Folyadékkristályos kijelzők: Folyadékkristály rétegek Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

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

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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

TERMOTRÓP FK - ÉPÍTŐELEMEK Vagy hosszú anizotróp, vagy lapos molekulák Egy merev központi rész (gyakran aromás), és egy hajlékony farok rész jellemzi. Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok LIOTRÓP FK – ÉPÍTŐELEMEK Két építőelem: hidrofil, poláros fej hidrofób, apoláros farok Példa: szappanok Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok A MEZOFÁZIS JELLEMZŐI Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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): Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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

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

OPTIKAI TULAJDONSÁGOK - KETTŐSTÖRÉS Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

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

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok FK TÍPUSOK - NEMATIKUS „Nagy átlagban” mutat orientációt Az n-re merőleges irányban pozitív kettőstörést mutat. Kicsi a viszkozitás Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

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

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

FK TÍPUSOK - FÁZISÁTALAKULÁS Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok FELÜLETI IGAZODÁS Anyagtól függően más és más a viselkedés felületek közelében: Síkba rendezett Merőleges Döntött Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok FALORIENTÁCIÓ HATÁSA Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

ELEKTROMOS TÉR HATÁSÁRA… A fal közelében megmarad a falorientáció, a térorientáció változik elektromos tér hatására. Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

CSAVART NEMATIKUS CELLA – ALAPÁLLAPOTBAN VILÁGOS Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

CSAVART NEMATIKUS CELLA – ALAPÁLLAPOTBAN SÖTÉT Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

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

SZUPER-CSAVART NEMATIKUS CELLA 1980-as évek közepére megszületett a megoldás, amelyben nem 90, hanem 270 fokkal elfordulnak a molekulák. Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok FOLYADÉKKRISTÁLYOS KIJELZŐ FELÉPÍTÉSE Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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

Fotonikai eszközök - Folyadékkristályok 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