Dom > Izložba > Sadržaj

Imovina tekućeg kristala

Jun 28, 2018

Imovina tekućeg kristala

1. kratki uvod tekućeg kristala

Godine 1888. australski znanstvenik, Leni FM, sintetizirao je neobičan organski spoj, koji je imao dvije točke topljenja. Kada se kruti kristal zagrije do 145 ° C, otopio se u tekućinu, ali samo je oblačno, a sve čiste tvari su bile prozirne kad su se rastopile. Ako se nastavlja zagrijavati do 175 stupnjeva, čini se da se ponovo otapa i postane jasna i prozirna tekućina. Kasnije, njemački fizičar Lehman, nazvao je zamućenu tekućinu u "srednjoj zoni" koja se zvala kristal. To je poput mazge, ne poput konja ili magarca, pa se zove organska mazga. Budući da je tekući kristal otkriven, ljudi ne znaju kako se koristi do 1968., ljudi su ga uzeli kao materijal u elektroničkoj industriji.

Stanje većine tvari male molekulske mase predstavlja tri stanja tvari s povećanjem temperature - krutom (krutom), tekućinom (tekućinom) i plinom (plinom). Ali ako je molekularna težina velika i struktura je posebna, promjena njegove države nije tako jednostavna. Godine 1888. kada je Reinizer bio zagrijavan na kristalizaciju kolesterinskog benzonata, otkriveno je da se, kada se zagrije na 145,5 stupnjeva, pretvori u mutnu bijelu ljepljivu tekućinu koja se potpuno pretvorila u prozirnu tekućinu kada se zagrije na 178,5 stupnjeva. Lehman je utvrdio da država između kristala i prozirne tekućine (faze) ima optičku anizotropiju koja je svojstvena čvrstoj, pa se naziva kao tekući kristal (tekući kristal). Tekući kristal (tekući kristal) je sintetička riječ tekućine i kristala, što ukazuje da tekućina ima specifičnu fluidnost (fluidnost) i također ima jedinstvenu optičku anizotropiju (optičku anizotropiju) u isto vrijeme. Budući da postoji u stanju između čvrste i tekuće, preciznije je nazvati mesofazom (mezofazu), ali se obično naziva tekući kristal.

S produbljivanjem istraživanja, faza tekućeg kristala je pronađena u mnogim supstancama, a molekule s tekućim kristalnim fazama utvrđene su molekularne strukture slične traci ili disk (pogledajte sliku 1). Kao što je prikazano na slici 2, molekule s tekućim kristalnim fazama su kristalne strukture raspoređene prema određenim pravilima pri određenoj niskoj temperaturi, ali kada se postigne određena točka taljenja (točka taljenja), središte mase slobodno se kreće, ali smjer traka stvara određeno stanje distribucije anizotropne tekućine (anizotropna tekućina). To je faza tekućeg kristala. To je temeljni razlog zašto tekući kristali mogu imati optičku anizotropiju. Ako se temperatura podigne u ovom trenutku (točka uklanjanja), molekule nisu samo središte mase, već i smjer trake slobodno se distribuira i postaje izotropna tekućina (izotropna tekućina).

1.png


2.png

Slika 1. Primjer molekularne strukture tekućih kristala, nematičnog tekućeg kristala 5CB i ferocelijskog tekućeg kristala DOBAMBC


3.png

 

(kruto: kristalno) (tekućina: anizotropna tekućina) (tekućina: izotropna tekućina)


Slika 2. prema raspodjeli i rasporedu molekula (faza).

(1) tip tekućeg kristala

Molekule s tekućim kristalnim fazama mogu formirati široku paletu faza prema afmitetu oblika ili specifične tvari, kao što je prethodno opisano, može se podijeliti u tekuće kristalne tekuće kristale (lyotropno) tekuće kristale (lyotrop) kristalna faza (termotropni kristal) s fazom tekuće kristale u specifičnoj temperaturnoj regiji i određenom udjelu otapala u specifičnom otapalu (litirop) C tekućeg kristala). Većina tekućih kristala koji se koriste na zaslonu su termotropni tekući kristali, a lyotropni tekući kristali uglavnom se nalaze u biofilmi. Termalni tekući kristali mogu se podijeliti na nematski, kolesterni (kolesterni) i gotovo kristalni (smekstički) u skladu s njihovim redoslijedom položaja (položajni redoslijed) i redoslijedom smjera (orijentalni poredak).

Nepatski tekući kristal (nematski tekući kristal)

Maseni centar nematskih molekula tekućih kristala kreće se kao tekućina, dok je smjer dugih osi (duge molekularne osi) molekule vremenski grijanja, ali ravnomjerno usmjeren u određenom smjeru. Vektor jedinice naveden u ovom smjeru naziva se kontroler (redatelj). Gotovo sve makroskopske fizikalne konstanti nematičnih tekućih kristala su jednodijelna (jednoosna) ovisno o rotacijskoj simetriji regulatora. Osim toga, kontroler nije simetričan prije i poslije (simetrija od glave prema repu), pa čak i ako njezine sastavne molekule imaju polaritet (polaritet), nema polariteta u nematskim tekućim kristalima. Iako je njegova struktura najjednostavnija u tri vrste tekućih kristala, većina tekućih kristala koji se koriste u monitorima su nematični tekući kristali. Uglavnom se izražava u N.

4.png


Slika 3. vrsta tekuće kristalne faze

kolesterni tekući kristal

Kolesterijski tekući kristali slični su nematičkim tekućim kristalima, ali različiti su spiralni strukture s njegovim regulatorom koji rotira duž svoje vertikalne osi. U ravnini okomito na os spirala, nema razlike od nematičnog tekućeg kristala. Konstitutivne molekule kolesterne tekuće kristalne faze imaju kiralni kiralni centar (kiralni) bez apsolutne simetrije, a molekule s kiralnim radikalima u nematskim tekućim kristalima također se mogu prikazati. Stoga, kolesterni tekući kristali također se nazivaju kiralni nematični. Dodatno, prema ruku kiralnih molekula određuje se smjer vrtnje spiralne osi. Stoga se kolestični tekući kristali raspoređuju redovnim redoslijedom uz redoslijed smjera i spiralnu os, s prostornim poretkom. Duljina razdoblja kolesterinske spiralne strukture tekućeg kristala zove se stupanj (pitch), baš kao što ima simetriju glave i repa u nematičnom tekućem kristalu, tako da je stvarni period samo pola stupnja. Uglavnom se izražava pomoću CLC ili ChLC. N * se također koristi za izraćavanje značenja kolesterinih tekućih kristala. Asterisk predstavlja kiralnu.

     

5.png   

Slika 4. visina kolestičnih tekućih kristala

- smeksni tekući kristal

Smeksni tekući kristal ima tanku strukturu slojeva (struktura lamele) koja se može podijeliti na SmA, SmB, SmC i SmD prema slijedu položaja i smjeru regulatora u istom sloju. Zbog strukture tankog sloja, gotovo kristalna faza se dodaje u smjeru smjera i ima prostorni raspon više od 1 osi. SmA znači da je maseni centar molekula u tankom sloju slobodan, a smjer regulatora je okomit na tanki sloj. Iako je maseni centar molekule slobodan, smjer regulatora je blago nagnut prema vertikalnom stanju tankog sloja.
Pogotovo, SmC * (kiralni SmC) koji se koristi na zaslonu ima karakteristike feroelektričnog fenomena (ferroelectricity). Kao što je prikazano na Slici 5, molekule tekućih kristala nagnute su prema tankom sloju i imaju strukturu okretanja duž tankog sloja. Molekule tekućih kristala u svakom tankom sloju su okomite na njihove dugačke osi i imaju spontane momentove dipolova (spontani moment dipolova) u smjeru paralelnom tankom sloju, s feroelektričnim pojavama.

 

6.png

SmA SmC


Slika 5. Reprezentativna smectic faza varira s smjerom regulatora u tankom sloju.

7.png

Slika 6. molekularno poravnanje i spontani moment dipola ferocelijskog tekućeg kristala SmC *

(2) karakteristike LCD zaslona

Razlog zašto LCD je popularan kao monitor je da se vrijednost faze retardacije može lako podesiti s nižim naponom. Tekući kristal je anizotropni materijal koji se razlikuje od regulatora u smjeru paralelno s regulatorom i fizičkom svojstvom u vertikalnom smjeru, zbog asimetričnog molekularnog oblika. Među različitim fizikalnim svojstvima najveći utjecaj na LCD je optička anizotropija i dielektrična anizotropija. Razlika indeksa loma (oko 0,05-0,2) je refleksija i projekcija svjetla kada svjetlost prolazi kroz tekući kristal i utječe na refleksiju i projekciju svjetla. Dielektrična anizotropija (oko 3.0-8.0) mogu se koristiti za kontrolu dugačke osi molekula tekućih kristala pomoću električnog polja. Slika 8 prikazuje proces odgode faza temeljenog na smjeru tekućeg kristala i smjeru svjetlosti. Štoviše, dielektrična različitost čini molekule tekućih kristala paralelno ili okomito na električno polje i kontrolira smjer duge osi molekula tekućih kristala naponom. Ovo načelo prikazano je na slici 7.

8.png

Slika 7. rotacija molekula tekućih kristala zbog električnog polja


9.png

10.png

Slika 8. razlika u djelovanju odgode faza (faza retardacije) s smjerom tekućeg kristala.

2. fizika tekućih kristala

(1) kontroler (redatelj) i naredio parametar (parametar narudžbe).

Kao što je gore spomenuto, molekula tekućeg kristala je šipka duljine oko 20 i oko 5 širine. Njegov masovni centar je poput slučajnog kretanja tekućine, dok se duga molekularna molekula brzo pomiče, ali ukazuje na jednoličan smjer. Dakle, stanje tekućih kristala može se grubo podijeliti u dvije vrste, naime smjer smjera duljine i stupanj toplinske gibanja usredotočen na njegovu os. Da bi izrazili ta dva pojma, oni su kontrolori i naredili parametre. Upravljaču se može odrediti jedinstveni vektor koji pokazuje ujednačeni smjer. Regulator položaja R obično predstavlja n (R). Parametar narudžbe predstavlja stupanj toplinske kretnje, koji je definiran kako slijedi.

11.png

Slika 9. definicija regulatora i kut theta i phi

12.png

Kut theta, phi, kako je prikazano na slici 9, predstavlja kut nagiba kontrolera. F (theta, phi) prikazuje statističku kutnu raspodjelu dužine osi molekula tekućih kristala. Kada se duga osi molekula tekućih kristala distribuiraju u svim omjerima theta i phi, tj. U izotropnoj fazi (izotropna faza), f postaje konstanta i S = 0. Naprotiv, ako su duge osi molekula tekućih kristala poravnate s N, postat će S = 1. Ako vrijednost nematičnog tekućeg kristala dosegne oko 0,3-08, to je temperatura veća, to je manja vrijednost.

(2) anizotropija (anizotropija)

Tekući kristali su anizotropni indeks loma i dielektrična anizotropi zbog strukture i orijentacije pruga. Prvo, tzv. Refrakcijski indeks odnosi se na promjenu raspodjele oblaka elektrona uzrokovane incidentnom svjetlošću koja inducira moment dipola, a drugo svjetlo koje proizlazi njezino vibracije preklapa se s incidentnom svjetlošću, što pokazuje da brzina čini se da je svjetlo spora fizička konstanta. Stoga, što je bolji molekulski elektronski oblak reagirao u električnom polju incidentne svjetlosti. Što je veća vrijednost. U tekućem kristalu, stupanj reakcije oblaka elektrona u smjeru dugih osi i kratkog smjera osovine je različit, pa se proizvodi anizotropni indeks loma. Kao što je prikazano na SL. 10, glavna oseta loma elipsoida (glavna os) određuje se prema smjeru kontrolora n.
To znači da se fiksna os formira u smjeru paralelnom s regulatorom, a dvije osi koje su okomite na ovaj oblik tvore fiksnu osovinu. Indeks loma iz indeksa loma naziva se elipsoidom u smjeru paralelnom s kontrolerom, a indeks refrakcije u vertikalnom smjeru izražava se ne, a sljedeće dodane riječi E i o predstavljaju svaki izuzetan indeks i obični indeks. Izraz anizotropije indeksa loma (refraktivna anizotropija) je kako slijedi.

13..png

S druge strane, kapacitivnost je i fizička konstanta koja pokazuje da se molekularni elektronski oblak kreće od vanjskog loma elektronskog polja, pa je bolja vrijednost kretanja elektronskog oblaka. Kao u indeksu loma, stupanj kretanja elektronskog oblaka razlikuje se od onog u smjeru dugih osi i kratkog smjera osovine, tako da dielektrična anizotropija postoji u tekućem kristalu. Paralelna i vertikalna permitivnost kontrolera izražava epsilon i epsilon. Dielektrična anizotropija (dielektrična anizotropija) prikazana je niže.

14.png

15.png

Slika 10. odnos između regulatora i vretena (glavna os)

(3) teorija kontinuiranog medija (Continuum Theory)

Općenito, prostorna raspodjela nematičkih regulatora tekućeg kristala ima svojstvo da bude raspoređen u određenom smjeru u prostoru. Međutim, ako su pogođeni ograničeni uvjeti ili vanjska električna polja i magnetska polja, prostorna raspodjela regulatora neće biti konzistentna, te će u tom procesu molekule tekućih kristala proizvesti otpornost na ovu deformaciju. Međutim, prostorna deformacija regulatora općenito nije proizvedena na molekularnoj razini (molekularna skala), već se proizvodi na razini mikrona. Stoga je bolje opisati tekući kristal kao kontinuum (Continuum) da opiše njegovu deformaciju nego opisati složenu energiju interakcije pojedinih molekula kako bi opisala prostornu deformaciju kontrolora. To je slično onome kako bi se zapisivao opružna sila pri dodavanju sile na oprugu, bolje je koristiti samo jednu opružnu konstantu za snimanje energije vezanja između željeznih atoma i željeznih atoma. Ovaj pristup prostornoj jednadžbi kontrolera tekućeg kristala približavanjem jednadžbi jest teorija kontinuuma. Teorija kontinuuma je standardna teorija koja može snimiti gotovo sve elektrooptičke karakteristike tekućih kristala. Međutim, ne može se koristiti u analizi NMR i ESR, koji su uglavnom pojedinačni kretanje molekula.

Ako postoji određeni uvjet (stanje ograničenja, električno polje, magnetsko polje itd.), Dolazi do prostorne deformacije kontrolera n (R). Zatim će molekule tekućih kristala oduprijeti njihovoj prostornoj deformaciji složenim međudjelovanjem, a veličina elastične otpornosti sile na ovu deformaciju je proporcionalna stupnju prostornog deformiranja n (R) (zamislite, kada je otvor otvoren, snaga odvučene sile je proporcionalno zakonu Hooka kojim se duljina izvlači). U ovom trenutku, ako je stupanj prostorne deformacije mali, n (R) se može koristiti za predstavljanje diferencijalnih vrijednosti prostora. Ako veličina promjena u prostoru nije velika, višestruke diferencijalne vrijednosti su znatno manje od 1 diferencijalne vrijednosti. Uzimajući u obzir ove pretpostavke i nekoliko simetrija, slobodna energija gustoća koju generira jedinica volumena izračunava se prema prostornoj deformaciji kontrolera.

16.png

Kao što je prikazano na slici 11, deformacija širenja (splay), izobličenja (twist) i savijanje (savijanje) K11, K22 i K33 korištene kao proporcionalne konstante nazivaju se, respektivno, ekspanzije, iskrivljenja i elastične konstante savijanja. Osim toga, gornja formula se zove Frank-Oseen slobodna gustoća energije. Qo je konstanta utemeljena na kiralnoj (kiralnosti) molekula tekućih kristala. Ako je kolesterni tekući kristal, to će imati ograničenu vrijednost, ako Qo> 0, spiralni smjer kolesterinskog tekućeg kristala će biti pravi spin (desna ruka).

17.png

<širenje>> >

Sl. 11. vrste elastične deformacije distribuirane pomoću kontrolera tekućeg kristala

S druge strane, kada se električnom polju dodaju u molekulu tekućeg kristala, raspodjela oblaka elektrona mijenja, a istodobno djeluje kao elektrostatska interakcija. Gustoća slobodne energije za ovu interakciju izračunava se na sljedeći način.

18.png

Stoga, kada je tekući kristal iskrivljen zbog električnog polja, ukupna gustoća energije je

19.png

Prema zakonu termodinamike, regulator tekućeg kristala ima raspodjelu minimiziranja gore navedene slobodne energije f. Na primjer, ako se u tekući kristal doda električno polje, ako se smatra samo tekući kristal fE, regulator mora biti usklađen s električnim poljem; ako se uzme u obzir samo FD, energija se mora smanjiti bez promjene prostora. No, zapravo, budući da zbroj dvije vrste energije mora biti minimizirano, prostorna raspodjela regulatora tekućeg kristala određuje se u slučaju pravilne prostorne promjene i paralelnog rasporeda odgovarajućeg električnog polja.

20.png

21.png

Sl. 12. pri spajanju električnog polja, okretni moment (okretni moment) spojen na tekući kristal.

Rješenje ove diferencijalne jednadžbe može odrediti raspodjelu kontrolera tekućeg kristala. Izgleda malo komplicirano, ali nakon nekoliko jednostavnih slučajeva, rješenje je uređeno u dodatku. Gornja formula odnosi se na paralelnu državnu formulu. Da bismo otkrili dinamičko ponašanje LCD regulatora, moramo napraviti neke manje izmjene. Ako se aproksimacija relaksacije najčešće koristi, kinetika tekućeg kristala može zadovoljiti sljedeću formulu.

22.png

Među njima, t označava vrijeme, a gama 1 predstavlja rotacijsku viskoznost. Što je manja rotacijska viskoznost, to je brža promjena vremena LCD kontrolera.

(4) ovisnost temperature fizičkih konstanti

Optička svojstva tekućeg kristala određena su indeksom raspodjele i refrakcije regulatora, a raspodjela regulatora ovisi o vanjskom električnom polju, ograničavajućem stanju, brzini kapaciteta i elastičnoj konstanti. Na taj način možemo znati važnost indeksa loma, permitivnosti i elastičnih konstanti samog tekućeg kristala u procesu razumijevanja LCD zaslona. Osim toga, važna konstanta brzine odziva tekućih kristala je rotacijska viskoznost.

Prijavljeno je da sljedeći parametar reda S utječe na dielektričnu anizotropiju, anizotropiju indeksa refrakcije i elastične konstante.

23.png

Poredani parametar S smanjuje se kada se zagrije, pa se može predvidjeti da elektrooptička svojstva tekućeg kristala variraju s temperaturom. Osim toga, iako ne u svim tekućim kristalima, elastična konstanta K33 / K11 je proporcionalna dužini duljine i kratke osi molekula tekućih kristala, koja je proporcionalna L / W.

3. zaslon s tekućim kristalima

(1) koordiniranje tekućih kristala (usklađivanje)

Kada se tekući kristal stavi u bočicu (boca), to je neprozirna bijela zbog bez raspršenja iz zemlje. Postat će bezbojna i prozirna kada se postavlja između dviju ploča tretiranih površinom, jer je LCD kontroler u određenom smjeru. U tu svrhu, površinska obrada je vrlo važna. Na ovaj način, kao na slici 14, molekule tekućih kristala mogu se podesiti na vertikalnu vertikalnu poravnanje (homeotropno) na površini, horizontalno poravnanje (planarno homogeno) paralelno s površinom, nagnuto homogeno, podignuto na određeni kut i tako dalje. Ako želite podesiti okomito poravnanje, možete primijeniti polarnu molekulu poput lecitina na staklenu podlogu. Horizontalno poravnanje ili nagib niskog kuta postiže se premazivanjem poliimida na staklenom supstratu i brisanjem površine krpom. To se naziva trljanje. Općenito, smjer brisanja je da je ekspanzijska strana postavljena paralelno s molekulama tekućih kristala (od kojih su neke vertikalno poravnane s smjerom produžetka).

24.png

Slika 13. raspršenje svjetlosti u nematičnim tekućim kristalima i ograničenim rasponima koji se ne podudaraju

25.png

Slika 14. vrsta distribucije tekućeg kristala


26.png

Slika 15. kut pretilosti (kut pretilosti) theta

U ovom trenutku sve molekule tekućih kristala nisu paralelne s podlogom, već naginju podlogu pod određenim kutom. Taj se kut naziva kut podsustava.

(2) ECB (električno upravljano zavarivanje) modu

Uz ovaj fenomen, zaslon se može podesiti svjetlosnim prijenosom napona. Kao na slici 16, linearna polarizirana svjetlost dobiva se kroz polarizator (polarizator), a polarizacija stanja svjetlosti varira s dvostrukim titranjem tekućeg kristala kada polarizirana svjetlost prolazi kroz ćeliju tekućeg kristala. Kada se ova svjetlost prenosi kroz analizator (analizator), intenzitet svjetlosti analizatora će se također mijenjati stupnjem odgode faze (faze retardacije) koji nastaje zbog dvostrukog titranja tekućeg kristala. U ovom trenutku uvrnuti kut regulatora tekućeg kristala povećava ne-os elipsoida indeksa refrakcijskog indeksa tekućeg kristala i osvjetljenje svjetla ako se tekući kristal smješta između dviju staklenih ploča koja prolaze kroz vodoravnu raspodjelu (to se naziva (stanica)), kao što su molekule tekućih kristala na SL. 15 (a). Na ovom naponu, dielektrična anizotropija molekula tekućih kristala.

Smjer plamena je paralelan, tako da je fazno kašnjenje zbog ćelija tekućeg kristala manja (vidi sliku 4). Stoga podešavanje napona može promijeniti prijenos svjetlosti.

27.png

Slika 15. promjene LCD kontrolera u ECB modu s promjenama napona


28.png

Slika 16. Eksperimentalna oprema za promjenu propusnosti svjetlosti u skladu s promjenom birefringencije tekućeg kristala