Главная / Образцы дипломных работ

Оптические свойства жидкокристаллических ячеек с закрученной структурой при разных углах наклона жидкого кристалла

Внимание: Акция! Курсовая работа, Реферат или Отчет по практике за 10 рублей!
Только в текущем месяце у Вас есть шанс получить курсовую работу, реферат или отчет по практике за 10 рублей по вашим требованиям и методичке!
Все, что необходимо - это закрепить заявку (внести аванс) за консультацию по написанию предстоящей дипломной работе, ВКР или магистерской диссертации.
Нет ничего страшного, если дипломная работа, магистерская диссертация или диплом ВКР будет защищаться не в этом году.
Вы можете оформить заявку в рамках акции уже сегодня и как только получите задание на дипломную работу, сообщить нам об этом. Оплаченная сумма будет заморожена на необходимый вам период.
В бланке заказа в поле "Дополнительная информация" следует указать "Курсовая, реферат или отчет за 10 рублей"
Не упустите шанс сэкономить несколько тысяч рублей!
Подробности у специалистов нашей компании.

Код работы:	W012791
Тема:	Оптические свойства жидкокристаллических ячеек с закрученной структурой при разных углах наклона жидкого кристалла

Содержание

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОБЛАСТНОЙ УНИВЕРСИТЕТ
(МГОУ)

ФАКУЛЬТЕТ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
Кафедра теоретической физики

Выпускная квалификационная работа

на тему: «Оптические свойства жидкокристаллических ячеек с закрученной структурой при разных углах наклона жидкого кристалла»

Житенев Илья Алексеевич

По направлению подготовки/специальность 03.03.02 Физика
Профиль/программа подготовки Физика

Руководитель
Выпускной квалификационной работы д.т.н. проф. Беляев В. В.
__________________________
(подпись,дата)

Москва
2018
Оглавление:
Введение 3
Глава 1. Жидкие кристаллы 5
1.1 Структура жидких кристаллов 5
1.2. Классификация жидких кристаллов 7
1.3 Основные свойства жидких кристаллов 11
Глава 2. Общие сведения о дисплеях 18
2.1 Современные дисплейные технологии 18
Глава 3. Твист-ячейки ….……………………………………………………….21
3.1 Неоднородные композитные структуры , формирующие твистя-ячейку ……………………………………………………………………..21
3.2 Разновидность твист- ячеек…………………………………………..24
Заключение 29
Список использованных источников 31

Введение

Важными достижениями последних лет является глобальное использование ЖК в инновационных оптических технологиях. Жидкие кристаллы (ЖК) имеют весьма необычные, а иногда даже уникальные свойства. К примеру: перспективой плавного и локального управления оптическими характеристиками среды: светопропусканием, светорассеянием, поляризацией, преломлением, отражением, поглощением света, цветовыми параметрами. Данный тип управления можно выполнять с помощью: электрических и световых сигналов, механических, тепловых, магнитных и в том числе химических воздействий.
Жидкие кристаллы применяются равно как в оптических элементах, вступающих в новую элементную базу, так и в системах с новыми, различными многофункциональными способностями. Можно выделить 3 главные сферы использования жидко кристаллических материалов: дисплеи, оптические устройства и регистрирующие среды.
Также существуют твист-структуры. Они представляют очень значимую роль в дисплейной технике. Создание различных вариантов формирования в нематических жидких кристаллах твист-структур являет собою фактическую заинтересованность с целью формирования разных видов электрооптических устройств.
Канонами современного мира является миниатюризация электронных устройств вплоть до микро- и нано-уровней. И в их достижении, огромную роль играет инновационное, необычное применение твист-ячеек.
Объект исследования – жидкокристаллические ячейки с закругленной структурой.
Предметом исследования являются изучение свойств ЖК ячеек под разными углами наклона.
В данной работе рассмотрены общие сведения о ЖК, дисплеях на их основе и развитии дисплейных технологий, различные типы плоских жидкокристаллических дисплеев, а также рассмотрено моделирование оптических свойств несимметричных твист-микроструктур в нематических ЖК-композитах.
Задачи дипломной работы:
- Изучить строение ЖК;
- Рассмотреть применение ЖК в технологии дисплеев;
- Изучить строение несимметричных твист-ячейки;
- Рассмотреть и изучить разновидности твист-ячеек и область их применения;
- Провести анализ свойств ЖК композитных твист-ячеек под разными углами наклона;
- Рассмотреть метод исследования данного физического явления;
- Сделать вывод.

Глава 1. Жидкие кристаллы
Структура жидких кристаллов

Жидкокристаллическим (ЖК) или мезоморфным называют такое состояние вещества, при котором оно находится в промежутке меж твердым кристаллом и не тензорной жидкостью. В твердом кристалле имеется дальний порядок в расположении молекул. Кроме того, они, участвуя в термическом движении, не покидают положения своего равновесия. В изотропных же жидкостях не имеется дальний порядок, а также молекулы имеют высокую подвижность. А в жидкокристаллическом состоянии, вещество, согласно собственным реологическим свойствам, подобно жидкости. Оно текучее, может принимать конфигурацию капли, также принимает конфигурацию объекта, в который помещён. Совместно с тем, как твердый кристалл, оно обладает анизотропией оптических, магнитных, механических и других различных свойств. Данное явление считается следствием присутствия определенного порядка в молекулах. Мезоморфная модель свойственна большинству органических соединений и некоторым неорганическим соединениям. Их молекулы анизометричны, что в собственную очередь определяет порядок в их расположении. Различают низкомолекулярные ЖК и полимерные ЖК. Низкомолекулярные ЖК (протяженность молекул 10-15 ?(ангстрем)), характеризуются более высокой физической активностью молекул. Низкомолекулярные ЖК разделяют на 2 типа: термотропные и лиотропные.
Термотропные жидкие кристаллы находятся в некоем температурном промежутке. Фазовые переходы в данных веществах совершаются при изменении показателя температуры. Твердый кристалл (К) перейдет в ЖК фазу при температуре плавления (Т_пл). Последующее повышение температуры приводит к переходу в не тензорную жидкость или по-другому в изотропную (ИЖ) при температуре просветления Т_пр.
Типичная схема фазовых переходов имеет вид:
Т_(пл ) Т_пр
К?ЖК?ИЖ
Лиотропные жидкие кристаллы формируют мезофазу лишь только в растворе, при установленных значениях концентрации и необходимых температуре и давление. Чаще всего они состоят из поверхностно активных веществ (амфифильных молекул). Лиотропные мезофазы возникают при растворении поверхностно активных веществ (ПАВ) в воде или иных растворителях.
В прикладной оптике используются преимущественно термотропные ЖК, причем практический интерес представляют всего два типа. Они имеют или удлиненную форму и называются каламитиками, или дискотическую и называются дискотиками (рис.1.).
а б

Рис.1. Схематическое изображение палочкообразных молекул ЖК или каламитиков (а) и дискотиков (б): n – преимущественное направление длинных осей молекул, ? – диэлектрическая проницаемость, n – показатель преломления ЖК.

Классификация жидких кристаллов

Разные текстуры жидких кристаллов обладают различной упорядоченность в расположении молекул. С целью характеристики упорядоченности в мезофазах указывается единичный градиент n, определяющий направление преимущественной ориентации длинных осей молекул. Его называют директором. Направления +n и –n представлены произвольными. Директор определяет дальний порядок в расположении молекул, следовательно, жидкие кристаллы допускается классифицировать в связи с ориентации директора и месторасположения центров масс молекул. Термотропные ЖК делят на нематические (нематики), холестерические (холестерики) и смектические (смектики) (рис. 2).

Рис. 2. Фазовые переходы в термотропных ЖК, происходящие при нагревании.
Нематики, от древнегреческого слова нема, что означает нить, обладают дальним ориентационным порядком, то есть молекулы нематического ЖК (НЖК) длинными осями нацелены примерно параллельно друг другу, однако их центры масс расположены беспорядочно. При сохранении направленности директора в них может быть сформированно вращение молекул вокруг длинных и коротких осей. Образцами нематиков, которые существуют при температуре комнаты, представлены хорошо известные и выученные соединения метоксибензилиден-n- бутиланилина (МББА) и 4-н-пентил-4'-цианобифенила (5ЦБ).
Холестерические жидкие кристаллы (ХЖК) – наименованы таким образом потому, что к ним, в основном, принадлежат производные холестерина. Холестерическая стадия образована оптически активными молекулами. В любом слое длинные оси молекул нацелены параллельно, например, как в одноосном нематике, однако при переходе от 1-го слоя к другому, директор изменяет направление на небольшой угол. Это связано с тем, что молекулы холестерика гладко асимметричны. В итоге форма имеет винтообразную ось симметрии, размещенную нормально к директору (рис.3).

Рис.3. Спираль ХЖК
Промежуток между 2-мя соседними слоями с одинаковой ориентацией молекул именуется шагом спирали. Таким образом, в ХЖК прослеживается одномерный ориентационный порядок с одномерным трансляционным упорядочением. Холестерическую фазу можно приобрести прибавлением существенно малого числа производного холестерина либо немезоморфного, оптически активного вещества в нематик: получившийся раствор именуют хиральным нематиком. Спиральная упаковка молекул ХЖК представляется основным фактором ее уникальных оптических свойств, таких как: селективное отражение циркулярно-поляризованного света и высокой оптической активности. Для ряда некоторых веществ удельное вращение плоскости поляризации доходит до 60000-70000 град/мм. Шаг холестерической спирали на прямую находится в зависимости от температуры. В случае если шаг ХЖК никак не выше длины волн видимой части диапазона, то в таком случае имеют быть получены характерные цвета. Поэтому ХЖК определили использовать как регистрирующие среды в термографии. Их используют с целью визуализации распределения температурных полей на поверхностях различных типов веществ и предметов.
Смектические ЖК (СЖК) – от греческого слова смегма (мыло) – формируют более высокоупорядоченные мезофазы. Длинные оси молекул ориентированы примерно параллельно друг другу, а кроме того, их центры масс располагаются в границах 1-го слоя. СЖК отчасти обладают равно как ориентационным, так и дальним трансляционным порядком. Толщина слоев в фазах порядка длины молекулы (20-40 ?). Имеют разные виды упаковок молекул в слое. Смектические фазы означают обыкновенными буквами латинского алфавита. Отличают последующие виды смектиков: A, B, C, H, I. и т.д.
При увеличении температуры жидкого кристалла из твердой кристаллической фазы смогут наблюдаться поочередные фазовые переходы. В случае, когда вещество владеет нематической и смектической фазой, то температура его смектической фазы, значительно ниже, чем у нематической фазы.
При увеличении или уменьшении температуры таких веществ, их фазовые переходы совершаются согласно следующей схеме:
К?СЖК?НЖК?ИЖ
В веществах, молекулы которых оптически активны, фазовые переходы исполняются согласно следующей схеме:
К?СЖК?ХЖК?ИЖ
Особенными конфигурациями конденсированного состояния владают полимеры. Это системы довольно эластичных микромолекул, состоящих из огромного количества звеньев. Ориентационно упорядоченными структурными элементами в них представлены сравнительно строгие анизометричные мезогенные группы в главной либо фронтальной цепях. Они объединены с главной цепочкой эластичными развязками (рис.5), либо относительно выделяемыми зонами цепи с персистентным устройством эластичности.

Рис5. Структуры высокомолекулярных ЖК: а – линейные полимеры, б – гребнеобразные полимеры с мезогенными группами в боковых цепях, в –гребнеобразные полимеры с мезогенными группами в основной и боковых цепях, г – гребнеобразные сополимеры с мезогенными и функциональными группами в боковых цепях, д – смеси таких сополимеров с низкомолекулярными и немезогенными соединениями.

Отдельный класс материалов составляют ЖК композиты. По структуре они очень многообразны. Среди них следует выделить следующие: НЖК, ХЖК и СЖК, диспергированные в полимерной матрице. Физические свойства ЖК композитов существенно отличаются от свойств входящих в них ЖК.

Основные свойства жидких кристаллов

Оптические свойства.
Оптические свойства ЖК материалов (ЖКМ) обуславливают эксплуатационные характеристики оптических элементов на их базе. От оптической анизотропии НЖК в главном зависят контраст и углы исследования в мониторах. Характерной чертой ЖКМ представляется наличие большого двулучепреломления, дихроизма и оптической активности. Жидкие кристаллы имеют возможность быть как оптически одноосными, так и двуосными. В одноосных жидких кристаллах свет, поляризованный в двух взаимно перпендикулярных направлениях, расширяется с различной быстротой. Нематики представлены оптически положительными, в таком случае для них коэффицент преломления необыкновенного луча (n_e) больше или равен показателю преломления обыкновенного луча (n_o). Для них оптическая анизотропия ?n = (n_e – n_o) ?0. ХЖК ведут себя как оптически отрицательный, одноосный кристалл (?n ? 0). Свойственные значения показателей преломления нематиков и смектиков для видимой области диапазона покоятся в границах от 1,4 до 1,9. Значение двулучепреломления ?n=n_e–n_o. В зависимости от вида НЖК возможно изменение в широких пределах: от 0,02 до 0,5. С убыванием ? величины, характеризующей преломления и ?n, возрастают. С возрастанием ? показатель ?n понемногу сокращается и делается фактически неизменным в сфере ИК диапазона, за исключением единичных локальных пиков поглощения.
Двулучепреломление жидких кристаллов убавляется с повышением температуры, устремляясь к 0 при постепенном приближении к температуре просветления. На рис. 6 проиллюстрирована зависимость ?n от температуры для некоторых положений.

Рис 6. Зависимость оптической анизотропии ?n от температуры Т для НЖК при различных структурах: 1 – салицилиденанилины; 2 - азоксисоединения; 3 – основания Шиффа; 4 – толаны; 5 – бифенилы; 6 – циклогексаны; 7 – сложные эфиры

Поглощение света в жидких кристаллах в видимом спектре длин волн как правило не велико. Тем не менее в ряде отдельных проекционных и бесполяроидных мониторов для самостоятельных портативных приборов его крайне важно принимать во внимание, в том случае, если оно находится в зависимости от силы источника излучения либо обстоятельств его эксплуатации. Главное поглощение ЖК компонентами прослеживаются в 2-ух спектрах: УФ и ИК. В проекционных дисплеях, на которые были поставлены сильные осветительные лампы, данные диапазоны спектра нужно отфильтровывать. Под влиянием УФ излучения ЖКМ имеиют возможность распадаться. Это приводит к сокращению долговечности устройства. Поглощенный свет имеет возможность увеличивать температуру ЖК элементов. Потому как ?n, вязкость, а также гибкие константы напрямую находятся в зависимости от температуры, характеристики жидкокристаллического элемента тоже станут меняться. Воздействие УФ излучения на фото-стабильность и долговечность ЖК сопряжено с разрушением химических взаимодействий длинной молекулярной цепи и патологией обстоятельств ориентации, что в свою очередь усугубляет характеристики ЖК компонентов.
Оптические свойства холестериков обладают определенными характерными чертами, представляющие результат наличия у них спиральной текстуры. Они оптически одноосны, обладают отрицательной оптической анизотропией, имеют большую оптическую активность, круговой дихроизмом и селективное отражение света. Формирование окраски слоя ХЖК рядом с его освещениями белым светом поясняется следующим: в случае если вообразить его равно как дифракционную решетку с концепцией параллельных слоев шириной( p)?2 и средним показателем преломления n. То в этом случае длина волны света? ??_0, обладающего при интерференции максимальной интенсивностью, будет повиноваться условию Вульфа-Брегга:
? ??_0=2n*d*Sin? (1)
Где (d=p)?2 – период решетки; ? – угол между падающим лучом и холестерической плоскостью; n – средний показатель преломления. В случаенормального падения, когда ?=90?
? ??_0=n*p (2)
При обычном падении света слой холестерика селективно отражает свет с длиной волны, одинаковой шагу спирали. Синтезировано немало ХЖК с шагом р ? 400-1000 нм. Для них ? ??_0 находится в видимом диапазоне. Селективное отражение в округе ? ??_0 обозначает, что хорошо освещенная белым светом плоская структура ХЖК будет покрашена в цвет, который совпадает с? ??_0. Температурная зависимость шага спирали ХЖК представляется самой важной характеристикой. Изменение шага спирали представляется основой для применения холестериков. У многих эфиров холестерина шаг спирали убавляется с увеличением температуры (dp?dt<0). В нематохолестерических растворах возможно наблюдать все 3 вида зависимости p(t):
dp?dt<0 ; dp?dt>0 ; dp?dt=0 (3)
Электрические свойства.
Чистейшие органические жидкокристаллические соединения представлены диэлектриками. Они имеют диэлектрической анизотропией ??=?? и ?? , где ?? и ?? - диэлектрические проницаемости в направлении параллельном и перпендикулярном направлению предпочтительной ориентации. Размеры и знак ?? находятся в зависимости от электрической структуры молекул, частоты гальванического поля и температуры. Отрицательная значение ?? определена присутствием в молекулах ЖК дипольных моментов, сориентированных под большим углом к длинным осям молекул ( >55°), а положительное значение ?? установлено присутствием дипольных моментов, сориентированных практически по оси наибольшей поляризуемости молекул (< 55°). Диэлектрические проницаемости ?? и ?? ощущают дисперсию. Дисперсия ?? совершается при наиболее высоких частотах, нежели ??. Присутствуют ЖК сочетания, у которых с переменой частоты совершается замена знака ?? (рис. 7).

Рис.7. Смена знака ?? в смеси фенилбензоатов, f_0 – частота инверсии знака ??.
Замена знака ?? имеет существенное практическое значение. Оно дает возможность сократить периоды релаксации ориентационного электрооптического эффекта. Таким образом в данном случае молекулы ЖК возвращаются к начальному расположению не только лишь под воздействием сил упругости, но и электрического поля.
ЖК представляют собой диэлектрики, электропроводность которых мы в состоянии менять. Собственная удельная электропроводность чистых НЖК обладает величиной порядка 1*?10?^(-13) ?Ом?^(-1) ?см?^(-1). Механизм электропроводности в ЖК – ионный. Согласно собственной природе обладатели заряда имеют возможность быть как собственными, так и примесными. Ионы смогут возникать вследствие диссоциации в объеме образца и в ходе электрохимических явлений на электродах. Электропроводность можно менять, прибавляя в неё токопроводящие присадки. Электропроводность в ЖК имеет анизотропный характер:
??=??-?? (?? - электропроводность, измеренная вдоль направления длинных осей молекул, а ?? - перпендикулярно ему). Анизотропия электропроводности обуславливается не столь химической структурой ЖКМ, сколь анизотропией подвижности обладателя заряда. Для большинства нематиков ??>0 и никак не зависит от анизотропии диэлектрической проницаемости. В смектиках же ??<0, к тому же размеры анизотропии существенно значительнее, нежели в нематической фазе. Электропроводимость жидкокристаллических веществ оказывает огромное колоссальное воздействие на их срок службы и стабильность.
Также следует заметить, что для различных областей применения необходимы разные условия к электрическим свойствам ЖКМ. Так, например, для твистовых ЖК мониторов на тонкопленочных транзисторах условием представляется обеспечение очень высокого сопротивления. Оно гораздо важнее, чем обеспечение большей диэлектрической анизотропии. Хотя в то же время для супер вистовых мониторов на НЖК и для дисплеев на ХЖК очень высокая диэлектрическая анизотропия наиболее продуктивно уменьшает управляющее напряжение, нежели высокое сопротивление.

Упругие свойства.
Главными свойствами ЖК, обуславливающими их действия во внешних полях, являются их упругость. Они оказывают большое влияние на характеристики, таких как управляющее напряжение, крутизна вольт-контрастной характеристики, время отклика и прочие.
Главное отличие среди деформаций ЖК и твердых тел состоит в том, что в отличие от твердого тела изменение количества расстояния меж молекулами не изменяет упругую энергию. Деформации сжатия или растяжения крайне малы, а деформация сдвига в следствии приводит к течению. Следовательно, в ЖК более наглядно обнаруживаются деформации изгиба поля директора. Вследствие прекращения внешнего воздействия директор обращается к исходному, равновесному положению под воздействием упругих сил. Иной, немало важной, характерной чертой ЖК является их упругость, сопряженная с локальным изменением ориентации директора. Отличают 3 основных вида деформации в ЖК:
поперечный изгиб (рис. 8а) –splay (S-деформация);
кручение (рис. 8б) – twist (T – деформация),
продольный изгиб (рис. 8в) – bend (B = деформация).

Рис.8. Основные изгибовые деформации ЖК: а) поперечный изгиб; б) кручение; в) продольный изгиб.
Плотность свободной энергии, связанной с изгибными деформациями, F_d обуславливается текстурой ЖК. Для нематиков F_d описывается пооследующим уравнением:
F_d=1?2[k_11 (div n)^2+k_22 (n rot n)^2+k_33 (n*rot n)^2, (3)
где k_11, k_22,k_33 – константы упругости поперечного изгиба, кручения и продольного изгиба, n – директор НЖК.
Значения констант упругости имеют порядок ?10?^(-11)Н. Во всех случаях k_22 меньше k_11 и k_33. Равновесная структура распределения директора n очень сильно зависит от отношения констант упругости k_33?k_11 , которое в свою очередь фактически определяет оптические и электрические свойства слоев НЖК. Типичные значения отношений k_33?k_11 и k_22?k_11 лежат в пределах: 0.5 < k_33?k_11 < 3,0; 0.5 < k_22?k_11 < 0,8. С повышением температуры все модули упругости значительно уменьшаются. Чувствительность слоя НЖК к внешним воздействиям увеличивается при уменьшении его модулей упругости. Именно этим мощным изменением локального поля директора при слабом внешнем влиянии, сопровождаемым сильным изменением оптических свойств НЖК слоя, выясняется основная причина эффективного использования НЖК в оптических эффектах.

Глава 2. Общие сведения о дисплеях
Современные дисплейные технологии

Дисплеи являются главной сферой использования ЖК материалов. Они весьма широко применяются в обыденной жизни в качестве: мониторов персональных компьютеров, телевизионных экранов, систем отображения информации в мобильных телефонах, цифровых камерах, электронных записных книгах, системах навигации и тому подобное. Продвижение дисплейных технологий оказывает существенное влияние на теорию и экспериментальные исследования в ЖК, а также определяет направление разработки новейших материалов и технологий. Конкуренция с дисплеями, основанными на иных принципах, содействовала улучшению эксплуатационных характеристик и рабочих данных ЖК-дисплеев (ЖКД). Формирование проходило по пути развития изображений, всегда более и более близящихся к отображению реальных объектов и предметов: от черно-белых и монохромных, затем к разноцветным, полно цветным и, в конечном итоге, к объемным дисплеям.
Нынешнее общество существует в беспрерывно изменяющемся информационной области, которая определяется объемом и пространственно-временным распределением получаемой информации. В течение всех этапов эволюции человечества способы связи, накопление и обмен информацией в основном определяли рубежи формирования самой цивилизации.
Что же такое современный дисплей – это оптическое устройство, преобразующее входящий сигнал, обычно электрический, в видимое для нас изображение.
Этапы развития дисплеев определяется с помощью уровня фундаментальных исследований, технологией их изготовления и возможностями применения. Можно сформировать 10 основных требований, которые применяются к современным дисплеям:
1. Высокий контраст, дающий возможность принимать отображаемую информацию в широком спектре освещенности и при разных углах обзора.
2. Высокое пространственное и временное разрешение, дающее возможность отображать высокие пространственные частоты передвигающихся предметов.
3. Обширный диапазон отображаемых цветовых характеристик и уровней серого, который дает возможность получать изображения максимально приближенные соответствующим воспроизводимым визуальным данным.
4. Широкий ассортимент диаметров экранов, в зависимости от назначения. К примеру, малые – для автономных переносных устройств, а большие – для стационарных устройств.
5. Возможность создания гибкого и переносного экрана.
6. Широкая область условий эксплуатации, включая раггедизацию устройств. Например, подогрев при работе в области отрицательных температур.
7. Низкое энергопотребление, позволяющее применять малогабаритные, маломощные автономные источники питания.
8. Увеличенная служба эксплуатации.
9. Высокий уровень технологичности, обеспечивающий возможность изготовления изделия массовыми тиражами, а также являющийся экологически безопасным.
10. Уменьшение стоимости.
Есть огромное количество классификаций, с помощью которых разделяют современные дисплеи:
1. По размерам изображений объекта существует 2 типа: двумерные или плоские и трехмерные или объемные.
2. С многофункциональной точки зрения мониторы делятся на: индивидуальные, автономные или переносные, стационарные и коллективного пользования.
3. По размещению дисплеи разделяют на: авионика, наземный транспорт, для морского флота, мобильных индивидуальных средств, для командных средств управления и другое.
4. По режимам управления дисплеи делят на 2 типа: матричные и мультиплексные.
5. По оптическим свойствам разделяют 2 типа дисплеев: активные, создающие излучение, и пассивные дисплеи, работающие на просвет или на отражение.
К нынешнему моменту времени разработано огромное количество дисплеев, которые конкурируют друг с другом и созданы на основе различных физических принципов. Дисплеи на электронно-лучевых трубках (ЭЛТ), плазменные панели (ПЛ), Вакуумные люминесцентные, светодиоды (СД), полевые эмиссионные дисплеи и конечно же ЖКД. Практически все дисплеи обладают своими недостатками и достоинствами, однако они не в полной мере отвечают предъявленным выше требования современных дисплеев. И только ЖКД в большей мере соответствуют этим требованиям и стандартам.

Глава 3. Твист-ячейки
Неоднородные композитные структуры , формирующие твистя-ячейку

Как матрицу ЖК-композита мы применяем поликапролактон. По уникальной методологии, а точнее применяя явление образования рэлеевских мостов жидкости, созданы ЖК-композиты. Полимерная композитная нить создавалась с помощью сочетания одноосной и торсионной деформации. При помощи охлаждения поликапролактона, вплоть до комнатной температуры, фиксировали ЖК-композит.
В нашем случает необходимо произвести композитную нить, длиной менее 1мм и в которой содержится тонкий ЖК цилиндр, который по своему изготовлению соответствует выше написанному. Он имеет поперечное сечение, как представлено на рис 9.

Рис.9. Поперечное сечение ЖК цилиндра.
Далее нам необходимо повернуть один её конец на угол ?/2. При прохождении луча света вдоль ЖК цилиндра, к примеру в 90° твист-ячейке, будет осуществляться поворот плоскости поляризации. На рис. 10. наглядно представлено как отсчитывается угол наклона директора ЖК к направленности прохождения луча.

Рис.10. Угол наклона директора ЖК к направлению прохождения луча отсчитывается от нормали к лучу, то есть от торца цилиндра.
От удлинения, при вытягивании, зависит угол наклона. В случае если разные участки композитной нити растягиваются по-разному (указать градиент относительного удлинения), то цилиндрическая ЖК ячейка изнутри нити будет подобна ячейке ЖК с неоднородным распределением директора.
Используем ЖК структуру, для которой был выше описан ЖК-композит. Эта структура, есть находящийся перед матрицей фотоэлементов, расположенный упорядоченно блок ЖК микролинз и твист-ячеек. Собою он похож на матрицу, состоящую из цилиндрических пор, в которой находятся нити вышеописанного композита и далее, последовательно по направлению луча, микролинзы ЖК. Фотоэлементы находятся по осям микролинз, формируя матрицу с подобными пространственными характеристиками. Пример изображен на рис 11.

Рис.11.
В последующей информации мы будем встречаться с термином подложка ячейки — это торец цилиндрической поры в матрице.
На фронтальной подложке ЖК-ячейки, помещённой меж поляризатором и параллельно размещенным к ему анализатором, направление директора сходится с осью поляризатора, то в таком случае интенсивность I света, миновавшего через ячейку толщиной L, будет равна:
I=(?sin?^2 (??(1+q^2)))/(1+q^2 ) (4)
где ? – угол закрутки твиста, q = ?L?n???. Для 90° твист-эффекта ?=??2.

Интенсивность пропускания I света представляется осциллирующей функцией параметра L??. Без присутствия поля можно представить линейным разделение углов по толщине ячейки. Для случаяK_33?K_11 =1 разделение угла ? согласно толщине ячейки будет считаться линейным.
Исходя из того, что:
?d?n/?? (5)
А также разность фазовых задержек:
??=2?d?n/? (6)
Получим:
q=??/2? (7)
Где:
??=2?/? [?_0^L??(n_0 n_e dz)/(n_0^2 ?cos?^2 ?(z)+n_e^2 ?sin?^2 ?(z))^(1?2) )-n_0 L?]. (8)
Из это следует, что интенсивность I пропускания в поляризаторах, которые расположены параллельно, можно рассчитать согласно формуле (4), представленной выше, для разных вариантов пространственных распределений полярного угла наклона директора.
Разновидность твист-ячеек

Несимметричная твист-гибридная ячейка (NSTH)
На рис. 12 для NSTH, то есть твист-гибридной ячейки ЖК с несимметричными приповерхностными углами ? и ?_fixedи толщиной ЖК слоя L, представлена зависимость интенсивности пропускания I при параллельно расположенных поляризаторах от приповерхностных углов и толщиyы слоя ЖК

Рис.12. Зависимость интенсивности пропускания I при параллельных поляризаторах от приповерхностных углов ? и ?_fixed и толщины L слоя ЖК для NSTH.

Здесь n_0=1,5; n_e=1,6; длина волны света 0,63 мкм, угол закрутки твиста 90°, угол ?_fixed изменяется от 0 до 75° сверху вниз, плоскость поляризации проникающего луча света совпадает с директором ЖК на входной поверхности ЖК ячейки.
Несимметричная твист-сплей ячейка (NSTS)
На рис.13. для NSTS, то есть твист-сплей ячейки ЖК с несимметричными приповерхностными углами ? и ?_fixed и толщиной ЖК слоя L, представлена зависимость интенсивности пропускания I при параллельных поляризаторах от приповерхностных углов и толщины слоя ЖК.

Рис.12. Зависимость интенсивности пропускания I при параллельных поляризаторах от приповерхностных углов ? и ?_fixed и толщины L слоя ЖК для NSTS.

Здесь n_0=1,5; n_e=1,6; длина волны света 0,63 мкм, угол закрутки твиста 90°, угол ?_fixed изменяется от 0 до 75° сверху вниз, плоскость поляризации входящего луча света совпадает с директором ЖК на входной поверхности ЖК ячейки.
Несимметричная твист-бенд ячейка (NSTB)
На рис.14. для NSTB, то есть твист-бенд ячейки ЖК с несимметричными приповерхностными углами ? и ?_fixed и толщиной ЖК слоя L, показана зависимость интенсивности пропускания I при параллельных поляризаторах от приповерхностных углов и толщины слоя ЖК.

В наше время ЖКД составляют примерно 85% от объема производства и выпуска всех плоских дисплеев. Это обусловлено их высокими характеристиками, достигнутыми благодаря развитию теории жидких кристаллов и передовых технологий в области твист-ячеек.
При разработке ЖКД широкое использование нашли: твист-эффект, твист-ячейки, селективное отражение в холестерико-нематических смесях. Лучшие эксплуатационные характеристики были достигнуты при использовании твист-эффекта с поперечным приложением электрического поля (IPS).
Материалы о ЖК-композитах, представленные в данной работе, используются в создании и разработке дисплейной техники и оптоэлектронике.
Представлена методика и смоделированы оптические свойства твист-ячеек ЖК-композитов.

Представлен метод расчёта и компьютерная модель зависимости интенсивности пропускания от ориентационных параметров твист-ЖК-композитной ячейки.
Приведенные выше высказывания о ЖКД и твист-ячейках позволяют представить их к новой, интенсивно развивающийся, самостоятельной области новейшей фотоники.

Список литературы
М.Г. Томилин, Г.Е. Невская, Дисплеи на жидких кристаллах - СПб: СПбГУ ИТМО, 2010-108с.
А.С. Соломатин, В.И. Мащенко, В.В. Беляев, Оптические свойства ЖК композитных несимметричных твист-ячеек - МГОУ 2017.
https://technology.ihs.com/594716/shipments-of-wide-screen-display-in-189-aspect-ratio-expected-to-reach-611-million-units-by-2021-ihs-markit-says
https://futuremarketsinc.com/the-market-for-nanocellulose-in-japan/
Журнал технической физики, 2009, том 79, выпуск 4.
Коншина Е.А. Оптика жидкокристаллических сред. 2013.
Соломатин А.C., Мащенко В.И., Шашкова Ю.О., Беляев В.В. Особенности формирования микроструктуры и оптические свойства жидкокристаллических композитных твист-ячеек // Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика-математика. 2017. № 2. С. 53–63.
Belyaev V.V., Chausov D.N., Solomatin A.S. Phase retardation vs. pretilt angle in liquid crystal cells with homogeneous and inhomogeneous LC director configuration // Optics Express. 2013. V. 21. pp. 4244–4249.
Belyaev V.V., Solomatin A.S., Kurilov A.D., Chausov D.N., Mazaeva V.G........................

Для получения полной версии работы нажмите на кнопку "Узнать цену"

Узнать цену

Каталог работ

Похожие работы: