Forskere tilbyder ny teknologi til flydende krystaller

Et internationalt forskerhold fra Rusland, Frankrig og Tyskland har foreslået en ny metode til orientering af flydende krystaller. Det kan bruges til at øge visningsvinklen på flydende krystalskærme. Avisen blev offentliggjort i tidsskriftet ACS makrobreve .

"Dette er først og fremmest en grundlæggende undersøgelse, der undersøger mekanismerne for flydende krystalorientering, "siger Dimitri Ivanov, leder af Laboratory of Functional Organic and Hybrid Materials på MIPT. "Det sagt, vi forventer, at disse mekanismer kan have anvendelser i ny LCD -teknologi. "

De fleste faste stoffer er krystaller. I en krystal, molekyler eller atomer danner en ordnet tredimensionel struktur. I modsætning til faste stoffer, væsker mangler denne interne rækkefølge med lang rækkevidde, men de kan flyde. Materiale i flydende krystal-tilstand har egenskaber, der er mellemliggende mellem væsker og krystaller:Det besidder både den molekylære orden og evnen til at flyde. En flydende krystal kan således ses som en "bestilt" væske.

Ikke alle materialer kan udvise en flydende krystallinsk tilstand, og faseovergangsmekanismerne kan variere. Blandt andet, molekylerne i et LC -materiale skal være anisometriske - det vil sige stang- eller skiveformet. Nogle forbindelser bliver til LC'er i et bestemt temperaturområde. Disse kaldes termotropiske. Derimod, lyotrope LC'er vedtager den flydende krystallinske tilstand, når der tilsættes et opløsningsmiddel.

Egenskaberne for et LC -materiale varierer afhængigt af retningen. For eksempel, polariseret lys formerer sig i en flydende krystal med forskellige hastigheder langs forskellige retninger. Også, i et elektrisk eller magnetisk felt orienteringen af ​​LC'er kan hurtigt ændre sig. Dette fænomen er kendt som Fréedericksz -overgangen. Takket være de optiske egenskaber ved LC'er og deres evne til let at blive justeret, de er meget udbredt i elektroniske skærme på fjernsyn, computere, telefoner, og andre enheder.

I en LCD, billedet genereres ved at ændre lysintensiteten i hver pixel via et elektrisk felt, som justerer flydende krystaller. Der er flere LCD -konfigurationer, men den mest almindeligt anvendte er baseret på snoede nematiske LC'er. Disse er stavformede termotrope flydende krystaller, der kan vedtage en snoet konfiguration ved hjælp af specielle justeringssubstrater. Anvendelse af et elektrisk felt til disse LC'er kan afvikle dem. Denne reproducerbare og forudsigelige reaktion kan bruges til at kontrollere lysintensiteten.

Hver pixel i en farve -LCD består af tre underpiksler:rød, grøn, og blå. Ved at variere deres intensitet, enhver farve kan vises. Et subpixel i en snoet nematisk-baseret LCD (figur 1) består af en lyskilde, et farvefilter, to polarisatorer, og en LC -celle mellem to glasplader med elektroder. Hvis de flydende krystaller ikke var der, intet lys ville passere gennem cellen, fordi det lys, der slippes igennem af den lodrette polarisator, ville blive blokeret af den vandrette polarisator, før det nåede farvefilteret. Imidlertid, specielle substrater med groovy overflader kan bruges til at vride LC'er i en spiral mellem to polarisatorer for at dreje lyset præcist med den mængde, der er nødvendig for at passere gennem den anden polarisator. Den fuldt oplyste tilstand af subpixel er faktisk dens "off" tilstand. Når der påføres spænding, de flydende krystaller snoede sig, ændre lyspolarisationen i mindre grad. Som resultat, noget af lyset er blokeret. Til sidst, da en vis spænding intet lys kan nå farvefilteret, og subpixel bliver mørkt.

En af begrænsningerne ved denne teknologi er visningsvinklen på en skærm:Set fra siden, LCD'et gengiver ikke farverne præcist. Dette skyldes samjustering af flydende krystaller. Problemet kan løses ved hjælp af multidomain -skærme, hvor pixels tilhører et antal domæner, hvis LC -orienteringer er forskellige. Det betyder, at i hvert fald nogle af domænerne altid er orienteret på den rigtige måde. Det internationale forskerteam ledet af professor Dimitri Ivanov, der leder MIPT's Laboratory of Functional Organic and Hybrid Materials, har foreslået en helt ny løsning til multidomain display design.

Forfatterne af papiret arbejdede med flydende krystalpolymerer. Disse er stoffer sammensat af lange molekyler med en kædelignende, gentaget struktur. En lille variation i strukturen af ​​polymerer kan drastisk ændre deres orientering på substratet. Polymererne anvendt i undersøgelsen er poly (di-n-alkylsiloxaner), eller PDAS. Hvert molekyle er en kæde, der indeholder skiftende silicium- og oxygenatomer. Siliciumatomerne i PDAS bærer to symmetriske carbonhydrid -sidekæder (figur 2). N i forbindelsens navn står for sidekædernes længde, som varierede mellem 2 og 6.

I forsøget, polymerer fra PDAS-familien blev deponeret på en teflon-gniddet justeringsoverflade med et regelmæssigt mønster af riller. Generelt, krystallinske polymerer vides at ligge på sådanne substrater, men kun når substratets gitterparametre matcher dem for den deponerede polymer. Forskerne undersøgte orienteringen af ​​de flydende krystalpolymerkæder i forhold til rillernes retning på den justerende overflade. Sidekædelængden n blev forøget i trin af kun en methylengruppe (CH2) ad gangen.

Forskerne fandt ud af, at mod forventning, væske-krystal orienteringen varierede afhængigt af sidekædelængden. Ved n lig med 2, de nåleagtige polymeroverbygninger kendt som lameller ko-justeret med teflonrillerne. Fordi lameller vides at være vinkelrette på polymerkæderne, forskerne konkluderede, at polymerkæderne er vinkelret på rillerne på substratet (figur 3, venstre). Når n blev øget til tre, lamellernes orientering ændret med 90 grader, gør dem vinkelret på rillerne. Som resultat, LC -polymerkæderne var nu orienteret parallelt med rillerne (figur 3, ret). Ved n lig med fire, der blev ikke observeret yderligere ændring i orienteringen. Imidlertid, da sidekædelængden blev yderligere forøget til fem og seks, lamellerne igen koordineret med teflonrillerne.

Forskerne har således fundet ud af, at ved blot at tilføje en methylengruppe til polymerens sidekæde, de kunne skifte LC -retning, hvilket er afgørende for de fleste anvendelser af flydende krystaller, inklusive LCD -skærme. Ifølge forfatterne, den effekt, de opdagede, kunne bruges til at designe LCD -skærme med forbedrede betragtningsvinkler. Dette kan opnås ved hjælp af en multidomain -teknologi, der fungerer ved at orientere underpixel af en farve i forskellige retninger. Som resultat, pixel kompenserer hinanden, når skærmen ses i en vinkel, forbedring af farvegengivelsen. Forskerne forventer, at denne teknologi er betydeligt enklere og billigere end andre multidomain -metoder, der i øjeblikket bruges.