L'innovation LCD de pointe étend les angles de vision et la fidélité des couleurs

• Les chercheurs proposent des affichages multidomaines pour améliorer l'angle de vision et le rendu des couleurs. 
• Il fonctionne avec des polymères à cristaux liquides, les poly(di-n-alkylsiloxanes). 
• Cela peut faciliter la procédure de fabrication et ouvrir de nouvelles portes dans le domaine de l'électronique imprimée et organique. 

Le marché des écrans à cristaux liquides (LCD) a pleinement apprécié les avantages de l'état de la matière à cristaux liquides, alliant mobilité et ordre, qui permettent une efficacité élevée, une faible consommation d'énergie et une compacité de l'appareil.

Cependant, l'une des principales limites de la technologie LCD réside dans son angle de vision :d'un point de vue latéral, elle ne restitue pas les couleurs avec précision. Cela se produit en raison du co-alignement des cristaux liquides.

Pour résoudre ce problème, une équipe internationale de chercheurs allemands, russes et français a proposé une nouvelle technique d'orientation des cristaux liquides. Découvrons ce qu'ils ont fait exactement pour surmonter ce problème vieux de plusieurs décennies.

Cristaux liquides

La plupart des cristaux sont solides :leurs atomes ou molécules forment une structure 3D ordonnée. Mais les cristaux liquides n’ont pas cette configuration et ils peuvent circuler. Les molécules à l'état cristal liquide ont des propriétés intermédiaires entre celles des cristaux et des liquides, ce qui leur confère la capacité de s'écouler.

Les molécules d'un matériau LC doivent être anisométriques :en forme de disque ou de bâtonnet. Leurs propriétés dépendent de la direction. Par exemple, dans un cristal liquide, la lumière polarisée se propage à des vitesses variables dans différentes directions. Leur orientation peut être rapidement modifiée en changeant le champ électrique ou magnétique, un phénomène appelé transition de Fréedericksz.

Les propriétés optiques des cristaux liquides et leur capacité de réalignage les rendent très populaires dans les écrans électroniques, les téléphones, les ordinateurs, les téléviseurs et les appareils.

LCD

Dans les écrans LCD, l'image est formée en modifiant l'intensité lumineuse de chaque pixel via un champ électrique qui réaligne les matériaux à cristaux liquides. Les écrans LCD ont plusieurs configurations, mais la plus populaire est basée sur des cristaux liquides nématiques torsadés :des cristaux liquides thermotropes en forme de tige. Ils peuvent être facilement tordus et détordus en appliquant un champ électrique.

Affichage à cristaux liquides nématique | Crédit :Bureau de presse du MIPT

Vous savez peut-être que chaque pixel des écrans LCD couleur contient 3 sous-pixels :rouge, vert et bleu (RVB). N'importe quelle couleur peut être affichée à l'écran en faisant fluctuer son intensité. Un sous-pixel dans un écran LCD nématique torsadé contient une source de lumière, deux polariseurs, un filtre couleur et un cristal liquide placé entre deux plaques de verre avec des électrodes.

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Les cristaux liquides se détordent lorsqu’une tension est appliquée, ce qui modifie dans une certaine mesure la polarisation de la lumière. Ainsi, une partie de la lumière est bloquée. En fin de compte, pour une tension particulière, aucune lumière ne peut atteindre le filtre de couleur, ce qui assombrit les sous-pixels.

L'angle de vision de cette technologie n'est pas si grand. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont proposé des affichages multidomaines, dans lesquels un ensemble de pixels est associé à un certain nombre de domaines dont les orientations des cristaux liquides sont différentes. Cela fait qu'au moins certains domaines sont toujours orientés dans la bonne direction.

Comment ça marche ?

Cette approche fonctionne avec des polymères à cristaux liquides. Une petite variation dans les structures des polymères peut changer radicalement leur orientation sur le substrat. Les polymères dont nous parlons sont des PDAS ou poly(di-n-alkylsiloxanes).

Structure chimique du PDAS

Dans ce polymère, chaque molécule est une chaîne constituée d’une alternance d’atomes d’oxygène et de silicium. Les atomes de silicium sont liés à deux chaînes latérales symétriques d’hydrocarbures. Le « n » dans le composé représente la longueur des chaînes latérales, qui varie entre 2 et 6.

Les chercheurs ont déposé ce polymère sur une surface d’alignement recouverte de Téflon présentant un motif de rainures régulières. Ensuite, ils ont analysé l'orientation de la chaîne polymère par rapport à la direction des rainures sur la surface d'alignement.

Référence :Lettres de macro ACS | est ce que je:10.1021/acsmacrolett.8b00044 | MIPT