Genial metode muliggør skarpere fladskærme til lavere energiomkostninger

En evig søgen blandt producenter og seere er efter stadigt lysere farver og bedre billeder til fladskærme bygget af billigere materialer, der også bruger mindre strøm.

En spændende metode opdaget af Sandia National Laboratories-forsker Alec Talin og samarbejdspartnere ved Center for Nanoscale Science and Technology ved National Institute of Standards and Technology kan være det næste skridt. Den bruger supertynde lag af billige elektrokrome polymerer til at generere klare farver, for første gang, kan hurtigt ændres. Arbejdet blev anmeldt i den 27. januar Naturkommunikation .

Elektrokrome polymerer i sig selv er ikke en ny opfindelse. De skifter farve som svar på en påført spænding og kræver kun energi, når de skiftes mellem farvet og transparent tilstand. Men indtil Talin og hans samarbejdspartnere, ingen havde fundet ud af, hvordan man tænder og slukker for elektrokrom på de millisekunder, der kræves for at skabe levende billeder.

Problemet lå i tykkelsen af ​​polymeren. Konventionelle elektrokrome skærme kræver tykke polymerlag for at opnå god kontrast mellem lyse og mørke pixels. Men tykke lag kræver også lange diffusionstider for ioner og elektroner for at ændre polymerens ladningstilstand, gør dem kun nyttige til statiske informationsvisninger eller mørkere vinduer på en Boeing Dreamliner, ikke på de millisekunder, der er nødvendige for et action-svirp eller endda en rundbordsdiskussion. Oven i købet, en fuldfarveskærm kræver tre forskellige polymerer.

Forskerne kom uden om hurtighedsproblemet med en lille, men spektakulær innovation:De skabte rækker af lodrette nanoskala spalter vinkelret på retningen af ​​det indkommende lys. Slidserne blev skåret i et meget tyndt aluminiumsspor belagt med en elektrokrom polymer. Når lys rammer aluminiums nanospalter, det blev omdannet til overflade plasmon polaritoner (SPP'er), som er elektromagnetiske bølger, der indeholder frekvenser af det synlige spektrum, der bevæger sig langs de dielektriske grænseflader - her, af aluminium og elektrokrom polymer.

Afstanden mellem spalterne i hvert array (pitch) svarede nøjagtigt til bølgelængderne af rød, grønt og blåt lys. Tonehøjden bestemte hvilken bølgelængde - rød, blå eller grøn – blev transmitteret ned gennem arrayet, bevæger sig langs grænsefladen mellem det tynde polymerlag og aluminiumssubstratet.

Fordi polymeren kun var nanometer tyk, det tog meget kort tid at ændre sin ladningstilstand og derfor dens optiske absorption af farvet lys.

Imidlertid, fordi lyset rejste en forholdsvis lang strækning langs overfladen af ​​aluminiumsspalterne belagt med den tynde polymer, det så et meget tykkere polymerlag. Materialet blev en ønskværdig dyb sort, da en lille elektrisk strøm sendt hen over toppen af ​​spalten afbrød det indkommende lys, og gjorde det på millisekunder. Da strømmen blev slået af, lysfrekvenser passerede gennem spalterne og tændte øjeblikkeligt pixlen. Som en ekstra bonus, fordi de omhyggeligt adskilte spalter kun slipper lys ind med en bestemt frekvens, en enkelt slags polymerbelægning tjente som en neutral part til at levere alle tre udstrålede farver.

"Disse meget billige, lyse, lavenergimikropixels kan tændes og slukkes på millisekunder, gør dem til at passe til kandidater for at give forbedret visning på fremtidige generationer af skærme og skærme, " sagde Talin. "Nanospalterne forbedrer den optiske kontrast i et tyndt elektrokromt lag fra cirka 10 procent til over 80 procent."