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颠覆彩色显示方式,下一代液晶屏想消灭亚像素

时间: 2017年02月16日 | 作者: 龚聪 | 来源: 环球科学
新的液晶显示技术不再需要用三原色组成一个像素点。

目前,苹果公司采用的Retina显示屏已经能达到很高的像素值了,显示效果也非常令人满意,人们似乎对更高像素的显示设备,没有太强烈的需求。但是,想让画面更锐利和真实,满足不同场景的需求,还需要寻找新的显色方式。

 

“我们开发的新型液晶能将相同尺寸屏幕的分辨率提高到原来的3倍,”中佛罗里达大学的物理学家Shin-TsonWu说,“对于虚拟现实(VR)和增强现实(AR)设备来说,这是它们梦寐以求的技术。因为在屏幕距离人眼很近时,屏幕需要更高的分辨率才能让穿戴者看到的画面更加锐利和真实。”

 

早在1950年,美国推出第一台彩色电视时,就使用了三原色并列排布的显色方式,而现在,这种技术即将改写历史。不过,2008年三星公司展示第一代蓝相液晶显示屏幕时,这种场序式液晶显示屏却因为驱动电压高和电容充电时间长而饱受诟病。为了解决这些问题,Shin-Tson Wu和他的团队跟日本液晶制造商JNC石油化学株式会社和台湾显示屏制造商友达光电股份有限公司展开合作。

 

研究人员称把这种新型液晶跟一种具有增强性能的特殊电极结构一起使用,可以实现高达74%的光线透射比,每个像素的驱动电压低至15伏。而这些操作条件已经能够满足了场序式液晶显示技术的实际应用需求了。

 

 

干掉亚像素

 

 “场序式液晶显示技术是通过实现更小的色素点来提高分辨率密度,”论文的第一作者Yuge Huang说:“在当今显示技术已接近极限的情况下来看,它有着非凡的意义。”

 

目前市场上传统液晶显示屏(LCD)的工作原理是:依靠LED光源提供的白色背景光,相列液晶薄层根据施加的电压大小,在不同位置对白色背景光要么弯曲,要么不弯曲,决定着穿过液晶的光线强度。液晶显示面板上每个像素都是有三个液晶单元格,即亚像素点,每个亚像素点前面分别放有红色、绿色或蓝色的原色过滤器。 透过亚像素点的LED光线在原色滤光片的调整下显示出单一的三原色,混合之后就形成了彩色画面。

 

图片13.png 

传统的显色方式

 

Shin-Tson Wu和他的团队介绍,这种新型液晶比传统向列液晶的应答速度快了10倍,也就是说,在不到1毫秒的时间内,LED光线能够多次通过液晶的亚像素点。而每个亚像素点都能显示出红色、绿色和蓝色,这意味着可以在短时间内把同一像素点在不同时间显示的像素堆叠起来,利用人眼视网膜的暂留效应,从而形成人眼中的彩色画面。

 

换种说法就是:传统向列液晶是同时产生三原色后合成彩色画面,而新型液晶是以先后次序分别产生红色、绿色和蓝色画面,并在人眼视网膜内合成彩色画面。“这种把空间时间化的处理,允许我们把像素密度提高到以前的3倍,”Shin-Tson Wu说。

 

图片14.png 

图一(a)是传统的显色方式;

图一(b)则是下一代的显色方式;

 

传统液晶显示屏中,光线需要通过原色过滤器,大部分的光线被过滤掉,光线透射比只有30%,而在场序式液晶显示屏中,考虑到光线无需通过原色过滤器,使用这种新型蓝相液晶能够将显示屏幕的效率提高3倍。场序式液晶显示屏另一个优势是显示色彩更加逼真,源于它的三原色直接来自发出红色、绿色和蓝的LED光源,消除了传统液晶显示技术中原色滤光器产生的光的干涉对色彩的影响。

 

Shin-TsonWu的团队跟JNC合作成功地把这种蓝相液晶的介电常数减小到能接受的范围内,这时电容的充电时间缩短,液晶的反应时间也达到亚毫秒级。但是,还有一个问题,即每个像素需要的驱动电压还是略微超过单个电容能提供的最大电压。为了解决这个问题,研究团队植入了一个突起电极结构,这样电场就能更加有效控制液晶结构,即像素点。就这样,研究团队在保证光线高透射率的前提下降低了驱动单个像素点的电压。

 

“我们实现的低操作电压保证了每个像素能被单个电容驱动,同时液晶的应答时间不超过1毫秒,”Shin-Tson Wu实验室的Haiwei Chen博士说:“操作电压和应答时间二者完美的平衡是场序式液晶显示技术的关键。”

 

“在证实了蓝相液晶跟突出电极的结合是可行的之后,下一步就该制造业设计出可应用的原型了,” Shin-Tson Wu说:“我们的合作伙伴,台湾友达光电在突出电极结构生产领域有丰富的经验,相信他们有能力做出来。”

 

台湾友达光电已经制造了一个使用突出电极的原型,接下来只需跟日本JNC会社合作将这种新型液晶应用其中。有理由预测这种屏幕的原型将在明年与大家见面。

  

编译 龚聪

 

参考链接:

http://www.osa.org/en-us/about_osa/newsroom/news_releases/2017/novel_liquid_crystal_could_triple_sharpness_of_tod

 


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