Science
24.10.2014

Ultrahochauflösende Displays passen auf Kontaktlinsen

Mit Pixeln, die 150 mal kleiner sind als bei gängigen Displays, lassen sich Bildschirme mit riesiger Auflösung bauen, die noch dazu biegsam und energiesparend sind.

Materialien wie Germanium-Antimon-Tellur ändern ihre Struktur, wenn sie mit einem geeigneten Laser bestrahlt oder durch einen elektrischen Impuls angeregt werden. Jedes Steuersignal lässt das Material dabei zwischen einer kristallinen, durchsichtigen und einer ungeordneten, undurchsichtigen Struktur hin und herspringen. Dieser Effekt wird etwa bei wiederbeschreibbaren DVDs genutzt, um digitale Information mit Lasern auf die Silberscheiben zu schreiben und wieder zu ändern.

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Forschern an der britischen Universität Oxford ist es jetzt gelungen, den Prototypen eines Bildschirms zu konstruieren, der sich diesen Effekt zu Nutze macht. Das hat diverse Vorteile. Die Pixel, die sich so realisieren lassen, sind rund 150 mal kleiner als in einem modernen Smartphone-Bildschirm, wodurch weitaus höhere Pixeldichten möglich werden. Wie bei einem E-Ink-Display bleibt ein Pixel in einem Zustand, bis es umgeschaltet wird. So kann ein Bild erhalten bleiben, ohne dass Energie verbraucht wird. Strom muss nur fließen, wenn es Änderungen an der Darstellung gibt. Ein dritter Vorteil ist, dass derartige Displays in Dünnschicht-Technik gefertigt werden können, was wahlweise biegsame und semi-transparente Bildschirme erlaubt.

Dünne Folien

“Die hohen Pixel-Dichten sind vor allem für Anwendungen geeignet, die super-hohe Auflösungen erfordern, wie holografische Bildschirme oder Projektions-Displays für smarte Brillen oder Kontaktlinsen”, erklärt Harish Bahaskaran von der Universität Oxford im futurezone-Interview. Bevor es so weit ist, müssen die Forscher ihren kleinen Labor-Prototypen, bei dem die Pixel noch einzeln von außen mit einer Stromquelle geschaltet werden müssen, aber noch verbessern und für eine industrielle Produktion anpassen. “Wir hoffen, dass es in fünf bis sieben Jahren möglich sein wird, ein Smartphone oder eine Kontaktlinse mit unserer Technik zu kaufen”, so Bahaskaran. Die ersten Patente sind jedenfalls schon eingereicht, weitere sollen in Kürze folgen.

Der Labor Prototyp besteht aus zwei Schichten Indiumzinnoxid, zwischen denen sich ein dünner Film aus Germanium-Antimon-Tellur befindet. “Die aktive Display-Schicht ist lediglich sieben Nanometer dick”, so Bahaskaran. Die Indiumzinnoxid-Schichten funktionieren als transparente Elektroden. Die Farbe eines Pixels wird von der Dicke der unteren Schicht aus Indiumzinnoxid bestimmt, da je nach Stärke des Materials eine andere Wellenlänge des Lichts reflektiert wird. Durch Anlegen von Spannung kann ein Pixel ein- beziehungsweise ausgeschaltet werden. “In der Theorie können wir jede Farbe produzieren. Bislang haben wir acht im Labor realisiert”, erklärt Bahaskaran. Rote, grüne und blaue Pixel, mit denen heutige Bildschirme Farben darstellen, wurden allesamt schon demonstriert.

Kostengünstig und flexibel

“Die wichtigsten Materialien, die wir für die Herstellung benötigen, sind dieselben wie bei der Fertigung normaler Displays: transparente Elektroden. Die Phasenwechsel-Materialien sind nicht teuer und der Prozess ist ein simples, zweistufiges Lithografieverfahren, weshalb wir vermutlich billiger produzieren können als bei OLED- oder LCD-Technik”, so Bhaskaran.

Da die Bildschirme auf hauchdünne Kunststofffolie aufgebracht werden können, sind extrem biegsame Varianten denkbar. “Wir kennen die Grenzen noch nicht, aber mit Polyesterfolie etwa könnte ein Display auf den Durchmesser eines Stifts zusammengerollt werden”, sagt Bhaskaran. Wie die Schaltelektronik aufgebracht werden soll, haben die Forscher noch nicht festgelegt. “Wir haben jetzt zusätzliches Kapital eingesammelt und werden damit einen neuen Prototypen bauen, der offene Fragen beantworten kann. Bis wir ein vermarktbares Produkt haben, müssen wir aber noch viele Probleme lösen. Das wird noch ein Haufen Arbeit werden”, erklärt der Oxford-Forscher.