12. Жидкие кристаллы. Основные электрооптические эффекты в жидких кристаллах и их практическое использование.

Жидкокристаллическим (ЖК) (или мезоморфным) называют состоя­ние вещества, промежуточное между твердым кристаллом и изотропной жидкостью. В жид­кокристаллическом состоянии вещество по своим реологическим свойст­вам подобно жидкости - оно текуче, образует капли, принимает форму со­суда, в котором находится. Вместе с тем, как твердый кристалл, оно имеет анизотропию оптических, электрических, магнитных, механических и дру­гих свойств, что является следствием наличия определенного порядка в расположении молекул.

Термотропные ЖК разделяют на немати­ческие (нематики), холестерические (холестерики) и смектические (смектики).

Нематики (от греческого слова нема - нить) имеют дальний ориен­тационный порядок: молекулы нематического жидкого кристалла (НЖК) длинными осями ориентированы приблизительно параллельно друг другу, но их центры масс расположены хаотично.

Смектические ЖК (СЖК) - от греческого слова смегма (мыло) - об­разуют наиболее упорядоченные мезофазы: длинные оси молекул ориен­тированы приблизительно параллельно друг другу, и их центры масс рас­полагаются в пределах одного слоя.

Холестери­ческие ЖК (ХЖК) - молекулы располагаются слоями, как и в смектических, однако направление ориентации их осей монотонно изменяется от слоя к слою, поворачиваясь на некоторый угол

Основные электрооптические эффекты

Переход Фредерикса. Если в исходном состоянии направления поля и директора НЖК не соот­ветствуют условию минимума свободной энергии, то в электрическом по­ле, способном преодолеть силы упругости, произойдет переориентация и установится его новое стационарное распределение.

Твист-эффект. Если при исходной планарной ориентации молекул направления ди­ректора на противоположных подложках перпендикулярны друг другу и вещество имеет положительную диэлектрическую анизотропию, то при приложении электрического поля вдоль оси z возникает ориентаци­онный эффект, представляющий комбинацию из деформаций и называемый твист-эффектом.

При прило­жении электрического поля перпендикулярно подложкам в ХЖК возника­ет текстура отпечатков пальцев с направлением осей спиралей параллель­но подложкам

Дисплеи являются основной областью применения ЖК материалов. Жидкокристаллический дисплей — плоский дисплей на основе жидких кристаллов, а также монитор на основе такого дисплея.

Конструктивно дисплей состоит из ЖК-матрицы (стеклянной пластины, между слоями которой и распологаются жидкие кристаллы), источников света для подсветки, контактного жгута и обрамления (корпуса), чаще пластикового, с металлической рамкой жёсткости.

Каждый пиксель ЖК-матрицы состоит из слоя молекул между двумя прозрачными электродами, и двух поляризационных фильтров, плоскости поляризации которых (как правило) перпендикулярны. В отсутствие жидких кристаллов свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокируется вторым.

Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении. Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру. При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности.