최첨단 LCD 혁신으로 시야각과 색상 충실도 확장

• 연구원들은 시야각과 연색성을 향상시키기 위해 다중 도메인 디스플레이를 제안합니다. 
• 액정 폴리머인 폴리(디-n-알킬실록산)과 함께 작동합니다. 
• 인쇄 및 유기 전자 분야에서 제조 절차를 용이하게 하고 새로운 문을 열 수 있습니다. 

액정 디스플레이(LCD) 시장은 이동성과 질서를 결합하여 높은 효율성, 낮은 전력 소비 및 장치 소형화를 가능하게 하는 액정 물질 상태의 이점을 충분히 인식했습니다.

그러나 LCD 기술의 주요 제한 사항 중 하나는 시야각입니다. 옆에서 보면 색상이 정확하게 표현되지 않습니다. 이는 액정의 공동 정렬로 인해 발생합니다.

이 문제를 해결하기 위해 독일, 러시아, 프랑스의 국제 연구진이 액정 방향을 정하는 새로운 기술을 제안했습니다. 수십 년 동안 지속된 이 문제를 극복하기 위해 그들이 정확히 무엇을 했는지 알아보겠습니다.

액정

대부분의 결정은 고체입니다. 원자나 분자는 규칙적인 3D 구조를 형성합니다. 그러나 액정에는 이러한 구성이 부족하여 흐를 수 있습니다. 액정 상태의 분자는 결정과 액체의 중간 특성을 가지므로 흐르는 능력을 갖습니다.

LC 재료의 분자는 비등각적(디스크 모양 또는 막대 모양)이어야 합니다. 그 특성은 방향에 따라 달라집니다. 예를 들어 액정에서 편광은 서로 다른 방향을 따라 다양한 속도로 전파됩니다. 전기장이나 자기장의 변화에 따라 방향이 빠르게 변경될 수 있는데, 이러한 현상을 Fréedericksz 전이라고 합니다.

액정의 광학적 특성과 재정렬 능력으로 인해 액정은 전자 디스플레이, 휴대폰, 컴퓨터, TV 및 장치에서 널리 사용되고 있습니다.

LCD

LCD에서는 액정 물질을 재정렬하는 전기장을 통해 각 픽셀의 빛 강도를 변경하여 이미지가 형성됩니다. LCD에는 다양한 구성이 있지만 가장 널리 사용되는 것은 꼬인 네마틱 액정(막대 모양 열방성 액정)을 기반으로 하는 것입니다. 전기장을 가하면 쉽게 비틀거나 풀 수 있습니다.

네마틱 액정 디스플레이 | 출처:MIPT 보도실

컬러 LCD의 각 픽셀에는 빨간색, 녹색, 파란색(RGB)의 3개 하위 픽셀이 포함되어 있다는 것을 알고 계실 것입니다. 강도를 변경하여 모든 색상을 화면에 표시할 수 있습니다. 트위스트 네마틱 LCD의 하위 픽셀에는 광원, 두 개의 편광판, 컬러 필터, 전극이 있는 두 개의 유리판 사이에 배치된 액정이 포함되어 있습니다.

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전압이 가해지면 액정이 풀려 빛의 편광이 어느 정도 변경됩니다. 따라서 빛의 일부가 차단됩니다. 궁극적으로 특정 전압의 경우 빛이 컬러 필터에 도달할 수 없으며 이로 인해 하위 픽셀이 어두워집니다.

이 기술의 시야각은 그리 크지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원들은 픽셀 세트가 액정 방향이 다른 여러 도메인과 연결되는 다중 도메인 디스플레이를 제안했습니다. 이렇게 하면 적어도 일부 도메인이 항상 올바른 방향으로 향하게 됩니다.

어떻게 작동하나요?

이 접근 방식은 액정 폴리머에 적용됩니다. 폴리머 구조의 작은 변화로 인해 기판에서의 방향이 크게 바뀔 수 있습니다. 우리가 말하는 폴리머는 PDAS 또는 폴리(디-n-알킬실록산)입니다.

PDAS의 화학 구조

이 폴리머에서 각 분자는 산소와 실리콘 원자가 교대로 구성된 사슬입니다. 실리콘 원자는 두 개의 대칭 탄화수소 측쇄로 연결되어 있습니다. 화합물의 "n"은 측쇄의 길이를 나타내며 2에서 6까지 다양합니다.

연구진은 이 폴리머를 규칙적인 홈 패턴으로 테프론 코팅 정렬 표면에 증착했습니다. 그런 다음 정렬 표면의 홈 방향에 대한 고분자 사슬 방향을 분석했습니다.

참조:ACS 매크로 문자 | doi:10.1021/acsmacrolett.8b00044 | MIPT

그들은 한 번에 하나의 CH2기(메틸렌)씩 단계적으로 곁사슬의 길이(n)를 늘렸습니다. 바늘 모양의 폴리머는 n=2에서 테플론 홈과 함께 정렬되었습니다. 그리고 그들은 폴리머 사슬이 기판의 홈에 수직이라는 것을 보여주었습니다(이미지 왼쪽에 표시됨).

테프론 기판에 대한 액정 방향 | 크레딧: MIPT

n=3에서 폴리머 배향은 90도 변경되었습니다. 이는 폴리머가 홈에 수직으로 정렬되었음을 의미합니다. 따라서 액정 폴리머 사슬은 이제 홈과 평행하게 배향됩니다(이미지 오른쪽에 표시됨).

n의 값이 4로 증가했을 때 배향에 더 이상의 변화는 보이지 않았습니다. 그러나 n=5와 n=6에서 바늘 모양의 폴리머는 다시 테플론 홈과 동일 정렬되었습니다.

결론

저자들은 폴리머 측쇄에 메틸렌 그룹을 증가시키면 액정의 방향이 전환될 수 있다는 사실을 발견했는데, 이는 액정 디스플레이 및 기타 응용 분야에 매우 중요합니다.

동일한 러빙된 기판에서 2개의 상호 직교하는 액정 배향의 유도가 가능해집니다. 이를 통해 제조 절차가 가능해지고 인쇄 및 유기 전자 분야에 새로운 문이 열릴 수 있습니다.

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이 다중 영역 기술은 LCD의 시야각을 향상시킬 수 있습니다. 각도에서 볼 때 픽셀이 서로 보상하므로 연색성이 향상됩니다. 더욱이 연구원들은 이 방법이 기존의 다른 다중 도메인 기술보다 비용이 저렴하고 간단할 것이라고 믿습니다.