Оптоэлектроника - Карих Е.Д.
Скачать (прямая ссылка):
Твист-эффект. Твист-эффект (от английского twist - закручивать) наблюдается в нематических жидких кристаллах с положительной диэлектрической анизотропией (рис. 15.2).
а б
Рис. 15.2. Твист-эффект в жидком кристалле:
а - расположение молекул в отсутствие электрического поля; б - при его наличии
I I Vl V
Схема наблюдения эффекта показана на рис. 15.3. Жидкий кристалл помещают между двумя прозрачными пластинами, каждая из которых предварительно подвергается шлифовке при поступательном движении.
93
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
В результате такой обработки пластины приобретают свойство ориентировать близлежащие молекулы ЖК в направлении движения, имевшего место при шлифовке. Пластины ориентируются друг относительно друга таким образом, чтобы направления шлифовки были взаимно перпендикулярны. Молекулы жидкого кристалла, помещенного между пластинами, изменяют свою ориентацию от слоя к слою по спирали с полным углом поворота у противоположной пластины на п/2 . На каждую пластину наносится пленочный поляроид и прозрачные электроды.
б
P n E t k а E r AE
n N ’
Рис. 15.3. Схема наблюдения твист-эффекта: а - просветленное состояние жидкокристаллической ячейки (U = 0); б -затемненное состояние (U # 0)
Слой скрученного нематика вращает плоскость поляризации падающего света на угол п/2 . Так как еa > 0, при наложении поля молекулы жидкого кристалла ориентируются вдоль его силовых линий, закрученное состояние ЖК исчезает и ячейка перестает поворачивать плоскость поляризации проходящего света. Если оси поляроидов скрещены, то в отсутствие поля свет будет проходить через ячейку, а при его наложении - нет. В отличие от эффекта динамического рассеяния, для возникновения твист-эффекта не требуется протекания тока через кристалл. Управляющее напряжение для твист-эффекта составляет единицы или доли вольта. Длительность переходного процесса между прозрачным и затемненным состояниями ячейки составляет 30 - 200 мс.
Эффект "гость - хозяин". Для наблюдения эффекта в жидкий кристалл (хозяин) вводятся молекулы красителя (гость), которые так же как и молекулы ЖК, имеют вытянутую форму. Поэтому оба вида молекул выстраиваются параллельно поверхностям пластин (рис. 15.4 а).
Свет определенной длины волны поглощается молекулой красителя только в том случае, когда ее ось параллельна электрическому вектору световой волны (в этом случае энергия световых колебаний расходуется на движение электронов от одного конца молекулы к другому). Если диэлектрическая анизотропия кристалла положительна (еa > 0), то при подаче на ячейку напряжения, поле повернет молекулы жидкого кристалла, а вслед за ними и молекулы красителя, вдоль линий поля. В этом состоянии жидкокристаллическая ячейка перестает поглощать падающее на нее излучение, то есть становится прозрачной (рис. 15.4 б, в).
94
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
Рис. 15.4. Эффект "гость - хозяин" в жидком кристалле:
а - расположение молекул в отсутствие электрического напряжения на ячейке; б - то же при приложении напряжения к ячейке; в - спектральная зависимость коэффициента поглощения света в жидкокристаллической ячейке в отсутствие (1) и при наличии (2)
напряжения
Краситель, спектр поглощения которого зависит от ориентации молекул по отношению к вектору напряженности падающей световой волны, называется плеохроическим (это свойство называют также дихроизмом красителя). Если к жидкому кристаллу подмешать плеохроический краситель, то путем изменения напряжения можно задавать ориентацию молекул красителя и изменять спектральный состав излучения, прошедшего через ячейку. Другими словами, можно управлять не только интенсивностью прошедшего излучения, но и его цветом.
Управляющее напряжение на ячейке в составляет 2 - 10 В, длительность переходных процессов - около 30 - 500 мс.
Другие электрооптические явления в жидких кристаллах. Кроме рассмотренных выше, существуют и другие физические явления, которые могут быть использованы для построения систем отображения информации и управления световыми потоками в жидких кристаллах.
Эффект деформации вертикально ориентированной фазы. Известно, что на ориентацию молекул ЖК оказывает влияние состояние поверхностей пластин жидкокристаллической ячейки. Если эти поверхности обработать определенным поверхностно-активным веществом, то можно получить гомогенную (параллельную пластинам) или гомеотропную (перпендикулярную пластинам) ориентацию молекул (рис. 15.5).
Рис. 15.5. Упаковка молекул в жидком кристалле: а - гомогенная; б - гомеотропная
На основе молекул с отрицательной диэлектрической анизотропией создают ячейку с гомеотропной упаковкой молекул. Ячейку помещают между скрещенными поляризатором и анализатором. Пройдя через поляризатор свет оказывается линейно поляризованным. Так как жидкий
95
PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version http://www.fineprint.com
кристалл обладает свойством двойного лучепреломления, после прохождения ЖК-ячейки свет становится эллиптически поляризованным. При подаче на ячейку напряжения происходит переориентация молекул в направлении, параллельном пластинам, и характер двойного лучепреломления изменяется. В соответствии с этим будет изменяться и доля света, проходящего через анализатор. Так как интенсивность проходящего через устройство света зависит от длины волны излучения, то путем изменения напряжения на ячейке можно управлять не только интенсивностью, но и цветом прошедшего излучения. Это может быть использовано для создания цветных дисплеев на основе жидких кристаллов.
