Schermtechnologie die bijna alles kan

Op het eerste gezicht lijkt het een overblijfsel uit de jaren tachtig. Een klein computerscherm met knipperende tekst in een lage resolutie die eroverheen scrollt. Maar dit zou de toekomst kunnen zijn.

Het display is vervaardigd met behulp van perovskiet light-emitting technologie (PeLED). Het verschilt radicaal van de LED-technologie die tegenwoordig in het scherm van je smartphone wordt gebruikt en zou kunnen leiden tot dunnere, goedkopere apparaten met een langere batterijduur.

Niet alleen dat, maar PeLED's zijn ook zeer ongebruikelijk in hun vermogen om licht te absorberen en uit te zenden, wat betekent dat je hetzelfde materiaal kunt gebruiken om aanrakings-, vingerafdruk- en omgevingslichtdetectiemogelijkheden te combineren, zegt Feng Gao van de Linköping Universiteit in Zweden.

“Dit is moeilijk, maar wij geloven dat het mogelijk is.”

In de hedendaagse smartphones worden deze functies uitgevoerd door elektronische componenten die los staan ​​van het telefoonscherm zelf.

In een artikel dat in april werd gepubliceerdProfessor Gao en collega's demonstreerden hun prototype met behulp van aanraking en omgevingslichtgevoeligheid die echt werkt.

“Het is een heel mooi display… Het is heel nieuw”, zegt Daniel Braga, hoofd verkoop en marketing bij Floxim, een technologieonderzoeksbureau in Zwitserland. Hoewel hij erop wijst dat het verbeteren van alle verschillende hier beloofde functies het moeilijk zou kunnen maken om dit type beeldscherm snel op de markt te brengen.

Via een videogesprek demonstreert professor Gao de nieuwste versie van de technologie. Het is weer een klein scherm, maar deze keer zijn de pixels per inch (ppi), een maatstaf voor schermscherpte, bijna verdubbeld tot 90 ppi.

Er verschijnt een eenvoudige animatie op het scherm, waarin twee vechtende mensen te zien zijn. Het artikel bevat meer details over dit prototype Het is zojuist gepubliceerd.

Perovskietmineraal bevat calcium, titanium en zuurstof gerangschikt in een kristallijne structuur. Het werd ontdekt in de 19e eeuw, maar mensen beseften later dat ze andere soorten perovskieten konden maken die dezelfde structuur deelden maar verschillende elementen of moleculen als componenten hadden.

Afhankelijk van het gekozen materiaal kunnen perovskieten bijvoorbeeld heel goed elektriciteit geleiden of licht uitstralen.

“Door de chemische samenstelling enigszins aan te passen, kun je het hele zichtbare spectrum bestrijken”, zegt dr. Braga, waarin hij uitlegt dat het maken van perovskieten een relatief eenvoudig en goedkoop proces is. “Als je aan massaproductie denkt, is dit enorm.”

Er zijn echter enkele problemen.

Het is bekend dat PeLED's onstabiel zijn en verslechteren bij blootstelling aan bijvoorbeeld vocht of zuurstof. Loretta Muscarella van de Vrije Universiteit Amsterdam ontwikkelt nieuwe soorten PeLED's.

Als je een PeLED een paar uur of dagen laat liggen, zegt ze, zal de kleur van het licht dat hij uitstraalt geleidelijk afnemen of veranderen in een minder pure versie van groen dan bijvoorbeeld het gewenste groen.

Dit ondermijnt het hele punt van perovskieten. Ze zijn gedeeltelijk wenselijk omdat ze kunnen worden afgestemd om een ​​zeer specifieke, zeer pure vorm van rood, groen of blauw uit te zenden – de belangrijkste tinten die nodig zijn voor digitale kleurendisplays.

Meer bedrijfstechnologie

Om hun stabiliteit te behouden, kunnen PeLED’s worden gecoat met lijm of hars, zegt professor Gao. Maar onderzoekers werken er nog steeds aan om ervoor te zorgen dat de technologie gedurende een lange periode niet hapert.

Traditionele LED's hebben een levensduur van 50.000 uur of meer, terwijl PeLED's nog steeds een levensduur hebben van honderden tot duizenden uren, zegt dr. Muscarella.

Ze voegt eraan toe dat het jaren kan duren voordat je een commercieel product koopt dat PeLED bevat.

Maar er is een ander type lichtgevende perovskiet dat je misschien als eerste op de markt tegenkomt.

Het is gebaseerd op fotoluminescentie. Dit is zelf geen LED, maar een filter- of filmachtig materiaal dat licht absorbeert en dit in een specifieke kleur opnieuw uitstraalt.

Bij sommige tv's die momenteel op de markt zijn, biedt het kleurenfilter de belangrijke rode, groene en blauwe kleuren die in elke pixel op het scherm worden gebruikt.

Door deze kleuren op verschillende niveaus te mengen, kunt u het kleurengamma verkrijgen dat nodig is om het volledige beeld weer te geven.

De rode, groene en blauwe filters worden verlicht door een LED-achtergrondverlichting. Maar de huidige filters blokkeren veel van dit licht.

Fotovoltaïsche perovskieten laten daarentegen bijna al het licht door, wat een aanzienlijke toename van de helderheid en efficiëntie betekent.

Het Britse bedrijf Helio werkt hieraan. Een video op hun website laat zien hoe rode of groene perovskietfilm bijna perfect blauw licht in rood of groen kan uitzenden.

De technologie die wordt ontwikkeld door professor Gao en zijn collega's is compleet anders. Ze experimenteren met displays die licht uitstralen met behulp van perovskiet-LED's.

Deze staan ​​bekend als perovskietelektroden. Het is lastig om ermee te werken omdat ze gevoelig zijn voor elektrische velden en zoals gezegd niet erg stabiel. Maar uiteindelijk zouden het efficiëntere opties kunnen zijn om de rode, groene en blauwe pixels van een smartphone, tablet of tv-scherm te verlichten zonder dat er überhaupt kleurfilters nodig zijn.

De belangrijkste voordelen van het overstappen op deze technologie zijn het verlagen van de kosten van deze apparaten en het verminderen van hun energieverbruik.

Niemand weet precies hoeveel minder stroom een ​​toekomstig PeLED-scherm zou kunnen verbruiken ten opzichte van bijvoorbeeld een OLED, maar laboratoriumexperimenten suggereren dat PeLED's al concurrerend zijn met OLED's en deze op een dag aanzienlijk kunnen overtreffen in efficiëntie, zegt Dr. Muscarella. .

Professor Sir Richard Friend, van de Universiteit van Cambridge, is een van de oprichters van Helio, samen met professor Henry Snaith van de Universiteit van Oxford. Hij wijst erop dat een van de uitdagingen waarmee PeLED-apparaten worden geconfronteerd, is ervoor te zorgen dat ze licht in de goede richting uitstralen. Dit is erg belangrijk voor monitoren.

“Je hebt het licht nodig dat naar voren straalt en niet zijwaarts afdwaalt”, legt hij uit.

Onderzoekers experimenteren met veel verschillende technieken om dit probleem aan te pakken. Dr. Muscarella en zijn collega's hebben geprobeerd vingerafdrukken te nemen Hobbelig nanopatroon Op het oppervlak van PeLED's bijvoorbeeld, dat de lichtuitstraling lijkt te verbeteren.

Voor professor Gao, die samen met professor Sir Friend publiceerde en in 2011 promoveerde aan de Universiteit van Cambridge, ligt echter de belofte van PeLED-displays die veel meer doen dan alleen licht uitstralen in het verschiet.

Van vingerafdrukverificatie tot hartslagmeting en lichtdetectie: dit zou op een dag kunnen worden gedaan met behulp van een enkel vel gelaagd materiaal met het allerbelangrijkste lichtabsorberende perovskiet in het midden.

“Het is echt heel uniek”, zegt hij enthousiast. “Dit is niet mogelijk met andere LED-technologieën.”