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Jul 21, 2023

プライバシー用途向け回折液晶スマートウィンドウのシミュレーション

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11384 (2022) この記事を引用 1691 アクセス 4 引用 1 Altmetric Metrics の詳細 単一の基板を使用して、単純な 2 次元の

Scientific Reports volume 12、記事番号: 11384 (2022) この記事を引用

1691 アクセス

4 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

単一の基板を使用して、オクトソープ電極を備えた単純な 2 次元 (2-D) 位相格子セルを実証します。 どの方向にも大きな空間位相差があるため、提案された格子セルは不透明状態で高いヘイズ値 (76.7%) を持ちます。 さらに、高い製造性、速い応答時間、低い動作電圧など、1 次元 (1-D) 位相格子セルの利点もあります。 さらに、提案された格子セルは、2 次元格子セルよりも応答時間が速い (1 次元格子セルと同等)。 すべての電気光学パラメータは、市販のモデリング ツールを使用して計算されています。 したがって、私たちが提案する格子セルは、仮想現実 (VR)/拡張現実 (AR) システムや、応答時間が速いウィンドウ ディスプレイに応用できると考えられます。

スマート ウィンドウは、エレクトロクロミック、フォトクロミック、サーモクロミック、懸濁粒子、および液晶 (LC) デバイスにおける太陽光と太陽熱の透過率を制御すると報告されています 1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。 他のスマート ウィンドウが制御できるのは光の吸収のみであるのに対し、LC デバイスは高速応答時間と光の散乱、吸収、または反射を調整できる機能から特に恩恵を受けます11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、 21、22、23、24、25。 LC ウィンドウは、光の散乱を制御することにより、プライバシー アプリケーション、拡張現実 (AR)、仮想現実 (VR)、および透明ディスプレイに利用できます 26、27、28。 LC 内のポリマー構造、キラルドーパント、およびイオンを使用して、光散乱を引き起こすことができます。 ただし、これらのデバイスには、高い動作電圧、遅い応答時間、信頼性の欠如など、いくつかの制限があります23,29。

これらの欠点を克服するために、スマート ウィンドウ用の LC 格子デバイスが開発されました 30、31、32、33、34、35。 LC 位相格子を使用した光の回折は光の散乱と同じではありませんが、ヘイズの制御に同じ影響を与えます。 これらには、ヘイズの低減、透明状態での広い視野角、低い動作電圧、速い応答時間など、ヘイズ制御の点でさまざまな利点があります。 ただし、ヘイズ値が 51% と低いため、一次元 (1-D) 用途では広く使用されていません 31,32。 この欠点を克服するために、交差した櫛形電極を備えた上下の基板からなる二次元（2-D）LC位相格子デバイスが提案されています33、34、35。 ヘイズ値は 83.8% であり、非常に高い値でした。 一方、2D 格子セルには、ターンオフ応答時間の遅さ、動作電圧の高さ、実際には上部と下部の櫛型電極を垂直に合わせるのが難しいため製造に問題があるなどの重大な欠点があります。

この研究では、単一基板上にオクトソープ電極を備えた単純な 2 次元 LC 位相格子セルを実証します。 提案された格子セルは、方位角に依存しない実質的な空間位相差により、不透明状態で高いヘイズ値 (76.7%) を持ち、また、製造が容易、応答時間が速い、などの 1 次元格子セルの利点も備えています。動作電圧が低い。 提案された格子セルは、高速応答が必要な VR/AR システムまたはウィンドウ ディスプレイで使用できます。

商用モデリング プログラム TechWiz LCD 3D (Sanayi System Co., Ltd.、韓国) を使用して、LC 格子セルの電気光学特性を推定しました。 底部基板上の共通電極、パッシベーション層、およびパターン化された電極が、提案された回折格子セルを表すものとして図1aに示されています。 オクトソープの垂直方向と水平方向のトラックは相互接続されています。 初期の垂直に配向した液晶分子は、パターン化されたオクトソープ電極を使用して電界方向に沿って下に傾けられ（図1b）、その結果、垂直方向と水平方向に沿って実質的な空間位相差が生じます。 さらに、大きな空間位相差によって生成される回折効果により、提案された格子セルを不透明状態に切り替えることができました。 黒い点線は、液晶が配向しておらずポリマー壁として機能する仮想壁を示しています（図1a）。