屏幕是我们操控电子设备的最直接的方式之一，但同时也是电子设备的耗电大户。
正因为如此，电子墨水屏成功凭借其超低的耗电量以及良好的观感等特性而获得了重用。电子墨水屏也是Kindle电子书大卖的秘诀之一。
现阶段屏幕厂商们主要问题是，如何在色彩、续航以及厚度三项指标之间取得平衡。但这一问题将随着一种全新超薄柔性屏幕的问世而化解。
英国《每日邮报》报道，瑞典查尔姆斯理工大学(Chalmers University of Technology；CUT)在将导电聚合物放置在纳米层上时意外得到了一种性能超赞的新型软性电子纸(e-paper)像素单层作为概念验证。因为聚合物自身具有吸光特性，所以会影响颜色的呈现，可以通过人工干预可以显示出各种色彩效果。
这种屏幕具有以下几个特点：依靠反射环境光而产生颜色，在强光下仍然表现出色；而且厚度只有一微米，可以弯折。也就是说，这项技术顺便带来了分辨率大突破——提高到分子级别，相比之下2k、4k都弱爆了。
这项主题为《电浆子超颖表面与复合聚合物实现彩色软性电子纸》(Plasmonic Metasurfaces with Conjugated Polymers for Flexible Electronic Paper in Color)的研究刊载于最新一期的《先进材料( Advanced Materials)》学术期刊上。该校研究人员Andreas Dahlin与博士研究生Kunli Xiong共同发表了一种看似简单的反射式显示架构。
研究人员们采用兼容于大面积与塑料薄膜的平行微影工艺步骤，创造出电浆子超颖表面，其组成成份包括：银的基础反射层(150nm)、氧化铝制造的间隔层(厚度由Fabry–Perot干涉现象取得的反射色彩所决定)，以及具有150nm间距纳米孔洞的20nm金层。
透过氧化铝的沉积过程，基底电浆子超颖表面的反射颜色可在整个颜色光谱上发生变化，在40到95nm的不同厚度范围，分别表现出红、绿、蓝(48nm、93nm、83nm)的三原色。
a) 超颖表面示意图；及其b) 纳米孔洞的电子显微镜图；c) 在样本PET上依 不同氧化铝厚度产生的调色盘；d) 在环境光线下的三原色样本图；e) 依不同角度在空气中反射出红、绿、蓝三原色光谱
“金薄膜中的纳米孔数组增强了着色，因为它能够耦合到表面电浆子，并提供强大的共振散射，”研究人员在文中解释。
为了控制反射率并使反射颜色“开启”和“关闭”，研究人员以掺杂的聚吡咯薄膜覆盖电浆子超颖表面，形成共轭导电聚合物，使其能以电性调节其光学吸收性。最后再以液体电解质完成此“像素电路”，使其得以在1V偏压时“开启”或“关断”(当超颖表面吸收光线时呈现黑暗状态)。
透过施加电位，调节金纳米孔洞数组顶部聚合物层的光吸收性，即可控制反射层
在实验时，研究人员表征电浆子超颖表面的样本，形成50μm像素的三原色——红绿蓝，实现与一般打印机墨水所产生的相同反射率与对比度，并可达到60°视角以取得正确的颜色外观。此外，它还提供了理想的对比度，以及超过90%无关偏振的谐振反射，使得电子纸可实现数百毫秒的响应时间，并以每平方厘米小于0.5mW 的功耗作业。
透过RGB像素构图可制造出二次混色。图右的样本因不同的电压而异
该研究结果显示，由于具有低电压以及聚合物薄膜，使其表现出比发射式显示器更低10倍的功率密度，也远比现有的电泳显示器更低得多。同时，研究人员采用的微影工艺步骤能轻松地使像素微缩至几微米，从而使显示器的最高分辨率达超过104 dpi。
虽然这种显示器并非完全双稳态，而且需要电压电占来维持其“导通”状态，但其漏电流密度非常低，在1.0V电压下大约还不到400 microA/cm^2。 然而，CUT副教授Andreas B. Dahlin指出，“这种聚合物能维持其氧化状态，即使电压中断5到10秒也不受影响，而且这可能还能使用电解质进一步改善。”
研究人员表示：“这种纸 一样超薄的显示器工作原理和Kindle电墨水屏类似。普通显示器是用电来点亮相素颗粒，而Kindle是靠反射环境光来呈现颜色。”普通屏幕在阳光下变得一抹黑，因为没有屏幕的光能够跟阳光媲美，而kindle能够模仿纸面显示，在强光下表现依然出色。
Kindle由于其独特的屏幕特性，只在页面刷新的时候才会耗电。Kindle逆天的电池寿命一直是科技控讨伐手机续航的痛点，而研究人员表示他们所开发这种新技术的耗电量比Kindle更上一层，仅为后者的十分之一。
目前，研究人员在实验通过模拟LED参杂红、绿、蓝像素的方式来显示颜色，在未来会探索更广阔的显示方式。而这种新屏幕距离真正的商用还有一段距离。“这是很基础层面的研究。研究的完成度令人欣喜，距离大规模应用和上市应该为时不远。我们需要更多工程师的帮助来优化工作机制。”研究组成员之一的Dahlin说。
研究人员表示，这项显示技术不仅功耗低，而且兼具色彩鲜艳性和移动灵活性(可卷曲折叠)，未来还可以被用在户外显示屏上。
目前实验室的过程中使用了金银等贵金属，这并不利于工业量产。研究人员正在寻找替代的材料和解决方案。
“其他聚合物可能具有更好的对比度以及不同的电解质，”Dahlin总结道。至于潜在的工业化，诸如石烯或氧化铟锡等透明的软性导体，可用于作为相对于超颖表面且封装电解质薄层的反电极。
本文授权编译自EE Times，版权所有，谢绝转载
关注最前沿的电子设计资讯，请关注“电子工程专辑微信公众号”。
