最先端の LCD イノベーションにより視野角と色の再現性が拡大

• 研究者らは視野角と演色性を向上させるマルチドメイン ディスプレイを提案しています。 
• 液晶ポリマー、ポリ(ジ-n-アルキルシロキサン)に使用できます。 
• 製造手順を容易にし、プリントおよび有機エレクトロニクスの分野に新たな扉を開くことができます。 

液晶ディスプレイ (LCD) 市場は、移動性と秩序を組み合わせた液晶物質の状態の利点を十分に認識しており、これにより高効率、低消費電力、デバイスのコンパクト化が可能になります。

ただし、LCD テクノロジーの主な制限の 1 つは視野角です。横から見ると色が正確に表現されません。これは液晶の共配向によって起こります。

この問題を解決するために、ドイツ、ロシア、フランスの国際研究チームは、液晶を配向させるための新しい技術を提案しました。この数十年来の問題を克服するために彼らが具体的に何をしたかを見てみましょう。

液晶

ほとんどの結晶は固体です。その原子または分子は規則正しい 3D 構造を形成します。しかし、液晶にはこの構造が欠けており、流れることができます。液晶状態の分子は、結晶と液体の中間の特性を持ち、流動する能力を与えます。

LC 材料の分子は不等長である必要があります。つまり、円盤状または棒状である必要があります。それらの特性は方向に依存します。たとえば、液晶では、偏光は異なる方向に沿ってさまざまな速度で伝播します。それらの向きは、電場または磁場を変化させることによってすぐに変えることができます。これはフレデリックス転移と呼ばれる現象です。

液晶の光学特性とその再調整能力により、液晶は電子ディスプレイ、電話、コンピュータ、テレビ、デバイスで広く普及しています。

液晶

LCD では、液晶材料を再配列する電場を通じて各ピクセルの光の強度を変えることによって画像が形成されます。 LCD には複数の構成がありますが、最も一般的なものはツイスト ネマチック液晶、つまり棒状のサーモトロピック液晶に基づいています。電場を加えることで簡単にねじったり、ねじれを戻したりできます。

ネマチック液晶ディスプレイ |クレジット:MIPT プレスオフィス

カラー LCD の各ピクセルには、赤、緑、青 (RGB) の 3 つのサブピクセルが含まれていることはご存知かもしれません。強度を変動させることで、あらゆる色を画面上に表示できます。ツイスト ネマティック LCD のサブピクセルには、光源、2 つの偏光子、カラー フィルター、および電極付きの 2 枚のガラス板の間に配置された液晶が含まれています。

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電圧が印加されると液晶のねじれが戻り、光の偏光がある程度変化します。したがって、光の一部が遮られてしまいます。最終的に、特定の電圧では光がカラー フィルターに到達できなくなり、サブピクセルが暗くなります。

この技術の視野角はそれほど広くありません。この問題を解決するために、研究者らは、一連のピクセルが液晶の向きが異なる多数のドメインに関連付けられるマルチドメイン ディスプレイを提案しました。 これにより、少なくとも一部のドメインが常に正しい方向を向くようになります。

仕組みは?

このアプローチは液晶ポリマーで機能します。ポリマー構造のわずかな変化により、基板上のポリマーの配向が大幅に変化する可能性があります。私たちが話しているポリマーは、PDAS またはポリ(ジ-n-アルキルシロキサン) です。

PDAS の化学構造

このポリマーでは、各分子は酸素原子とケイ素原子が交互に並んだ鎖です。ケイ素原子は 2 つの対称な炭化水素側鎖と結合しています。化合物の「n」は側鎖の長さを表し、2 ～ 6 の間で変化します。

研究者らは、このポリマーをテフロンでコーティングされた整列面上に規則的な溝パターンで堆積させました。次に、配向面上の溝方向に対するポリマー鎖の配向を解析しました。

参照:ACS マクロ文字 | doi:10.1021/acsmacrolett.8b00044 |ミプト

彼らは、一度に 1 CH2 基 (メチレン) ずつ側鎖の長さ (n) を増加させました。針状ポリマーは、n=2 でテフロンの溝と共整列しました。そして彼らは、ポリマー鎖が基板上の溝に対して垂直であることを示しました (画像の左側に表示)。

テフロン基板に対する液晶配向 |クレジット:MIPT

n=3 では、ポリマーの配向が 90 度変化しました。これは、ポリマーが溝に対して垂直に整列していることを意味します。したがって、液晶ポリマー鎖は溝と平行に配向されます (画像の右側に表示)。

n の値を 4 に増やしても、配向にさらなる変化は見られませんでした。しかし、n=5 および n=6 では、針状ポリマーが再びテフロンの溝と共整列しました。

結論

著者らは、ポリマー側鎖のメチレン基を増やすことで、液晶の配向を切り替えることができることを発見しました。これは、液晶ディスプレイやその他の用途にとって非常に重要です。

同一のラビング基板上で２つの互いに直交する液晶配向の誘導が可能となる。これにより、製造手順が可能になり、プリントおよび有機エレクトロニクスの分野に新たな扉が開かれます。

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このマルチドメイン技術により、LCD の視野角が改善される可能性があります。斜めから見るとピクセルが互いに補正し合うため、演色性が向上します。さらに、研究者らは、この方法は他の既存のマルチドメイン技術よりも安価で簡単であると考えています。