彩膜將消失 吳詩(shī)聰團隊攻破藍相液晶壁壘

　　美國光學(xué)學(xué)會(huì )本月1日對外宣布，吳詩(shī)聰教授團隊研發(fā)新一代藍相液晶技術(shù)獲得成功，使這種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步接近量產(chǎn)階段。據研究團隊介紹，該技術(shù)可以使電視、電腦屏幕和其他顯示器實(shí)現更高的解析度，最高可達1500ppi，是目前蘋(píng)果Retina屏幕的三倍，并且同時(shí)可以降低屏幕所需功耗。新液晶針對場(chǎng)序彩色液晶顯示器的性能進(jìn)行了優(yōu)化，這被認為是非常有前景的下一代顯示器技術(shù)。

　　中佛羅里達大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)院(CREOL)研究團隊的吳詩(shī)聰教授說(shuō)，“今天的Apple Retina顯示器的像素密度約為每英寸500ppi。“使用我們的新技術(shù)，在同樣大小的屏幕上可以實(shí)現每英寸1500像素的分辨率。這對于需要通過(guò)靠近我們的眼睛實(shí)現虛擬現實(shí)或增強現實(shí)的技術(shù)特別有吸引力，虛擬現實(shí)或增強現實(shí)技術(shù)必須在小屏幕中實(shí)現高分辨率。

　　盡管第一個(gè)藍相液晶原型在2008年由三星展示，但由于高工作電壓和電容充電時(shí)間慢等問(wèn)題，該技術(shù)還沒(méi)有進(jìn)入生產(chǎn)階段。為了解決這些問(wèn)題，吳詩(shī)聰教授的研究團隊與液晶制造商日本JNC和顯示器制造商臺灣友達光電公司一起合作。

　　在來(lái)自光學(xué)學(xué)會(huì )(OSA)的期刊Optical Materials Express中，研究人員報道了如何將新液晶與特殊的性能增強電極結構相結合，可以在每像素15V的操作電壓下實(shí)現74%的透光率，最終可以使場(chǎng)序彩色顯示器實(shí)用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

　　文章的第一作者Yuge Huang說(shuō)：“場(chǎng)序彩色顯示器可以用來(lái)實(shí)現較小像素以提高屏幕分辨率。“這很重要，因為當今技術(shù)的分辨率幾乎達到極限。

　　藍相液晶是如何運行的

　　今天的LCD屏幕是通過(guò)向列型液晶調制進(jìn)入的白色LED背光源。薄膜晶體管提供控制每個(gè)像素中的光透射所需的電壓。 LCD子像素包含紅色，綠色和藍色的彩色濾光片，它們組合使用以對人眼產(chǎn)生不同的顏色。通過(guò)組合所有三種顏色創(chuàng )建白色。

　　藍相液晶可以進(jìn)行切換或控制，比向列型液晶快約10倍。這個(gè)亞毫秒響應時(shí)間允許每個(gè)LED顏色(紅色，綠色和藍色)在不同時(shí)間通過(guò)液晶發(fā)送，并且不需要彩色濾光片。 LED顏色切換如此之快，以使我們的眼睛可以整合紅色，綠色和藍色以形成白色。

　　“用彩色濾色片時(shí)紅、綠、藍光都是同時(shí)產(chǎn)生的，”吳詩(shī)聰教授說(shuō)。“然而，對于藍相液晶，我們可以使用一個(gè)子像素來(lái)產(chǎn)生所有三種顏色，但在不同的時(shí)間，這將空間轉換為時(shí)間，節省空間的三分之二的配置，其像素密度增加了三倍。

　　藍相液晶也使光學(xué)效率提升三倍，因為光不必通過(guò)彩色濾色片，這將穿透率控制在約30%。另一個(gè)大的優(yōu)點(diǎn)是所顯示的顏色會(huì )更加鮮艷，因為它直接來(lái)自紅色，綠色和藍色LED，這消除了平時(shí)與彩色濾色片發(fā)生的顏色串擾。

　　吳詩(shī)聰教授的團隊與JNC合作，將藍相液晶的介電常數降低到最小的可接受范圍，以減少晶體管充電時(shí)間并獲得亞毫秒的光學(xué)響應時(shí)間。然而，每個(gè)像素仍然需要高于單個(gè)晶體管提供的驅動(dòng)電壓。為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員設計了一個(gè)凸起的電極結構，使得電場(chǎng)能更深入地穿過(guò)液晶，以大幅降低驅動(dòng)每個(gè)像素所需的電壓，同時(shí)保持高光穿透率。

　　“我們實(shí)現了一個(gè)足夠低的工作電壓，允許每個(gè)像素由單個(gè)晶體管驅動(dòng)，同時(shí)實(shí)現小于1毫秒的響應時(shí)間，” 吳詩(shī)聰實(shí)驗室的博士生陳海偉(音譯)說(shuō)。“工作電壓和響應時(shí)間之間的這種微妙平衡是啟用現場(chǎng)順序彩色顯示的關(guān)鍵。

　　2018年生產(chǎn)藍相液晶原型

　　“現在我們已經(jīng)表明，將藍相液晶與凸起的電極結構相結合是可行的，下一步是實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)的樣品。“我們的合作伙伴AUO在制造突出電極結構方面具有豐富的經(jīng)驗，并且能夠生產(chǎn)這種樣品。

　　吳世聰預測，第一個(gè)樣品可能在明年實(shí)現。因為AUO已經(jīng)有一個(gè)使用凸起的電極結構的樣品，剩下就只需要與JNC合作使用新材料來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)。