Жидкие кристаллы.

Жидкий кристалл (ЖК) – особое мезоморфное состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают одновременно текучестью жидкостей и анизотропией кристаллического типа, характерной для твердого тела. Молекулы имеют палочкообразную форму с чередованием атомных группировок с параллельностью взаимной укладки. Это материал молекулярной электроники.

Жидкие кристаллы открыты в 1888 году австрийским ботаником Рейнитцером. Применяются для индикаторных устройств электроники. Сильная зависимость свойств от температуры, давления, энергии и др. Известны 3000 органических соединений этого вида. Жидкие кристаллы содержат бензольные кольца в молекулах соединений ароматического ряда.

 

 

 

 

Это МББА – метоксибензилиден – N – бутиланилин.

Строение жидких кристаллов бывает 3х типов (см. рис.2.3.2): смектическое (с параллельным ровным расположением молекул и группировкой по слоям), нематическое (с параллельным расположением молекул, но хаотическим сдвигом вдоль осей), холестерическое (регулярное расположение с дополнительным винтообразным закручиванием молекулы в направлении, перпендикулярном их длинным осям). Шаг винта 300 нм, получается интерференционный фильтр по отношению к свету, т.е. световые лучи испытывают селективное отражение как при дифракции рентгеновских лучей на кристаллических решетках твердых тел. Периоды L спирали – сотни нанометров, поэтому длины волн , удовлетворяющие условию Вульфа-Брэгга, соответствуют видимой области света: , где - угол падения лучей, m-порядок дифракционного максимума.

Окраска жидких кристаллов в отраженном свете зависит от угла наблюдения и от температуры (термохромный эффект), что используют для визуализации тепловых и СВЧ полей (картина теплового поля).

Для дисплеев используются смеси нематических жидких кристаллов с электрооптическим эффектом. При внешнем физическом воздействии возникает оптическая и диэлектрическая анизотропия, т.е. изменения показателя преломления. Это приводит к рассеиванию света и полевому «твист» - эффекту (раскрутке нематической фазы): нет внешнего электрического поля Е – мутный жидкий кристалл, есть поле Е – жидкий кристалл прозрачный. Это явление используется в черно-белых дисплеях при работе с отраженным светом.

Для цветных дисплеев создают 60% смесь ЭББА () с МББА () и вводят в жидкие кристаллы фильтрующие свет красители.

Диаграмма состояний этой смеси имеет эвтектику на 60% МББА. Жидкий кристалл может существовать в интервале температур от + 80 до – 20 градусов Цельсия.

 

 

Рис 2.3.1. Диаграмма состояния смеси жидких кристаллов.

1 – изотропная жидкость,2 – нематическая фаза жк,3 – смесь жк и твердой фазы,4 – твердое состояние (солидус).

 

Принципиальные недостатки ЖК устройств: невысокое быстродействие и старение.

Свойства ЖК. сильно зависят от внешних воздействий. Электрическими потенциалами можно создавать группировки с разной локальной прозрачностью Ж.к.

Ж.к. по принципу светоотдачи относятся к пассивным, т.к. работают по отраженному внешнему освещению при электрооптических эффектах. Используются для модуляции светового потока. В свет вносится пространственно распределенная по сечению пучка информация в виде изменения плоскости поляризации и направления.

а)

 

б)

 

в)

Рис.2.3.2.Расположение молекул в нематическом (а), смектическом (б) и холестерическом (в) жидких кристаллах