차세대 디스플레이 기술을 위한 새로운 결정체

액정은 기존의 액체와 고체 결정의 중간 단계입니다. 유체처럼 모양을 바꿀 수 있지만 고체 결정의 분자 정렬 특성을 가지고 있습니다.

고유한 동작으로 인해 전자 디스플레이 및 변조된 광학 장치에 사용됩니다. 예를 들어 LCD는 컴퓨터 모니터, 계기판, 텔레비전, 디지털 카메라 등을 포함하여 광범위한 응용 분야를 가지고 있습니다.

이제 시카고 대학의 연구팀은 차세대 디스플레이 및 센서 기술을 개발하는 데 사용할 수 있는 '결정 내 결정' 액체를 조각하는 새로운 방법을 고안했습니다.

액정의 분자 배향은 액정이 수많은 디스플레이 기술에 사용되는 주된 이유입니다. 분자는 가시광선을 반사하기 위해 매우 규칙적인 패턴으로 배열될 수도 있습니다. 이 구성을 BPC(Blue Phase Crystals)라고 합니다.

BPC는 가시광선을 반사하거나 투과하는 매우 규칙적인 기능을 나타냅니다. 기존 액정에 비해 응답시간이 빠르고 광학적 특성이 우수합니다.

참조:과학 발전 | DOI:10.1126/sciadv.aax9112 | 시카고 대학교

그리고 BPC에서 빛을 반사하는 기능은 멀리 떨어져 있기 때문에(단 몇 개의 원자 대신 최대 300개의 분자 직경) 인터페이스를 쉽게 조작할 수 있습니다. 이러한 인터페이스는 화학 반응, 기계적 변형 및 소리, 빛 및 에너지 전달을 방해하는 역할을 합니다.

이러한 기능으로 인해 BPC는 광학 기술을 위한 완벽한 후보입니다.

연구팀은 BPC 인터페이스를 엔지니어링하기 위해 리소그래피 기반 기술을 개발했습니다. 그들은 표면을 화학적으로 패턴화하여 액정을 증착하고 분자 방향을 조작합니다.

그러면 액정 자체가 분자 배향을 증폭하여 특정 청색 결정이 다른 청색 상 결정 내에서 조각될 수 있도록 합니다. 이를 통해 연구원들은 이전에 달성한 적이 없는 위업인 액정 내에서 특정한 맞춤형 결정 모양을 만들 수 있었습니다.

액정 | 출처:Martelj/Wikimedia

전류와 온도 모두 새로 조각된 수정을 조작(또는 색상 변경)하는 데 사용할 수 있습니다. 즉, 전류 또는 온도가 하나의 청색 위상을 다른 유형의 청색 위상으로 변경할 수 있습니다.

즉, 이제 외부 자극에 반응하고 특정 파장의 빛을 반사할 수 있는 물질이 있습니다. 이 물질의 광학적 특성은 정확하게 변경될 수 있습니다.

그리고 이 crystal-in-a-crystal은 전압, 온도 또는 추가된 화학 물질을 통해 제어할 수 있으므로 더 나은 디스플레이 기술 및 감지 응용 프로그램에 사용될 수 있습니다.

이러한 결정은 색상을 변경하기 위해 작은 전압 또는 온도 변화가 필요하므로 이러한 재료로 제작된 장치는 기존 디스플레이보다 훨씬 적은 에너지를 소비합니다.

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이 연구를 통해 과학자들은 나노 규모에서 결정을 조작하고 완벽하게 균일한 구조를 구성하는 데 사용할 수 있습니다. 연구원들은 다른 광학 장치와 재료를 실험할 계획입니다. 그들은 동일한 기술을 사용하여 훨씬 더 복잡한 시스템을 개발할 것입니다.

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