能發出三原色的單一像素

生活科學趣談

可以同時產生三原色的顯示器像素 – 台大科教中心發布於

目前全彩LED最小仍有 1mm × 1mm(註:Micro LED 可達0.1mm,但還未正式商用),因此比較適合應用在大尺寸的廣告牆

至於目前常見的LED電視,這並不是發光二極體面板,僅僅只是使用LED當作背光源來取代冷陰極螢光燈管(CCFL)

其面板仍然是液晶螢幕,每一個像素則是由各自發出紅綠藍的三個次像素(Subpixel)組合而成,然後藉由此三原色的混比來得出全彩圖像

台大科教中心這篇文章所提及的「電漿子」,維基條目如是說:「電漿子在金屬的光學性質中扮演了很大的角色。光的頻率若是在電漿頻率之下,則會被反射,因為金屬中的電子屏蔽了光的電場。光的頻率若是高於電漿頻率則會透射,因為電子回應得不夠快而不能屏蔽它。在大多數的金屬中,電漿頻率接近紫外線的頻率,反射了可見光讓它們看起來很閃亮。一些金屬如銅和金,在可見區中有電子帶間過渡,藉此吸收某些能量的光,讓它們擁有獨特的顏色。」簡單的說,電漿子就是金屬內部自由電子集體振盪的現象;表面電漿子則是金屬表面的自由電子集體振盪,亦即金屬材料結構尺寸縮小至比可見光波波長小時,會造成自由電子與外加電磁場(ex.可見光)之間的交互作用,使金屬材料產生新穎的光學特性,這個現象就是「表面電漿子共振效應」。目前,此效應已被應用於控制材料的顏色,藉由操控粒子的尺寸與形狀即可耦合出不同的表面電漿子類型。入射光與金屬奈米顆粒表面的自由電子之交互作用,一個著名的例子是巴黎聖母院的玫瑰窗,這些鮮豔的色彩即是藉由不同尺寸大小的黃金奈米顆粒膠體來實現

Why gold nanoparticles are more precious than pretty gold

回來看這篇發表在 Nature 的論文《Actively addressed single pixel full-colour plasmonic display

上圖的結構自上而下分別是:偏振片、玻璃、ITO導電鍍膜、聚醯亞胺配向膜(經由摩擦使液晶分子沿著一定方向排列)、雙折射率液晶層、奈米結構鍍鋁光柵。電壓則施加在ITO與光柵基板之間,未施加電壓時反射出藍色或紅色(依入射光偏振方向而異),不同電壓下的反射光譜則為↓

由於液晶的雙折射特性,它由橫向排列轉到縱向排列時就會出現折射率不同程度的變化,因此就能改變下方奈米結構的 表面電漿共振 之模態,從而產生不同的表面顏色。這篇研究論文展現了單一像素全色變色表面的調控潛力,而且只須透過不同的電壓即可達成。

電漿子奈米結構具有超小像素的優點,但這得藉由反射才能達成顯色的功能,因此就無法使用傳統液晶螢幕的背光模組。這不禁令人回憶起早期電子錶使用的TN液晶顯示器只能顯示明暗黑白,夜晚要看時間得按光源開關來反射顯示。不過這項能發出三原色的單一像素技術一旦開始商用,除了能大幅提升面板的解析度(4K手機螢幕?),應也能大幅降低手機最大功耗的螢幕耗電量,因為它得在陽光下運作^^

延伸閱讀

淺談液晶顯示器