Yeni likit kristal yönlendirme teknolojisi: likit kristal ekranların görüş açısını iyileştirebilir!
Kılavuz
Son zamanlarda, Rus, Fransız ve Alman bilim adamlarından oluşan uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, sıvı kristal ekranların görüş açısını iyileştirebilecek yeni bir sıvı kristal yönlendirme yöntemi önerdi.
arka fon
Katıların çoğu kristaldir. Kristallerde, moleküller veya atomlar düzenli bir üç boyutlu yapı oluşturur. Katıların aksine, sıvılar bu dahili uzun menzilli düzenden yoksundur, ancak akabilirler. Sıvı kristal faz maddelerinin özellikleri, hem moleküler düzen hem de akış kabiliyetine sahip olan sıvı ve kristaller arasındadır. Bu nedenle, sıvı kristal "düzenli" bir sıvı olarak kabul edilebilir.
Tüm malzemeler bir sıvı kristal faz sergileyemez ve faz geçiş mekanizması farklı olabilir. Ek olarak, sıvı kristal malzemenin molekülleri anizotropik, yani çubuk şeklinde veya disk şeklinde olmalıdır. Belirli bir sıcaklık aralığında, bazı bileşikler sıvı kristaller haline gelir, bunlara "termotropik" (termotropik) denir. Aksine, bir çözücü eklendiğinde liyotropik sıvı kristaller ortaya çıkar.
Sıvı kristal malzemenin özellikleri yöne göre değişmektedir. Örneğin, sıvı kristallerde, polarize ışık farklı yönlerde farklı hızlarda hareket eder. Ek olarak, bir elektrik veya manyetik alanın etkisi altında, sıvı kristalin yönü de hızla değişecektir.Bu fenomen "Fréedericksz geçişi" olarak adlandırılır. Sıvı kristallerin optik özellikleri ve kolaylıkla yeniden düzenlenebilme yeteneği, onları televizyonlar, bilgisayarlar, cep telefonları ve diğer cihazlar için elektronik ekranlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlar.
Bir elektrik alanının etkisi altında, sıvı kristal moleküller yeniden düzenlenir ve bu da ışık geçirgenliğinde bir farka neden olur. Bu prensibe göre, her pikselin ışık yoğunluğu, bir sıvı kristal ekran (LCD) görüntüsü oluşturmak için değiştirilebilir. Sıvı kristalleri düzenlemenin birkaç yolu vardır, ancak bükülmüş nematik sıvı kristaller en çok LCD'lerde kullanılır. Bu çubuk şeklindeki termotropik sıvı kristaller, özel bir hizalama alt tabakası kullanılarak bükülmüş bir düzenlemede düzenlenir. Bu sıvı kristallerin bozulmasını önlemek için onlara bir elektrik alanı uygulanabilir. Bu tekrarlanabilir ve öngörülebilir tepki mekanizması, ışık yoğunluğunu kontrol etmek için kullanılabilir.
Renkli bir LCD'de, her piksel üç alt pikselden oluşur: kırmızı, yeşil ve mavi. Bu alt piksellerin ışık yoğunluğunu değiştirerek herhangi bir renk görüntülenebilir. Bükümlü nematik faza dayalı LCD'lerdeki alt pikseller (Şekil 1) bir ışık kaynağı, bir renk filtresi, iki polarizör ve elektrotlu iki cam plaka arasına yerleştirilmiş bir sıvı kristal panelden oluşur. Likit kristal yoksa ışık bu panelden geçemez. Dikey polarizörden hangi ışık geçerse geçsin, renk filtresine ulaşmadan önce yatay polarizör tarafından bloke edilecektir.
Şekil 1: Bükülmüş nematik faza dayalı LCD'deki alt piksel yapısı
(Resim kaynağı: Lion_on_helium / MIPT Press Office)
Bununla birlikte, yüzeyinde oluklar bulunan özel substrat, sıvı kristali iki polarizör arasında spiral bir şekilde bükebilir, böylece ışık ikinci polarizörden gereken miktara göre doğru bir şekilde geçebilir. Tamamen aydınlatılmış durum aslında alt pikselin "kapalı" durumudur. Voltaj uygulandıktan sonra, sıvı kristal artık bozulmaz ve ışığın polarizasyon derecesi küçülür. Sonuç olarak, bir miktar ışık engellenecektir. Son olarak, belirli bir voltaj nedeniyle, renk filtresine sorunsuz bir şekilde ışık ulaşamaz ve alt pikseller kararır.
Bununla birlikte, bu teknolojinin sınırlayıcı faktörlerinden biri, ekranın görüş açısıdır. Bir yandan bakıldığında, LCD'ler sıvı kristallerin hizalanması nedeniyle renkleri doğru şekilde gösteremeyecektir. Bu sorun, çok bölgeli görüntüleme teknolojisi ile çözülebilir. Bu teknolojide, pikseller bir dizi kadrana aittir ve sıvı kristal yönleri farklıdır. Bu, en azından bazı kadranların her zaman doğru şekilde hizalandığı anlamına gelir.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Rusya'daki Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nde (MIPT) Fonksiyonel Organik ve Karma Malzemeler Laboratuvarı lideri Profesör Dimitri Ivanov liderliğindeki uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, yeni bir çok kadranlı görüntüleme teknolojisi çözümü önerdi. Rusya, Fransa ve Almanya'dan bilim adamlarından oluşan bilimsel bir araştırma ekibi, sıvı kristal ekranların görüş açısını iyileştirmek için yeni bir sıvı kristal yönlendirme yöntemi tasarladı. İlgili makaleler "ACS Macro Letters" dergisinde yayınlandı.
Dimitri Ivanov, "Bu, sıvı kristallerin oryantasyon mekanizmasını araştıran ilk temel araştırma. Başka bir deyişle, bu mekanizmaların yeni LCD teknolojisine uygulanacağını umuyoruz.
(Resim kaynağı: Lion_on_helium / MIPT Press Office)
teknoloji
Makalenin yazarları, bu çalışmanın sıvı kristal polimerler kullandığını bildirdi. Zincir benzeri tekrar eden yapılara sahip uzun moleküllerden oluşurlar. Sonuçlar, polimer yapısındaki küçük değişikliklerin, substrat üzerindeki yönelimlerini önemli ölçüde değiştireceğini göstermektedir. Bu çalışmada kullanılan polimer poli (di-n-alkilsiloksanlar) veya "PDAS" dir. Her molekül, değişen silikon ve oksijen atomları içeren bir zincirdir. PDAS'deki silikon atomu iki simetrik hidrokarbon yan zinciri birbirine bağlar (Şekil 2). Bileşik adındaki n, 2 ile 6 arasında olan yan zincirin uzunluğunu temsil eder.
Şekil 2: Poli (di-n-alkilsiloksanlar) veya PDAS'ın kimyasal yapısı
(Resim kaynağı: Lion_on_helium / MIPT Press Office)
Deneyde, PDAS polimeri, Teflon ile kaplanmış bir hizalama yüzeyinde biriktirildi ve yüzey, düzenli bir oluk modeline sahipti. Genel olarak, kristalin polimer böyle bir substrat üzerinde hizalanır, ancak bu, substratın kristal kafes parametreleri biriken polimerle eşleştiğinde meydana gelir. Hizalama yüzeyindeki olukların yönelimine göre, araştırmacılar sıvı kristal polimer zincirlerinin yönünü kontrol ettiler. Her ilave metilen grubu (CH8) için, yan zincir uzunluğu da bir artar.
Araştırma sonuçları beklentilere aykırıdır, sıvı kristalin yönü yan zincirin uzunluğuna bağlıdır. N 2'ye eşit olduğunda, lamel olarak da adlandırılan iğne benzeri polimer üst yapı Teflon oluk ile hizalanır. Lameller polimer zincirlerine dik olduğundan, araştırmacılar polimer zincirlerinin substrat üzerindeki oluklara dik olduğu sonucuna varmışlardır (Şekil 3, sol). N 3'e çıkarıldığında, lamellerin yönü oluğa dik olarak 90 derece değişir. Sonuç olarak, sıvı kristal polimer zincirleri oluklara paraleldir (Şekil 3, sağda). N 4'e eşit olduğunda, yönde daha fazla değişiklik gözlenmez. Bununla birlikte, yan zincir uzunluğu 5 ve 6'ya yükseltildiğinde, lameller tekrar Teflon olukla hizalanır.
Şekil 3. Sıvı kristalin Teflon substratına göre olası iki yönü: solda, polimer zincirleri (siyah dalgacıklar) hizalama yüzeyindeki (yeşil) oluklara dik, sağda ise paralel. Polimer zincirleri, lamellere diktir.
(Resim kaynağı: Lion_on_helium / MIPT Press Office)
değer
Bu nedenle araştırmacılar, sıvı kristalin yönünü değiştirmek için polimer yan zincirine yalnızca bir metilen grubu eklemenin gerekli olduğunu buldular ki bu, LCD dahil çoğu sıvı kristal uygulaması için çok önemlidir. Makalenin yazarları, keşfettikleri etkinin daha iyi görüş açılarına sahip LCD'ler tasarlamak için kullanılabileceğini iddia ediyorlar.
Çoklu kadran teknolojisi ile gerçekleştirilebilir ve bir rengin alt piksellerini farklı yönlere yönlendirebilir. Sonuç olarak, ekrana belirli bir açıdan bakıldığında, pikseller renk üretimini iyileştirmek için birbirini telafi eder. Araştırmacılar, bu tekniğin şu anda kullanımda olan diğer çok kadranlı tekniklerden daha basit ve daha ucuz olduğunu umuyorlar.
Anahtar kelime
LCD, polimer, optik
Referans
[1] https://mipt.ru/english/news/researchers_offer_new_technology_for_liquid_crystal_displays
[2] https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.8b00044
