Новости

May 03, 2023

Моделирование дифракционного жидкокристаллического интеллектуального окна для обеспечения конфиденциальности

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 11384 (2022) Цитировать эту статью

1538 Доступов

3 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Используя одну подложку, мы демонстрируем простую двумерную (2-D) фазовую решетчатую ячейку с октоторповым электродом. Благодаря большой пространственной разности фаз в любом направлении предлагаемая решетчатая ячейка имеет высокую степень мутности в непрозрачном состоянии (76,7%); Более того, он обладает преимуществами одномерной (1-D) ячейки фазовой решетки, такими как высокая технологичность, быстрое время отклика и низкое рабочее напряжение. Кроме того, предлагаемая решетчатая ячейка имеет более быстрое время отклика, чем двумерная решетчатая ячейка (по сравнению с одномерной решетчатой ​​ячейкой). Все электрооптические параметры были рассчитаны с использованием коммерческого инструмента моделирования. Следовательно, мы ожидаем, что предлагаемая нами решетчатая ячейка найдет применение в системах виртуальной реальности (VR)/дополненной реальности (AR) или оконных дисплеях с быстрым временем отклика.

Сообщается, что «умные окна» контролируют пропускание солнечного света и солнечного тепла в электрохромных, фотохромных, термохромных, взвешенных частицах и жидкокристаллических (ЖК) устройствах1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Устройства LC особенно выигрывают от быстрого времени отклика и возможности регулировать рассеяние, поглощение или отражение света, тогда как другие «умные окна» могут контролировать только поглощение света11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, 21,22,23,24,25. LC-окна можно использовать в приложениях для обеспечения конфиденциальности, дополненной реальности (AR), виртуальной реальности (VR) и прозрачных дисплеях путем управления рассеянием света26,27,28. Полимерные структуры, хиральные добавки и ионы в ЖК можно использовать для индуцирования светорассеяния. Однако эти устройства имеют некоторые ограничения, включая высокое рабочее напряжение, медленное время отклика и недостаточную надежность23,29.

Чтобы преодолеть эти недостатки, для умных окон были разработаны LC-решетки30,31,32,33,34,35. Хотя дифракция света с использованием фазовой LC-решетки — это не то же самое, что рассеяние света, оно оказывает такое же влияние на контроль дымки. Они имеют различные преимущества с точки зрения контроля дымки, включая снижение дымки и широкий угол обзора в прозрачных условиях, низкое рабочее напряжение и быстрое время отклика. Однако из-за низкого значения матовости (51%) они не используются широко в одномерных (1-D) приложениях31,32. Чтобы преодолеть этот недостаток, были предложены двумерные (2-D) устройства с фазовой LC-решеткой, состоящие из верхней и нижней подложек со скрещенными встречно-штыревыми электродами33,34,35. Они имели показатель матовости 83,8%, что достаточно высоко. С другой стороны, ячейки двумерной решетки имеют серьезные недостатки, в том числе медленное время отклика при выключении, высокое рабочее напряжение и проблематичное изготовление из-за сложности на практике перпендикулярного согласования верхнего и нижнего встречно-штыревых электродов.

В этом исследовании мы демонстрируем простую двумерную решетчатую ячейку с октоторпическим электродом на одной подложке. Предлагаемая решетчатая ячейка имеет высокую степень мутности в непрозрачном состоянии (76,7%) из-за существенной пространственной разности фаз, независимой от азимутального угла, а также обладает преимуществами одномерной решетчатой ​​ячейки, такими как простота изготовления, быстрое время отклика и низкое рабочее напряжение. Предлагаемая решетчатая ячейка может использоваться в системах VR/AR или витринных дисплеях, требующих быстрого отклика.

Электрооптические характеристики ЖК-решеточной ячейки оценивались с использованием коммерческой программы моделирования TechWiz LCD 3D (Sanayi System Co., Ltd., Корея). Общий электрод, пассивирующий слой и узорчатый электрод на нижней подложке показаны на рис. 1а как изображение предлагаемой решеточной ячейки. Вертикальные и горизонтальные дорожки октоторпа связаны между собой. Исходные вертикально ориентированные молекулы ЖК наклоняются вниз вдоль направлений электрического поля с помощью узорчатого октоторпового электрода (рис. 1б), что приводит к существенной пространственной разности фаз в вертикальном и горизонтальном направлениях. Кроме того, благодаря дифракционному эффекту, возникающему из-за значительной пространственной разности фаз, предлагаемая решеточная ячейка может быть переведена в непрозрачное состояние. Черные пунктирные линии обозначают виртуальную стенку, где ЖК не ориентируются и действуют как полимерная стенка (рис. 1а).