Российские ученые создали самые быстродействующие ЖК ячейки

В Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН созданы электрооптические ЖК ячейки, которые в 100 раз превосходят по быстродействию все аналоги, используемые в настоящее время. На их основе в ближайшем будущем планируется создавать сверхбыстрые видеопроекторы, объемные экраны трехмерных дисплеев, а также лазерные пико-проекторы, которые можно будет размещать даже в мобильных телефонах.

В лаборатории Оптоэлектронных процессоров ФИАН представлен макет трехмерного дисплея. Он состоит из нескольких плоских модуляторов света (жидкокристаллических ячеек толщиной порядка миллиметра), которые расположены на небольшом расстоянии друг от друга. Объемное изображение объекта формируется "постепенно": в плоскости каждого модулятора, благодаря включению в них по очереди рассеяния света, визуализируются подаваемые от видеопроектора (также по очереди) изображения сечений объекта.

В совокупности эти сечения создают цельный световой макет объекта, который можно рассматривать не только невооруженным глазом, но и с разных сторон. Но это возможно только в том случае, если время формирования светового макета не превышает 1/25 долю секунды, а цикл включения/выключения светорассеяния в ячейках должен быть тем меньше этого времени, чем большее число сечений визуализируется в объемном изображении. Созданные в ФИАНе ЖК материалы нового типа - наноструктуры на основе смектических кристаллов с сегнетоэлектрическими свойствами (СЖК), позволяют добиться такого быстродействия. Они способны переключаться из одного прозрачного состояния в другое прозрачное или светорассеивающее состояние почти в 100 раз быстрее, чем нематические кристаллы, используемые в современных плоских телевизионных или компьютерных ЖК экранах.

Над разработкой СЖК материалов, ячеек и приборов на их основе коллектив ученых под руководством доктора физ.-мат. наук Игоря Компанца работает уже более 15 лет. Он объясняет:

"СЖК ячейка - это не только "сэндвич", состоящий из слоя жидкого кристалла в нескольких микрометров толщиной, расположенного между прозрачными электродами толщиной порядка 80-100 нм. На них еще наносится тонкая, в 5-50 нм, полимерная пленка, ориентирующая в заданном направлении молекулы ЖК вещества и образующая с верхним шероховатым слоем проводящего покрытия композитную структуру. Наконец, есть еще диэлектрическая пленка, толщина которой составляет несколько десятков нанометров. Она предотвращает возможное замыкание электродов, и диэлектрические столбики, высота которых задает толщину ЖК слоя".

Быстродействие разработанных в ФИАНе светорассеивающих СЖК модуляторов позволяет наблюдать одновременно порядка 100 сечений объемного пространства, в то время как самый быстрый из существующих на сегодня видеопроекторов, разработанный на основе матрицы микрозеркал, в реальном времени обеспечивает визуализацию лишь 20 сечений. К тому же, как утверждает профессор Компанец, микрозеркала через 2-3 года непрерывной работы "устают", а СЖК могут служить десятилетие и даже больше и обеспечить скорость формирования изображений в 8 тысяч кадров в секунду.

Однако для использования СЖК ячеек в высокочастотном микродисплее скоростного видеопроектора нужно было разработать низковольтные ячейки, допускающие переключение оптического состояния с указанной частотой при управляющем напряжении менее 3В. И такая низковольтная СЖК ячейка была недавно создана в ФИАНе. Частота модуляции света достигается в ней в 1-2 кГц при подаче напряжения всего 1,5-2В.

Помимо использования в объемном экране трехмерного дисплея и в микродисплее скоростного видеопроектора, быстродействующая СЖК ячейка может служить еще и в качестве деспеклера - фильтра спекл-шума (зернистости) в изображениях, сформированных лазерным лучом в проекционных дисплеях.

"Для того чтобы лазерный луч сохранил важную для создания цветовой гаммы монохроматичность, но при этом потерял когерентность, приводящую к интерференции лучей и наблюдению спеклов, мы предложили поставить на его пути маленькую, но "удаленькую" СЖК ячейку. При подаче на нее электрического сигнала сложной формы когерентность луча разрушается вследствие особенностей его фазовой модуляции. Пико-проектор, использующий такой принцип фильтрации шумов, можно будет установить даже в мобильный телефон и с его помощью проецировать, например, на стену фильм или другую информацию и смотреть их в удобном масштабе", - комментирует Игорь Компанец.

В настоящее время представители ФИАН активно ищут партнеров для реализации своих заманчивых научных разработок. А в мае 2010 года профессор Компанец планирует выступить с докладом на ежегодном международном симпозиуме Дисплейного общества (SID-2010), который пройдет в Сиэтле (США, штат Вашингтон).