8 september 2007
Fotonische kristallen worden door een startend bedrijf in Toronto gebruikt om een nieuw type van flexibel e-paper te ontwikkelen. Dit op fotonische kristallen gebaseerd electronisch papier is het eerste in zijn soort met pixels 'that can be individually tuned to any color'. 'You get much brighter and more-intense colors', zegt André Arsenault, een chemicus aan de Universiteit van Toronto en mede-oprichter van Opalux, het bedrijf dat P-Ink, fotonische-krital technologie gebruikt voor het e-paper. Opalux voegt zich met het e-paper in het rijtje van E Ink en het Franse Nemoptic, die echter gebruik maken van een andere technologie. Volgens Arsenault zijn kleuren op de bestaande e-paper-displays problematisch 'because each pixel was limited to a single primary color. To display a range of colors, pixels must be grouped in trios. In each trio, one pixel is filtered red, another is filtered green, and the third is filtered blue. Varying the intensity of each pixel within the trio generates different colors'. Hierdoor missen de kleuren intensiteit. 'For example, if one wants to make the whole screen red, then only one-third of the pixels will actually be red'. Dat ligt met P-Ink anders. 'We can get 100 percent of the area to be red', zegt Arsenault. 'This is because each pixel can be tuned to create any color in the visible spectrum. That's a three-times increase in the brightness of colors. It makes a huge difference'.
P-Ink werkt door 'controlling the spacing between photonic crystals, which affects the wavelengths of light they reflect'. Fotonische kristallen zijn het optische equivalent van semiconductor kristallen. Terwijl deze laatste de beweging van electronen beinvloeden, beinvloeden fotonische kristallen de fotonen. Hoewel er vooral recent nogal wat onderzoek gedaan is naar het gebruik van fotonische kristallen voor een veelheid van doelen (zoals bijvoorbeeld quantum computers), is het in principe al een oud verschijnsel. Zo zijn fotonische kristallen bijvoorbeeld verantwoordelijk voor de kleur van opaal. 'There are many organisms that have coloration that doesn't come from a dye', zo zegt Arsenault. 'This is the basis of our technology'. Bij P-Ink 'each pixel in a display consists of hundreds of silica spheres. Each of these photonic crystals is about 200 nanometers in diameter and embedded in a spongelike electroactive polymer. These materials are sandwiched between a pair of electrodes along with an electrolyte fluid. When a voltage is applied to the electrodes, the electrolyte is drawn into the polymer, causing it to expand. The swelling pushes the silica beads apart, changing their refractive index. As the distance between them becomes greater, the wavelengths reflected increases', zo legt Arsenault uit. Als een pixel eenmaal een kleur heeft, dan kan het die kleur dagenlang vasthouden zonder een specifieke electriciteitsbron te hebben. 'And the material itself is intrinsically flexible'. De techniek is ontwikkeld door Geoffrey Ozin en Daniel Puzzo (en een heel team van ontwikkelaars) aan de Universiteit van Toronto, en Ian Manners van de Universiteit van Bristol. De groep demonstreerde hoe pixels van 0.3-millimeter onafhankelijk een reeks kleuren kan genereren. De resulaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het augustusnummer van Nature Photonics. 'One single material can give all the necessary colors for a display without filters', zegt Arsenault. 'In fact, by making the crystals slightly larger, it's also possible to take them beyond the visible-light range and into infrared. The effects in this range would be invisible to the human eye but could be used to make smart windows that control the amount of heat that passes through them'. Jacques Angele, een van de mede-oprichters van Nemoptic, spreekt van een stap vooruit. 'The aim of these color-display technologies is to be comparable with paper. Unfortunately, the brightness of the [other technologies] today is limited to about 30 percent of paper'. De eneige concurrerende techniek is peperduur en bereikt niet de kleurenintensiteit die P-Ink biedt. Arsenault verwacht dat binnen twee jaar de eerste producten de markt zullen bereiken, waarschijnlijk in de vorm van reclameposters.
