13.07.2021 - Chalmers University of Technology

Neues elektronisches Papier zeigt brillante Farben

Elektrochrome anorganische Nanostrukturen mit hoher Chromatizität und überragender Helligkeit

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen draußen in der Sonne, lesen auf einem digitalen Bildschirm, der so dünn wie Papier ist, sehen aber die gleiche Bildqualität, als ob Sie drinnen wären. Dank der Forschung der Chalmers University of Technology, Schweden, könnte dies bald Realität werden. Eine neue Art von reflektierendem Bildschirm - manchmal auch als "elektronisches Papier" bezeichnet - bietet eine optimale Farbdarstellung und nutzt gleichzeitig das Umgebungslicht, um den Energieverbrauch auf ein Minimum zu reduzieren.

Herkömmliche digitale Bildschirme verwenden eine Hintergrundbeleuchtung, um den darauf angezeigten Text oder die Bilder zu beleuchten. Dies ist in Innenräumen gut möglich, aber wir alle kennen die Schwierigkeiten, solche Bildschirme bei hellem Sonnenschein zu betrachten. Reflektierende Bildschirme hingegen versuchen, das Umgebungslicht zu nutzen und ahmen die Art und Weise nach, wie unsere Augen auf natürliches Papier reagieren.

"Damit reflektierende Bildschirme mit den energieintensiven digitalen Bildschirmen, die wir heute verwenden, konkurrieren können, müssen Bilder und Farben mit der gleichen hohen Qualität wiedergegeben werden. Das wird der eigentliche Durchbruch sein. Unsere Forschung zeigt nun, wie die Technologie optimiert werden kann, um sie für den kommerziellen Einsatz attraktiv zu machen", sagt Marika Gugole, Doktorandin am Department of Chemistry and Chemical Engineering der Chalmers University of Technology.

Den Forschern war es bereits zuvor gelungen, ein ultradünnes, flexibles Material zu entwickeln, das alle Farben, die ein LED-Bildschirm darstellen kann, wiedergibt und dabei nur ein Zehntel der Energie benötigt, die ein Standard-Tablet verbraucht.

Doch bei der früheren Konstruktion wurden die Farben auf dem reflektierenden Bildschirm nicht in optimaler Qualität dargestellt. Die neue Studie, die in der Fachzeitschrift Nano Letters veröffentlicht wurde, bringt das Material nun einen Schritt weiter. Unter Verwendung eines zuvor erforschten, porösen und nanostrukturierten Materials, das Wolframtrioxid, Gold und Platin enthält, versuchten sie eine neue Taktik - sie kehrten das Design so um, dass die Farben auf dem Bildschirm viel genauer angezeigt werden konnten.

Invertieren des Designs für eine erstklassige Farbqualität

Die Umkehrung des Designs ist ein großer Schritt nach vorn. Sie platzierten das Bauteil, das das Material elektrisch leitfähig macht, unterhalb der gepixelten Nanostruktur, die die Farben wiedergibt - und nicht wie bisher darüber. Durch dieses neue Design blickt man direkt auf die gepixelte Fläche und sieht die Farben daher viel deutlicher.

Neben dem minimalen Energieverbrauch haben reflektierende Bildschirme noch weitere Vorteile. Zum Beispiel sind sie viel weniger ermüdend für die Augen im Vergleich zum Blick auf einen normalen Bildschirm.

Um diese reflektierenden Bildschirme herzustellen, werden bestimmte seltene Metalle benötigt - wie Gold und Platin - aber da das Endprodukt so dünn ist, sind die benötigten Mengen sehr gering. Die Forscher haben große Hoffnungen, dass es irgendwann möglich sein wird, die für die Produktion benötigten Mengen deutlich zu reduzieren.

"Unser Hauptziel bei der Entwicklung dieser reflektierenden Bildschirme, oder 'elektronisches Papier', wie es manchmal genannt wird, ist es, nachhaltige, energiesparende Lösungen zu finden. Und in diesem Fall ist der Energieverbrauch fast null, weil wir einfach das Umgebungslicht nutzen", erklärt Forschungsleiter Andreas Dahlin, Professor am Department of Chemistry and Chemical Engineering an der Chalmers.

Flexibel und vielseitig einsetzbar

Reflektierende Bildschirme gibt es heute bereits in einigen Tablets, aber sie stellen nur die Farben Schwarz und Weiß gut dar, was ihre Verwendung einschränkt.

"Ein großes Industrieunternehmen mit der entsprechenden technischen Kompetenz könnte im Prinzip innerhalb von ein paar Monaten mit der Entwicklung eines Produkts mit der neuen Technologie beginnen", sagt Andreas Dahlin, der sich eine Reihe weiterer Anwendungen vorstellen kann. Neben Smartphones und Tablets könnte sie auch für die Außenwerbung nützlich sein, da sie sowohl im Vergleich zu gedruckten Plakaten als auch zu beweglichen digitalen Bildschirmen Energie und Ressourcen spart.

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