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Jul 21, 2023

Une simulation de fenêtre intelligente à cristaux liquides diffractifs pour les applications de confidentialité

Scientific Reports volume 12, Numéro d'article : 11384 (2022) Citer cet article 1691 Accès 4 Citations 1 Détails d'Altmetric Metrics En utilisant un seul substrat, nous démontrons un simple modèle bidimensionnel

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 11384 (2022) Citer cet article

1691 Accès

4 citations

1 Altmétrique

Détails des métriques

En utilisant un seul substrat, nous démontrons une simple cellule à réseau de phase bidimensionnelle (2D) avec une électrode octothorp. En raison de la grande différence de phase spatiale dans toutes les directions, la cellule de réseau proposée présente une valeur de voile élevée à l'état opaque (76,7 %) ; De plus, il présente les avantages d'une cellule à réseau de phase unidimensionnelle (1-D), tels qu'une fabricabilité élevée, un temps de réponse rapide et une faible tension de fonctionnement. De plus, la cellule à réseau proposée a un temps de réponse plus rapide que la cellule à réseau 2D (comparable à une cellule à réseau 1D). Tous les paramètres électro-optiques ont été calculés à l'aide d'un outil de modélisation commercial. Par conséquent, nous nous attendons à ce que notre cellule de réseau proposée trouve des applications dans les systèmes de réalité virtuelle (VR)/réalité augmentée (AR) ou dans les vitrines avec des temps de réponse rapides.

Il a été rapporté que les fenêtres intelligentes contrôlent la transmission de la lumière solaire et de la chaleur solaire dans les dispositifs électrochromes, photochromiques, thermochromiques, à particules en suspension et à cristaux liquides (LC)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Les appareils LC bénéficient particulièrement d'un temps de réponse rapide et de la possibilité d'ajuster la diffusion, l'absorption ou la réflexion de la lumière, alors que les autres fenêtres intelligentes ne peuvent contrôler que l'absorption de la lumière11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, 21,22,23,24,25. Les fenêtres LC peuvent être utilisées dans les applications de confidentialité, la réalité augmentée (AR), la réalité virtuelle (VR) et les écrans transparents en contrôlant la diffusion de la lumière26,27,28. Les structures polymères, les dopants chiraux et les ions dans les LC peuvent être utilisés pour induire la diffusion de la lumière. Cependant, ces dispositifs présentent certaines limites, notamment une tension de fonctionnement élevée, un temps de réponse lent et un manque de fiabilité23,29.

Pour surmonter ces inconvénients, des dispositifs de réseau LC ont été développés pour les fenêtres intelligentes30,31,32,33,34,35. Bien que la diffraction de la lumière utilisant un réseau de phase LC ne soit pas la même chose que la diffusion de la lumière, elle a le même impact sur le contrôle du voile. Ils présentent divers avantages en termes de contrôle du voile, notamment une réduction du voile et un large angle de vision dans des conditions transparentes, une faible tension de fonctionnement et un temps de réponse rapide. Cependant, en raison de leur faible valeur de flou de 51 %, ils ne sont pas largement utilisés dans les applications unidimensionnelles (1D)31,32. Pour surmonter cet inconvénient, des dispositifs de réseau de phase LC bidimensionnels (2D), constitués de substrats supérieur et inférieur avec des électrodes interdigitées croisées, ont été proposés33,34,35. Ils avaient une valeur de voile de 83,8 %, ce qui est assez élevé. D'autre part, les cellules à réseau 2D présentent de sérieux inconvénients, notamment un temps de réponse lent à la désactivation, une tension de fonctionnement élevée et une fabrication problématique en raison de la difficulté de faire correspondre perpendiculairement les électrodes interdigitées supérieure et inférieure dans la pratique.

Dans cette étude, nous démontrons une simple cellule à réseau de phase LC 2D avec une électrode octothorp sur un seul substrat. La cellule de réseau proposée présente une valeur de voile élevée à l'état opaque (76,7 %) en raison d'une différence de phase spatiale substantielle indépendante de l'angle azimutal, tout en présentant également les avantages de la cellule de réseau 1D, tels qu'une fabrication facile, un temps de réponse rapide et faible tension de fonctionnement. La cellule de réseau proposée peut être utilisée dans des systèmes VR/AR ou des vitrines qui nécessitent une réponse rapide.

Nous avons estimé les caractéristiques électro-optiques de la cellule du réseau LC à l'aide du programme de modélisation commercial TechWiz LCD 3D (Sanayi System Co., Ltd., Corée). Une électrode commune, une couche de passivation et une électrode à motifs sur le substrat inférieur sont représentées sur la figure 1a en tant que représentation de la cellule de réseau proposée. Les pistes verticales et horizontales de l'octothorp sont interconnectées. Les molécules LC initiales alignées verticalement sont inclinées vers le bas dans les directions du champ électrique à l'aide d'une électrode octothorp à motifs (Fig. 1b), ce qui entraîne une différence de phase spatiale substantielle dans les directions verticale et horizontale. De plus, en raison de l'effet de diffraction généré par la différence de phase spatiale significative, la cellule de réseau proposée pourrait être commutée vers un état opaque. Les lignes noires en pointillés indiquent le mur virtuel où les LC ne s'orientent pas et agissent comme un mur polymère (Fig. 1a).