Mobiele telefoons en andere apparaten kunnen binnenkort worden bediend met aanrakingsloze gebaren en zichzelf opladen met behulp van omgevingslicht, dankzij nieuwe LED-arrays die zowel licht kunnen uitzenden als detecteren.

Gemaakt van kleine nanostaafjes in een dunne film, de LED's kunnen nieuwe interactieve functies en multitasking-apparaten mogelijk maken. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign en Dow Electronic Materials in Marlborough, Massachusetts, meld het voorschot in het nummer van 10 februari van het tijdschrift Wetenschap .

"Deze LED's zijn het begin om displays in staat te stellen iets heel anders te doen, veel verder gaan dan alleen het weergeven van informatie om veel meer interactieve apparaten te zijn, " zei Moonsub Shim, een professor in materiaalkunde en engineering aan de U. of I. en de leider van de studie. "Dat kan de basis worden voor nieuwe en interessante ontwerpen voor veel elektronica."

De kleine nanostaafjes, elk met een diameter van minder dan 5 nanometer, zijn gemaakt van drie soorten halfgeleidermateriaal. Eén type straalt en absorbeert zichtbaar licht. De andere twee halfgeleiders bepalen hoe lading door het eerste materiaal stroomt. Door de combinatie kunnen de LED's uitstralen, licht waarnemen en erop reageren.

De nanorod-LED's kunnen beide functies uitvoeren door snel heen en weer te schakelen van uitzenden naar detecteren. Ze schakelen zo snel dat voor het menselijk oog, het display lijkt continu aan te blijven - in feite, het is drie ordes van grootte sneller dan de standaard verversingsfrequenties van het beeldscherm. Maar de LED's detecteren en absorberen ook bijna continu licht, en een display gemaakt van de LED's kan op verschillende manieren worden geprogrammeerd om op lichtsignalen te reageren.

Bijvoorbeeld, een display zou de helderheid automatisch kunnen aanpassen als reactie op omgevingslicht, pixel voor pixel.

"Je kunt je voorstellen dat je buiten zit met je tablet, lezing. Uw tablet detecteert de helderheid en past deze aan voor individuele pixels, " zei Shim. "Waar een schaduw over het scherm valt, zal het zwakker zijn, en waar het in de zon is, zal het helderder zijn, zodat u een constant contrast kunt behouden."

De onderzoekers demonstreerden pixels die de helderheid automatisch aanpassen, evenals pixels die reageren op een naderende vinger, die kunnen worden geïntegreerd in interactieve displays die reageren op aanrakingloze gebaren of objecten herkennen.

Ze demonstreerden ook arrays die reageren op een laserstylus, die de basis zouden kunnen zijn van slimme whiteboards, tablets of andere oppervlakken om met licht te schrijven of te tekenen. En de onderzoekers ontdekten dat de leds niet alleen reageren op licht, maar kan het ook omzetten in elektriciteit.

"De manier waarop het reageert op licht is als een zonnecel. We kunnen dus niet alleen de interactie tussen gebruikers en apparaten of displays verbeteren, nu kunnen we de displays daadwerkelijk gebruiken om licht te oogsten, "Zei Shim. "Dus stel je voor dat je mobiele telefoon daar gewoon het omgevingslicht verzamelt en oplaadt. Dat kan zonder aparte zonnecellen te hoeven integreren. We hebben nog veel ontwikkeling te doen voordat een display volledig zelfaangedreven kan zijn, maar we denken dat we de power-harvesting-eigenschappen kunnen verbeteren zonder afbreuk te doen aan de LED-prestaties, zodat een aanzienlijk deel van het vermogen van het beeldscherm uit de array zelf komt."

Naast interactie met gebruikers en hun omgeving, nanorod LED-displays kunnen met elkaar communiceren als grote parallelle communicatiearrays. Het zou langzamer zijn dan apparaat-naar-apparaat-technologieën zoals Bluetooth, Shim zei, maar die technologieën zijn serieel - ze kunnen maar één bit tegelijk verzenden. Twee LED-arrays die tegenover elkaar staan, kunnen communiceren met zoveel bits als er pixels in het scherm zijn.

"We communiceren voornamelijk met onze elektronische apparaten via hun displays, en de aantrekkingskracht van een scherm ligt in de ervaring van de gebruiker bij het bekijken en manipuleren van informatie, " zei co-auteur Peter Trefonas, een corporate fellow in Electronic Materials bij de Dow Chemical Company. "Het bidirectionele vermogen van deze nieuwe LED-materialen zou apparaten in staat kunnen stellen om op nieuwe manieren intelligent te reageren op externe prikkels. Alleen al het potentieel voor aanrakingsloze gebarenbediening is intrigerend, en we krabben slechts aan de oppervlakte van wat mogelijk zou kunnen zijn."

De onderzoekers deden al hun demonstraties met arrays van rode LED's. Ze werken nu aan methoden om driekleurendisplays te voorzien van rode, blauwe en groene pixels, en werken aan manieren om de mogelijkheden voor het oogsten van licht te vergroten door de samenstelling van de nanostaafjes aan te passen.