Experimentella resultat av färgutskrifter i mikrostorlek. Enheten består av fyra lager inklusive topp- och bottenlager av Ag som omger IGZO och SiO 2 skikten. Färgpixlarna tillverkades genom en FIB-process efter avsättning av en 180 nm tjock SiO 2 lager. Kredit:Junsuk Rho (POSTECH)
Strukturell färgsättning lovar att bli framtidens bildskärmsteknik eftersom det inte finns någon blekning – den använder inga färgämnen – och möjliggör lågeffektsskärmar utan en stark extern ljuskälla. Dock, Nackdelen med denna teknik är att när en enhet väl är tillverkad, det är omöjligt att ändra dess egenskaper så de reproducerbara färgerna förblir fixerade. Nyligen, ett POSTECH-forskarteam har framgångsrikt erhållit levande färger genom att använda halvledarchips – inte färgämnen – gjorda genom att efterlikna den mänskliga hjärnans struktur.
POSTECHs gemensamma forskargrupp bestående av professor Junsuk Rho från avdelningarna för maskinteknik och kemiteknik, Inki Kim, en maskiningenjörsstudent i MS/Ph.D. integrerat program, tillsammans med professor Yoonyoung Jung och masterstudent Juyoung Yun från institutionen för elektroteknik utvecklat en teknik som fritt kan ändra strukturfärgerna med hjälp av IGZO (Indium-Galium-Zinc-Oxide), en typ av oxidhalvledare. IGZO är ett material som används i stor utsträckning inte bara i flexibla displayer utan även i neuromorfa elektroniska enheter. Detta är den första studien som införlivar IGZO i nanoptik.
IGZO kan fritt kontrollera laddningskoncentrationen i ett lager genom väteplasmabehandlingsprocessen, därigenom kontrollerar brytningsindexet i alla områden av synligt ljus. Dessutom, nanoptiska simuleringar och experiment har bekräftat att extinktionskoefficienten för synligt ljus är nära noll, På så sätt möjliggörs realiseringen av ett sändbart färgfilter i den genomträngliga formen som kan överföra exceptionellt klara färger med extremt låg ljusförlust.
Den IGZO-baserade färgfilterteknologin som utvecklats av forskargruppen består av ett 4-lager (Ag-IGZO-SiO 2 -Ag) i flera lager och kan överföra levande färger med Fabry-Perots resonansegenskaper. Experiment har bekräftat att när laddningskoncentrationen av IGZO-skiktet ökar, brytningsindexet minskar vilket kan ändra resonansegenskaperna hos ljus som selektivt transmitteras.
Denna designmetod kan tillämpas inte bara på färgfilter för storskaliga skärmar, men också till färgtrycksteknik för mikro (11 -6 , miljonte) eller nano (10 -9 , miljarddel) storlekar.
För att verifiera detta, forskargruppen demonstrerade en färgutskriftsteknik som har en pixelstorlek på en mikrometer (μm, en miljondels meter).
Resultaten visade att färgerna från de centimeter- eller mikrometerstora färgpixlarna kan justeras fritt beroende på laddningskoncentrationen i IGZO-skiktet. Det bekräftades också att den strukturella färgen kan ändras mer tillförlitligt och snabbare genom att ändra brytningsindex via laddningskoncentration jämfört med andra konventionella variabla material i fast tillstånd som WO 3 eller GdOx.
"Denna forskning är den allra första tillämpningen av IGZO på nanoptisk strukturell färgdisplayteknologi. IGZO är nästa generations oxidhalvledare som används i flexibla bildskärmar och neuromorfa elektroniska enheter, " sade professor Rho som ledde forskningen. Han tillade, "Det förväntas att denna teknik, som möjliggör filtrering av det transmitterade ljuset genom att justera laddningskoncentrationen, kan appliceras på nästa generations reflekterande display- och anti-manipuleringsteknik med låg effekt."
