Innovación LCD de vanguardia amplía ángulos de visión y fidelidad de color

Investigadores proponen pantallas multidominio para mejorar ángulo de visión y reproducción de color. Funciona con polímeros de cristal líquido, poli(di-n-alquilsiloxanos). Puede facilitar fabricación y abrir puertas en electrónica impresa y orgánica.

Cristales líquidos

La mayoría de cristales son sólidos: sus átomos o moléculas forman estructura 3D ordenada. Pero los cristales líquidos carecen de esta configuración y pueden fluir. Moléculas en estado cristal-líquido tienen propiedades intermedias entre cristales y líquidos, dándoles capacidad de fluir.

Las moléculas de material LC deben ser anisométricas: forma de disco o varilla. Sus propiedades dependen de la dirección; por ejemplo, en un cristal líquido, la luz polarizada se propaga a velocidades variables según direcciones. Su orientación puede alterarse rápidamente cambiando campo eléctrico o magnético, fenómeno llamado transición de Fréedericksz.

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

LCD

En LCDs, la imagen se forma alterando intensidad de luz en cada píxel mediante campo eléctrico que realinea materiales de cristal líquido. Los LCDs tienen múltiples configuraciones, pero la más popular usa cristales líquidos nemáticos torcidos: cristales líquidos termotrópicos en forma de varilla. Pueden torcerse y destorcerse fácilmente aplicando campo eléctrico.

Pantalla de cristal líquido nemático | Crédito: Oficina de prensa MIPT

Cada píxel en LCDs de color contiene 3 subpíxeles: Rojo, Verde y Azul (RGB). Cualquier color se muestra fluctuando sus intensidades. Un subpíxel en LCD nemático torcido contiene fuente de luz, dos polarizadores, filtro de color y cristal líquido entre dos placas de vidrio con electrodos.

El cristal líquido se destuerce al aplicar voltaje, alterando polarización de luz en cierto grado. Parte de la luz se bloquea. Finalmente, para un voltaje particular, ninguna luz llega al filtro de color, y el subpíxel se oscurece.

El ángulo de visión de esta tecnología no es gran cosa. Para resolverlo, investigadores propusieron pantallas multidominio, donde un conjunto de píxeles se asocia con varios dominios cuyas orientaciones de cristal líquido son diferentes. Esto hace que al menos algunos dominios estén siempre orientados correctamente.

¿Cómo funciona?

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

Estructura química de PDAS

En este polímero, cada molécula es una cadena de átomos de oxígeno y silicio alternados. Los átomos de silicio están unidos a dos cadenas laterales de hidrocarburo simétricas. La "n" representa la longitud de cadenas laterales, que varía entre 2 y 6.

Los investigadores depositaron este polímero sobre superficie alineadora recubierta de teflón con patrón de ranuras regular. Analizaron la orientación de cadenas de polímero respecto a dirección de ranuras en la superficie alineadora.

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

Aumentaron la longitud (n) de la cadena lateral en pasos de un grupo CH₂ (metileno). El polímero acicular se co-alineó con ranuras de teflón en n=2. Mostraron que las cadenas de polímero son perpendiculares a las ranuras en el sustrato (lado izquierdo de imagen).

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

En n=3, la orientación del polímero cambió 90 grados, alineándose perpendicular a las ranuras. Por tanto, las cadenas de polímero de cristal líquido ahora están orientadas paralelas a las ranuras (lado derecho de imagen).

No hubo más cambios al aumentar n a 4. Sin embargo, en n=5 y n=6, el polímero acicular volvió a co-alinearse con las ranuras de teflón.

Conclusión

Los autores descubrieron que al aumentar grupo metileno en cadena lateral de polímero, la orientación de cristal líquido puede conmutarse, importante para pantallas LCD y otras aplicaciones.

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

Esta tecnología multidominio podría mejorar ángulos de visión en LCDs. Como los píxeles se compensan mutuamente al verse en ángulo, mejora la reproducción de color. Además, los investigadores creen que este método sería menos costoso y más simple que otras técnicas multidominio existentes.