Реферат Рідкі кристали

Страница 1 из 2 | Следующая страница

>Курсова робота ізмолекулярноїфізики

на задану тему:

«>Рідкікристали»

 


>Зміст

 

>ВСТУП

>РОЗДІЛ 1.РІДКІКРИСТАЛИ —НОВИЙСТАНРЕЧОВИНИ

1.1Навіщопотрібні РК

1.2Трохиісторії

1.3Основніпоняття

1.4Способиодержаннярідкихкристалів

1.5Типирідкихкристалів

1.6Електричнівластивості

>РОЗДІЛ 2.ЗАСТОСУВАННЯРІДКИХКРИСТАЛІВ

2.1Рідкікристалисьогодні й завтра

2.2Властивості йзастосуваннярідкихкристалів

2.3Електроннагра,електроннийсловник йтелевізор наРк

2.4Керованіоптичнітранспаранти

2.5Просторово-часовімодуляторисвітла

2.6 якзробитистереотелевізор

2.7Окуляри длякосмонавтів

2.8Рідкокристалічний дисплей

>ВИСНОВОК

>ЛІТЕРАТУРА

>рідкийкристал молекуларідина


>ВСТУП

>Рідкікристалинезвичайноцікаві йдивовижні.

У 2008 р.,науковагромадськістьвідзначить 120 років із моментувідкриттярідкихкристалів - нового стануречовини.Тодіученівиявили, щоречовини врідкокристалічномустаніволодіютьтекучістю, якзвичайнірідини, й у тій годину їхніоптичнівластивостівражаючесхожі навластивостітвердихкристалів.

>Набагатопізніше проясниласяфізична причинаіснування четвертого стануречовини й йогоосновнаумова.


>РОЗДІЛ 1. >РІДКІКРИСТАЛИ —НОВИЙСТАНРЕЧОВИНИ

 

1.1Навіщопотрібні РК

Убуденномужитті мистикаємося ізгодинниками, термометрами нарідкихкристалах.Інтерес перед тимперш наобумовленийможливостями їхніефективногозастосування урядігалузейвиробничоїдіяльності.Впровадженнярідкихкристалівозначаєекономічнуефективність, простоту,зручність.

>Рідкийкристал —цеспецифічнийагрегатний станречовини, вякій воно тапроявляєодночасновластивостікристала йрідини. Не усіречовиниможутьзнаходитися врідкокристалічномустані.Більшістьречовинможутьзнаходитися лише втрьох, усім добровідомихагрегатних станах: твердому чикристалічному,рідкому йгазоподібному.Деякіорганічніречовини, щоволодіютьскладними молекулами,окрімтрьохназванихстанів,можутьутворюватичетвертийагрегатний стан —рідкокристалічне.Цей станздійснюється приплавленнікристалівдеякихречовин. При їхніплавленніутворюєтьсярідкокристалічна фаза, щовідрізняється відзвичайнихрідин.Ця фазаіснує вінтервалі відтемпературиплавленнякристала додеякоївищоїтемператури, принагріві доякоїрідкийкристал переходити взвичайнурідину.Подібнозвичайнійрідині,рідкийкристалволодієтекучістю йприймає формусудини (судини), в якоївінпоміщений.Цимвінвідрізняється відвідомих усімкристалів.Проте недивлячись нацювластивість,об'єднуючу його ізрідиною,вінволодієвластивістю,характерною длякристалів. Це —впорядкування впросторі молекул,утворюючихкристал. Щоправда,цевпорядкування нетакеповне, як взвичайнихкристалах,проте воно таістотновпливає навластивостірідкихкристалів,чим йвідрізняє їхнього відзвичайнихрідин.Неповнепросторовевпорядкування молекул,утворюючихрідкийкристал,виявляється до того, що врідкихкристалах немаєповного порядку впросторовомурозташуванніцентрівтяжіння молекул,хочачастковий порядокможе бути. Цеозначає, що вони немаєжорсткоїкристалічноїрешітки. Томурідкікристали,подібно дозвичайнихрідин,володіютьвластивістюплинності.

>Обов'язковоювластивістюрідкихкристалів, щозближує їхнього ззвичайнимикристалами,єнаявність порядкупросторовоїорієнтації молекул.Такий лад уорієнтаціїможевиявлятися,наприклад, до того що усідовгіосі молекул врідкокристалічномузразкуорієнтованіоднаково.Цімолекулиповинніволодітивитягнутоюформою.Окрім простого названоговпорядкування осей молекул, врідкомукристаліможездійснюватисяскладнішийорієнтаційний порядокмолекул.[1]

 

1.2Трохиісторії

Неволодіючисучасноювеличезноюінформацією пробудовуматерії,дужеважкоповірити, щотакі,здавалося б,властивості, щовзаємновиключають один одного,можутьвиявлятися уоднієїречовини. Тому,ймовірно,дослідники ужедуже давностикалися ізрідкокристалічним станом, але й невіддавалисобі в цьомузвіту.Протеіснуваннярідкихкристалів було бвстановленедуже давно,майжесторіччя тому, а 1888році.

>Першим,хтовиявиврідкікристали, бувавстрійськийучений-ботанікРейнітцер.Досліджуючиновусинтезовану нимречовинухолестерилбензоат,вінвиявив, що притемпературі145°Скристалицієїречовиниплавляться,утворюючимутну, сильнорозсіюючусвітло,рідину. Припродовженнінагріву последосягненнятемператури179°Срідинапрояснюється,тобтопочинаєповодитися воптичномувідношенні, якзвичайнарідина,наприклад вода.Несподіванівластивостіхолестерилбензоатвиявляв вмутнійфазі.Розглядаючицю фазу подполяризаційниммікроскопом,Рейнітцервиявив, що вонаволодієдвупереломленням. Цеозначає, щопоказникзаломленнясвітла,тобтошвидкістьсвітла вційфазі,залежить відполяризації.

>Явищедвупереломлення -цетиповокристалічнийефект, щополягає до того, щошвидкістьсвітла вкристалізалежить відорієнтаціїплощиниполяризаціїсвітла.Істотно, що вонадосягаєекстремального максимального ймінімальногозначень для двохвзаємноортогональнихорієнтаційплощиниполяризації.Зрозуміло,орієнтаціїполяризації,відповідніекстремальнимзначеннямшвидкостісвітлі вкристалі,визначаютьсяанізотропієювластивостейкристала й однозначнозадаютьсяорієнтацієюкристалічних осейщодонапряму поширеннясвітла.

Томусказанепояснює, щоіснуваннядвупереломлення врідині, котра винна бутиізотропною,тобто щоїївластивостіповинні бутинезалежними віднапряму,представлялосяпарадоксальним.Найбільшправдоподібним в тієї годину моглаздаватисянаявність вмутнійфазімалихчастиноккристала, що нерозплавилися,кристалітів, котрі й булиджереломдвупереломлення.Протедетальнішідослідження, до якіРейнітцерпривернуввідомогонімецькогофізикаЛемана, показали, щокаламутна фаза неєдвофазноюсистемою,тобто надзвичайнійрідинікристалічнихвключень, аєновимфазовим станомречовини.Цьомуфазовому стануЛеман давшиназву «>Рідкийкристал» у зв'язку ізвластивостямирідини йкристала, щоодночаснопроявлялися ним.Уживаєтьсятакож йіншийтермін дляназвирідкихкристалів. Це — «>мезофаза», що буквальноозначає «>проміжна фаза».

У тієї годинуіснуваннярідкихкристалівпредставлялосяякимськурйозом, йніхто немігприпустити, що їхнічекаємайже через ці сто роківвеликемайбутнє втехнічнихзастосуваннях. Тому последеякогоінтересу дорідкихкристаліввідразу после їхнівідкриття про них за годину практичнозабули.

>Проте уже в Перші рокта було бз'ясовано багатоіншихдивовижнихвластивостейрідкихкристалів. Так,деяківидирідкихкристалівволоділинезвичновисокоюоптичноюактивністю.

>Оптичноюактивністюназиваютьздатністьдеякихречовинобертатиплощинуполяризаціїсвітла, що проходити них. Цеозначає, щолінійнополяризованесвітло,розповсюджуючись всередовищах,змінюєорієнтаціюплощиниполяризації.Причому кут поворотуплощиниполяризації прямопропорційна шляху L,пройденомусвітлом, де кут повороту наодиничному шляху йназиваєтьсяпитомоюобертальноюздатністю.

>Дивовижними булитакож ііншівластивості,такі, як сильнатемпературна залежністьназваних характеристик, їхнідужевисокачутливість дозовнішніхмагнітних йелектричнихполів й т буд.

Укінці ХІХ — початку ХХстоліття багатодужеавторитетнихвчених вельми скептичновідносилися довідкриттяРейнітцера йЛемана. (>Ім'яЛаманатакож можна з правапов'язувати ізвідкриттямрідкихкристалів,оскількивіндуже активно бравши доля впершихдослідженняхрідкихкристалів.)Річ у бо не лишеописанісуперечливівластивостірідкихкристалівпредставлялисябагатьом авторитетів вельмисумнівними, але й й до того, щовластивостірізнихрідкокристалічнихречовин (>з'єднань, щоволоділирідкокристалічноюфазою)виявлялисяістотнорізними. Так, самірідкікристаливолоділидуже великоюв'язкістю, уіншихв'язкість був невелика.Однірідкікристали виявляли ззміноютемпературирізкузмінузабарвлення, так що їхніколірпробігав усі тони веселки,іншірідкікристалитакоїрізкоїзмінизабарвлення не виявляли.Нарешті,зовнішнійвиглядзразків, чи, якприйнято говорити, текстура,різнихрідкихкристалів прирозгляді їхнього подмікроскопомвиявлявсязовсімрізним. У одній наполіполяризаційногомікроскопа могли бутивидніутворення,схожі на нитки, віншому —спостерігалисязображення,схожі нагірськийрельєф, атретьому — картинанагадувалавідбиткипальців.Стоялотакож запитання,чомурідкокристалічна фазаспостерігається приплавленні лишедеякихречовин?

Вісь вумовах скептицизму із боцібагатьохавторитетів й статкусуперечливихфактів вели свої роботи Перші, тодінечисленні,дослідникирідкихкристалів,справжніентузіастисвоєї справ. До їхнього числаслідвіднестинімецькогохімікаД.Форлендера,який на початку ХХстоліття вуніверситетськомумісті Галле (>Німеччина)спільно ізсвоїмиучнями вивчавхіміюрідкихкристалів.Віннамагавсявідповісти на запитання,якимивластивостямиповинніволодітимолекулиречовини,щоб воно та малірідкокристалічну фазу.Форлендерзнайшоввеликукількість новихз'єднань, щоволодіютьрідкокристалічноюфазою, йуважнодосліджуваввластивості молекулвідповіднихз'єднань,зокремаструктурні. Урезультаті йогоробіт зрозуміли, щорідкікристалиутворюютьречовини,молекули якімаютьподовженуформу.[7]

Часйшов,факти прорідкікристалипоступовонакопичувалися, але й не було бзагального принципу,якийдозволив бівстановитиякусь систему вуявленнях прорідкікристали. як токажуть, наставши годину длякласифікації предметадосліджень. Заслуга встворенні основ Сучасноїкласифікаціїрідкихкристалівналежитьфранцузькому вченомуЖ.Фріделю. У20-і роктаФрідельзапропонуваврозділити усірідкікристали надвівеликігрупи. ОднугрупурідкихкристалівФрідель назвавшинематичними,іншусмектичними.Він жзапропонувавзагальнийтермін длярідкихкристалів — «>мезоморфна фаза».Цейтермін скидатися відгрецького слова «>мезос» (>проміжний), авводячи його,Фрідельхотівпідкреслити, щорідкікристализаймаютьпроміжнеположенняміждійснимикристалами йрідинами як потемпературі, то й посвоїхфізичнихвластивостях.Нематичнірідкікристали вкласифікаціїФріделя включали ужезгадуванівищехолестеричнірідкікристали якпідклас.

сучаснийетапвивченнярідкихкристалів,якийпочався в60-і рокта йдодавнауці про РКсьогоднішніформи,методидосліджень, широкийрозмахробітсформувався подбезпосереднімвпливомуспіхів втехнічнихдодаткахрідкихкристалів, особливо в системахвідображенняінформації. Уцей годинузрозуміло й практично доведено, що до нашогостоліттямікроелектроніки, щохарактеризуєтьсявпровадженняммікромініатюрнихелектроннихпристроїв,споживаючихнікчемніпотужностіенергії дляпристроївіндикаціїінформації,тобтозв'язкиприладу ізлюдиною,найбільшвідповіднимивиявляютьсяіндикатори на РК.Річ у ботакіпристроївідображенняінформації на РКприродним чиномвписуються венергетику йгабаритимікроелектронних схем.Вониспоживаютьнікчемнукількістьпотужності йможуть бутивиконані увиглядімініатюрнихіндикаторів чи пласкихекранів. Усіцезумовлюємасовевпровадженнярідкокристалічнихіндикаторів всистемивідображенняінформації,свідкамиякого миє втеперішній годину.Щобусвідомитицей процес,доситьпригадатигодинник чимікрокалькулятори ізрідкокристалічнимиіндикаторами. Аліце лише вухо. Назмінутрадиційним йзвичнимпристроямйдутьрідкокристалічнісистемивідображенняінформації. Частобуває,технічніпотреби не лишестимулюютьрозробку проблем,пов'язаних ізпрактичнимизастосуваннями, але й й частопримушуютьпереосмислитизагальне ставлення довідповідногорозділу науки. Таквідбулося й ізрідкимикристалами.Зараззрозуміло, щоценайважливішийрозділфізики стану, щоконденсує.[1]

 

1.3Основніпоняття

>Рідкікристали –церідини, для якіхарактернимєпевний порядокрозміщення молекул й, якнаслідок цого,анізотропіямеханічних,електричних,магнітних таоптичнихвластивостей. І хочрідкікристалипоєднують усобівластивості твердоготіла таізотропноїрідини,електро- ймагнітооптичніявища у якихдоситьспецифічні й, як правило, немаютьвідповідниханалогів утвердій таізотропнійрідкій фазах.Якщо немаєзовнішніхдій, врідкихкристалахмаємісцеанізотропіядіелектричноїпроникності,магнітноїсприйнятливості,електропровідності татеплопровідності. Але вониспостерігаєтьсяподвійнезаломленнясвітловихпроменів тадихроїзм. [4]

 


1.4Способиодержаннярідкихкристалів

>Необхідноюумовоюпроявумезоморфізмуєіснуваннягеометричноїанізотропії молекул.Якіповинні бутидовгими й порівняновузькими.Залежно відгеометрії молекул системаможепроходити через одну чикількамезофаз до переходу візотропнурідину.Переходи вціпроміжністаниможутьспричинятисясутотермічнимипроцесами (>термотропниймезоформізм) чивпливомрозчинника (>ліотропниймезоформізм).

Урідкихкристалів последосягненняпевноїтемпературируйнуєтьсятривимірнагратка, але й смердоті после цого непереходять урідкийізотропний стан, азберігаютьдво- чиодновимірнувпорядкованістьвнаслідоканізотропії молекул.Відкриттярідкихкристалів було бпов’язано із тім, що приплавленнідеякихречовинзамістьпрозорогорозплавуутворюєтьсямутний.Мутність йогозумовленаневпорядкованимподвійнимпроменезаломленнямподібно докристалів кварцові таісландськогошпату. Зпідвищеннямтемператури такимречовинспостерігаєтьсяперехід дозвичайногоізотропногопрозорогорозплаву.

як вжезазначалося, за способомодержаннярідкікристалиподіляють натермотропні йліотропні.Термотропнірідкікристалиутворюються принагріваннітвердихкристалів чиохолодженніізотропноїрідини йіснують упевномуінтервалі температур.Ліотропнірідкікристалиутворюються прирозчиненнітвердихорганічнихречовин урізнихрозчинниках,наприклад уводі.Термотропні йліотропнірідкікристалимаютькількамодифікаційрідкокристалічних фаз,кожній із які нафазовійдіаграмівідповідаєпевна область.Температурнийінтерваліснуваннярідкокристалічних фаззалежить відречовини йможезнаходитись як принизьких (до ->60°С), то й за температур (до400°С).


>Рис. 1

На рис. 1зображено молекулу типовоготермотропногорідкогокристала, щоподібна до стрижня.Характерним для такихкристалівєнаявність двох читрьохбензольнихкілець. Доліотропнихрідкихкристалів належатисистемимило–вода;церозчин такзванихамфифільнихсполук. Кожна молекула такихречовинмаєполярну „голову”, Якарозчинна уводі йнерозчинна увуглеводах. Другачастинамолекули –цевуглеводневийланцюжок,який нерозчиняється уводі. Цепризводить довиникненняламелярних (>шаруватих) фаз уводнихрозчинах. У якіполярні „голови”повернуті допрошарків води, авуглеводневіланцюжкиповернуті один до одного,утворюючибішар (рис. 2).

Рис.2

>Напрямпереважаючогоорієнтування молекулхарактеризуютьодиничним вектором L,якийназиваютьдиректором.[5]

 


1.5Типирідкихкристалів

>Термотропнірідкікристали, закласифікацієюфранцузькогохіміка-мінерологаШ.Фріделя (1832-1899),поділяють втричітипи:нематичні,смектичні тахолестеричні. У основутакоїкласифікаціїпокладеновиглядфункціїгустини > йлокальноїорієнтації L молекул.

Длянематичного типуструктурирідкихкристалів >=>const й L=>const. У такомукристалімолекулидовгими осями спонтанноорієнтованімайже паралельно однаодній (рис. 3).

 

>Рис .3Рис. 4

Длясмектичного типуструктурифункція L=>const, а > >періодичнавздовжосі,наприкладOZ, й стала уплощиніXOY (рис. 4).Цей типструктурихарактеризуєтьсядвовимірноювпорядкованістю молекул припаралелізації їхнього таранжуванні центру мас молекул.Смектичнірідкікристалимаютьшарувату структуру.Можливірізнітипи упаковок молекул у кулях,внаслідок чогосмектичнірідкікристалимаютьвеликукількістьмодифікацій.

>Найскладніший типупорядкування дляхолестеричнихрідкихкристалів, щохарактеризуютьсясполученнямпаралельнихнематичнихшарів.Напрям осей молекул укожному ізнаступнихшарівповернутий напевний кутвідноснонапрямівцих осей упопередніх кулях. Для таких систем >=>const, а Lмодульовано занапрямом так, щокінцівекторів Lутворюютьгвинтовулінію увиглядіспіралі ізпевнимкроком (рис. 5). УплощиніXOYхолестеринірідкікристалимаютьтаку жплинність. як йнематичнірідкікристали. АвздовжосіOZїхнімеханічнівластивостіподібні довластивостейсмектичнихрідкихкристалів.Внаслідок такогоупорядкуванняхолестеринірідкікристалимаютьунікальніоптичнівластивості.

>Рис. 5

Ос-кількикрокспіралі длярізниххолестеричнихрідкихкристалівмає величину віддесятих часткоюмікрометра донескінченності, товидиме таінфрачервонесвітлодифрагує на таких структурах, щозумовлюєселективневідбиваннясвітловиххвиль, котріпоширюються у напрямкуосіOZ. За межамиінтервалудовжинхвиль, для якімаємісцеселективневідбивання,холестеринірідкікристалимаютьзначнуоптичнуактивність (у 102 -103разівбільшу, ніж уорганічнихрідин утвердихкристалів).Прикладомхолестеричнихрідкихкристалівєефіри холестерину.

>Ліотропнірідкікристалимають болеескладну структуру, ніжтермотропні.Ліотропнірідкікристалидоситьпоширені уприроді, особливо вживихорганізмах (>мембраниклітин,віруси тощо).

>Виявленоновий типрідкихкристалів, котріутворюютьсядископодібними молекулами.

>Рідкікристалимістятьскладніанізотропнімолекули, й тому практичнонеможливоврахувати усівидивзаємодіїміж ними. Прирозгляді окремихвипадківвраховуютьтакітипиміжмолекулярних сил:взаємодіюсталихдиполів;дисперсійнувзаємодію молекул,розглядуваних якдипольніосцилятори.Зумовленіпритяганнямміж молекулами;стеричневідштовхування,зумовленескінченнимирозмірами молекул у моделяхжорсткихважкихстержнів чиланцюжківжорсткихкульок;індукційнувзаємодіюсталого молекулярногодиполя іздиполями,наведеними в молекулах, щооточують їхні.

>Анізотропіяелектричних йоптичнихвластивостейпоряд ізвластивістюплинностірідкихкристалівзумовлюєрізноманітністьелектрооптичнихефектів.Найбільшважливіорієнтаційніефекти,зумовленівпливомзовнішньогоелектричного поля наорієнтацію молекул урідкихкристалах.ЦіявищавпершевиявивВ.К.Фредерікс й їхньогоназивають переходамиФредерікса.

>Електрооптичнівластивостірідкихкристалів лежати воснові широкогозастосування їхні.Змінаорієнтації L унематичномурідкомукристалівимагаєелектричноїнапруги порядку1В йпотужності порядку1мкВт, що можна забезпечитибезпосереднімпередаваннямсигналів ізінтегральних схем безїхньогододатковогопідсилення. Томурідкікристали широкозастосовуються в малогабаритнихелектроннихгодинниках, калькуляторах,вимірювальнихприладах якіндикатори й табло длявідображеннявідповідноїінформації. Укомбінуванні із фоточутливиминапівпровідниковими кулямирідкікристализастосовуються якпідсилювачі йперетворювачізображень, атакож якпристроїоптичноїобробкиінформації.

>Залежністькрокуспіраліхолестеричногорідкогокристала відтемпературидаєможливістьвикористовуватиплівкицихречовин дляспостереженнярозподілутемператури наповерхнірізнихтіл.Цей методзастосовуєтьсятакож умедицині длядіагнозузапальнихпроцесів,візуалізації тепловоговимірюваннятощо.[4]

 


1.6Електричнівластивості

>Більшістьзастосуваньрідкихкристалівпов'язана із Управлінням їхньоговластивостями шляхомдодатку перед тимелектричнихдій.Податливість й «>м'якість»рідкихкристалів повідношенню дозовнішніхдійроблять їхнівиключноперспективнимиматеріалами длязастосування впристрояхмікроелектроніки, для якіхарактерні невеликаелектричнанапруга,малеспоживанняпотужності ймалігабарити. Тому для забезпечення оптимального режимуфункціонування РКелементу вякому-небудьпристроїважливо добровивчитиелектричні характеристикирідкихкристалів.

>Іншоюважливоюобставиноює ті, щопровідність врідкихкристалах носитиіонний характер. Цеозначає, щовідповідальними заперенесенняелектричногоструму в РКє неелектрони, як вметалах, анабагатомасивнішічастинки. Це позитивно й негативнозарядженіфрагменти молекул (чи саммолекули), щовіддали чизахопилинадмірнийелектрон. Зцієї заподійелектропровідністьрідкихкристалів сильнозалежить відкількості йхімічноїприродидомішок, щомістяться у яких. В частности,електропровідністьнематика можнацілеспрямованозмінювати,додаючи вньогоконтрольованукількістьіонних добавок, вякості якіможутьвиступатидеякісолі.[1]

 


>РОЗДІЛ 2.ЗАСТОСУВАННЯРІДКИХКРИСТАЛІВ

 

2.1Рідкікристалисьогодні й завтра

>Багатооптичнихефектів врідкихкристалах, про котрірозповідалосявище, ужеосвоєнітехнікою йвикористовуються увиробахмасовоговиробництва.Наприклад, усімвідомийгодинник ізіндикатором нарідкихкристалах, але й не усіщезнають, що тих жрідкікристаливикористовуються длявиробництва наручногогодинника, вякийвбудований калькулятор. Тут уженавітьважкосказати, якназватитакийпристрій, чи тогодинник, чи токомп'ютер. Аліце ужеосвоєніпромисловістювироби,хочавсьогодесятиліття томуподібнездавалосянереальним.Перспективи жмайбутніхмасових йефективнихзастосуваньрідкихкристалівщедивовижніші.[1]

 

2.2Властивості йзастосуваннярідкихкристалів

>Рідкікристаливолодіютьдужеважливимиоптичнимивластивостями, котрізабезпечили їхньогочисленнезастосування й великийінтерес до їхнівивчення. якнематики, то йдеякісмектикиєоднооснимикристалами,властивості які легко й в широкихмежахзмінюютьсязовнішнімидіями. Цевідкриваєширокіможливостіуправліннясвітловими потоками задопомогоюрідкихкристалів.

>Холестерикиунаслідокспіральноїперіодичності їхніструктурипроявляютьдифракційнівластивості увидимійчастині спектру. Ос-кількикрокспіралізмінюється подвпливомзовнішніхдій,наприкладтемператури, то "задопомогоюцихзовнішніхдійтакож можнауправлятисвітловим потоком.

Навластивостірідкихкристалів великийвпливроблятьелектричні ймагнітні поля.Вивченняцихвпливівє в даний годину предметомінтенсивнихнауковихдосліджень, аотримуванірезультативикористовуються впрактиці. Широковідоміцифровіпокажчики нарідкихкристалах,дисплеї.Розроблений методвізуалізаціїзображень вультрафіолетовомувипромінюванні. Великимиперевагамирідкокристалічнихплівокє їхніпорівняльна дешевизна й мала величинавикористовуванихпотужностей йелектричноїнапруги. [6]

 

2.3Електроннагра,електроннийсловник йтелевізор наРк

>Відомо,якоюпопулярністю умолодікористуютьсярізніелектронніігри, щозазвичайвстановлюються вспеціальнійкімнатіатракціонів вмісцяхсуспільноговідпочинку чифойєкінотеатрів.Успіхи врозробціматричнихрідкокристалічнихдисплеївзробилиможливимстворення ймасовевиробництвоподібнихігор вмініатюрному, так бімовити,кишеньковоговиконання.Наприклад, усімвідомагра «Ну,постривай!»,освоєнавітчизняноюпромисловістю.Габаритицієїгри, як узаписника, аосновним йогоелементомєрідкокристалічнийматричний дисплей, наякомувисвічуютьсязображення вовк,зайця, кур йяєчок, щокотилися пожолобах.Завданнягравця,натискаючи кнопкиуправління,примусити вовк,переміщаючись віджолоба дожолоба,ловитияєчка, щоскочуються ізжолобів, у кошик,щоб недатиїм впасти на грішну землю йрозбитися. Відразувідзначимо, що,крімрозважальногопризначення,цяіграшкавиконує рольгодинника й будильника,тобто віншомурежимі роботи надисплеї «>висвічується» годину йможеподаватисязвуковий сигнал внеобхідний момент години.

>Ще одинвражаючий прикладефективності союзуматричнихдисплеїв нарідкихкристалах ймікроелектронноїтехнікидаютьсучасніелектроннісловники, котріпочаливипускати вЯпонії.Вониємініатюрніобчислювальні машинкирозміром ззвичайнийкишеньковиймікрокалькулятор, впам'ять яківведені слова на двох (чи понад)мовах й котрізабезпеченіматричнимдисплеєм йклавіатурою ізалфавітом.Набираючи наклавіатурі слово наодніймові, вівмитьотримуєте надисплеї його перекладіншою мовою.Уявітьсобі, якпокращає йполегшиться процеснавчанняіноземнихмов вшколі й увузі,якщокоженучень якщозабезпеченийподібнимсловником. Аспостерігаючи, якшвидковиробимікроелектронікиупроваджуються до нашого життя, можна ізупевненістюсказати, щотаке годину незабаром настануть. Легкоуявити йшляхиподальшоговдосконалення такихсловників-перекладачів:перекладається неодне слово, ацілеречення.Крім того, перекладможе бути йозвучений. Одне слово,впровадження такихсловників-перекладачівобіцяєреволюцію увивченнімов йтехніціперекладу.

>Вимоги до матричного дисплея,використовуваного якекрантелевізора,виявляютьсязначновищими як пошвидкодії, то й за кількістюелементів,чим вописанихвищеелектроннійіграшці йсловнику-перекладачі. Це станізрозумілим,якщопригадати, щовідповідно дотелевізійного стандартузображення наекраніформується із 625рядків (йприблизно із такого ж числаелементівскладаєтьсякожен ряд), а годинузапису одного кадру 40 мс. Тому практичнареалізаціятелевізора ізрідкокристалічнимекраномвиявляєтьсяважчимзавданням.Протевідомі Першіуспіхи втехнічномурішенні й цого заподіяння. Так,японськафірма «>Соні»налагодилавиробництвомініатюрного, такого, щоуміщається практично надолонітелевізора ізрозміромекрану 3,6дюймів.Вжестворенітелевізори на РК як ізкрупнішимиекранами, то й ізкольоровимзображенням.

Союзмікроелектроніки йрідкихкристаліввиявляєтьсянадзвичайноефективним над готовомувиробі, але й й настадіївиготовленняінтегральних схем. яквідомо, одним ізетапіввиробництвамікросхемєфотолітографія, Якаполягає внанесенні наповерхнюнапівпровідниковогоматеріалуспеціальних масок, а й увитравлянні задопомогоюфотографичноїтехніки такзванихлітографічнихвікон.Цівікна врезультатіподальшогопроцесувиробництваперетворяться велементи йз'єднаннямікроелектронноїсхеми.Від того,наскількималірозміривідповіднихвікон,залежить числоелементівсхеми, котріможуть бутирозміщені наодиниціплощінапівпровідника, а відточності йякостівитравляннявіконзалежитьякістьмікросхеми.Вище ужемовилося про контрольякостіготовихмікросхем задопомогоюхолестеричнихрідкихкристалів, котрівізуалізують полі температур напрацюючійсхемі йдозволяютьвиділити ділянкисхеми ізаномальнимтепловиділенням. Неменшкориснимвиявилосязастосуваннярідкихкристалів (>тепер уженематичних) настадії контролюякостілітографічнихробіт. Для цого нанапівпровідникову пластину ізпротравленимилітографічнимивікнами наноситисяорієнтований кулюнематика, апотім донеїприкладаєтьсяелектричнанапруга. Урезультаті вполяризованомусвітлі картинавитравленихвіконвиразновізуалізується.Більш того,цей методдозволяєвиявитидужемалі зарозміраминеточності йдефектилітографічнихробіт, 1протяжність яківсього 0,01мкм.

 

2.4Керованіоптичнітранспаранти

>Розглянемо прикладдосягненнянауковихдосліджень впроцесіствореннярідкокристалічнихекранів,відображенняінформації,зокремарідкокристалічнихекранівтелевізорів.Відомо, щомасовестворення великих пласкихекранів нарідкихкристалахстикається ізтруднощами непринципового, а сутотехнологічного характеру. Хочапринциповоможливістьстворення такихекранівпродемонстрована,проте в зв'язку ізскладністю їхньоговиробництва присучаснійтехнології їхньоговартістьвиявляєтьсядужевисокою. Томувиниклаідеястворенняпроекційнихпристроїв нарідкихкристалах, в якізображення,отримане нарідкокристалічномуекрані малогорозміру могло б бутиспроектовано взбільшеномувигляді назвичайнийекран,подібно доти, якцевідбувається вкінотеатрі із кадрамикіноплівки.Виявилось, щотакіпристроїможуть бутиреалізовані нарідкихкристалах,якщовикористовувати „>сандвічеві”структури, в котрі разом із кулеюрідкогокристала входити кулюфотонапівпровідника.Причомузаписзображення врідкомукристалі,здійснюваний задопомогоюфотонапівпровідника, проводитисяпроменемсвітла.

Принципзаписузображеннядужепростий. Увідсутністьпідсвічуванняфотонапівпровідника йогопровідністьдуже мала, тому практично всярізницяпотенціалів, подано наелектродиоптичногоосередку, вякийщедодатково уведень кулюфотонапівпровідника,падає на цьомушаріфотонапівпровідника. Припідсвічуванніфотонапівпровідника йогопровідністьрізкозростає,оскількисвітлостворює внімдодатковіносіїструму (>вільніелектрони йдірки). Урезультатівідбуваєтьсяперерозподілелектричноїнапруги восередку —тепер практично всянапругападає нарідкокристалічномушарі, й станшаруючи,зокрема, йогооптичні характеристикизмінюютьсявідповідновеличиніподаноїнапруги. Таким чиномзмінюютьсяоптичні характеристикирідкокристалічного кулі врезультаті діїсвітла. Зрозуміло, що при цьому впринципіможе бутивикористанийбудь-якийелектрооптичнийефект ізописанихвище.Практично,звичайно,вибірелектрооптичногоефекту в такомусандвічевомпристрої, званомуелектрооптичним транспарантом,визначається разом ізнеобхіднимиоптичними характеристиками й сутотехнологічними причинами.

>Важливо, що вописуваномутранспаранті змінуоптичних характеристикрідкокристалічного кулівідбувається локально — вточцізасвіченняфотонапівпровідника. Томутакітранспарантиволодіютьдужевисокоюроздільноюздатністю. Так,об'ємінформації, щоміститься нателевізійномуекрані,може бутизаписаний натранспарантірозмірами менше 1х1 див.

>Описанийспосібзаписузображення,крімвсьогоіншого,володіє великимидостоїнствами,оскількивінробитьнепотрібноюскладну системукомутації,тобто системупідводаелектричнихсигналів, Яказастосовується вматричнихекранах нарідкихкристалах.[3]

 


2.5Просторово->часовімодуляторисвітла

>Керованіоптичнітранспарантиможуть бутивикористані не лише якелементипроекційного прилаштую, але й йвиконуватизначне числофункцій,пов'язаних ізперетворенням,зберіганням йобробкоюоптичнихсигналів. У зв'язку ізтенденціямирозвиткуметодівпередачі йобробкиінформації ізвикористаннямоптичнихканалів зв'язку, щодозволяютьзбільшитишвидкодіюпристроїв йоб'ємпередаваноїінформації,керованіоптичнітранспаранти нарідкихкристалахпредставляютьзначнийінтерес й ізцієї точкизору. У цьомувипадку їхньогощеприйнятоназиватипросторово-часовимимодуляторамисвітла (>ПЧМС), чисвітловими клапанами.Перспективи ймасштабизастосуванняПЧМС впристрояхобробкиоптичноїінформаціївизначаються тім,наскількисьогоднішні характеристикиоптичнихтранспарантівможуть бутипокращені у бікдосягненнямаксимальноїчутливості довипромінювання, щоуправляє,підвищенняшвидкодії йпросторовогодозволусвітловихсигналів, атакождіапазонудовжинхвильвипромінювання, вякомунадійнопрацюютьціпристрої. як уженаголошувалося, одна ізосновних проблем —це проблемашвидкодіїрідкокристалічнихелементів,проте ужедосягнуті характеристикимодуляторівсвітладозволяють абсолютнобезумовностверджувати, що смердотізаймутьзначнемісце в системахобробкиоптичноїінформації.

Привідповідномупідборі режиму роботи модулятора смердотіможутьвиділяти контурпроектованого наньогозображення.Якщо контурпереміщається, то можнавізуалізувати його рух. При цьомуістотно, щодовжинахвилізаписуючогозображеннявипромінювання йпрочитуючоговипромінюванняможутьвідрізнятися. Томумодуляторисвітладозволяють,наприклад,візуалізуватиінфрачервоневипромінювання, чи задопомогою видимогосвітламодулювати пучкиінфрачервоноговипромінювання, чистворюватизображення вінфрачервономудіапазонідовжинхвиль.

Уіншомурежимі роботимодуляторисвітламожутьвиділятиобласті,підданінестаціонарномуосвітленню. У цьомурежимі роботизівсьогозображеннявиділяються,наприклад,світловікрапки, що лишепереміщаються позображенню, чимерехтливі його ділянки.Модуляторисвітламожутьвикористовуватися якпідсилювачіяскравостісвітла. У зв'язку ж із їхнівисокоюпросторовоюроздільноюздатністю їхнівикористаннявиявляєтьсяеквівалентнимпідсилювачу іздуже великим числомканалів.ПерерахованіфункціональніможливостіоптичнихмодуляторівдаютьПідставувикористовувати їхні вчисленнихзавданняхобробкиоптичноїінформації, таких якрозпізнаванняобразів,придушенняперешкод,спектральний йкореляційнийаналіз,інтерферометрія,зокремазаписголограм в реальномумасштабі години, йт.д.[3]

 

2.6 якзробитистереотелевізор

якщеоднепринадне,несподіване йтаке, щостосується практично всіхзастосуваньрідкихкристалів вартоназватиідеюствореннясистемистереотелебачення ззастосуваннямрідкихкристалів.Причому, щопредставляється особливопринадним, така система «>стереотелебачення нарідкихкристалах»може бутиреалізованаціноюдужепростіймодифікаціїтелекамери, щопередає, йдоповненнямзвичайнихтелевізійнихприймачівспеціальними окулярами,скельця якізабезпеченірідкокристалічнимифільтрами.

>Ідеяцієїсистемистереотелебаченнянадзвичайно проста.Якщоврахувати, що кадрзображення нателеекраніформуєтьсяпорядково,причому так, щоспочаткувисвічуютьсянепарні рядки, апотімпарні, то "задопомогоюокулярів ізрідкокристалічнимифільтрами легкозробити так,щоб праві око,наприклад,бачило лишепарні рядки, алівий —непарні. Для цогодоситьсинхронізувативключення йвиключеннярідкокристалічнихфільтрів,тобтоможливістьсприйматизображення наекраніпоперемінно то одним, тоіншим оком,роблячипопереміннопрозорим тоодне, тоіншесклоокулярів ізвисвіченнямпарних йнепарнихрядків.

>Тепер цілком зрозуміло, якуускладненнятелекамери, щопередає,дастьстереоефекттелеглядачеві.Треба,щоб телекамера, щопередає, був стерео,тобтощоб вонаволоділадвомаоб'єктивами,відповіднимисприйняттюоб'єктулівим й правимо окомлюдини,парні рядки наекраніформувалися задопомогою правого, анепарні — задопомогоюлівогооб'єктивукамери, щопередає.

Системаокулярів ізрідкокристалічнимифильтрами-затворами,синхронізованими ізроботоютелевізора,можевиявитисянепрактичною длямасовогозастосування.Можливо, що болееконкурентоздатноювиявиться стерео, вякійсклоокулярівзабезпеченізвичайнимиполяроїдами. При цьомукожне зскелецьокулярівпропускаєлінійно-поляризованесвітло,площинаполяризаціїякого перпендикулярнаплощиніполяризаціїсвітла, щопропускається іншимсклом.Стерео жефект в цьомувипадкудосягається задопомогоюрідкокристалічноїплівки,нанесеної наекрантелевізора йпроникної відпарнихрядківсвітлооднієїлінійноїполяризації, а віднепарних —іншоїлінійноїполяризації,перпендикулярної допершої.[2]

 

2.7Окуляри длякосмонавтів

>Знайомлячисьраніше ізмаскою дляелектрозварника, а тепер із окулярами длястереотелебачення,відмітили, що вцихпристрояхкерованийрідкокристалічнийфільтрперекриваєвідразу все полізору одного чиобох очей. Тім годиноюіснуютьситуації, коли не можнаперекривати все полізорулюдини й у тій годинунеобхідноперекритиокремі ділянки полязору.

>Наприклад, таканеобхідністьможевиникнути укосмонавтів вумовах їхнього роботи вкосмосі принадзвичайнояскравомусонячномуосвітленні, неослабленому аніатмосферою, аніхмарністю. Це заподіяння як уразі маски дляелектрозварника чиокулярів длястереотелебаченнядозволяютьвирішитикерованірідкокристалічніфільтри.

>Ускладненняокулярів в цьомувипадкуполягає до того, що полізору шкірного окатепер виненперекривати чималофільтр, адекільканезалежнокерованихфільтрів.Наприклад,фільтриможуть бутивиконані увиглядіконцентричнихкілець із центром вцентріскелецьокулярів чи увиглядісмужок наскліокулярів,кожна із які привключенніперекриває лишечастину полязору ока.

>Такіокуляриможуть бутикорисні не лише космонавтам, але й й людяміншихпрофесій, робота якіможе бутипов'язана не лише ізяскравимнерозсіянимосвітленням, але й й ізнеобхідністюсприймати великийоб'ємзоровоїінформації.

>Наприклад, вкабініпілотасучасноголітакавеличезнакількість панелейприладів.Проте не усі із нихпотрібнопілотовіодночасно. Томувикористанняпілотомокулярів, щообмежують полізору,може бутикорисним й таким, щополегшує його роботу,оскількидопомагаєзосереджувати йогоувагу лише начастинипотрібних в даний моментприладів йусуваєвідволікаючийвплив непотрібної уцей моментінформації.Звичайно, уразіпілота можнапіти й поіншому шляху — поставитиРК-фільтри наіндикаториприладів,щоб матірможливістьекранувати їхніпоказники.

>Подібніокуляри будутьдужекориснітакож вбіомедичнихдослідженнях роботи оператора,пов'язаної зсприйняттямвеликоїкількостізоровоїінформації. У цихдосліджень можнавиявитишвидкістьреакції оператора назоровісигнали,визначитинайбільшважкі йутомливіетапи в йогороботі йзрештоюзнайтиспосібоптимальноїорганізації його роботи.Останнєозначаєвизначитиякнайкращийспосіброзташування панелейприладів, типіндикаторівприладів,колір й характерсигналіврізногоступеняважливості й т.д.

>Фільтриподібного типу йіндикатори нарідкихкристалах, позасумнівом,знайдуть (й ужезнаходять)широкезастосування вкіно-,фотоапаратурі. Уцихцілях смердотіпривабливі тім, що дляуправління нимипотрібнанікчемнакількістьенергії, а й урядівипадківдозволяютьвиключити ізапаратуридеталі, щоздійснюютьмеханічнірухи. А яквідомо,механічнісистеми частовиявляютьсянайбільшгроміздкими йненадійними.

>Якімеханічнідеталікіно-,фотоапаратуримається наувазі? Цеперш надіафрагми,фільтри —ослаблювачісвітлового потоку,нарешті,переривникисвітлового потоку вкінознімальнійкамері,синхронізовані ізпереміщеннямфотоплівки й щозабезпечуютьпокадровеїїекспонування.

>Принципи прилаштую такихРК-елементівясні ізпопереднього. якпереривники йфільтри-ослаблювачі природновикористовуватиРК-осередки, в які поддієюелектричного сигналузмінюєтьсяпропусканнясвітла завсією їхньогоплощею. Длядіафрагм безмеханічнихчастин —системиосередків увиглядіконцентричнихкілець, якіможуть поддієюелектричного сигналузмінюватиплощупроникногосвітлопрозороговікна.Слідтакожвідзначити, щошаруватіструктури, щомістятьрідкийкристал йфотонапівпровідник,тобтоелементи типукерованихоптичнихтранспарантів,можуть бутивикористані не лише якіндикатори,наприклад,експозиції, але й й дляавтоматичної установкидіафрагми вкіно-,фотоапаратурі.

Привсійпринциповійпростотіобговорюванихпристроїв їхньогоширокевпровадження вмасовупродукціюзалежить від рядутехнологічнихпитань,пов'язаних ззабезпеченнямтривалоготерміну роботиРк-елементів, їхні роботи в широкому температурномуінтервалі,нарешті,конкуренція ізтрадиційними йсталимитехнічнимирішеннями й т.д.Протевирішення всіхцих проблем —це лише запитання години, й скоро, співуче,важко якщособіуявитидовершенийфотоапарат, що неміститьРК-пристрою.[1]

 

2.8Рідкокристалічний дисплей

Через 80 років послевідкриття такого стануречовини, якрідкийкристалдвінезалежні одна відодноїгрупивчених з RCA Labs йKent (Юта)створилипершийрідкокристалічний дисплей наосновіузагальненнярезультатіввпливу накристалиелектричними зарядами.Спочаткурідкокристалічніекранивикористовувалися вгодинниках. До 1984-говдалосяполіпшитирозрізнювальнуздатністьрідкихкристалів, що дозволилопередаватизображення, а чи не лише текст.З’явилися ноутбуки,переноснікомп’ютери.


>ВИСНОВОК

>Тепервідомо понад десятьтисячорганічнихсполук, котрієрідкимикристалами. До них належати мило,віруси,білок вядріклітини,сполуки холестерину таіншихстероїдів,антоціан улистікапусти. ДНК,мозок тощо.

>Дотепервивчено понад 3000речовин, щоутворюютьрідкікристали. До них належатиречовинибіологічногопоходження,наприклад,дезоксирибонуклеїнова кислота, щонесе кодспадковоїінформації,

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація