Un equipo internacional de investigación de Rusia, Francia y Alemania ha propuesto un nuevo método para orientar los cristales líquidos. Se podría usar para aumentar el ángulo de visión de las pantallas de cristal líquido. El documento fue publicado en la revista ACS Macro Letters .

"Este es, ante todo, un estudio fundamental que explora los mecanismos de la orientación del cristal líquido", dice Dimitri Ivanov, el jefe del Laboratorio de Materiales Funcionales Orgánicos e Híbridos en MIPT. "Dicho esto, esperamos que estos mecanismos tengan aplicaciones en la nueva Tecnología LCD".

Cristales líquidos.

La mayoría de los sólidos son cristales. En un cristal, las moléculas o los átomos forman una estructura tridimensional ordenada. A diferencia de los sólidos, los líquidos carecen de este orden interno de largo alcance, pero pueden fluir. La materia en estado de cristal líquido tiene propiedades intermedias entre las de líquidos y cristales: posee el orden molecular y la capacidad de fluir. Por lo tanto, un cristal líquido puede verse como un líquido "ordenado".

No todos los materiales pueden exhibir un estado cristalino líquido, y los mecanismos de transición de fase pueden variar. Entre otras cosas, las moléculas de un material LC deben ser anisométricas, es decir, con forma de varilla o disco.

Algunos compuestos se convierten en LC en un cierto rango de temperatura. Estos se llaman termotrópicos. Por el contrario, las LC liotrópicas adoptan el estado cristalino líquido cuando se agrega un disolvente.

Las propiedades de un material LC varían según la dirección. Por ejemplo, la luz polarizada se propaga en un cristal líquido a diferentes velocidades en diferentes direcciones.

Además, en un campo eléctrico o magnético, la orientación de las LC puede cambiar rápidamente. Este fenómeno se conoce como la transición Fréedericksz. Gracias a las propiedades ópticas de los LC y su capacidad para realinearse fácilmente, se usan ampliamente en las pantallas electrónicas de televisores, computadoras, teléfonos y otros dispositivos.

Pantallas de cristal líquido.

En una pantalla LCD, la imagen se genera cambiando la intensidad de la luz en cada píxel a través de un campo eléctrico, que realinea los cristales líquidos. Hay varias configuraciones de LCD, pero la más comúnmente utilizada se basa en LC nemáticos retorcidos. Estos son cristales líquidos termotrópicos en forma de varilla que pueden adoptar una configuración retorcida mediante el uso de sustratos especiales de alineación. La aplicación de un campo eléctrico a estos LC puede desenroscarlos. Esta respuesta reproducible y predecible se puede usar para controlar la intensidad de la luz.

Cada píxel en una pantalla LCD en color consta de tres subpíxeles: rojo, verde y azul.

Al variar sus intensidades, se puede mostrar cualquier color. Un subpíxel en una pantalla LCD basada en nematic retorcido (figura 1) consiste en una fuente de luz, un filtro de color, dos polarizadores y una celda LC entre dos placas de vidrio con electrodos. Si los cristales líquidos no estuvieran allí, no pasaría ninguna luz a través de la celda, porque cualquier luz que deje pasar el polarizador vertical sería bloqueada por el polarizador horizontal antes de llegar al filtro de color. Sin embargo, los sustratos especiales con superficies groovy se pueden utilizar para torcer las LC en espiral entre dos polarizadores para girar la luz con precisión en la cantidad necesaria para pasar a través del segundo polarizador.

El estado totalmente iluminado del subpíxel es en realidad su estado "apagado". Cuando se aplica voltaje, los cristales líquidos se desenroscan, cambiando la polarización de la luz en menor grado. Como resultado, parte de la luz está bloqueada. Eventualmente, como algo de voltaje, la luz no puede alcanzar el filtro de color, y el subpixel se oscurece.

Una de las limitaciones de esta tecnología es el ángulo de visión de una pantalla: desde una perspectiva lateral, la pantalla LCD no representará los colores con precisión. Esto se debe a la co-alineación de cristales líquidos. El problema se puede resolver usando pantallas de múltiples dominios, en las cuales los píxeles pertenecen a una cantidad de dominios, cuyas orientaciones LC son diferentes.

Esto significa que al menos algunos de los dominios están siempre orientados de la manera correcta. El equipo internacional de investigadores dirigido por el profesor Dimitri Ivanov, que dirige el Laboratorio de materiales orgánicos e híbridos funcionales de MIPT, ha propuesto una nueva solución para el diseño de pantallas multidominio.

Yendo ortogonal.

Los autores del artículo informado en esta historia trabajaron con polímeros de cristal líquido. Estas son sustancias compuestas por moléculas largas con estructura repetitiva en forma de cadena. Resultó que una ligera variación en la estructura de los polímeros puede alterar drásticamente su orientación sobre el sustrato. Los polímeros utilizados en el estudio son poli (di-n-alquilsiloxanos) o PDAS.

Cada molécula es una cadena que contiene átomos alternados de silicio y oxígeno. Los átomos de silicio en PDAS llevan dos cadenas laterales simétricas de hidrocarburo (figura 2). El n en el nombre del compuesto representa la longitud de las cadenas laterales, que se varió entre 2 y 6.

En el experimento, los polímeros de la familia PDAS se depositaron en una superficie de alineación con frotamiento de teflón con un patrón regular de surcos. En general, se sabe que los polímeros cristalinos se alinean sobre dichos sustratos, pero solo cuando los parámetros reticulares del sustrato coinciden con los del polímero depositado. Los investigadores examinaron la orientación de las cadenas de polímero de cristal líquido en relación con la dirección de las ranuras en la superficie de alineación.

La longitud de la cadena lateral n se incrementó en etapas de solo un grupo metileno (CH \ alpha) a la vez.

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