211service.com
Ett enkelt filter kan göra LCD-skärmar mer effektiva
En ny typ av färgfilter kan avsevärt öka energieffektiviteten hos LCD-skärmar, som dominerar marknaden inom allt från tv-apparater till mobiltelefoner.
Färgfilter: Gallret som visas i den översta bilden filtrerar olika ljusfärger beroende på bredden på dess slitsar och avståndet mellan dem. Den nedre bilden visar färgerna som produceras av filtret när det är upplyst med vitt ljus.
De bästa LCD-skärmarna idag avger bara cirka 8 procent av ljuset som produceras av deras bakgrundsbelysning. Detta innebär att de tömmer batterier i bärbar elektronik och ökar elräkningarna i hemmen (California Energy Commission uppskattar att tv-apparater förbrukar 10 procent av elen i hemmen).
Normalt använder LCD-skärmar flera lager av optiska enheter för att färga, polarisera och sluta ljus från en bakgrundsbelysning, och ineffektivitet uppstår vid varje steg. Nu har forskare vid University of Michigan gjort en optisk film som lovar att öka LCD-skärmens totala effektivitet med mer än 400 procent – så att 36 procent av ljuset kommer igenom. Den nya optiska filmen utvecklades av forskare under ledning av L. Jay Guo , professor i elektroteknik och datavetenskap vid universitetet. Filmen färgar och polariserar ljuset som passerar genom en LCD-skärm mer effektivt än vad konventionella komponenter kan.
Färgfiltret är en trelagers sandwich av ett isolerande material mellan två lager av aluminium; hela stapeln är mindre än 200 nanometer tjock och är etsad med periodiska slitsar, som ett galler. Avståndet mellan slitsarna och deras bredd avgör vilken färg de kommer att producera när de belyses av en vit bakgrundsbelysning. Detta beror på att gittermönstren är i samma storleksskala som våglängden för synligt ljus. I en tidning som publicerades online förra veckan i tidskriften Naturkommunikation , visar forskarna från Michigan att de kan göra en regnbåge av färger med hjälp av ett sådant filter.
Förutom att det är mer effektivt är filtret också enklare att tillverka än nuvarande LCD-skärmar, säger Guo. Det är möjligt att skapa röda, blå och gröna subpixlar genom att mönstra gitter med olika bredder sida vid sida i ett enda tillverkningssteg. Konventionella LCD-skärmar använder pigment för att definiera de röda, gröna och blå subpixlarna som filtrerar ljus från bakgrundsbelysningen. Var och en av dessa färgämnen avsätts en i taget och mönstras sedan för att skapa en subpixel. De nya gallren överför mer ljus än färgämnesbaserade filter; Ett traditionellt grönt filter sänder ut cirka 40 procent av ljuset. ett grönt, gallerbaserat filter sänder 60 procent. Andra färger har liknande effektivitetsfördelar.
Gallren polariserar också ljuset mycket effektivt. Detta är viktigt eftersom de flytande kristallslutarna som öppnas och stängs för att släppa igenom ljus från varje pixel endast fungerar med polariserat ljus. Konventionella skärmar använder polariserande filter som absorberar hälften av ljuset - delen med fel polarisation. Guos gitter låter dock ljus med rätt polarisation passera, men de absorberar inte de andra 50 procenten – istället reflekteras detta ljus tillbaka i den andra riktningen. En spegel reflekterar detta ljus och vänder en del av dess polarisering, vilket gör att mer ljus kan passera tillbaka genom gittren.
Andra forskare har gjort liknande gallerstrukturer för att fokusera ljus eller få ut mer ljus från displayer eller solceller. Det är en väldigt enkel struktur att bygga och mönstra, säger Peter Catrysse , en forskare vid Stanford University. Han tillägger att Guos färgfilter och polarisator visar mångsidighet och inställning, ett tecken på att fältet närmar sig byggkomponenter som kan användas för praktiska ändamål.
Nicholas Fang , professor i mekanisk vetenskap och ingenjörskonst vid University of Illinois i Urbana-Champaign, ser andra riktningar för arbetet. Det noterar han Qualcomm arbetar med reflekterande skärmar med ännu lägre effekt. Att kombinera denna typ av display med det nya filtret skulle kunna eliminera bakgrundsbelysningen helt. Det finns en möjlighet att bygga detta [galler] som ett reflekterande färgfilter, säger han.
Forskarna i Michigan är nu fokuserade på att göra filterproduktionen värdig eller kompatibel med maskineriet som används för att massproducera bildskärmar, säger Guo. Förra året visade hans grupp ett sätt att använda samma nanomönstertekniker över stora ytor med hög hastighet på rull-till-rulle-skrivare. Vi har använt kontinuerlig roll-to-roll-tillverkning för att göra väldigt liknande strukturer, säger han. De enskilda delarna finns där, och nu handlar det om integration.