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和OLED怼的蓝相液晶确实有两把刷子

发布时间:2019-10-18 10:27:55

和OLED怼的蓝相液晶 确实有两把刷子

OLED也是可怜娃,由于声名在外,难免会有几个不识趣的后起之辈想要和它怼。比如量子点,比如QLED,再比如Micro LED,谁都抢着拿下下一代显示技术的帽子。

然而,你们都too young too simple。现有的量子点技术根本赢不了OLED,QLED甚至连剖腹产都出不来。Micro LED么,民用化再等几年吧不过今天要说的蓝相液晶,倒还真有那么点意思,或许可以让OLED颤抖一下。

三星于2008年发表的第一款蓝相液晶面板

三星首发,美国完善

本月1日,由来自台湾的物理学家吴诗聪领导的美国团队宣布成功研发出新一代蓝相液晶技术,试制品的像素密度达到1500ppi,是苹果Retina显示器的三倍。未来有望应用在VR、AR等显示领域,进一步增强小屏幕上的分辨率表现。

世界上第一款蓝相液晶面板由三星于2008年推出,基于蓝相液晶的技术特点,这块面板达到了240Hz的高刷新率,但同时存在着需要高电压、发热量大以及显示对比度低的缺点。

而此次吴诗聪团队研发的蓝相液晶解决了上述问题,在每像素15V的电压下实现了74%的透光率,达到可以商用的程度。

前提概要已说明完了,那么究竟什么是蓝相液晶呢?

来自1888年的意外发现

液晶最早于1888年被奥地利植物学和化学家弗里德里希理查德莱尼泽所发现,当时他正在加热安息香酸胆固醇酯时意外察觉到其在145℃时会融解为混浊液体,继续加热至179℃时变为透明液体,这个透明液体便是液晶。

弗里德里希理查德莱尼泽

当时在发表的报告中,弗里德里希还提到过在降温测试时液晶出现了一种持续时间短暂的蓝色形态,这正是液晶的一种特殊形态蓝相液晶。

蓝相液晶的一个特点是系统稳定,虽然其结构呈双扭旋特性,离中心轴越远则越不稳定,但依然比普通液晶的单扭旋结构稳定性更好,尽管差别不会很大。一个单位体积的双扭旋结构为柱状系统,内部拥有多个螺旋轴并交汇于中央的中心轴,以45围绕中心轴旋转。将多个双扭旋结构堆叠在一起,便是通常意义上的蓝相液晶了。

蓝相液晶的双扭旋结构

然而堆叠在一起的蓝相液晶在交汇处存在晶体缺陷,这是由于原子或分子的不完美排列造成的,无法避免。但就是因为有晶体缺陷的存在,使得蓝相液晶显得与众不同。这些缺陷的间距只有几百纳米,根据布拉格反射的原理,此时光线遇到这些缺陷后彼此发生干涉,由此会产生带有颜色的反射光,但不一定是蓝色。

蓝相液晶的晶体缺陷

蓝相液晶堆叠示意图

如果在此基础上施加外部电压,由于存在克尔效应,随着晶格折射率的改变,反射光可以呈现不同的颜色。

看到这里,一些聪明人也许就明白了。是的,蓝相液晶能够控制光的颜色,不再需要滤光片着色,这才是它的最大特点,而不是什么高精细。

一个像素产生红绿蓝光

在普通的液晶显示结构中,需要使用RGB三色滤光片对白光进行着色,以此实现全彩。至于灰阶的控制,则是通过调整施加在液晶单元上的电压来达到调节的目的。因为液晶需要被灌注在厚约几微米的玻璃基板上,晶体单元较大,所以驱动时间较长,造成响应速度缓慢。

蓝相液晶显示屏

而蓝相液晶则不同,它可以实现自行排列,也不需要固定液晶分子排列的配相层,因此单个晶体单元只有几十到几百纳米,使之更易驱动。三星于2008年发表的蓝相液晶面板有着240Hz的高刷新率,正是基于此特点。

当然更让人感到兴奋的是,由于不再需要滤光片,加上蓝相液晶的响应速度超群,因此原本需要三个子像素来进行RGB混色,如今只需要一个子像素便可完成这一过程。

蓝相液晶显色示意图

之前三星利用克尔效应,让蓝相液晶发出红、绿、蓝光,然后根据所需要的颜色,在10倍于普通液晶的响应时间里让像素快速闪烁,直接混合红、绿、蓝三种色彩。吴诗聪团队的方案据说是使用了红、绿、蓝三种LED背光灯,在亚毫秒级的响应时间里进行快速切换。由于闪烁时间极为迅速,肉眼无法捕捉,因此我们看到的直接就是混合后的色彩,而非普通电视那样间接混合RGB三色。

这一显色原理与DLP投影机相近,也是通过快速切换RGB三色来实现混色

。理论上,这种混色方式显示出来的色彩会更加柔和与准确。

正是由于采用单子像素发光,因此在原有的玻璃基板上可以塞入更多的蓝相液晶像素,超高精细面板就诞生了。

但蓝相液晶也并非完美无缺,比如它所需要的驱动电压实在过高,由此也导致发热量过大。吴诗聪团队的解决方案是使用一种凸起的电极结构,使电场能更深入地驱动液晶,降低所需的驱动电压。不过提升其透光率,依然是蓝相液晶所需面临的重要课题。

下一步是商品化

由于新的蓝相液晶技术与三星当年已经不可同日而语,因此吴诗聪认为商品化已经指日可待。他们找到的合作伙伴是日本JNC石油化学与台湾友达光电,后者已经拥有凸起电极结构的样品,接下来将与JNC合作开发材料,早已实现工业化生产。尽管目前能看到的样品稀少,但已经让人倍感期待了。

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