211service.com
Een eenvoudig filter kan LCD's efficiënter maken
Een nieuw type kleurenfilter zou de energie-efficiëntie van liquid-crystal displays (LCD's), die de markt domineren in alles, van televisies tot mobiele telefoons, aanzienlijk kunnen verhogen.
Kleurfilter: Het rooster in de bovenste afbeelding filtert verschillende kleuren licht, afhankelijk van de breedte van de spleten en de afstand ertussen. De onderste afbeelding toont de kleuren die door het filter worden geproduceerd wanneer het wordt verlicht met wit licht.
De beste LCD's van tegenwoordig stralen slechts ongeveer 8 procent van het licht uit dat door hun achtergrondverlichting wordt geproduceerd. Dit betekent dat ze de batterijen van draagbare elektronica leegmaken en de elektriciteitsrekening in huizen verhogen (de California Energy Commission schat dat televisies verbruiken 10 procent van de elektriciteit in woningen).
Normaal gesproken gebruiken LCD's verschillende lagen optische apparaten om het licht van een achtergrondverlichting in te kleuren, te polariseren en te sluiten, en bij elke stap treden inefficiënties op. Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Michigan een optische film gemaakt die belooft de algehele efficiëntie van LCD's met meer dan 400 procent te verhogen, zodat 36 procent van het licht er doorheen komt. De nieuwe optische film is ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van L. Jay Guo , hoogleraar elektrotechniek en computerwetenschappen aan de universiteit. De film kleurt en polariseert het licht dat door een LCD gaat, efficiënter dan conventionele componenten.
Het kleurenfilter is een drielaagse sandwich van isolatiemateriaal tussen twee lagen aluminium; de hele stapel is minder dan 200 nanometer dik en is geëtst met periodieke sleuven, als een rooster. De afstand tussen de spleten en hun breedte bepaalt de kleur die ze zullen produceren wanneer ze worden verlicht door een witte achtergrondverlichting. Dit komt omdat de roosterpatronen op dezelfde schaalgrootte liggen als de golflengte van zichtbaar licht. In een paper die vorige week online werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie , laten de Michigan-onderzoekers zien dat ze met zo'n filter een regenboog van kleuren kunnen maken.
Het filter is niet alleen efficiënter, maar ook eenvoudiger te maken dan de huidige LCD's, zegt Guo. Het is mogelijk om rode, blauwe en groene subpixels te creëren door roosters van verschillende breedtes naast elkaar in een enkele fabricagestap te modelleren. Conventionele LCD's gebruiken pigmenten om de rode, groene en blauwe subpixels te definiëren die het licht van de achtergrondverlichting filteren. Elk van deze kleurstoffen wordt één voor één afgezet en vervolgens van een patroon voorzien om een subpixel te maken. De nieuwe roosters laten meer licht door dan op kleurstof gebaseerde filters; overwegende dat een traditioneel groenfilter ongeveer 40 procent van het licht doorlaat; een groen, op een rooster gebaseerd filter zendt 60 procent uit. Andere kleuren hebben vergelijkbare efficiëntievoordelen.
Ook polariseren de roosters het licht zeer efficiënt. Dit is van vitaal belang, omdat de vloeibaar-kristalluiken die open en dicht gaan om licht van elke pixel door te laten, alleen werken met gepolariseerd licht. Conventionele displays gebruiken polarisatiefilters die de helft van het licht absorberen - het gedeelte met de verkeerde polarisatie. Guo's roosters laten echter licht van de juiste polarisatie passeren, maar absorberen de andere 50 procent niet - in plaats daarvan wordt dit licht teruggereflecteerd in de andere richting. Een spiegel reflecteert dit licht en keert een deel van zijn polarisatie om, waardoor er meer licht door de roosters kan terugvallen.
Andere onderzoekers hebben soortgelijke roosterstructuren gemaakt om licht te focussen of meer licht uit displays of zonnecellen te halen. Het is een heel gemakkelijke structuur om te bouwen en te modelleren, zegt Peter Catrysse , een onderzoeker aan de Stanford University. Hij voegt eraan toe dat Guo's kleurenfilter en polarisator veelzijdigheid en afstembaarheid tonen, een teken dat het veld dichter bij het bouwen van componenten komt die voor praktische doeleinden kunnen worden gebruikt.
Nicholas Fang , een professor in mechanische wetenschappen en techniek aan de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, ziet andere richtingen voor het werk. Hij merkt op dat Qualcomm werkt aan reflecterende displays met een nog lager vermogen. Het combineren van dit type display met het nieuwe filter zou de achtergrondverlichting helemaal kunnen elimineren. Er is een mogelijkheid om dit [rooster] te bouwen als een op reflectie gebaseerd kleurenfilter, zegt hij.
De onderzoekers uit Michigan richten zich nu op het waardig maken van de productie van filters, of compatibel met de machines die worden gebruikt om displays in massa te produceren, zegt Guo. Vorig jaar demonstreerde zijn groep een manier om dezelfde nanopatroontechnieken met hoge snelheid over grote gebieden te gebruiken op roll-to-roll printers. We hebben continue roll-to-roll-productie gebruikt om zeer vergelijkbare structuren te maken, zegt hij. De afzonderlijke elementen zijn er, en nu is het een kwestie van integratie.