Новый тип жидкокристаллических дисплеев обманет глаз иначе

Физики разработали новый жидкокристаллический материал, который можно использовать для создания дисплеев. Изображение на экранах, созданный на основе этого материала, формируется за счет конечного временного разрешения глаза, а не углового, как у современных устройств. Это позволит делать дисплеи ярче и поможет им работать быстрее, экономичнее и с лучшим разрешением. Результаты работы сотрудников физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с иностранными коллегами опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Устройства с жидкокристаллическими дисплеями в последние годы получили широкое распространение. Такие экраны можно найти в часах, калькуляторах, плеерах, компьютерах, смартфонах, планшетах, телевизорах и многих других электронных приборах. Изображения на них сформированы пикселями — наименьшими физическими элементами жидкокристаллического дисплея.

Экраны подобных устройств не способны отображать несколько цветов в одной точке, а потому каждый пиксель разделен на три равные части (субпиксели), отображающие свой цвет: красный, синий или зеленый. То, каким будет субпиксель, определяет соответствующий цветовой фильтр. Он покрывает конструкцию, чем-то напоминающую сэндвич: «начинка» представлена двумя стеклами с прозрачными электродами и жидким кристаллом между ними, а «булочки» — еще двумя фильтрами, отсекающими волны с различной поляризацией света.

Когда к электродам не подведено напряжение, вытянутые молекулы нематического жидкого кристалла, используемого в современных дисплейных устройствах, выстроены между ними в форме спирали благодаря специальной обработке поверхности стекол. Такая структура жидкого кристалла производит поворот плоскости поляризации света на 90 ⁰, и поэтому свет, прошедший через первый фильтр, проходит и через второй, создавая светлое изображение. Если к элементу приложено напряжение, то молекулы жидкого кристалла выстаиваются вдоль направления электрического поля, поворот плоскости поляризации света в такой ячейке отсутствует, и пиксель оказывается непрозрачным. Этот принцип был придумал советский физик Всеволод Фредерикс и в настоящее время его используют в подавляющем большинстве дисплейных устройств на жидких кристаллах. Цвет в таких устройствах создается за счет светодиодной подсветки тремя цветами (синим, зеленым и красным), а произвольный цвет изображения и яркость определяются количеством светлых и темных пикселей, привязанных к определенным светодиодам.

«Мы разработали другой тип материала — жидкокристаллический сегнетоэлектрик, обладающий спонтанной электрической поляризацией, благодаря которой быстродействие материала увеличивается на несколько порядков. Это необходимо для реализации другой идеи — дисплеев с последовательным во времени чередованием цветов подсветки», — рассказывает соавтор работы Александр Емельяненко из МГУ.

Благодаря упорядоченной структуре в широком диапазоне температур новый материал устойчив к их колебаниям. В новых дисплеях все три цвета подсветки могут вспыхивать в определенной быстрой последовательности через всю панель экрана, а каждый жидкокристаллический пиксель будет «открываться» и «закрываться» еще быстрее, поэтому человеческий глаз станет усреднять цвет во времени, а не в пространстве. В современных дисплеях цвет формируется за счет недостаточного углового разрешения человеческого глаза, не позволяющего увидеть отдельные субпиксели. В экранах по новой технологии глаз не успеет уследить за вспышками светодиодов во времени, благодаря чему будет воспринимать цветное изображение. Эксперименты показали, что смена кадров на таких экранах также будет ускорена, что позволит зрителям насладиться более реалистичным изображением без дефектов.

Современные жидкокристаллические дисплеи обладают недостаточно высоким коэффициентом пропускания света в основном из-за использования цветных фильтров, которые вмонтированы в структуру дисплея для создания полноцветного изображения. В среднем подобные системы пропускают только треть светового потока, из-за чего приходится применять более мощные источники света. В случае нового типа дисплеев такое блокирование не нужно, поскольку пиксели способны менять свой цвет и необходимость в цветофильтрах отпадает.

«Создание дисплеев с последовательным во времени чередованием цветов подсветки значительно удешевит их производство, улучшит оптические характеристики: яркость, цветовую гамму и разрешение (каждый пиксель будет полноценным пикселем, а не одним из трех субпикселей), — подытоживает Емельяненко. — Это также позволит сэкономить до 70% энергии, потребляемой дисплеем, поскольку можно будет использовать гораздо менее яркий источник света, не уменьшая при этом яркость самого дисплея».

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.