美國光學(xué)學(xué)會本月1日對外宣布，吳詩聰教授團隊研發(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)研究團隊介紹，該技術(shù)可以使電視、電腦屏幕和其他顯示器實現(xiàn)更高的解析度，最高可達(dá)1500ppi，是目前蘋果Retina屏幕的三倍，并且同時可以降低屏幕所需功耗。新液晶針對場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(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間慢等問題，該技術(shù)還沒有進(jìn)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(dá)光電公司一起合作。

在來自光學(xué)學(xué)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(dāng)今技術(shù)的分辨率幾乎達(dá)到極限。

藍(lán)相液晶是如何運行的

今天的LCD屏幕是通過向列型液晶調(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(lán)相液晶可以進(jìn)行切換或控制，比向列型液晶快約10倍。這個亞毫秒響應(yīng)時間允許每個LED顏色(紅色，綠色和藍(lán)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(lán)色以形成白色。

“用彩色濾色片時紅、綠、藍(lán)光都是同時產(chǎn)生的，”吳詩聰教授說。“然而，對于藍(lán)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(lán)相液晶也使光學(xué)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(lán)色LED，這消除了平時與彩色濾色片發(fā)生的顏色串?dāng)_。

吳詩聰教授的團隊與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間并獲得亞毫秒的光學(xué)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(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(yù)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(jìn)行生產(chǎn)。