Inovação de ponta em LCD expande ângulos de visão e fidelidade de cores

• Pesquisadores propõem monitores multidomínio para melhorar o ângulo de visão e a reprodução de cores. 
• Funciona com polímeros de cristal líquido, poli(di-n-alquilsiloxanos). 
• Pode facilitar o procedimento de fabricação e abrir novas portas no campo da eletrônica impressa e orgânica. 

O mercado de telas de cristal líquido (LCD) apreciou plenamente os benefícios do estado da matéria de cristal líquido, combinando mobilidade e ordem, que permitem alta eficiência, baixo consumo de energia e compacidade do dispositivo.

No entanto, uma das principais limitações da tecnologia LCD é o seu ângulo de visão:de uma perspectiva lateral, ela não reproduz as cores com precisão. Isso acontece devido ao co-alinhamento dos cristais líquidos.

Para resolver este problema, uma equipa internacional de investigadores da Alemanha, Rússia e França propôs uma nova técnica para orientar cristais líquidos. Vamos descobrir o que exatamente eles fizeram para superar esse problema de décadas.

Cristais Líquidos

A maioria dos cristais são sólidos:seus átomos ou moléculas formam uma estrutura 3D ordenada. Mas os cristais líquidos não possuem essa configuração e podem fluir. As moléculas no estado de cristal líquido possuem propriedades intermediárias entre as do cristal e dos líquidos, o que lhes confere capacidade de fluir.

As moléculas de um material LC devem ser anisométricas:em forma de disco ou bastonete. Suas propriedades dependem da direção, por exemplo, em um cristal líquido, a luz polarizada se propaga em velocidades variadas ao longo de diferentes direções. Sua orientação pode ser rapidamente alterada pela mudança do campo elétrico ou magnético, um fenômeno chamado transição Fréedericksz.

As propriedades ópticas dos cristais líquidos e sua capacidade de realinhamento os tornam amplamente populares em monitores eletrônicos, telefones, computadores, TVs e dispositivos.

LCD

Nos LCDs, a imagem é formada alterando a intensidade da luz em cada pixel através de um campo elétrico que realinha os materiais de cristal líquido. Os LCDs têm múltiplas configurações, mas a mais popular é baseada em cristais líquidos nemáticos torcidos:cristais líquidos termotrópicos em forma de bastão. Eles podem ser facilmente torcidos e destorcidos pela aplicação de um campo elétrico.

Visor de cristal líquido nemático | Crédito:assessoria de imprensa do MIPT

Você deve saber que cada pixel em LCDs coloridos contém 3 subpixels:Vermelho, Verde e Azul (RGB). Qualquer cor pode ser exibida na tela flutuando suas intensidades. Um subpixel em um LCD nemático torcido contém uma fonte de luz, dois polarizadores, um filtro de cor e um cristal líquido colocado entre duas placas de vidro com eletrodos.

Leia:Novo design de LCD fino como papel pode revolucionar a mídia impressa

O cristal líquido se desenrola quando a tensão é aplicada, o que altera a polarização da luz até certo ponto. Assim, uma parte da luz fica bloqueada. Em última análise, para uma voltagem específica, nenhuma luz pode atingir o filtro de cor, e isso faz com que os subpixels fiquem escuros.

O ângulo de visão desta tecnologia não é tão grande. Para resolver esse problema, os pesquisadores propuseram telas multidomínios, nas quais um conjunto de pixels está associado a uma série de domínios cujas orientações de cristal líquido são diferentes. Isso faz com que pelo menos alguns domínios estejam sempre orientados na direção certa.

Como funciona?

Esta abordagem funciona com polímeros de cristal líquido. Uma pequena variação nas estruturas poliméricas pode alterar drasticamente a sua orientação no substrato. Os polímeros de que estamos falando são PDAS ou poli(di-n-alquilsiloxanos).

Estrutura química do PDAS

Neste polímero, cada molécula é uma cadeia composta por átomos alternados de oxigênio e silício. Os átomos de silício estão ligados a duas cadeias laterais de hidrocarbonetos simétricas. O “n” no composto representa o comprimento das cadeias laterais, que varia entre 2 e 6.

Os pesquisadores depositaram este polímero em uma superfície de alinhamento revestida de Teflon com um padrão de ranhura regular. Em seguida, eles analisaram a orientação da cadeia polimérica em relação à direção das ranhuras na superfície de alinhamento.

Referência:Letras Macro ACS | doi:10.1021/acsmacrolett.8b00044 | MIPT

Eles aumentaram o comprimento (n) da cadeia lateral em etapas de um grupo CH2 (metileno) de cada vez. O polímero em forma de agulha co-alinhado com as ranhuras de Teflon, em n=2. E mostraram que as cadeias poliméricas são perpendiculares às ranhuras do substrato (mostradas no lado esquerdo da imagem).

Orientações do cristal líquido em relação ao substrato de teflon | Crédito: MIPT

Em n=3, a orientação do polímero mudou em 90 graus, o que significa que eles estão alinhados perpendicularmente às ranhuras. Portanto, as cadeias poliméricas de cristal líquido estão agora orientadas paralelamente às ranhuras (mostradas no lado direito da imagem).

Nenhuma mudança adicional foi observada na orientação quando o valor de n foi aumentado para 4. No entanto, em n =5 e n =6, o polímero em forma de agulha co-alinhou novamente com as ranhuras de Teflon.

Conclusão

Os autores descobriram que, ao aumentar o grupo metileno na cadeia lateral de um polímero, a orientação do cristal líquido poderia ser alterada, o que é muito importante para monitores de cristal líquido e outras aplicações.

A indução de 2 orientações de cristal líquido mutuamente ortogonais torna-se viável no mesmo substrato atritado. Isso pode viabilizar o procedimento de fabricação e abrir novas portas no campo da eletrônica impressa e orgânica.

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Esta tecnologia multidomínio pode melhorar os ângulos de visão nos LCDs. Como os pixels se compensam quando vistos em ângulo, isso melhora a reprodução das cores. Além disso, os pesquisadores acreditam que este método seria menos dispendioso e mais simples do que outras técnicas multidomínios existentes.