Mobiltelefoner och andra enheter kan snart styras med beröringsfria gester och ladda sig själva med omgivande ljus, tack vare nya LED -matriser som både kan avge och upptäcka ljus.

Tillverkad av små nanoroder i en tunn film, lysdioderna kan möjliggöra nya interaktiva funktioner och multitasking -enheter. Forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign och Dow Electronic Materials i Marlborough, Massachusetts, rapportera förskottet i tidningen 10 februari Vetenskap .

"Dessa lysdioder är början på att displayer kan göra något helt annat, gå långt bortom att bara visa information för att vara mycket mer interaktiva enheter, "sa Moonsub Shim, professor i materialvetenskap och teknik vid U. av I. och ledare för studien. "Det kan bli grunden för nya och intressanta mönster för mycket elektronik."

De små nanoroderna, var och en mäter mindre än 5 nanometer i diameter, är tillverkade av tre typer av halvledarmaterial. En typ avger och absorberar synligt ljus. De andra två halvledarna styr hur laddning flödar genom det första materialet. Kombinationen är det som gör att lysdioderna kan avge, känna och reagera på ljus.

Nanorod -lysdioderna kan utföra båda funktionerna genom att snabbt växla fram och tillbaka från utsändning till detektering. De byter så snabbt att för det mänskliga ögat, displayen verkar lysa kontinuerligt - i själva verket det är tre storleksordningar snabbare än standarduppdateringsfrekvenser för skärmar. Men lysdioderna upptäcker och absorberar nästan alltid ljus, och en display av lysdioderna kan programmeras för att reagera på ljussignaler på ett antal sätt.

Till exempel, en bildskärm kan automatiskt justera ljusstyrkan som svar på omgivande ljusförhållanden-pixel för pixel.

"Du kan tänka dig att sitta ute med din surfplatta, läsning. Din surfplatta kommer att upptäcka ljusstyrkan och justera den för enskilda pixlar, "Shim sa." Där det finns en skugga som faller över skärmen blir det svagare, och där det är i solen blir det ljusare, så att du kan behålla stadig kontrast. "

Forskarna visade pixlar som automatiskt justerar ljusstyrkan, liksom pixlar som svarar på ett finger som närmar sig, som kan integreras i interaktiva skärmar som reagerar på beröringsfria gester eller känner igen objekt.

De demonstrerade också matriser som svarar på en laserpennan, som kan ligga till grund för smarta whiteboardtavlor, tabletter eller andra ytor för att skriva eller rita med ljus. Och forskarna fann att lysdioderna inte bara reagerar på ljus, men kan också konvertera det till el.

"Det sätt det reagerar på ljus är som en solcell. Så vi kan inte bara förbättra interaktionen mellan användare och enheter eller skärmar, nu kan vi faktiskt använda skärmarna för att skörda ljus, "Shim sa." Så tänk dig att din mobiltelefon bara sitter där och samlar det omgivande ljuset och laddar. Det är en möjlighet utan att behöva integrera separata solceller. Vi har fortfarande mycket att göra innan en skärm kan vara helt självdriven, men vi tror att vi kan öka kraftavverkningsegenskaperna utan att äventyra LED-prestanda, så att en betydande del av skärmens effekt kommer från själva matrisen. "

Förutom att interagera med användare och deras miljö, nanorod LED -skärmar kan interagera med varandra som stora parallella kommunikationsarrayer. Det skulle vara långsammare än enhet-till-enhet-teknik som Bluetooth, Shim sa, men dessa tekniker är seriella - de kan bara skicka en bit i taget. Två LED -matriser som vetter mot varandra kan kommunicera med lika många bitar som det finns pixlar på skärmen.

"Vi använder oss främst av våra elektroniska enheter via deras skärmar, och en bildskärms överklagande ligger i användarens upplevelse av att titta på och manipulera information, "sa studiemedförfattaren Peter Trefonas, en företagskamrat i elektroniska material på Dow Chemical Company. "Dubbelriktad förmåga hos dessa nya LED -material kan göra det möjligt för enheter att reagera intelligent på yttre stimuli på nya sätt. Potentialen för beröringsfri gestkontroll ensam är spännande, och vi kliar bara på ytan av vad som kan vara möjligt. "

Forskarna gjorde alla sina demonstrationer med arrays av röda lysdioder. De arbetar nu med metoder för att mönstra trefärgsskärmar med rött, blå och gröna pixlar, samt arbeta med sätt att öka ljusskördens förmåga genom att justera nanorodernas sammansättning.