Fabrikanten en kijkers zijn voortdurend op zoek naar steeds helderdere kleuren en betere beelden voor platte beeldschermen die zijn gemaakt van goedkopere materialen die ook minder elektriciteit verbruiken.

Een intrigerende methode die is ontdekt door Sandia National Laboratories-onderzoeker Alec Talin en medewerkers van het Center for Nanoscale Science and Technology van het National Institute of Standards and Technology kan die volgende stap zijn. Het maakt gebruik van superdunne lagen goedkope elektrochrome polymeren om heldere kleuren te genereren die, Voor de eerste keer, snel gewijzigd kan worden. Het werk werd gemeld in de 27 januari Natuurcommunicatie .

Elektrochrome polymeren zijn op zichzelf geen nieuwe uitvinding. Ze veranderen van kleur als reactie op een aangelegde spanning en hebben alleen energie nodig wanneer ze worden geschakeld tussen gekleurde en transparante toestanden. Maar totdat Talin en zijn medewerkers, niemand had bedacht hoe je elektrochromie in- en uitschakelt in de milliseconden die nodig zijn om bewegende beelden te maken.

Het probleem lag in de dikte van het polymeer. Conventionele elektrochrome beeldschermen hebben dikke polymeerlagen nodig om een ​​goed contrast tussen heldere en donkere pixels te verkrijgen. Maar dikke lagen vereisen ook lange diffusietijden voor ionen en elektronen om de ladingstoestand van het polymeer te veranderen, waardoor ze alleen nuttig zijn voor statische informatiedisplays of verduisterende vensters van een Boeing Dreamliner, niet in de milliseconden die nodig zijn voor een actiefilm of zelfs een rondetafelgesprek. Daarbovenop, een full colour display vereist drie verschillende polymeren.

De onderzoekers omzeilden het snelheidsprobleem met een kleine maar spectaculaire innovatie:ze creëerden arrays van verticale spleten op nanoschaal loodrecht op de richting van het invallende licht. De sleuven werden gesneden tot een zeer dunne aluminium baan die was bekleed met een elektrochroom polymeer. Wanneer licht de aluminium nanospleten raakt, het werd omgezet in oppervlakteplasmonpolaritonen (SPP's), dat zijn elektromagnetische golven die frequenties van het zichtbare spectrum bevatten die langs de diëlektrische interfaces reizen - hier, van aluminium en elektrochroom polymeer.

De afstand tussen de spleten in elke array (pitch) kwam exact overeen met de golflengten van rood, groen en blauw licht. De toonhoogte bepaalde welke golflengte - rood, blauw of groen - werd door de array verzonden, reizen langs het grensvlak tussen de dunne polymeerlaag en het aluminiumsubstraat.

Omdat het polymeer slechts nanometer dik was, het kostte heel weinig tijd om de laadtoestand te veranderen en dus de optische absorptie van gekleurd licht.

Echter, omdat het licht een relatief lange afstand aflegde langs het oppervlak van de aluminium sleuven bedekt met het dunne polymeer, het zag een veel dikkere polymeerlaag. Het materiaal werd een wenselijk diep zwart toen een kleine elektrische stroom die over de bovenkant van de spleet werd gestuurd het binnenkomende licht afsneed, en deed dat in milliseconden. Toen de stroom werd uitgeschakeld, lichtfrequenties gingen door de spleten en zetten de pixel onmiddellijk aan. Als extra bonus, omdat de zorgvuldig uit elkaar geplaatste spleten slechts op een bepaalde frequentie licht doorlaten, een enkele soort polymeercoating diende als neutrale partij om alle drie de uitgestraalde kleuren te leveren.

"Deze zeer goedkope, Helder, energiezuinige micropixels kunnen in milliseconden worden in- en uitgeschakeld, waardoor ze geschikte kandidaten zijn om een ​​betere weergave te bieden op toekomstige generaties schermen en displays, "zei Talin. "De nanospleten verbeteren het optische contrast in een dunne elektrochrome laag van ongeveer 10 procent tot meer dan 80 procent."