최첨단 LCD 혁신, 시야각과 색재현율 확장

• 연구진, 시야각과 색 재현 개선 위해 멀티도메인 디스플레이 제안
• 액정 고분자, 폴리(다이-n-알킬실록세인) 작동
• 제조 공정 용이케 하고 인쇄 및 유기 전자공학 분야 새 문 열 수 있음

액정 디스플레이(LCD) 시장은 액정 물질 상태 이점(이동성과 질서 결합으로 고효율, 저전력, 소형화 가능) 완전히 누려왔습니다.

그러나 LCD 기술 주요 제한 중 하나는 시야각: 옆에서 볼 때 색상 정확하게 렌더링 못 함. 액정 공동 정렬(co-alignment) 때문.

이 문제 해결 위해 독일, 러시아, 프랑스 국제 연구진 팀이 액정 배향 새 기술 제안. 수십 년 된 이 문제 극복 위해 정확히 뭐 했는지 알아봅시다.

액정(Liquid Crystals)

대부분 결정은 고체: 원자나 분자 정렬된 3D 구조 형성. 하지만 액정 이 구성 결여, 흐를 수 있음. 액정 상태 분자들 결정과 액체 중간 특성 가져 흐르는 능력 부여.

LC 물질 분자들은 이방성(anisometric): 원판 또는 막대 모양. 특성 방향 의존적. 예: 액정에서 편광 빛 다른 방향 따라 다른 속도 전파. 배향 전기장이나 자기장 변경으로 빠르게 변경 가능, 프리더릭스 전이(Fréedericksz transition)라 불리는 현상.

액정 광학 특성과 재배향 능력으로 전자 디스플레이, 전화, 컴퓨터, TV, 기기서 널리 인기.

LCD

LCD에서 이미지는 전기장으로 액정 물질 재배향시켜 각 픽셀 빛 강도 변경해 형성. LCD 여러 구성 있지만 가장 인기 있는 건 꼬인 네마틱 액정(twisted nematic liquid crystals) 기반: 막대 모양 열방성 액정. 전기장 가하면 쉽게 꼬이고 풀림.

네마틱 액정 디스플레이 | 크레딧: MIPT 보도실

컬러 LCD 각 픽셀 3개 서브픽셀: 빨강, 초록, 파랑(RGB) 포함 아시죠. 강도 변동으로 모든 색 화면 표시 가능. 꼬인 네마틱 LCD 서브픽셀은 광원, 두 편광판, 컬러 필터, 전극 가진 두 유리판 사이 놓인 액정 포함.

참고: 인쇄 매체 혁신할 새로운 종이 두께 LCD 디자인

전압 가하면 액정 풀리며 빛 편광 특정 정도 변경. 따라서 빛 일부 차단. 궁극적으로 특정 전압에서 빛 컬러 필터 도달 못 해 서브픽셀 어두워짐.

이 기술 시야각 그다지 좋지 않음. 이 문제 해결 위해 연구진 멀티도메인 디스플레이 제안: 픽셀 세트가 액정 배향 다른 여러 도메인 연관. 이렇게 하면 적어도 일부 도메인 항상 올바른 방향 배향.

작동 원리

이 접근법 액정 고분자와 작동. 고분자 구조 작은 변화가 기판 위 배향 급격히 바꿀 수 있음. 우리가 말하는 고분자들은 PDAS 또는 폴리(다이-n-알킬실록세인).

PDAS 화학 구조

이 고분자에서 각 분자 산소와 실리콘 원자 번갈아 가며 구성된 체인. 실리콘 원자 두 대칭 탄화수소 곁사슬과 연결. 화합물 'n'은 곁사슬 길이 나타내며 2~6 사이 변동.

연구진 이 고분자 테플론 코팅 정렬 표면에 규칙적 홈 패턴 가진 채로 증착. 그 후 정렬 표면 홈 방향 기준 고분자 사슬 배향 분석.

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

메틸렌(CH₂) 그룹 하나씩 단계적으로 곁사슬 길이(n) 증가. n=2에서 바늘 모양 고분자 테플론 홈과 공동 정렬. 고분자 사슬들 기판 홈과 수직(이미지 좌측)임 보임.

테플론 기판 기준 액정 배향 | 크레딧: MIPT

n=3에서 고분자 배향 90도 변경, 즉 홈과 수직 정렬. 따라서 액정 고분자 사슬들 이제 홈과 평행 배향(이미지 우측).

n=4로 증가해도 배향 추가 변화 없음. 하지만 n=5와 n=6에서 바늘 모양 고분자 다시 테플론 홈과 공동 정렬.

결론

저자들은 고분자 곁사슬 메틸렌 그룹 증가로 액정 배향 전환 가능함 발견. 이는 LCD와 다른 애플리케이션에 꽤 중요.

동일 문질러진 기판 위 2개 상호 직교 액정 배향 유도 가능해짐. 제조 공정 용이케 하고 인쇄 및 유기 전자공학 분야 새 문 열 수 있음.

참고: 투명 물질도 빛 흡수 가능 | 이례적 광학 효과

이 멀티도메인 기술로 LCD 시야각 개선 가능. 픽셀들 각도서 볼 때 서로 보상하므로 색 재현 향상. 게다가 연구진 이 방법이 기존 멀티도메인 기술보다 저렴하고 단순할 것 믿음.