Electric Skin: Nanoforscher entwickeln hautähnliches Farbdisplay

Das Chamäleon braucht keine Beleuchtung, um die Farbe zu wechseln: Forscher haben sich ein Beispiel daran genommen und ein hauchdünnes Material ohne Hintergrundbeleuchtung entwickelt, dessen optische Eigenschaften durch Elektrizität beeinflussbar sind.

Artikel veröffentlicht am , Martin Kaiser
Electric Skin mit afghanischem Mädchen
Electric Skin mit afghanischem Mädchen (Bild: University of Central Florida)

Das weltweit erste dehnbare Farbdisplay hat ein Forscherteam der University of Central Florida entwickelt (PDF). Die Wissenschaftler nennen es Electric Skin. Je nach angelegter Spannung kann das Display alle Farben im sichtbaren Wellenbereich variabel annehmen. Für Debashis Chanda, der das Team der Nano-Optics Group anführt, lieferte die Inspiration die Natur: "Traditionelle Displays benötigen eine Lichtquelle - Chamäleons dagegen sind bereits mit der Fähigkeit geboren, das Farbspektrum ihrer Haut ganz ohne eine Beleuchtung anzupassen."

Inhalt:
  1. Electric Skin: Nanoforscher entwickeln hautähnliches Farbdisplay
  2. Variable Polarisation dank Oberflächenplasmons

Das Besondere am Electric Skin ist die Beschaffenheit: Durch den hauchdünnen Aufbau lässt sich das Material auf flexible Trägerstoffe kostengünstig aufdrucken. "Technologien wie LCD sind sperrig und starr. Oktopusse dagegen können ihre Hautfarbe in komplexen Mustern und Farben anpassen, während sie sich dehnen oder zusammenziehen. Wir fragten uns: Können wir ein hautähnliches Display erschaffen?"

  • Jedes der vier Bilder des afghanischen Mädchens ist das Resultat unterschiedlicher elektrischer Feldstärken. (Bild: University of Central Florida)
  • Nahaufnahmen der plasmonischen Nanostruktur mit unterschiedlichem Vergrößerungsfaktor: (e) 20 mm, (f) 10 mm, (g) 5 mm, (h) 150 nm
  • Eierschalenstruktur der Metallschicht, sichtbar mit dem Rasterelektronenmikroskop (Bild: University of Central Florida)
  • Variable Anordnung der Flüssigkristalle in zwei Perspektiven: kein elektrisches Feld (b), elektrisches Feld mit 10 V/µm (c), simuliertes Computermodell der Feldstärke (Bild: University of Central Florida)
Jedes der vier Bilder des afghanischen Mädchens ist das Resultat unterschiedlicher elektrischer Feldstärken. (Bild: University of Central Florida)

Mit dem Nanodrucker zum Displayshirt

Die Anwendungen sollen so vielfältig sein, dass einem Einsatz praktisch nur die eigene Phantasie Grenzen setzt. Denkbar ist ein militärischer Einsatz für eine Camouflage-Uniform, die der Soldat je nach Terrain beliebig anpassen kann. Im zivilen Bereich könnte das T-Shirt, das Kleid oder nur die Krawatte beliebige Muster oder Farben annehmen. Das gesamte Konsumverhalten könnte beeinflusst werden.

Ob der Bedarf an immer dünneren Bildschirmen für die Unterhaltungselektronik ein Sprungbrett liefert, ist noch nicht absehbar. Nicht nur der Preiskampf ist hart, auch die Anforderungen an Pixeldichte, Kontrast und Reaktionszeit sind hoch. Letztere soll unter 90 Millisekunden liegen, Zahlen zum Kontrastverhältnis liegen jedoch nicht vor. Da keine externe Beleuchtung notwendig ist, ist theoretisch von deutlich höheren Werten als bei traditionellen LC-Displays auszugehen.

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Realistisch ist das Szenario, dass die Technik die Basis für all jene neuen Geräteklassen liefert, für die man flexible OLED-Panels zur Marktreife bringen möchte. Die Produktion der organischen Leuchtdioden, die ähnlich flexibel gefertigt werden können, ist für die Displayzulieferer derzeit nur bei kleineren Diagonalen wirtschaftlich. Ebenso ein Faktor ist die im Verhältnis zu LC-Displays viel kürzere Lebensdauer. Genau dort könnte die Electric Skin neue Maßstäbe setzen, da keine organischen Ausgangsstoffe einfließen.

Der Aufbau der Electric Skin kann grob in zwei Bereiche gegliedert werden: eine reflektierende Metallschicht und eine darüberliegende Anordnung aus Flüssigkristallen. Diese können die Polarisation des eintreffenden Lichts, das von der 30 nm dünnen Aluminiumschicht wieder reflektiert wird, variabel anpassen. Die Anordnung der Kristalle kann durch das Prinzip des Oberflächenplasmons angepasst werden.

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Variable Polarisation dank Oberflächenplasmons 
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