Рідкі кристали

Курсова робота з молекулярної фізики
на тему:
«Рідкі кристали»
 

Зміст
 
ВСТУП
РОЗДІЛ 1. РІДКІКРИСТАЛИ — НОВИЙ СТАН РЕЧОВИНИ
1.1 Навіщо потрібні РК
1.2 Трохи історії
1.3 Основні поняття
1.4 Способи одержання рідкихкристалів
1.5 Типи рідкихкристалів
1.6 Електричні властивості
РОЗДІЛ 2.ЗАСТОСУВАННЯ РІДКИХ КРИСТАЛІВ
2.1 Рідкі кристали сьогодні ізавтра
2.2 Властивості ізастосування рідких кристалів
2.3 Електронна гра, електронний словник і телевізор на Рк
2.4 Керованіоптичні транспаранти
2.5 Просторово-часовімодулятори світла
2.6 Як зробитистереотелевізор
2.7 Окуляри для космонавтів
2.8Рідкокристалічний дисплей
ВИСНОВОК
ЛІТЕРАТУРА
рідкий кристал молекула рідина

ВСТУП
Рідкі кристали незвичайно цікаві ідивовижні.
У 2008 р., наукова громадськістьвідзначить 120 років з моменту відкриття рідких кристалів — нового стануречовини. Тоді учені виявили, що речовини в рідкокристалічному стані володіютьтекучістю, як звичайні рідини, і в той же час їх оптичні властивості вражаючесхожі на властивості твердих кристалів.
Набагато пізніше стала ясна фізичнапричина існування четвертого стану речовини і його основна умова.

/>/>РОЗДІЛ1. РІДКІ КРИСТАЛИ — НОВИЙ СТАНРЕЧОВИНИ
 
1.1 Навіщопотрібні РК
У буденному життіми стикаємося з годинниками, термометрами на рідких кристалах. Інтерес до нихперш за все обумовлений можливостями їх ефективного застосування у ряді галузейвиробничої діяльності. Впровадження рідких кристалів означає економічнуефективність, простоту, зручність.
Рідкий кристал —це специфічний агрегатний стан речовини, в якій воно проявляє одночасновластивості кристала і рідини. Далеко не всі речовини можуть знаходитися врідкокристалічному стані. Більшість речовин можуть знаходитися тільки в трьох,всім добре відомих агрегатних станах: твердому або кристалічному, рідкому ігазоподібному. Деякі органічні речовини, що володіють складними молекулами,окрім трьох названих станів, можуть утворювати четвертий агрегатний стан —рідкокристалічне. Цей стан здійснюється при плавленні кристалів деяких речовин.При їх плавленні утворюється рідкокристалічна фаза, що відрізняється відзвичайних рідин. Ця фаза існує в інтервалі від температури плавлення кристаладо деякої вищої температури, при нагріві до якої рідкий кристал переходить взвичайну рідину. Подібно звичайній рідині, рідкий кристал володіє текучістю іприймає форму судини (сосуда), в яку він поміщений. Цим він відрізняється відвідомих всім кристалів. Проте не дивлячись на цю властивість, об’єднуючу його зрідиною, він володіє властивістю, характерною для кристалів. Це — впорядкуванняв просторі молекул, утворюючих кристал. Правда, це впорядкування не таке повне,як в звичайних кристалах, проте воно істотно впливає на властивості рідкихкристалів, чим і відрізняє їх від звичайних рідин. Неповне просторовевпорядкування молекул, утворюючих рідкий кристал, виявляється в тому, що врідких кристалах немає повного порядку в просторовому розташуванні центрівтяжіння молекул, хоча частковий порядок може бути. Це означає, що у них немаєжорсткої кристалічної решітки. Тому рідкі кристали, подібно до звичайних рідин,володіють властивістю плинності.
Обов’язковоювластивістю рідких кристалів, що зближує їх із звичайними кристалами, єнаявність порядку просторової орієнтації молекул. Такий порядок в орієнтаціїможе виявлятися, наприклад, в тому що всі довгі осі молекул врідкокристалічному зразку орієнтовані однаково. Ці молекули повинні володітивитягнутою формою. Окрім простого названого впорядкування осей молекул, врідкому кристалі може здійснюватися складніший орієнтаційний порядок молекул.[1]
/> 
1.2 Трохиісторії
Не володіючисучасною величезною інформацією про будову матерії, дуже важко повірити, щотакі, здавалося б, властивості, що взаємно виключають один одного, можутьвиявлятися у однієї речовини. Тому, ймовірно, дослідники вже дуже давностикалися з рідкокристалічним станом, але не віддавали собі в цьому звіту.Проте існування рідких кристалів було встановлене дуже давно, майже сторіччятому, а саме в 1888 році.
Першим, хтовиявив рідкі кристали, був австрійський учений-ботанік Рейнітцер. Досліджуючинову синтезовану ним речовину холестерилбензоат, він виявив, що при температурі145°С кристали цієї речовини плавляться, утворюючи мутну, сильно розсіюючусвітло, рідину. При продовженні нагріву після досягнення температури 179°С рідина прояснюється, тобто починаєповодитися в оптичному відношенні, як звичайна рідина, наприклад вода.Несподівані властивості холестерилбензоат виявляв в мутній фазі. Розглядаючи цюфазу під поляризаційним мікроскопом, Рейнітцер виявив, що вона володіє двупереломленням.Це означає, що показник заломлення світла, тобто швидкість світла в цій фазі,залежить від поляризації.
Явищедвупереломлення — це типово кристалічний ефект, що полягає в тому, що швидкістьсвітла в кристалі залежить від орієнтації площини поляризації світла. Істотно,що вона досягає екстремального максимального і мінімального значень для двохвзаємно ортогональних орієнтацій площини поляризації. Зрозуміло, орієнтаціїполяризації, відповідні екстремальним значенням швидкості світлі в кристалі,визначаються анізотропією властивостей кристала і однозначно задаютьсяорієнтацією кристалічних осей щодо напряму розповсюдження світла.
Тому сказанепояснює, що існування двупереломлення в рідині, яка повинна бути ізотропною,тобто що її властивості повинні бути незалежними від напряму, представлялосяпарадоксальним. Найбільш правдоподібним у той час могла здаватися наявність в мутнійфазі малих частинок кристала, що не розплавилися, кристалітів, які і були джерелом двупереломлення. Проте детальніші дослідження, дояких Рейнітцер привернув відомого німецького фізика Лемана, показали, щокаламутна фаза не є двофазною системою, тобто не містить в звичайній рідинікристалічних включень, а є новим фазовим станом речовини. Цьому фазовому стануЛеман дав назву «Рідкий кристал» у зв’язку з властивостями рідини і кристала,що одночасно проявлялися ним. Уживається також і інший термін для назви рідкихкристалів. Це — «мезофаза», що буквально означає«проміжна фаза».
У той часіснування рідких кристалів представлялося якимсь курйозом, і ніхто не мігприпустити, що їх чекає майже через сто років велике майбутнє в технічнихзастосуваннях. Тому після деякого інтересу до рідких кристалів відразу після їхвідкриття про них через деякий час практично забули.
Проте вже в першіроки було з’ясовано багато інших дивовижних властивостей рідких кристалів. Так,деякі види рідких кристалів володіли незвично високою оптичною активністю.
Оптичноюактивністю називають здатність деяких речовин обертати площину поляризаціїсвітла, що проходить через них. Це означає, що лінійно поляризоване світло,розповсюджуючись в таких середовищах, змінює орієнтацію площини поляризації.Причому кут повороту площини поляризації прямо пропорційна шляху L, пройденомусвітлом, де кут повороту на одиничному шляху і називається питомою обертальноюздатністю.
Дивовижними булитакож й інші властивості, такі, як сильна температурна залежність названиххарактеристик, їх дуже висока чутливість до зовнішніх магнітних і електричнихполів і т д.
В кінці ХІХ —початку ХХ століття багато дуже авторитетних вчених вельми скептичновідносилися до відкриття Рейнітцера і Лемана. (Ім’я Ламана також можна по правупов’язувати з відкриттям рідких кристалів, оскільки він дуже активно бравучасть в перших дослідженнях рідких кристалів.) Річ у тому, що не тількиописані суперечливі властивості рідких кристалів представлялися багатьомавторитетам вельми сумнівними, але і в тому, що властивості різнихрідкокристалічних речовин (з’єднань, що володіли рідкокристалічною фазою)виявлялися істотно різними. Так, одні рідкі кристали володіли дуже великоюв’язкістю, у інших в’язкість була невелика. Одні рідкі кристали проявляли іззміною температури різку зміну забарвлення, так що їх колір пробігав всі тонивеселки, інші рідкі кристали такої різкої зміни забарвлення не проявляли.Нарешті, зовнішній вигляд зразків, або, як прийнято говорити, текстура, різнихрідких кристалів при розгляді їх під мікроскопом виявлявся зовсім різним. Уодному випадку в полі поляризаційного мікроскопа могли бути видні утворення,схожі на нитки, в іншому — спостерігалися зображення, схожі на гірський рельєф,а в третьому — картина нагадувала відбитки пальців. Стояло також питання, чомурідкокристалічна фаза спостерігається при плавленні тільки деяких речовин?
Ось в такихумовах скептицизму з боку багатьох авторитетів і достатку суперечливих фактіввели свої роботи перші, тоді нечисленні, дослідники рідких кристалів, справжніентузіасти своєї справи. До їх числа слід віднести німецького хімікаД.Форлендера, який на початку ХХ століття в університетському місті Галле (Німеччина)спільно з своїми учнями вивчав хімію рідких кристалів. Він намагався відповістина питання, якими властивостями повинні володіти молекули речовини, щоб вономали рідкокристалічну фазу. Форлендер знайшов велику кількість нових з’єднань,що володіють рідкокристалічною фазою, і уважно досліджував властивості молекулвідповідних з’єднань, зокрема структурні. В результаті його робіт стало ясно,що рідкі кристали утворюють речовини, молекули яких мають подовжену форму.[7]
Час йшов, фактипро рідкі кристали поступово накопичувалися, але не було загального принципу,який дозволив би встановити якусь систему в уявленнях про рідкі кристали. Як токажуть, настав час для класифікації предмету досліджень. Заслуга в створенніоснов сучасної класифікації рідких кристалів належить французькому ученомуЖ.Фріделю. В 20-і роки Фрідель запропонував розділити всі рідкі кристали на двівеликі групи. Одну групу рідких кристалів Фрідель назвав нематичними, іншу смектичними. Він же запропонував загальнийтермін для рідких кристалів — «мезоморфнафаза». Цей термін походить від грецького слова «мезос» (проміжний), а вводячийого, Фрідель хотів підкреслити, що рідкі кристали займають проміжне положенняміж дійсними кристалами і рідинами як по температурі, так і по своїх фізичнихвластивостях. Нематичні рідкі кристали в класифікації Фріделя включали вжезгадувані вище холестеричні рідкі кристали як підклас.
Сучасний етап вивчення рідких кристалів, який почався в 60-іроки і додав науці про РК сьогоднішні форми, методи досліджень, широкий розмахробіт сформувався під безпосереднім впливом успіхів в технічних додатках рідкихкристалів, особливо в системах відображення інформації. В цей час зрозуміло іпрактично доведено, що в наше століття мікроелектроніки, що характеризуєтьсявпровадженням мікромініатюрних електронних пристроїв, споживаючих нікчемніпотужності енергії для пристроїв індикації інформації, тобто зв’язки приладу злюдиною, найбільш відповідними виявляються індикатори на РК. Річ у тому, щотакі пристрої відображення інформації на РК природним чином вписуються в енергетику і габарити мікроелектроннихсхем. Вони споживають нікчемну кількість потужності і можуть бути виконані увигляді мініатюрних індикаторів або плоских екранів. Все це зумовлює масовевпровадження рідкокристалічних індикаторів в системи відображення інформації,свідками якого ми є в теперішній час. Щоб усвідомити цей процес, доситьпригадати годинник або мікрокалькулятори з рідкокристалічними індикаторами. Алеце тільки початок. На зміну традиційним і звичним пристроям йдутьрідкокристалічні системи відображення інформації. Часто буває, технічні потреби не тільки стимулюють розробкупроблем, пов’язаних з практичними застосуваннями, але і часто примушують переосмислитизагальне відношення до відповідного розділу науки. Так відбулося і з рідкимикристалами. Зараз зрозуміло, що це найважливіший розділ фізики стану, щоконденсує.[1]
 
1.3 Основні поняття
Рідкі кристали – це рідини, для яких характерним є певнийпорядок розміщення молекул і, як наслідок цього, анізотропія механічних,електричних, магнітних та оптичних властивостей. І хоч рідкі кристали поєднуютьу собі властивості твердого тіла та ізотропної рідини, електро- і магнітооптичніявища в них досить специфічні і, як правило, не мають відповідних аналогів утвердій та ізотропній рідкій фазах. Якщо немає зовнішніх дій, в рідкихкристалах має місце анізотропія діелектричної проникності, магнітноїсприйнятливості, електропровідності та теплопровідності. У них спостерігаєтьсяподвійне заломлення світлових променів та дихроїзм. [4]
 

1.4 Способи одержання рідких кристалів
Необхідною умовою прояву мезоморфізму є існуваннягеометричної анізотропії молекул. Які повинні бути довгими і порівняновузькими. Залежно від геометрії молекул система може проходити через одну абокілька мезофаз до переходу в ізотропну рідину. Переходи в ці проміжні станиможуть спричинятися суто термічними процесами (термотропний мезоформізм) абовпливом розчинника (ліотропний мезоформізм).
У рідких кристалів після досягнення певної температурируйнується тривимірна гратка, але вони після цього не переходять у рідкийізотропний стан, а зберігають дво- або одновимірну впорядкованість внаслідоканізотропії молекул. Відкриття рідких кристалів було пов’язано з тим, що приплавленні деяких речовин замість прозорого розплаву утворюється мутний.Мутність його зумовлена невпорядкованим подвійним променезаломленням подібно докристалів кварцу та ісландського шпату. З підвищенням температури у такихречовин спостерігається перехід до звичайного ізотропного прозорого розплаву.
Як уже зазначалося, за способом одержання рідкі кристалиподіляють на термотропні і ліотропні. Термотропні рідкі кристали утворюютьсяпри нагріванні твердих кристалів або охолодженні ізотропної рідини і існують упевному інтервалі температур. Ліотропні рідкі кристали утворюються прирозчиненні твердих органічних речовин у різних розчинниках, наприклад у воді.Термотропні і ліотропні рідкі кристали мають кілька модифікаційрідкокристалічних фаз, кожній з яких на фазовій діаграмі відповідає певнаобласть. Температурний інтервал існування рідкокристалічних фаз залежить відречовини і може знаходитись як при низьких (до -60°С), так і при високихтемпературах (до 400°С).

/>
Рис. 1
На рис. 1 зображено молекулу типового термотропного рідкогокристала, що подібна до стержня. Характерним для таких кристалів є наявністьдвох або трьох бензольних кілець. До ліотропних рідких кристалів належатьсистеми мило–вода; це розчин так званих амфифільних сполук. Кожна молекулатаких речовин має полярну „голову”, яка розчинна у воді і нерозчинна увуглеводах. Друга частина молекули – це вуглеводневий ланцюжок, який нерозчиняється у воді. Це призводить до виникнення ламелярних (шаруватих) фаз уводних розчинах. В яких полярні „голови” повернуті до прошарків води, авуглеводневі ланцюжки повернуті один до одного, утворюючи бішар (рис. 2).
/>
Рис.2
Напрям переважаючого орієнтування молекул характеризуютьодиничним вектором L,який називаютьдиректором.[5]
 

1.5 Типи рідких кристалів
Термотропні рідкі кристали, за класифікацією французькогохіміка-мінеролога Ш.Фріделя (1832-1899), поділяють на три типи: нематичні,смектичні та холестеричні. В основу такої класифікації покладено вигляд функціїгустини ρ і локальної орієнтації L молекул.
Для нематичного типу структури рідких кристалів ρ=constі L=const. У такому кристалі молекули довгимиосями спонтанно орієнтовані майже паралельно одна одній (рис. 3).
/> />
Рис .3                                           Рис. 4
Для смектичного типу структури функція L=const, а ρ періодична вздовжосі, наприклад OZ, і сталау площині XOY (рис. 4). Цей тип структури характеризуєтьсядвовимірною впорядкованістю молекул при паралелізації їх та ранжуванні центрамас молекул. Смектичні рідкі кристали мають шарувату структуру. Можливі різнітипи упаковок молекул у шарах, внаслідок чого смектичні рідкі кристали маютьвелику кількість модифікацій.
Найскладніший тип упорядкування для холестеричних рідкихкристалів, що характеризуються сполученням паралельних нематичних шарів. Напрямосей молекул у кожному з наступних шарів повернутий на певний кут відноснонапрямів цих осей у попередніх шарах. Для таких систем ρ=const,а L модульовано за напрямом так, щокінці векторівL утворюють гвинтову лінію у вигляді спіралі з певним кроком (рис. 5). Уплощині XOY холестерині рідкі кристалимають таку ж плинність. Як і нематичні рідкі кристали. А вздовж осі OZ їхні механічні властивості подібнідо властивостей смектичних рідких кристалів. Внаслідок такого упорядкуванняхолестерині рідкі кристали мають унікальні оптичні властивості.
/>
Рис. 5
Оскільки крок спіралі для різних холестеричних рідкихкристалів має величину від десятих долей мікрометра до нескінченності, товидиме та інфрачервоне світло дифрагує на таких структурах, що зумовлюєселективне відбивання світлових хвиль, які поширюються у напрямі осі OZ. За межами інтервалу довжин хвиль,для яких має місце селективне відбивання, холестерині рідкі кристали маютьзначну оптичну активність (у 102 -103 разів більшу, ніж уорганічних рідин у твердих кристалів). Прикладом холестеричних рідких кристалівє ефіри холестерину.
Ліотропні рідкі кристали мають більш складну структуру, ніжтермотропні. Ліотропні рідкі кристали досить поширені у природі, особливо вживих організмах (мембрани клітин, віруси тощо).
Виявлено новий тип рідких кристалів, які утворюютьсядископодібними молекулами.
Рідкі кристали містять складні анізотропні молекули, і томупрактично неможливо врахувати всі види взаємодії між ними. При розгляді окремихвипадків враховують такі типи міжмолекулярних сил: взаємодію сталих диполів;дисперсійну взаємодію молекул, розглядуваних як дипольні осцилятори. Зумовленіпритяганням між молекулами; стеричне відштовхування, зумовлене скінченнимирозмірами молекул у моделях жорстких важких стержнів або ланцюжків жорсткихкульок; індукційну взаємодію сталого молекулярного диполя з диполями,наведеними в молекулах, що оточують їх.
Анізотропія електричних і оптичних властивостей поряд звластивістю плинності рідких кристалів зумовлює різноманітність електрооптичнихефектів. Найбільш важливі орієнтаційні ефекти, зумовлені впливом зовнішньогоелектричного поля на орієнтацію молекул у рідких кристалах. Ці явища впершевиявив В.К.Фредерікс і їх називають переходами Фредерікса.
Електрооптичні властивості рідких кристалів лежать в основіширокого застосування їх. Зміна орієнтації L у нематичному рідкому кристалівимагає електричної напруги порядку 1В і потужності порядку 1мкВт, що можназабезпечити безпосереднім передаванням сигналів з інтегральних схем без їхньогододаткового підсилення. Тому рідкі кристали широко застосовуються вмалогабаритних електронних годинниках, калькуляторах, вимірювальних приладах якіндикатори і табло для відображення відповідної інформації. В комбінуванні зфото чутливими напівпровідниковими шарами рідкі кристали застосовуються якпідсилювачі і перетворювачі зображень, а також як пристрої оптичної обробкиінформації.
Залежність кроку спіралі холестеричного рідкого кристала відтемператури дає можливість використовувати плівки цих речовин для спостереженнярозподілу температури на поверхні різних тіл. Цей метод застосовується також умедицині для діагнозу запальних процесів, візуалізації теплового вимірюваннятощо.[4]
/> 

1.6 Електричнівластивості
Більшість застосувань рідких кристалів пов’язана зуправлінням їх властивостями шляхом додатку до них електричних дій.Податливість і «м’якість» рідких кристалів по відношенню до зовнішніх дійроблять їх виключно перспективними матеріалами для застосування в пристрояхмікроелектроніки, для яких характерні невелика електрична напруга, малеспоживання потужності і малі габарити. Тому для забезпечення оптимальногорежиму функціонування РК елементу в якому-небудьпристрої важливо добре вивчити електричні характеристики рідких кристалів.
Іншою важливоюобставиною є те, що провідність в рідких кристалах носить іонний характер. Цеозначає, що відповідальними за перенесення електричного струму в РК є не електрони, як в металах, анабагато масивніші частинки. Це позитивно і негативно заряджені фрагментимолекул (або самі молекули), що віддали або захопили надмірний електрон. З цієїпричини електропровідність рідких кристалів сильно залежить від кількості іхімічної природи домішок, що містяться в них. Зокрема, електропровідність нематика можна цілеспрямовано змінювати,додаючи в нього контрольовану кількість іонних добавок, в якості яких можутьвиступати деякі солі.[1]
 

РОЗДІЛ 2. ЗАСТОСУВАННЯРІДКИХ КРИСТАЛІВ
/>/> 
2.1 Рідкікристали сьогодні і завтра
Багато оптичнихефектів в рідких кристалах, про які розповідалося вище, вже освоєні технікою івикористовуються у виробах масового виробництва. Наприклад, всім відомийгодинник з індикатором на рідких кристалах, але не всі ще знають, що ті ж рідкікристали використовуються для виробництва наручного годинника, в якийвбудований калькулятор. Тут вже навіть важко сказати, як назвати такийпристрій, чи то годинник, чи то комп’ютер. Але це вже освоєні промисловістювироби, хоча всього десятиліття тому подібне здавалося нереальним. Перспективиж майбутніх масових і ефективних застосувань рідких кристалів ще дивовижніші.[1]
 
2.2 Властивості і застосування рідкихкристалів
Рідкі кристали володіють дужеважливими оптичними властивостями, які забезпечили їх численне застосування івеликий інтерес до їх вивчення. Як нематики, так і деякі смектики є однооснимикристалами, властивості яких легко і в широких межах змінюються зовнішнімидіями. Це відкриває широкі можливості управління світловими потоками задопомогою рідких кристалів.
Холестерики унаслідок спіральноїперіодичності їх структури проявляють дифракційні властивості у видимій частиніспектру. Оскільки крок спіралі змінюється під впливом зовнішніх дій, наприкладтемператури, то за допомогою цих зовнішніх дій також можна управляти світловимпотоком.
На властивості рідких кристаліввеликий вплив роблять електричні і магнітні поля. Вивчення цих впливів є вданий час предметом інтенсивних наукових досліджень, а отримувані результативикористовуються в практиці. Широко відомі цифрові покажчики на рідкихкристалах, дисплеї. Розроблений метод візуалізації зображень вультрафіолетовому випромінюванні. Великими перевагами рідкокристалічних плівокє їх порівняльна дешевизна і мала величина використовуваних потужностей іелектричної напруги. [6]
 
2.3 Електроннагра, електронний словник і телевізор на Рк
Відомо, якоюпопулярністю у молоді користуються різні електронні ігри, що зазвичайвстановлюються в спеціальній кімнаті атракціонів в місцях суспільноговідпочинку або фойє кінотеатрів. Успіхи в розробці матричних рідкокристалічнихдисплеїв зробили можливим створення і масове виробництво подібних ігор вмініатюрному, так би мовити, кишенькового виконання. Наприклад, всім відома гра«Ну, постривай!», освоєна вітчизняною промисловістю. Габарити цієї гри, як узаписника, а основним його елементом є рідкокристалічний матричний дисплей, наякому висвічуються зображення вовка, зайця, курей і яєчок, що котилися пожолобах. Завдання гравця, натискаючи кнопки управління, примусити вовка,переміщаючись від жолоба до жолоба, ловити яєчка, що скочуються з жолобів, вкорзину, 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 подаватисязвуковий сигнал в необхідний момент часу.
Ще один вражаючийприклад ефективності союзу матричних дисплеїв на рідких кристалах імікроелектронної техніки дають сучасні електронні словники, які почаливипускати в Японії. Вони є мініатюрні обчислювальні машинки розміром іззвичайний кишеньковий мікрокалькулятор, в пам’ять яких введені слова на двох(або більше) мовах і які забезпечені матричним дисплеєм і клавіатурою залфавітом. Набираючи на клавіатурі слово на одній мові, ви вмить отримуєте надисплеї його переклад іншою мовою. Уявіть собі, як покращає і полегшитьсяпроцес навчання іноземних мов в школі і у вузі, якщо кожен учень будезабезпечений подібним словником. А спостерігаючи, як швидко виробимікроелектроніки упроваджуються в наше життя, можна з упевненістю сказати, щотаке час не за горами. Легко уявити і шляхи подальшого вдосконалення такихсловників-перекладачів: перекладається не одне слово, а ціле речення. Крімтого, переклад може бути і озвучений. Словом, впровадження такихсловників-перекладачів обіцяє революцію у вивченні мов і техніці перекладу.
Вимоги доматричного дисплея, використовуваного як екран телевізора, виявляються значновищими як по швидкодії, так і по числу елементів, чим в описаних вищеелектронній іграшці і словнику-перекладачі. Це стане зрозумілим, якщопригадати, що відповідно до телевізійного стандарту зображення на екраніформується з 625 рядків (і приблизно з такого ж числа елементів складаєтьсякожен рядок), а час запису одного кадру 40 мс. Тому практична реалізаціятелевізора з рідкокристалічним екраном виявляється важчим завданням. Протевідомі перші успіхи в технічному рішенні і цього завдання. Так, японська фірма«Соні» налагодила виробництво мініатюрного, такого, що уміщається практично надолоні телевізора з розміром екрану 3,6 дюймів. Вже створені телевізори на РКяк з крупнішими екранами, так і з кольоровим зображенням.
Союзмікроелектроніки і рідких кристалів виявляється надзвичайно ефективним нетільки в готовому виробі, але і на стадії виготовлення інтегральних схем. Яквідомо, одним з етапів виробництва мікросхем є фотолітографія, яка полягає внанесенні на поверхню напівпровідникового матеріалу спеціальних масок, а потіму витравлянні за допомогою фотографичної техніки так званих літографічнихвікон. Ці вікна в результаті подальшого процесу виробництва перетворяться велементи і з’єднання мікроелектронної схеми. Від того, наскільки малі розміривідповідних вікон, залежить число елементів схеми, які можуть бути розміщені наодиниці площі напівпровідника, а від точності і якості витравляння віконзалежить якість мікросхеми. Вище вже мовилося про контроль якості готовихмікросхем за допомогою холестеричних рідких кристалів, які візуалізують полетемператур на працюючій схемі і дозволяють виділити ділянки схеми з аномальнимтепловиділенням. Не менш корисним виявилося застосування рідких кристалів(тепер вже нематичних) на стадії контролю якості літографічних робіт. Для цьогона напівпровідникову пластину з протравленими літографічними вікнами наноситьсяорієнтований шар нематика, а потім до неїприкладається електрична напруга. В результаті в поляризованому світлі картинавитравлених вікон виразно візуалізується. Більш того, цей метод дозволяєвиявити дуже малі за розмірами неточності і дефекти літографічних робіт, 1протяжність яких всього 0,01 мкм.
/> 
2.4 Керованіоптичні транспаранти
Розглянемоприклад досягнення наукових досліджень в процесі створення рідкокристалічнихекранів, відображення інформації, зокрема рідкокристалічних екранівтелевізорів. Відомо, що масове створення великих плоских екранів на рідкихкристалах стикається з труднощами не принципового, а чисто технологічногохарактеру. Хоча принципово можливість створення таких екранів продемонстрована,проте в зв’язку з складністю їх виробництва при сучасній технології їх вартістьвиявляється дуже високою. Тому виникла ідея створення проекційних пристроїв нарідких кристалах, в яких зображення, отримане на рідкокристалічному екранімалого розміру могло б бути спроектовано в збільшеному вигляді на звичайнийекран, подібно до того, як це відбувається в кінотеатрі з кадрами кіноплівки.Виявилось, що такі пристрої можуть бути реалізовані на рідких кристалах, якщовикористовувати „сандвічеві” структури, в які разом з шаром рідкого кристалавходить шар фотонапівпровідника. Причому запис зображення в рідкому кристалі,здійснюваний за допомогою фотонапівпровідника, проводиться променем світла.
Принцип записузображення дуже простий. У відсутність підсвічування фотонапівпровідника йогопровідність дуже мала, тому практично вся різниця потенціалів, подана наелектроди оптичного осередку, в який ще додатково введений шарфотонапівпровідника, падає на цьому шарі фотонапівпровідника. При підсвічуванніфотонапівпровідника його провідність різко зростає, оскільки світло створює внім додаткові носії струму (вільні електрони і дірки). В результатівідбувається перерозподіл електричної напруги в осередку — тепер практично всянапруга падає на рідкокристалічному шарі, і стан шаруючи, зокрема, його оптичніхарактеристики змінюються відповідно величині поданої напруги. Таким чиномзмінюються оптичні характеристики рідкокристалічного шару в результаті діїсвітла. Ясно, що при цьому в принципі може бути використаний будь-якийелектрооптичний ефект з описаних вище. Практично, звичайно, вибірелектрооптичного ефекту в такому сандвічевом пристрої, званому електрооптичним транспарантом, визначаєтьсяразом з необхідними оптичними характеристиками і чисто технологічними причинами.
Важливо, що вописуваному транспаранті зміна оптичних характеристик рідкокристалічного шарувідбувається локально — в точці засвічення фотонапівпровідника. Тому такітранспаранти володіють дуже високою роздільною здатністю. Так, об’ємінформації, що міститься на телевізійному екрані, може бути записаний на транспарантірозмірами менше 1х1 см.
Описаний спосібзапису зображення, крім всього іншого, володіє великими достоїнствами, оскількивін робить непотрібною складну систему комутації, тобто систему підводаелектричних сигналів, яка застосовується в матричних екранах на рідкихкристалах.[3]
/> 

2.5 Просторово-часові модулятори світла
Керовані оптичнітранспаранти можуть бути використані не тільки як елементи проекційногопристрою, але і виконувати значне число функцій, пов’язаних з перетворенням,зберіганням і обробкою оптичних сигналів. У зв’язку з тенденціями розвиткуметодів передачі і обробки інформації з використанням оптичних каналів зв’язку,що дозволяють збільшити швидкодію пристроїв і об’єм передаваної інформації,керовані оптичні транспаранти на рідких кристалах представляють значний інтересі з цієї точки зору. В цьому випадку їх ще прийнято називатипросторово-часовими модуляторами світла (ПЧМС), або світловими клапанами.Перспективи і масштаби застосування ПЧМС в пристроях обробки оптичноїінформації визначаються тим, наскільки сьогоднішні характеристики оптичнихтранспарантів можуть бути покращені у бік досягнення максимальної чутливості довипромінювання, що управляє, підвищення швидкодії і просторового дозволусвітлових сигналів, а також діапазону довжин хвиль випромінювання, в якомунадійно працюють ці пристрої. Як вже наголошувалося, одна з основних проблем —це проблема швидкодії рідкокристалічних елементів, проте вже досягнутіхарактеристики модуляторів світла дозволяють абсолютно безумовно стверджувати,що вони займуть значне місце в системах обробки оптичної інформації.
При відповідномупідборі режиму роботи модулятора вони можуть виділяти контур проектованого нанього зображення. Якщо контур переміщається, то можна візуалізувати його рух.При цьому істотно, що довжина хвилі записуючого зображення випромінювання іпрочитуючого випромінювання можуть відрізнятися. Тому модулятори світладозволяють, наприклад, візуалізувати інфрачервоне випромінювання, або задопомогою видимого світла модулювати пучки інфрачервоного випромінювання, абостворювати зображення в інфрачервоному діапазоні довжин хвиль.
У іншому режиміроботи модулятори світла можуть виділяти області, піддані нестаціонарномуосвітленню. У цьому режимі роботи зі всього зображення виділяються, наприклад,світлові крапки, що тільки переміщаються по зображенню, або мерехтливі йогоділянки. Модулятори світла можуть використовуватися як підсилювачі яскравостісвітла. В зв’язку ж з їх високою просторовою роздільною здатністю їхвикористання виявляється еквівалентним підсилювачу з дуже великим числомканалів. Перераховані функціональні можливості оптичних модуляторів даютьПідставу використовувати їх в численних завданнях обробки оптичної інформації,таких як розпізнавання образів, придушення перешкод, спектральний ікореляційний аналіз, інтерферометрія, зокрема запис голограм в реальномумасштабі часу, і т.д.[3]
/> 
2.6 Як зробитистереотелевізор
Як ще однепринадне, несподіване і таке, що стосується практично всіх застосувань рідкихкристалів варто назвати ідею створення системи стереотелебачення іззастосуванням рідких кристалів. Причому, що представляється особливо принадним,така система «стереотелебачення на рідких кристалах» може бути реалізованаціною дуже простій модифікації телекамери, що передає, і доповненням звичайнихтелевізійних приймачів спеціальними окулярами, скельця яких забезпеченірідкокристалічними фільтрами.
Ідея цієї системистереотелебачення надзвичайно проста. Якщо врахувати, що кадр зображення нателеекрані формується порядково, причому так, що спочатку висвічуються непарнірядки, а потім парні, то за допомогою окулярів з рідкокристалічними фільтрамилегко зробити так, щоб праве око, наприклад, бачило тільки парні рядки, а лівий— непарні. Для цього досить синхронізувати включення і виключеннярідкокристалічних фільтрів, тобто можливість сприймати зображення на екраніпоперемінно то одним, то іншим оком, роблячи поперемінно прозорим то одне, тоінше скло окулярів з висвіченням парних і непарних рядків.
Тепер абсолютноясно, яке ускладнення телекамери, що передає, дасть стереоефект телеглядачеві.Треба, щоб телекамера, що передає, була стерео, тобто щоб вона володіла двомаоб’єктивами, відповідними сприйняттю об’єкту лівим і правим оком людини, парністрочки на екрані формувалися за допомогою правого, а непарні — за допомогоюлівого об’єктиву камери, що передає.
Система окулярівз рідкокристалічними фильтрами-затворами, синхронізованими з роботоютелевізора, може виявитися непрактичною для масового застосування. Можливо, щобільш конкурентоздатною виявиться стереосистема, в якій скло окулярівзабезпечені звичайними поляроїдами. При цьому кожне із скелець окулярівпропускає лінійно-поляризоване світло, площина поляризації якогоперпендикулярна площині поляризації світла, що пропускається другим склом.Стерео ж ефект в цьому випадку досягається за допомогою рідкокристалічноїплівки, нанесеної на екран телевізора і проникної від парних рядків світлооднієї лінійної поляризації, а від непарних — іншої лінійної поляризації,перпендикулярної до першої.[2]
 
2.7 Окуляридля космонавтів
Знайомлячисьраніше з маскою для електрозварника, а зараз з окулярами для стереотелебачення,відмітили, що в цих пристроях керований рідкокристалічний фільтр перекриваєвідразу все поле зору одного або обох очей. Тим часом існують ситуації, коли неможна перекривати все поле зору людини і в той же час необхідно перекритиокремі ділянки поля зору.
Наприклад, таканеобхідність може виникнути у космонавтів в умовах їх роботи в космосі принадзвичайно яскравому сонячному освітленні, не ослабленому ні атмосферою, ніхмарністю. Це завдання як у разі маски для електрозварника або окулярів длястереотелебачення дозволяють вирішити керовані рідкокристалічні фільтри.
Ускладненняокулярів в цьому випадку полягає в тому, що поле зору кожного ока тепер повиненперекривати не один фільтр, а декілька незалежно керованих фільтрів. Наприклад,фільтри можуть бути виконані у вигляді концентричних кілець з центром в центрі скелецьокулярів або у вигляді смужок на склі окулярів, кожна з яких при включенніперекриває тільки частину поля зору ока.
Такі окуляриможуть бути корисні не тільки космонавтам, але і людям інших професій, роботаяких може бути пов’язана не тільки з яскравим нерозсіяним освітленням, але і знеобхідністю сприймати великий об’єм зорової інформації.
Наприклад, вкабіні пілота сучасного літака величезна кількість панелей приладів. Проте невсі з них потрібно пілотові одночасно. Тому використання пілотом окулярів, щообмежують поле зору, може бути корисним і таким, що полегшує його роботу,оскільки допомагає зосереджувати його увагу тільки на частини потрібних в даниймомент приладів і усуває відволікаючий вплив не потрібної у цей моментінформації. Звичайно, у разі пілота можна піти і по іншому шляху — поставить РК-фільтри на індикаториприладів, щоб мати можливість екранувати їх показники.
Подібні окулярибудуть дуже корисні також в біомедичних дослідженнях роботи оператора,пов’язаної із сприйняттям великої кількості зорової інформації. В результатітаких досліджень можна виявити швидкість реакції оператора на зорові сигнали,визначити найбільш важкі і утомливі етапи в його роботі і зрештою знайти спосібоптимальної організації його роботи. Останнє означаєвизначити якнайкращий спосіб розташування панелей приладів, тип індикаторівприладів, колір і характер сигналів різного ступеня важливості і т.д.
Фільтри подібноготипу і індикатори на рідких кристалах, поза сумнівом, знайдуть (і вжезнаходять) широке застосування в кіно-, фотоапаратурі. У цих ціляхвони привабливі тим, що для управління ними потрібна нікчемна кількістьенергії, а у ряді випадків дозволяють виключити з апаратури деталі, щоздійснюють механічні рухи. А як відомо, механічні системи часто виявляютьсянайбільш громіздкими і ненадійними.
Які механічнідеталі кіно-, фотоапаратури мається на увазі? Цеперш за все діафрагми, фільтри — ослаблювачі світлового потоку, нарешті,переривники світлового потоку в кінознімальній камері, синхронізовані зпереміщенням фотоплівки і що забезпечують покадрове її експонування.
Принципи пристроютаких РК-елементів ясні з попереднього. Як переривники і фільтри-ослаблювачіприродно використовувати РК-осередки, в яких під дією електричного сигналузмінюється пропускання світла за всією їх площею. Для діафрагм без механічних частин — системи осередків у виглядіконцентричних кілець, яких можуть під дією електричного сигналу змінювати площупроникного світло прозорого вікна. Слід також відзначити, що шаруватіструктури, що містять рідкий кристал і фотонапівпровідник, тобто елементи типукерованих оптичних транспарантів, можуть бути використані не тільки якіндикатори, наприклад, експозиції, але і для автоматичної установки діафрагми вкіно-, фотоапаратурі.
При всійпринциповій простоті обговорюваних пристроїв їх широке впровадження в масовупродукцію залежить від ряду технологічних питань, пов’язаних із забезпеченнямтривалого терміну роботи Рк-елементів, їх роботи в широкому температурномуінтервалі, нарешті, конкуренція з традиційними і сталими технічними рішеннями іт.д. Проте вирішення всіх цих проблем — це тільки питання часу, і скоро,напевно, важко буде собі уявити довершений фотоапарат, що не міститьРК-пристрою.[1]
 
2.8Рідкокристалічний дисплей
Через80 років після відкриття такого стану речовини, як рідкий кристал дві незалежніодна від одної групи вчених із RCA Labs і Kent (Юта) створили перший рідкокристалічний дисплей на основіузагальнення результатів впливу на кристали електричними зарядами. Спочаткурідкокристалічні екрани використовувалися в годинниках. До 1984-го вдалосяполіпшити розрізнювальну здатність рідких кристалів, що дозволило передаватизображення, а не тільки текст. З’явилися ноутбуки, переносні комп’ютери.

ВИСНОВОК
Тепер відомо понад десять тисяч органічних сполук, які єрідкими кристалами. До них належать мило, віруси, білок в ядрі клітини, сполукихолестерину та інших стероїдів, антоціан у листі капусти. ДНК, мозок тощо.
Дотепер вивчено понад 3000 речовин, що утворюють рідкі кристали. До них належать речовини біологічного походження, наприклад, дезоксирибонуклеїнова кислота, що несе код спадкової інформації, і речовина мозку. Подальші дослідженняцих речовин не тільки розширять їх застосування в техніці, але й допоможуть проникнути в таємниці біологічних процесів.
Рідкі кристали широко застосовуються в малогабаритнихелектронних годинниках, моніторах, калькуляторах, вимірювальних приладах якіндикатори і табло для відображення відповідної інформації. В комбінуванні зфото чутливими напівпровідниковими шарами рідкі кристали застосовуються якпідсилювачі і перетворювачі зображень, а також як пристрої оптичної обробкиінформації.

ЛІТЕРАТУРА
 
1. www.sduto.ru
2. Белиловский В.Д.Эти удивительные кристаллы: Кн. для внекл. чтения учащихся 8-10 кл. сред. шк. –М.: Просвещение, 1987.
3. Блинов Л.М.,Пикин С.А. жидкокристаллическое состояние вещества. – М.: Знание, 1986. – 64 с.– (Новое в жизни, науке. технике. Сер. «Физика»; №6).
4. ДущенкоВ.П., Кучерук І.М. загальна фізика і термодинаміка: Навч. посібник. – 2-гевид., перероб. і допов. – К.: Вища шк., 1993 (С. 386-389).
5. Кучерук І.М.,Горбачук І.Т., Луцик П.П. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка.загальний курс фізики. Том 1 (С. 481-485).
6. Матвеев А.Н. Молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 1981 (С. 281-284).
7. Пикин С.А.,Блинов Л.М. Жидкие кристаллы /Под ред. Л.Г.Асламазова.- М.: Наука. главнаяредакция физико-математической литературы, 1982. – 208 с.- (Библиотечка«Квант». Вып. 20).