Міністерство освіти і науки Самарської губернії
ГОУ СПО Самарський приладобудівний технікум
Денне відділення
Спеціальність 1910
Радіоелектронні приладові пристрої
РЕФЕРАТ
на тему: «РІДКІ КРИСТАЛИ - ЯК ОСНОВА РОЗВИТКУ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ»
Виконав:
студент групи Р-62
Вільмас Ю.Г.
Керівник:
Решеткова Є.А.
Самара 2005
План
Введення. 3
1. Відкриття рідких кристалів. 4
1.1. Четверте агрегатний стан речовини - мегафаза. 4
1.2. Явище двопроменезаломлення. 6
1.3. Незвичайні властивості рідких кристалів. 7
1.3. Флексоелектричний ефект. 13
2. Сфера застосування рідких кристалів. 16
2.1. Дисплеї на рідких кристалах. 16
2.2. Виготовлення інтегральних схем. 18
2.3. Рідкокристалічний перстень. 19
2.4. Рідкокристалічні телевізори .. 20
3. Про майбутні застосуваннях рідких кристалів. 22
3.1. Перспективи застосування рідких кристалів. 22
3.7. Керовані оптичні транспаранти .. 22
3.7. Просторово-часові модулятори світла. 24
3.4. Оптичний мікрофон. 26
3.7. Рідкокристалічні хвилеводи .. 27
3.5. Стереотелевізор. 29
3.7. Окуляри для космонавтів. 30
3.7. Рідкокристалічні фільтри .. 32
Висновок. 33
Література. 34
Ми спілкуємося з ними, і вони грають важливу роль в нашому житті. Багато сучасні прилади та пристрої працюють на них. До таких відносяться годинник, термометри, дисплеї, монітори і інші пристрої.
Що ж це за речовини з таким парадоксальним назвою «рідкі кристали» і чому до них проявляється такий значний інтерес?
У наш час наука стала продуктивною силою, і тому, як правило, підвищений науковий інтерес до того чи іншого явища чи об'єкту означає, що це явище або об'єкт становить інтерес для матеріального виробництва.
У цьому відношенні не є винятком і рідкі кристали. Інтерес до них, перш за все, обумовлений можливостями їх ефективного застосування у ряді галузей виробничої діяльності.
Впровадження рідких кристалів означає економічну ефективність, простоту, зручність.
Виявляється, деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами, окрім трьох названих станів, можуть утворювати четвертий агрегатний стан - рідкокристалічний. Це стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин. При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється від звичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристала до деякої більш високої температури, при нагріві до якої рідкий кристал переходить в звичайну рідину.
Чим же рідкий кристал відрізняється від рідини і звичайного кристала і чим схожий на них? Так само, як рідини, рідкий кристал має плинністю і приймає форму судини, в який він поміщений. Цим він відрізняється від відомих всім кристалів. Однак, незважаючи на це властивість, що об'єднує його з рідиною, він володіє властивістю, характерною для кристалів. Це - впорядкування в просторі молекул, що утворюють кристал. Правда, це впорядкування не таке повне, як в звичайних кристалах, але, тим не менше, воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторове впорядкування молекул, що утворюють рідкий кристал, виявляється в тому, що в рідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрів тяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин, мають властивість плинності.
Обов'язковою властивістю рідких кристалів, зближує їх із звичайними кристалами, є наявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок у орієнтації може виявлятися, наприклад, в тому, що всі довгі осі молекул в рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні володіти витягнутою формою. Крім найпростішого названого впорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися більш складний орієнтаційний порядок молекул.
Залежно від виду впорядкування осей молекул рідкі кристали поділяються на три різновиди: нематические, смектичних і холестерические.
Дослідження з фізики рідких кристалів і їх застосуванням в даний час ведуться широким фронтом у всіх найбільш розвинутих країнах світу. Вітчизняні дослідження зосереджені як в академічних, так і галузевих науково-дослідних установах і мають давні традиції. Широку популярність і визнання отримали виконані ще в тридцяті роки в Ленінграді роботи В.К. Фредерікса до В.М. Цвєткова. В останні роки бурхливого вивчення рідких кристалів вітчизняні дослідники також вносять вагомий внесок у розвиток вчення про рідких кристалах в цілому і, зокрема, про оптику рідких кристалів. Так, роботи І.Г. Чистякова, А.П. Капустіна, С.А. Бразовського, С.А. Пікіна, Л.М. Блінова і багатьох інших радянських дослідників широко відомі науковій громадськості і служать фундаментом ряду ефективних технічних додатків рідких кристалів.
Існування рідких кристалів було встановлено дуже давно, а саме в 1888 році, тобто майже століття тому. Хоча вчені і до 1888 року стикалися з даним станом речовини, але офіційно його відкрили пізніше.
Першим, хто виявив рідкі кристали, був австрійський учений-ботанік Рейнитцер. Досліджуючи нове синтезоване ним речовина холестерілбензоат, він виявив, що при температурі 145 ° С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи каламутну сильно розсіюють світло рідина. При продовженні нагріву по досягненні температури 179 ° С рідина просвітлюється, тобто починає вести себе в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерілбензоат виявляв у каламутній фазі. Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рейнитцер виявив, що вона володіє двозаломлення. Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла е цій фазі, залежить від поляризації.
Тому сказане пояснює, що існування двозаломлення в рідині, яка повинна бути ізотропної, тобто що її властивості повинні бути незалежними від напрямку, уявлялося парадоксальним. Найбільш правдоподібним у той час могло здаватися наявність в каламутній фазі нерасплавівшіхся малих частинок кристала, кристалітів, які і були джерелом двопроменезаломлення. Однак більш детальні дослідження, до яких Рейнитцер залучив відомого німецького фізика Леймана, показали, що каламутна фаза не є двофазної системою, тобто не містить у звичайній рідини кристалічних включень, а є новим фазовим станом речовини. Цьому фазовому стану Лейман дав назву «рідкий кристал» у зв'язку з одночасно їх виявляють їм властивостями рідини і кристала. Вживається також й інший термін для назви рідких кристалів. Це - «мезофаза», що буквально означає «проміжна фаза».
У той час існування рідких кристалів уявлялося якимось курйозом, і ніхто не міг припустити, що їх очікує майже через сто років велике майбутнє в технічних додатках. Тому після деякого інтересу до рідких кристалів відразу після їх відкриття про них через деякий час практично забули.
Тим не менш, вже в перші роки були з'ясовані багато інші дивовижні властивості рідких кристалів. Так, деякі види рідких кристалів володіли незвично високою оптичною активністю.
Так, у твердих тілах, як, втім, і в звичайних рідинах, питома обертальна здатність Р а має цілком певний, незалежний від довжини хвилі світла знак. Це означає, що обертання площини поляризації світла в них відбувається у певному напрямку. Проти годинникової стрілки при позитивному ф а і за годинниковою стрілкою при негативному Р о. При цьому мається на увазі, що спостереження за обертанням площини поляризації здійснюється вздовж напрямку поширення світла. Тому всі оптично активні речовини поділяються на правообертальні (якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою) і левовращающіе (якщо обертання відбувається проти годинникової стрілки).
У разі оптично активних рідких кристалів така класифікація стикалася з труднощами. Справа в тому, що напрямок (знак) обертання в рідких кристалах залежало від довжини хвиль світла. Для коротких довжин хвиль величина Р а, наприклад, могла бути позитивною, а для більш довгохвильового світла - негативною. А могло бути і навпаки. Однак характерним для всіх випадків була зміна знака обертання площини поляризації в залежності від довжини хвилі світла, або, як кажуть, інверсія знака оптичної активності. Така поведінка обертання площині поляризації зовсім не вкладалося в рамки існуючих уявлень про оптичної активності.
Дивовижними були також і інші властивості, такі, як сильна температурна залежність названих характеристик, їх дуже висока чутливість до зовнішніх магнітним і електричним полями і так далі. Але перш ніж намагатися пояснити перераховані властивості, необхідно зрозуміти, як влаштовані рідкі кристали, і, зокрема, ознайомитися з їх структурними властивостями, тому що в кінцевому підсумку для пояснення описаних властивостей найбільш істотними виявляються саме структурні характеристики рідких кристалів.
Тут слід зауважити, що в кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого століття багато дуже авторитетні вчені досить скептично ставилися до відкриття Рейнитцер і Лемана. (Ім'я Лемана також можна по праву пов'язувати з відкриттям рідких кристалів, оскільки він дуже активно брав участь у перших дослідженнях рідких кристалів, і навіть самим терміном «рідкі кристали» ми зобов'язані саме йому.) Справа в тому, що не тільки описані суперечливі властивості рідких кристалів представлялися багатьом авторитетам вельми сумнівними, але і в тому, що властивості різних рідкокристалічних речовин (сполук, які мали рідкокристалічною фазою) виявлялися істотно різними. Так, одні рідкі кристали мали дуже великою в'язкістю, в інших в'язкість була невелика. Одні рідкі кристали виявляли зі зміною температури різка зміна забарвлення, так що їхній колір пробігав всі тони веселки, інші рідкі кристали такої різкої зміни забарвлення не виявляли. Нарешті, зовнішній вигляд зразків, або, як прийнято говорити, текстура, різних рідких кристалів при розгляданні їх під мікроскопом опинявся зовсім різним. В одному випадку у поле поляризаційного мікроскопа могли бути видно освіти, схожі на нитки, в іншому - спостерігалися зображення, схожі на гірський рельєф, а в третьому - картина нагадувала відбитки пальців. Стояв також питання, чому рідкокристалічна фаза спостерігається при плавленні тільки деяких речовин?
Час йшов, факти про рідких кристалах поступово накопичувалися, але не було загального принципу, який дозволив би встановити якусь систему в уявленнях про рідких кристалах. З часом вчені підійшли до проведення класифікації предмета досліджень. Заслуга у створенні основ сучасної класифікації рідких кристалів належить французькому вченому Ж. Фриделю.
У двадцяті роки Фрідель запропонував розділити всі рідкі кристали на дві великі групи. Одну групу рідких кристалів Фрідель назвав нематические, іншу смектичних. Він же запропонував загальний термін для рідких кристалів - «мезо морфная фаза». Цей термін походить від грецького слова «мезос» (проміжний), а вводячи його, Фрідель хотів підкреслити, що рідкі кристали займають проміжне положення між справжніми кристалами і рідинами як по температурі, так і за своїми фізичними властивостями.
Нематические рідкі кристали в класифікації Фріделя включали вже згадувані вище холестерические рідкі кристали як підклас. Коли класифікація рідких кристалів була створена, більш гостро постало питання: чому в природі реалізується рідкокристалічний стан? Повним відповіддю на подібне питання прийнято вважати створення мікроскопічної теорії. Але в той час на таку теорію не доводилося і сподіватися (до речі, послідовної мікроскопічної теорії рідких кристалів не існує і донині), тому великим кроком вперед було створення чеським вченим X. Цохером і голландцем С. Озерному феноменологічної теорії рідких кристалів, або, як її прийнято називати, теорії пружності рідких кристалів.
У 30-х роках в СРСР В.К. Фредерік і В.М. Цвєтков першими вивчили незвичайні електричні властивості рідких кристалів. Можна умовно вважати, що розказане вище відносилося до передісторії рідких кристалів, до часу, коли дослідження рідких кристалів велися нечисленними колективами.
Сучасний етап вивчення рідких кристалів, який розпочався в 60-і роки і надав науці про рідких кристалах сьогоднішні форми, методи досліджень, широкий розмах робіт сформувався під безпосереднім впливом успіхів в технічних додатках рідких кристалів, особливо в системах відображення інформації. У цей час було зрозуміле і практично доведено, що в наше століття мікроелектроніки, характеризується впровадженням мікромініатюрних електронних пристроїв, які споживають незначні потужності енергії для пристроїв індикації інформації, тобто зв'язку приладу з людиною, найбільш підходящими виявляються індикатори на рідких кристалах.
Справа в тому, що такі пристрої відображення інформації на РК природним чином вписуються в енергетику і габарити мікроелектронних схем. Вони споживають незначні потужності і можуть бути виконані у вигляді мініатюрних індикаторів або плоских екранів. Все це зумовлює масове впровадження рідкокристалічних індикаторів у системи відображення інформації, свідками якого ми є в даний час.
Щоб усвідомити цей процес, досить пригадати про годинах або мікрокалькуляторах з рідкокристалічними індикаторами. Але це тільки початок. На зміну традиційним і звичним пристроїв йдуть рідкокристалічні системи відображення інформації. Так часто буває, технічні потреби не тільки стимулюють розробку проблем, пов'язаних з практичними додатками, але і часто змушують переосмислити загальне ставлення до відповідного розділу науки. Так сталося і з рідкими кристалами. Зараз зрозуміло, що це найважливіший розділ фізики конденсованого стану.
Іншою важливою обставиною є те, що провідність у рідких кристалах носить іонний характер. Це означає, що відповідальними за перенесення електричного струму в рідких кристалах є не електрони, як в металах, а набагато більш масивні частинки. Це позитивно і негативно заряджені фрагменти молекул (або самі молекули), які віддали або захопили надлишковий електрон. З цієї причини електропровідність рідких кристалів сильно залежить від кількості і хімічної природи містяться в них домішок. Зокрема, електропровідність нематика можна цілеспрямовано змінювати, додаючи до нього контрольоване кількість іонних добавок, в якості яких можуть виступати деякі солі.
Зі сказаного зрозуміло, що струм в рідкому кристалі Це спрямоване рух іонів в системі орієнтованих паличок-молекул. Якщо іони уявити собі у вигляді кульок, то властивість нематика володіти провідністю вздовж директора в p разів більше, чого, можна вважати цілком природним і зрозумілим. Дійсно, при русі кульок вздовж директора вони відчувають менше перешкод від молекул-паличок, ніж при русі упоперек молекул-паличок. У результаті чого і слід очікувати, що поздовжня провідність буде перевершувати поперечну провідність. ГОУ СПО Самарський приладобудівний технікум
Денне відділення
Спеціальність 1910
Радіоелектронні приладові пристрої
РЕФЕРАТ
на тему: «РІДКІ КРИСТАЛИ - ЯК ОСНОВА РОЗВИТКУ СУЧАСНИХ ТЕХНОЛОГІЙ»
Виконав:
студент групи Р-62
Вільмас Ю.Г.
Керівник:
Решеткова Є.А.
Самара 2005
План
Введення. 3
1. Відкриття рідких кристалів. 4
1.1. Четверте агрегатний стан речовини - мегафаза. 4
1.2. Явище двопроменезаломлення. 6
1.3. Незвичайні властивості рідких кристалів. 7
1.3. Флексоелектричний ефект. 13
2. Сфера застосування рідких кристалів. 16
2.1. Дисплеї на рідких кристалах. 16
2.2. Виготовлення інтегральних схем. 18
2.3. Рідкокристалічний перстень. 19
2.4. Рідкокристалічні телевізори .. 20
3. Про майбутні застосуваннях рідких кристалів. 22
3.1. Перспективи застосування рідких кристалів. 22
3.7. Керовані оптичні транспаранти .. 22
3.7. Просторово-часові модулятори світла. 24
3.4. Оптичний мікрофон. 26
3.7. Рідкокристалічні хвилеводи .. 27
3.5. Стереотелевізор. 29
3.7. Окуляри для космонавтів. 30
3.7. Рідкокристалічні фільтри .. 32
Висновок. 33
Література. 34
Введення
Все частіше ми стали зустрічатися з терміном «рідкі кристали».Ми спілкуємося з ними, і вони грають важливу роль в нашому житті. Багато сучасні прилади та пристрої працюють на них. До таких відносяться годинник, термометри, дисплеї, монітори і інші пристрої.
Що ж це за речовини з таким парадоксальним назвою «рідкі кристали» і чому до них проявляється такий значний інтерес?
У наш час наука стала продуктивною силою, і тому, як правило, підвищений науковий інтерес до того чи іншого явища чи об'єкту означає, що це явище або об'єкт становить інтерес для матеріального виробництва.
У цьому відношенні не є винятком і рідкі кристали. Інтерес до них, перш за все, обумовлений можливостями їх ефективного застосування у ряді галузей виробничої діяльності.
Впровадження рідких кристалів означає економічну ефективність, простоту, зручність.
1. Відкриття рідких кристалів
1.1. Четверте агрегатний стан речовини - мегафаза
Рідкий кристал - це специфічне агрегатний стан речовини, в якому вона проявляє одночасно властивості кристала і рідини. Відразу слід зазначити, що далеко не всі речовини можуть знаходитися в рідкокристалічному стані. Більшість речовин може знаходитися тільки в трьох, всім добре відомих агрегатних станах: твердому або кристалічному, рідкому і газоподібному.Виявляється, деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами, окрім трьох названих станів, можуть утворювати четвертий агрегатний стан - рідкокристалічний. Це стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин. При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється від звичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристала до деякої більш високої температури, при нагріві до якої рідкий кристал переходить в звичайну рідину.
Чим же рідкий кристал відрізняється від рідини і звичайного кристала і чим схожий на них? Так само, як рідини, рідкий кристал має плинністю і приймає форму судини, в який він поміщений. Цим він відрізняється від відомих всім кристалів. Однак, незважаючи на це властивість, що об'єднує його з рідиною, він володіє властивістю, характерною для кристалів. Це - впорядкування в просторі молекул, що утворюють кристал. Правда, це впорядкування не таке повне, як в звичайних кристалах, але, тим не менше, воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторове впорядкування молекул, що утворюють рідкий кристал, виявляється в тому, що в рідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрів тяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин, мають властивість плинності.
Обов'язковою властивістю рідких кристалів, зближує їх із звичайними кристалами, є наявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок у орієнтації може виявлятися, наприклад, в тому, що всі довгі осі молекул в рідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні володіти витягнутою формою. Крім найпростішого названого впорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися більш складний орієнтаційний порядок молекул.
Залежно від виду впорядкування осей молекул рідкі кристали поділяються на три різновиди: нематические, смектичних і холестерические.
Дослідження з фізики рідких кристалів і їх застосуванням в даний час ведуться широким фронтом у всіх найбільш розвинутих країнах світу. Вітчизняні дослідження зосереджені як в академічних, так і галузевих науково-дослідних установах і мають давні традиції. Широку популярність і визнання отримали виконані ще в тридцяті роки в Ленінграді роботи В.К. Фредерікса до В.М. Цвєткова. В останні роки бурхливого вивчення рідких кристалів вітчизняні дослідники також вносять вагомий внесок у розвиток вчення про рідких кристалах в цілому і, зокрема, про оптику рідких кристалів. Так, роботи І.Г. Чистякова, А.П. Капустіна, С.А. Бразовського, С.А. Пікіна, Л.М. Блінова і багатьох інших радянських дослідників широко відомі науковій громадськості і служать фундаментом ряду ефективних технічних додатків рідких кристалів.
Існування рідких кристалів було встановлено дуже давно, а саме в 1888 році, тобто майже століття тому. Хоча вчені і до 1888 року стикалися з даним станом речовини, але офіційно його відкрили пізніше.
Першим, хто виявив рідкі кристали, був австрійський учений-ботанік Рейнитцер. Досліджуючи нове синтезоване ним речовина холестерілбензоат, він виявив, що при температурі 145 ° С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи каламутну сильно розсіюють світло рідина. При продовженні нагріву по досягненні температури 179 ° С рідина просвітлюється, тобто починає вести себе в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерілбензоат виявляв у каламутній фазі. Розглядаючи цю фазу під поляризаційним мікроскопом, Рейнитцер виявив, що вона володіє двозаломлення. Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла е цій фазі, залежить від поляризації.
1.2. Явище двопроменезаломлення
Явище двопроменезаломлення - це типово кристалічний ефект, який полягає в тому, що швидкість світла в кристалі залежить від орієнтації площини поляризації світла. Істотно, що вона досягає екстремального максимального і мінімального значень для двох взаємно ортогональних орієнтацій площині поляризації. Зрозуміло, орієнтації поляризації, відповідні екстремальним значенням швидкості світлі в кристалі, визначаються анізотропією властивостей кристала й однозначно задаються орієнтацією кристалічних осей щодо напрямку поширення світла.Тому сказане пояснює, що існування двозаломлення в рідині, яка повинна бути ізотропної, тобто що її властивості повинні бути незалежними від напрямку, уявлялося парадоксальним. Найбільш правдоподібним у той час могло здаватися наявність в каламутній фазі нерасплавівшіхся малих частинок кристала, кристалітів, які і були джерелом двопроменезаломлення. Однак більш детальні дослідження, до яких Рейнитцер залучив відомого німецького фізика Леймана, показали, що каламутна фаза не є двофазної системою, тобто не містить у звичайній рідини кристалічних включень, а є новим фазовим станом речовини. Цьому фазовому стану Лейман дав назву «рідкий кристал» у зв'язку з одночасно їх виявляють їм властивостями рідини і кристала. Вживається також й інший термін для назви рідких кристалів. Це - «мезофаза», що буквально означає «проміжна фаза».
У той час існування рідких кристалів уявлялося якимось курйозом, і ніхто не міг припустити, що їх очікує майже через сто років велике майбутнє в технічних додатках. Тому після деякого інтересу до рідких кристалів відразу після їх відкриття про них через деякий час практично забули.
Тим не менш, вже в перші роки були з'ясовані багато інші дивовижні властивості рідких кристалів. Так, деякі види рідких кристалів володіли незвично високою оптичною активністю.
1.3. Незвичайні властивості рідких кристалів
Оптичною активністю називають здатність деяких речовин обертати площину поляризації проходить через них світла. Це означає, що лінійно поляризоване світло, поширюючись в таких середовищах, змінює орієнтацію площини поляризації. Причому кут повороту площини поляризації прямо пропорційний шляху, пройденого світлом.Так, у твердих тілах, як, втім, і в звичайних рідинах, питома обертальна здатність Р а має цілком певний, незалежний від довжини хвилі світла знак. Це означає, що обертання площини поляризації світла в них відбувається у певному напрямку. Проти годинникової стрілки при позитивному ф а і за годинниковою стрілкою при негативному Р о. При цьому мається на увазі, що спостереження за обертанням площини поляризації здійснюється вздовж напрямку поширення світла. Тому всі оптично активні речовини поділяються на правообертальні (якщо обертання відбувається за годинниковою стрілкою) і левовращающіе (якщо обертання відбувається проти годинникової стрілки).
У разі оптично активних рідких кристалів така класифікація стикалася з труднощами. Справа в тому, що напрямок (знак) обертання в рідких кристалах залежало від довжини хвиль світла. Для коротких довжин хвиль величина Р а, наприклад, могла бути позитивною, а для більш довгохвильового світла - негативною. А могло бути і навпаки. Однак характерним для всіх випадків була зміна знака обертання площини поляризації в залежності від довжини хвилі світла, або, як кажуть, інверсія знака оптичної активності. Така поведінка обертання площині поляризації зовсім не вкладалося в рамки існуючих уявлень про оптичної активності.
Дивовижними були також і інші властивості, такі, як сильна температурна залежність названих характеристик, їх дуже висока чутливість до зовнішніх магнітним і електричним полями і так далі. Але перш ніж намагатися пояснити перераховані властивості, необхідно зрозуміти, як влаштовані рідкі кристали, і, зокрема, ознайомитися з їх структурними властивостями, тому що в кінцевому підсумку для пояснення описаних властивостей найбільш істотними виявляються саме структурні характеристики рідких кристалів.
Тут слід зауважити, що в кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого століття багато дуже авторитетні вчені досить скептично ставилися до відкриття Рейнитцер і Лемана. (Ім'я Лемана також можна по праву пов'язувати з відкриттям рідких кристалів, оскільки він дуже активно брав участь у перших дослідженнях рідких кристалів, і навіть самим терміном «рідкі кристали» ми зобов'язані саме йому.) Справа в тому, що не тільки описані суперечливі властивості рідких кристалів представлялися багатьом авторитетам вельми сумнівними, але і в тому, що властивості різних рідкокристалічних речовин (сполук, які мали рідкокристалічною фазою) виявлялися істотно різними. Так, одні рідкі кристали мали дуже великою в'язкістю, в інших в'язкість була невелика. Одні рідкі кристали виявляли зі зміною температури різка зміна забарвлення, так що їхній колір пробігав всі тони веселки, інші рідкі кристали такої різкої зміни забарвлення не виявляли. Нарешті, зовнішній вигляд зразків, або, як прийнято говорити, текстура, різних рідких кристалів при розгляданні їх під мікроскопом опинявся зовсім різним. В одному випадку у поле поляризаційного мікроскопа могли бути видно освіти, схожі на нитки, в іншому - спостерігалися зображення, схожі на гірський рельєф, а в третьому - картина нагадувала відбитки пальців. Стояв також питання, чому рідкокристалічна фаза спостерігається при плавленні тільки деяких речовин?
Час йшов, факти про рідких кристалах поступово накопичувалися, але не було загального принципу, який дозволив би встановити якусь систему в уявленнях про рідких кристалах. З часом вчені підійшли до проведення класифікації предмета досліджень. Заслуга у створенні основ сучасної класифікації рідких кристалів належить французькому вченому Ж. Фриделю.
У двадцяті роки Фрідель запропонував розділити всі рідкі кристали на дві великі групи. Одну групу рідких кристалів Фрідель назвав нематические, іншу смектичних. Він же запропонував загальний термін для рідких кристалів - «мезо морфная фаза». Цей термін походить від грецького слова «мезос» (проміжний), а вводячи його, Фрідель хотів підкреслити, що рідкі кристали займають проміжне положення між справжніми кристалами і рідинами як по температурі, так і за своїми фізичними властивостями.
Нематические рідкі кристали в класифікації Фріделя включали вже згадувані вище холестерические рідкі кристали як підклас. Коли класифікація рідких кристалів була створена, більш гостро постало питання: чому в природі реалізується рідкокристалічний стан? Повним відповіддю на подібне питання прийнято вважати створення мікроскопічної теорії. Але в той час на таку теорію не доводилося і сподіватися (до речі, послідовної мікроскопічної теорії рідких кристалів не існує і донині), тому великим кроком вперед було створення чеським вченим X. Цохером і голландцем С. Озерному феноменологічної теорії рідких кристалів, або, як її прийнято називати, теорії пружності рідких кристалів.
У 30-х роках в СРСР В.К. Фредерік і В.М. Цвєтков першими вивчили незвичайні електричні властивості рідких кристалів. Можна умовно вважати, що розказане вище відносилося до передісторії рідких кристалів, до часу, коли дослідження рідких кристалів велися нечисленними колективами.
Сучасний етап вивчення рідких кристалів, який розпочався в 60-і роки і надав науці про рідких кристалах сьогоднішні форми, методи досліджень, широкий розмах робіт сформувався під безпосереднім впливом успіхів в технічних додатках рідких кристалів, особливо в системах відображення інформації. У цей час було зрозуміле і практично доведено, що в наше століття мікроелектроніки, характеризується впровадженням мікромініатюрних електронних пристроїв, які споживають незначні потужності енергії для пристроїв індикації інформації, тобто зв'язку приладу з людиною, найбільш підходящими виявляються індикатори на рідких кристалах.
Справа в тому, що такі пристрої відображення інформації на РК природним чином вписуються в енергетику і габарити мікроелектронних схем. Вони споживають незначні потужності і можуть бути виконані у вигляді мініатюрних індикаторів або плоских екранів. Все це зумовлює масове впровадження рідкокристалічних індикаторів у системи відображення інформації, свідками якого ми є в даний час.
Щоб усвідомити цей процес, досить пригадати про годинах або мікрокалькуляторах з рідкокристалічними індикаторами. Але це тільки початок. На зміну традиційним і звичним пристроїв йдуть рідкокристалічні системи відображення інформації. Так часто буває, технічні потреби не тільки стимулюють розробку проблем, пов'язаних з практичними додатками, але і часто змушують переосмислити загальне ставлення до відповідного розділу науки. Так сталося і з рідкими кристалами. Зараз зрозуміло, що це найважливіший розділ фізики конденсованого стану.
Іншою важливою обставиною є те, що провідність у рідких кристалах носить іонний характер. Це означає, що відповідальними за перенесення електричного струму в рідких кристалах є не електрони, як в металах, а набагато більш масивні частинки. Це позитивно і негативно заряджені фрагменти молекул (або самі молекули), які віддали або захопили надлишковий електрон. З цієї причини електропровідність рідких кристалів сильно залежить від кількості і хімічної природи містяться в них домішок. Зокрема, електропровідність нематика можна цілеспрямовано змінювати, додаючи до нього контрольоване кількість іонних добавок, в якості яких можуть виступати деякі солі.
Більш того, обговорювана модель кульок-іонів в системі орієнтованих паличок-молекул з необхідністю призводить до наступного важливого висновку. Рухаючись під дією електричного струму поперек напрямку директора (вважаємо, що поле докладено поперек директора), іони, стикаючись з молекулами-паличками, будуть прагнути розгорнути їх уздовж напрямку руху іонів, тобто вздовж напрямку електричного струму. Ми приходимо до висновку, що електричний струм у рідкому кристалі повинен призводити до переорієнтації директора.
Експеримент підтверджує висновки розглянутої вище простий механічної моделі проходження струму в рідкому кристалі. Однак у багатьох випадках ситуація виявляється не такою простою, як може здатися на перший погляд.
Часто постійна напруга, прикладена до шару нематика, викликає в результаті виниклого струму не однорідне зміна орієнтації молекул, а періодичне в просторі обурення орієнтації директора. Справа тут в тому, що, кажучи про орієнтири молекули нематика впливі іонів носіїв струму, ми поки що нехтували тим, що іони будуть залучати у свій рух також і молекули нематика. У результаті такого залучення проходження струму в рідкому кристалі може супроводжуватися гідродинамічними потоками, внаслідок чого може встановитися періодичне в просторі розподіл швидкостей течії рідкого кристала. Внаслідок обговорювалася в попередньому розділі зв'язку потоків рідкого кристала з орієнтацією директора в шарі нематика виникне періодичне обурення розподілу директора.
1.3. Флексоелектричний ефект
Говорячи про форму молекул рідкого кристала, ми поки апроксимувати її жорсткою паличкою. Розглядаючи моделі структур молекул, можна прийти до висновку, що не для всіх з'єднань наближення молекула-паличка найбільш адекватно їх формі. C формою молекул пов'язана низка цікавих, які спостерігаються на досвіді, властивостей рідких кристалів. Особливої уваги заслуговують властивості рідких кристалів, пов'язані з відхиленням його форми від найпростішої молекули-палички, що проявляється в існуванні флексоелектричний ефекту.Відкриття флексоелектричний ефекту, як іноді кажуть про теоретичні прогнозах, було зроблено на кінчику пера американським фізиком Р. Мейєром в 1969 році.
Розглядаючи моделі рідких кристалів, освічених не молекулами-паличками, а молекулами більш складної форми, він задав собі питання: «Як форма молекули може виявити себе в макроскопічних властивостях?» Для конкретності Р. Мейер припустив, що молекули мають грушоподібну або банановідную форму. Далі він припустив, що відхилення форми молекули від найпростішої, що розглядалася раніше, супроводжується виникненням у неї електричного дипольного моменту.
Виникнення дипольного моменту у молекули несиметричної форми - типове явище і пов'язане воно з тим, що розташування «центру ваги» негативного електричного заряду електронів в молекулі може бути кілька зміщене щодо «центру ваги» позитивних зарядів атомних ядер молекули. Це відносне зміщення негативних і позитивних зарядів відносно один одного і призводить до виникнення електричного дипольного моменту молекули. При цьому в цілому молекула залишається нейтральною, оскільки величина негативного заряду електронів в точності дорівнює позитивному заряду ядер. Величина дипольного моменту дорівнює добутку заряду одного із знаків на величину їх відносного зсуву. Спрямований дипольний момент вздовж напрямку зсуву від негативного заряду до позитивного. Для грушоподібної молекули напрямок дипольного моменту по симетричним міркувань має збігатися з віссю обертання, для банановідной молекули - направлено поперек довгої осі.
Розглядаючи рідкий кристал таких молекул, легко зрозуміти, що без впливу на нього зовнішніх впливів дипольний момент макроскопічно малого, але, зрозуміло, що містить велику кількість молекул обсягу рідкого кристала, дорівнює нулю. Це пов'язано з тим, що напрям директора в рідкому кристалі задається орієнтацією довгих осей молекул, кількість самих молекул, дипольний момент яких спрямований по директорові в ту й іншу сторону - для грушоподібних молекул, або для банановідних молекул - поперек напрямку директора в той та інший бік , однаково. У результаті дипольний момент будь-якого макроскопічного обсягу рідкого кристала дорівнює нулю, так як він дорівнює сумі дипольних моментів окремих молекул.
Так, проте, справа йде лише в неспотвореному зразку. Варто шляхом зовнішнього впливу, наприклад механічного, спотворити, скажімо, зігнути його, як молекули почнуть вибудовуватися, і розподіл напрямків дипольних моментів окремих молекул уздовж директора для грушеподібні молекул і впоперек директора для банановідних буде неравновероятним. Це означає, що виникає переважне напрямок орієнтації дипольних моментів окремих молекул і, як наслідок, з'являється макроскопічний дипольний момент в обсязі рідкого кристала. Причиною такого вибудовування є сферичні чинники, тобто чинники, що забезпечують плотнейшую упаковку молекул. Плотнейшей упаковці молекул саме і відповідає таке вибудовування молекул, при якому їх дипольні моменти «дивляться» переважно в одну сторону.
З макроскопічної точки зору розглянутий ефект проявляється у виникненні в шарі рідкого кристала електричного поля при деформації. Це пов'язано з тим, що при вибудовуванні диполів на одній поверхні деформованого кристала виявляється надлишок зарядів одного, а на протилежній поверхні - іншого знака. Таким обрізом, наявність або відсутність флексоелектричний ефекту несе інформацію про форму молекул та її дипольному моменті. Для молекул-паличок такий ефект відсутній. Для щойно розглянутих форм молекул ефект є. Однак, для грушеподібні і банановідних молекул для спостереження виникнення електричного поля в шарі треба викликати в ньому різні деформації. Грушеподібні молекули дають ефект при поперечному згині, а банановідние - при поздовжньому згині рідкого кристала
Передбачений теоретично флексоелектричний ефект незабаром був виявлений експериментально. Причому на експерименті можна було користуватися як прямим, так і зворотним ефектом. Це означає, що можна не тільки шляхом деформації рідких кристалів індукувати в ньому електричне поле і макроскопічний дипольний момент (прямий ефект), а й, прикладаючи до зразка зовнішнє електричне поле, викликати деформацію орієнтації директора в рідкому кристалі.
2. Сфера застосування рідких кристалів
2.1. Дисплеї на рідких кристалах
Відомо, якою популярністю користувалися різні електронні ігри, зазвичай встановлюються в кімнаті атракціонів у місцях громадського відпочинку чи фойє кінотеатрів. Успіхи в розробці матричних рідкокристалічних дисплеїв зробили можливим створення і масове виробництво подібних ігор у мініатюрному, так би мовити, кишеньковому виконанні.Першою такою грою в Росії стала гра «Ну, постривай!», Освоєна вітчизняною промисловістю. Габарити цієї гри, як у записної книжки, а основним її елементом є рідкокристалічний матричний дисплей, на якому висвічуються зображення вовка, зайця, курей і котяться по жолобах яєчок. Завдання що грає, натискаючи кнопки управління, змусити вовка, переміщаючись від жолоба до жолоба, ловити скачуються з жолобів яєчка в корзину, щоб не дати їм впасти на землю і розбитися. Тут же відзначимо, що, крім розважального призначення, ця іграшка виконує роль годинника і будильника, тобто в іншому режимі роботи на дисплеї «висвічується» час і може подаватися звуковий сигнал в необхідний момент часу.
Ще один вражаючий приклад ефективності союзу матричних дисплеїв на рідких кристалах і мікроелектронної техніки дають сучасні електронні словники та перекладачі, які почали випускати в Японії. Вони являють собою мініатюрні обчислювальні машинки розміром з звичайний кишеньковий мікрокалькулятор, в пам'ять яких введені слова на двох (чи більше) мовами і які забезпечені матричним дисплеєм і клавіатурою з алфавітом. Набираючи на клавіатурі слово на одній мові, ви моментально отримуєте на дисплеї його переклад іншою мовою. Уявіть собі, як покращиться і полегшиться процес навчання іноземних мов у школі і у вузі, якщо кожен учень буде забезпечений подібним словником. А спостерігаючи, як швидко вироби мікроелектроніки впроваджуються в наше життя, можна з упевненістю сказати, що такий час не за горами. Легко уявити та шляхи подальшого вдосконалення таких словників-перекладачів: перекладається не одне слово, а ціле речення. Крім того, переклад може бути і озвучений. Словом, впровадження таких словників-перекладачів обіцяє революцію у вивченні мов і техніці перекладу.
Поява в нашій сучасного життя органайзерів, здатних накопичувати, обробляти і аналізувати інформацію дозволяє користувачеві вести індивідуальне планування свого часу, з огляду на можливість виконання ряду дій, пов'язаних з контактами, зустрічами і т.д. Організатор завчасно нагадає про настання часу і дати особливо важливих заходів.
Мініатюризація відбувається в даному випадку в основному через зменшення дисплея. Як видно, рідкокристалічний дисплей вирішує це завдання дуже просто.
При вивченні дисципліни «Вимірювальні прилади» ми побачили багатогранність використання рідкокристалічних дисплеїв. Ці дисплеї використовуються в приладах, де необхідна висока точність вимірювання і низьке енергоспоживання. Фахівець, який займається ремонтом радіоапаратури, в даний час прагнути використовувати замість громіздких стрілочних приладів - мініатюрні вимірювальні прилади з рідкокристалічними дисплеями.
Вимоги до матричному дисплею, використовуваному як екран телевізора, виявляються значно вище як по швидкодії, так і за кількістю елементів, ніж в описаних вище електронної іграшці і словнику-перекладача. Це стане зрозумілим, якщо згадати, що відповідно до телевізійним стандартом зображення на екрані формується з 625 рядків (і приблизно з такого ж числа елементів складається кожна рядок), а час запису одного кадру 40 мс. Тому практична реалізація телевізора з рідкокристалічним екраном виявляється більш важким завданням. Тим не менш, вчені і конструктори домоглися в наявності грандіозних успіхів у технічному рішенні і цього завдання. Так, японська фірма «Соні» налагодила виробництво мініатюрного, вміщається практично на долоні телевізора з кольоровим зображенням і розміром екрана 3,6 див
2.2. Виготовлення інтегральних схем
Союз мікроелектроніки та рідких кристалів виявляється надзвичайно ефективним не тільки в готовому виробі, але і на стадії виготовлення інтегральних схем. Як відомо, одним з етапів виробництва мікросхем є фотолітографія, яка полягає в нанесенні на поверхню напівпровідникового матеріалу спеціальних масок, а потім у витравлення з допомогою фотографічної техніки так званих літографічних вікон. Ці вікна в результаті подальшого процесу виробництва перетворюються в елементи та з'єднання мікроелектронної схеми. Від того, наскільки малі розміри відповідних вікон, залежить кількість елементів схеми, які можуть бути розміщені на одиниці площі напівпровідника, а від точності і якості витравлювання вікон залежить якість мікросхеми. Вище вже йшлося про контроль якості готових мікросхем за допомогою холестеричних рідких кристалів, які візуалізують поле температур на працюючій схемою і дозволяють виділити ділянки схеми з аномальним тепловиділенням.Не менш корисним виявилося застосування рідких кристалів (тепер вже нематичних) на стадії контролю якості літографічних робіт. Для цього на напівпровідникову пластину з протравленими літографічним вікнами наноситься орієнтований шар нематика, а потім до неї прикладається електрична напруга. У результаті в поляризованому світлі картина "витравлених вікон чітко візуалізується. Більш того, цей метод дозволяє виявити дуже малі за розмірами неточності і дефекти літографічних робіт, протяжність яких всього 0,01 мкм.
2.3. Рідкокристалічний перстень
Деякий час тому незвичайної популярністю в США користувалася новинка ювелірного виробництва, що отримала назву «перстень настрою». За рік було продано 50 мільйонів таких перснів, тобто практично кожна доросла жінка мала це ювелірний виріб. Що ж привернуло увагу любителі біжутерії до цього персню? Виявляється, він мав абсолютно містичним властивістю реагувати на настрій його власника. Реакція полягала в тому, що колір камінчика персня слідував за настроєм власника, пробігаючи всі кольори веселки від червоного до фіолетового. Ось це поєднання таємничої властивості вгадувати настрій, декоративність персня, забезпечувана яскравою і мінливою забарвленням камінчика, плюс низька ціна і забезпечили успіх персню настрою.Мабуть, саме тоді вперше широкі маси зіткнулися із загадковим терміном «рідкі кристали». Справа в тому, що кожному власнику персня хотілося знати його секрет стеження за настроєм. Однак нічого до ладу не було відомо, говорилося, тільки, що камінчик персня зроблений на рідкому кристалі - на холестеричних рідких кристалах, а секрет персня настрої пов'язаний з його дивовижними оптичними властивостями.
Продовженням розвитку персня на рідких кристалах з'явилося виробництво медичних приладів, що використовують даний ефект. У першу чергу це відноситься до измерителям температури тіла людини. Градусники придбали безпечну форму іграшки, для вимірювання температури тіла маленьких дітей.
Під час епідемії атипової пневмонії, коли визначальною ознакою захворювання людини є температура його тіла, використовувалися швидкодіючі рідкокристалічні термометри. Досить одного легкого дотику до рідкокристалічному датчику у вигляді смужки і з високою точністю визначається температура тіла людини.
2.4. Рідкокристалічні телевізори
Створення телевізорів з рідкокристалічними екранами стало новою історичною віхою застосування рідких кристалів (LCD). Телевізори цього типу стають доступнішими для покупців, тому що відбувається регулярно зниження цін, через вдосконалення технологій виробництва.Екран LCD - це екран просветном типу, тобто екран, який підсвічується із зворотного боку лампою білого кольору, а осередки основних квітів (RGB - червоний, зелений, синій), розташовані на трьох панелях відповідних кольорів, пропускають або не пропускають через себе світло в залежно від прикладеної напруги. Саме тому відбувається певне запізнювання картинки (час відгуку), особливо помітне при перегляді швидко рухаються. Час відгуку в сучасних моделях різниться від 15 мс (мілісекунди, 1мс - одна тисячна секунди) до 40 мс і залежить від типу і розміру матриці. Чим менше цей час, тим швидше змінюється зображення, немає явищ шлейфу і накладення зображень.
Час роботи лампи для більшості LCD-панелей майже на початковій яскравості - 60 000 годин (цього вистачить приблизно на 16 років при перегляді телевізора по 10 годин на день). Для порівняння: у плазмових телевізорів яскравість за той же час зменшується набагато сильніше, а для кінескопних телевізорів (вигоряє люмінофор) поріг - 15000-20 000 годин (приблизно 5 років), потім якість помітно погіршується.
Прикладом досконалості може служити екран LCD телевізора LG RZ-23LZ20 який передає близько 17 мільйонів кольорів, з високою роздільною здатністю 1280х768 пікселів, з контрастністю 400:1 і яскравістю в 450 кд / м. Це - прекрасний зразок рідкокристалічної технології.
Кут огляду у рідкокристалічних телевізорів останніх моделей досягає 160-170 градусів по вертикалі і горизонталі, а це робить проблему набагато менш гострою, ніж вона була кілька років тому.
Недоліком рідкокристалічних екранів є наявність непрацюючих пікселів. Непрацюючі пікселі - пікселі, які постійно включені в якомусь одному стані і не змінюють свій колір залежно від сигналу. Різні виробники допускають різну кількість непрацюючих пікселів на екрані, про що пишуть в інструкціях по використанню продукту. Наприклад, в інструкції може бути написано "якщо на панелі ви виявили не більше чотирьох непрацюючих пікселів, то панель вважається повністю працездатною". У рідкокристалічних моніторах взагалі не допускається наявність непрацюючих пікселів, так як на монітор ми дивимося з набагато ближчої відстані, ніж на телевізор, і відразу можемо розгледіти цей "сміття".
Принцип запису зображення дуже простий. У відсутність підсвічування фотополупроводніка його провідність дуже мала, тому практично вся різниця потенціалів, подана на електроди оптичної комірки, в яку ще додатково введено шар фотополупроводніка, падає на цьому шарі фотополупроводніка. При цьому стан рідкокристалічного шару відповідає відсутності напруги на ньому. При підсвічуванні фотополупроводніка його провідність різко зростає, тому що світло створює в ньому додаткові носії струму (вільні електрони і дірки). У результаті відбувається перерозподіл електричних напруг у клітинці - тепер практично всі напруга падає на рідкокристалічному шарі, і стан шару, зокрема, його оптичні характеристики, змінюються відповідно величиною поданого напруги. Таким чином, змінюються оптичні характеристики рідкокристалічного шару в результаті дії світла. Ясно, що при цьому в принципі може бути використаний будь-який електрооптичний ефект з описаних вище. Практично, звичайно, вибір електрооптичного ефекту в такому сендвічеве пристрої, званому електрооптичних транспарантом, визначається поряд з необхідними оптичними характеристиками і чисто технологічними причинами.
Важливо, що в описуваному транспаранті зміна оптичних характеристик рідкокристалічного шару відбувається локально - у точці засвічення фотополупроводніка. Тому такі транспаранти володіють дуже високою роздільною здатністю. Так, обсяг інформації, що міститься на телевізійному екрані, може бути записаний на транспаранті розмірами менше 1х1 см 2.
Описаний спосіб запису зображення, крім усього іншого, володіє великими перевагами, так як він робить непотрібною складну систему комутації, тобто систему підведення електричних сигналів, яка застосовується в матричних екранах на рідких кристалах.
Перш за все, відзначимо високу чутливість модуляторів світла до керуючого світловому потоку, яка характеризується інтенсивністю світлового потоку. Крім того, досягнута висока просторовий дозвіл сигналу - близько 300 ліній на 1 мм. Спектральний діапазон роботи модуляторів, виконаних в різних напівпровідникових матеріалах, перекриває довжини хвиль від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного випромінювання. Дуже важливо, що у зв'язку з застосуванням у модуляторах фотополупроводніков вдається поліпшити тимчасові характеристики пристроїв в порівнянні з швидкодією власне рідких кристалів. Так, модулятори світла за рахунок властивостей фотополупроводніка можуть зареєструвати оптичний сигнал тривалістю всього менше 1 с. Зрозуміло, зміна оптичних характеристик рідкого кристала в точці реєстрації сигналу відбувається з запізненням, тобто більш повільно, відповідно до часу зміни оптичних характеристик рідкого кристала при накладенні на нього (або зняття) електричного поля.
Які ж, крім вже обговорювалися функцій, можуть виконувати модулятори світла? При відповідному підборі режиму роботи модулятора вони можуть виділяти контур проектованого на нього зображення. Якщо контур переміщується, то можна візуалізувати його рух. При цьому істотно, що довжина хвилі записуючого зображення випромінювання і зчитує випромінювання можуть відрізнятися. Тому модулятори світла дозволяють, наприклад, візуалізувати інфрачервоне випромінювання, або з допомогою видимого світла модулювати пучки інфрачервоного випромінювання, або створювати зображення в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль.
В іншому режимі роботи модулятори світла можуть виділяти області, піддані нестаціонарному освітленню. У цьому режимі роботи з усього зображення виділяються, наприклад, тільки переміщаються по зображенню світлові точки, або мерехтливі його ділянки. Модулятори світла можуть використовуватися як підсилювачі яскравості світла. У зв'язку ж з їх високою просторовою роздільною здатністю їх використання виявляється еквівалентним підсилювача з дуже великим числом каналів. Перераховані функціональні можливості оптичних модуляторів дають підставу використовувати їх у численних задачах обробки оптичної інформації, таких як розпізнавання образів, усунення перешкод, спектральний і кореляційний аналіз, інтерферометрія, в тому числі запис голограм в реальному масштабі часу, і т. Д. Наскільки широко перераховані можливості рідкокристалічних оптичних модуляторів реалізуються в надійні технічні пристрої, покаже найближче майбутнє.
Звичайно, існує маса методів перетворювати перераховані впливу в оптичні сигнали, однак переважна більшість цих методів пов'язані спочатку з перетворенням впливу в електричний сигнал, за допомогою якого потім можна управляти світловим потоком. Таким чином, методи ці двоступеневий і, отже, не такі вже прості і економічні в реалізації. Перевага застосування в цих цілях рідких кристалів полягає в тому, що з їх допомогою найрізноманітніші впливу можна безпосередньо переводити в оптичний сигнал, що усуває проміжну ланку в ланцюзі «вплив - світловий сигнал», а значить, вносить принципове спрощення в управління світловим потоком.
Інше достоїнство рідкокристалічних елементів в тому, що вони легко сумісні з вузлами волоконно-оптичних пристроїв.
Щоб проілюструвати можливості за допомогою рідких кристалів управляти світловими сигналами, розглянемо принцип роботи «оптичного мікрофона» на рідких кристалах - пристрої, запропонованого для безпосереднього перекладу акустичного сигналу в оптичний.
Принципова схема пристрою оптичного мікрофона дуже проста. Його активний елемент являє собою орієнтований шар нематика. Звукові коливання створюють періодичні в часі деформації шару, що викликають також переорієнтації молекул і модуляцію поляризації (інтенсивності) проходить поляризованого світлового потоку.
Дослідження характеристик оптичного мікрофона на рідких кристалах, виконані в акустичному інституті АН Росії, показали, що за своїми параметрами він не поступається існуючим зразкам і може бути використаний в оптичних лініях зв'язку, дозволяючи здійснювати безпосереднє перетворення звукових сигналів в оптичні. Виявилося також, що майже у всьому температурному інтервалі існування нематической фази його акустооптичні характеристики практично не змінюються.
За аналогією з оптичними волокнами в тонкому шарі рідкого кристала також може бути реалізований хвилепровідий режим розповсюдження світла вздовж шару, якщо забезпечити відповідну зміну діелектричної проникності в межах товщини шару. Зміни діелектричних характеристик в рідкому кристалі можна добитися зміною орієнтації директора (довгих осей молекул). Виявляється, в шарі нематика або холестерину можна, наприклад, шляхом прикладання електричного поля забезпечити такий характер зміни орієнтації директора по товщині, що для певної поляризації світла такий шар виявляється оптичним хвилеводом.
Тут проявляється очевидна аналогія між оптичним волокном-хвилеводом і рідкокристалічним хвилеводом. Але є істотна різниця. Ця різниця полягає в тому, що якщо діелектричні характеристики оптичного волокна, а, отже, і його хвилеводні властивості, незмінні і формуються при його виготовленні, то діелектричні, а, отже, і хвилеводні властивості рідкокристалічного хвилеводу легко змінювати шляхом зовнішніх впливів.
Це означає, наприклад, що якщо рідкокристалічний хвилевід включений в канал волоконної зв'язку, то світловий потік, що йде з цього каналу, можна модулювати, змінюючи характеристики рідкокристалічного елемента. У найпростішому випадку це може бути просто переривання світлового потоку, що може відбуватися в рідкокристалічному елементі при такому перемиканні електричного сигналу на ньому, що призводить до зникнення його хвилеводних властивостей. До речі сказати, цей же рідкокристалічний елемент може виконувати і функції оптичного мікрофона, якщо він влаштований так, що акустичний сигнал викликає в ньому обурення орієнтації директора.
Ідея цієї системи стереотелевіденія надзвичайно проста. Якщо врахувати, що кадр зображення на телеекрані формується порядково, причому так, що спочатку висвічуються непарні рядки, а потім парні, то за допомогою окулярів з рідкокристалічними фільтрами легко зробити так, щоб праве око, наприклад, бачив лише парні рядки, а лівий - непарні . Для цього достатньо синхронізувати включення і виключення рідкокристалічних фільтрів, т. Е. можливість сприймати зображення на екрані поперемінно то одним, то іншим оком, роблячи поперемінно прозорим то одне, то інше скло окулярів з висвічування парних і непарних рядків.
Тепер абсолютно ясно, яке ускладнення передавальної телекамери дасть стереоефект телеглядачеві. Треба, щоб передає телекамера була стерео, т. Е. щоб вона володіла двома об'єктивами, відповідними сприйняття об'єкта лівим і правим оком людини, парні рядки на екрані формувалися за допомогою правого, а непарні - з допомогою лівого об'єктива передавальної камери.
Система очок з рідкокристалічними фільтрами - затворами, синхронізованими з роботою телевізора, може виявитися непрактичною для масового застосування. Можливо, що більш конкурентоспроможною виявиться стереосистема, в якій скла очок, забезпечені звичайними поляроїда. При цьому кожна з шибок очок пропускає лінійно-поляризоване світло, площина поляризації якого перпендикулярна площині поляризації світла, що пропускається другим склом. Стерео же ефект в цьому випадку досягається за допомогою рідкокристалічної плівки, нанесеної на екран телевізора і пропускає від парних рядків світло однієї лінійної поляризації, а від непарних - інший лінійної поляризації, перпендикулярної першою.
Яка з описаних систем стереотелевіденія буде реалізована або виживе зовсім інша система, покаже майбутнє.
Наприклад, така необхідність може виникнути у космонавтів в умовах їх роботи в космосі при надзвичайно яскравому сонячному освітленні, не ослабленому ні атмосферою, ні хмарністю. Це завдання як у випадку маски для електрозварника або окулярів для стереотелевіденія дозволяють вирішити керовані рідкокристалічні фільтри.
Ускладнення очок в цьому випадку полягає в тому, що поле зору кожного ока тепер повинен перекривати не один фільтр, а кілька незалежно керованих фільтрів. Наприклад, фільтри можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець з центром у центрі стекол окулярів або у вигляді смужок на склі окулярів, кожна з яких при включенні перекриває тільки частину поля зору очі.
Такі окуляри можуть бути корисні не тільки космонавтам, але і людям інших професій, робота яких може бути пов'язана не тільки з яскравим нерассеянним освітленням, а й з необхідністю сприймати великий обсяг зорової інформації.
Наприклад, в кабіні пілота сучасного літака величезна кількість панелей приладів. Проте не всі з них потрібні пілотові одночасно. Тому використання пілотом очок, що обмежують поле зору, може бути корисним і полегшує його роботу, так як допомагає зосереджувати його увагу тільки на частині потрібних в даний момент приладів та усуває відволікає вплив не потрібною в цей момент інформації. Звичайно, у разі пілота можна піти і по-іншому шляху поставити рідкокристалічні фільтри на індикатори приладів, щоб мати можливість екранувати їх свідчення.
Подібні окуляри будуть дуже корисні також в біомедичних дослідженнях роботи оператора, пов'язаної зі сприйняттям великої кількості зорової інформації. У результаті таких досліджень можна виявити швидкість реакції оператора на зорові сигнали, визначити найбільш важкі і виснажливі етапи в його роботі і в кінцевому підсумку знайти спосіб оптимальної організації його роботи. Останнє дозволяє визначити найкращий спосіб розташування панелей приладів, тип індикаторів приладів, колір і характер сигналів різного ступеня важливості і т. Д.
Які механічні деталі кіно-, фотоапаратури маються на увазі? Це, перш за все діафрагми, фільтри - ослабітелі світлового потоку, нарешті, переривники світлового потоку в кінознімальної камері, синхронізовані з переміщенням фотоплівки і забезпечують покадрове її експонування.
Принципи пристрою таких рідкокристалічних елементів ясні з попереднього. Як переривників і фільтрів-ослабітелей природно використовувати рідкокристалічні осередки, у яких під дією електричного сигналу змінюється пропускання світла по всій їх площі. Для діафрагм без механічних частин системи осередків у вигляді концентричних кілець, яких можуть під дією електричного сигналу змінювати площа пропускає світло прозорого вікна. Слід також зазначити, що шаруваті структури, що містять рідкий кристал і фотополупроводнік, т. Е. елементи типу керованих оптичних транспарантів, можуть бути використані не тільки в якості індикаторів, наприклад, експозиції, але і для автоматичної установки діафрагми в кіно-, фотоаппаратурі.
Однак вирішення всіх цих проблем - це тільки питання часу, і скоро, напевно, важко буде собі уявити досконалий апарат, який не містить рідкокристалічного пристрою.
2. Мартін, немудро. Системи на кристалі. Проектування і розвиток. Техносфера. М. 2004.
3. Лузін. Основи телевізійної техніки. Солон. М.2003.
4. Родін. Сучасні телевізори. Солон. М. 2004.
5. Зубарєв. Цифрове телевізійне мовлення. Радіо / зв'язок. М. 2004.
6. Беркоу. Сучасна медична енциклопедія. ВМедА. М. 2004.
Реферат на тему «Рідкі кристали».
Матеріал взято з Інтернету і перероблений:
Структура приведена у відповідність до вимог стандартів вищої школи (СамГУ);
Додано новий матеріал-«рідкокристалічні телевізори»;
Література оновлена.
Реферат представлявся до захисту. Результат позитивний.
Моя адреса: Vilmas@samtel.ru
3. Про майбутні застосуваннях рідких кристалів
3.1. Перспективи застосування рідких кристалів
Багато оптичні ефекти в рідких кристалах, вже освоєні технікою і використовуються у виробах масового виробництва. Наприклад, всім відомі годинники з індикатором на рідких кристалах, але не всі ще знають, що ті ж рідкі кристали використовуються для виробництва наручних годинників, в які вбудований калькулятор. Тут вже навіть важко сказати, як назвати такий пристрій, чи то годинник, чи то комп'ютер. Але це вже освоєні промисловістю вироби, хоча всього десятиліття тому подібне здавалося нереальним. Перспективи ж майбутні масові і ефективних застосувань рідких кристалів ще більш дивовижні. Тому варто розглянути деякі технічні ідеї застосування рідких кристалів, які поки що не реалізовані, але, можливо, в найближчі кілька років стануть основою створення пристроїв, які стануть для нас такими ж звичними, якими, скажімо, зараз є персональні комп'ютери.3.7. Керовані оптичні транспаранти
Розглянемо приклад досягнення наукових досліджень у процесі створення рідкокристалічних екранів, відображення інформації, зокрема рідкокристалічних екранів телевізорів. Відомо, що масове створення великих плоских екранів на рідких кристалах стикається з труднощами не принципового, а чисто технологічного характеру. Хоча принципово можливість створення таких екранів продемонстрована, однак, а зв'язку зі складністю їх виробництва при сучасній технології їх вартість виявляється дуже високою. Тому виникла ідея створення проекційних пристроїв на рідких кристалах, в яких зображення, отримане на рідкокристалічному екрані малого розміру могло б бути спроектовано в збільшеному вигляді на звичайний екран, подібно до того, як це відбувається в кінотеатрі з кадрами кіноплівки. Виявилося, що такі пристрої можуть бути реалізовані на рідких кристалах, якщо використовувати сендвічеве структури, в які поряд із шаром рідкого кристала входить шар фотополупроводніка. Причому запис зображення в рідкому кристалі, здійснювана за допомогою фотополупроводніка, проводиться променем світла.Принцип запису зображення дуже простий. У відсутність підсвічування фотополупроводніка його провідність дуже мала, тому практично вся різниця потенціалів, подана на електроди оптичної комірки, в яку ще додатково введено шар фотополупроводніка, падає на цьому шарі фотополупроводніка. При цьому стан рідкокристалічного шару відповідає відсутності напруги на ньому. При підсвічуванні фотополупроводніка його провідність різко зростає, тому що світло створює в ньому додаткові носії струму (вільні електрони і дірки). У результаті відбувається перерозподіл електричних напруг у клітинці - тепер практично всі напруга падає на рідкокристалічному шарі, і стан шару, зокрема, його оптичні характеристики, змінюються відповідно величиною поданого напруги. Таким чином, змінюються оптичні характеристики рідкокристалічного шару в результаті дії світла. Ясно, що при цьому в принципі може бути використаний будь-який електрооптичний ефект з описаних вище. Практично, звичайно, вибір електрооптичного ефекту в такому сендвічеве пристрої, званому електрооптичних транспарантом, визначається поряд з необхідними оптичними характеристиками і чисто технологічними причинами.
Важливо, що в описуваному транспаранті зміна оптичних характеристик рідкокристалічного шару відбувається локально - у точці засвічення фотополупроводніка. Тому такі транспаранти володіють дуже високою роздільною здатністю. Так, обсяг інформації, що міститься на телевізійному екрані, може бути записаний на транспаранті розмірами менше 1х1 см 2.
Описаний спосіб запису зображення, крім усього іншого, володіє великими перевагами, так як він робить непотрібною складну систему комутації, тобто систему підведення електричних сигналів, яка застосовується в матричних екранах на рідких кристалах.
3.7. Просторово-часові модулятори світла
Керовані оптичні транспаранти можуть бути використані не тільки як елементи проекційного пристрою, але й виконувати дуже багато функцій, пов'язаних з перетворенням, зберіганням і обробкою оптичних сигналів. У зв'язку з тенденціями розвитку методів передачі та обробки інформації з використанням оптичних каналів зв'язку, що дозволяють збільшити швидкодію пристроїв і обсяг переданої інформації, керовані оптичні транспаранти на рідких кристалах становлять значний інтерес і з цієї точки зору. У цьому випадку їх ще прийнято називати просторово-часовими модуляторами світла (ПВМС), або світловими клапанами. Перспективи застосування ПВМС в пристроях обробки оптичної інформації визначаються тим, наскільки сьогоднішні характеристики оптичних транспарантів можуть бути поліпшені у бік досягнення максимальної чутливості до керуючого випромінювання, підвищення швидкодії та просторового дозволу світлових сигналів, а також діапазону довжин хвиль випромінювання, в якому надійно працюють ці пристрої. Як вже зазначалося, одна з основних проблем - це проблема швидкодії рідкокристалічних елементів, проте вже досягнуті характеристики модуляторів світла дозволяють абсолютно точно стверджувати, що вони займуть значне місце в системах обробки оптичної інформації.Перш за все, відзначимо високу чутливість модуляторів світла до керуючого світловому потоку, яка характеризується інтенсивністю світлового потоку. Крім того, досягнута висока просторовий дозвіл сигналу - близько 300 ліній на 1 мм. Спектральний діапазон роботи модуляторів, виконаних в різних напівпровідникових матеріалах, перекриває довжини хвиль від ультрафіолетового до ближнього інфрачервоного випромінювання. Дуже важливо, що у зв'язку з застосуванням у модуляторах фотополупроводніков вдається поліпшити тимчасові характеристики пристроїв в порівнянні з швидкодією власне рідких кристалів. Так, модулятори світла за рахунок властивостей фотополупроводніка можуть зареєструвати оптичний сигнал тривалістю всього менше 1 с. Зрозуміло, зміна оптичних характеристик рідкого кристала в точці реєстрації сигналу відбувається з запізненням, тобто більш повільно, відповідно до часу зміни оптичних характеристик рідкого кристала при накладенні на нього (або зняття) електричного поля.
Які ж, крім вже обговорювалися функцій, можуть виконувати модулятори світла? При відповідному підборі режиму роботи модулятора вони можуть виділяти контур проектованого на нього зображення. Якщо контур переміщується, то можна візуалізувати його рух. При цьому істотно, що довжина хвилі записуючого зображення випромінювання і зчитує випромінювання можуть відрізнятися. Тому модулятори світла дозволяють, наприклад, візуалізувати інфрачервоне випромінювання, або з допомогою видимого світла модулювати пучки інфрачервоного випромінювання, або створювати зображення в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль.
В іншому режимі роботи модулятори світла можуть виділяти області, піддані нестаціонарному освітленню. У цьому режимі роботи з усього зображення виділяються, наприклад, тільки переміщаються по зображенню світлові точки, або мерехтливі його ділянки. Модулятори світла можуть використовуватися як підсилювачі яскравості світла. У зв'язку ж з їх високою просторовою роздільною здатністю їх використання виявляється еквівалентним підсилювача з дуже великим числом каналів. Перераховані функціональні можливості оптичних модуляторів дають підставу використовувати їх у численних задачах обробки оптичної інформації, таких як розпізнавання образів, усунення перешкод, спектральний і кореляційний аналіз, інтерферометрія, в тому числі запис голограм в реальному масштабі часу, і т. Д. Наскільки широко перераховані можливості рідкокристалічних оптичних модуляторів реалізуються в надійні технічні пристрої, покаже найближче майбутнє.
3.4. Оптичний мікрофон
Тільки що було розказано про управління світловими потоками за допомогою світла. Проте в системах оптичної обробки інформації та зв'язку виникає необхідність перетворювати не тільки світлові сигнали в світлові, але й інші найрізноманітніші впливу у світлові сигнали. Такими діями можуть бути тиск, звук, температура, деформація і т. Д. І от для перетворення цих впливів в оптичний сигнал рідкокристалічні пристрої виявляються знову-таки дуже зручними та перспективними елементами оптичних систем.Звичайно, існує маса методів перетворювати перераховані впливу в оптичні сигнали, однак переважна більшість цих методів пов'язані спочатку з перетворенням впливу в електричний сигнал, за допомогою якого потім можна управляти світловим потоком. Таким чином, методи ці двоступеневий і, отже, не такі вже прості і економічні в реалізації. Перевага застосування в цих цілях рідких кристалів полягає в тому, що з їх допомогою найрізноманітніші впливу можна безпосередньо переводити в оптичний сигнал, що усуває проміжну ланку в ланцюзі «вплив - світловий сигнал», а значить, вносить принципове спрощення в управління світловим потоком.
Інше достоїнство рідкокристалічних елементів в тому, що вони легко сумісні з вузлами волоконно-оптичних пристроїв.
Щоб проілюструвати можливості за допомогою рідких кристалів управляти світловими сигналами, розглянемо принцип роботи «оптичного мікрофона» на рідких кристалах - пристрої, запропонованого для безпосереднього перекладу акустичного сигналу в оптичний.
Принципова схема пристрою оптичного мікрофона дуже проста. Його активний елемент являє собою орієнтований шар нематика. Звукові коливання створюють періодичні в часі деформації шару, що викликають також переорієнтації молекул і модуляцію поляризації (інтенсивності) проходить поляризованого світлового потоку.
Дослідження характеристик оптичного мікрофона на рідких кристалах, виконані в акустичному інституті АН Росії, показали, що за своїми параметрами він не поступається існуючим зразкам і може бути використаний в оптичних лініях зв'язку, дозволяючи здійснювати безпосереднє перетворення звукових сигналів в оптичні. Виявилося також, що майже у всьому температурному інтервалі існування нематической фази його акустооптичні характеристики практично не змінюються.
3.7. Рідкокристалічні хвилеводи
Перш ніж перейти до іншого прикладу можливого застосування рідких кристалів в оптичних лініях зв'язку, нагадаємо, що оптичне волокно являє собою оптичний хвилевід. Світло з цього хвилеводу не виходить назовні з тієї причини, що зовні на волокно нанесено покриття, діелектрична проникність якого більше, ніж у внутрішній частині волокна, в результаті чого відбувається повне внутрішнє відбиття світла на межі внутрішньої частини і зовнішнього покриття. Хвилепровідий режим розповсюдження світла в волокні може бути, також досягнуто не тільки за рахунок різкої діелектричної кордону, але і при плавній зміні показника заломлення (діелектричної проникності) від середини до поверхні хвилеводу.За аналогією з оптичними волокнами в тонкому шарі рідкого кристала також може бути реалізований хвилепровідий режим розповсюдження світла вздовж шару, якщо забезпечити відповідну зміну діелектричної проникності в межах товщини шару. Зміни діелектричних характеристик в рідкому кристалі можна добитися зміною орієнтації директора (довгих осей молекул). Виявляється, в шарі нематика або холестерину можна, наприклад, шляхом прикладання електричного поля забезпечити такий характер зміни орієнтації директора по товщині, що для певної поляризації світла такий шар виявляється оптичним хвилеводом.
Тут проявляється очевидна аналогія між оптичним волокном-хвилеводом і рідкокристалічним хвилеводом. Але є істотна різниця. Ця різниця полягає в тому, що якщо діелектричні характеристики оптичного волокна, а, отже, і його хвилеводні властивості, незмінні і формуються при його виготовленні, то діелектричні, а, отже, і хвилеводні властивості рідкокристалічного хвилеводу легко змінювати шляхом зовнішніх впливів.
Це означає, наприклад, що якщо рідкокристалічний хвилевід включений в канал волоконної зв'язку, то світловий потік, що йде з цього каналу, можна модулювати, змінюючи характеристики рідкокристалічного елемента. У найпростішому випадку це може бути просто переривання світлового потоку, що може відбуватися в рідкокристалічному елементі при такому перемиканні електричного сигналу на ньому, що призводить до зникнення його хвилеводних властивостей. До речі сказати, цей же рідкокристалічний елемент може виконувати і функції оптичного мікрофона, якщо він влаштований так, що акустичний сигнал викликає в ньому обурення орієнтації директора.
3.5. Стереотелевізор
В якості ще одного привабливої, несподіваного і що стосується практично всіх застосувань рідких кристалів варто назвати ідею створення системи стереотелевіденія із застосуванням рідких кристалів. Причому, що видається особливо привабливим, така система «стереотелевіденія на рідких кристалах» може бути реалізована ціною дуже простий модифікації передавальної телекамери і доповненням звичайних телевізійних приймачів спеціальними окулярами, скла яких забезпечені рідкокристалічними фільтрами.Ідея цієї системи стереотелевіденія надзвичайно проста. Якщо врахувати, що кадр зображення на телеекрані формується порядково, причому так, що спочатку висвічуються непарні рядки, а потім парні, то за допомогою окулярів з рідкокристалічними фільтрами легко зробити так, щоб праве око, наприклад, бачив лише парні рядки, а лівий - непарні . Для цього достатньо синхронізувати включення і виключення рідкокристалічних фільтрів, т. Е. можливість сприймати зображення на екрані поперемінно то одним, то іншим оком, роблячи поперемінно прозорим то одне, то інше скло окулярів з висвічування парних і непарних рядків.
Тепер абсолютно ясно, яке ускладнення передавальної телекамери дасть стереоефект телеглядачеві. Треба, щоб передає телекамера була стерео, т. Е. щоб вона володіла двома об'єктивами, відповідними сприйняття об'єкта лівим і правим оком людини, парні рядки на екрані формувалися за допомогою правого, а непарні - з допомогою лівого об'єктива передавальної камери.
Система очок з рідкокристалічними фільтрами - затворами, синхронізованими з роботою телевізора, може виявитися непрактичною для масового застосування. Можливо, що більш конкурентоспроможною виявиться стереосистема, в якій скла очок, забезпечені звичайними поляроїда. При цьому кожна з шибок очок пропускає лінійно-поляризоване світло, площина поляризації якого перпендикулярна площині поляризації світла, що пропускається другим склом. Стерео же ефект в цьому випадку досягається за допомогою рідкокристалічної плівки, нанесеної на екран телевізора і пропускає від парних рядків світло однієї лінійної поляризації, а від непарних - інший лінійної поляризації, перпендикулярної першою.
Яка з описаних систем стереотелевіденія буде реалізована або виживе зовсім інша система, покаже майбутнє.
3.7. Окуляри для космонавтів
Знайомлячись раніше з маскою для електрозварника, а тепер з окулярами для стереотелевіденія, видно, що в цих пристроях керований рідкокристалічний фільтр перекриває відразу все поле зору одного або обох очей. Тим часом існують ситуації, коли не можна перекривати все поле зору людини і в той же час необхідно перекрити окремі ділянки поля зору.Наприклад, така необхідність може виникнути у космонавтів в умовах їх роботи в космосі при надзвичайно яскравому сонячному освітленні, не ослабленому ні атмосферою, ні хмарністю. Це завдання як у випадку маски для електрозварника або окулярів для стереотелевіденія дозволяють вирішити керовані рідкокристалічні фільтри.
Ускладнення очок в цьому випадку полягає в тому, що поле зору кожного ока тепер повинен перекривати не один фільтр, а кілька незалежно керованих фільтрів. Наприклад, фільтри можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець з центром у центрі стекол окулярів або у вигляді смужок на склі окулярів, кожна з яких при включенні перекриває тільки частину поля зору очі.
Такі окуляри можуть бути корисні не тільки космонавтам, але і людям інших професій, робота яких може бути пов'язана не тільки з яскравим нерассеянним освітленням, а й з необхідністю сприймати великий обсяг зорової інформації.
Наприклад, в кабіні пілота сучасного літака величезна кількість панелей приладів. Проте не всі з них потрібні пілотові одночасно. Тому використання пілотом очок, що обмежують поле зору, може бути корисним і полегшує його роботу, так як допомагає зосереджувати його увагу тільки на частині потрібних в даний момент приладів та усуває відволікає вплив не потрібною в цей момент інформації. Звичайно, у разі пілота можна піти і по-іншому шляху поставити рідкокристалічні фільтри на індикатори приладів, щоб мати можливість екранувати їх свідчення.
Подібні окуляри будуть дуже корисні також в біомедичних дослідженнях роботи оператора, пов'язаної зі сприйняттям великої кількості зорової інформації. У результаті таких досліджень можна виявити швидкість реакції оператора на зорові сигнали, визначити найбільш важкі і виснажливі етапи в його роботі і в кінцевому підсумку знайти спосіб оптимальної організації його роботи. Останнє дозволяє визначити найкращий спосіб розташування панелей приладів, тип індикаторів приладів, колір і характер сигналів різного ступеня важливості і т. Д.
3.7. Рідкокристалічні фільтри
Фільтри подібного типу та індикатори на рідких кристалах, знайдуть і вже знаходять широке застосування у кіно-, фотоаппаратурі. У цих цілях вони привабливі тим, що для управління ними потрібно зовсім незначну кількість енергії, а в ряді випадків дозволяють виключити з апаратури деталі, які вчиняють механічні рухи. А, як відомо, механічні системи часто виявляються найбільш громіздкими і ненадійними.Які механічні деталі кіно-, фотоапаратури маються на увазі? Це, перш за все діафрагми, фільтри - ослабітелі світлового потоку, нарешті, переривники світлового потоку в кінознімальної камері, синхронізовані з переміщенням фотоплівки і забезпечують покадрове її експонування.
Принципи пристрою таких рідкокристалічних елементів ясні з попереднього. Як переривників і фільтрів-ослабітелей природно використовувати рідкокристалічні осередки, у яких під дією електричного сигналу змінюється пропускання світла по всій їх площі. Для діафрагм без механічних частин системи осередків у вигляді концентричних кілець, яких можуть під дією електричного сигналу змінювати площа пропускає світло прозорого вікна. Слід також зазначити, що шаруваті структури, що містять рідкий кристал і фотополупроводнік, т. Е. елементи типу керованих оптичних транспарантів, можуть бути використані не тільки в якості індикаторів, наприклад, експозиції, але і для автоматичної установки діафрагми в кіно-, фотоаппаратурі.
Висновок
При всій принципової простоті роботи пристроїв на рідкокристалічних елементах їх широке впровадження в масову продукцію і виробництво залежить від ряду технологічних питань, пов'язаних із забезпеченням тривалого терміну роботи рідкокристалічних елементів, їх роботи в широкому температурному інтервалі, нарешті, конкуренції з традиційними і сталими технічними рішеннями і т . д.Однак вирішення всіх цих проблем - це тільки питання часу, і скоро, напевно, важко буде собі уявити досконалий апарат, який не містить рідкокристалічного пристрою.
Література
1. Самарін, Рідкокристалічні дисплеї. Схемотехніка, конструкція. Солон. М. 2004.2. Мартін, немудро. Системи на кристалі. Проектування і розвиток. Техносфера. М. 2004.
3. Лузін. Основи телевізійної техніки. Солон. М.2003.
4. Родін. Сучасні телевізори. Солон. М. 2004.
5. Зубарєв. Цифрове телевізійне мовлення. Радіо / зв'язок. М. 2004.
6. Беркоу. Сучасна медична енциклопедія. ВМедА. М. 2004.
Реферат на тему «Рідкі кристали».
Матеріал взято з Інтернету і перероблений:
Структура приведена у відповідність до вимог стандартів вищої школи (СамГУ);
Додано новий матеріал-«рідкокристалічні телевізори»;
Література оновлена.
Реферат представлявся до захисту. Результат позитивний.
Моя адреса: Vilmas@samtel.ru