ブルーフェーズモードLCD

ブルー相モードLCDは、ブルー相で高度にねじれたコレステリック相を使用する液晶ディスプレイ（LCD）技術です。これは、たとえば100〜120Hzのフレームレートで動画をより良く表示し、LCDの時間応答を改善するために2007年に初めて提案されました。^{[1]このLCDの動作モードでは、}異方性配向層（ラビングポリイミドなど）も必要ないため、理論的にはLCDの製造プロセスが簡素化されます。

1888年にライニッツァーが発表したコレステリル安息香酸の融解挙動に関する報告書には、冷却時に物質が透明から濁りに変化し、一時的に青色に変わったという記述がある。この微妙な効果は80年以上も未解明のままだったが、1960年代後半から1970年代前半にかけて、青色は少なくとも2つの新しい非常に異なる液晶 相によるものであることを示す実験結果が発表された。^[2]

ほぼ 100 年にわたって、科学者たちは、最も安定したコレステリックらせん構造は、ディレクターが回転する単一のらせん軸によって説明できると想定していました。新しい構造では、ディレクターは、図 1 に示すように、直線に垂直な任意の軸の周りをらせん状に回転することが判明しました。実際には、無制限の数のらせん軸が存在しますが、この構造は二重ねじれ構造と名付けられました。

この二重ねじれ構造は、中心線から一定の距離までのみ、単一ねじれ構造（すなわち、キラル ネマチック液晶の通常のらせん構造）よりも安定しています。この距離はキラルネマチック液晶のピッチ（通常 100 nm）と同程度であり、通常の液晶サンプルの形状ははるかに大きいため、二重ねじれ構造はまれにしか発生しません。

ブルー相は、二重ツイスト構造が大きな体積を満たす場合の特殊なケースです。二重ツイスト構造が中心線から 45° のねじれまでの全方向で制限されると、二重ツイスト シリンダーが生成されます。半径が小さいため、このようなシリンダーは、同じ体積を単一ツイスト キラル ネマティック液晶で満たした場合よりも安定しています。

これらの二重ねじれシリンダーから大きな構造を構成できますが、図5に示すようにシリンダーが接触する点で欠陥が発生します。 ^[3]これらの欠陥は一定の距離で発生し、構造の安定性を低下させる傾向がありますが、少なくともキラルネマチック相から等方性液体への転移より約1 K低い温度範囲内では、欠陥のない単一ねじれ構造よりもわずかに安定しています。

3次元空間で一定の間隔で発生する欠陥は、固体結晶で知られているのと同じように立方格子を形成します。ブルー相は、キラル液晶内の欠陥の規則的な3次元格子によって形成されます。ブルー相の欠陥間の間隔は光の波長（数百ナノメートル）の範囲内であるため、格子から反射される光の特定の波長範囲では建設的干渉（ブラッグ反射）が発生し、ブルー相は色付きの光を反射します（実際に青色光を反射するのはブルー相の一部だけであることに注意してください）。^[4]

2005年、ケンブリッジ大学の光電子工学分子材料センターの研究者らは、16～60℃という幅広い温度範囲で安定したブルー相液晶を発見したと報告した。^[5]研究者らは、超安定ブルー相は材料に電界をかけることで反射光の色を切り替えるのに使用できること、そして最終的にはフルカラーディスプレイ用の3色（赤、緑、青）のピクセルを生成できることを示した。^[6]新しいブルー相は、2つの硬い棒状のセグメントが柔軟な鎖でつながれた分子から作られており、フレキソ電気によって安定化されていると考えられている。^[7]

さらに、室温で安定化したブルー相では、応答時間が10 ⁻⁴ 秒の電気光学スイッチングが示されている。 ^[8]

ブルーフェーズ結晶は、ナノメートル範囲の周期的な立方構造を持ち、可視波長に選択的なバンドギャップを持つため、 3Dフォトニック結晶と見なされています。しかし、標準的なブルーフェーズ結晶の製造では、単結晶のサイズがマイクロメートル範囲の多結晶サンプルが生成されます。最近、理想的な3Dフォトニック結晶として大量に得られたブルーフェーズは、制御された結晶格子配向で安定化されました。^[9]

単結晶ブルー相からの電気光学スイッチングは、多結晶サンプルよりも変調が増加し、散乱が少ないことを示しています^[10]

2008年5月、サムスン電子は、前例のない240Hzのリフレッシュレートで動作できる世界初のブルーフェーズLCDパネルを開発したと発表した。サムスンは、2008年5月18日から23日までロサンゼルスで開催されたSID（情報ディスプレイ協会）2008国際シンポジウム、セミナー、展示会で、ブルーフェーズLCDパネルの15インチプロトタイプモデルを公開した。^[11]

コスト効率を考慮して開発されたサムスンのブルーフェーズモードは、ツイストネマティック（TN）、インプレーンスイッチング（IPS）、垂直配向（VA）など、今日最も広く使用されているTFT LCDモードとは異なり、液晶配向層を必要としません。ブルーフェーズモードは独自の配向層を作成できるため、機械的な配向やラビングプロセスが不要になります。これにより、必要な製造ステップの数が減り、生産コストが節約されます。さらに、ブルーフェーズパネルは、ディスプレイの横方向の均一性（輝度、色度など）を損なう可能性のある機械的圧力に対する液晶層の感度を下げると言われています。

テレビ用途のブルー相ベースのLCディスプレイでは、視覚情報の表示に格子ピッチに応じた光の選択反射（ブラッグ反射）が使用されるのではなく、外部電界がカー効果を介して液晶に複屈折を誘発します。^{[12]この電界誘起複屈折は、}ブルー相モードLC層が交差偏光子の間に配置されると、透過率の変化として現れます。

インプレーンスイッチング（IPS）構造のブルー相LCと、マクロスケールでのカー効果に基づく関連モデリング方法の詳細については、参考文献を参照してください。 ^{[13] [14]}等方性の暗状態では、ブルー相LCDは多くの興味深い電気光学性能を示します。現在、IPS構造のブルー相LCの駆動電圧はまだ少し高すぎます。電圧を下げるには、高カー定数混合物を開発するための材料工学が非常に重要です。^[15]さらに、デバイス設計も効果的な方法です。適切なデバイス構造設計により、駆動電圧を大幅に下げることができます。^[16]

• テトラスティックス

• OD Lavrentovich、M. Kleman：「コレステリック液晶の欠陥とトポロジー」、『液晶のキラリティ、5』、Springer Verlag: ニューヨーク (2001)、抜粋はここから入手できます。

ガセット（3 つの二重ねじれシリンダーが接触する三角形の領域）に形成されるディスクリネーションの詳細については、124 ページの図 5.4 を参照してください。

• ケンブリッジ大学工学部[1]
• ケンブリッジ大学、フォトニクス・エレクトロニクス分子材料センター [2]
• 世界初の「ブルーフェーズ」技術搭載液晶テレビ[3]