美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)本月1日對(duì)外宣布，吳詩(shī)聰教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)新一代藍(lán)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(jù)研究團(tuán)隊(duì)介紹，該技術(shù)可以使電視、電腦屏幕和其他顯示器實(shí)現(xiàn)更高的解析度，最高可達(dá)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(duì)場(chǎng)序彩色液晶顯示器的性能進(jìn)行了優(yōu)化，這被認(rèn)為是非常有前景的下一代顯示器技術(shù)。

中佛羅里達(dá)大學(xué)光學(xué)與光子學(xué)院(CREOL)研究團(tuán)隊(duì)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(xiàn)每英寸1500像素的分辨率。這對(duì)于需要通過(guò)靠近我們的眼睛實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)特別有吸引力，虛擬現(xiàn)實(shí)或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)必須在小屏幕中實(shí)現(xiàn)高分辨率。

盡管第一個(gè)藍(lán)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(tuán)隊(duì)與液晶制造商日本JNC和顯示器制造商臺(tái)灣友達(dá)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(bào)道了如何將新液晶與特殊的性能增強(qiáng)電極結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以在每像素15V的操作電壓下實(shí)現(xiàn)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(xiàn)較小像素以提高屏幕分辨率。“這很重要，因?yàn)楫?dāng)今技術(shù)的分辨率幾乎達(dá)到極限。

藍(lán)相液晶是如何運(yùn)行的

今天的LCD屏幕是通過(guò)向列型液晶調(diào)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(lán)色的彩色濾光片，它們組合使用以對(duì)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(lán)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(yīng)時(shí)間允許每個(gè)LED顏色(紅色，綠色和藍(lán)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(lán)色以形成白色。

“用彩色濾色片時(shí)紅、綠、藍(lán)光都是同時(shí)產(chǎn)生的，”吳詩(shī)聰教授說(shuō)。“然而，對(duì)于藍(lán)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(zhuǎn)換為時(shí)間，節(jié)省空間的三分之二的配置，其像素密度增加了三倍。

藍(lán)相液晶也使光學(xué)效率提升三倍，因?yàn)楣獠槐赝ㄟ^(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?yàn)樗苯觼?lái)自紅色，綠色和藍(lán)色LED，這消除了平時(shí)與彩色濾色片發(fā)生的顏色串?dāng)_。

吳詩(shī)聰教授的團(tuán)隊(duì)與JNC合作，將藍(lán)相液晶的介電常數(shù)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(yīng)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(qū)動(dòng)電壓。為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)凸起的電極結(jié)構(gòu)，使得電場(chǎng)能更深入地穿過(guò)液晶，以大幅降低驅(qū)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(xiàn)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(qū)動(dòng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)小于1毫秒的響應(yīng)時(shí)間，” 吳詩(shī)聰實(shí)驗(yàn)室的博士生陳海偉(音譯)說(shuō)。“工作電壓和響應(yīng)時(shí)間之間的這種微妙平衡是啟用現(xiàn)場(chǎng)順序彩色顯示的關(guān)鍵。

2018年生產(chǎn)藍(lán)相液晶原型

“現(xiàn)在我們已經(jīng)表明，將藍(lán)相液晶與凸起的電極結(jié)構(gòu)相結(jié)合是可行的，下一步是實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且能夠生產(chǎn)這種樣品。

吳世聰預(yù)測(cè)，第一個(gè)樣品可能在明年實(shí)現(xiàn)。因?yàn)锳UO已經(jīng)有一個(gè)使用凸起的電極結(jié)構(gòu)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)。