美國研究人員結(jié)合低成本的電致變色聚合物與電漿子結(jié)構(gòu)，期望找到實(shí)現(xiàn)低成本、高解析度顯示器面板設(shè)計(jì)的新方法，并進(jìn)一步擴(kuò)展至較大面積的電子紙等應(yīng)用。
為了尋找實(shí)現(xiàn)低成本、高解析度顯示器面板設(shè)計(jì)的方法，美國能源部桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)與國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)奈米科技中心的研究人員結(jié)合低成本的電致變色聚合物與電漿子結(jié)構(gòu)，重新探討電子紙的概念。
Sandia實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家A. Alec Talin及其同事們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱?Nature Communications)期刊中發(fā)表這一研究結(jié)果。在這項(xiàng)主題為「利用電漿實(shí)現(xiàn)高對(duì)比與快速電致變色切換」(High-contrast and fast electrochromic switching enabled by plasmonics)的研究中，提出了一種能以低成本製造薄型全彩顯示器的候選技術(shù)，不僅具備較當(dāng)今高解析顯示器更20倍的解析度，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)毫秒(us)級(jí)的切換速度。
Talin利用具有普通電致變色聚合物、聚苯胺(PANI)與PolyProDOT-Me2等均勻涂層的金與鋁金屬奈米狹縫作為電漿結(jié)構(gòu)，而無需以專用控制電極疊加多層特定色彩的電致變色聚合物。垂直的奈米級(jí)裂縫陣列(每一狹縫深度僅60nm、寬250nm，間距為500nm)與入射光線的方向垂直。當(dāng)光線到達(dá)鋁金屬奈米狹縫時(shí)，即轉(zhuǎn)換為表面電漿量子波(SPP)——即包含可見光譜頻段的電磁波，可沿著電極介面(此處使用鋁與電致變色聚合物)行進(jìn)。
電漿電致變色電極整合(a)金(Au)奈米狹縫陣列與(b)參考平面電致變色電極示意圖。金奈米狹縫陣列間距為500nm。(c)還原與氧化形式的PANI化學(xué)結(jié)構(gòu)。在沉積PANI至d≈15?nm厚度之前(d)以及其后(e)所製造的金奈米狹縫電極SEM圖。(f)圖e的放大圖，比例尺約300nm
只需在狹縫頂部施加微小的電流，電漿結(jié)構(gòu)就會(huì)變成深黑色，在幾毫秒內(nèi)切斷進(jìn)入光線和SPP。而當(dāng)電流彈開時(shí)，在光頻率通過狹縫的瞬間導(dǎo)通畫素。
因此，由于狹縫的間距決定了光線透過陣列傳送的波長(zhǎng)，研究人員們藉由改變奈米狹縫模式，利用相同的電致變色聚合物，展示了可切換色彩的完整陣列。
涂覆PolyProDOT-Me2的鋁奈米狹縫結(jié)構(gòu)之光傳輸頻譜(c,d)，其狹縫週期分別為P=240、270、300、330、360與390?nm等值；及傳輸期間映射元件區(qū)域的光顯微照片。同時(shí)還分別顯示了聚合物在開啟(c)與(d)關(guān)閉狀態(tài)后的傳輸光譜與顯微照片
透過像捲對(duì)捲(R2R)奈米壓印微影或奈米轉(zhuǎn)印等軟性基板技術(shù)，研究人員認(rèn)為，利用這種簡(jiǎn)單的電漿可大幅簡(jiǎn)化製造過程，而且易于擴(kuò)展至較大的范圍，以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
研究人員在實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造出大約10×10μm的彩色畫素，但Talin指出，在其較早的研究中證實(shí)，單狹縫裝置也能有效地開啟或關(guān)斷光源。
「然而，為了以狹縫陣列來定義顏色，一般間距在光波長(zhǎng)幾倍以上的狹縫是必要的，這需要大約1微米或更大的尺寸，」Talin表示。
然而，這種高解析度的彩電致變色顯示器能夠透過IP授權(quán)或另組公司的方式實(shí)現(xiàn)商用化嗎？Talin表示，「目前，研究人員們并未積極推動(dòng)這種電漿電致變色顯示器概念的商用化。然而，我們很樂意與對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣的公司合作，包括IP授權(quán)。雖然我已經(jīng)為這種漿致變色顯示器想過幾種可能的商品名稱了，但目前還沒有任何的結(jié)論。」
為了成功使研究結(jié)果從實(shí)驗(yàn)室走入商用市場(chǎng)，必須進(jìn)行一些技術(shù)移轉(zhuǎn)，研究人員表示：「我認(rèn)為，主要的技術(shù)障礙在于擴(kuò)展採用率，以及畫素陣列與驅(qū)動(dòng)器的整合，并以固體聚合物電解質(zhì)或無機(jī)電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)，以及使用奈米壓印微影等相容于R2R的製造方式等，以製造奈米狹縫陣列等。」
然而，「這些都不表示需要新的科學(xué)突破，多半都是來自工程與開發(fā)方面的障礙，」他總結(jié)道。