La innovación LCD de vanguardia amplía los ángulos de visión y la fidelidad del color

• Los investigadores proponen pantallas multidominio para mejorar el ángulo de visión y la reproducción del color. 
• Funciona con polímeros de cristal líquido, poli(di-n-alquilsiloxanos). 
• Puede facilitar el procedimiento de fabricación y abrir nuevas puertas en el campo de la electrónica orgánica e impresa. 

El mercado de pantallas de cristal líquido (LCD) ha apreciado plenamente los beneficios del estado de la materia de cristal líquido, que combina movilidad y orden, lo que permite una alta eficiencia, un bajo consumo de energía y un dispositivo compacto.

Sin embargo, una de las principales limitaciones de la tecnología LCD es su ángulo de visión:desde una perspectiva lateral, no reproduce los colores con precisión. Ocurre debido a la alineación de cristales líquidos.

Para solucionar este problema, un equipo internacional de investigadores de Alemania, Rusia y Francia ha propuesto una nueva técnica para orientar cristales líquidos. Averigüemos qué hicieron exactamente para superar este problema que lleva décadas.

Cristales líquidos

La mayoría de los cristales son sólidos:sus átomos o moléculas forman una estructura tridimensional ordenada. Pero los cristales líquidos carecen de esta configuración y pueden fluir. Las moléculas en estado de cristal líquido tienen propiedades intermedias entre las del cristal y los líquidos, lo que les da capacidad de fluir.

Las moléculas de un material LC tienen forma anisométrica:en forma de disco o de varilla. Sus propiedades dependen de la dirección; por ejemplo, en un cristal líquido, la luz polarizada se propaga a diferentes velocidades en diferentes direcciones. Su orientación puede alterarse rápidamente al cambiar el campo eléctrico o magnético, un fenómeno llamado transición de Fréedericksz.

Las propiedades ópticas de los cristales líquidos y su capacidad de realineación los hacen muy populares en pantallas electrónicas, teléfonos, computadoras, televisores y dispositivos.

LCD

En las pantallas LCD, la imagen se forma alterando la intensidad de la luz en cada píxel a través de un campo eléctrico que realinea los materiales de cristal líquido. Las pantallas LCD tienen múltiples configuraciones, pero la más popular se basa en cristales líquidos nemáticos retorcidos:cristales líquidos termotrópicos en forma de varilla. Se pueden torcer y desenroscar fácilmente aplicando un campo eléctrico.

Pantalla de cristal líquido nemático | Crédito:oficina de prensa del MIPT

Quizás sepa que cada píxel en las pantallas LCD en color contiene 3 subpíxeles:rojo, verde y azul (RGB). Cualquier color se puede mostrar en la pantalla fluctuando sus intensidades. Un subpíxel en una pantalla LCD nemática retorcida contiene una fuente de luz, dos polarizadores, un filtro de color y un cristal líquido colocado entre dos placas de vidrio con electrodos.

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El cristal líquido se desenrosca cuando se aplica voltaje, lo que altera en cierta medida la polarización de la luz. De este modo, una parte de la luz queda bloqueada. En última instancia, para un voltaje particular, ninguna luz puede alcanzar el filtro de color y esto hace que los subpíxeles se oscurezcan.

El ángulo de visión de esta tecnología no es tan bueno. Para resolver este problema, los investigadores propusieron pantallas multidominio, en las que un conjunto de píxeles está asociado a una serie de dominios cuyas orientaciones del cristal líquido son diferentes. Esto hace que al menos algunos dominios estén siempre orientados en la dirección correcta.

¿Cómo funciona?

Este enfoque funciona con polímeros de cristal líquido. Una pequeña variación en las estructuras poliméricas puede cambiar drásticamente su orientación sobre el sustrato. Los polímeros de los que estamos hablando son PDAS o poli(di-n-alquilsiloxanos).

Estructura química del PDAS

En este polímero, cada molécula es una cadena que consta de átomos de oxígeno y silicio alternados. Los átomos de silicio están unidos con dos cadenas laterales de hidrocarburos simétricas. La “n” en el compuesto representa la longitud de las cadenas laterales, que varía entre 2 y 6.

Los investigadores depositaron este polímero sobre una superficie de alineación recubierta de teflón con un patrón de ranuras regular. Luego, analizaron la orientación de la cadena de polímero con respecto a la dirección de las ranuras en la superficie de alineación.

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

Aumentaron la longitud (n) de la cadena lateral en pasos de un grupo CH₂ (metileno) a la vez. El polímero en forma de aguja se alineó con las ranuras de teflón, en n=2. Y demostraron que las cadenas de polímero son perpendiculares a las ranuras del sustrato (que se muestran en el lado izquierdo de la imagen).

Orientaciones del cristal líquido con respecto al sustrato de teflón | Crédito: MIPT

En n=3, la orientación del polímero cambió 90 grados, lo que significa que están alineados perpendicularmente a las ranuras. Por lo tanto, las cadenas de polímero de cristal líquido ahora están orientadas paralelas a las ranuras (que se muestran en el lado derecho de la imagen).

No se observaron más cambios en la orientación cuando el valor de n se incrementó a 4. Sin embargo, en n=5 y n=6, el polímero en forma de aguja nuevamente se alineó con las ranuras de teflón.

Conclusión

Los autores han descubierto que al aumentar el grupo metileno en una cadena lateral de polímero, se podría cambiar la orientación del cristal líquido, lo cual es muy importante para pantallas de cristal líquido y otras aplicaciones.

La inducción de 2 orientaciones de cristal líquido mutuamente ortogonales se vuelve factible en el mismo sustrato frotado. Esto puede permitir el procedimiento de fabricación y abrir nuevas puertas en el campo de la electrónica orgánica e impresa.

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Esta tecnología multidominio podría mejorar los ángulos de visión en las pantallas LCD. Dado que los píxeles se compensan entre sí cuando se ven en ángulo, mejora la reproducción del color. Además, los investigadores creen que este método sería menos costoso y más sencillo que otras técnicas multidominio existentes.