科學研究 - 可表現水彩暈染效果的省電EC顯屏

日本物質材料研究機構（NIMS）與早稻田大學和多摩美術大學合作，開發出了維持靜態影像顯示時無需電力，顯示螢幕形狀可自由加工、可表現自然色彩的柔性顯示螢幕。作為藝術表現嘗試，此次製作了通電即變紅葉的落葉狀顯示螢幕。這個帶蟲眼兒的落葉狀顯示螢幕隻需微弱的電流，樹葉的顏色會像大自然中的紅葉一樣逐漸變紅，關閉開關後也能保持著色的狀態。另外，若施加逆向電流的話，樹葉還能再逐漸恢復為綠色，從而獲得了超越自然的效果，有望超越現已存在的數字藝術，帶來新的可能。

隨著4K和8K等顯示螢幕的超高解析度化及影像處理技術的進步，數字藝術創作獲得了蓬勃發展。但由於以往的藝術表現是在液晶或有機EL等顯示螢幕上進行，器件固有的物理參數限制了創意和藝術表現力，比如四方的形狀和網格狀排列的畫素概念、顯示圖像始終需要通電、色彩也受限於數字化所能表現的狀態、以及噪音和沒有偶然性帶來的意外驚喜等。

此次，研究團隊利用隻需微弱電流顏色就會發生變化的電致變色材料（有機/金屬混成聚合體）和柔性透明電極基底層，成功開發出了可再現紅葉自然顏色變化的無限解析度落葉狀顯示螢幕（圖1）。用雷射將柔性透明電極加工成落葉狀，並製成固體器件，然後實施電極布線加工，再結合葉脈製作等技術，成功製作了此次的顯示器件。紅葉的水彩暈染變色效果是通過對EC材料進行多重塗覆再現的。另外，在變紅後還可以再次恢復為綠色，切斷電源後也能保持斷電時的著色狀態。

圖1：通電後逐漸變成紅葉的葉狀EC器件

液晶和有機EL顯示螢幕主要配備於個人電腦和智慧型手機等，作為日常生活中的通信工具得到廣泛使用。同時，利用這些顯示螢幕的數字藝術創作越來越多。隨著4K和8K等圖像超高解析度的實現以及圖像數文字處理技術的成熟，各種各樣的藝術表現形式應運而生。但研究團隊擔心，對現有顯示螢幕的依賴可能會將人的想法封閉在顯示螢幕的「框架内」，從而導致現代人創意和構思變得貧瘠。

自然界的很多現象都無法在液晶或有機EL顯示螢幕的「框架内」重現。例如，在柔性顯示螢幕上切割、彎曲或打孔，實現類似暈染的表現和顏色緩慢變化的表現，切斷電源後仍然保留顯示等。這種「軟顯示螢幕」的出現有望擴大藝術表現，以及掀起日常生活中整體視覺表現範式轉換的可能性。

＜研究内容與成果＞

為展現此次開發的器件特點，作為具備漸變效果的省電型軟顯示螢幕的藝術表現嘗試，研究團隊最終選擇了自然界逐漸變紅的落葉作為對象並進行了開發。器件結構如圖2所示，在帶低電阻透明電極膜的2枚柔性PET薄膜之間，設置了EC層（有機/金屬混成聚合體層）、電解質層和對電極材料層。組裝前，用雷射將2枚柔性透明電極基底層加工成落葉的形狀。在其中1枚上多層塗覆EC材料，實現顏色漸變。在另一枚基底層上塗覆了對電極材料。最後用粘性電解質層將2枚基底層粘合，使器件變成固體狀態。再進行電極布線加工及葉脈製作等最終加工，落葉器件完成。

圖2：葉式EC器件的截面結構

此次EC材料使用了含釕離子的有機/金屬混成聚合體（圖3）。這種聚合體具備金屬離子與有機配體通過形成錯合物交互連接的結構。當釕離子為2價的氧化狀態下，電荷會從金屬離子向有機配體移動並被吸收，由此顏色呈橙色。向該聚合體膜施加1V以上的電壓，2價釕會氧化為3價，顏色會由橙色變為淡綠色。以電化學方式改變釕離子的氧化狀態，實現了葉子前後顏色變化。