Spitzentechnologie LCD: Erweiterte Betrachtungswinkel & Farbtreue

• Forscher schlagen Multidomain Displays vor für verbesserte Viewing Angle & Color Rendition.
• Funktioniert mit Liquid Crystal Polymers: Poly(di-n-alkylsiloxanes) (PDAS).
• Erleichtert Fertigung & eröffnet neue Türen in Printed & Organic Electronics.

LCD-Markt nutzt Vorteile des Flüssigkristall-Zustands: Mobilität & Ordnung kombiniert → High Efficiency, Low Power Consumption, Device Compactness.

Hauptlimitierung LCD: Viewing Angle. Seitliche Perspektive → Farben nicht akkurat gerendert. Ursache: Co-Alignment der Liquid Crystals.

Lösung: Internationales Forscherteam (Deutschland, Russland, Frankreich) schlägt neue Technik für Orientierung von Flüssigkristallen vor. Was genau taten sie gegen dieses jahrzehntealte Problem?

Flüssigkristalle

Meiste Kristalle fest: Atome/Moleküle bilden geordnete 3D-Struktur. Flüssigkristalle: keine solche Konfiguration, können fließen. Moleküle im LC-Zustand: intermediäre Eigenschaften zwischen Kristall & Flüssigkeit → Fließfähigkeit.

Moleküle LC-Material müssen anisometrisch sein: scheiben- oder stabförmig. Eigenschaften richtungsabhängig: in Flüssigkristall propagiert polarisiertes Licht mit variierender Geschwindigkeit entlang verschiedener Richtungen. Orientierung schnell änderbar via Elektrisches/Magnetisches Feld – Phänomen: Fréedericksz Transition.

Optische Eigenschaften & Realigning Ability → breite Popularität in Electronic Displays, Phones, Computers, TVs, Devices.

LCD

In LCDs: Bildbildung durch Alteration Lichtintensität je Pixel via Electric Field, das LC-Material realigned. Multiple Konfigurationen, beliebteste: Twisted Nematic Liquid Crystals – stabförmige thermotrope LCs. Einfach twist/untwist bar via Electric Field.

Nematic Liquid Crystal Display | Credit: MIPT Press Office

Jeder Pixel in Color LCDs: 3 Subpixels (Red, Green, Blue – RGB). Jede Farbe durch Intensitätsfluktuation darstellbar. Subpixel in Twisted Nematic LCD: Lichtquelle, 2 Polarisatoren, Color Filter, LC zwischen 2 Glasplatten mit Elektroden.

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LC untwisted bei angelegter Spannung → alters Lichtpolarisation bis zu gewissem Grad. Teil des Lichts geblockt. Letztlich: bei bestimmter Spannung erreicht kein Licht Color Filter → Subpixel(s) dunkel.

Viewing Angle dieser Technologie: nicht optimal. Lösung: Multidomain Displays – Pixel Set assoziiert mit mehreren Domains, deren LC-Orientierungen differieren. Mindestens einige Domains immer richtig orientiert.

Funktionsweise

Ansatz arbeitet mit Liquid Crystal Polymers. Kleine Variation Polymer Structures → drastische Orientierungsänderung auf Substrat. Polymere: PDAS = Poly(di-n-alkylsiloxanes).

Chemische Struktur PDAS

Jedes Molekül: Kette aus abwechselnden Sauerstoff- & Siliciumatomen. Siliciumatome linked mit zwei symmetrischen Kohlenwasserstoff-Seitenketten. „n“ = Länge Seitenketten, variiert 2–6.

Polymer auf Teflon-beschichteter Aligning Surface mit regelmäßigem Groove Pattern deposited. Analyse: Polymer-Chain Orientation bzgl. Groove Direction auf Aligning Surface.

Referenz: ACS Macro Letters | doi:10.1021/acsmacrolett.8b00044 | MIPT

Länge (n) Seitenkette in Schritten von einer CH₂-Gruppe (Methylen) erhöht. Needlelike Polymer co-aligned mit Teflon Grooves bei n=2. Polymer Ketten senkrecht zu Grooves auf Substrat (links im Bild).

Flüssigkristall-Orientierungen bzgl. Teflon Substrat | Credit: MIPT

Bei n=3: Polymer Orientation ändert sich um 90° → senkrecht zu Grooves. LC Polymer Ketten nun parallel zu Grooves (rechts im Bild).

Keine weitere Orientierungsänderung bei n=4. Aber bei n=5 & n=6: Needlelike Polymer wieder co-aligned mit Teflon Grooves.

Fazit

Autoren entdeckten: Erhöhung Methylengruppe in Polymer-Seitenkette schaltet Orientierung von Flüssigkristall um – wichtig für LCDs & andere Anwendungen.

Induktion 2 zueinander orthogonaler LC-Orientierungen auf gleichem Rubbed Substrat wird feasible. Ermöglicht Fertigungsverfahren & eröffnet neue Türen in Printed & Organic Electronics.

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Multidomain Technology könnte Viewing Angles in LCDs verbessern. Da Pixel sich bei Winkelansicht kompensieren → Enhanced Color Rendition. Forscher glauben: Methode günstiger & simpler als bestehende Multidomain Techniken.