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May 03, 2023

Uma simulação de janela inteligente de cristal líquido difrativo para aplicação de privacidade

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 11384 (2022) Citar este artigo

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Usando um único substrato, demonstramos uma célula de grade de fase bidimensional (2-D) simples com um eletrodo octothorp. Devido à grande diferença de fase espacial em qualquer direção, a célula de grade proposta tem um alto valor de opacidade no estado opaco (76,7%); Além disso, tem as vantagens de uma célula de grade de fase unidimensional (1-D), como alta capacidade de fabricação, tempo de resposta rápido e baixa tensão operacional. Além disso, a célula de grade proposta tem um tempo de resposta mais rápido do que a célula de grade 2-D (comparável a uma célula de grade 1-D). Todos os parâmetros eletro-ópticos foram calculados usando uma ferramenta de modelagem comercial. Consequentemente, esperamos que nossa célula de grade proposta encontre aplicações em sistemas de realidade virtual (VR)/realidade aumentada (AR) ou vitrines com tempos de resposta rápidos.

Foi relatado que janelas inteligentes controlam a transmissão da luz solar e do calor solar em dispositivos eletrocrômicos, fotocrômicos, termocrômicos, de partículas suspensas e de cristal líquido (LC)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10. Os dispositivos LC se beneficiam particularmente de um tempo de resposta rápido e da capacidade de ajustar a dispersão, absorção ou reflexão da luz, enquanto outras janelas inteligentes podem controlar apenas a absorção de luz11,12,13,14,15,16,17,18,19,20, 21,22,23,24,25. As janelas LC podem ser utilizadas em aplicações de privacidade, realidade aumentada (AR), realidade virtual (VR) e telas transparentes controlando a dispersão da luz26,27,28. Estruturas de polímeros, dopantes quirais e íons em LCs podem ser usados ​​para induzir a dispersão de luz. No entanto, esses dispositivos apresentam algumas limitações, incluindo alta tensão de operação, tempo de resposta lento e falta de confiabilidade23,29.

Para superar essas desvantagens, os dispositivos de grade LC foram desenvolvidos para janelas inteligentes30,31,32,33,34,35. Embora a difração de luz usando uma grade de fase LC não seja o mesmo que dispersão de luz, ela tem o mesmo impacto no controle de neblina. Eles têm vários benefícios em termos de controle de névoa, incluindo névoa reduzida e um amplo ângulo de visão em condições transparentes, baixa tensão operacional e tempo de resposta rápido. No entanto, devido ao baixo valor de haze de 51%, eles não são amplamente utilizados em aplicações unidimensionais (1-D)31,32. Para superar essa desvantagem, foram propostos dispositivos de grade de fase LC bidimensionais (2-D), consistindo de substratos superior e inferior com eletrodos interdigitados cruzados33,34,35. Eles tinham um valor de neblina de 83,8%, o que é bastante alto. Por outro lado, as células de grade 2-D têm sérias desvantagens, incluindo um tempo de resposta de desligamento lento, uma alta tensão operacional e fabricação problemática devido à dificuldade de combinar perpendicularmente os eletrodos interdigitados superior e inferior na prática.

Neste estudo, demonstramos uma célula de grade de fase 2-D simples com um eletrodo octothorp em um único substrato. A célula de grade proposta tem um alto valor de opacidade no estado opaco (76,7%) devido a uma diferença de fase espacial substancial independente do ângulo azimutal, além de ter vantagens de célula de grade 1-D, como fácil fabricação, tempo de resposta rápido e baixa tensão de operação. A célula de grade proposta pode ser usada em sistemas VR/AR ou vitrines que requerem uma resposta rápida.

Estimamos as características eletro-ópticas da célula de grade LC usando o programa de modelagem comercial TechWiz LCD 3D (Sanayi System Co., Ltd., Coréia). Um eletrodo comum, camada de passivação e eletrodo padronizado no substrato inferior são mostrados na Fig. 1a como uma representação da célula de grade proposta. As trilhas verticais e horizontais do octothorp estão interligadas. As moléculas LC alinhadas verticalmente iniciais são inclinadas para baixo ao longo das direções do campo elétrico usando um eletrodo octothorp padronizado (Fig. 1b), resultando em uma diferença de fase espacial substancial ao longo das direções vertical e horizontal. Além disso, devido ao efeito de difração gerado pela significativa diferença de fase espacial, a célula de grade proposta pode ser alterada para um estado opaco. As linhas pretas pontilhadas indicam a parede virtual onde os LCs não orientam e atuam como uma parede de polímero (Fig. 1a).