Färgskärmar på nytt sätt

Forskare vid Linköpings universitet har utvecklat en metod där nya typer av displayer kan utvecklas med hjälp av strukturella färger. I framtiden hägrar billiga och energieffektiva färgskärmar. Studien publiceras i Advanced Materials.

Ofta tänker vi att färger skapas med olika pigment där ljuset som träffar pigmentet reflekteras tillbaka i olika våglängder som vårt öga uppfattar som färg. Därför är till exempel löv gröna och tomater röda. Men färger kan inte bara skapas med pigment. Vissa material får färg tack vare sin struktur. Strukturella färger uppstår när ljuset ”studsar” i materialet på nanoskalan. Man brukar säga att ljuset interfererar med sig självt. Ett exempel från naturen är påfågelsfjädrar som i grunden är bruna men tack vare små strukturer i fjädrarna blir grön-blåskimrande.

Nu har forskare vid Linköpings universitet utvecklat en ny enkel metod för att skapa strukturella färger för så kallade reflektiva färgskärmar. Den nya tillverkningsmetoden ska i framtiden kunna användas för att skapa extremt energieffektiva, tunna och lätta färgskärmar med en bred palett av användningsområden.

Reflektiva färgskärmar skiljer sig från de färgskärmar vi i vardagen träffar på i bland annat mobiler och datorer. De består av små lysdioder i färgerna rött, grönt och blått som sitter nära varandra för att tillsammans skapa vitt ljus. Färgerna i varje lysdiod beror på vilka molekyler den är uppbyggd av, det vill säga vilket pigment den har. Men att tillverka lysdioder är relativt dyrt och komplicerat och tillsammans drar de mycket energi. Därför används ibland så kallade reflektiva skärmar för enklare ändamål som till exempel miniräknare, läsplattor för e-böcker och i elektroniska etiketter. 

Reflektiva skärmar ger upphov till bilder genom att kontrollera hur ljus från omgivningen reflekteras, vilket innebär att reflektiva skärmar inte behöver egen belysning. Men dagens reflektiva skärmar är ofta svartvita och metoder som tidigare använts för att försöka få färg i reflektiva skärmar är komplicerade och har gett varierande resultat.

Shangzhi Chen är nybliven doktor vid Institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet och huvudförfattare till artikeln om nya dynamiska strukturella färgbilder som nu är publicerad i tidskriften Advanced Materials.

– Med en enkel metod kan vi få fram strukturella färgbilder med elektriskt ledande plaster, eller ledande polymerer. Polymeren appliceras på spegeln med hjälp av förångning och polymerisering, men innan polymeriseringen belyser vi substratet med UV-ljus. Ju längre tid vi belyser med UV-ljus desto tjockare blir polymerfilmen och på så sätt kan vi styra vilka färger som ska framträda på olika ställen, säger Shangzhi Chen.

Metoden kan producera alla färger i det synliga spektret. Dessutom kan färgerna justeras i efterhand med hjälp av elektrokemisk variation av polymerens redox-tillstånd. Den här egenskapen har tidigare använts i monokroma displayer och den nya studien visar att samma material kan användas till färgbilder genom att använda interferenseffekter. 

Enligt Magnus Jonsson, biträdande professor vid laboratoriet för organisk elektronik på Institutionen för teknik och naturvetenskap vid Linköpings universitet, finns det stor potential i metoden och i dagsläget ligger den närmsta tillämpningen troligen i elektroniska etiketter och enklare skärmar. Med fortsatt forskning kan även mer avancerade skärmar tillverkas, tror han.

– Vi tar till oss mer och mer information via digitala skärmar och om vi kan vara med och bidra till att fler människor på sikt kan få tillgång till information via billiga och energieffektiva skärmar är det en stor vinst. Men det krävs fortfarande en del forskning innan vi är där och nya projekt är redan igång, säger Magnus Jonsson.

Forskningen finansieras av Stiftelsen för strategisk forskning, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, Wenner-Gren Stiftelserna samt regeringens strategiska satsning Avancerade funktionella material vid Linköpings universitet.

Artikeln: "Tunable structural color images by UV-patterned conducting polymer nanofilms on metal surfaces", Shangzhi Chen, Stefano Rossi, Ravi Shanker, Giancarlo Cincotti, Sampath Gamage, Philipp Kühne, Vallery Stanishev, Isak Engquist, Magnus Berggren, Jesper Edberg, Vanya Darakchieva, Magnus P. Jonsson, Advanced Materials, publicerad online 5 juli 2021, doi: 10.1002/adma.202102451

Kontakt

Magnus Jonsson, biträdande professor, 011-36 34 03, magnus.jonsson@liu.se