Жидкие кристаллы
Информация - Физика
Другие материалы по предмету Физика
а на алгебраическую матрицу, т.е. прямоугольную таблицу математических символов. Матрица состоит из X строк и Y столбцов. Её число элементов равно произведению XY, хотя число выводов составляет всего лишь сумму X+Y. Так при большом количестве элементов X=Y=100, требуется всего лишь 200 выводов вместо 10 000, как это было бы в случае мозаичного экрана. Это и является главным преимуществом матричной системы.
Стёкла складываются электродами внутрь в бутербродную конструкцию с зазором шириной в несколько микрометров, фиксируемые специальными прокладками. Жидкий кристалл помещается в зазор. Если стёкла не были предварительно обработаны для получения закрученной ориентации, то можно наблюдать эффект Фредерикса на любом из элементов матрицы, куда будет подано напряжение. Для построчного возбуждения на одну из горизонтальных шин подаётся возбуждающий импульс вполне определённой амплитуды, а на все вертикальные шины одновременно - информационные импульсы, несущие сведения об изображении. В результате все элементы указанной строки загораются одновременно, но с разной яркостью, заданной амплитудами информационных импульсов. Затем возбуждающий импульс передаётся на следующую строку и так далее. Если необходимо получить стандартный кадр из 600 строк, то надо записать строку за 60 мкс и сохранить эту запись в течение всего кадра. Активная научная работа за последние 20 лет позволила преодолеть нехватку инерционности жидких кристаллов и достигнуть памяти Твыкл/Твкл=600.
Тот же принцип, что и в телевизионном экране, используется в сложных матричных экранах современных электронных словарей. На компактной клавиатуре набирается русское слово и тотчас на жидкокристаллическом экране отображается его английский эквивалент. При наличии большой памяти электронный словарь может оперировать сразу несколькими языками и совершать переводы не только отдельных слов, но и целых предложений.
Конвекция
Чтобы подробно рассмотреть этот раздел, необходимо представить себе жидкокристаллический поток. Этот вопрос можно разбить на два раздела. Во-первых, надо понять, как скорость течения зависит от строения текущего вещества. Во-вторых, каковы будут оптические характеристики текущей жидкости, если эта жидкость - жидкий кристалл.
Более 60 лет назад советский физик В. Цветков поставил очень простой на вид эксперимент. Измерялась скорость вытекания жидкого кристалла из круглого капилляра, помещённого в зазор довольно сильного магнита. Использовался классический пара-азоксианизол (ПАА).
В. Цветков заметил, что при включении магнитного поля скорость вытекания жидкого кристалла замедляется примерно вдвое, а это равносильно тому, что вдвое увеличилась вязкость жидкости. Специально поставленные эксперименты показали, что магнитное поле, как и электрическое, ориентирует молекулы жидкого кристалла, причём выстраивает молекулярные оси параллельно своему направлению.
Вспомним о том, что вязкость - это внутренне молекулярное трение в жидкости. Если два соседних слоя жидкости текут с разными скоростями, то трение зависит от того, насколько легко молекулы медленного слоя будут проскакивать в быстрый и наоборот. Теперь результаты опыта становятся понятными. Молекулам легче продвигаться в направлении вдоль их длинных осей, чем в поперечном направлении. Торможение быстрых молекул идёт гораздо сильнее при вытекании нематика с включённым полем. Так включение поля приводит к увеличению молекулярного трения, т.е. к увеличению вязкости. Значит, скорость течения жидкого кристалла зависит от ориентации его молекул, т.е. его оптической оси, а течение ориентирует его молекулы, т.е. оптическую ось. В разных условиях эти явления могут проявляться порознь, а могут и оба одновременно.
От вязкости зависит и такое явление как конвекция. Более интересной является конвекция, вызванная протеканием электрического тока через нематик.
Чтобы сквозь вещество шёл ток, необходимы свободные заряды. Жидкие кристаллы состоят из сложных, но в среднем электрически незаряженных органических молекул. Чтобы получить ион, надо оторвать хотя бы один электрон или посадить лишний. Несмотря на то, что это не так легко сделать (на это нужны энергии порядка единиц электронвольт, что приблизительно эквивалентно нагреву вещества до 10 000 К), но всё-таки такие ионы, как положительные, так и отрицательные, образуются. Чаще всего это происходит за счёт потери или приобретения электрона примесями, имеющимися в жидком кристалле. Но даже и в самом чистом веществе без единой чужеродной молекулы ионы бы образовывались, но уже за счёт космического излучения или ионизации молекул самого жидкого кристалла в области сильного электрического поля вблизи электродов.
Таким образом, будем считать, что ионы имеются. При этом число положительных и отрицательных зарядов равно друг другу не только по всему образцу в целом, но и в каждом произвольно выбранном малом объёме. При выполнении этого условия электронейтральности получается выигрыш в электростатической силе взаимодействия ионов. Но так бывает не всегда: могут обнаружиться причины, приводящие к нарушению нейтральности. Рассмотрим такой случай, т.к. так можно получить ориентационную картину с использованием внешнего электрического поля.
Допустим, что мы с самого начала имеем ориентированный жидкий кристалл, который находится между обкладками плоского электрического конденсатора. Допустим, что положительные и отрицательные ионы ра