Команда исследователей из Университета Сучжоу разработала инновационную технологию производства ЖК-дисплеев, способную привести к созданию устройств нового поколения. Она базируется на основе двумерных неорганических нанолистов α-циркониевого фосфата, которые при воздействии электрического поля могут изменять не только интенсивность света, но и его цвет, что позволяет полностью отказаться от применения в конструкции цветовых фильтров и слоев ориентации.
В классических LCD-дисплеях используют жидкие кристаллы, которые могут изменять свое состояние под воздействием электрического поля, что позволяет контролировать прохождение света. Однако сами по себе они не создают цвет, а лишь изменяют его интенсивность. За формирование цветов отвечают цветовые фильтры, разделяющие свет на красный, зеленый и синий. Они размещаются в пикселях, чтобы каждый из них в зависимости от комбинации фильтров мог излучать определенный цвет. Сочетание пикселей различных цветов позволяет получить полноцветное изображение на экране. Также для правильного распределения света крайне важна ориентация самих кристаллов, которая меняется под воздействием электрического поля. Чтобы помочь молекулам выстраиваться в нужном порядке, применяются слои ориентации, устанавливающие начальное направление жидких кристаллов.
Разработанный исследователями однопиксельный дизайн ЖК-дисплея основан на уникальных свойствах такого неорганического материала, как α-циркониевый фосфат. Это фосфат циркония, который существует в альфа-форме, то есть в определенной кристаллической решетке, что и определяет его структурные и физические характеристики. Материал имеет высокий коэффициент Керра (способность изменения оптических свойств при воздействии электрического поля), что позволяет использовать первичную и вторичную интерференцию для корректировки цвета проходящего через него света. Таким образом, с помощью электрического поля можно точно контролировать, какой цвет будет пропускаться через пиксель, не используя для этого дополнительные фильтры.
Также этот неорганический наноматериал допускает управление ориентацией молекул с помощью электрического поля на микроскопическом уровне и обладает достаточно стабильной структурой, не требующей физического выстраивания молекул при участии дополнительных слоев ориентации. Это дает возможность регулировать интенсивность света и его направление, не полагаясь на сложные слои ориентации, которые применяются в традиционных ЖК-дисплеях и, как и цветовые фильтры, могут быть достаточно дорогими в производстве.
Продемонстрированный разработчиками прототип способен обеспечить типичное для стандартного светодиодного дисплея разрешение, отображать полноцветные изображения и всю шкалу серого. В случае необходимости повышения разрешения технология допускает увеличение плотности пикселей до 1200 PPI.
Комментирует Фэнся Гэн, профессор энергетического факультета Института инноваций в области энергетики и материалов Университета Сучжоу и автор проекта:
«Появление этой инновационной технологии стало возможным благодаря высокому коэффициенту Керра, которым обладает α-циркониевый фосфат, что обеспечило возможность использования интерференции первого и второго порядка. При этом, для управления свойствами подобного материала необходимо напряжение электрического поля на один или два порядка меньшее, чем требуется для органических жидких кристаллов. Учитывая такие важные преимущества, как простота конструкции, большая стабильность неорганических жидких кристаллов, экологичность материала и процесса изготовления, мы ожидаем, что в обозримом будущем эта технология получит широкое распространение».
