我院洪明辉团队与大连理工大学联合报道了一种基于硫族玻璃梯度谐振腔的非易失动态显示技术

Opto-Electronic Advances

厦门大学洪明辉院士团队与大连理工大学曹暾教授团队联合报道了一种基于硫族玻璃梯度谐振腔的非易失动态显示技术，实现了亚衍射分辨率彩色图像的动态显示。该技术无需光刻，具有低成本的特点，为动态结构色显示技术提供了新思路，在彩色显示、防伪等领域具有广泛应用前景。

文章 | Liu K, Lin ZY, Han B et al. Non-volatile dynamically switchable color display via chalcogenide stepwise cavity resonators. Opto-Electron Adv 7, 230033 (2024).

第一作者：刘宽通信作者：曹暾 教授，洪明辉 院士

研究背景

在彩色显示技术领域，传统的彩色显示技术采用染料、色素等色彩吸收材料进行光谱滤波显色，存在使用寿命较低、褪色、不环保、色彩串扰等问题，造成色彩吸收材料在高分辨显示、成像等应用上面临较大的挑战。对比传统显色技术，通过结构产生的色彩即结构色，如彩虹与肥皂泡、孔雀羽毛与蝴蝶翅膀等，具有更高的亮度、更小的尺寸、不褪色、环保等特性，在彩色显示、成像技术、防伪技术上具有很大的优势。随着纳米加工技术的发展，具有高自由度光谱调控能力的人工纳米结构如超材料、超表面为结构色领域提供了一种新的技术手段。然而大部分结构色研究工作主要是设计单元结构的尺寸大小、形状以及周期等几何特征，基于等离子体共振等物理机制，产生多种颜色，缺乏有效的动态调控能力。具有色彩动态调控能力的结构色成为重要发展方向。目前基于液晶分子等光学参数动态可调材料的显示技术已展现出动态调控结构色的能力，但其存在颜色易失、耗能大、响应速度慢的问题，极大地限制了其应用场景。因此，如何实现非易失、快速、动态显示，仍然是一个挑战。

研究亮点

针对上述问题，厦门大学洪明辉院士团队与大连理工大学曹暾教授团队联合报道了一种基于硫族玻璃梯度谐振腔的非易失动态显示技术，实现了亚衍射分辨率彩色图像的动态显示。该技术主要基于金-硫族玻璃-空气的非对称法布里-珀罗（FP）谐振腔结构，通过飞秒激光改变表面硫族玻璃的厚度，构成梯度谐振腔，这种梯度式FP空腔阵列可以提供高对比度、鲜艳的颜色以及宽色域，并且颜色可以通过控制硫族玻璃的晶格结构进一步动态改变。这项新技术无需光刻，具有低成本的特点。

图1 基于硫族玻璃梯度谐振腔的动态彩色显示原理

研究人员还展示了该技术动态循环显色以及动态显示彩色图像的能力。通过调控激光的功率，循环调控硫族玻璃的晶格状态，实现样件青色和红色之间的循环变色。利用激光直写系统，制备出彩色“冰墩墩”和“DUT”图案，并通过加热实现“冰墩墩”和“DUT”变色，并且每种颜色状态无需能量维持，具有非易失特性。

图2 非易失动态彩色显示效果

该方法为动态结构色显示技术提供了新思路，在彩色显示、防伪等领域具有广泛应用前景。该成果以“Non-volatile dynamically switchable color display via chalcogenide stepwise cavity resonators”为题发表在Opto-Electronic Advances（光电进展）2024年第1期。