Structurele kleuring belooft de displaytechnologie van de toekomst te worden, omdat er geen vervaging is - er worden geen kleurstoffen gebruikt - en schermen met een laag stroomverbruik mogelijk zijn zonder een sterke externe lichtbron. Echter, het nadeel van deze techniek is dat als een apparaat eenmaal is gemaakt, het is onmogelijk om de eigenschappen ervan te veranderen, zodat de reproduceerbare kleuren vast blijven. Onlangs, een POSTECH-onderzoeksteam heeft met succes levendige kleuren verkregen door halfgeleiderchips te gebruiken - geen kleurstoffen - die zijn gemaakt door de menselijke hersenstructuur na te bootsen.

Het gezamenlijke onderzoeksteam van POSTECH, bestaande uit professor Junsuk Rho van de afdelingen werktuigbouwkunde en chemische technologie, Inki Kim, een student werktuigbouwkunde in de MS/Ph.D. geïntegreerd programma, samen met professor Yoonyoung Jung en masterstudent Juyoung Yun van de faculteit Electrical Engineering een technologie ontwikkeld die de structurele kleuren vrij kan veranderen met behulp van IGZO (Indium-Galium-Zinc-Oxide), een soort oxidehalfgeleider. IGZO is een materiaal dat veel wordt gebruikt, niet alleen in flexibele displays, maar ook in neuromorfe elektronische apparaten. Dit is de eerste studie waarin IGZO is geïntegreerd in nanoptica.

IGZO kan de ladingsconcentratie binnen een laag vrij regelen door het waterstofplasmabehandelingsproces, waardoor de brekingsindex in alle gebieden van zichtbaar licht wordt gecontroleerd. In aanvulling, nanoptische simulaties en experimenten hebben bevestigd dat de extinctiecoëfficiënt van zichtbaar licht bijna nul is, waardoor de realisatie van een overdraagbaar kleurenfilter in de doordringbare vorm mogelijk is, die uitzonderlijk heldere kleuren kan overbrengen met extreem weinig lichtverlies.

De op IGZO gebaseerde kleurfiltertechnologie die door het onderzoeksteam is ontwikkeld, bestaat uit een 4-laags (Ag-IGZO-SiO ₂ -Ag) meerlaags en kan levendige kleuren overbrengen met behulp van de Fabry-Perot-resonantie-eigenschappen. Experimenten hebben bevestigd dat naarmate de ladingsconcentratie van de IGZO-laag toeneemt, de brekingsindex neemt af, wat de resonantie-eigenschappen van licht dat selectief wordt doorgelaten kan veranderen.

Deze ontwerpmethode kan niet alleen worden toegepast op kleurfilters voor grootschalige displays, maar ook tot kleurendruktechniek van micro (11 ^-6 , miljoenste) of nano (10 ^-9 , miljardste) maten.

Om dit te verifiëren, het onderzoeksteam demonstreerde een kleurenprinttechnologie met een pixelgrootte van één micrometer (μm, een miljoenste van een meter).

De resultaten toonden aan dat de kleuren van de centimeter of micrometer grote kleurpixels vrij kunnen worden aangepast, afhankelijk van de ladingsconcentratie van de IGZO-laag. Er werd ook bevestigd dat de structurele kleur betrouwbaarder en sneller kan worden gewijzigd door de brekingsindex te wijzigen via de ladingsconcentratie in vergelijking met andere conventionele vaste-stofvariabele materialen zoals WO ₃ of GdOx.

"Dit onderzoek is de allereerste toepassing van IGZO op nanoptische structurele kleurenweergavetechnologie. IGZO is de volgende generatie oxidehalfgeleider die wordt gebruikt in flexibele displays en neuromorfe elektronische apparaten, " verklaarde professor Rho die het onderzoek leidde. Hij voegde eraan toe:"Naar verwachting zal deze technologie, waarmee het doorgelaten licht kan worden gefilterd door de ladingsconcentratie aan te passen, kan worden toegepast op de volgende generatie low-power reflecterende display- en anti-sabotage display-technologieën."