可以同時產生三原色的顯示器像素

■美國中佛羅里達大學研發出可以涵蓋整個可見光波段顏色的單一像素,未來的顯示器或許不再需要使用三原色混出其他顏色了。

圖片來源:Franklin, Daniel, Russell Frank, Shin-Tson Wu, and Debashis Chanda. "Actively addressed single pixel full-colour plasmonic display." Nature Communications 8 (2017).

撰文|方程毅

顯示器,或者螢幕,是由像素(pixel)構成,這些影像顯示的基本單位會決定螢幕的品質。一般來說一個像素還包含三個次像素(subpixel),也就是紅綠藍。顯示器有三原色,若需要顯示其他顏色,只要調整三原色混合的比例即可。目前市面上的液晶螢幕是利用白色背光板,通過紅綠藍的濾片產生這三個顏色,液晶的功用是調節三原色的光量。另一種正在發展的技術為量子點顯示器,我們曾在<先別說液晶顯示器了,你聽過量子點顯示器嗎?>一文介紹過。但這兩種技術都必須要使用次像素才能混出不同顏色的光。如果有一個像素,本身就可以發出所有可見光的顏色,一個像素的體積便可以瞬間減為三分之一,原本一個像素包含紅綠藍三個次像素,現在一個像素就解決了。

美國中佛羅里達大學(University of Central Florida) Debashis Chanda教授便進行相關研究,他們利用金屬電漿子的特性加上液晶旋轉的角度,讓一個像素在不同的偏壓下可以發出涵蓋整個可見光波段的顏色,其結果發表在《自然‧通訊》(Nature Communications)

這項研究奠基於兩年前同樣刊登在《自然‧通訊》(Nature Communications)的另一篇論文。我們也曾經在<「行動變色龍」:奈米科技讓你可以隨時改變衣服上的圖案>介紹。 他們製造出類似超市裝雞蛋盒子的形狀(如圖)。並在這個結構上鍍一層30奈米的鋁,當鋁鍍在具有週期性的結構上時,會具有電漿子的特性。電漿子的形成原理這裡不深究,但它的行為我們可以稍微了解一下。當一到白光照到這個結構上時,蛋盒狀鋁結構的電漿子會因為周圍環境的不同而反射不同顏色回去。所以只要能夠控制鋁結構的周圍環境,就有機會可以調整反射光的顏色,而液晶剛好能做到這點。當液晶受到偏壓而改變方向時,其折射率會產生變化(因為液晶具雙折射性),當鋁結構發現身處環境的折射率產生變化時,電漿子作用的波段就不同,像素顏色便可以進行調控。

可以調控當然很好,但調控的光波長範圍才是關鍵。若是只能從紅色調到黃色,卻到不了藍色,一且都是白搭。一開始,研究團隊便遇到這樣的問題,但他們隨後發現,這一層30奈米鋁薄膜的品質,是其中的關鍵。如果鋁薄膜品質太好,能調控的範圍比較窄:他們刻意讓鋁薄膜稍微有點粗糙,讓電漿子的特性因為入射光的偏振性有所改變,反而能讓調控的範圍涵蓋整個可見光波段。

論文第一作者Daniel Franklin表示:「一個不需要三原色次像素的顯示器會大大提升解析度。」而由於這項研究也使用液晶,因此並不是完完全全顛覆了整個顯示器工業的基本架構。Daniel Franklin還說:「這項技術讓我們能夠使用已經發展多年的LCD面板技術,我們不需要改變所有工程細節去製造它。」

 

原始論文:Franklin, Daniel, Russell Frank, Shin-Tson Wu, and Debashis Chanda. "Actively addressed single pixel full-colour plasmonic display." Nature Communications 8 (2017).

參考資料:

  1. Franklin, Daniel, Yuan Chen, Abraham Vazquez-Guardado, Sushrut Modak, Javaneh Boroumand, Daming Xu, Shin-Tson Wu, and Debashis Chanda. "Polarization-independent actively tunable colour generation on imprinted plasmonic surfaces." Nature communications6 (2015).
  2. UCF Today: UCF Research Could Bring ‘Drastically’ Higher Resolution To Your Phone and TV

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作者:方程毅 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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