纳米金属光栅的光谱调控特性及其用于电浸润显示器件的研究

Portable and slim falt-panel displays have been dominant in the display market. The merging of multiple display techniques is the trend for realizing power efficient, fast response and wide environmental adaptability. In order to reduce the power consumption, absorptive colorfilter and polarizer in LCDs and pixel dye in Electro-wetting displays should be taken place by unabsorptive ones. Due to the surface plasmon, waveguide, and Fabri-Perrot resonances, sub-wavelngth metallic nanowire gratings have peculiar characters of unabsorptive colorfilter and polarizer, whcih are suit to the application in displays. One dimensional metallic grating can achieve integrated polarizers and colofilrters; two dimensional one has the colorfilter effecrt. The surface plasmon reaonance is sensitive to the ambient dielectric constants, thus colorfilter array can be achieved by setting different materails on top of the gratings. The nanowire gratings have the advantage of hydrophobicity. By electro-wetting technique, the surface area of the liquid drops can be modified, so does the refravtive index, thus the reanonant colors of the nanowire gratings can be dynamically tuned as a new concept of dispaly device; For improving the quality of fabricated samples thus boosting the mass production,the nano imprinting and metal etching process will be investigated. This project will bring abou several keen patents and techniques to contribute to the reseach for the next generation mobile displays.

便携、轻薄的移动平板显示器已经成为市场的主流。多种显示技术的融合是实现节能、快速刷新和高环境适应性移动显示的趋势。为了降低能耗，需要取代传统液晶的吸收型彩色滤光片、偏振片和电浸润显示的像素染料。亚波长纳米金属光栅由于表面等离子体、波导和F-P腔共振效应,具有非吸收的彩色滤光和偏振特性,可提高显示器件光学效率。一维亚波长金属光栅可实现非吸收的彩色滤光和偏振集成；二维结构可实现非吸收彩色滤光。针对表面等离子体共振对临近材料介电常数敏感的特性，申请人提出利用不同材料覆盖同一光栅结构实现不同颜色的彩色滤光阵列；纳米金属光栅还具有疏水优势，可提高电浸润的图像刷新速度和对比度，利用电浸润技术改变纳米金属光栅表面液体面积,实现基于光栅光谱动态可调的新型显示器件。探索高质量样品加工的纳米压印和金属刻蚀工艺，推进纳米金属光栅制备的量产化。项目将获得核心专利多项，为我国下一代的新型便携式显示技术研究做出贡献。

降低功耗、提高待机时间对于移动显示有着重要的意义，目前为止的液晶和有机发光显示技术理论效率都低于15%，这就造成了设备待机时间短、使用不便。尽管电泳式反射显示技术由于不需要背光源，具有功耗低、待机时间长和阅读舒适等优点，但由于其响应速度慢，无法播放视频，而大大限制其应用。基于动态改变接触角的电浸润显示很好地客服了电泳式响应速度慢问题，可实现视频播放，并且利用染料油墨可以实现全彩色显示。但由于其工作原理所限制，其黑态显示困难、结构复杂并且像素分辨率低。为了克服以上困难，我们提出了基于纳米金属光栅表面等离子体共振变色机制的新型电浸润显示技术，该器件的显示指数在理论色域上可以达到89%，对比度可以达到100:1以上。而在实验结果上，我们展示了利用电浸润改变液滴面积来实现光谱颜色改变的可行性，黑白对比度更是达到了120:1。以上的这些结果为后续的低功耗电子书技术提供了新颖的变色机制。本项目也加深了我们在纳米金属光栅光学机理的认识。基于非共振机制的金属-介质-金属等离子体波导对TE光的截止效应，我们设计和制备一种基于亚波长金属光栅的TE反射/TM衍射信息的新型偏振分束器，实现了TE和TM反射光的偏振相关颜色调制，并且在光学防伪上获得产业化应用。项目总共发表论文13篇（SCI论文9篇），国家会议论文6篇，获得国家发明专利授权8项，产业化转让5项。