Передовые инновации в области ЖК-дисплеев расширяют углы обзора и точность цветопередачи

• Исследователи предлагают мультидоменные дисплеи для улучшения угла обзора и цветопередачи. 
• Он работает с жидкокристаллическими полимерами, поли(ди-н-алкилсилоксанами). 
• Это может облегчить процедуру изготовления и открыть новые двери в области печатной и органической электроники. 

Рынок жидкокристаллических дисплеев (ЖК-дисплеев) в полной мере оценил преимущества жидкокристаллического состояния вещества, сочетающего в себе мобильность и порядок, что обеспечивает высокую эффективность, низкое энергопотребление и компактность устройства.

Однако одним из основных ограничений ЖК-технологии является угол обзора:если смотреть сбоку, она не передает цвета точно. Происходит это за счет совмещения жидких кристаллов.

Для решения этой проблемы международная группа исследователей из Германии, России и Франции предложила новую методику ориентации жидких кристаллов. Давайте выясним, что именно они сделали для решения этой многолетней проблемы.

Жидкие кристаллы

Большинство кристаллов являются твердыми:их атомы или молекулы образуют упорядоченную трехмерную структуру. Но у жидких кристаллов такой конфигурации нет, и они могут течь. Молекулы в жидкокристаллическом состоянии обладают промежуточными свойствами между свойствами кристалла и жидкости, что придает им способность течь.

Молекулы ЖК-материала имеют анизометрическую форму:диско- или палочковидную. Их свойства зависят от направления, например, в жидком кристалле поляризованный свет распространяется с разной скоростью в разных направлениях. Их ориентацию можно быстро изменить, изменив электрическое или магнитное поле. Это явление называется переходом Фредерикса.

Оптические свойства жидких кристаллов и их способность к переориентации делают их широко популярными в электронных дисплеях, телефонах, компьютерах, телевизорах и других устройствах.

ЖК-дисплей

В ЖК-дисплеях изображение формируется путем изменения интенсивности света в каждом пикселе с помощью электрического поля, которое выравнивает жидкокристаллические материалы. ЖК-дисплеи имеют множество конфигураций, но наиболее популярная основана на скрученных нематических жидких кристаллах:термотропных жидких кристаллах стержнеобразной формы. Их можно легко скручивать и раскручивать, применяя электрическое поле.

Нематический жидкокристаллический дисплей | Фото:пресс-служба МФТИ

Возможно, вы знаете, что каждый пиксель цветных ЖК-дисплеев содержит 3 субпикселя:красный, зеленый и синий (RGB). Любой цвет можно отобразить на экране, изменяя его интенсивность. Субпиксель витого нематического ЖК-дисплея содержит источник света, два поляризатора, цветной фильтр и жидкий кристалл, помещенный между двумя стеклянными пластинами с электродами.

Читайте:Новый дизайн ЖК-дисплея толщиной с бумагу может произвести революцию в печатных носителях

Жидкий кристалл раскручивается при подаче напряжения, что в определенной степени меняет поляризацию света. Таким образом, часть света блокируется. В конечном счете, при определенном напряжении свет не может достичь цветового фильтра, и это приводит к затемнению субпикселей.

Угол обзора у этой техники не так уж и велик. Чтобы решить эту проблему, исследователи предложили многодоменные дисплеи, в которых набор пикселей связан с рядом доменов, ориентация жидких кристаллов которых различна. Благодаря этому по крайней мере некоторые домены всегда ориентированы в правильном направлении.

Как это работает?

Этот подход работает с жидкокристаллическими полимерами. Небольшие изменения в структурах полимеров могут радикально изменить их ориентацию на подложке. Полимеры, о которых мы говорим, — это ПДАС или поли(ди-н-алкилсилоксаны).

Химическая структура ПДАС

В этом полимере каждая молекула представляет собой цепочку, состоящую из чередующихся атомов кислорода и кремния. Атомы кремния связаны двумя симметричными углеводородными боковыми цепями. «n» в соединении обозначает длину боковых цепей, которая варьируется от 2 до 6.

Исследователи нанесли этот полимер на выравнивающую поверхность с тефлоновым покрытием и регулярным рисунком канавок. Затем они проанализировали ориентацию полимерной цепи относительно направления канавок на выравнивающей поверхности.

Ссылка:Макробуквы ACS | doi:10.1021/acsmacrolett.8b00044 | МФТИ

Они увеличили длину (n) боковой цепи поэтапно по одной группе CH2 (метилен). Игольчатый полимер совмещен с тефлоновыми канавками при n=2. И они показали, что полимерные цепи расположены перпендикулярно канавкам на подложке (показаны в левой части изображения).

Ориентация жидких кристаллов относительно тефлоновой подложки | Авторы и права: МФТИ

При n=3 ориентация полимера изменилась на 90 градусов, то есть они выровнены перпендикулярно канавкам. Таким образом, цепи жидкокристаллического полимера теперь ориентированы параллельно канавкам (показано в правой части изображения).

Никаких дальнейших изменений в ориентации не наблюдалось, когда значение n было увеличено до 4. Однако при n=5 и n=6 игольчатый полимер снова совпадал с тефлоновыми канавками.

Заключение

Авторы обнаружили, что за счет увеличения метиленовой группы в боковой цепи полимера можно изменить ориентацию жидких кристаллов, что весьма важно для жидкокристаллических дисплеев и других приложений.

Индукция двух взаимно ортогональных ориентаций жидких кристаллов становится возможной на одной и той же натертой подложке. Это может облегчить процесс изготовления и открыть новые двери в области печатной и органической электроники.

Читайте:Прозрачные материалы могут поглощать свет | Необычный оптический эффект

Эта многодоменная технология может улучшить углы обзора ЖК-дисплеев. Поскольку пиксели компенсируют друг друга при просмотре под углом, цветопередача улучшается. Более того, исследователи полагают, что этот метод будет дешевле и проще, чем другие существующие многодоменные методы.