Föreställ dig att sitta ute i solen, läsa en digital skärm tunn som papper, men ser samma bildkvalitet som om du var inomhus. Tack vare forskning från Chalmers tekniska högskola, Sverige, det kan snart bli verklighet. En ny typ av reflekterande skärm – som ibland beskrivs som elektroniskt papper – erbjuder optimal färgvisning, samtidigt som du använder omgivande ljus för att hålla energiförbrukningen till ett minimum.

Traditionella digitala skärmar använder bakgrundsbelysning för att lysa upp texten eller bilderna som visas på dem. Det går bra inomhus, men att titta på sådana skärmar i starkt solsken är svårt. reflekterande skärmar, dock, försök att använda det omgivande ljuset, efterliknar hur våra ögon reagerar på naturligt papper.

"För att reflekterande skärmar ska konkurrera med de energikrävande digitala skärmar som vi använder idag, bilder och färger måste återges med samma höga kvalitet. Det blir det verkliga genombrottet. Vår forskning visar nu hur tekniken kan optimeras, gör det attraktivt för kommersiellt bruk, säger Marika Gugole, Doktorand vid institutionen för kemi och kemiteknik vid Chalmers tekniska högskola.

Forskarna hade redan tidigare lyckats utveckla en ultratunn, flexibelt material som återger alla färger en LED-skärm kan visa, samtidigt som den bara kräver en tiondel av den energi som en vanlig tablett förbrukar.

Men i den tidigare designen visades inte färgerna på den reflekterande skärmen med optimal kvalitet. Nu den nya studien, publiceras i tidskriften Nanobokstäver tar materialet ett steg längre. Med hjälp av en tidigare undersökt, poröst och nanostrukturerat material, som innehåller volframtrioxid, guld och platina, de provade en ny taktik – att invertera designen på ett sådant sätt att färgerna visas mycket mer exakt på skärmen.

Invertera designen för färg av högsta kvalitet

Inversionen av designen representerar ett stort steg framåt. De placerade komponenten som gör materialet elektriskt ledande under den pixelerade nanostrukturen som återger färgerna – istället för ovanför den, som tidigare varit fallet. Denna nya design innebär att du tittar direkt på den pixlade ytan, ser därför färgerna mycket tydligare.

Förutom den minimala energiförbrukningen, reflekterande skärmar har andra fördelar. Till exempel, de är mycket mindre tröttande för ögonen jämfört med att titta på en vanlig skärm.

För att göra dessa reflekterande skärmar, vissa sällsynta metaller som guld och platina krävs, men eftersom slutprodukten är så tunn, de mängder som behövs är mycket små. Forskarna har stora förhoppningar om att så småningom, det kommer att vara möjligt att avsevärt minska de kvantiteter som behövs för produktionen.

"Vårt huvudmål när vi utvecklar dessa reflekterande skärmar, eller elektroniskt papper, som det ibland kallas, är att hitta hållbara, energibesparande lösningar. Och i det här fallet, energiförbrukningen är nästan noll eftersom vi helt enkelt använder det omgivande ljuset från omgivningen, " förklarar forskningsledare Andreas Dahlin, professor vid institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers.

Flexibel med ett brett användningsområde

Reflexskärmar finns redan idag på vissa surfplattor, men de visar bara färgerna svart och vitt bra, vilket begränsar deras användning.

"En stor industriell aktör med rätt teknisk kompetens kan i princip, börja utveckla en produkt med den nya tekniken inom ett par månader, säger Andreas Dahlin, som tänker sig ett antal ytterligare ansökningar. Förutom smarta telefoner och surfplattor, det kan också vara användbart för utomhusreklam, ger energi- och resursbesparingar jämfört med både tryckta affischer eller rörliga digitala skärmar.

Tekniken i Chalmersforskarnas reflekterande skärmar bygger på materialets förmåga att reglera hur ljus absorberas och reflekteras. I den aktuella studien, volframtrioxid är kärnmaterialet, men i tidigare studier, forskare använde också polymerer. Materialet som täcker ytan leder elektroniska signaler genom hela skärmen och kan mönstras för att skapa högupplösta bilder.