Une image de microscopie optique d'un logo U-M de 12 par 9 microns produit avec ce nouveau processus de filtre de couleur. Crédit :Jay Guo
Dans une démarche vers plus d'efficacité, écrans d'affichage plus petits et plus haute définition, un professeur de l'Université du Michigan a développé un nouveau type de filtre coloré composé de feuilles de métal nano-fines avec des grilles espacées avec précision.
Les grilles, découpé en empilements métal-diélectrique-métal, agissent comme des résonateurs. Ils piègent et transmettent la lumière d'une couleur particulière, ou longueur d'onde, dit Jay Guo, professeur agrégé au Département de génie électrique et d'informatique. Un diélectrique est un matériau qui ne conduit pas l'électricité.
"Simplement en changeant l'espace entre les fentes, nous pouvons générer différentes couleurs, " a déclaré Guo. " Grâce à la nanostructuration, nous pouvons rendre la lumière blanche de n'importe quelle couleur."
Un article sur la recherche est publié le 24 août dans Communication Nature .
Son équipe a utilisé cette technique pour créer ce qu'elle pense être le plus petit logo U-M en couleur. À environ 12 par 9 microns, c'est environ 1/6 de la largeur d'un cheveu humain.
LCD conventionnels, ou des écrans à cristaux liquides, sont inefficaces et nécessitent une fabrication intensive à produire. Seulement 5 % environ de leur rétro-éclairage les traverse et atteint nos yeux, dit Guo. Ils contiennent deux couches de polariseurs, une feuille de filtre couleur, et deux couches de verre à électrodes en plus de la couche de cristaux liquides. Colorants chimiques pour le rouge, les composants de pixels verts et bleus doivent être modelés dans différentes régions de l'écran en étapes distinctes.
Le filtre de couleur de Guo agit simultanément comme un polariseur, éliminant le besoin de couches polarisantes supplémentaires. Dans les écrans de Guo, la lumière réfléchie pourrait être recyclée pour économiser une grande partie de la lumière qui serait autrement gaspillée.
Image de microscopie optique de sept filtres colorés éclairés par la lumière blanche du microscope. Crédit :Jay Guo
Étant donné que ces nouveaux affichages contiennent moins de couches, ils seraient plus simples à fabriquer, dit Guo. Les nouveaux filtres de couleur ne contiennent que trois couches :deux tôles métalliques prenant en sandwich un diélectrique. Rouge, les composants de pixels verts et bleus pourraient être fabriqués en une seule étape en découpant des matrices de fentes dans la pile. Cette structure est également plus robuste et peut supporter une lumière plus puissante.
La lumière rouge émane de fentes distantes d'environ 360 nanomètres ; vert de ceux distants d'environ 270 nanomètres et bleu de ceux distants d'environ 225 nanomètres. Les réseaux espacés différemment captent essentiellement différentes longueurs d'onde de lumière et transmettent par résonance à travers les empilements.
"Étonnamment, nous avons constaté que même quelques fentes peuvent déjà produire une couleur bien définie, qui montre son potentiel pour l'affichage et l'imagerie spectrale à très haute résolution, " dit Guo.
Les pixels des écrans de Guo sont environ un ordre de grandeur plus petits que ceux d'un écran d'ordinateur typique. Ils sont environ huit fois plus petits que les pixels de l'iPhone 4, qui sont d'environ 78 microns. Il envisage que cette taille de pixel pourrait rendre cette technologie utile dans les écrans de projection, ainsi que portable, écrans pliables ou extrêmement compacts.
L'article s'intitule "Nano-résonateurs plasmoniques pour le filtrage des couleurs à haute résolution et l'imagerie spectrale".
Guo est également professeur agrégé au Département de science et d'ingénierie macromoléculaires. Cette recherche est financée en partie par l'Air Force Office of Scientific Research et la Defense Advanced Research Projects Agency. L'université poursuit la protection par brevet de la propriété intellectuelle et recherche des partenaires de commercialisation pour aider à mettre la technologie sur le marché.
