3D-printtechnologie zorgt voor nauwkeurige lichtregeling voor structurele kleuring

Er is ’s werelds eerste 3D-printtechnologie ontwikkeld die kan worden gebruikt in transparante displays en AR-apparaten, die het fysieke fenomeen van de veranderende huidskleur van een kameleon of de prachtige verenkleur van een pauw implementeert.

Het team van Dr. Jaeyeon Pyo bij KERI is erin geslaagd een driedimensionaal diffractierooster te realiseren dat het lichtpad nauwkeurig kan regelen op basis van “3D-printtechnologie op nanoschaal”. Dit is een nieuwe technologie die gebruik kan maken van het principe van structurele kleur die in de natuur wordt waargenomen voor geavanceerde weergavetechnologie. Het onderzoek is gepubliceerd als coverartikel in ACS Nano.

Wanneer licht een microstructuur tegenkomt op het golflengteniveau (1/100 tot 1/1000 van de dikte van een mensenhaar), buigt het af en verandert het pad. In gevallen waarin de microstructuur regelmatig is, ondergaan specifieke golflengten van licht sterke reflectie als gevolg van diffractie, wat resulteert in verschillende kleuren die bekend staan ​​​​als “structurele kleur”.

In de natuur ontstaat de huidskleur van kameleons bijvoorbeeld niet uit een mengsel van meerdere pigmenten; het komt eerder voort uit veranderingen in de microstructuur, die leiden tot de productie van structurele kleuren. Evenzo zijn de prachtige kleuren die te zien zijn in pauwenveren het resultaat van de specifieke opstelling van hun interne microstructuur.

De prestatie van KERI is de realisatie van “diffractierooster”, dat de structurele kleur nauwkeurig kan regelen, met 3D-printtechnologie op nanoschaal. Een diffractierooster is een apparaat met een regelmatig gerangschikte microstructuur om de diffractie van licht te regelen. Wanneer er licht op schijnt, wordt het licht in verschillende banen gereflecteerd, afhankelijk van de golflengte, waardoor een specifieke structurele kleur of spectrum ontstaat. Met andere woorden, het is een 3D-printtechnologie die nauwkeurige controle van het licht mogelijk maakt voor levendige kleuren zonder kleurstoffen.

Een zeer fijn diffractierooster is nodig om de diffractie van licht te beheersen waarvan de golflengte slechts 1/1000ste van de dikte van een mensenhaar is. KERI, dat beschikt over ’s werelds beste 3D-printtechnologie op nanoschaal, is erin geslaagd nanodraden met een hoge dichtheid te printen met een nieuwe benadering die “lateraal printen” wordt genoemd. Dit wordt gedaan door het 3D-printmondstuk te bewegen alsof het naait om de vorm van de brug te printen(﹇).

Het gedemonstreerde diffractierooster zal naar verwachting worden gebruikt in een verscheidenheid aan geavanceerde weergavetoepassingen. Gezien de transparantie van het diffractierooster zelf, kan het worden gebruikt in een verscheidenheid aan toekomstige transparante displays, zoals slimme ramen, spiegels en heads-up displays in auto’s.

Er zijn ook veel toepassingen voor deze technologie in AR-apparaten die al diffractieroosters als een belangrijk onderdeel gebruiken. Bovendien kunnen diffractieroosters worden ontworpen om verschillende kleuren uit te zenden, afhankelijk van hun vervorming, waardoor de technologie bruikbaar is in werktuigbouwkundige en biomedische toepassingen waar vervormingsdetectie vereist is, en het diffractierooster zelf kan worden gebruikt in een verscheidenheid aan optisch fysisch onderzoek.

Dr. Jaeyeon Pyo van KERI zei dat dit “de eerste 3D-printtechnologie ter wereld is die de gewenste structurele kleur nauwkeurig implementeert op de gewenste locatie zonder beperkingen op het materiaal of de vorm van het substraat.” Hij voegde eraan toe dat deze technologie in staat zal zijn om de formele “Form-Factor”-beperkingen van weergaveapparaten te overwinnen en diversificatie van vormen te bewerkstelligen.

KERI, dat de patentaanvraag van de originele technologie heeft voltooid, verwacht dat deze prestatie veel aandacht zal krijgen van display-gerelateerde bedrijven en is van plan technologieoverdracht te bevorderen door bedrijven te identificeren die deze technologie nodig hebben.