Uma equipe de pesquisa internacional da Rússia, A França e a Alemanha propuseram um novo método para orientar os cristais líquidos. Ele poderia ser usado para aumentar o ângulo de visão de telas de cristal líquido. O artigo foi publicado na revista Letras Macro ACS .

"Este é antes de tudo um estudo fundamental que explora os mecanismos de orientação do cristal líquido, "diz Dimitri Ivanov, o chefe do Laboratório de Materiais Orgânicos Funcionais e Híbridos do MIPT. "Dito isto, esperamos que esses mecanismos tenham aplicações em novas tecnologias de LCD. "

A maioria dos sólidos são cristais. Em um cristal, moléculas ou átomos formam uma estrutura tridimensional ordenada. Ao contrário dos sólidos, líquidos carecem dessa ordem interna de longo alcance, mas eles podem fluir. A matéria no estado de cristal líquido tem propriedades intermediárias entre as dos líquidos e dos cristais:ela possui tanto a ordem molecular quanto a capacidade de fluir. Um cristal líquido pode, portanto, ser visto como um líquido "ordenado".

Nem todos os materiais podem exibir um estado líquido-cristalino, e os mecanismos de transição de fase podem variar. Entre outras coisas, as moléculas de um material LC têm que ser anisométricas, isto é, em forma de haste ou disco. Alguns compostos se tornam LCs em uma determinada faixa de temperatura. Eles são chamados de termotrópicos. Por contraste, LCs liotrópicos adotam o estado líquido-cristalino quando um solvente é adicionado.

As propriedades de um material LC variam dependendo da direção. Por exemplo, a luz polarizada se propaga em um cristal líquido em diferentes velocidades ao longo de diferentes direções. Também, em um campo elétrico ou magnético, a orientação dos LCs pode mudar rapidamente. Este fenômeno é conhecido como transição de Fréedericksz. Graças às propriedades ópticas dos LCs e sua capacidade de serem facilmente realinhados, eles são amplamente usados ​​em telas eletrônicas de TVs, computadores, telefones, e outros dispositivos.

Em um LCD, a imagem é gerada alterando a intensidade da luz em cada pixel por meio de um campo elétrico, que realinha os cristais líquidos. Existem várias configurações de LCD, mas o mais comumente usado é baseado em LCs nemáticos torcidos. São cristais líquidos termotrópicos em forma de bastão que podem adotar uma configuração torcida usando substratos de alinhamento especiais. Aplicar um campo elétrico a esses LCs pode destorcê-los. Essa resposta reproduzível e previsível pode ser usada para controlar a intensidade da luz.

Cada pixel em um LCD colorido consiste em três subpixels:vermelho, verde, e azul. Variando suas intensidades, qualquer cor pode ser exibida. Um subpixel em um LCD baseado em nemático torcido (figura 1) consiste em uma fonte de luz, um filtro de cor, dois polarizadores, e uma célula LC entre duas placas de vidro com eletrodos. Se os cristais líquidos não estivessem lá, nenhuma luz passaria pela célula, porque qualquer luz que é deixada passar pelo polarizador vertical seria bloqueada pelo polarizador horizontal antes de atingir o filtro de cor. Contudo, substratos especiais com superfícies onduladas podem ser usados ​​para torcer LCs em uma espiral entre dois polarizadores de modo a girar a luz precisamente na quantidade necessária para passar pelo segundo polarizador. O estado totalmente iluminado do subpixel é, na verdade, seu estado "desligado". Quando a tensão é aplicada, os cristais líquidos se destorcem, mudando a polarização da luz em um grau menor. Como resultado, parte da luz está bloqueada. Eventualmente, como alguma voltagem nenhuma luz pode atingir o filtro de cor, e o subpixel fica escuro.

Uma das limitações desta tecnologia é o ângulo de visão de uma tela:de uma perspectiva lateral, o LCD não renderizará as cores com precisão. Isso se deve ao alinhamento de cristais líquidos. O problema pode ser resolvido usando monitores de vários domínios, em que os pixels pertencem a vários domínios, cujas orientações LC são diferentes. Isso significa que pelo menos alguns dos domínios são sempre orientados da maneira certa. A equipe internacional de pesquisadores liderada pelo professor Dimitri Ivanov, que chefia o Laboratório de Materiais Orgânicos e Híbridos Funcionais do MIPT, propôs uma solução totalmente nova para design de display de vários domínios.

Os autores do artigo trabalharam com polímeros de cristal líquido. Estas são substâncias compostas por moléculas longas com uma forma em cadeia, estrutura repetitiva. Uma ligeira variação na estrutura dos polímeros pode alterar drasticamente sua orientação no substrato. Os polímeros usados ​​no estudo são poli (di-n-alquilsiloxanos), ou PDAS. Cada molécula é uma cadeia contendo átomos alternados de silício e oxigênio. Os átomos de silício em PDAS carregam duas cadeias laterais de hidrocarbonetos simétricos (figura 2). O n no nome do composto representa o comprimento das cadeias laterais, que variou entre 2 e 6.

No experimento, polímeros da família PDAS foram depositados em uma superfície de alinhamento esfregada em Teflon com um padrão regular de ranhuras. Geralmente, polímeros cristalinos são conhecidos por se alinhar em tais substratos, mas apenas quando os parâmetros de rede do substrato correspondem aos do polímero depositado. Os pesquisadores examinaram a orientação das cadeias de polímero de cristal líquido em relação à direção das ranhuras na superfície de alinhamento. O comprimento da cadeia lateral n foi aumentado em etapas de apenas um grupo metileno (CH +) de cada vez.

Os pesquisadores descobriram que, contrário às expectativas, a orientação do cristal líquido variou dependendo do comprimento da cadeia lateral. Em n igual a 2, as superestruturas de polímero semelhantes a agulhas, conhecidas como lamelas, alinhadas com as ranhuras de Teflon. Como as lamelas são conhecidas por serem perpendiculares às cadeias de polímero, os pesquisadores concluíram que as cadeias de polímero são perpendiculares às ranhuras do substrato (figura 3, deixou). Quando n foi aumentado para três, a orientação das lamelas mudou em 90 graus, tornando-os perpendiculares às ranhuras. Como resultado, as cadeias de polímero LC agora estavam orientadas paralelamente às ranhuras (figura 3, direito). Em n igual a quatro, nenhuma mudança adicional na orientação foi observada. Contudo, quando o comprimento da cadeia lateral foi aumentado para cinco e seis, as lamelas novamente alinhadas com as ranhuras de Teflon.

Os pesquisadores descobriram, portanto, que apenas adicionando um grupo de metileno à cadeia lateral do polímero, eles poderiam mudar a orientação do LC, que é crucial para a maioria das aplicações de cristais líquidos, incluindo LCDs. De acordo com os autores, o efeito que eles descobriram pode ser usado para projetar LCDs com ângulos de visão aprimorados. Isso poderia ser alcançado usando uma tecnologia de múltiplos domínios que funciona orientando subpixels de uma cor em diferentes direções. Como resultado, os pixels se compensam quando a tela é vista em ângulo, melhorando a reprodução de cores. Os pesquisadores esperam que essa tecnologia seja consideravelmente mais simples e barata do que outras abordagens de múltiplos domínios que são usadas atualmente.