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Un semplice filtro potrebbe rendere gli LCD più efficienti
Un nuovo tipo di filtro a colori potrebbe aumentare significativamente l'efficienza energetica dei display a cristalli liquidi (LCD), che dominano il mercato in tutto, dai televisori ai telefoni cellulari.
Filtro colore: Il reticolo mostrato nell'immagine in alto filtra diversi colori di luce a seconda della larghezza delle sue fessure e della distanza tra loro. L'immagine in basso mostra i colori prodotti dal filtro quando è illuminato con luce bianca.
I migliori LCD oggi emettono solo circa l'8% della luce prodotta dalla retroilluminazione. Ciò significa che scaricano le batterie nei dispositivi elettronici portatili e aumentano le bollette dell'elettricità nelle case (la California Energy Commission stima che i televisori consumano 10 percento dell'energia elettrica nelle abitazioni).
Normalmente, gli LCD utilizzano diversi strati di dispositivi ottici per colorare, polarizzare e otturare la luce da una retroilluminazione e le inefficienze emergono ad ogni passo. Ora i ricercatori dell'Università del Michigan hanno realizzato una pellicola ottica che promette di aumentare l'efficienza complessiva degli LCD di oltre il 400 percento, in modo che il 36 percento della luce ce la faccia. Il nuovo film ottico è stato sviluppato da ricercatori guidati da L. Jay Guo , professore di ingegneria elettrica e informatica all'università. La pellicola colora e polarizza la luce che passa attraverso un LCD in modo più efficiente rispetto ai componenti convenzionali.
Il filtro colorato è un sandwich a tre strati di materiale isolante tra due strati di alluminio; l'intera pila ha uno spessore inferiore a 200 nanometri ed è incisa con fessure periodiche, come una griglia. La distanza tra le fessure e la loro larghezza determina il colore che produrranno quando illuminate da una retroilluminazione bianca. Questo perché i modelli di reticolo sono sulla stessa scala di dimensioni della lunghezza d'onda della luce visibile. In un articolo pubblicato online la scorsa settimana sulla rivista Comunicazioni sulla natura , i ricercatori del Michigan mostrano che possono creare un arcobaleno di colori usando un tale filtro.
Oltre ad essere più efficiente, il filtro è anche più semplice da realizzare rispetto agli attuali LCD, afferma Guo. È possibile creare subpixel rossi, blu e verdi modellando reticoli di diverse larghezze uno accanto all'altro in un'unica fase di produzione. Gli LCD convenzionali utilizzano pigmenti per definire i subpixel rossi, verdi e blu che filtrano la luce dalla retroilluminazione. Ciascuno di questi coloranti viene depositato uno alla volta e quindi modellato per creare un subpixel. I nuovi reticoli trasmettono più luce rispetto ai filtri a base di coloranti; considerando che un filtro verde tradizionale trasmette circa il 40 percento della luce; un filtro verde a reticolo trasmette il 60 percento. Altri colori hanno vantaggi di efficienza simili.
I reticoli inoltre polarizzano la luce in modo molto efficiente. Questo è fondamentale, perché gli otturatori a cristalli liquidi che si aprono e si chiudono per far passare la luce da ciascun pixel funzionano solo con la luce polarizzata. I display convenzionali utilizzano filtri polarizzatori che assorbono metà della luce, la parte con la polarizzazione sbagliata. I reticoli di Guo lasciano passare la luce della giusta polarizzazione, ma non assorbono l'altro 50 percento, invece, questa luce viene riflessa nell'altra direzione. Uno specchio riflette questa luce e inverte parte della sua polarizzazione, consentendo a più luce di tornare indietro attraverso le grate.
Altri ricercatori hanno realizzato strutture a reticolo simili per focalizzare la luce o ottenere più luce dai display o dalle celle solari. È una struttura molto facile da costruire e modellare, dice Peter Catrysse , ricercatore alla Stanford University. Aggiunge che il filtro colore e il polarizzatore di Guo mostrano versatilità e accordabilità, segno che il campo si sta avvicinando alla costruzione di componenti che possono essere utilizzati per scopi pratici.
Nicholas Fang , professore di scienze e ingegneria meccanica presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign, vede altre direzioni per il lavoro. Egli nota che Qualcomm sta lavorando su display riflettenti anche a bassa potenza. Combinando questo tipo di display con il nuovo filtro si potrebbe eliminare del tutto la retroilluminazione. C'è la possibilità di costruire questo [reticolo] come un filtro colore riflettente, dice.
I ricercatori del Michigan sono ora concentrati sul rendere la produzione di filtri degna, o compatibile con i macchinari utilizzati per produrre display in serie, afferma Guo. L'anno scorso, il suo gruppo ha dimostrato un modo per utilizzare le stesse tecniche di nanopatterning su grandi aree ad alta velocità su stampanti roll-to-roll. Abbiamo utilizzato la produzione continua roll-to-roll per realizzare strutture molto simili, afferma. I singoli elementi ci sono, e ora è questione di integrazione.