中山大學材料科學與工程學院教授金崇君、副教授沈楊團隊在國家自然科學基金等項目的資助下，基于液晶調控的超表面動態結構色研究中取得重要進展，成功開發出一種高性能的液晶驅動動態顯示器件（LC-SNA）。近日，相關成果發表于《先進功能材料》。
液晶/超表面動態顯示器件的結構示意、調控機制及其顯示效果。研究團隊供圖
色彩不僅是美麗世界的重要載體，也是最能觸動人類感官的視覺元素。自然界是創造結構色的大師，例如，覆蓋在蝴蝶翅膀上數以萬計的鱗片，演變出形態各異的微納結構，并呈現出絢麗無比且復雜精細的色彩。光學超表面作為一種亞波長人工結構，能夠在微納尺度上靈活調控光與物質相互作用，因此成為獲得高質量結構色的重要途徑。
然而，超表面本身是靜態（或者無源）的，其結構一旦制備完成，顯色特性就被確定下來，限制了其在動態顯示和實時色彩調控等方面的應用。為了突破這一瓶頸，研究者嘗試將主動介質（例如相變材料、金屬氫化物、電致變色聚合物等）與超表面結合，或者直接改變超表面結構單元的幾何形態，來實現可調的顏色變換。盡管這些主動和可重構的超表面在色調以及飽和度的調控上取得了顯著進展，但實現色彩的HSB完全調控（即色調H、飽和度S和亮度B的獨立調節）仍然是一個很大的挑戰。
為了解決上述問題，研究人員開發了一種高性能的液晶驅動動態顯示器件，將扭曲向列液晶的偏振調控與銀納米凹槽陣列的表面等離激元諧振有效結合，成功構建了一個同時兼具廣色域、高亮度、高飽和度的結構色產生及其HSB完全調控的新機制。
液晶驅動動態顯示器件由銀納米凹槽陣列和扭曲向列液晶盒級聯而成。在外部電場或者加熱作用下，液晶分子重新取向，導致液晶調制的幾何相位和銀納米凹槽陣列誘導的共振相位發生改變，從而最終改變出射光的偏振態。實驗結果表明，在交叉極化的偏振條件（起偏器和檢偏器的方向正交）下，該顯示器件展現了優異的色彩純度（在整個可見光譜范圍內諧振峰平均線寬小于30 nm）、更廣的色域范圍（約50% sRGB）和更高的開關對比度（約41.3），超越了現有的液晶超表面動態結構色調控技術。
該研究還提出了一種基于子像素的混色策略。通過連續調節三原色RGB子像素的面積占比，在色域內實現任意顏色的混合，從而最終實現HSB完全調控。基于這一策略，成功實現了高分辨（像素尺寸為6 μm×6 μm，對應像素密度為4233 PPI）的電/熱驅動的照片級動態納米打印。這些結果表明液晶驅動動態顯示器件在納米彩色打印、全彩微納動態顯示和光學防偽加密等領域有著廣泛的應用前景。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202415104
本文鏈接：學者開發出高性能的液晶驅動動態顯示器件http://www.lensthegame.com/show-11-16441-0.html
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