Une équipe internationale de chercheurs a développé un nouveau cristal liquide en phase bleue qui pourrait permettre aux téléviseurs, écrans d'ordinateur et autres écrans qui emballent plus de pixels dans le même espace tout en réduisant la puissance nécessaire pour faire fonctionner l'appareil. Le nouveau cristal liquide est optimisé pour les affichages à cristaux liquides (LCD) couleur à champs séquentiels, une technologie prometteuse pour les écrans de nouvelle génération.

"Les écrans Apple Retina d'aujourd'hui ont une densité de résolution d'environ 500 pixels par pouce, " dit Shin-Tson Wu, qui a dirigé l'équipe de recherche du Collège d'optique et de photonique de l'Université de Floride centrale (CREOL). "Avec notre nouvelle technologie, une densité de résolution de 1500 pixels par pouce pourrait être atteinte sur un écran de même taille. Ceci est particulièrement intéressant pour les casques de réalité virtuelle ou la technologie de réalité augmentée, qui doit atteindre une haute résolution sur un petit écran pour être net lorsqu'il est placé près de nos yeux."

Bien que le premier prototype LCD à phase bleue ait été démontré par Samsung en 2008, la technologie n'est toujours pas entrée en production en raison de problèmes de tension de fonctionnement élevée et de temps de charge lent des condensateurs. Pour faire face à ces problèmes, L'équipe de recherche de Wu a travaillé avec des collaborateurs du fabricant de cristaux liquides JNC Petrochemical Corporation au Japon et du fabricant d'écrans AU Optronics Corporation à Taiwan.

Dans la revue Matériaux optiques Express , de la Société d'optique (OSA), les chercheurs rapportent comment la combinaison du nouveau cristal liquide avec une structure d'électrode spéciale améliorant les performances peut atteindre une transmittance de la lumière de 74% avec une tension de fonctionnement de 15 volts par pixel - des niveaux opérationnels qui pourraient enfin rendre les écrans couleur séquentiels de champ pratiques pour le développement de produits.

"Les écrans couleur séquentiels de champ peuvent être utilisés pour obtenir les pixels plus petits nécessaires pour augmenter la densité de résolution, " a déclaré Yuge Huang, premier auteur de l'article. "C'est important parce que la densité de résolution de la technologie d'aujourd'hui est presque à sa limite."

Comment ça fonctionne

Les écrans LCD d'aujourd'hui contiennent une fine couche de cristaux liquides nématiques à travers lesquels le rétroéclairage LED blanc entrant est modulé. Les transistors à couche mince fournissent la tension requise qui contrôle la transmission de la lumière dans chaque pixel. Les sous-pixels LCD contiennent du rouge, filtres verts et bleus qui sont utilisés en combinaison pour produire différentes couleurs à l'œil humain. La couleur blanche est créée en combinant les trois couleurs.

Les cristaux liquides en phase bleue peuvent être commutés, ou contrôlé, environ 10 fois plus rapide que le type nématique. Ce temps de réponse inférieur à la milliseconde permet à chaque couleur de LED (rouge, vert et bleu) à envoyer à travers le cristal liquide à des moments différents et élimine le besoin de filtres de couleur. Les couleurs des LED sont commutées si rapidement que nos yeux peuvent intégrer le rouge, vert et bleu pour former du blanc.

"Avec des filtres de couleur, le rouge, la lumière verte et bleue sont toutes générées en même temps, " dit Wu. " Cependant, avec les cristaux liquides en phase bleue, nous pouvons utiliser un sous-pixel pour créer les trois couleurs, mais à des moments différents. Cela convertit l'espace en temps, une configuration gain de place des deux tiers, ce qui triple la densité de résolution."

Le cristal liquide en phase bleue triple également l'efficacité optique car la lumière n'a pas à passer à travers des filtres de couleur, qui limitent la transmission à environ 30 pour cent. Un autre gros avantage est que la couleur affichée est plus vive car elle vient directement du rouge, LED verte et bleue, qui élimine la diaphonie de couleur qui se produit avec les filtres de couleur conventionnels.

L'équipe de Wu a travaillé avec JNC pour réduire la constante diélectrique des cristaux liquides en phase bleue à une plage minimalement acceptable afin de réduire le temps de charge du transistor et d'obtenir un temps de réponse optique inférieur à la milliseconde. Cependant, chaque pixel avait encore besoin d'une tension légèrement supérieure à celle qu'un seul transistor pouvait fournir. Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont mis en place une structure d'électrode en saillie qui permet au champ électrique de pénétrer plus profondément dans le cristal liquide. Cela a réduit la tension nécessaire pour piloter chaque pixel tout en maintenant une transmission lumineuse élevée.

"Nous avons atteint une tension de fonctionnement suffisamment basse pour permettre à chaque pixel d'être piloté par un seul transistor tout en atteignant un temps de réponse inférieur à 1 milliseconde, " a déclaré Haiwei Chen, un doctorant dans le laboratoire de Wu. "Cet équilibre délicat entre la tension de fonctionnement et le temps de réponse est essentiel pour permettre des affichages couleur séquentiels sur le terrain."

Faire un prototype

"Maintenant que nous avons montré qu'il est possible de combiner le cristal liquide en phase bleue avec la structure d'électrons en saillie, l'étape suivante consiste pour l'industrie à les combiner en un prototype fonctionnel, ", a déclaré Wu. "Notre partenaire AU Optronics possède une vaste expérience dans la fabrication de la structure d'électrode en saillie et est en bonne position pour produire ce prototype."

Wu prédit qu'un prototype fonctionnel pourrait être disponible l'année prochaine. Comme AU Optronics a déjà un prototype qui utilise les électrodes en saillie, il ne s'agira que de travailler avec JNC pour intégrer le nouveau matériau dans ce prototype.