Ny flydende krystal kunne tredoble skarpheden i dagens fjernsyn

Et internationalt team af forskere har udviklet en ny blå-fase flydende krystal, der kunne muliggøre fjernsyn, computerskærme og andre skærme, der pakker flere pixels ind i det samme rum, samtidig med at de reducerer den nødvendige strøm til at køre enheden. Den nye flydende krystal er optimeret til feltsekventielle farve-LCD-skærme (LCD), en lovende teknologi til næste generations skærme.

"Dagens Apple Retina -skærme har en opløsningstæthed på omkring 500 pixels pr. Tomme, "sagde Shin-Tson Wu, der ledede forskerteamet ved University of Central Florida's College of Optics and Photonics (CREOL). "Med vores nye teknologi, en opløsningstæthed på 1500 pixels pr. tomme kunne opnås på den samme størrelse skærm. Dette er især attraktivt for virtual reality-headset eller augmented reality-teknologi, som skal opnå høj opløsning på en lille skærm for at se skarp ud, når den placeres tæt på vores øjne."

Selvom den første blåfasede LCD-prototype blev demonstreret af Samsung i 2008, teknologien er stadig ikke gået i produktion på grund af problemer med høj driftsspænding og langsom kondensatoropladningstid. For at løse disse problemer, Wus forskerhold arbejdede med samarbejdspartnere fra flydende krystalproducenten JNC Petrochemical Corporation i Japan og displayproducenten AU Optronics Corporation i Taiwan.

I journalen Express optiske materialer , fra The Optical Society (OSA), forskerne rapporterer, hvordan en kombination af den nye flydende krystal med en speciel ydeevneforbedrende elektrodestruktur kan opnå lystransmittans på 74 procent med en driftsspænding på 15 volt pr. pixel - operationelle niveauer, der endelig kunne gøre feltsekventielle farveskærme praktiske til produktudvikling.

"Felt-sekventielle farvedisplays kan bruges til at opnå de mindre pixels, der er nødvendige for at øge opløsningstætheden, " sagde Yuge Huang, avisens første forfatter. "Dette er vigtigt, fordi opløsningstætheden af ​​nutidens teknologi næsten er på grænsen."

Hvordan det virker

Dagens LCD -skærme indeholder et tyndt lag nematisk flydende krystal, hvorigennem den indkommende hvide LED -baggrundsbelysning moduleres. Tyndfilmstransistorer leverer den nødvendige spænding, der styrer lystransmissionen i hver pixel. LCD -underpikslerne indeholder rødt, grønne og blå filtre, der bruges i kombination til at producere forskellige farver til det menneskelige øje. Farven hvid skabes ved at kombinere alle tre farver.

Blåfase flydende krystal kan skiftes, eller kontrolleret, cirka 10 gange hurtigere end den nematiske type. Denne responstid på under millisekund tillader hver LED-farve (rød, grøn og blå), der skal sendes gennem flydende krystal på forskellige tidspunkter og eliminerer behovet for farvefiltre. LED-farverne skifter så hurtigt, at vores øjne kan integrere rødt, grøn og blå til hvidt.

"Med farvefiltre, det røde, grønt og blåt lys genereres alle på samme tid, "sagde Wu." Dog, med blå fase flydende krystal kan vi bruge et subpixel til at lave alle tre farver, men på forskellige tidspunkter. Dette konverterer rummet til tid, en pladsbesparende konfiguration på to tredjedele, som tredobler opløsningstætheden."

Den blå fase flydende krystal tredobler også den optiske effektivitet, fordi lyset ikke behøver at passere gennem farvefiltre, som begrænser transmittans til omkring 30 procent. En anden stor fordel er, at den viste farve er mere levende, fordi den kommer direkte fra rødt, grønne og blå lysdioder, hvilket eliminerer den farveoverskridelse, der opstår med konventionelle farvefiltre.

Wu's team arbejdede sammen med JNC for at reducere den blå-fase flydende krystal dielektriske konstant til et minimalt acceptabelt område for at reducere transistorens ladetid og få submillisekund optisk responstid. Imidlertid, hver pixel havde stadig brug for lidt højere spænding, end en enkelt transistor kunne levere. For at overvinde dette problem, forskerne implementerede en fremspringende elektrodestruktur, der lader det elektriske felt trænge dybere ind i flydende krystal. Dette sænkede den spænding, der var nødvendig for at drive hver pixel, samtidig med at den bevarede en høj lystransmittans.

"Vi opnåede en driftsspænding, der var lav nok til, at hver pixel kunne drives af en enkelt transistor, samtidig med at vi opnåede en responstid på mindre end 1 millisekund, " sagde Haiwei Chen, en doktorand i Wu's laboratorium. "Denne sarte balance mellem driftsspænding og responstid er nøglen til at muliggøre sekvensielle farvedisplay i feltet."

At lave en prototype

"Nu hvor vi har vist, at det er muligt at kombinere den blå fase flydende krystal med den fremspringende elektronstruktur, det næste trin er for industrien at kombinere dem til en fungerende prototype, "sagde Wu." Vores partner AU Optronics har stor erfaring med fremstilling af den fremspringende elektrodestruktur og er i en god position til at producere denne prototype. "

Wu forudsiger, at en fungerende prototype kan være tilgængelig i løbet af det næste år. Da AU Optronics allerede har en prototype, der bruger de fremspringende elektroder, det vil kun være et spørgsmål om at samarbejde med JNC for at få det nye materiale ind i den prototype.