трусики женские украина

На головну

Рідкий кристал - Наука і техніка

Професії рідких кристалів

Все частіше ми стали зустрічатися з терміном «рідкі кристали». Ми всі часто з ними спілкуємося, і вони грають важливу роль в нашому житті. Багато які сучасні прилади і пристрої працюють на них. До таких відносяться години, термометри, дисплеї, монітори і інші пристрої. Що ж це за речовини з танким парадоксальною назвою «рідкі кристали» і чому до них виявляється так значна цікавість? У наш час наука стала продуктивною силою, і тому, як правило, підвищений науковий інтерес до того або інакшого явища або об'єкта означає, що це явище або об'єкт представляє інтерес для материальнного виробництва. У цьому відношенні не є иснключением і рідкі кристали. Інтерес до них, передусім, зумовлений можливостями їх ефективного принменения в ряді галузей виробничої деятельнонсти. Впровадження рідких кристалів означає экономиченскую ефективність, простоту, зручність.

Рідкий кристал - це специфічне агрегатне сонстояние речовини, в якій воно виявляє одновренменно властивості кристала і рідини. Відразу треба оговонриться, що далеко не всі речовини можуть знаходитися в рідкокристалічному стані. Більшість речовин може знаходитися тільки в трьох, всій добре відомих агрегатних станах: твердому або кристалічному, рідкому і газоподібному. Виявляється, деякі органічні речовини, що володіють складними молекунлами, крім трьох названих станів, можуть образовынвать четвертий агрегатний стан - жидкокристаллинческое. Цей стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин. При їх плавленні обранзуется рідкокристалічна фаза, відмінна 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? Подібно звичайній рідині, рідкий кристал володіє текучістю і приймає форму судини, в яку він вміщений. Цим він відрізняється від відомих всім кристалів. Однак, незважаючи на цю властивість, об'єднуючу його з жиднкостью, він володіє властивістю, характерною для кринсталлов. Це - упорядкування в просторі молекул, створюючих кристал. Правда, це упорядкування не танкое повне, як в звичайних кристалах, але, проте, воно істотно впливає на властивості рідких кристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне пронстранственное упорядкування молекул, створюючих жиднкий кристал, виявляється в тому, що в рідких кристалнлах немає повного порядку в просторовому располонжении центрів тягаря молекул, хоч частковий порядок може бути. Це означає, що у них немає жорсткої кринсталлической гратки. Тому рідкі кристали, пондобно звичайним рідинам, володіють властивістю текученсти.

Обов'язковою властивістю рідких кристалів, сблинжающим їх із звичайними кристалами, є наявність порядку» просторової орієнтації молекул. Такий порядок в орієнтації може виявлятися, наприклад, в тому, що всі довгі осі молекул в жидкокристалличенском зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні володіти довгастою формою. Крім простейшенго названого упорядкування осей молекул, в рідкому кристалі може здійснюватися більш складний ориентационный порядок молекул.

У залежності від вигляду упорядкування осей молекул рідкі кристали розділяються на три різновиди: нематические, смектические і холестерические.

Дослідження по фізиці рідких кристалів і їх принменениям в цей час ведуться широким фроннтом у всіх найбільш розвинених країнах світу. Отечественнные дослідження зосереджені як в академічних, так і галузевих науково-дослідних учрежденинях і мають давні традиції. Широку популярність і визнання отримали виконані ще в тридцяті роки в Ленінграде роботи В. К. Фредерікса до В. Н. Цветкова. У останні роки бурхливого вивчення рідких кристалів вітчизняні дослідники також вносять вагомий внесок в розвиток вчення про рідкі кристали загалом і, зокрема, про оптику рідких кристалів. Так, роботи І. Г. Чистякова, А. П. Капустіна, С. А. Бразовського, С. А. Пікина, Л. М. Блінова і багатьох інших радянських исслендователей широко відомі науковій громадськості і служать підмурівком ряду ефективних технічних додатків рідких кристалів.

Існування рідких кристалів було встановлене дуже давно, а саме в 1888 році, тобто майже сторіччя назад. Хоч вчені і до 1888 року стикалися з даним станом речовини, але офіційно його відкрили пізніше.

Першим, хто виявив рідкі кристали, був австнрийский вченого-ботаніки Рейнітцер. Досліджуючи нове синнтезированное їм речовина холестерилбензоат, він обнанружил, що при температурі 145° З кристали цього венщества плавляться, утворюючи каламутну сильно розсіюючу світло рідину. При продовженні нагріву по досягненні температури 179°З рідина просветляется, т. е. начинанет поводитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода. Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв в каламутній фазі Рассматрінвая цю фазу під поляризаційний мікроскопом, Рейннітцер виявив, що вона володіє двупреломлением. Це означає, що показник заломлення світла, т. е швидкість світла е цій фазі, залежить від поляризації.

Явище двупреломления-це типове кристалличенский ефект, що полягає в тому, що швидкість світла в кринсталле залежить від орієнтації площини поляризації світла. Істотно, що вона досягає екстремального максимального і мінімального значень для двох взанимно ортогональных орієнтацій площини поляризації. Зрозуміло, орієнтації поляризації, відповідні екстремальним значенням швидкості світлі в кристалі, визначаються анізотропією властивостей кристала і однонзначно задаються орієнтацією кристалічних осей отнонсительно напряму поширення світла.

Тому сказане пояснює, що існування двунпреломления в рідині, яка повинна бути изотропнной, т. е. що її властивості повинні бути незалежними від напряму, представлялося парадоксальним. Найбільш правдоподібним в той час могло здаватися наявність в каламутній фазі нерасплавившихся малих частинок кристала, кристаллитов, яка і були джерелом двупреломления. Однак більш детальні дослідження, до яким Рейнітцер залучив відомого німецького финзика Леймана, показали, що каламутна фаза не є двухнфазной системою, т. е. не містить в звичайній рідині кристалічних включень, а є новим фазовим станом речовини. Цьому фазовому стану Лейман дав назву «рідкий кристал» в зв'язку з одновренменно властивостями рідини, що виявляються ним і кристалнла. Вживається також і інший термін для назви рідких кристалів. Це - «мезофаза», що буквально означає «проміжна фаза».

У той час існування рідких кристалів преднставлялось якимсь курйозом, і ніхто не міг предполонжить, що їх чекає майже через сто років велике будунщее в технічних додатках. Тому після некотонрого інтересу до рідких кристалів відразу після їх отнкрытия про них через деякий час практично занбыли.

Проте, вже в перші роки були з'ясовані мнонгие інші дивні властивості рідких кристалів. Так, деякі види рідких кристалів володіли ненобычно високою оптичною активністю.

Оптичною активністю називають здатність неконторых речовин обертати площину поляризації проходянщего через них світла. Це означає, що лінійно полянризованный світло, розповсюджуючись в таких середовищах, изменняет орієнтацію площини поляризації. Причому кут повороту площини поляризації прямо пропорційний шляху, пройденому світлом

Так, в твердих тілах, як, проте, і в звичайних жиднкостях, питома обертальна здатність Ра має цілком визначений, незалежний від довжини хвилі свента знак. Це означає, що обертання площини поляринзации світла в них відбувається в певному направленнии. Проти годинникової стрілка при позитивному фа і за годинниковою стрілкою при негативному Ра. При цьому подранзумевается, що спостереження за обертанням площини понляризации здійснюється вдовж напряму распростнранения світла. Тому все оптично активні вещенства поділяються на правовращающие(якщо вращенние відбувається за годинниковою стрілкою) і левовращающие(якщо обертання відбувається проти годинникової стрілка).

У разі оптично активних рідких кристалів танкая класифікація стикалася з труднощами. Справа в тому, що напрям (знак) обертання в рідких кристалнлах залежав від довжини хвиль світла. Для коротких довжин хвиль величина Ра, наприклад, могла бути положинтельной, а для більш довгохвильового света-отрицантельной. А могло бути і навпаки. Однак характерною для всіх випадків була зміна знака обертання плоснкости поляризації в залежності від довжини хвилі світла, або, як говорять, інверсія знака оптичної активності. Така поведінка обертання площини поляризації сонвершенно не укладалася в рамки уявлень, що існували про оптичну активність.

Дивними були також і інші властивості, такі, як сильна температурна залежність названих ханрактеристик, їх дуже висока чутливість до внешнним магнітних і електричних полів і так далі. Але перш ніж намагатися пояснити перераховані властивості, необнходимо зрозуміти, як влаштовані рідкі кристали, і, зокрема, ознайомитися з їх структурними властивостями, бо в кінцевому результаті для пояснення описаних властивостей найбільш істотними виявляються саме структурнные характеристики рідких кристалів.

Тут потрібно сказати, що в кінці дев'ятнадцятого - початку двадцятого віку багато які дуже авторитетні вчені вельми скептично відносилися до відкриття Рейніт-цера і Лемана. (Ім'я Лемана також можна по праву свянзывать з відкриттям рідких кристалів, оскільки він дуже активно брав участь в перших дослідженнях рідких кристалів, і навіть самим терміном «рідкі кринсталлы» ми зобов'язані саме йому.) Справа в тому, що не тільки описані суперечливі властивості рідких кринсталлов представлялися багатьом авторитетам вельми сонмнительными, але і в тому, що властивості різних жидконкристаллических речовин (з'єднань, що володіли жиднкокристаллической фазою) виявлялися істотно разнличными. Так, одні рідкі кристали володіли дуже великою в'язкістю, у інших в'язкість була невелика. Одні рідкі кристали виявляли із зміною темнпературы різку зміну забарвлення, так що їх колір пробігав всі тони райдуги, інші рідкі кристали танкого різкої зміни забарвлення не виявляли. Нарешті, зовнішній вигляд зразків, або, як прийнято говорити, текнстура, різних рідких кристалів при рассматриваннии їх під мікроскопом виявлявся зовсім різним. У одному випадку в полі поляризаційний мікроскопа могли бути видно освіти, схожі на нитці, в друнгом - спостерігалися зображення, схожі на гірський рельєф, а в третьому - картина нагадувала відбитки пальців. Стояло також питання, чому рідкокристалічна фаза спостерігається при плавленні тільки деяких речовин?

Час йшов, факти про рідкі кристали поступово нагромаджувалися, але не було загального принципу, який дозволив би встановити якусь систему в представленниях про рідкі кристали. Як говорять, настав час для класифікації предмета досліджень. Заслуга в створенні основ сучасної класифікації рідких кринсталлов належить французькому вченому Ж. Фріделю. У двадцяті роки Фрідель запропонував розділити всі рідкі кристали на дві великі групи. Одну групу рідких кристалів Фрідель назвав нематическими, друнгую смектическими. (Чому такі на перший погляд ненпонятные назви дав Фрідель різновидам рідких кристалів, буде зрозуміло декілька нижче.) Він же преднложил загальний термін для рідких кристалів - «мезо морфная фаза». Цей термін відбувається від грецького слова «мезос» (проміжний), а вводячи його, Фрідель хотів підкреслити, що рідкі кристали займають пронмежуточное положення між істинними кристалами і рідинами як по температурі, так і по своїх физинческим властивостях. Нематические рідкі кристали в класифікації Фріделя включали вже згадувані вище холестерические рідкі кристали як підклас. Коли класифікація рідких кристалів була созданна, більш гостро встало питання: чому в природі реализунется рідкокристалічний стан? Повною відповіддю на подібне питання прийнято вважати створення микросконпической теорії. Але в той час на таку теорію не принходилось і сподіватися (до речі, послідовній микронскопической теорії ЖК не існує і до цього дня), тому великим кроком уперед було створення чеським вченим X. Цохером і голландцем С. Озерном феноменнологической теорії рідких кристалів, або, як її приннято називати, теорії пружності ЖК. У 30-х роках в СРСР В. К. Фредеріке і В. Н. Цветков першими вивчили ненобычные електричні властивості рідких кристалів. Можна умовно вважати, що розказане вище отнонсилось до предыстории рідких кристалів, до часу, коли дослідження ЖК велися нечисленними коллекнтивами. Сучасний етап вивчення рідких кристалів, який почався в 60-е роки і додав науці об ЖК сегоднняшние 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 зрозуміло і практично доведене, що в наш вік мікроелектроніки, що характеризується впровадженням микроминиатюрных електронних пристроїв, потребляюнщих нікчемні потужності енергії для пристроїв индинкации інформації, т. е. зв'язки приладу з людиною, наинболее відповідними виявляються індикатори на ЖК. Справа в тому, що такі пристрої відображення инфорнмации на ЖК природним образом вписуються в энернгетику і габарити мікроелектронних схем. Вони потребнляют нікчемні потужності і можуть бути виконані у вигляді мініатюрних індикаторів або плоских екранів. Все це зумовлює масове впровадження жидкокристалнлических індикаторів в системи відображення информанции, свідками якого ми є » теперішній час. Щоб усвідомити цей процес, досить вспомннить про години або мікрокалькулятори з жидкокристаллинческими індикаторами. Але цей тільки початок. На зміну традиційним і звичним пристроям йдуть жидконкристаллические системи відображення информации.jkbk часто буває, технічні потреби не тільки стимулюють розробку проблем, пов'язаних з практинческими додатками, але і часто примушують переоснмыслить загальне відношення до відповідного розділу науки. Так сталося і з рідкими кристалами. Зараз зрозуміло, що це найважливіший розділ фізики конденсиронванного стану.

Іншою важливою обставиною є те, що провідність в рідких кристалах носить іонний харакнтер. Це означає, що відповідальними за перенесення элекнтрического струму в ЖК є не електрони, як в менталлах, а набагато більш масивні частинки. Це полонжительно і негативно заряджені фрагменти моленкул (або самі молекули), що віддали або изнбыточный, що захопили електрон. З цієї причини електропровідність рідких кристалів сильно залежить від кількості і химинческой природи домішок, що містяться в них. У частнности, електропровідність нематика можна целенанправленно змінювати, додаючи в нього контрольована» кількість іонних добавок, як які можуть виступати деякі солі.

З сказаного зрозуміло, що струм в рідкому кристалі являє собою направлений рух іонів в системі орієнтованих паличок-молекул. Якщо іони уявити собі у вигляді кульок, то властивість нематика володіти провідністю вдовж директора в р. більше, чому, представляється абсолютно природним і поннятным. Дійсно, при русі кульок вдовж директора вони випробовують менше перешкод від молекул-паличок, чим при русі упоперек молекул-паличок. Внаслідок чого і потрібно чекати, що подовжня провідність об II буде перевершувати поперечну пронводимость.

Більш того модель кульок-іонів, що обговорюється в системі орієнтованих паличок-молекул з необходинмостью приводить до наступного важливого висновку. Рухаючись під дією електричного струму упоперек напряму директора (ми вважаємо, що поле приложенно упоперек директори), іони, стикаючись з молекуланми-паличками, будуть прагнути розвернути їх вдовж напряму руху іонів, т. е. вдовж напряму електричного струму. Ми приходимо до висновку, що електричний струм в рідкому кристалі повинен привондить до переорієнтації директора.

Експеримент підтверджує виведення розглянутої вище простої механічної проходження струму в рідкому кристалі. Однак в багатьох випадках ситуанция виявляється не такий простій, як може показатьнся на перший погляд.

Часто постійне напруження, прикладене до шара нематика, спричиняє внаслідок виниклого струму не однорідну зміну орієнтації молекул, а периодинческое в просторі обурення орієнтації директонра. Справа тут в тому, що, говорячи про орієнтуючий молекули нематика вплив іонів носіїв струму, ми поки що нехтували тим, що іони будуть вовленкать в свій рух також і молекули нематика. У рензультате такого залучення проходження струму в жиднком кристалі може супроводитися гидродинамичеснкими потоками, внаслідок чого може встановитися пенриодическое в просторі розподіл швидкостей течії рідкого кристала. Внаслідок обсуждавншейся в попередньому розділі зв'язку потоків рідкого кристала з орієнтацією директора в шарі нематика вознникнет періодичне обурення розподілу директора. Детальніше на цьому цікавому і важливому в принложении рідких кристалів явищі ми зупинимося нижче, розказуючи про электрооптике нематиков.

Флексоэлектрический ефект. Говорячи про форму монлекул рідкого кристала, ми поки апроксимувати її жорсткою паличкою. Чи А завжди така апроксимація хороша? Розглядаючи моделі структур молекул, можна прийти до висновку, що не для всіх з'єднань прибнлижение молекула-паличка найбільш адекватно їх форнме. Далі ми побачимо, що з формою молекул пов'язаний ряд цікавих, що спостерігаються на досвіді, властивостей жиднких кристалів. Зараз ми зупинимося на одній з таких властивостей рідких кристалів, пов'язаній з отклоненнием її форми від найпростішої молекули-палички, пронявляющемся в існуванні флексоэлектрического ефекту.

Цікаво, що відкриття флексоэлектрического эфнфекта, як іноді говорять об теоретичну предсказанниях, було зроблене на кінчику пера американським физинком Р. Мейером в 1969 році.

Розглядаючи моделі рідких кристалів, образонванных 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 передбачив, що молекули мають грушеобразную або банановидную форму. Далі він передбачив, що відхилення форми молекули від найпростішої, що розглядалася раніше, супроводиться виникненням у неї електричного дипольного моменту.

Виникнення дипольного моменту у молекули ненсимметричной форми - типове явище і пов'язано воно з тим, що розташування «центра тягаря» отрицантельного електричного заряду електронів в молекулі може бути декілька зміщено відносно «центра тягаря» позитивних зарядів атомних ядер моленкулы. Це відносне зміщення негативних і понложительных зарядів відносно один одного і привондит до виникнення електричного дипольного моменнта молекули. При цьому загалом молекула залишається нейтнральной, оскільки величина негативного заряду элекнтронов в точності рівна позитивному заряду ядер. Величина дипольного моменту рівна твору занряда одного із знаків на величину їх відносного зміщення. Направлений дипольний момент вдовж направнления зміщення від негативного заряду до положинтельному. Для грушеобразной молекули напрям динпольного моменту по симетричних міркуваннях повинно співпадати з віссю обертання, для банановидной молекули - направлено упоперек довгої осі.

Розглядаючи рідкий кристал таких молекул, легко зрозуміти, що без впливу на нього зовнішніх впливів дипольний момент макроскопічно малого, але, разуменется, вмісного велике число молекул об'єму жиднкого кристала, рівний нулю. Це пов'язано з тим, що напнравление директора в рідкому кристалі задається ориеннтацией довгих осей молекул, кількість же молекул, дипольний момент яких направлений по директору в ту і іншу сторону - для грушеобразных молекул, або для банановидных молекул - упоперек напряму динректора в ту і іншу сторону, однаково. У рензультате дипольний момент будь-якого макроскопиченского об'єму рідкого кристала рівний нулю, оскільки він рівний сумі дипольних моментів окремих молекул.

Так, однак, справа йде лише в неспотвореному обнразце. Стоїть шляхом зовнішнього впливу, наприклад менханического, спотворити, скажемо, зігнути його, як моленкулы почнуть шикуватися, і розподіл направленний дипольних моментів окремих молекул вдовж динректора для грушеподобных молекул і упоперек директонра для банановидных буде неравновероятным. Це означає, що виникає переважний напрям орієнтації дипольних моментів окремих молекул і, як наслідок, з'являється макроскопічний дипольний момент в об'ємі рідкого кристала. Причиною такого вишиковування є сферичні чинники, т. е. факнторы, що забезпечують найщільнішу упаковку молекул. НайЩільнішій упаковці молекул саме і відповідає таке вишиковування молекул, при якому їх дипольні моменти «дивляться» переважно в одну стонрону.

З макроскопічної точки зору розглянутий ефект виявляється у виникненні в шарі рідкого кристала електричного поля при деформації. Як видно з малюнка, це пов'язано з тим, що при выстраиваннии діполь на одній поверхні деформованого кристала виявляється надлишок зарядів одного, а на протилежній поверхні - іншого знака. Таким обрізом, наявність або відсутність флексоэлектрического ефекту несе інформацію про форму молекул і її дипольний момент. Для молекул-паличок такий ефект відсутній. Для щойно розглянутих форм моленкул ефект є. Однак, як вже, напевно, помітили найбільш уважні читачі, для грушеподобных і банановидных молекул для спостереження виникнення електричного поля в шарі треба викликати в ньому разлинчные деформації. Грушеподобных молекули дають эфнфект при поперечному згині, а банановидные - при подовжньому згині рідкого кристала

Передбачений теоретично флексоэлектрический ефект невдовзі був виявлений експериментально. Принчем на експерименті можна було користуватися як прянмым, так і зворотним ефектом. Це означає, що можна не тільки шляхом деформації ЖК індукувати в ньому електричне поле і макроскопічний дипольнный момент (прямий ефект), але і, прикладаючи до обнразцу зовнішнє електричне поле, викликати дефорнмацию орієнтації директора в рідкому кристалі.

Ми зрозуміли що таке рідкі кристали, ну а для чого ж вони потрібні?

Електронна гра, електронний словник і телевізор на жк»

Відомо, якою популярністю користувалася різна електронна гра, звичайне устанавливанемые в спеціальній кімнаті атракціонів в місцях обнщественного відпочинку або фойє кінотеатрів. Успіхи в розробці матричних рідкокристалічних дисплеїв зробили можливими створення і масове виробництво подібної гри в мініатюрному, так би мовити, кишеньковому иснполнении. Гра «Ну, постривай!», оснвоена вітчизняною промисловістю. Габарити цієї гри, як у записника, а основним її эленментом є рідкокристалічний матричний диснплей, на якому висвічуються зображення вовка, зайнца, курей і яєчок, що котяться по жолобах. Задача играющенго, натискаючи кнопки управління, примусити вовка, перенмещаясь від жолоба до жолоба, ловити ті, що скочуються з жолобів яички в кошик, щоб не дати їм впасти на землю і розбитися. Тут же відмітимо, що, крім разнвлекательного призначення, ця іграшка виконує роль годин і будильника, т. е. в іншому режимі роботи на дисплеї «висвічується» час і може подаватися звунковой сигнал в необхідний момент часу.

Ще один вражаючий приклад ефективності сонюза матричних дисплеїв на рідких кристалах і микронэлектронной техніки дають сучасні електронні словники, які почали випускати в Японії. Вони преднставляют собою мініатюрні обчислювальні машинки розміром із звичайний кишеньковий мікрокалькулятор, в пам'ять яких введені слова на двох (або більше) мовах і які забезпечені матричним дисплеєм і кланвиатурой з алфавітом. Набираючи на клавіатурі слово на одній мові, ви вмить отримуєте на дисплеї його переклад на іншу мову. Уявіть собі, як улучшитнся і полегшиться процес навчання іноземним язынкам в школі і у вузі, якщо кожний учень буде снабнжен подібним словником) А спостерігаючи, як швидко изденлия мікроелектроніки впроваджуються в наше життя, можна з упевненістю сказати, що такий час не за горами) Легко представити і шляхи подальшого совершенствованния таких словників-перекладачів: переводиться не одне слово, а ціла пропозиція. Крім того, переклад монжет бути і озвучений. Словом, впровадження таких словників-перекладачів обіцяє революцію у вивченні мов і техніці перекладу.

Вимоги до матричного дисплея, що використовується як екран телевізора, виявляються значно вище як по швидкодії, так і по числу елементів, чим в описаних вище електронній іграшці і словнику-перекладачі. Це стане зрозумілим, якщо пригадати, що відповідно до телевізійного стандарту изображенние на екрані формується з 625 рядків (і приблизинтельно з такого ж числа елементів складається кожний рядок), а час запису одного кадру 40 мс. Тому практична реалізація телевізора з жидкокристаллинческим екраном виявляється більш важкою задачею. Проте, в наяности перші успіхи в технічному рішенні і цієї задачі. Так, японська фірма «Соні» налагодила пронизводство мініатюрного, що уміщається практично на долоні телевізора з чорно-білим зображенням і розміром екрана 3,6 див. Безсумнівно, в майбутньому удастнся створити телевізори на ЖК як з більш великими экнранами, так і з кольоровим зображенням.

Союз мікроелектроніки і рідких кристалів оказынвается надзвичайно ефективним не тільки в готовому виробі, але і на стадії виготовлення інтегральних схем. Як відомо, одним з етапів виробництва мікросхем є фотолітографія, яка складається в нанесенні на поверхню напівпровідникового матеріалу специнальных масок, а потім у витравленні за допомогою фотографічної техніки так званих літографічних вікон. Ці вікна внаслідок подальшого процесу пронизводства перетворюються в елементи і з'єднання минкроэлектронной схеми. Від того, наскільки малі разменры відповідних вікон, залежить число елементів схеми, які можуть бути розміщені на одиниці площі напівпровідника, а від точності і якості витравлення вікон залежить якість мікросхеми. Вище вже говорилося про контроль якості готових мікросхем за допомогою холестерических рідких кристалів, які візуалізують поле температур на працюючій схемі і дозволяють виділити дільниці схеми з аномальним тепловиділенням. Не менш корисним виявилося застосування рідких кристалів (тепер уже нематических) на стадії контролю якості літографічних робіт. Для цього на напівпровідникову пластину з протравленими литогранфическими вікнами наноситься орієнтований шар нематика, а потім до неї прикладається електричне напруження. У результаті в поляризованому світлі картина " витравлених вікон виразно візуалізується. Більш того цей метод дозволяє виявити дуже малі по розмірах неточності і дефекти літографічних робіт, 1 протяжність яких всього 0,01 мкм.

Деякий час тому необычнной популярністю в США користувалася новинка ювенлирного виробництва, що отримала назву «перстень настрою». За рік було продано 50 мільйонів таких перснів, т. е. практично кожна доросла жінка мала цей ювелірний виріб. Що ж залучило вниманние любителі біжутерії до цього персня? Виявляється, він володів абсолютно містичною властивістю реагиронвать на настрій його власника. Реакція полягала в тому, що колір камінчика персня слідував за настроєм вландельца, пробігаючи всі кольори райдуги від червоного до фионлетового. Ось це поєднання таємничої властивості угандывать настрій, декоративность персня, обеспечинваемая яскравим і змінним забарвленням камінчика, плюс низька ціна і забезпечили успіх персню настрою.

Мабуть, саме тоді уперше широка маса столнкнулись із загадковим терміном «рідкі кристали». Справа в тому, що кожному власнику персня хотілося знати його секрет стеження за настроєм. Однак нинчего глуздом не було відомо, говорилося, тільки, що камінчик персня зроблений на рідкому кристалі. Для читантеля, який знайомий з рідкими кристалами, треба сденлать уточнення - на холестерическом рідкому кристалі, а секрет персня настрою пов'язаний з його дивними оптичними властивостями. Тим, який тільки чув про рідкі кристали, а можливо, і не чув про них взагалі, щоб розкрити секрет персня настроенния, необхідно спочатку познайомитися з тим, що таке рідкі кристали, і тоді він дізнається не тільки про те, як рідкі кристали дозволяють стежити за настроенинем людину, але і про багатьох інших дивних їх властивостей і практичні застосування.

ПРО МАЙБУТНІ ЗАСТОСУВАННЯ РІДКИХ КРИСТАЛІВ

Рідкі кристали сьогодні і завтра. Багато які оптиченские ефекти в рідких кристалах, об яку рассказынвалось вище, вже освоєні технікою і використовуються у виробах масового виробництва. Наприклад, всім изнвестны години з індикатором на рідких кристалах, але не всі ще знають, що ті ж рідкі кристали использунются для виробництва наручних годин, в які встронен калькулятор. Тут вже навіть важко сказати, як нанзвать такий пристрій, чи то години, чи то комп'ютер. Але це вже освоєні промисловістю вироби, хоч всього десятиріччя назад подібне здавалося нереальним. Перспективи ж майбутніх масових і ефективних принменений рідких кристалів ще більш дивні. Понэтому варто розказати про декількох технічних ідей застосування рідких кристалів, які поки що не реалізовані, але, можливо, в найближчі декілька років послужать основою створення пристроїв, які стануть для нас такими ж звичними, якими, скажемо, зараз є транзисторні приймачі.

Керовані оптичні транспаранти. Розглянемо приклад досягнення наукових досліджень в 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 чисте технологиченского характеру. Хоч принципово можливість сонздания таких екранів продемонстрована, однак а зв'язки зі складністю їх виробництва при сучасній технології їх вартість виявляється дуже високою. Понэтому виникла ідея створення проекційних пристроїв на рідких кристалах, в яких зображення, полученнное на рідкокристалічному екрані малого розміру могло б бути спроектовано в збільшеному вигляді на звичайний екран, подібно тому, як це відбувається в кінотеатрі з кадрами кіноплівки. Виявилося, що такі пристрої можуть бути реалізовані на рідких кристалнлах, якщо використати сэндвичевые структури, в котонрые поряд з шаром рідкого кристала входить шар фотополупроводника. Причому запис зображення в рідкому кристалі, здійснюваний з допомогою фотопонлупроводника, проводиться променем світла. Про подібний проектор вже розказувалося в розділі VII. Тепер же познайомимося з фізичними явищами, встановленими в основу його роботи.

Принцип запису зображення дуже простий. У отсутстнвие підсвічування фотополупроводника його провідність дуже мала, тому практично вся різниця потенцианлов, подана на електроди оптичного осередку, в котонрую ще додатково введений шар фотополупроводнника, падає на цьому шарі фотополупроводника. При цьому стан рідкокристалічного шара відповідає відсутності напруження на ньому. При підсвічуванні фотопонлупроводника його провідність різко зростає, оскільки світло створює в ньому додаткових носіїв струму (вільні електрони і дірки). У результаті происхондит перерозподіл електричних напружень в осередку - тепер практично все напруження падає на рідкокристалічному шарі, і стан шара, в частнонсти, його оптичні характеристики, змінюються соответнственно величині поданого напруження. Таким чином, змінюються оптичні характеристики жидкокристалнлического шара внаслідок дії світла. Ясно, що при цьому в принципі може бути використаний будь-який электрооптический ефект з описаних вище. Практинчески, звісно, вибір электрооптического ефекту в танком сэндвичевом пристрої, званому электрооптическим транспарантом, визначається нарівні з необхідними оптичними характеристиками і чисто технологічними причинами.

Важливо, що в транспаранті, що описується зміна оптичних характеристик рідкокристалічного шара відбувається локально - в точці засветки фотополупронводника. Тому такі транспаранти володіють дуже вынсокой дозволяючою здатністю. Так, об'єм информанции, що міститься на телевізійному екрані, може бути записаний на транспаранті розмірами менше за 1х1 см2.

Описаний спосіб запису зображення, крім всенго іншого, володіє великими достоїнствами, оскільки він робить непотрібним складну систему комутації, т. е. систему підведення електричних сигналів, яка застосовується в матричних екранах на рідких кринсталлах.

Просторово-часові модулятори світла. Упнравляемые оптичні транспаранти можуть бути испольнзованы не тільки як елементи проекційного устройнства, але і виконувати значне число функцій, свянзанных з перетворенням, зберіганням і обробкою опнтических сигналів. У зв'язки з тенденціями розвитку ментодов передачі і обробки інформації з использованнием оптичних каналів зв'язку, що дозволяють збільшити швидкодію пристроїв і об'єм инфорнмации, що передається, керовану оптичні транспаранти на жиднких кристалах представляють значний інтерес і з цієї точки зору. У цьому разі їх ще прийняте назынвать просторово-часовими модуляторами світла (ПВМС), або світловими клапанами. Перспективи і маснштабы застосування ПВМС в пристроях обробки оптинческой інформації визначаються тим, наскільки сенгодняшние характеристики оптичних транспарантів монгут бути поліпшені у бік досягнення максимальної чутливості до керуючого випромінювання, повышенния швидкодії і просторового дозволу світлових сигналів, а також діапазону довжин хвиль излученния, в якому надійно працюють ці пристрої. Як вже відмічалося, одна з основних проблем - це пробнлема швидкодії рідкокристалічних елементів, однак вже досягнуті характеристики модуляторів світла дозволяють абсолютно визначено затверджувати, що вони помістяться значну в системах обработнки оптичної інформації. Нижче розказується об рянде можливих застосувань модуляторів світла.

Передусім, відмітимо високу чутливість модуляторів світла до керуючого світлового потоку, яка характеризується інтенсивністю світлового понтока. Крім того, досягнутий високий просторовий дозвіл сигналу - біля 300 ліній на 1 мм. Спектральний діапазон роботи мондуляторов, виконаних на різних полупроводниконвых матеріалах, перекриває довжини хвиль від ультрафионлетового до ближнього інфрачервоного випромінювання. Дуже важливо, що в зв'язку із застосуванням в модуляторах фотонполупроводников вдається поліпшити тимчасові характенристики пристроїв в порівнянні з швидкодією собнственно рідких кристалів. Так, модулятори світла за рахунок властивостей фотополупроводника можуть зарегистриронвать оптичний сигнал тривалістю всього менше 1 з. Зрозуміло, зміна оптичних характеристик рідкого кристала в точці реєстрації сигналу происнходит із запізнюванням, т. е. більш повільно, в соответнствии з часом зміни оптичних характеристик рідкого кристала при накладенні на нього (або знятті) електричного поля.

Які ж, крім функцій, що вже обговорювалися, можуть виконувати модулятори світла? При відповідному поднборе режиму роботи модулятора вони можуть виділяти контур зображення, що проектується на нього. Якщо коннтур переміщається, то можна візуалізувати його двинжение. При цьому істотно, що довжина хвилі записынвающего зображення випромінювання і прочитуючого излунчения можуть відрізнятися. Тому модулятори світла понзволяют, наприклад, візуалізувати інфрачервоне изнлучение, або за допомогою видимого світла модулювати пучки інфрачервоного випромінювання, або створювати изобранжения в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль.

У іншому режимі роботи модулятори світла можуть виділяти області, піддані нестаціонарному освенщению. У цьому режимі роботи з всього зображення виділяються, наприклад, що тільки переміщаються по изонбражению світлові точки, або мерехтливі його дільниці. Модулятори світла можуть використовуватися як підсилювачі яскравості світла (в 10^-10° раз і більш) В зв'язку же з їх високою просторовою дозволяючою здатністю їх використання виявляється еквівалентним підсилювачу з дуже великим (10"-10^) числом каналів. Перераховані функціональні можливості оптичних модуляторів дають Підставу використати їх 6 численних задачах обробки оптичної инфорнмации, таких як розпізнавання образів, придушення понмех, спектральний і кореляційний аналіз, интерфенрометрия, в тому числі запис голограмм в реальному маснштабе часі, і т. д. Наскільки широко перечисленнные можливості рідкокристалічних оптичних мондуляторов реалізовуються в надійні технічні устройнства, покаже найближче майбутнє.

Оптичний мікрофон. Щойно було розказано про управління світловими потоками за допомогою світла. Однак в системах оптичної обробки інформації і зв'язку виникає необхідність перетворювати не тільки світлові сигнали в світлові, але і інші самі різноманітні впливи в світлові сигнали. Такими впливами можуть бути тиск, звук, температура, деформація і т. д. І ось для перетворення цих возндействий в оптичний сигнал рідкокристалічні уснтройства виявляються знов-таки дуже зручними і пернспективными елементами оптичних систем.

Звісно, існує маса методів перетворювати перераховані впливи в оптичні сигнали, однанко переважна більшість цих методів пов'язана снанчала з перетворенням впливу в електричний сигнал, за допомогою якого потім можна управляти світловим потоком. Таким чином, методи ці двустунпенчатые і, отже, не такі уже прості і эконномичные в реалізації. Перевага застосування з цією метою рідких кристалів складається в тому, що з їх допомогою самі різноманітні впливи можна ненпосредственно переводити в оптичний сигнал, що устнраняет проміжна ланка в ланцюгу воздействие-свентовой сигнал, а значить, вносить принципове упрощенние в управління світловим потоком. Інше достоинстнво ЖК-елементів в тому, що вони легко сумісні з узнлами волоконно-оптичних пристроїв.

Щоб проілюструвати можливості з допомогою ЖК управляти світловими сигналами, розкажемо об приннципе роботи «оптичного мікрофона» на ЖК-устройнства, запропонованого для безпосереднього перекладу акустичного сигналу в оптичний.

Принципова схема пристрою оптичного микнрофона дуже проста. Його активний елемент являє собою орієнтований шар нематика. Звукові коливання створюють періодичні у часі деформації шара, зухвалі також переорієнтації молекул і модуляцію поляризації (інтенсивності) минаючого поляризованого світлового потоку.

Дослідження характеристик оптичного мікрофона на ЖК, виконані в Акустичному інституті АН СРСР, показали, що по своїх параметрах він не поступається сунществующим зразкам і може бути використаний в опнтических лініях зв'язку, дозволяючи здійснювати непосреднственное перетворення звукових сигналів в оптиченские. Виявилося також, що майже у всьому температурному інтервалі існування нематической фази його акустооптические характеристики практично не змінюються

[9]-Перш ніж перейти наприклад іншому можливого

застосування ЖК в оптичних лініях зв'язку, нагадаємо, що оптичне волокно являє собою оптичний хвилевід. Світло з цього хвилевода не виходить назовні по тій причині, що зовні на волокно нанесене покрынтие, діелектрична проникність якого більше, ніж у внутрішній частині волокна, внаслідок чого пронисходит повне внутрішнє відображення світла на межі внутрішньої частини і зовнішнього покриття. Хвилеводний ренжим поширення світла у волокні. можливо, також досягнуть не тільки за рахунок різкої діелектричної межі, але і при плавній зміні показника преломнления (діелектричної проникності) від середини до поверхні хвилевода.

Аналогічно з оптичними волокнами в тонкому шарі рідкого кристала також може бути реалізований волнонводный режим поширення світла вдовж шара, якщо забезпечити відповідну зміну диэлектриченской проникності в межах товщини шара. А як ми знаємо, зміни діелектричних характеристик в ЖК можна добитися зміною орієнтації директора (довгих осей молекул). Виявляється, в шарі нематика або холестерину можна, наприклад, шляхом додатку електричного поля забезпечити такий характер измененния орієнтації директора по товщині, що для опреденленной поляризації світла такий шар виявляється оптинческим хвилеводом.

Кожний побачить тут очевидну аналогію між опнтическим волокном-хвилеводом і жидкокристалличенским хвилеводом. Але є тут і дуже существеннная різниця. Ця різниця складається в тому, що якщо диэлекнтрические характеристики оптичного волокна, а следонвательно, і його хвилеводні властивості, незмінні і форнмируются при його виготовленні, то діелектричні, а отже, і хвилеводні властивості ЖК-хвилевода легко змінювати шляхом зовнішніх впливів.

Це означає, наприклад, що якщо жидкокристалличенский хвилевід включений в канал волоконного зв'язку, то світловий потік, що йде по цьому каналу, можна модунлировать, міняючи характеристики ЖК-елемента. У пронстейшем випадку це може бути просто переривання свентового потоку, яке може відбуватися в ЖК-елементі при такому перемиканні електричного сигналу на ньому, яке приводить до зникнення його хвилеводних властивостей. До речі сказати, цей же ЖК-елемент може виконувати і функції оптичного мікрофона, якщо він влаштований так, що акустичний сигнал викликає в ньому вознмущение орієнтації директора.

Як зробити стереотелевизор. Як ще одне заманливе, несподіване і що стосується практично всіх застосувань рідких кристалів варто назвати ідею створення системи стереотелевидения із застосуванням рідких кристалів. Причому, що представляється особеннно заманливим, така система «стереотелевидения на рідких кристалах» може бути реалізована ціною дуже простої модифікації передаючої телекамери і донполнением звичайних телевізійних приймачів специнальными очками, скло яких забезпечене рідкокристалічними фільтрами.

Ідея цієї системи стереотелевидения надзвичайно проста. Якщо врахувати, що кадр зображення на телеэкранне формується порядково, причому так, що спочатку вынсвечиваются непарні строчки, а потім парні, то з понмощью очок з рідкокристалічними фільтрами легнко зробити так, щоб праве око, наприклад, бачив тольнко парні строчки, а лівий - непарні. Для цього достанточно синхронізувати включення і вимкнення жидконкристаллических фільтрів, т. е. можливість воспрининмать зображення на екрані навперемінно то одним, то іншим оком, роблячи навперемінно прозорим то одне, то інше скло очок з висвіченням парних і нечетнных рядків.

Тепер абсолютно ясно, яке ускладнення передаюнщей телекамери дасть стереоэффект телеглядачу. Нандо, щоб передаюча телекамера була стерео, т. е. щоб вона володіла двома об'єктивами, соответствуюнщими сприйняттю об'єкта лівим і правим оком челонвека, парні строчки на екрані формувалися з понмощью правого, а непарні-за допомогою лівого обънектива передаючої камери.

Система очок з рідкокристалічними фильтранми-затворами, синхронізованими з роботою телевинзора, може виявитися непрактичною для масового принменения. Можливо, що більш конкурентоздатної оканжется стереосистема, в якій скло очок забезпечене звичайними поляроидами. При цьому кожне з скла очнков пропускає лінійно-поляризоване світло, площина поляризації якого перпендикулярна площині полянризации світла, що пропускається другим склом. Стерео ж ефект в цьому випадку досягається за допомогою жидконкристаллической плівки, нанесеною на екран телевизонра і проникною від парних рядків світло однієї линейнной поляризації, а від непарних-інший лінійної понляризации, перпендикулярної першої.

Яка з описаних систем стереотелевидения буде реалізована або виживе зовсім інша система, покаже майбутнє.

Очки для космонавтів. Знайомлячись раніше з маскою для електрозварника, а тепер з очками для стереотелевидения, б помітили, що в цих пристроях керований рідкокристалічний фільтр перекриває відразу все поле зору одного або обох очей. Між тим сущестнвуют ситуації, коли не можна перекривати все поле зору людини і в той же час необхідно перекрити отндельные дільниці поля зору.

Наприклад, така необхідність може виникнути у космонавтів в умовах їх роботи в космосі при чрезнвычайно яскравому сонячному освітленні, не ослабленому ні атмосферою, ні хмарністю. Цю задачу як у разі маски для електрозварника або очок для стереотеленвидения дозволяють вирішити керовані рідкокристалічні фільтри.

Ускладнення очок в цьому випадку складається в тому, що поле зору кожного ока тепер повинен перекривати не один фільтр, а декілька незалежно керованих фільтрів. Наприклад, фільтри можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець з центром в центрі скла очок або у вигляді смужок на склі очок, кожна з яких при включенні перекриває тільки частину поля зору ока.

Такі очки можуть бути корисні не тільки космонавнтам, але і людям інших професій, робота яких монжет бути пов'язана не тільки з яскравим нерозсіяним освенщением, але і з необхідністю сприймати великий обсяг зорової інформації.

Наприклад, в кабіні пілота сучасного літака безліч панелей приладів. Однак не всі з них потрібні пілоту одночасно. Тому использонвание пілотом очок, що обмежують поле зору, монжет бути корисним і що полегшує його роботу, оскільки допомагає зосереджувати його увагу тільки на частині потрібних в даний момент приладів і усуває отвлеканющее вплив не потрібної в цей момент інформації. Звісно, у разі пілота можна піти і по-іншому пунти поставити ЖК-фільтри на індикатори приладів, щоб мати можливість екранувати їх свідчення.

Подібні очки будуть дуже корисні також в биомендицинских дослідженнях роботи оператора, пов'язаної з сприйняттям великої кількості зорової инфорнмации. Внаслідок таких досліджень можна виявити швидкість реакції оператора на зорові сигнали, опнределить найбільш важкі і втомливі етапи в його роботі і в кінцевому результаті знайти спосіб оптимальної організації його роботи. Останнє означає визначити нанилучший спосіб розташування панелей приладів, тип індикаторів приладів, колір і характер сигналів различнной міри важливості і т. д.

Фільтри подібного типу і індикатори на рідких кристалах, безсумнівно, знайдуть (і вже знаходять) широке застосування в кіно-, фотоаппаратуре. У цих цілях вони привабливі тим, що для управління ними потрібно нікчемна кількість енергії, а в ряді випадків позвонляют виключити з апаратури деталі, що здійснюють механічні рухи. А як відомо, механічні системи часто виявляються найбільш громіздкими і неннадежными.

Які механічні деталі кіно-, фотоаппаратуры є у вигляду? Це передусім діафрагми, фильтнры - ослабители світлового потоку, нарешті, прерыватенли світлового потоку в киносъемочной камері, синхронинзованные з переміщенням фотоплівки і обеспечиваюнщие покадровое її експонування.

Принципи пристрою таких ЖК-елементів ясні з попереднього. Як переривники і фильтров-оснлабителей природно використати ЖК-осередки, в котонрых під дією електричного сигналу змінюється пропускання світла по всій їх площі. Для діафрагм без механічних частин системи осередків у вигляді коннцентрических кілець, яких можуть під дією элекнтрического сигналу змінювати площу проникного світло прозорого вікна. Потрібно також відмітити, що слонистые структури, вмісні рідкий кристал і фотонполупроводник, т. е. елементи типу керованих опнтических транспарантів, можуть бути використані не тільки як індикатори, наприклад, експозиції, але і для автоматичної установки діафрагми в кіно-, фотоаппаратуре.

При всій принциповій простоті пристроїв, що обговорюються їх широке впровадження в масову продукцію залежить від ряду технологічних питань, пов'язаних із забезпеченням тривалого терміну роботи ЖК-елементів, їх роботи в широкому температурному інтервалі, нанконец, конкуренції з традиційними і технічними рішеннями, що устоялися і т. д. Однак розв'язання всіх цих проблем - це тільки питання часу, і скоро, нанверное, важко буде собі представити довершений фонтоаппарат, не вмісний ЖК-пристрою.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка