日本物质材料研究机构（NIMS）与早稻田大学和多摩美术大学合作，开发出了维持静态图像显示时无需电力，显示屏形状可自由加工、可表现自然色彩的柔性显示屏。作为艺术表现尝试，此次制作了通电即变红叶的落叶状显示屏。这个带虫眼儿的落叶状显示屏只需微弱的电流，树叶的颜色会像大自然中的红叶一样逐渐变红，关闭开关后也能保持着色的状态。另外，若施加逆向电流的话，树叶还能再逐渐恢复为绿色，从而获得了超越自然的效果，有望超越现已存在的数字艺术，带来新的可能。
随着4K和8K等显示屏的超高分辨率化及图像处理技术的进步，数字艺术创作获得了蓬勃发展。但由于以往的艺术表现是在液晶或有机EL等显示屏上进行，器件固有的物理参数限制了创意和艺术表现力，比如四方的形状和网格状排列的像素概念、显示图像始终需要通电、色彩也受限于数字化所能表现的状态、以及噪声和没有偶然性带来的意外惊喜等。
此次，研究团队利用只需微弱电流颜色就会发生变化的电致变色材料（有机/金属杂化聚合物）和柔性透明电极基板，成功开发出了可再现红叶自然颜色变化的无限分辨率落叶状显示屏（图1）。用激光将柔性透明电极加工成落叶状，并制成固体器件，然后实施电极布线加工，再结合叶脉制作等技术，成功制作了此次的显示器件。红叶的水彩晕染变色效果是通过对EC材料进行多重涂覆再现的。另外，在变红后还可以再次恢复为绿色，切断电源后也能保持断电时的着色状态。
图1：通电后逐渐变成红叶的叶状EC器件
液晶和有机EL显示屏主要配备于个人电脑和智能手机等，作为日常生活中的通信工具得到广泛使用。同时，利用这些显示屏的数字艺术创作越来越多。随着4K和8K等图像超高分辨率的实现以及图像数字处理技术的成熟，各种各样的艺术表现形式应运而生。但研究团队担心，对现有显示屏的依赖可能会将人的想法封闭在显示屏的“框架内”，从而导致现代人创意和构思变得贫瘠。
自然界的很多现象都无法在液晶或有机EL显示屏的“框架内”重现。例如，在柔性显示屏上切割、弯曲或打孔，实现类似晕染的表现和颜色缓慢变化的表现，切断电源后仍然保留显示等。这种“软显示屏”的出现有望扩大艺术表现，以及掀起日常生活中整体视觉表现范式转换的可能性。
＜研究内容与成果＞
为展现此次开发的器件特点，作为具备渐变效果的省电型软显示屏的艺术表现尝试，研究团队最终选择了自然界逐渐变红的落叶作为对象并进行了开发。器件结构如图2所示，在带低电阻透明电极膜的2枚柔性PET薄膜之间，设置了EC层（有机/金属杂化聚合物层）、电解质层和对电极材料层。组装前，用激光将2枚柔性透明电极基板加工成落叶的形状。在其中1枚上多层涂覆EC材料，实现颜色渐变。在另一枚基板上涂覆了对电极材料。最后用粘性电解质层将2枚基板粘合，使器件变成固体状态。再进行电极布线加工及叶脉制作等最终加工，落叶器件完成。
图2：叶式EC器件的截面结构
此次EC材料使用了含钌离子的有机/金属杂化聚合物（图3）。这种聚合物具备金属离子与有机配体通过形成络合物交互连接的结构。当钌离子为2价的氧化状态下，电荷会从金属离子向有机配体移动并被吸收，由此颜色呈橙色。向该聚合物膜施加1V以上的电压，2价钌会氧化为3价，颜色会由橙色变为淡绿色。以电化学方式改变钌离子的氧化状态，实现了叶子前后颜色变化。
图3：含钌离子的有机/金属杂化聚合物的结构与颜色变化
聚合物中的钌离子为2价时显示橙色（左），氧化为3价后变为淡绿色（右）。
新柔性屏利用不挥发且弱电下变色的有机/金属杂化聚合物的EC特性，大大突破了传统显示屏的局限：可以制作出具备自由曲面和三维结构的显示屏、会随风力等变化的显示屏、能变透明隐身的显示屏等。不仅是艺术品，在日常生活中实现新的应用。
文：JST客观日本编辑部翻译整理
