Biträdande professor, Tillämpad kemi, Kemi och kemiteknik