Dual-funktion nanorod LED'er kunne lave multifunktionelle skærme

Mobiltelefoner og andre enheder kan snart styres med berøringsfri bevægelser og oplade sig selv ved hjælp af omgivende lys, takket være nye LED-arrays, der både kan udsende og registrere lys.

Lavet af små nanorods opstillet i en tynd film, LED'erne kunne muliggøre nye interaktive funktioner og multitasking-enheder. Forskere ved University of Illinois i Urbana-Champaign og Dow Electronic Materials i Marlborough, Massachusetts, rapporter fremrykningen i bladets 10. februar-udgave Videnskab .

"Disse LED'er er begyndelsen til at gøre det muligt for skærme at gøre noget helt andet, bevæger sig langt ud over blot at vise information for at være meget mere interaktive enheder, " sagde Moonsub Shim, en professor i materialevidenskab og teknik ved U. of I. og lederen af ​​undersøgelsen. "Det kan blive grundlaget for nye og interessante designs til meget elektronik."

De små nanorods, hver måler mindre end 5 nanometer i diameter, er lavet af tre typer halvledermateriale. En type udsender og absorberer synligt lys. De to andre halvledere styrer, hvordan ladning strømmer gennem det første materiale. Kombinationen er det, der tillader LED'erne at udsende, fornemme og reagere på lys.

Nanorod LED'erne er i stand til at udføre begge funktioner ved hurtigt at skifte frem og tilbage fra emittering til detektering. De skifter så hurtigt, at til det menneskelige øje, displayet ser ud til at forblive tændt konstant – faktisk, det er tre størrelsesordener hurtigere end standardskærmens opdateringshastigheder. Alligevel registrerer og absorberer lysdioderne næsten konstant lys, og et display lavet af LED'erne kan programmeres til at reagere på lyssignaler på en række måder.

For eksempel, en skærm kunne automatisk justere lysstyrken som reaktion på omgivende lysforhold - på en pixel-for-pixel basis.

"Du kan forestille dig at sidde udenfor med din tablet, læsning. Din tablet vil registrere lysstyrken og justere den til individuelle pixels, " sagde Shim. "Hvor der er en skygge, der falder hen over skærmen, vil det være mere svagt, og hvor det er i solen, bliver det lysere, så du kan bevare en stabil kontrast."

Forskerne demonstrerede pixels, der automatisk justerer lysstyrken, samt pixels, der reagerer på en nærmer sig finger, som kunne integreres i interaktive skærme, der reagerer på berøringsfrie bevægelser eller genkender objekter.

De demonstrerede også arrays, der reagerer på en laserpen, som kunne være grundlaget for smarte tavler, tabletter eller andre overflader til at skrive eller tegne med lys. Og forskerne fandt ud af, at LED'erne ikke kun reagerer på lys, men kan også konvertere det til elektricitet.

"Måden den reagerer på lys er som en solcelle. Så ikke kun kan vi forbedre interaktionen mellem brugere og enheder eller skærme, nu kan vi faktisk bruge skærmene til at høste lys, " sagde Shim. "Så forestil dig, at din mobiltelefon bare sidder der og samler det omgivende lys og oplader. Det er en mulighed uden at skulle integrere separate solceller. Vi har stadig en del udvikling at gøre, før en skærm kan være helt selvforsynende, men vi tror, ​​at vi kan booste krafthøstningsegenskaberne uden at gå på kompromis med LED-ydelsen, så en betydelig del af skærmens strøm kommer fra selve arrayet."

Ud over at interagere med brugere og deres miljø, nanorod LED-skærme kan interagere med hinanden som store parallelle kommunikationssystemer. Det ville være langsommere end enhed-til-enhed-teknologier som Bluetooth, Shim sagde, men disse teknologier er serielle - de kan kun sende en bit ad gangen. To LED-arrays, der vender mod hinanden, kunne kommunikere med lige så mange bits, som der er pixels på skærmen.

"Vi kommunikerer primært med vores elektroniske enheder gennem deres skærme, og en skærms appel ligger i brugerens oplevelse af at se og manipulere information, " sagde studiemedforfatter Peter Trefonas, en corporate fellow i elektroniske materialer hos Dow Chemical Company. "Disse nye LED-materialers tovejsevne kan gøre det muligt for enheder at reagere intelligent på eksterne stimuli på nye måder. Potentialet for berøringsfri gestuskontrol alene er spændende, og vi ridser kun i overfladen af, hvad der kunne være muligt."

Forskerne lavede alle deres demonstrationer med rækker af røde lysdioder. De arbejder nu på metoder til at mønstre trefarvede displays med rød, blå og grønne pixels, samt arbejde på måder at booste lysindsamlingsevnerne ved at justere sammensætningen af ​​nanoroderne.