Жидкие кристаллы. Цветные символы

Жидкие кристаллы позволяют получать не только темно-серые, но и цветные изображения знаков, букв и цифр в индикаторах и даже управлять их цветом (меняя его). Для этого используются эффект «гость — хозяин» и эффект деформации слоя жидкого кристалла.

Эффект «гость—хозяин» заключается в том, что в нематик в небольшом количестве добавляют молекулы дихроичного красителя («гость»), которые ориентируются нематиком («хозяин») также, как его собственные молекулы. Дихроичным красителем называется вещество, спектр поглощения которого зависит от направления поляризованного света.

Если оно совпадает с ориентацией молекул красителя, то молекулы поглощают свет в определенном спектре и краситель имеет характерный для него цвет. Если же направление поляризованного света перпендикулярно ориентации молекулы, то краситель становится бесцветным.

Такое свойство дихроичного красителя было использовано учеными для получения цветного индикатора на жидких кристаллах. Если добавить такой краситель в жидкокристаллическую «матрицу», то появляется возможность управлять с помощью электрического поля направлением ориентации молекул жидкого кристалла, а вместе с ними и молекул красителя.

Естественно, для того чтобы «гость» подошел «хозяину», молекула красителя должна быть по форме и по строению похожа на молекулу «хозяина». Эффект наблюдается в нематиках с положительной диэлектрической анизотропией, в состав которых введены небольшие примеси дихроичного красителя.

При отсутствии электрического поля в тонком слое жидкого кристалла создают планарную ориентацию (рис. 31, а). Молекулы красителя (1) ориентируются так же, как и молекулы нематика (2). Падающий поляризованный свет, взаимодействуя с молекулами красителя, придает всей ячейке характерный для красителя цвет.

При создании электрического поля напряженностью Е = 1 В/мкм молекулы нематика вместе с молекулами красителя переходят в гомеотропную ориентацию. В этом случае молекулы красителя становятся ориентированными перпендикулярно поляризованному свету. В результате этого поглощение света ослабевает и смесь становится бесцветной. Когда электрическое поле снимается, молекулы возвращаются в исходное положение и первоначальная окраска восстанавливается.

Окраска слоя в принципе может быть любой, она определяется выбором красителя. Так, разные красители придают соответственно разную окраску: метил красный — красную, индофенол — синюю, зелень — зеленую.

Эффект «гость — хозяин» позволяет создавать цветные индикаторные устройства, в частности сигнальные и рекламные индикаторы мигающего типа.

Эффект деформации слоя жидкого кристалла может наблюдаться в ячейке с жидким кристаллом с отрицательной диэлектрической анизотропией. Для наблюдения этого эффекта к жидкому кристаллу и ячейке предъявляются повышенные требования: жидкий кристалл должен иметь высокую степень чистоты и малое содержание воды (не более 5 х 10^-4 %). Токопроводящее покрытие есть оксид олова, но этот материал должен иметь кристаллическую структуру, которая образуется в результате термической обработки.

В невозбужденном состоянии молекулы в слое имеют гомеотропную ориентацию (рис. 32, а). При подаче переменного напряжения звуковой частоты оси молекул отклоняются от первоначального направления (рис. 32, 6), т. е. наблюдается эффект деформации предварительного упорядоченного состояния молекул. При снятии напряжения восстанавливается прежняя ориентация молекул. Если ячейку с такими свойствами поместить между двумя поляроидами и направить на нее свет, то в течение того времени, когда напряжение не подается на ячейку, света на выходе второго поляроида не будет. При подаче напряжения звуковой частоты на выходе наблюдается свет.

При этом для некоторой длины волны происходит поворот плоскости поляризации на 90°, и весь свет этой длины волны пройдет через второй поляроид. Это является причиной цветовых эффектов, которые могут быть использованы при построении цветных индикаторов.

Если прозрачный электрод одной из пластин выполнить, например, в виде кружочков диаметром 100— 200 мкм с независимой подводкой напряжения к каждому кружочку, то, подавая на такое плато электрические импульсы различной амплитуды, получают точки любой окраски, формирующие желаемое изображение.