尖端 LCD 创新扩大了视角和色彩保真度

液晶显示器 (LCD) 市场已充分认识到液晶物质态的优势，它结合了移动性和有序性，可实现高效率、低功耗和设备紧凑性。

然而，LCD 技术的主要限制之一是它的视角：从侧面看，它不能准确地呈现颜色。这是由于液晶的共排列而发生的。

为了解决这个问题，来自德国、俄罗斯和法国的研究人员组成的国际团队提出了一种液晶定向新技术。让我们看看他们到底做了什么来克服这个几十年前的问题。

大多数晶体是固体：它们的原子或分子形成有序的 3D 结构。但液晶缺乏这种结构，并且它们可以流动。液晶态分子具有介于晶体和液体之间的中间性质，这使得它们具有流动性。

液晶材料的分子必须是不等轴的：盘形或棒形。它们的特性取决于方向，例如，在液晶中，偏振光沿不同方向以不同的速度传播。它们的方向可以通过改变电场或磁场来快速改变，这种现象称为弗雷德里克转变。

液晶的光学特性及其重新排列能力使其在电子显示器、手机、计算机、电视和设备中广泛流行。

液晶显示屏

在液晶显示器中，图像是通过重新排列液晶材料的电场改变每个像素中的光强度而形成的。 LCD 有多种配置，但最流行的是基于扭曲向列液晶：棒状热致液晶。通过施加电场，它们可以轻松地扭转和解开。

向列液晶显示器 |图片来源：MIPT 新闻办公室

您可能知道彩色 LCD 中的每个像素都包含 3 个子像素：红、绿和蓝 (RGB)。任何颜色都可以通过改变其强度来显示在屏幕上。扭曲向列液晶显示器中的子像素包含一个光源、两个偏振器、一个滤色器和放置在两个带有电极的玻璃板之间的液晶。

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施加电压时液晶会解开，从而在一定程度上改变光的偏振。因此，一部分光被阻挡。最终，对于特定的电压，没有光可以到达滤色器，这使得子像素变暗。

这项技术的视角不是很大。为了解决这个问题，研究人员提出了多域显示器，其中一组像素与多个液晶取向不同的域相关联。这使得至少某些领域始终朝着正确的方向发展。

这种方法适用于液晶聚合物。聚合物结构的微小变化可以极大地改变它们在基材上的方向。我们谈论的聚合物是 PDAS 或聚（二正烷基硅氧烷）。

PDAS的化学结构

在这种聚合物中，每个分子都是由交替的氧原子和硅原子组成的链。硅原子与两个对称的烃侧链连接。化合物中的“n”代表侧链长度，在2到6之间变化。

研究人员将这种聚合物沉积在具有规则凹槽图案的聚四氟乙烯涂层对准表面上。然后，他们分析了聚合物链相对于对准表面上凹槽方向的取向。

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

他们每次增加一个 CH2 基团（亚甲基），增加侧链的长度 (n)。针状聚合物与聚四氟乙烯凹槽共同排列，n=2。他们发现聚合物链垂直于基板上的凹槽（如图像左侧所示）。

相对于聚四氟乙烯基板的液晶取向 |图片来源：MIPT

当 n=3 时，聚合物取向改变了 90 度，这意味着它们垂直于凹槽排列。因此，液晶聚合物链现在平行于凹槽取向（如图像右侧所示）。

当n值增加到4时，没有看到进一步的取向变化。然而，当n=5和n=6时，针状聚合物再次与特氟龙凹槽共对齐。

作者发现，通过增加聚合物侧链中的亚甲基，可以改变液晶的取向，这对于液晶显示器和其他应用非常重要。

在同一摩擦基板上诱导两个相互正交的液晶取向变得可行。这可以实现制造过程并为印刷和有机电子领域打开新的大门。

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这种多域技术可以改善液晶显示器的视角。由于从某个角度观看时像素会相互补偿，因此可以增强色彩再现。此外，研究人员认为，这种方法比其他现有的多域技术更便宜、更简单。

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