En evig strävan bland tillverkare och tittare är efter allt ljusare färger och bättre bilder för platta skärmar byggda av billigare material som också använder mindre elektricitet.

En spännande metod som upptäckts av Sandia National Laboratories-forskaren Alec Talin och medarbetare vid Center for Nanoscale Science and Technology vid National Institute of Standards and Technology kan vara nästa steg. Den använder supertunna lager av billiga elektrokroma polymerer för att generera ljusa färger som, för första gången, kan snabbt ändras. Arbetet rapporterades den 27 januari Naturkommunikation .

Elektrokroma polymerer i sig är ingen ny uppfinning. De ändrar färg som svar på en applicerad spänning och kräver bara energi när de växlas mellan färgat och transparent tillstånd. Men tills Talin och hans medarbetare, ingen hade kommit på hur man slår på och av elektrokroma på de millisekunder som krävs för att skapa rörliga bilder.

Problemet låg i polymerens tjocklek. Konventionella elektrokroma skärmar kräver tjocka polymerlager för att få bra kontrast mellan ljusa och mörka pixlar. Men tjocka lager kräver också långa diffusionstider för joner och elektroner att ändra polymerens laddningstillstånd, vilket gör dem endast användbara för statiska informationsskärmar eller mörkare fönster på en Boeing Dreamliner, inte på de millisekunder som behövs för en actionfilm eller ens en rundabordsdiskussion. Dessutom, en fullfärgsskärm kräver tre olika polymerer.

Forskarna kom runt snabbhetsproblemet med en liten men spektakulär innovation:De skapade uppsättningar av vertikala nanoskala slitsar vinkelräta mot riktningen för det inkommande ljuset. Slitsarna skars till ett mycket tunt aluminiumspår belagt med en elektrokrom polymer. När ljus träffade nanoslitsarna i aluminium, det omvandlades till ytplasmonpolaritoner (SPPs), som är elektromagnetiska vågor som innehåller frekvenser av det synliga spektrumet som färdas längs de dielektriska gränssnitten – här, av aluminium och elektrokrom polymer.

Avståndet mellan slitsarna i varje array (pitch) motsvarade exakt våglängderna för rött, grönt och blått ljus. Tonhöjden bestämde vilken våglängd – röd, blå eller grön – sändes ner genom arrayen, färdas längs gränsytan mellan det tunna polymerskiktet och aluminiumsubstratet.

Eftersom polymeren bara var nanometer tjock, det krävde mycket kort tid för att ändra dess laddningstillstånd och därför dess optiska absorption av färgat ljus.

Dock, eftersom ljuset färdades en relativt lång sträcka längs ytan av aluminiumslitsarna belagda med den tunna polymeren, den såg ett mycket tjockare polymerskikt. Materialet blev ett önskvärt djupt svart när en liten elektrisk ström som sändes över toppen av slitsen skar av det inkommande ljuset, och gjorde det på millisekunder. När strömmen togs bort, ljusfrekvenser passerade genom slitsarna och slog omedelbart på pixeln. Som en extra bonus, eftersom de noggrant åtskilda slitsarna bara släpper in ljus med en viss frekvens, en enda typ av polymerbeläggning fungerade som en neutral part för att leverera alla tre utstrålade färger.

"Dessa mycket billiga, ljus, lågenergimikropixlar kan slås på och av på millisekunder, göra dem lämpliga för kandidater för att ge förbättrad visning på framtida generationer av skärmar och displayer, " sa Talin. "Nanoslitsarna förbättrar den optiska kontrasten i ett tunt elektrokromt lager från cirka 10 procent till över 80 procent."