TU Delft ontwikkelt pixels van grafeenmembranen voor zuinige kleurenschermen

Wetenschappers van de TU Delft hebben bij toeval een nieuw soort mechanische pixel ontdekt die ingezet kan worden voor energiezuinige kleurenschermen. Grafeenmembranen kunnen gecontroleerd kleuren weergeven op basis van weerkaatsing en interferentie.

De onderzoekers van de TU Delft en Graphene in Spanje wilden eigenlijk onderzoek doen naar de mogelijkheden van een sensor op basis van een nieuw materiaal. Ze brachten hiervoor cirkelvormige putjes met een doorsnede van ongeveer 13 micrometer aan op een silicium oppervlak. Daarover legden ze twee lagen grafeen, elk met een dikte van een atoom, waardoor lucht opgesloten werd in de holtes.

Na verloop van tijd ging het materiaal van kleur veranderen, constateerden de onderzoekers. De putjes in het silicium weerkaatsten licht en de lagen grafeen bleken zich als membraan te gedragen die voor interferentie van lichtgolven zorgt. Omdat in de holtes lucht gevangen zit, ontstaat namelijk een drukverschil met de buitenatmosfeer: een hoge druk zorgt voor een bolling van de grafeenlaag boven de holte, een lage druk maakt de laag hol.

Wanneer de membranen bol staan, lijken ze door de weerkaatsing en interferentie rood te zijn, als ze omlaag geduwd worden, dichter tegen het silicium aan, is de weergave blauw. "Toen ik de kleuren onder de microscoop zag, realiseerde ik mij dat ze niet homogeen waren. En dat is niet goed als je een sensor probeert te maken", zegt TU Delft-promovendus Santiago Cartamil-Bueno.

Hij besefte echter wel dat de kleur van het grafeen te regelen is door een drukverschil toe te passen op de membranen. De onderzoekers zijn nu bezig om de elektrische regeling in een prototypescherm op basis van imod, of interferometric modulation, te verwerken. Dit scherm zou bij de Mobile World Congress 2017 in Barcelona gedemonstreerd moeten worden. Imod-schermen met mechanische pixels op basis van alleen silicium zijn er al wel, maar de grafeentoevoeging kan voor een verbetering van het verbruik, de responstijd, de uitval en de flexibiliteit zorgen.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (32)

[aryan1171]

Fantastische ontwikkeling. Nu nog wachten op een betaalbare variant en hopelijk kunnen we hier binnen nu en 30 jaar van genieten. Ik merk wel dat de periodes tussen uitvinding en markt steeds kleiner en korter worden.

Wat ik alleen niet begrijp is hoe deze membranen van kleur veranderen. In de tekst staat namelijk dat Wanneer de membranen bol staan, lijken ze door de weerkaatsing en interferentie rood te zijn.

Betekent dit dat mensenogen het effect ook zien of is dit alleen voor digitale apparatuur te zien zoals hoe infrarood niet voor mensen is te zien? In de tekst staat namelijk ook het stukje over de microscoop maar er wordt verder niks verteld over het effect zelf of ik lees niet goed.

[Overlord2305]

Betekent dit dat mensenogen het effect ook zien of is dit alleen voor digitale apparatuur te zien zoals hoe infrarood niet voor mensen is te zien? In de tekst staat namelijk ook het stukje over de microscoop maar er wordt verder niks verteld over het effect zelf of ik lees niet goed.

Als ik me het goed herinner zou dit voor zowel digitale apparatuur als mensen te zien moeten zijn.
Wat hier bedoelt wordt (denk ik dan) is dat het rood /lijkt/ maar niet is, het is geen pigment etc dat er voor zorgt dat dit rood is, dit wordt gedaan door een combinatie van natuurlijke factoren, net zo als de kleur blauw in de natuur (Blauw is een kleur die niet voorkomt in de natuur, het is een combinatie van (ik meende geel en groen) die op een bepaalde manier over elkaar heen liggen waardoor het gezien wordt als blauw)

[Freaky_Angelus]

De echt absoluut meest makkelijke variant om dit uit te leggen is een prisma...

Door de bolling ontstaan verschillende brekingen van het licht. Omdat licht uit meer dan 1 enkele kleur bestaat (even lasers op die specifieke ene kleur nu negerend als lichtbron) kan je door de breking aan te passen, het spectrum zo laten breken dat niet alles reflecteert.

De reden overigens van kleuren in de natuur is het omgekeerde, alles behalve die kleur wordt opgenomen. Dus de uitleg van geel en groen is niet de menging ervan, maar de opname van alle kleuren boven de kleur blauw in het spectrum. Planten ogen voor ons dus groen omdat ze normaal het blauwe en rode spectrum absorberen, het restant is groen en dat zien wij dus reflecteren. Voor werk (glastuinbouw, de industrie naast de 'thuisteelt' die een ongezonde interesse in lampen heeft) o.a. bij de testen bij Philips geweest. Sla (toch vrij groen zou je zeggen) ziet er donkerpaars a zwart uit als ze onder uitsluitend blauwe en rode lampen staan. Ze absorberen bijna alles en de plant lijkt dan vrijwel zwart uit te slaan. Trek je de plant onder de lamp vandaan en in het normale licht (wat wij normaal vinden) en spontaan is de plant weer groen.

Het grootste voordeel (om meteen in te haken op bbob1970) is dat doordat dit nu een extreem klein formaat pixel is, we ook niet meer over DPI's zorgen hoeven te maken. Voor medische wereld (waar hoge resoluties absoluut noodzakelijk zijn) zullen schermen waar de pixel eerder klein dan groot is, juist interessant zijn. De implementatie hiervan zal relatief eenvoudig raken. We kunnen ook prima pixels groeperen en zo met 100x een 0,01 mm₂ een 1mm² maken. Ook daar zal juist het meer kunnen overlappen van pixels onderling een voordeel brengen in betere gradiënten en minder pixel belevenis.

[pmeter]

Als het scherm werkt met de afbuiging van kleuren, dan zou ik een kleurverschuiving verwachten als je niet recht voor het scherm gaat zitten. Of is het verschil is afbuiging zo heftig dat de niet zichtbare kleuren door het scherm worden geabsorbeerd?

[Freaky_Angelus]

Even onder voorbehoud... ik was aan het werk vandaag (soort van), dus ik heb nog geen tijd gehad om het onderzoek op te zoeken enzo. (dat doe ik als het me weet te boeien en deze is flink boeiend ja)

Ik vermoed niet dat het werkt met afbuiging, maar echt meer op het gebied van brekingsindex en volume onder het membraan. Gas, vloeistof of vaste stof, in alle versies zijn er overgangen en daarmee een effect op de brekingsindex. Ook het effect van een bolling van het membraan zal een effect hebben, vergeet niet dat het ook een toeval was en niet het beoogde resultaat.

Dat gezegd, ik verwacht inderdaad dat het vooral een afbuiging/splitsing is die inderdaad gecombineerd met absorptie onder het membraan ervoor zorgt dat 'alleen de kleur rood/blauw' weet te weerspiegelen. Ze spreken in het artikel hier ook al over "interferentie" waarmee voor mij de hint komt dat het licht zo gebroken en verstoord wordt dat 'specifieke' hoeveelheden weerkaatsen.

[KC Boutiette]

Goed dat je een voorbehoud gemaakt hebt

Kwootje van de link in het artikel: "De onderzoekers beseften dat de kleurverandering veroorzaakt werd door interferentie van lichtgolven die worden weerkaatst door de bodem van de holte en de membraan daarboven."

De essentie van het proces gaat dus niet om breking van licht, al vind ik interferentie de lading ook niet helemaal dekken. Ik denk er zelf over in termen van een 'trilholte'. Als het membraan bol staat passen er grotere lichtgolven in (rood), bij hol kleinere (blauw). Dit verklaart denk ik ook de ringen van licht. Aan de randen is de uitwijking van het membraan (zowel omhoog als omlaag) minder en dus is daar de resonantiefrequentie (kleur) anders.

[Freaky_Angelus]

Ik zou het helemaal met je eens zijn waren het niet dat op basis van puur golflengte een werkbare interferentie niet zomaar te realiseren is tenzij de gebruikte afmetingen het membraan uitwijkingen heeft in het gebied van nm's. (ik vermoed dat dat op jouw verklaring aansluit, maar dan spreken we echt over nm's qua afstand en ik twijfel over de afmetingen)

Daarbij wil ik opmerken dat het breken van het licht, ook al is het maar een paar graden, juist met weerkaatsing gekoppeld makkelijker "interferentie" oplevert doordat je bij terugkomst het membraan zou raken (en dus een filtering op kleuren kan brengen). Dit verklaart ook namelijk waarom bol en hol werkt. De breking is altijd 1 kant op qua afwijken en door de hoek te variëren vanuit de bolling kan je dan kiezen welk gedeelte door het membraan terug komt (je verschuift het gebroken licht).

Alleen is dat dan interferentie op basis van een soort "filtering" waar interferentie bij geluid hoge en lage knooppunten kan brengen (uitdempen). Ik deel volledig de mening dat de term interferentie echt verkeerd is qua uitleg alleen, wat het dan wel is.... Ik probeer vanavond niet te vergeten het onderzoek op te zoeken

-edit-
Paper zit achter een uni/science login... die heb ik al een tijdje niet meer. Maar de grootte van de cirkels / bellen is 10 um. Een dubbele grafeenlaag en verder relatief lage druk (1 bar verhalen).

Daarmee komt bovenstaande op twee opties;
- Per extreem toeval hebben ze net de juiste dikte van grafeen om idd een nm filter plaats te laten vinden
- De dubbel grafeenlaag is net genoeg om wel een brekingseffect op te laten treden.

In allebei de gevallen, de term toeval klopt wel in het verhaal

-edit2-
Om niet onnodig door te linken, KC heeft dus helemaal gelijk gehad en ik ben positief verrast dat dit de juiste nm's heeft weten te raken.

[Reactie gewijzigd door Freaky_Angelus op 24 juli 2024 07:29]

[KC Boutiette]

Hey, leuk dat je nog reageert. Ik loop nog wel op een univeriteit rond en heb het paper dus kunnen lezen. Volgens het paper is het lichteffect een variant van 'Newton's rings' en dus weldegelijk een effect dat resulteert door interferentie.

[paltenburg]

Dat blauw door de natuur moeilijk te maken is zegt verder weinig over de optische eigenschappen.. het is immers prima te doen om blauwe verf te maken.

Verder geldt denk ik: Als iets rood lijkt, dan is het dat ook per definitie. Infrarood is een ander verhaal, want dat is een golflengtebereik wat door het oog sws niet te zien is, dus kun je het niet echt een kleur noemen.

[Overlord2305]

Dat blauw door de natuur moeilijk te maken is zegt verder weinig over de optische eigenschappen.. het is immers prima te doen om blauwe verf te maken.

Ah ja, de wereld beroemde blauwe verf meren.
Blauwe verf komt natuurlijk niet in de natuur voor, ik snap wat je wil zeggen (denk ik) maar je voorbeeld gaat helaas niet op

[paltenburg]

M'n punt was dat het feit dat blauw in de natuur niet voorkomt, niet zoveel zegt over de optische eigenschappen van de kleur blauw.

[bbob]

Betekent dit dat mensenogen het effect ook zien of is dit alleen voor digitale apparatuur te zien zoals hoe infrarood niet voor mensen is te zien? In de tekst staat namelijk ook het stukje over de microscoop maar er wordt verder niks verteld over het effect zelf of ik lees niet goed.

Het zal nu alleen met een microscoop te zien zijn omdat je praat over een heel heel heel keine pixel die men kan laten bewegen. Zie het misschien als 0,001mm x 0.001 mm, moeilijk met het menselijk oog te zien.

De vraag is straks wat gebeurt er als ze die groter maken bijv 5x5 cm of op een 25 inch scherm formaat.

Dat zal de toekomst moeten laten zien.

[elect-ron]

De ruimte tussen is bij bol langer (rood) en bij hol kleiner (blauw). Misschien zoiets.

[Robbemans]

Het eerste dat bij mij opkwam was dat de kleur die zichtbaar wordt uit het invallende licht moet komen. Je hebt dus altijd een lichtbron nodig die het volledige spectrum aan zichtbaar licht produceert om iets op het scherm te kunnen tonen (zichtbaar te maken). Als dat zo is, zou het eigenlijk alleen werken in de buitenlucht op een zonnige dag, of onder een full-spectrum lamp.
De ledverlichting thuis resulteert dan in een behoorlijk vervormde kleurweergave.

[Reactie gewijzigd door Robbemans op 24 juli 2024 07:29]

[.oisyn]

Het eerste dat bij mij opkwam was dat de kleur die zichtbaar wordt uit het invallende licht moet komen

Dat is precies wat het energiezuinig maakt. Je moet hierbij meer denken aan toepassingen als e-readers of wearables. Vind jij foto's en tijdschriften ook een behoorlijk vervormde kleurweergave hebben? Of het echte leven in het algemeen? Over het algemeen zie je dat niet eens, en zijn je hersenen prima in staat om om te compenseren voor de witbalans in de ruimte.

Het mooie van deze techniek is trouwens wel dat er nu niet wordt uitgegaan van het mengen van kleuren. Potentieel heeft dit dus een veel breder gamut dan traditionele rgb displays.

[Reactie gewijzigd door .oisyn op 24 juli 2024 07:29]

[Robbemans]

De vervormde kleurweergave heb je zeker bij kunstlicht. Soms zien paars en bruin er dan hetzelfde uit. Veel ledverlichting - ik heb de nodige geprobeerd - verspreiden een erg onvolledig kleursprectrum, als wordt dit de laatste tijd steeds beter.
Compenseren kunnen je hersenen dit tot op zekere hoogte.

E-readers or statische displays. Ja, daar had ik nog niet aan gedacht.

[deredding]

Moderne LEDs hebben een vrij geleidelijk en breed spectrum wat al dicht bij zonlicht in de buurt komt. TLs of oude/goedkope LEDs daarentegen... Not so much.

Deze displays werken op basis van reflectie van een bepaalde golflengte, deze zal niet anders zijn naarmate het spectrum van het uitgezonden licht verschuift. Kleuren kunnen wel wegvallen onder slecht licht (bijvoorbeeld TL) of de helderheid van de kleuren kan uit balans zijn.

[axg]

Gaaf zo'n nieuwe ontwikkeling met een voor mij in het artikel duidelijke uitleg over de gebruikte techniek!

[bbob]

Wat gaaf is is dat het eigenlijk een ontwikkeling was voor iets anders maar men nu bij toeval op dit verschijnsel gekomen is.

[mcDavid]

Zou zo'n grafeenlaag niet ontzettend hard slijten van het constant wisselen van kleur ( = heen en weer bewegen en uitrekken)?

Nevertheless interessant, en voor iedere uitdaging is natuurlijk een oplossing te ontwikkelen.

[Verwijderd]

Ze gebruiken grafeen ook om slijtage tegen te gaan. Waarschijnlijk slijt het minder snel als andere materialen.
Bron

Grafeen is een veelbelovende grondstof met het oog op bescherming tegen slijtage.

Grafeen is bovendien het materiaal met de hoogst bekende trekvastheid.

[waj]

Helderheid per pixel regelen lijkt mij wel een probleem met deze techniek, hoe ga je dat oplossen? LCD ervoor?

[deredding]

Volgens mij is de resolutie van deze displays zo hoog dat donker en licht geregeld wordt door meer of minder elementjes binnen het zichtbare bereik licht te laten reflecteren.

[display_guru]

de opvolger van Iridigm IMOD. in 2004 overgenomen door Qualcomm, en ondanks dappere industrialisatie pogingen ter ziele gegaan.
http://irimedia.com/techn...digm-display-corporation/

[Grrrrrene]

Ik vraag me af of pixels elkaar op deze manier niet gaan beïnvloeden en wat de afstand onderling moet worden om dit effect tegen te gaan. En is de tussenruimte rondom alle pixels dan altijd geel, omdat die niet gebogen is...?

Laat ik het zo zeggen: je kunt de kleur nu per pixel redelijk regelen, maar als de ene pixel omhoog bolt, zal dat effect hebben op de (mechanische) spanningen in een andere pixel en daarnaast vraag ik me af hoe je de helderheid gaat regelen per pixel. Geel, rood en blauw mengen voor wit snap ik wel, maar hoe krijg je zwart?

[jeroeni22]

Kan deze techniek zorgen voor een groter kleurenbereik? (rec.2020 of misschien hoger?)

[Sqweekie]

Als ik het goed begrijp, dan is het kernkracht tegen luchtdruk ?? Zou de luchtdruk zo hoog kunnen oplopen dat de atomen uit elkaar gaan ?? Om eerlijk te zijn heb ik hier geen kaas van gegeten...

Kunnen ze hier alle kleuren mee bereiken , of gaan ze toch andere materialen moeten zoeken voor nog andere kleuren te verkrijgen ipv enkel het grafeen ...

Ben toch benieuwd naar het verdere verloop , dit staat echt nog in de kinderschoenen. Als toevallige ontdekking mag het er toch weer wezen

[Aaargh!]

Zunigere schermen is leuk en aardig, maar de prioriteit zou de beeldkwaliteit moeten zijn, dus resolutie, kleur-echtheid, zwartwaardes, etc.

[artificial_sun]

Niet bij tablets, e-readers, in de auto, de thermostaat aan de muur enz. Bij alles wat op een batterij werkt is zuinigheid een van de belangrijkste aspecten. Voor foto, film, grafisch enz zal kleurechtheid heel belangrijk zijn, maar voor de rest valt het allemaal wel mee.

[Hoppa!]

Godver....

Maar een goed punt natuurlijk.

Voor verschillende toepassingen heb je verschillende eigenschappen die belangrijk zijn. Wil ik fotobewerken, dan vind ik energiezuinigheid totaal geen issue, dan moet alles wijken voor de beste beeldkwaliteit die mijn budget kan kopen.

In mijn Pebble-Time zal de kleurvastheid me worst wezen. Accuduur boven alles. Kleur is leuk omdat het een mode-item is en het daardoor extra mogelijkheden biedt en minder saai is, maar zaken als scherpte, kleurechtheid en contrast zijn ondergeschikt aan de zuinigheid van het displaytype.

Naarmate schermen groter worden en de toepassing meer diffuus, wordt kleurechtheid weer belangrijker. Denk bijvoorbeeld aan een e-reader waar je ook stripboeken op wilt lezen. Dan is het al veel belangrijker (zeker bij de wat kunstzinnigere strips) dat de kleuren wel op je scherm verschijnen zoals de tekenaar het bedoeld heeft.

Kortom: hoe meer technieken er zijn om een scherm te maken, hoe beter de eigenschappen kunnen worden afgestemd op het doel wat je met je scherm hebt. Het is leuk als je thermostaat een scherp beeld geeft, maar ik hoef er geen 4K-films op af te kunnen spelen.