211service.com
Et simpelt filter kunne gøre LCD-skærme mere effektive
En ny type farvefilter kan øge energieffektiviteten af flydende krystalskærme (LCD'er), som dominerer markedet inden for alt fra fjernsyn til mobiltelefoner.
Farvefilter: Gitteret vist på det øverste billede filtrerer forskellige lysfarver afhængigt af bredden af dets spalter og afstanden mellem dem. Det nederste billede viser farverne produceret af filteret, når det er oplyst med hvidt lys.
De bedste LCD'er i dag udsender kun omkring 8 procent af det lys, der produceres af deres baggrundsbelysning. Det betyder, at de dræner batterierne i bærbar elektronik og øger elregningen i hjemmene (Californiens energikommission vurderer, at fjernsyn forbruger 10 procent af elektriciteten i boliger).
Normalt bruger LCD-skærme flere lag af optiske enheder til at farvelægge, polarisere og lukke lys fra en baggrundslys, og ineffektivitet dukker op ved hvert trin. Nu har forskere ved University of Michigan lavet en optisk film, der lover at øge LCD-skærmens samlede effektivitet med mere end 400 procent – så 36 procent af lyset kommer igennem. Den nye optiske film er udviklet af forskere ledet af L. Jay Guo , professor i elektroteknik og datalogi ved universitetet. Filmen farver og polariserer lyset, der passerer gennem en LCD mere effektivt end konventionelle komponenter kan.
Farvefilteret er en trelags sandwich af et isolerende materiale mellem to lag aluminium; hele stakken er mindre end 200 nanometer tyk og er ætset med periodiske slidser, som en rist. Afstanden mellem slidserne og deres bredde bestemmer den farve, de producerer, når de belyses af hvid baggrundsbelysning. Dette skyldes, at gittermønstrene er på samme størrelsesskala som bølgelængden af synligt lys. I et papir offentliggjort online i sidste uge i tidsskriftet Naturkommunikation , viser Michigan-forskerne, at de kan lave en regnbue af farver ved hjælp af sådan et filter.
Ud over at være mere effektivt er filteret også enklere at lave end nuværende LCD'er, siger Guo. Det er muligt at skabe røde, blå og grønne subpixels ved at mønstre gitter af forskellig bredde side om side i et enkelt fremstillingstrin. Konventionelle LCD'er bruger pigmenter til at definere de røde, grønne og blå subpixels, der filtrerer lys fra baggrundslyset. Hver af disse farvestoffer deponeres en ad gangen og mønstres derefter for at lave en subpixel. De nye gitre transmitterer mere lys end farvestofbaserede filtre; der henviser til, at et traditionelt grønt filter transmitterer omkring 40 procent af lyset; et grønt, gitterbaseret filter transmitterer 60 pct. Andre farver har lignende effektivitetsfordele.
Ristene polariserer også lyset meget effektivt. Dette er vigtigt, fordi de flydende krystal-skodder, der åbner og lukker for at slippe lys fra hver pixel igennem, kun fungerer med polariseret lys. Konventionelle skærme bruger polariserende filtre, der absorberer halvdelen af lyset - delen med den forkerte polarisering. Guos gitre lader lys med den rigtige polarisering passere, men de absorberer ikke de andre 50 procent - i stedet reflekteres dette lys tilbage i den anden retning. Et spejl reflekterer dette lys og vender noget af dets polarisering, så mere lys kan passere tilbage gennem gitterne.
Andre forskere har lavet lignende gitterstrukturer til at fokusere lys eller få mere lys ud af skærme eller solceller. Det er en meget nem struktur at bygge og mønstre, siger Peter Catrysse , en forsker ved Stanford University. Han tilføjer, at Guos farvefilter og polarisator viser alsidighed og tunerbarhed, et tegn på, at feltet kommer tættere på byggekomponenter, der kan bruges til praktiske formål.
Nicholas Fang , professor i mekanisk videnskab og ingeniørvidenskab ved University of Illinois i Urbana-Champaign, ser andre retninger for arbejdet. Det bemærker han Qualcomm arbejder på reflekterende skærme med endnu lavere effekt. Ved at kombinere denne type skærm med det nye filter kan baggrundsbelysningen helt elimineres. Der er mulighed for at bygge dette [gitter] som et reflekterende farvefilter, siger han.
Michigan-forskerne er nu fokuserede på at gøre filtreproduktionen værdig eller kompatibel med det maskineri, der bruges til at masseproducere skærme, siger Guo. Sidste år demonstrerede hans gruppe en måde at bruge de samme nanomønsterteknikker over store områder ved høj hastighed på rulle-til-rulle-printere. Vi har brugt kontinuerlig roll-to-roll-fremstilling til at lave meget lignende strukturer, siger han. De enkelte elementer er der, og nu er det et spørgsmål om integration.