藍(lán)相液晶為何物，真本領(lǐng)懟OLED？

OLED也是可憐娃，由于聲名在外，難免會(huì)有幾個(gè)不識(shí)趣的后起之輩想要和它懟。比如量子點(diǎn)，比如QLED，再比如Micro LED，誰(shuí)都搶著拿下“下一代顯示技術(shù)”的帽子。

然而，你們都too young too simple?，F(xiàn)有的量子點(diǎn)技術(shù)根本贏不了OLED，QLED甚至連剖腹產(chǎn)都出不來(lái)。Micro LED么，民用化再等幾年吧……不過(guò)今天要說(shuō)的藍(lán)相液晶，倒還真有那么點(diǎn)意思，或許可以讓OLED顫抖一下。

三星于2008年發(fā)表的第一款藍(lán)相液晶面板

本月1日，由來(lái)自臺(tái)灣的物理學(xué)家吳詩(shī)聰領(lǐng)導(dǎo)的美國(guó)團(tuán)隊(duì)宣布成功研發(fā)出新一代藍(lán)相液晶技術(shù)，試制品的像素密度達(dá)到1500ppi，是蘋果Retina顯示器的三倍。未來(lái)有望應(yīng)用在VR、AR等顯示領(lǐng)域，進(jìn)一步增強(qiáng)小屏幕上的分辨率表現(xiàn)。

世界上第一款藍(lán)相液晶面板由三星于2008年推出，基于藍(lán)相液晶的技術(shù)特點(diǎn)，這塊面板達(dá)到了240Hz的高刷新率，但同時(shí)存在著需要高電壓、發(fā)熱量大以及顯示對(duì)比度低的缺點(diǎn)。

而此次吳詩(shī)聰團(tuán)隊(duì)研發(fā)的藍(lán)相液晶解決了上述問(wèn)題，在每像素15V的電壓下實(shí)現(xiàn)了74%的透光率，達(dá)到可以商用的程度。

前提概要已說(shuō)明完了，那么究竟什么是藍(lán)相液晶呢?

來(lái)自1888年的意外發(fā)現(xiàn)

液晶最早于1888年被奧地利植物學(xué)和化學(xué)家弗里德里希·理查德·萊尼澤所發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)他正在加熱安息香酸膽固醇酯時(shí)意外察覺(jué)到其在145℃時(shí)會(huì)融解為混濁液體，繼續(xù)加熱至179℃時(shí)變?yōu)橥该饕后w，這個(gè)透明液體便是液晶。

當(dāng)時(shí)在發(fā)表的報(bào)告中，弗里德里希還提到過(guò)在降溫測(cè)試時(shí)液晶出現(xiàn)了一種持續(xù)時(shí)間短暫的藍(lán)色形態(tài)，這正是液晶的一種特殊形態(tài)——藍(lán)相液晶。

藍(lán)相液晶的一個(gè)特點(diǎn)是系統(tǒng)穩(wěn)定，雖然其結(jié)構(gòu)呈雙扭旋特性，離中心軸越遠(yuǎn)則越不穩(wěn)定，但依然比普通液晶的單扭旋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更好，盡管差別不會(huì)很大。一個(gè)單位體積的雙扭旋結(jié)構(gòu)為柱狀系統(tǒng)，內(nèi)部擁有多個(gè)螺旋軸并交匯于中央的中心軸，以45°圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)。將多個(gè)雙扭旋結(jié)構(gòu)堆疊在一起，便是通常意義上的藍(lán)相液晶了。

藍(lán)相液晶的雙扭旋結(jié)構(gòu)

然而堆疊在一起的藍(lán)相液晶在交匯處存在晶體缺陷，這是由于原子或分子的不完美排列造成的，無(wú)法避免。但就是因?yàn)橛芯w缺陷的存在，使得藍(lán)相液晶顯得與眾不同。這些缺陷的間距只有幾百納米，根據(jù)布拉格反射的原理，此時(shí)光線遇到這些缺陷后彼此發(fā)生干涉，由此會(huì)產(chǎn)生帶有顏色的反射光，但不一定是藍(lán)色。

藍(lán)相液晶的晶體缺陷

如果在此基礎(chǔ)上施加外部電壓，由于存在克爾效應(yīng)，隨著晶格折射率的改變，反射光可以呈現(xiàn)不同的顏色。

看到這里，一些聰明人也許就明白了。是的，藍(lán)相液晶能夠控制光的顏色，不再需要濾光片著色，這才是它的最大特點(diǎn)，而不是什么高精細(xì)。

一個(gè)像素產(chǎn)生紅綠藍(lán)光

在普通的液晶顯示結(jié)構(gòu)中，需要使用RGB三色濾光片對(duì)白光進(jìn)行著色，以此實(shí)現(xiàn)全彩。至于灰階的控制，則是通過(guò)調(diào)整施加在液晶單元上的電壓來(lái)達(dá)到調(diào)節(jié)的目的。因?yàn)橐壕枰还嘧⒃诤窦s幾微米的玻璃基板上，晶體單元較大，所以驅(qū)動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，造成響應(yīng)速度緩慢。

藍(lán)相液晶顯示屏

而藍(lán)相液晶則不同，它可以實(shí)現(xiàn)自行排列，也不需要固定液晶分子排列的配相層，因此單個(gè)晶體單元只有幾十到幾百納米，使之更易驅(qū)動(dòng)。三星于2008年發(fā)表的藍(lán)相液晶面板有著240Hz的高刷新率，正是基于此特點(diǎn)。

當(dāng)然更讓人感到興奮的是，由于不再需要濾光片，加上藍(lán)相液晶的響應(yīng)速度超群，因此原本需要三個(gè)子像素來(lái)進(jìn)行RGB混色，如今只需要一個(gè)子像素便可完成這一過(guò)程。

藍(lán)相液晶顯色示意圖

之前三星利用克爾效應(yīng)，讓藍(lán)相液晶發(fā)出紅、綠、藍(lán)光，然后根據(jù)所需要的顏色，在10倍于普通液晶的響應(yīng)時(shí)間里讓像素快速閃爍，直接混合紅、綠、藍(lán)三種色彩。吳詩(shī)聰團(tuán)隊(duì)的方案據(jù)說(shuō)是使用了紅、綠、藍(lán)三種LED背光燈，在亞毫秒級(jí)的響應(yīng)時(shí)間里進(jìn)行快速切換。由于閃爍時(shí)間極為迅速，肉眼無(wú)法捕捉，因此我們看到的直接就是混合后的色彩，而非普通電視那樣間接混合RGB三色。

這一顯色原理與DLP投影機(jī)相近，也是通過(guò)快速切換RGB三色來(lái)實(shí)現(xiàn)混色。理論上，這種混色方式顯示出來(lái)的色彩會(huì)更加柔和與準(zhǔn)確。

正是由于采用單子像素發(fā)光，因此在原有的玻璃基板上可以塞入更多的藍(lán)相液晶像素，超高精細(xì)面板就誕生了。

但藍(lán)相液晶也并非完美無(wú)缺，比如它所需要的驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)在過(guò)高，由此也導(dǎo)致發(fā)熱量過(guò)大。吳詩(shī)聰團(tuán)隊(duì)的解決方案是使用一種凸起的電極結(jié)構(gòu)，使電場(chǎng)能更深入地驅(qū)動(dòng)液晶，降低所需的驅(qū)動(dòng)電壓。不過(guò)提升其透光率，依然是藍(lán)相液晶所需面臨的重要課題。

下一步是商品化

由于新的藍(lán)相液晶技術(shù)與三星當(dāng)年已經(jīng)不可同日而語(yǔ)，因此吳詩(shī)聰認(rèn)為商品化已經(jīng)指日可待。他們找到的合作伙伴是日本JNC石油化學(xué)與臺(tái)灣友達(dá)光電，后者已經(jīng)擁有凸起電極結(jié)構(gòu)的樣品，接下來(lái)將與JNC合作開發(fā)材料，早已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。盡管目前能看到的樣品稀少，但已經(jīng)讓人倍感期待了。