Учёные из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois at Urbana-Champaign) и корейского Научно-исследовательского института электроники и телекоммуникаций (кор. 한국전자통신연구원) создали новые светодиодные матрицы, которые могут не только излучать, но и регистрировать поступающий свет. Однажды эта технология может привести к появлению гаджетов, способных автоматически подстраивать яркость под погодные условия, заряжаться от окружающего света и реагировать на жесты. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
«Эти светодиодные матрицы однажды позволят создать дисплеи, которые будут обладать совершенно новыми функциями. Они будут не только отображать информацию, но станут более интерактивными устройствами», — говорит Мунсаб Шим (Moonsub Shim), один из авторов работы. Светодиоды состоят из множества наностержней, каждый из которых размером менее 5 нанометров в диаметре. Стержни изготовлены из трёх типов полупроводникового материала: один излучает и поглощает видимый свет, а два других регулируют движение по нему заряда. Эта комбинация позволяет диодам излучать, регистрировать и реагировать на свет.
Диоды на основе наностержней постоянно переключаются с излучения на регистрацию света. Они делают это в три раза быстрее, чем обновляется изображение на экране стандартного монитора — настолько быстро, что человеку кажется, что они постоянно включены. Матрицы практически непрерывно регистрируют и поглощают свет, а созданные на их основе дисплеи можно запрограммировать так, чтобы они реагировали на свет разными способами. Например, такой дисплей мог бы автоматически изменять яркость в соответствии с окружающим освещением. «Допустим, вы сидите на улице с планшетом и читаете. Ваш планшет зарегистрирует интенсивность света и изменит яркость на уровне отдельных пикселей, — говорит Шим. — Там, где на экран падает тень, он станет тусклее, а там, где на него светит солнце — ярче, и так вы сможете поддерживать контраст».
В ходе экспериментов учёные продемонстрировали, что пиксели светодиодной матрицы автоматически изменяют яркость, а также реагируют на протянутый к ним, но не касающийся их, палец — это свойство можно использовать при создании дисплеев, способных распознавать жесты или объекты. Кроме того, матрицы работают с лазерной указкой, а значит, на их основе можно сделать «умные грифельные доски», планшеты и другие поверхности для рисования. А самое интересное — диоды не только реагируют на свет, но и преобразуют его в электричество.
«Они реагируют на свет, как солнечная батарея, — рассказывает Шим. — Так что мы можем не только улучшить взаимодействие между пользователем и дисплеем — или устройством — но и собирать с их помощью свет. Представьте, что ваш мобильный телефон просто стоит, поглощает свет и заряжается. Для того чтобы это сделать, даже не нужно встраивать в него солнечные элементы. До того, как дисплей начнёт сам обеспечивать себя энергией, нам ещё предстоит много работы, но мы полагаем, что сможем придать ему необходимые свойства так, что это не скажется на его работе, а значительная часть энергии будет поступать из самой матрицы».
Новые дисплеи взаимодействуют не только с пользователями или окружением, но и друг с другом. Такая связь работает медленнее, чем привычный Bluetooth, поскольку информация обрабатывается последовательно, бит за битом. Установленные рядом матрицы могут передать друг другу столько же бит, сколько на экране пикселей.
«Как правило, мы взаимодействуем со своими электронными гаджетами с помощью дисплеев, и работа дисплея отражается на том, как пользователь просматривает информацию и управляет ей, — говорит другой автор работы, Питер Трефонас (Peter Trefonas). — Двусторонняя передача созданных нами светодиодных материалов позволит устройствам реагировать на внешние стимулы новыми способами. Возможность использования бесконтактного контроля с помощью жестов заманчива, а ведь мы только начали изучать потенциал этой технологии».
Пока учёные работали только с красными светодиодами. Теперь они разрабатывают дисплей с красными, голубыми и зелёными пикселями, а также пытаются улучшить способность диодов вырабатывать энергию.