Nieuw elektronisch papier geeft schitterende kleuren weer

Stelt u zich eens voor dat u buiten in de zon zit, een digitaal scherm leest zo dun als papier, maar dezelfde beeldkwaliteit ziet alsof u binnen bent. Dankzij onderzoek van de Chalmers University of Technology, Zweden, zou het binnenkort werkelijkheid kunnen worden. Een nieuw type reflecterend scherm, ook wel elektronisch papier genoemd, biedt een optimale kleurenweergave, terwijl omgevingslicht wordt gebruikt om het energieverbruik tot een minimum te beperken.

Traditionele digitale schermen gebruiken een achtergrondverlichting om de tekst of afbeeldingen die erop worden weergegeven te verlichten. Binnen is dat prima, maar in de felle zon naar dergelijke schermen kijken is lastig. Reflecterende schermen proberen echter het omgevingslicht te gebruiken en bootsen de manier na waarop onze ogen reageren op natuurlijk papier.

“Om reflecterende schermen te laten concurreren met de energie-intensieve digitale schermen die we tegenwoordig gebruiken, moeten beelden en kleuren worden gereproduceerd met dezelfde hoge kwaliteit. Dat zal de echte doorbraak zijn. Ons onderzoek laat nu zien hoe de technologie kan worden geoptimaliseerd, waardoor het aantrekkelijk voor commercieel gebruik”, zegt Marika Gugole, doctoraalstudent bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie aan de Chalmers University of Technology.

De onderzoekers waren er al eerder in geslaagd een ultradun, flexibel materiaal te ontwikkelen dat alle kleuren weergeeft die een led-scherm kan weergeven, terwijl het slechts een tiende van de energie verbruikt die een standaard tablet verbruikt.

Maar in het eerdere ontwerp werden de kleuren op het reflecterende scherm niet met optimale kwaliteit weergegeven. Nu de nieuwe studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nano-letters gaat nog een stap verder met het materiaal. Met behulp van een eerder onderzocht, poreus en nanogestructureerd materiaal, dat wolfraamtrioxide, goud en platina bevat, probeerden ze een nieuwe tactiek: het ontwerp zodanig omkeren dat de kleuren veel nauwkeuriger op het scherm verschijnen.

Het ontwerp omkeren voor kleur van topkwaliteit

De omkering van het ontwerp betekent een grote stap voorwaarts. Ze plaatsten het onderdeel dat het materiaal elektrisch geleidend maakt onder de gepixelde nanostructuur die de kleuren reproduceert – in plaats van erboven, zoals eerder het geval was. Door dit nieuwe ontwerp kijk je direct naar het gepixelde oppervlak, waardoor je de kleuren veel duidelijker ziet.

Naast het minimale energieverbruik hebben reflecterende schermen nog andere voordelen. Ze zijn bijvoorbeeld veel minder vermoeiend voor de ogen in vergelijking met kijken naar een gewoon beeldscherm.

Om deze reflecterende schermen te maken, zijn bepaalde zeldzame metalen zoals goud en platina nodig, maar omdat het eindproduct zo dun is, zijn de benodigde hoeveelheden erg klein. De onderzoekers hebben goede hoop dat het uiteindelijk mogelijk zal zijn om de hoeveelheden die nodig zijn voor de productie aanzienlijk te verminderen.

“Ons belangrijkste doel bij het ontwikkelen van deze reflecterende schermen, of elektronisch papier, zoals het soms wordt genoemd, is het vinden van duurzame, energiebesparende oplossingen. En in dit geval is het energieverbruik bijna nul omdat we gewoon het omgevingslicht van de omgeving gebruiken ”, legt onderzoeksleider Andreas Dahlin, hoogleraar bij de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie van Chalmers, uit.

Flexibel met een breed scala aan toepassingen

Reflecterende schermen zijn tegenwoordig al beschikbaar in sommige tablets, maar ze geven alleen de kleuren zwart en wit goed weer, wat het gebruik ervan beperkt.

“Een grote industriële speler met de juiste technische competentie zou in principe binnen een paar maanden kunnen beginnen met het ontwikkelen van een product met de nieuwe technologie”, zegt Andreas Dahlin, die nog een aantal andere toepassingen voor ogen heeft. Naast smartphones en tablets kan het ook nuttig zijn voor buitenreclame, waardoor energie en hulpbronnen worden bespaard in vergelijking met zowel gedrukte posters als bewegende digitale schermen.

De technologie in de reflecterende schermen van de onderzoekers van Chalmers is gebaseerd op het vermogen van het materiaal om te regelen hoe licht wordt geabsorbeerd en gereflecteerd. In de huidige studie is wolfraamtrioxide het kernmateriaal, maar in eerdere studies gebruikten onderzoekers ook polymeren. Het materiaal dat het oppervlak bedekt, geleidt elektronische signalen door het hele scherm en kan van een patroon worden voorzien om afbeeldingen met een hoge resolutie te creëren.