為了尋找實(shí)現低成本、高分辨率顯示器面板設計的方法，美國能源部桑迪亞國家實(shí)驗室與國家標準技術(shù)研究所(NIST)納米科技中心的研究人員結合低成本的電致變色聚合物與電漿子結構，重新探討電子紙的概念。
Sandia實(shí)驗室科學(xué)家A. Alec Talin及其同事們在《自然通訊》期刊中發(fā)表這一研究結果。在這項主題為“利用電漿實(shí)現高對比度與快速電致變色切換”的研究中，提出了一種能以低成本制造薄型全彩顯示器的候選技術(shù)，不僅具備較當今高解析顯示器更20倍的分辨率，同時(shí)還能實(shí)現毫秒(us)級的切換速度。
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納米狹縫作為電漿結構，而無(wú)需以專(zhuān)用控制電極迭加多層特定色彩的電致變色聚合物。垂直的納米級裂縫數組(每一狹縫深度僅60nm、寬250nm，間距為500nm)與入射光線(xiàn)的方向垂直。當光線(xiàn)到達鋁金屬納米狹縫時(shí)，即轉換為表面電漿量子波(SPP)——即包含可見(jiàn)光譜頻段的電磁波，可沿著(zhù)電極接口(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)納米狹縫數組與(b)參考平面電致變色電極示意圖。金納米狹縫數組間距為500nm。(c)還原與氧化形式的PANI化學(xué)結構。在沈積PANI至d≈15nm厚度之前(d)以及其后(e)所制造的金納米狹縫電極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，電漿結構就會(huì )變成深黑色，在幾毫秒內切斷進(jìn)入光線(xiàn)和SPP。而當電流彈開(kāi)時(shí)，在光頻率通過(guò)狹縫的瞬間導通畫(huà)素。
因此，由于狹縫的間距決定了光線(xiàn)透過(guò)數組傳送的波長(cháng)，研究人員們藉由改變納米狹縫模式，利用相同的電致變色聚合物，展示了可切換色彩的完整數組。
涂覆PolyProDOT-Me2的鋁納米狹縫結構之光傳輸頻譜(c,d)，其狹縫周期分別為P=240、270、300、330、360與390 nm等值；及傳輸期間映像組件區域的光顯微照片。同時(shí)還分別顯示了聚合物在開(kāi)啟(c)與(d)關(guān)閉狀態(tài)后的傳輸光譜與顯微照片
透過(guò)像卷對卷(R2R)納米壓印微影或納米轉印等軟性基板技術(shù)，研究人員認為，利用這種簡(jiǎn)單的電漿可大幅簡(jiǎn)化制造過(guò)程，而且易于擴展至較大的范圍，以實(shí)現量產(chǎn)。
研究人員在實(shí)驗中創(chuàng )造出大約10×10μm的彩色畫(huà)素，但Talin指出，在其較早的研究中證實(shí)，單狹縫設備也能有效地開(kāi)啟或關(guān)斷光源。
“然而，為了以狹縫數組來(lái)定義顏色，一般間距在光波長(cháng)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，這種高分辨率的彩電致變色顯示器能夠透過(guò)IP授權或另組公司的方式實(shí)現商用化嗎？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(lè )意與對這項技術(shù)感興趣的公司合作，包括IP授權。雖然我已經(jīng)為這種漿致變色顯示器想過(guò)幾種可能的商品名稱(chēng)了，但目前還沒(méi)有任何的結論。”
為了成功使研究結果從實(shí)驗室走入商用市場(chǎng)，必須進(jìn)行一些技術(shù)移轉，研究人員表示：“我認為，主要的技術(shù)障礙在于擴展采用率，以及畫(huà)素數組與驅動(dòng)器的整合，并以固體聚合物電解質(zhì)或無(wú)機電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)，以及使用納米壓印微影等兼容于R2R的制造方式等，以制造納米狹縫數組等。”
“然而，這些都不表示需要新的科學(xué)突破，多半都是來(lái)自工程與開(kāi)發(fā)方面的障礙”他總結道。
