Перестраиваемая дифракция в ЖК определяется интенсивностью электрогидродинамических явлений при перемещении ионов примеси.
Для осуществления полевых эффектов в ЖК необходимо создать в слое поле больше некоторого критического Екр. При напряженности поля меньше критической вызываемые в слое возмущения релаксируют к начальному состоянию молекул и не приводят к изменению их состояния. Величина этого поля определяется соотношением:
Екр=pl[k(De)-1]0,5, (3.3)
где к - упругая постоянная ЖК (»10-11 Дж×м-1),
l - расстояние между электродами (толщина ячейки).
Переход вещества из одного состояния в другое называют переходом Фридерикса. Для l=10-5 м, к=10-11 Дж×м, De=20e0 расчетная величина Eкр составляет 750 B/см.
После снятия поля происходит релаксация и возвращение молекул в исходное состояние. Постоянная времени t этой релаксации равна:
t=g/[k(p/l)2], (3.4)
где g - вязкостный момент вращения молекул.
Для g=5×10-2 кг/(м×с) при использованных ранее других данных значение времени релаксации оказывается равным 5,1×10-2 с.
Если приложенное поле больше критического, то время перехода в другое состояние (время отклика) t0 будет равно:
t0=e0DeU2/(g×l2). (3.5)
При U=50 B g=1,1×10-5 с.
Для случая когда приложенное поле значительно больше Eк, молекулы разориентированы только на малом расстоянии от поверхности стенок объёма ЖК в слое толщиной x:
x=[E(k/e0De)0,5]-1. (3.6)
Наиболее широко применяемым полевым эффектом в ЖК является твист-эффект, или эффект вращения плоскости поляризации. Он заключается в том, что в специально обработанной ЖК-структуре плоскость поляризации падающего поляризованного света поворачивается под воздействием электрического поля в слое. Эффект обычно реализуется в слое НЖК с положительной диэлектрической анизотропией. Действующее электрическое поле изменяет прозрачность структуры, что позволяет использовать слой в качестве модулятора светового излучения. Для выделения поляризованного излучения используют поляризаторы - оптические элементы, пропускающие свет, поляризованный в одном направлении и гасящий свет, поляризованный в иных направлениях. В отличие от эффекта динамического рассеяния для реализации твист-эффекта не требуется пропускания тока через структуру, что даёт существенный выигрыш в энергопотреблении.
При твист-эффекте в НЖК при прохождении света винтообразная структура расположения молекул поворачивает его на 900, поэтому на выходном элементе-анализаторе свет блокируется. Структуры, в которых угол поворота составляет от 90 до 2700, называют супертвистированными. Для реализации твист-эффекта необходимо осуществить скручивание нематической структуры ЖК. При этом большие оси молекул (директоры) параллельны ограничивающим поверхностям ячейки, а направления осей вблизи пластин либо взаимно перпендикулярны, либо располагаются под большим углом. Такое расположение осей молекул достигается, например, однонаправленным натиранием внутренней поверхности стеклянных пластин во взаимно перпендикулярных направлениях. Применяется также ориентированное нанесение поверхностно-связанных и поверхностно-активных веществ, а также другие технологические секреты.
Если к ячейке со слоем твистированного НЖК приложить напряжение, то (при условии положительной диэлектрической анизотропии) все молекулы ориентируются вдоль поля и эффект скручивания пропадает. Теперь слой жидкости не изменяет поляризации проходящего света. Помещая на входе и выходе ячейки соответствующие поляроидные пластинки, можно осуществить преобразование интенсивности светового потока.
Двулучепреломление вызывается различием показателя преломления горизонтально и вертикально поляризованных световых волн. Потому после прохождения слоя ЖК свет выходит из ячейки под разными углами. После прохождения второго поляризатора (анализатора) оказываются выделенными световые лучи определённой длины волны. Этот эффект называют "рассеяние вытягиванием фаз". Изменяя напряжение (поле в слое ЖК), из белого входного света можно выделить нужный участок спектра.
Изменение двулучепреломления приводит к вариации пропускания предварительно поляризованного света. Комбинация поляризатор-анализатор позволяет регулировать световой выход ячейки. Интенсивность выходящего излучения рассчитывают по следующему соотношению:
I0= Iвх × sin(2j) × sin2(s/2), (3.7)
где s =2dn/l, j - угол между оптическим вектором входного излучения и проекцией его на плоскость, параллельную стенкам ячейки, n - индуцированное напряжением изменение двулучепреломления, d - толщина слоя ЖК, l - длина волны, Iвх - интенсивность света, прошедшего через два поляризатора.
Широкое применение в индикаторах получило избирательное светопропускание (отражение) ХЖК. Суть этого эффекта в следующем: если свет падает вдоль оси спирали и длина волны l=2na ( где n =(n1+ n2)/2 - средний показатель преломления), то отражённый и прошедший свет оказывается циркулярно поляризованным в противоположных направлениях. При этом направление поляризации проходящего света совпадает с направлением спирали, а отражённого - противоположно ему.
Для достижения больших углов обзора предложен метод адресации в плоскости (in plane-switching, IPS-mode). В этом случае электрическое управляющее поле направлено не поперёк, а параллельно подложкам, между которыми находится слой ЖК. Наибольших успехов в создании ЖКИ на основе IPS-моды добились японские фирмы NEC и Hitachi.
3.4. ЖК-индикаторы и УОИ на их основе
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.