吳詩聰團隊攻破藍相液晶壁壘

中佛羅里達大學光學與光子學院（CREOL）研究團隊的吳詩聰教授說，“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現(xiàn)每英寸1500像素的分辨率。這對于需要通過靠近我們的眼睛實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實的技術(shù)特別有吸引力，虛擬現(xiàn)實或增強現(xiàn)實技術(shù)必須在小屏幕中實現(xiàn)高分辨率。盡管第一個藍相液晶原型在2008年由三星展示，但由于高工作電壓和電容充電時間慢等問題，該技術(shù)還沒有進入生產(chǎn)階段。為了解決這些問題，吳詩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。

在來自光學學會（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(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以在每像素15V的操作電壓下實現(xiàn)74％的透光率，最終可以使場序彩色顯示器實用于產(chǎn)品開發(fā)。

文章的第一作者Yuge Huang說：“場序彩色顯示器可以用來實現(xiàn)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屏幕是通過向列型液晶調(diào)制進入的白色LED背光源。薄膜晶體管提供控制每個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。通過組合所有三種顏色創(chuàng)建白色。

藍相液晶可以進行切換或控制，比向列型液晶快約10倍。這個亞毫秒響應(yīng)時間允許每個LED顏色（紅色，綠色和藍色）在不同時間通過液晶發(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。“用彩色濾色片時紅、綠、藍光都是同時產(chǎn)生的，”吳詩聰教授說。“然而，對于藍相液晶，我們可以使用一個子像素來產(chǎn)生所有三種顏色，但在不同的時間，這將空間轉(zhuǎn)換為時間，節(jié)省空間的三分之二的配置，其像素密度增加了三倍。

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

吳詩聰教授的團隊與JNC合作，將藍相液晶的介電常數(shù)降低到最小的可接受范圍，以減少晶體管充電時間并獲得亞毫秒的光學響應(yīng)時間。然而，每個像素仍然需要高于單個晶體管提供的驅(qū)動電壓。為了克服這個問題，研究人員設(shè)計了一個凸起的電極結(jié)構(gòu)，使得電場能更深入地穿過液晶，以大幅降低驅(qū)動每個像素所需的電壓，同時保持高光穿透率。

“我們實現(xiàn)了一個足夠低的工作電壓，允許每個像素由單個晶體管驅(qū)動，同時實現(xiàn)小于1毫秒的響應(yīng)時間，” 吳詩聰實驗室的博士生陳海偉（音譯）說。“工作電壓和響應(yīng)時間之間的這種微妙平衡是啟用現(xiàn)場順序彩色顯示的關(guān)鍵。

2018年生產(chǎn)藍相液晶原型

“現(xiàn)在我們已經(jīng)表明，將藍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，并且能夠生產(chǎn)這種樣品。

吳世聰預測，第一個樣品可能在明年實現(xiàn)。因為AUO已經(jīng)有一個使用凸起的電極結(jié)構(gòu)的樣品，剩下就只需要與JNC合作使用新材料來進行生產(chǎn)。

有關(guān)吳詩聰教授

來自臺灣的吳詩聰（Shin-Tson Wu）教授現(xiàn)任教于中佛州大學，是光電顯示領(lǐng)域知名專家，美國國家發(fā)明院的首批院士，美國佛羅里達州發(fā)明家名人堂首批入選者。吳詩聰教授畢業(yè)于臺灣大學物理系，并于洛杉磯南加州大學獲得電子工程博士學位。他以液晶顯示器（LCD）的研究發(fā)展榮獲國際光學界的多個大獎，包括2014年的斯帖霍夫曼貝勒勛章OSA Esther Hoffman Beller 獎?wù)潞?011年的Slottow-Owaki 獎。在于2001年加入中佛州大學任教前，他在位于加州的著名休斯研究實驗室（Hughes Research Laboratories）工作了18年。他對液晶顯示器的先驅(qū)開發(fā)研究幫助成形了現(xiàn)在熟知的LCD液晶屏幕技術(shù)，被廣泛應(yīng)用在液晶電視，蘋果手機和其他智能手機上。

他在液晶技術(shù)的研究也幫助了自適應(yīng)鏡頭（adaptive lenses）的突破使用。吳教授的研究重點集中在先進液晶顯示器，自適應(yīng)鏡頭，空間光調(diào)制器，生物光子學以及新型光子材料等方面，撰寫出版了8部專著，發(fā)表過近500篇論文，擁有80多項美國專利。