Geïnspireerd door de nanotechnologie van de natuur die de verbluffende kleur van vlindervleugels creëert, een onderzoeker van de University of Central Florida ontwikkelt technologie om extreem energiezuinige, ultra-high-definition displays en schermen die prettiger zijn voor de ogen.

De nieuwe technologie creëert digitale displays die worden verlicht door omgevingslicht en er natuurlijker uitzien dan de huidige displaytechnologieën die afhankelijk zijn van energie-intensieve felle lichten die verborgen zijn achter schermen. De bevindingen werden woensdag gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences .

"Dit scherm ziet er natuurlijker uit dan uw huidige computer- of smartphoneschermen, " zei Debashis Chanda, een universitair hoofddocent in het NanoScience Technology Center van UCF en hoofdonderzoeker van het onderzoek. "Het is alsof je een portret aan de muur bij je huis ziet. Het heeft niet die schittering of extra licht. Het is meer alsof je naar de natuurlijke wereld kijkt."

In plaats van heldere LED-lampjes achter een scherm te gebruiken om een ​​display te verlichten, Chanda's display wordt verlicht door reflecterend licht uit de omgeving. De onderzoeker vergeleek de nieuwe kijkervaring met het overschakelen van het eten van bewerkte voedingsmiddelen naar het eten van natuurlijke.

"Het zal een stap zijn voor mensen om eraan te wennen, " zei hij. "Maar dit is een manier om displays te creëren die harmonieus zijn met hoe de natuur kleur weergeeft en er daardoor natuurlijker uitziet en geen enorme hoeveelheid licht in je ogen pompt."

Dit is belangrijk omdat langdurig staren naar helder verlichte computer- en smartphoneschermen vermoeide ogen kan veroorzaken, hoofdpijn en andere gezondheidsproblemen.

Dit nieuwe weergavemechanisme maakt gebruik van een techniek die door veel dieren wordt gebruikt, zoals vlinders, octopussen, papegaaien, ara's en kevers, om kleur weer te geven door verstrooiing en weerkaatsing van licht dat structuren op nanoschaal op hun lichaam raakt.

Dit type lichtproductie is anders dan pigmentkleuren of kleurstoffen, zoals die gebruikt worden in kleding of verf, die selectief sommige kleuren licht absorberen en andere weerkaatsen.

"Als we vlinders zien, octopussen of veel mooie vogels, hun kleur is eigenlijk afkomstig van structuren op nanoschaal op hun veren, huid of schubben, ' zei Chanda. 'Het eiwitmolecuul, het basiselement, ze hebben geen eigen kleur maar als je ze ordelijk bij elkaar zet, gecontroleerde mode, het creëert allerlei soorten kleur. Wat de vlinder doet, is simpelweg het licht zo terugverstrooien dat het al deze prachtige kleuren creëert zonder iets te absorberen."

De technologie, bekend als plasmonische kleurendisplays, kan verschillende kleuren tonen op basis van de grootte, vorm en patronen van reflecterende metalen nanostructuren in de schermen. De technologie, echter, werd beperkt door problemen met het weergeven van de juiste kleur onder verschillende hoeken, het fabriceren van het over grote gebieden en het weergeven van zwart.

Voortbouwend op zijn eerdere onderzoek, Chanda's groep heeft deze uitdagingen overwonnen door een manier te vinden om de nanostructuren in precieze ontwerpen te maken om hoekonafhankelijke verstrooiing van licht volledig te beheersen, wat resulteert in kleuren die niet afhankelijk zijn van de kijkhoek.

"We ontdekten een techniek waarbij nanodeeltjes zelf een quasi-willekeurig patroon op een vooraf ontworpen substraat konden assembleren en dat vervolgens in een zeer gecontroleerd proces konden optimaliseren om een ​​bepaalde kleur te creëren, zoals geel, blauw, goud, magenta, wit en meer, gewoon door de grootte van de nanodeeltjes te veranderen, in tegenstelling tot op pigment gebaseerde kleuren waar verschillende absorberende moleculen nodig zijn voor verschillende kleuren, ' zei Chanda.

Het zelfassemblageproces dat in het onderzoek wordt gebruikt, is vergelijkbaar met hoe het menselijk lichaam de groei regelt. In het lichaam, enzymen en hormonen die op bepaalde momenten vrijkomen, reguleren de groei. In Chanda's studie depositiesnelheid, druk- en temperatuurregeling het ontwerp en de groei van nanostructuren, die controle geeft over de kleur van het weergegeven licht.

"Met het mechanisme dat we hebben ontwikkeld, we kunnen fysieke parameters gebruiken om terug te verwijzen naar een bepaald patroon en vervolgens naar een kleur, ' zei Chanda.

"Echter, zwarte kleur had een andere aanpak nodig. Het verstrooide licht van het nanogestructureerde oppervlak wordt op een gecontroleerde manier geblokkeerd met behulp van een vloeibaar-kristallaag, wat resulteert in de eerste demonstratie van zwart/grijze kleuren in structurele kleurendisplays, ' zei Chanda.

Nu het veld nog in opkomst is, de onderzoeker zei dat het een tijdje kan duren voordat displays en consumentenproducten met plasmonische nanostructuren beschikbaar zijn voor het publiek, maar de resultaten van het onderzoek zijn een belangrijke stap in die richting.