黑屏更黑!日美联合开发出能均等吸收所有颜色的黑色涂层材料

新技术 2018年10月04日
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日本东北大学与美国华盛顿大学以及日本电气硝子公司通过共同研究,开发出了能以均等强度强烈吸收所有可见光(波长400~700nm)的黑色涂层材料(图1)。如此一来,被视为液晶显示屏缺点的暗色显示将变得更加美观。而且,该涂层材料还能提高包括有机EL显示屏在内的所有显示屏的设计性。

日美联合开发出能均等吸收所有颜色的黑色涂层材料

图1:新开发的黑色涂层材料NbxTi1-xO2的外观和光吸收光谱

【研究背景和课题】

液晶显示屏难以完全遮蔽来自背照灯的强光,因此很难以高对比度再现高品质的黑色场景和夜景等暗色图像。此次,研发小组为了以较低的成本实现高品质的暗色显示,决定在顶板上涂覆包括黑色吸光层在内的防反光涂层(图2)。

要想实现黑色吸光层,就要新开发能以均等强度强烈吸收所有可见光(波长400~700nm)的黑色材料。因为目前的大部分黑色材料虽然能强烈吸收高能量的蓝色光,但对低能量的红色光的吸收能力较弱。所以需要开发能以全新机制均匀地强烈吸收所有可见光的材料。

日美联合开发出能均等吸收所有颜色的黑色涂层材料

图2:本研希望实现的以较低成本实现高品质暗色显示的方法

研究小组调查了利用脉冲激光沉积法在还原气氛中合成的各种氧化物的吸光特性,发现金红石型二氧化钛–铌固溶体(NbxTi1-xO2)能以均等强度强烈吸收所有可见光。通过适当控制这种材料的成分,可见光范围内的平均吸收系数可达到18~19μm-1,而且偏差可控制在1μm-1以下。另外,这种金红石型NbxTi1-xO2薄膜的表面粗糙度不到1nm,光滑度达到纳米级,因此可用于防反光涂层。

金红石型NbxTi1-xO2能以均等强度吸收所有可见光的主要原因是,这种材料同时具备强烈吸收还原二氧化钛(TiO2-x)的红色光的性质,以及强烈吸收在还原气氛中合成的二氧化铌(NbO2)的蓝色光的性质(图3)。TiO2-x中通过还原导入的电子表现为相对较自由的电子,因此可强烈吸收红色光。而NbO2通过还原形成特殊带隙,能相对比较强烈地吸收蓝色光。研究认为,金红石型NbxTi1-xO2同时具备这二者的性质,所以能以均等强度吸收可见光。

日美联合开发出能均等吸收所有颜色的黑色涂层材料

图3:TiO2-x、NbO2、金红石型NbxTi1-xO2薄膜的吸收光谱

文 客观日本编辑部

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