Залежність кроку спіралі холестеричного рідкого кристала від температури дає можливість використовувати плівки цих речовин для спостереження розподілу температури на поверхні різних тіл. Цей метод застосовується також у медицині для діагнозу запальних процесів, візуалізації теплового вимірювання тощо.[4]
1.6 Електричні властивості
Більшість застосувань рідких кристалів пов'язана з управлінням їх властивостями шляхом додатку до них електричних дій. Податливість і «м'якість» рідких кристалів по відношенню до зовнішніх дій роблять їх виключно перспективними матеріалами для застосування в пристроях мікроелектроніки, для яких характерні невелика електрична напруга, мале споживання потужності і малі габарити. Тому для забезпечення оптимального режиму функціонування РК елементу в якому-небудь пристрої важливо добре вивчити електричні характеристики рідких кристалів.
Іншою важливою обставиною є те, що провідність в рідких кристалах носить іонний характер. Це означає, що відповідальними за перенесення електричного струму в РК є не електрони, як в металах, а набагато масивніші частинки. Це позитивно і негативно заряджені фрагменти молекул (або самі молекули), що віддали або захопили надмірний електрон. З цієї причини електропровідність рідких кристалів сильно залежить від кількості і хімічної природи домішок, що містяться в них. Зокрема, електропровідність нематика можна цілеспрямовано змінювати, додаючи в нього контрольовану кількість іонних добавок, в якості яких можуть виступати деякі солі.[1]
РОЗДІЛ 2. ЗАСТОСУВАННЯ РІДКИХ КРИСТАЛІВ
2.1 Рідкі кристали сьогодні і завтра
Багато оптичних ефектів в рідких кристалах, про які розповідалося вище, вже освоєні технікою і використовуються у виробах масового виробництва. Наприклад, всім відомий годинник з індикатором на рідких кристалах, але не всі ще знають, що ті ж рідкі кристали використовуються для виробництва наручного годинника, в який вбудований калькулятор. Тут вже навіть важко сказати, як назвати такий пристрій, чи то годинник, чи то комп'ютер. Але це вже освоєні промисловістю вироби, хоча всього десятиліття тому подібне здавалося нереальним. Перспективи ж майбутніх масових і ефективних застосувань рідких кристалів ще дивовижніші.[1]
2.2 Властивості і застосування рідких кристалів
Рідкі кристали володіють дуже важливими оптичними властивостями, які забезпечили їх численне застосування і великий інтерес до їх вивчення. Як нематики, так і деякі смектики є одноосними кристалами, властивості яких легко і в широких межах змінюються зовнішніми діями. Це відкриває широкі можливості управління світловими потоками за допомогою рідких кристалів.
Холестерики унаслідок спіральної періодичності їх структури проявляють дифракційні властивості у видимій частині спектру. Оскільки крок спіралі змінюється під впливом зовнішніх дій, наприклад температури, то за допомогою цих зовнішніх дій також можна управляти світловим потоком.
На властивості рідких кристалів великий вплив роблять електричні і магнітні поля. Вивчення цих впливів є в даний час предметом інтенсивних наукових досліджень, а отримувані результати використовуються в практиці. Широко відомі цифрові покажчики на рідких кристалах, дисплеї. Розроблений метод візуалізації зображень в ультрафіолетовому випромінюванні. Великими перевагами рідкокристалічних плівок є їх порівняльна дешевизна і мала величина використовуваних потужностей і електричної напруги. [6]
2.3 Електронна гра, електронний словник і телевізор на Рк
Відомо, якою популярністю у молоді користуються різні електронні ігри, що зазвичай встановлюються в спеціальній кімнаті атракціонів в місцях суспільного відпочинку або фойє кінотеатрів. Успіхи в розробці матричних рідкокристалічних дисплеїв зробили можливим створення і масове виробництво подібних ігор в мініатюрному, так би мовити, кишенькового виконання. Наприклад, всім відома гра «Ну, постривай!», освоєна вітчизняною промисловістю. Габарити цієї гри, як у записника, а основним його елементом є рідкокристалічний матричний дисплей, на якому висвічуються зображення вовка, зайця, курей і яєчок, що котилися по жолобах. Завдання гравця, натискаючи кнопки управління, примусити вовка, переміщаючись від жолоба до жолоба, ловити яєчка, що скочуються з жолобів, в корзину, щоб не дати їм впасти на землю і розбитися. Тут же відзначимо, що, крім розважального призначення, ця іграшка виконує роль годинника і будильника, тобто в іншому режимі роботи на дисплеї «висвічується» час і може подаватися звуковий сигнал в необхідний момент часу.
Ще один вражаючий приклад ефективності союзу матричних дисплеїв на рідких кристалах і мікроелектронної техніки дають сучасні електронні словники, які почали випускати в Японії. Вони є мініатюрні обчислювальні машинки розміром із звичайний кишеньковий мікрокалькулятор, в пам'ять яких введені слова на двох (або більше) мовах і які забезпечені матричним дисплеєм і клавіатурою з алфавітом. Набираючи на клавіатурі слово на одній мові, ви вмить отримуєте на дисплеї його переклад іншою мовою. Уявіть собі, як покращає і полегшиться процес навчання іноземних мов в школі і у вузі, якщо кожен учень буде забезпечений подібним словником. А спостерігаючи, як швидко вироби мікроелектроніки упроваджуються в наше життя, можна з упевненістю сказати, що таке час не за горами. Легко уявити і шляхи подальшого вдосконалення таких словників-перекладачів: перекладається не одне слово, а ціле речення. Крім того, переклад може бути і озвучений. Словом, впровадження таких словників-перекладачів обіцяє революцію у вивченні мов і техніці перекладу.
Вимоги до матричного дисплея, використовуваного як екран телевізора, виявляються значно вищими як по швидкодії, так і по числу елементів, чим в описаних вище електронній іграшці і словнику-перекладачі. Це стане зрозумілим, якщо пригадати, що відповідно до телевізійного стандарту зображення на екрані формується з 625 рядків (і приблизно з такого ж числа елементів складається кожен рядок), а час запису одного кадру 40 мс. Тому практична реалізація телевізора з рідкокристалічним екраном виявляється важчим завданням. Проте відомі перші успіхи в технічному рішенні і цього завдання. Так, японська фірма «Соні» налагодила виробництво мініатюрного, такого, що уміщається практично на долоні телевізора з розміром екрану 3,6 дюймів. Вже створені телевізори на РК як з крупнішими екранами, так і з кольоровим зображенням.
Союз мікроелектроніки і рідких кристалів виявляється надзвичайно ефективним не тільки в готовому виробі, але і на стадії виготовлення інтегральних схем. Як відомо, одним з етапів виробництва мікросхем є фотолітографія, яка полягає в нанесенні на поверхню напівпровідникового матеріалу спеціальних масок, а потім у витравлянні за допомогою фотографичної техніки так званих літографічних вікон. Ці вікна в результаті подальшого процесу виробництва перетворяться в елементи і з'єднання мікроелектронної схеми. Від того, наскільки малі розміри відповідних вікон, залежить число елементів схеми, які можуть бути розміщені на одиниці площі напівпровідника, а від точності і якості витравляння вікон залежить якість мікросхеми. Вище вже мовилося про контроль якості готових мікросхем за допомогою холестеричних рідких кристалів, які візуалізують поле температур на працюючій схемі і дозволяють виділити ділянки схеми з аномальним тепловиділенням. Не менш корисним виявилося застосування рідких кристалів (тепер вже нематичних) на стадії контролю якості літографічних робіт. Для цього на напівпровідникову пластину з протравленими літографічними вікнами наноситься орієнтований шар нематика, а потім до неї прикладається електрична напруга. В результаті в поляризованому світлі картина витравлених вікон виразно візуалізується. Більш того, цей метод дозволяє виявити дуже малі за розмірами неточності і дефекти літографічних робіт, 1 протяжність яких всього 0,01 мкм.
2.4 Керовані оптичні транспаранти
Розглянемо приклад досягнення наукових досліджень в процесі створення рідкокристалічних екранів, відображення інформації, зокрема рідкокристалічних екранів телевізорів. Відомо, що масове створення великих плоских екранів на рідких кристалах стикається з труднощами не принципового, а чисто технологічного характеру. Хоча принципово можливість створення таких екранів продемонстрована, проте в зв'язку з складністю їх виробництва при сучасній технології їх вартість виявляється дуже високою. Тому виникла ідея створення проекційних пристроїв на рідких кристалах, в яких зображення, отримане на рідкокристалічному екрані малого розміру могло б бути спроектовано в збільшеному вигляді на звичайний екран, подібно до того, як це відбувається в кінотеатрі з кадрами кіноплівки. Виявилось, що такі пристрої можуть бути реалізовані на рідких кристалах, якщо використовувати „сандвічеві” структури, в які разом з шаром рідкого кристала входить шар фотонапівпровідника. Причому запис зображення в рідкому кристалі, здійснюваний за допомогою фотонапівпровідника, проводиться променем світла.
Принцип запису зображення дуже простий. У відсутність підсвічування фотонапівпровідника його провідність дуже мала, тому практично вся різниця потенціалів, подана на електроди оптичного осередку, в який ще додатково введений шар фотонапівпровідника, падає на цьому шарі фотонапівпровідника. При підсвічуванні фотонапівпровідника його провідність різко зростає, оскільки світло створює в нім додаткові носії струму (вільні електрони і дірки). В результаті відбувається перерозподіл електричної напруги в осередку — тепер практично вся напруга падає на рідкокристалічному шарі, і стан шаруючи, зокрема, його оптичні характеристики змінюються відповідно величині поданої напруги. Таким чином змінюються оптичні характеристики рідкокристалічного шару в результаті дії світла. Ясно, що при цьому в принципі може бути використаний будь-який електрооптичний ефект з описаних вище. Практично, звичайно, вибір електрооптичного ефекту в такому сандвічевом пристрої, званому електрооптичним транспарантом, визначається разом з необхідними оптичними характеристиками і чисто технологічними причинами.