В тонких слоях СЖК и НЖК при наложении электрического поля образуется доменная структура. Оптическая ось домена определяется расположением длинных осей молекул и может находиться под некоторым углом к оптической оси соседнего домена. Скорость образования доменов обратно пропорциональна приложенному напряжению и прямо пропорциональна квадрату толщины слоя ЖК, если толщина этого слоя больше некоторой критической. Скорость исчезновения доменной структуры после снятия электрического поля не зависит от напряжения и пропорциональна толщине слоя. Если эта толщина меньше некоторой критической, то образованию доменов препятствует ориентирующее действие стенок объёма, заполненного ЖК.
Среди всех разновидностей жидких кристаллов НЖК отличаются наименьшей вязкостью, что обеспечивает их наибольшее быстродействие, определяемое как время переориентации молекул. Оно составляет примерно
0,1 с (до 10-2..10-3 с в специальных рабочих режимах). Недавно был предложен способ увеличения скорости реагирования ЖК, позволяющий снизить время переориентации молекул до 40 мкс. Для этого в ЖК подмешивают около 2 % Т-образных макромолекул с ЖК боковыми цепочками. При полимеризации УФИ Т-молекулы соединяются поочерёдно, а их боковые цепочки действуют как пружинки, ускоряя изменение ориентации.
Удельное сопротивление НЖК очень велико (~1017 Ом×см). Для его уменьшения вводятся органические примеси, при диссоциации которых появляются свободные ионы.
Вообще в качестве ЖК могут использоваться тысячи органических соединений. Смеси соединений дают лучшие для технических применений результаты. Наиболее известными смесями являются различные ациклические и алициклические соединения, производные бензола, дифенила, соли алифатических и ароматических кислот. Молекулы этих веществ имеют одно или несколько бензольных колец.
В качестве НЖК наиболее часто используются [n(p-метоксибензилиден)-p(n-бутиланилин]-МББА в температурном диапазоне 21..46 0С и [n(p-этоксибензилиден)-p(n-бутиланилин)] - ЭББА в температурном диапазоне 35..79 0С. Лучший температурный диапазон (16..55 0С) обеспечивает их эвтектическая смесь.
Для планарной ориентации ЖК применяются полимерные производные полиимида, для вертикальной (гомеотропной) ориентации разработаны некоторые кремнийорганические соединения. Разработан метод фотоориентации ЖК путём облучения подложки с фотополимером поляризованным ультрафиолетовым излучением. Применяется стекло из Бельгии, Белоруссии, Обнинска.
Используются японские поляризаторы и компенсирующие плёнки, а также поляризаторы, производимые в Белоруссии. Разработана поляроидная плёнка, которая в зависимости от условий освещения позволяет ЖКИ работать в режиме как на пропускание, так и на отражение (трансфлективная плёнка).
3.3. Электрооптические эффекты в ЖК
Электрооптические эффекты обусловлены двумя факторами:
-электрогидродинамическими явлениями, связанными с образованием потоков заряженных частиц и молекул ЖК,
-полевым воздействием электрического поля, приводящим к изменению ориентации молекул ЖК.
К основным эффектам, обусловленным электрогидродинамическими явлениями, относятся следующие:
-динамическое рассеяние,
-оптическое накопление (память),
-перестраиваемая дифракция.
К наиболее широко применяемым эффектам, обусловленным полевым воздействием, относятся следующие:
-вращение плоскости поляризации (твист-эффект),
-переход фаз,
-деформация ориентированных фаз,
-управляемое двулучепреломление.
Динамическое рассеяние является исторически первым электрооптическим эффектом, использованным в индикаторной технике. Этот эффект возникает в НЖК с проводимостью 10-5..10-11 См×см-1 с отрицательной диэлектрической анизотропией. При приложении электрического поля в слое такого НЖК молекулы ЖК ориентируются поперёк поля, а возникающий поток ионов примеси стремится нарушить ориентацию молекул. При некотором значении тока ионов возникает состояние турбулентности в отдельных областях объёма ЖК. При этом нарушается упорядоченность структуры слоя. Хаотические изменения в пространстве и времени показателя преломления различных участков вещества вызывают рассеяние света, проявляющееся как помутнение ЖК. Области турбулентности (рассеивающие центры) имеют размеры 1..5 мкм, в 5..10 раз превышающие длины волн видимого излучения падающего светового потока. Поэтому рассеяние света не зависит от длины волны и спектр не искажается. При снятии поля турбулентность исчезает, силы ориентационной упругости восстанавливают первоначальную ориентацию молекул. Слой НЖК становится прозрачным. В электрогидродинамических ЖКИ важно время диэлектрической релаксации tд=e0e1/s1, т.е. время, в течение которого пространственный заряд приводится в равновесие с электрическим полем. На частотах, низких по сравнению с 1/(2ptд), пространственный заряд осциллирует с той же частотой, что и электрическое поле. При этом преобладают гидродинамические процессы. Такой режим есть режим рециркуляции. На более высоких частотах распределение пространственного заряда постоянно во времени. Электростатические моменты вращения вызывают осцилляцию осей молекул с частотой приложенного к слою напряжения питания. Этот режим называется диэлектрическим режимом и характеризуется своими пороговыми напряжениями.
Уравнения переноса количества движения в ЖК с небольшой проводимостью определяет равновесие инерциальной, электрической и вязкостной силы. Обычно величина инерциальной составляющей мала, по сравнению с другими силами.
Эффект оптического накопления (оптическая память) заключается в том, что слой прозрачного ХЖК мутнеет при приложении электрического поля и после снятия поля остаётся в таком состоянии продолжительное время (до нескольких суток). Восстановить прозрачное состояние можно воздействием электрического поля низкой (1..3 кГц) частоты. Такой эффект возможен и в смеси ХЖК и НЖК с отрицательной диэлектрической анизотропией.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.