Ekrany dotykowe już na stałe zadomowiły się jako urządzenia wejścia w telefonach komórkowych, tabletach, komputerach i innym sprzęcie elektronicznym. Powstały też już prototypy grafenowych wyświetlaczy tego typu, dlatego zdarzenie „Grafen w ekranach dotykowych II” zostało rozstrzygnięte na TAK.
Grafen dzięki swoim wyjątkowym własnościom takim jak dobre przewodnictwo elektryczne i znaczna wytrzymałość może znacząco ułatwić i uatrakcyjnić korzystanie z wyświetlaczy dotykowych oraz zmniejszyć koszty ich wytwarzania. Zespół badaczy skupiony wokół laureata Nagrody Nobla, Konstantina Nowosiołowa, prognozował w pracy „A Roadmap for Graphene”, która ukazała się w 2012 roku, że pierwsze działające prototypy ekranów dotykowych mogą pojawić się jeszcze w 2014 roku. Tymczasem pierwszy przełom nastąpił w warunkach laboratoryjnych już w 2010 roku. Zespół badaczy z Japonii i Korei Południowej wykonał z grafenu płaski, przezroczysty element dotykowy, który po nałożeniu na ekran komputera umożliwiał sterowanie nim. Ten prototyp można uznać za przodka bardziej zaawansowanych grafenowych wyświetlaczy. Działanie prototypu można obejrzeć na filmie pod adresem: https://www.youtube.com/watch?v=3sAc4nqAbOs.
W powyższej konstrukcji (a także w konstrukcjach opisanych poniżej), użycie grafenu pozwoliło na zastąpienie stosowanych obecnie w wyświetlaczach warstw aktywnych wykonanych z tlenku cynowo-indowego (ang. indium-tin oxide, ITO). Warstwy wykonane z ITO mają ograniczony czas życia oraz są dość kruche, co uniemożliwia stworzenie na ich bazie np. giętkich wyświetlaczy dotykowych. Ponadto, ind jest dość rzadkim metalem, co znacznie zwiększa koszty produkcji wyświetlaczy. Podobne badania, które miały na celu wyeliminowanie ITO z wyświetlaczy dotykowych, były prowadzone na Rice University w 2011 roku. Warto wspomnieć, że tlenek cynowo-indowy jest też wykorzystywany np. w panelach słonecznych oraz warstwach grzewczych umieszczanych na szkle. Nie ustają zatem wysiłki naukowców, aby opracować technologie pozwalające na zastąpienie ITO innym materiałem oraz aby opracować prototypy bardziej zaawansowanych grafenowych ekranów dotykowych.
Telefon z działającym grafenowym wyświetlaczem dotykowym zaprezentowali naukowcy z Korei Południowej w grudniu 2013 roku (czyli wcześniej niż przewidywała to praca „A Roadmap for Graphene”!). Ekran wykonany był w technologii pojemnościowej – grafen posłużył w nim do wykonania elektrod, które wchodziły w skład warstwy będącej nośnikiem niewielkiego ładunku elektrycznego. Na skutek dotyku ładunek ten ulega zmianie i na tej podstawie obliczane jest miejsce dotknięcia wyświetlacza. Działanie prototypu telefonu można obejrzeć pod adresem: https://www.youtube.com/watch?v=0ell4jGDHrw.
Grafenowe ekrany dotykowe nie są wyłącznie domeną naukowców akademickich, lecz są coraz bliższe wejścia na rynek dzięki firmom takim jak Samsung, która w marcu 2013 roku otrzymała patent związany z tą właśnie technologią. W wyświetlaczu wykonanym w technologii oporowej element reagujący na dotyk miałby składać się z pięciu warstw – dwóch zewnętrznych przezroczystych okładzin, pomiędzy którymi znajdują się dwie warstwy przewodzące (wykonane z sieci nanorurek, układu nanodrutów lub płatków grafenowych) rozdzielone warstwą nieaktywną. Dotknięcie ekranu powodowałoby zetknięcie się warstw przewodzących i w konsekwencji zmianę wartości przepływającego przez nie prądu, na której to podstawie obliczane byłoby miejsce dotknięcia ekranu. Patent opisuje też możliwość użycia grafenu w wyświetlaczu pojemościowym, jednak na nieco innej zasadzie niż tej wykorzystanej w 2013 roku przez koreańskich naukowców.
Kolejny patent, przyznany Samsungowi w marcu 2014 roku dotyczy grafenowego ekranu dotykowego wyposażonego w czujniki siły nacisku. Pomiar siły nacisku odbywałby się za pomocą umieszczonych w strukturze wyświetlacza elektrod piezorezystywnych, czyli takich, których opór właściwy zmienia się wraz z działającą na nie siłą mechaniczną. Materiałem piezorezystywnym w tej konstrukcji miałby być grafen lub węglowe nanorurki. Zintegrowanie czujników siły nacisku z samym wyświetlaczem przyczyniłoby się do redukcji kosztów produkcji ekranów dotykowych.
Samsung nie jest jednak monopolistą w dziedzinie grafenowych ekranów dotykowych. Także firma Bluestone Global Tech zaprezentowała działający prototyp takiego urządzenia, które można oglądać pod adresem: https://www.youtube.com/watch?v=n-OAUHrL4D4. Zapowiada to ciekawą konkurencję, która prawdopodobnie przyspieszy pojawienie się grafenowych wyświetlaczy dotykowych na rynku i dalszy rozwój tej technologii.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Grafen w ekranach dotykowych II. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
http://www.nature.com/nature/journal/v490/n7419/full/nature11458.html
http://www.rsc.org/chemistryworld/news/2010/june/20061001.asp
http://news.rice.edu/2011/08/01/dream-screens-from-graphene/
http://en.wikipedia.org/wiki/Indium_tin_oxide
http://pubs.acs.org/doi/ipdf/10.1021/nn405754d
http://www.graphenetracker.com/samsung-patents-graphene-networks-for-touch-screens/
http://www.graphenetracker.com/samsung-patents-graphene-based-touch-screen/
http://www.google.com/patents/US8390589
http://www.google.com/patents/US20140055407
Powrót
