Transparentne wyświetlacze już od dawna nie są tylko wizją z przyszłości. Naukowcy z Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz Harvard University (HU) w Stanach Zjednoczonych zaprezentowali nowy rodzaj przezroczystego wyświetlacza o szerokim kącie widzenia. Innowacyjny projekt dostosowany jest do taniej, masowej produkcji na podłożach z tworzywa sztucznego lub na zwykłym szkle.
Przezroczyste wyświetlacze to urządzenia o wielu potencjalnych zastosowaniach, np. wyświetlaniu nawigacji, zegarów i wskaźników na przedniej szybie samochodu, motocyklu czy samolotu. Dzięki nim, okulary lub okna mogą stać się monitorami do pracy i rozrywki. Różne typy ekranów produkowane są w zależności od aplikacji. Najprostszym rodzajem jest tzw. HUD (z ang. head-up display), wyświetlacz przezierny prezentujący informacje na szybie bez zasłaniania widoku. Tego typu aparaty stosowane są min. w wojskowych myśliwcach F/A-18 Hornet. Nazwa wzięła się od sytuacji, w której pilot był w stanie odczytać pomiary wskaźników z głową “w górze”, czyli patrząc do przodu, a nie z umieszczonych niżej w kokpicie instrumentów. Szyba wyświetlacza HUD, gdzie prezentowane są dane, charakteryzuje się dużą przezroczystością, oraz znacząco większą jasnością w stosunku od otoczenia. Ponadto, układ optyczny musi mieć tak dobrany punkt ostrości (najczęściej w nieskończoności), aby obserwator nie musiał skupiać wzroku na dwóch różnych odległościach, raz na szybie wyświetlacza, a za chwilę na otoczeniu, gdyż wydłuża to czas reakcji. Nowatorski system zastosowany przez naukowców z MIT oraz HU został opisany w czasopiśmie Nature Communications, 21 stycznia 2014.
Urządzenia tego typu wykorzystują zazwyczaj zestaw soczewek, kolimatorów i luster, które przetwarzają generowany obraz i kierują wiązkę na ekran. HUD-y doczekały się już czwartej generacji. Pierwsza wykorzystywała kineskopy CRT (z ang. cathode ray tube), druga półprzewodnikowe źródła światła (diody LED), trzecia światłowody do bezpośredniej produkcji obrazów, a ostatnia laser do wyświetlania informacji, a nawet wideo na jasnym, przezroczystym podłożu. Użytkownicy systemów często narzekają na ograniczone kąty widzenia, co utrudnia lub uniemożliwia odczyt z innego położenia niż zalecane. Alternatywą są wyświetlacze z organicznymi diodami emitującymi światło (OLED), osadzonymi między dwoma taflami szkła. Póki co, ich instalacja jest zbyt skomplikowana, kosztowna, a przejrzystość ograniczona, aby weszły do powszechnego użycia.
W swoim prototypie, inżynierowie z MIT i HU rozwiązali część wcześniej wymienionych mankamentów. Stworzyli monochromatyczny, łatwy i tani w produkcji wyświetlacz na szkle, z którego obraz widać pod wieloma kątami. Układ wyświetlał niebieskie obrazy dzięki zastosowaniu nanocząsteczek srebra. Grupa wykorzystała sferyczne (kuliste) drobiny o średnicy 62 nanometrów. Zostały one zmieszane z przezroczystą matrycą z polialkoholu winylowego (z ang. polyvinyl alcohol, PVA). Następnie, roztwór został rozprowadzony na kwadratowej szybie o boku 25 cm. W komorze próżniowej usunięto pęcherzyki powietrza, po czym pozostawiono do wyschnięcia pod wyciągiem w temperaturze pokojowej. Po 40 godzinach, grubość polimerowej warstwy z dodatkiem nanocząsteczek wynosiła 0,46 mm. Przepuszczalność dla uśrednionego zakresu widma światła widzialnego (390-750 nm) wynosiła 60%. W czasie badań, powstały ekran z nanocząsteczkami srebra selektywnie rozpraszał fale o długości odpowiadającej niebieskiej barwie (420 do 490 nm) z wiązki generowanej przez laser o zakresie światła widzialnego. Inżynierowie myślą już o kolejnych wyzwaniach – fabrykacji barw podstawowych (czerwonej, zielonej, niebieskiej – RGB) poprzez użycie 3 różnych typów nanocząsteczek.
Naukowcy są zdania, że tego typu urządzenia mogą być stosowane do wyświetlania reklam na witrynach sklepowych, umożliwiających jednoczesne oglądanie towaru umieszczonego wewnątrz. W przyszłości, technologia zapewniająca dobry obraz niezależnie od kąta widzenia, mogłaby znaleźć uznanie wśród kierowców i pilotów. Jak podkreślają autorzy, prototyp jest wyłącznie demonstracją możliwości techniki. Zespoły pracują obecnie nad optymalizacją używanych materiałów.
Źródło:
[1] Chia Wei Hsu, Bo Zhen, Wenjun Qiu, Ofer Shapira, Brendan G. DeLacy, John D. Joannopoulos, Marin Soljačić. Transparent displays enabled by resonant nanoparticle scattering. Nature Communications, 2014; 5 DOI: 10.1038/ncomms4152
[2] http://www.nature.com/ncomms/2014/140121/ncomms4152/full/ncomms4152.html [23.01.2014]
[3] http://scholar.harvard.edu/files/chsu/files/2013_ncomms_transparent_screen.pdf [23.01.2014]
[4] http://web.mit.edu/newsoffice/2014/seeing-things-a-new-transparent-display-system-could-provide-heads-up-data-0121.html [23.01.2014]
[5] My own Transparent Screen by François Rejeté (w00kie), flickr.com, CC-BY-2.0