1.8. Технология p-Ink (Photonic Ink, фотонные чернила)

Строение фотонных кристаллов представляет собой частный случай периодической структуры — дифракционной решётки. При определённых условиях в среде распространения света (внутри кристалла) чередуются зоны, отражающие свет определённой длины волны (стоп-зоны) и зоны, пропускающие свет остальных длин волн. Иными словами, фотонный кристалл может являться оптическим фильтром. Искусственно меняя период структуры, мы можем заставить фотонный кристалл отражать свет строго заданного цвета. Примером фотонных кристаллов являются искусственные кристаллы опала.

Надо сказать, искусственные кристаллы опала — далеко не редкость. Сегодня с ними экспериментируют многие исследователи. Целью разработок ставится создание материалов и технологий для оптоэлектроники — низкопороговых лазеров, волноводов, оптических переключателей и так далее. Канадская компания Opalux нашла искусственным кристаллам иное применение — в качестве управляемой среды для создания малопотребляющих цветных рефлективных экранов.

В терминах компании Opalux технология называется P-Ink (Photonic Ink, фотонные чернила). Слой таких «чернил» представляет собой высокоупорядоченную структуру активного полимера, «решётка» которого может растягиваться или сжиматься под воздействием электрического тока. Обычно искусственный опал получают путём самоупорядочивания плотноупакованных частиц (шаров) субмикронного уровня (рис.14).

Рис. 14. Конструкция пикселя по технологии PInk.

Прикладывая к такой среде напряжение, мы заставляем полимер растягиваться. «Шары» деформируются, и это пространственное изменение приводит к тому, что длина волны отражённого света постепенно меняется от синего к красному и, наконец, возникает ситуация, когда структура перестаёт отражать свет видимого спектра — мы видим чёрный экран.

Несмотря на свою кажущуюся простоту, технология компании Opalux всё ещё находится на стадии опытной разработки. Насколько можно судить, за последние три года компания так и не достигла заметного прогресса в деле создания экранов на P-Ink. Между тем, полимерные кристаллы управляются чрезвычайно слабым сигналом — порядка полутора вольт при силе тока в несколько мкА — это позволяет говорить о сверхэкономичных экранах. Кроме того, компания обещает настолько усовершенствовать технологию, что экраны P-Ink смогут удерживать заданный цвет без подачи питания — приобретут эффект памяти.

Простота конструкции экранов P-Ink — залог дешевизны и абсолютной гибкости. Плёнки из опалоподобных полимерных структур, например, могут стать второй «кожей» для электронных устройств, меняющей цвет по заданному сценарию или под воздействием внешних температур. В качестве дисплеев технология Opalux сулит высокую яркость и эффективность, ведь каждый пиксель P-Ink способен изменять цвет равномерно на всей своей площади безо всяких накладных цветных фильтров. Единственный серьёзный минус технологии Opalux, не считая её явной незрелости, заключается в очень медленной реакции экрана.

1.9. Электрохромные экраны

В общем случае электрохромный дисплей опирается на так называемые окислительно-восстановительные реакции и состоит из пары управляющих электродов: светомодулирующего электрода и противоэлектрода. Электроды могут располагаться, как в виде бутерброда, так и горизонтально, как показано на примере строения пикселя согласно технологии компании Acreo (рис.15).

Рис. 15. Технология компании Acreo.

Прозрачный электрод на схеме — светомодулирующий с покрытием электрохромной плёнкой, непрозрачный — противоэлектрод, обычный проводник. К обоим подводится напряжение. Весьма малое, надо отметить — порядка 1 В с силой тока чуть более сотни микроампер. Обязательным условием для электрохромных дисплеев является наличие электролита между электродами: жидкого, полимерного или твёрдого. Во время подачи питания электролит снабжает светомодулирующий слой протонами, а подложка — электронами, или, наоборот, выводит их из слоя при смене полярности питания. В процессе насыщения частицами светомодулирующий слой принимает тем более тёмную окраску, чем дольше процесс или его интенсивность (приложенное напряжение). При смене полярности управляющего питания электроны и протоны выводятся из светомодулирующего слоя, и он снова становится прозрачным.

Сняв питание с электродов, мы оставляем светомодулирующий слой с окраской такой интенсивности, которая наблюдалась на момент снятия напряжения — в этом проявляется эффект памяти. Отметим, что современные электрохромные дисплеи имеют синюю окраску. Это связано с тем, что в качестве светомодулирующего материала используются плёнки триоксида вольфрама (WO3) или комбинация виологена в соединении с диоксидом титана (TiO2). Оба материала дают контрастное тёмно-синее изображение на светло-сером фоне.