Un team internazionale di ricercatori ha sviluppato un nuovo cristallo liquido in fase blu che potrebbe consentire ai televisori, schermi di computer e altri display che racchiudono più pixel nello stesso spazio riducendo anche la potenza necessaria per eseguire il dispositivo. Il nuovo cristallo liquido è ottimizzato per display a cristalli liquidi a colori (LCD) sequenziali di campo, una tecnologia promettente per i display di nuova generazione.

"Gli odierni display Apple Retina hanno una densità di risoluzione di circa 500 pixel per pollice, " disse Shin-Tson Wu, che ha guidato il gruppo di ricerca presso il College of Optics and Photonics (CREOL) della University of Central Florida. "Con la nostra nuova tecnologia, una densità di risoluzione di 1500 pixel per pollice potrebbe essere ottenuta sullo stesso schermo di dimensioni. Ciò è particolarmente interessante per le cuffie per realtà virtuale o la tecnologia della realtà aumentata, che deve raggiungere un'alta risoluzione in un piccolo schermo per apparire nitido quando posizionato vicino ai nostri occhi."

Sebbene il primo prototipo di LCD a fase blu sia stato dimostrato da Samsung nel 2008, la tecnologia non è ancora entrata in produzione a causa di problemi con l'elevata tensione di funzionamento e il lento tempo di ricarica del condensatore. Per affrontare questi problemi, Il team di ricerca di Wu ha lavorato con i collaboratori del produttore di cristalli liquidi JNC Petrochemical Corporation in Giappone e del produttore di display AU Optronics Corporation a Taiwan.

Nel diario Materiali ottici Express , dalla Società Ottica (OSA), i ricercatori riferiscono come la combinazione del nuovo cristallo liquido con una speciale struttura di elettrodi che migliora le prestazioni può raggiungere una trasmissione luminosa del 74% con una tensione operativa di 15 volt per pixel - livelli operativi che potrebbero finalmente rendere pratici i display a colori sequenziali di campo per lo sviluppo del prodotto.

"I display a colori sequenziali di campo possono essere utilizzati per ottenere i pixel più piccoli necessari per aumentare la densità di risoluzione, " disse Yuge Huang, primo autore del saggio. "Questo è importante perché la densità di risoluzione della tecnologia odierna è quasi al limite".

Come funziona

Gli schermi LCD odierni contengono un sottile strato di cristalli liquidi nematici attraverso il quale viene modulata la retroilluminazione a LED bianchi in ingresso. I transistor a film sottile forniscono la tensione richiesta che controlla la trasmissione della luce in ciascun pixel. I subpixel LCD contengono rosso, filtri verde e blu che vengono utilizzati in combinazione per produrre colori diversi per l'occhio umano. Il colore bianco viene creato combinando tutti e tre i colori.

I cristalli liquidi in fase blu possono essere commutati, o controllato, circa 10 volte più veloce del tipo nematico. Questo tempo di risposta inferiore al millisecondo consente a ciascun colore LED (rosso, verde e blu) da inviare attraverso il cristallo liquido in momenti diversi ed elimina la necessità di filtri colorati. I colori dei LED cambiano così rapidamente che i nostri occhi possono integrare il rosso, verde e blu per formare il bianco.

"Con i filtri colorati, il rosso, la luce verde e blu sono tutte generate contemporaneamente, " disse Wu. "Tuttavia, con i cristalli liquidi in fase blu possiamo usare un subpixel per realizzare tutti e tre i colori, ma in tempi diversi. Questo converte lo spazio in tempo, una configurazione salvaspazio di due terzi, che triplica la densità di risoluzione."

Il cristallo liquido in fase blu triplica anche l'efficienza ottica perché la luce non deve passare attraverso i filtri colorati, che limitano la trasmittanza a circa il 30%. Un altro grande vantaggio è che il colore visualizzato è più vivido perché proviene direttamente dal rosso, LED verde e blu, che elimina la diafonia cromatica che si verifica con i filtri colorati convenzionali.

Il team di Wu ha lavorato con JNC per ridurre la costante dielettrica dei cristalli liquidi in fase blu a un intervallo minimamente accettabile per ridurre il tempo di ricarica del transistor e ottenere un tempo di risposta ottico inferiore al millisecondo. Però, ogni pixel necessitava ancora di una tensione leggermente superiore a quella che un singolo transistor poteva fornire. Per superare questo problema, i ricercatori hanno implementato una struttura di elettrodi sporgenti che consente al campo elettrico di penetrare più profondamente nel cristallo liquido. Ciò ha ridotto la tensione necessaria per pilotare ogni pixel mantenendo un'elevata trasmissione della luce.

"Abbiamo ottenuto una tensione operativa sufficientemente bassa da consentire a ciascun pixel di essere pilotato da un singolo transistor, ottenendo anche un tempo di risposta inferiore a 1 millisecondo, " ha detto Haiwei Chen, uno studente di dottorato nel laboratorio di Wu. "Questo delicato equilibrio tra tensione operativa e tempo di risposta è la chiave per abilitare i display a colori sequenziali sul campo".

Fare un prototipo

"Ora che abbiamo dimostrato che è possibile combinare il cristallo liquido in fase blu con la struttura dell'elettrone sporgente, il passo successivo è che l'industria li combini in un prototipo funzionante, " ha affermato Wu. "Il nostro partner AU Optronics ha una vasta esperienza nella produzione della struttura dell'elettrodo sporgente ed è in una buona posizione per produrre questo prototipo".

Wu prevede che un prototipo funzionante potrebbe essere disponibile nel prossimo anno. Poiché AU Optronics ha già un prototipo che utilizza gli elettrodi sporgenti, sarà solo questione di lavorare con JNC per inserire il nuovo materiale in quel prototipo.