Transcript Ez itt a próbadia

Folyadékkristályos kijelzők:
Folyadékkristály rétegek
BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMICS
DEPARTMENT OF ELECTRONICS TECHNOLOGY
FOLYADÉKKRISTÁLY TÖRTÉNETE
http://dept.kent.edu/spie/liquidcrystals/
Könyv: Kijelzők és megjelenítők, 3.4. fejezet
• 1888: Friedrich Reinitzer osztrák botanikus felfedezi a
folyadékkristályokat – egyelőre mint halmazállapotot.
(koleszteril-észter)
• Nevét Otto Lehman, fizikus adta
• 1968: Az első folyadékkristályos képernyőt az RCA
(Radio Corporation of America) laboratóriumában
készítették.
• A laptopok elterjedését ez tette lehetővé (itt volt először
fontos szempont a lapos kijelző.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
2/26
FOLYADÉKKRISTÁLYOK
OSZTÁLYOZÁSA I.
• Termotróp FK: hőmérsékletemelkedés hatására
kialakul a mezofázis, mielőtt izotróp folyadék
lenne. Kb. az összes szerves anyag 1%-a ilyen.
• Liotróp FK: oldat állapotban vannak az orientált,
effektust mutató molekulák. Itt is szükség van
hőmérsékletre a fázisátalakuláshoz, itt azonban
nem olvadék jellegű a mezofázis.
A termotróp FK-hoz nincs szükség oldószerre.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
3/26
TERMOTRÓP FK - ÉPÍTŐELEMEK
• Vagy hosszú anizotróp, vagy lapos molekulák
• Egy merev központi rész (gyakran aromás), és
egy hajlékony farok rész jellemzi.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
4/26
LIOTRÓP FK – ÉPÍTŐELEMEK
• Két építőelem:
–hidrofil, poláros fej
–hidrofób, apoláros farok
Példa: szappanok
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
5/26
A MEZOFÁZIS JELLEMZŐI
• Szilárd állapotban a molekulák
tömegközéppontjai 3D szabályos struktúrákba
rendeződnek.
• A mezofázisban ez a hosszútávú rend egy jól
meghatározott irányban megmarad.
• Az izotróp folyadék állapotban nincs kitüntetett
irány, a molekulák orientációja véletlenszerű.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
6/26
A MEZOFÁZIS JELLEMZŐI
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
7/26
A MOLEKULÁK JELLEMZÉSE
• A molekulák átlagos irányát a hossztengelyek
átlagos n irányvektorral adjuk meg. Poláros
molekuláknál az irányítottsága megegyezik az
átlagos dipólvektorral.
• Legyen Θ a szög az egyes molekulák
irányvektora és az n közt. A rendezettség
mértéke (skalár rendparaméter):
S 
1
3 cos   1
2
2
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
8/26
A MOLEKULÁK JELLEMZÉSE - S
• Teljesen rendezett esetben (szilárd) S=1
• Izotróp rendszerben (folyadék) S=0
• FK tipikus értéke S=0,3-0,9, és T-függő
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
9/26
OPTIKAI TULAJDONSÁGOK - KETTŐSTÖRÉS
• Kettőstörés: a kristálytani iránytól függ a lineárisan
polarizált fényre vonatkozó törésmutató.
• Mértéke az ordinárius és exraordinárius törésmutató
különbsége:
Δn=ne-no
• Oka az, hogy a fény E elektromos térerősségvektora
szöget zár be a kristály D dielektromos eltolás vektorával.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
10/26
OPTIKAI TULAJDONSÁGOK - KETTŐSTÖRÉS
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
11/26
OPTIKAI TULAJDONSÁGOK
CIRKULÁRIS KETTŐSTÖRÉS
• Lineáris marad, de a polarizációs sík forog
• Ok: A kétféle cirkulárisan poláros komponensre más a
törésmutató
• A kettőstörő közeg hosszától függ a polarizációs sík
elfordulása
• Ez az elfordulás: Δφ = 2π Δn d/λ
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
12/26
FK TÍPUSOK - NEMATIKUS
• „Nagy átlagban” mutat
orientációt
• Az n-re merőleges irányban
pozitív kettőstörést mutat.
• Kicsi a viszkozitás
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
13/26
FK TÍPUSOK - SZMEKTIKUS
• Azonos irányítottságú
molekulák, az azonos
síkokon belül a molekulák
tömegközéppontjának a
helyzete véletlenszerű
• Képen: SmA
• SmC: a síkok és az n nem
merőlegesek egymásra
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
14/26
FK TÍPUSOK - KOLESZTERIKUS
• Kvázi nematikus síkok
• Ezek a síkok egymáshoz
képest elfordulnak egy
adott szöggel.
• Spirálos molekulák
okozzák
• Lokálisan hasonlít a
nematikus FK-ra.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
15/26
FK TÍPUSOK - FÁZISÁTALAKULÁS
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
16/26
FELÜLETI IGAZODÁS
• Anyagtól függően
más és más a
viselkedés felületek
közelében:
• Síkba rendezett
• Merőleges
• Döntött
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
17/26
FALORIENTÁCIÓ HATÁSA
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
18/26
ELEKTROMOS TÉR HATÁSÁRA…
• A fal közelében megmarad a falorientáció, a térorientáció
változik elektromos tér hatására.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
19/26
CSAVART NEMATIKUS CELLA –
ALAPÁLLAPOTBAN VILÁGOS
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
20/26
CSAVART NEMATIKUS CELLA –
ALAPÁLLAPOTBAN SÖTÉT
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
21/26
CSAVART NEMATIKUS CELLA
• Az üvegtõl távolabb mért molekulák elfordulása az alkalmazott
feszültség függvényében látható a jobb oldali ábrán. A bal oldali
ábra pedig a fényáteresztést ábrázolja %-osan az alkalmazott
feszültség függvényében, a függõleges vonalak a kijelzõ be és ki
állapotát jelzi.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
22/26
SZUPER-CSAVART NEMATIKUS
CELLA
• 1980-as évek közepére megszületett a megoldás,
amelyben nem 90, hanem 270 fokkal elfordulnak a
molekulák.
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
23/26
FOLYADÉKKRISTÁLYOS KIJELZŐ
FELÉPÍTÉSE
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
24/26
FOLYADÉKKRISTÁLYOS CELLA
VEZÉRLÉSE
• A helyettesítő kép – kondenzátor
• Egyenfeszültség hatására galvanizációs folyamatok
következtében a cella tönkremegy
• Meghajtás 10-100 kHz négyszögjel (DC 50 mV alatt)
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
25/26
KÉRDÉSEK
• Definiálja a liotróp és termotróp folyadékkristály
fogalmát!
• Milyen fázisait ismeri a folyadékkristályoknak? Mik ezek
jellemzői?
• Ismertesse folyadékkristályok esetében a szerkezet, a
törésmutató és a skalár rendparaméter változását a
hőmérséklet függvényében!
• Ismertesse a csavart nematikus cella működési elvét és
szerkezetét! Elektromos szempontból hogyan vezéreljük
a cellát?
Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok
26/26