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Un simple filtre pourrait rendre les écrans LCD plus efficaces
Un nouveau type de filtre couleur pourrait augmenter considérablement l'efficacité énergétique des écrans à cristaux liquides (LCD), qui dominent le marché dans tous les domaines, des téléviseurs aux téléphones portables.
Filtre de couleur : Le réseau montré dans l'image du haut filtre différentes couleurs de lumière en fonction de la largeur de ses fentes et de la distance entre elles. L'image du bas montre les couleurs produites par le filtre lorsqu'il est éclairé par une lumière blanche.
Les meilleurs écrans LCD d'aujourd'hui n'émettent qu'environ 8 % de la lumière produite par leur rétroéclairage. Cela signifie qu'ils épuisent les batteries des appareils électroniques portables et augmentent les factures d'électricité des foyers (la California Energy Commission estime que les téléviseurs consomment 10 pourcent de l'électricité dans les maisons).
Normalement, les écrans LCD utilisent plusieurs couches de dispositifs optiques pour colorer, polariser et obturer la lumière d'un rétroéclairage, et des inefficacités apparaissent à chaque étape. Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université du Michigan ont fabriqué un film optique qui promet d'augmenter l'efficacité globale des écrans LCD de plus de 400 %, de sorte que 36 % de la lumière le traverse. Le nouveau film optique a été développé par des chercheurs dirigés par L. Jay Guo , professeur de génie électrique et d'informatique à l'université. Le film colore et polarise la lumière qui traverse un écran LCD plus efficacement que les composants conventionnels.
Le filtre de couleur est un sandwich à trois couches d'un matériau isolant entre deux couches d'aluminium ; l'ensemble de l'empilement a une épaisseur inférieure à 200 nanomètres et est gravé de fentes périodiques, à la manière d'une grille. La distance entre les fentes et leur largeur détermine la couleur qu'elles produiront lorsqu'elles seront éclairées par un rétroéclairage blanc. C'est parce que les motifs de réseau sont sur la même échelle de taille que la longueur d'onde de la lumière visible. Dans un article publié en ligne la semaine dernière dans la revue Communication Nature , les chercheurs du Michigan montrent qu'ils peuvent créer un arc-en-ciel de couleurs à l'aide d'un tel filtre.
En plus d'être plus efficace, le filtre est également plus simple à fabriquer que les écrans LCD actuels, explique Guo. Il est possible de créer des sous-pixels rouges, bleus et verts en dessinant côte à côte des réseaux de largeurs différentes en une seule étape de fabrication. Les écrans LCD conventionnels utilisent des pigments pour définir les sous-pixels rouges, verts et bleus qui filtrent la lumière du rétroéclairage. Chacun de ces colorants est déposé un à la fois puis modelé pour former un sous-pixel. Les nouveaux réseaux transmettent plus de lumière que les filtres à base de colorants ; alors qu'un filtre vert traditionnel transmet environ 40 pour cent de la lumière ; un filtre vert basé sur un réseau transmet 60 pour cent. D'autres couleurs ont des avantages d'efficacité similaires.
Les grilles polarisent également la lumière de manière très efficace. C'est vital, car les obturateurs à cristaux liquides qui s'ouvrent et se ferment pour laisser passer la lumière de chaque pixel ne fonctionnent qu'avec une lumière polarisée. Les écrans conventionnels utilisent des filtres polarisants qui absorbent la moitié de la lumière, la partie avec la mauvaise polarisation. Les réseaux de Guo laissent passer la lumière de la polarisation droite, mais ils n'absorbent pas les 50 % restants. Au lieu de cela, cette lumière est réfléchie dans l'autre sens. Un miroir réfléchit cette lumière et inverse une partie de sa polarisation, permettant à plus de lumière de repasser à travers les grilles.
D'autres chercheurs ont créé des structures de grille similaires pour focaliser la lumière ou obtenir plus de lumière à partir d'écrans ou de cellules solaires. C'est une structure très facile à construire et à modeler, dit Pierre Catrysse , chercheur à l'université de Stanford. Il ajoute que le filtre de couleur et le polariseur de Guo sont polyvalents et accordables, signe que le domaine se rapproche des composants de construction pouvant être utilisés à des fins pratiques.
Nicolas Croc , professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, voit d'autres directions pour le travail. Il note que Qualcomm travaille sur des écrans réfléchissants encore plus faibles. La combinaison de ce type d'affichage avec le nouveau filtre pourrait éliminer complètement le rétroéclairage. Il y a une possibilité de construire ce [grillage] comme un filtre de couleur basé sur la réflexion, dit-il.
Les chercheurs du Michigan se concentrent maintenant sur la fabrication de filtres dignes ou compatibles avec les machines utilisées pour produire en série des écrans, explique Guo. L'année dernière, son groupe a démontré un moyen d'utiliser les mêmes techniques de nanostructuration sur de grandes surfaces à grande vitesse sur des imprimantes rouleau à rouleau. Nous avons utilisé la fabrication continue de rouleau à rouleau pour créer des structures très similaires, dit-il. Les éléments individuels sont là, et maintenant c'est une question d'intégration.