서보로트키나 D.S. 하나
피메노바 M.P. 하나
1 시립 교육 기관 "중등 학교 4 번", Olenegorsk, Murmansk 지역
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소개
최근 수십 년 동안 가전 제품은 액정 디스플레이 (컴퓨터 및 TV 화면에서 마이크로 계산기, 멀티 미터의 정보 블록에 이르기까지)를 점점 더 많이 사용하기 시작했습니다. 현대의 컴퓨터 기술, 무선 전자 및 자동화는 매우 경제적이고 안전한 고속 정보 표시 장치(디스플레이)를 필요로 합니다. 가스 방전(플라즈마), 음극 발광, 반도체 및 전계 발광 디스플레이와 함께 액정(LCD)으로 알려진 비교적 새로운 종류의 표시기, 즉 액정 기반 정보 표시 장치에 의해 제공됩니다. 저는 액정표시장치의 장치와 그 작동 원리에 관심이 많았고, 이 소재는 학교 물리학과에서 공부하지 않았기 때문에 액정의 특성과 작용을 직접 연구하기로 했습니다. 주제가 관련이 있기 때문입니다. 액정은 점점 우리 생활에 들어오고 있습니다. 작업 목적: 액정 및 액정 셀의 특성을 연구하고 작동 원리와 LC 셀의 기술적 적용 가능성을 탐구합니다. 작업:
- 액정 이론과 액정 생성 및 연구의 역사를 연구합니다.
- LCD 셀의 편광면을 조사합니다.
- 인가 전압에 따른 액정 셀의 광 투과율을 조사합니다.
- 공학에서 액정의 응용을 연구합니다.
가설: 액정은 편광 방향을 바꾸고, LC 셀은 인가된 전압에 따라 광학 특성을 변경합니다. 연구 방법: 이론적 정보의 분석 및 선택; 연구 가설의 발전; 실험; 가설 검증.
Ⅱ. - 이론적인 부분.
액정 발견의 역사.
액정이 발견된 지 100년이 넘었습니다. 그들은 콜레스테롤 에스테르인 콜레스테릴 벤조에이트의 두 융점을 관찰하면서 오스트리아 식물학자 프리드리히 라이니처(Friedrich Reinitzer)가 처음 발견했습니다.
용융 온도(Tm), 145°C에서 결정질 물질은 탁하고 광산란성이 높은 액체로 변했습니다. 계속 가열하면 179 ° C의 온도에 도달 한 후 액체가 투명 해집니다 (투명점 (Tpr)), 즉. 물과 같은 일반 액체처럼 광학적으로 거동하기 시작합니다. 콜레스테릴 벤조에이트의 예상치 못한 특성이 탁한 단계에서 발견되었습니다. Reinitzer는 편광 현미경으로 이 상을 조사하여 복굴절이 있음을 발견했습니다. 이것은 빛의 굴절률, 즉 이 단계에서 빛의 속도는 편광에 따라 달라집니다.
복굴절은 등방성 매질에서 광선을 두 가지 구성요소로 분할하는 효과입니다. 광선이 수정 표면에 수직으로 떨어지면 이 표면에서 두 광선으로 나뉩니다. 첫 번째 광선은 계속 직선으로 전파되어 일반(o-보통)이라고 하고 두 번째 광선은 옆으로 치우쳐 비정상(e-비정상)이라고 합니다.
복굴절 현상은 결정의 빛의 속도가 빛의 편광면의 방향에 의존한다는 사실로 구성된 전형적인 결정 효과입니다. 편광면의 서로 수직인 두 방향에 대해 극한의 최대값과 최소값에 도달하는 것이 중요합니다. 물론, 결정에서 빛의 속도의 극단값에 해당하는 편광 방향은 결정 속성의 이방성에 의해 결정되고 빛의 방향에 대한 결정 축의 방향에 의해 고유하게 지정됩니다 번식.
등방성이어야 하는 액체에서 복굴절의 존재, 즉 그 속성이 방향과 무관해야 한다는 것은 역설적으로 보였습니다. 복굴절의 원인이 되는 용융되지 않은 작은 결정 입자인 미결정의 혼탁 상태의 존재가 가장 그럴듯해 보일 수 있습니다. 그러나 Reinitzer가 독일의 유명한 물리학자인 Otto Lehmann과 관련된 보다 자세한 연구에서는 탁한 상은 2상 시스템이 아니라 등방성임을 보여주었습니다. 이방성의 성질은 고체 결정에 내재되어 있고, 탁상의 물질이 액체이기 때문에 Leman은 그것을 액정이라고 불렀다.
그 이후로 녹는점 이상의 특정 온도 범위에서 액체의 성질(유동성, 방울을 형성하는 능력)과 결정체의 성질(이방성)을 동시에 결합할 수 있는 물질을 액정 또는 액정이라고 부르게 되었다. LC 물질은 종종 메조모픽(mesomorphic)이라고 하며, 이들에 의해 형성된 LC 상을 메조페이즈(mesophase)라고 합니다. 이러한 상태는 열역학적으로 안정된 상 상태이며 고체, 액체 및 기체와 함께 물질의 네 번째 상태로 간주될 수 있습니다.
그러나 LC의 본질에 대한 이해 - 물질의 상태, 구조적 조직의 설립 및 연구는 훨씬 나중에 이루어졌습니다. XX 세기의 20-30 년대에 그러한 특이한 화합물이 존재한다는 사실에 대한 심각한 불신은 적극적인 연구로 대체되었습니다. 독일 D. Vorlender의 연구는 새로운 LC 화합물의 합성에 크게 기여했습니다. 20년대에 Friedel은 모든 액정을 세 개의 큰 그룹으로 나눌 것을 제안했습니다. 액정 그룹 Friedel은 다음과 같이 명명했습니다.
1. 네마틱(Nematic) - 이 결정에서는 분자 배열에 장거리 질서가 없고, 층 구조가 없으며, 분자가 장축 방향으로 연속적으로 미끄러져 그 주위를 회전하지만 동시에 방향 순서 유지: 긴 축이 한 주요 방향을 따라 향합니다. 그들은 일반 액체처럼 행동합니다.
2. 스멕틱(Smectic) - 이 결정은 층상 구조를 가지며, 층은 서로에 대해 이동할 수 있습니다. smectic 층의 두께는 분자의 길이에 의해 결정되지만 smectic의 점도는 nematics의 것보다 훨씬 높습니다.
3.콜레스테릭 - 이 결정은 콜레스테롤과 다른 스테로이드의 화합물에 의해 형성됩니다. 이들은 네마틱 LC이지만 장축이 서로에 대해 회전하여 이 구조의 매우 낮은 형성 에너지로 인해 온도 변화에 매우 민감한 나선을 형성합니다.
Friedel은 액정에 대한 일반적인 용어인 "중간형상(mesomorphic phase)"을 제안했습니다. 이 용어는 온도와 물리적 특성 모두에서 진정한 결정과 액체 사이의 액정의 중간 위치를 강조하는 그리스어 "mesos"(중간체)에서 유래했습니다.
러시아 과학자 V.K. 프레데릭스와 V.N. 1930년대 소련의 Tsvetkov는 전기장과 자기장에서 액정의 거동을 최초로 연구했습니다. 그러나 1960년대까지 액정 연구는 실질적인 관심 분야가 아니었고 모든 과학적 연구는 순전히 학문적 관심에 불과했습니다.
1960년대 중반 마이크로일렉트로닉스의 급속한 발전과 장치의 초소형화로 인해 최소한의 에너지를 소비하면서 정보를 반영하고 전달할 수 있는 물질이 필요하게 되면서 상황은 극적으로 바뀌었습니다. 그리고 여기에서 액정이 구출되었습니다. 이중 특성(특성의 이방성과 고분자 이동성)으로 인해 외부 전기장에 의해 제어되는 고속의 경제적인 LCD 표시기를 만들 수 있습니다.
III. - 실용적인 부분.
액정 셀은 여러 개의 투명 레이어 구조입니다. 전도성 표면이 있는 한 쌍의 편광판 사이에는 액정층이 있습니다. 세포의 편광면을 조사해 봅시다.
LC 셀의 편광판의 허용 방향 결정.
연결된 셀을 통과한 빛은 두 번째 편광판의 편광 방향으로 편광됩니다. 편광판과 분석기(외부 편광판)가 자연광의 경로에 배치되면 분석기를 통과하는 편광의 강도는 편광판과 분석기의 투과면의 상대적 위치에 따라 달라집니다. 우리는 분석기와 LCD 셀을 통해 빛을 볼 것입니다. 셀 앞에서 지정된 편광 방향으로 분석기를 회전시켜 최소 광 투과율을 달성합니다. 이 경우 분석기의 편광 방향과 LC 셀의 근거리 편광자는 수직입니다.
연구를 위한 설치는 그림 1에 나와 있습니다.
그림 2에서 LC 셀의 편광판의 평면은 분석기의 평면과 수직이므로 투과광의 세기가 최소입니다. 그림 3에서 LC 셀의 편광판의 면은 분석기의 면과 평행하므로 투과광의 세기가 최대이다.
그런 다음 LC 셀을 뒤집어서 연구를 계속하였다.그림 4에서 LC 셀의 편광판의 면은 분석기의 면에 수직이므로 투과광의 세기가 최소가 된다.그림 5에서, LC 셀의 편광판의 평면은 분석기의 평면과 평행하므로 투과광의 세기가 최대입니다.
세포층의 편광 방향이 수직이라는 결론을 내릴 수 있습니다. 따라서 액정은 제1편광판을 투과한 빛의 편광방향으로 90도 회전하므로 결과적으로 LC셀을 빠져나가는 빛의 편광방향은 제2편광판의 허용방향과 일치하게 되며, 투과된 빛의 강도는 최대입니다.
LC 셀의 전압 Ui에 대한 투과광 강도 Ipr의 의존성을 제거합니다.
전도성 표면과 액정층은 커패시터입니다. 셀에 전압을 가하면 긴 액정 분자가 전기장에 놓여 회전하면서 액정의 광학적 성질이 변한다. 셀에 3V의 전압을 가하면 셀이 완전히 불투명해집니다. 인가 전압에 대한 세포 투과율의 의존성을 조사합시다. 우리는 LED를 광원으로 사용하고 (그림 6) 표시기로 조도계를 사용하며 주요 부분은 포토 다이오드입니다 (그림 7).
홀더의 투과율을 측정하기 위해 LED, 포토다이오드 및 액정 셀을 그 사이에 고정합니다. 측정 회로를 조립합시다 (그림 8), 조립 된 회로의 사진이 그림 9, 10에 나와 있습니다. 전위차계 손잡이를 돌리면 셀의 전압 Ui를 변경하고 조도계의 판독 값을 가져옵니다 (우리는 회로 섹션에 대한 옴의 법칙에서 포토다이오드를 통과하는 역전류 값을 찾고 포토다이오드의 전압을 전압계의 내부 저항으로 나눕니다(If = Uv∕Rv). LCD 셀 If(Ub)의 전압에 대한 광전류 강도의 의존성 그래프를 작성해 보겠습니다.
그래프(그림 11)에서 고전압에서 빛이 셀을 통과하지 못하고 포토다이오드에 기록되지 않음을 알 수 있습니다. 전압이 감소함에 따라 광전류 세기는 선형적으로 증가하고, 724mV의 전압값에서 그래프의 기울기가 증가한다. 이로부터 전압이 감소할수록 LC 셀이 빛을 더 잘 투과시킨다는 것을 알 수 있습니다. 이를 통해 LCD 셀을 기기 디스플레이에 사용할 수 있습니다. 기기 디스플레이는 많은 수의 LCD 셀로 구성되며 현재 활성화된 셀은 어두운 영역으로 표시되고 전압이 없는 셀은 밝은 영역으로 나타납니다.
IV. - 액정의 기술적 응용.
액정의 전기 광학적 특성은 정보 처리 및 디스플레이 시스템, 영숫자 표시기(전자 시계, 계산기, 디스플레이 등), 광학 셔터 및 기타 라이트 밸브 장치에 널리 사용됩니다. 이러한 장치의 장점은 낮은 전력 소비(0.1mW/cm2 정도), 낮은 공급 전압(수 V)으로, 예를 들어 액정 디스플레이를 집적 회로와 결합하여 소형화를 보장할 수 있습니다. 표시 장치(평면 텔레비전 화면).
액정의 중요한 용도 중 하나는 서모그래피입니다. 액정 물질의 조성을 선택함으로써 다양한 온도 범위와 다양한 디자인에 대한 표시기가 생성됩니다. 예를 들어, 필름 형태의 액정은 전자 회로의 트랜지스터, 집적 회로 및 인쇄 회로 기판에 적용됩니다. 매우 뜨겁거나 차가운(즉, 작동하지 않는) 결함이 있는 요소는 밝은 색상 반점으로 즉시 눈에 띕니다.
의사들은 새로운 기회를 얻었습니다. 액정 물질을 환자의 몸에 적용함으로써 의사는 열을 많이 발산하는 조직에서 색을 변화시켜 병든 조직을 쉽게 식별할 수 있습니다. 따라서 환자의 피부에 부착된 액정 지시계는 잠재적인 염증과 종양까지 빠르게 진단합니다.
액정의 도움으로 인체 건강에 위험한 유해한 화합물의 증기와 감마 및 자외선이 감지됩니다. 액정을 기반으로 압력계와 초음파 감지기가 만들어졌습니다.
V. - 결론.
제 작업에서 저는 액정의 발견 및 연구의 역사와 기술 응용의 발전에 대해 알게 되었습니다. 인가 전압에 따른 액정 셀의 편광 특성과 빛의 투과 능력을 조사했습니다. 앞으로 액정을 이용한 열화상 연구를 해보고 싶습니다.
VI. - 서지 목록
1. 즈다노프 S.I. 액정. "화학", 1979. 192s.
2. Rogers D. Adams J. 컴퓨터 그래픽의 수학적 기초. "미르", 2001. 55s.
3. Kalashnikov A. Yu. 전압 대비 특성의 기울기가 증가하는 액정 셀의 전기 광학 특성. 1999. 4초.
4. E. A. Konshina, 액정 미디어 광학. 2012. 15-18s.
5. 주브코프 B.V. 추마코프 S.V. 젊은 기술자의 백과사전. "교육학", 1987. 119 - 120s.
6. 온라인 학생 도서관. Studbooks.net. 액정 화합물. http://studbooks.net/2288377/matematika_himiya_fizika/istoriya_otkrytiya_zhidkih_kristallov7. 위키피디아. 이중 굴절. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BB%D1%83%D1 %87%D0%B5%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5
부록
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셀 전압, Ui, mV |
역전류 강도, I, A |
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러시아 연방 과학 및 교육청
이르쿠츠크 주립 기술 대학
물리학과
수필
주제: 액정과 그
액정에 응용
완전한:
학생 그룹 EL-03-1
모로즈 Ya.V.
확인됨:
교사
소지노바 T.V.
시실로바 T.I.
이르쿠츠크, 2005
1. 액정이란 3
1.1. 액정 3
1.2. 액정 유형 4
1.3. 애플리케이션 5
2. LCD 모니터 6
2.1. TN - 크리스탈 6
2.2. LCD의 해부학 8
2.3. TFT 디스플레이 8
2.4. 강유전체 액정 12
2.5. 플라즈마 처리 액정(PALC) 12
3. 결과 13
1.1 액체 결정 - 액체와 고체의 중간 상태인 물질의 상태. 액체의 분자는 자유롭게 회전하고 모든 방향으로 이동할 수 있습니다. 결정질 고체에서 결정 격자라고 하는 규칙적인 기하학적 격자의 노드에 위치하며 고정된 위치에서만 회전할 수 있습니다. 액정에서 분자 배열에는 어느 정도의 기하학적 질서가 있지만 어느 정도의 움직임의 자유도 허용됩니다.
그림 1. 액정 확대 이미지.
액정의 상태는 1888년 오스트리아의 식물학자 F. Reinitzer가 발견한 것으로 알려져 있습니다. 그는 콜레스테릴 벤조에이트라고 불리는 유기 고체의 거동을 연구했습니다. 가열되면 이 화합물은 고체에서 탁한 상태로 바뀌며 현재는 액정이라고 하며 그 다음에는 투명한 액체로 변합니다. 냉각 시 변환 순서를 역순으로 반복했습니다. Reinitzer는 또한 가열되면 액정의 색상이 빨간색에서 파란색으로 변하고 냉각되면 역순으로 반복된다는 점에 주목했습니다. 현재까지 발견된 거의 모든 액정은 유기 화합물입니다. 알려진 모든 유기 화합물의 약 50%가 가열되면 액정을 형성합니다. 문헌은 또한 일부 수산화물의 액정(예: Fe 2 O 3 엑스 H2O).
액정 , 액정 상태, 중형 상태 - 액체의 특성(유동성)과 고체 결정의 일부 특성(특성의 이방성)을 갖는 물질의 상태. Zh. 분자가 막대기 또는 길쭉한 판 형태인 물질을 형성합니다. 열방성 액정과 리오트로픽 액정은 구별되며 전자는 특정 온도 범위에서 중간 형태 상태로 존재하는 개별 물질이며, 그 이하에서는 물질이 고체 결정이고 그 이상에서는 일반 액체입니다. 예:
파라아족시아니솔(온도 범위 114-135°C에서), 아족시벤조산 에틸 에스테르
(100-120°C), 콜레스테롤 프로필 에테르 (102-116°C). 이액성 액정은 특정 용매에 특정 물질을 녹인 용액입니다. 예: 합성 폴리펩타이드(poly-g-benzyl- 엘-글루타메이트) 다수의 유기 용매(디옥산, 디클로로에탄).
1.2 액정의 종류 .
액정을 얻는 방법은 2가지가 있습니다. 콜레스테릴 벤조에이트에 대해 이야기할 때 그 중 하나가 위에서 설명되었습니다. 일부 고체 유기 화합물을 가열하면 결정 격자가 떨어져 액정이 형성됩니다. 온도를 더 높이면 액정이 실제 액체로 변합니다. 가열하면 형성되는 액정을 열방성(thermotropic)이라고 합니다. 1960년대 후반에 실온에서 액정성인 유기 화합물이 얻어졌습니다.
열방성 액정에는 네마틱(필라멘트) 및 스멕틱(피지 또는 점액)의 두 가지 종류가 있습니다. 네마틱 액정은 일반 및 콜레스테릭 네마틱(트위스트 네마틱)의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
그림 2. 열방성 액체 결정, 분자 패킹 방식. smectic 클래스(smectic D 제외)에서 분자는 층으로 배열됩니다. 각 분자는 자체 레이어에 남아 있지만 레이어는 서로에 대해 미끄러질 수 있습니다. 네마틱 액정에서 분자는 모든 방향으로 이동할 수 있지만 축은 항상 서로 평행을 유지합니다. 콜레스테릭-네마틱 액정에서 분자의 축은 층의 평면에 있지만 방향은 나선처럼 층에서 층으로 바뀝니다. 이러한 나선형 비틀림으로 인해 콜레스테릭 액정의 박막은 편광의 편광면을 회전시키는 능력이 비정상적으로 높습니다. ㅏ– 스멕틱; 비– 네마틱; V- 콜레스테릭.
1.3 적용.
액정의 분자 배열은 온도, 압력, 전기장 및 자기장과 같은 요인의 영향으로 변합니다. 분자 배열의 변화는 색상, 투명도 및 투과된 빛의 편광면을 회전시키는 능력과 같은 광학 특성의 변화로 이어집니다. (콜레스테릭-네마틱 액정에서는 이 능력이 매우 높습니다.) 액정의 수많은 응용은 이 모든 것을 기반으로 합니다. 예를 들어, 온도에 대한 색의 의존성은 의학적 진단에 사용됩니다. 특정 액정 물질을 환자의 신체에 적용함으로써 의사는 조직이 증가된 양의 열을 발생시키는 변색을 통해 병든 조직을 쉽게 식별할 수 있습니다. 색상의 온도 의존성은 또한 제품을 손상시키지 않고 품질을 제어할 수 있게 합니다. 금속 제품이 가열되면 내부 결함으로 인해 표면의 온도 분포가 변경됩니다. 이러한 결함은 표면에 증착된 액정 물질의 색상 변화에 의해 감지됩니다.
유리나 플라스틱 시트 사이에 끼워진 액정 박막은 표시 장치로 폭넓게 응용되고 있습니다. , 투명 및 불투명 영역). 액정은 시계 및 소형 계산기 제조에 널리 사용됩니다. 얇은 액정 화면이 있는 평면 TV가 만들어지고 있습니다. 비교적 최근에는 액정 매트릭스를 기반으로 하는 탄소 및 고분자 섬유가 얻어졌습니다.
2.LCD 모니터
액정 디스플레이에 대한 우리의 친숙함은 오랜 세월 동안 이어져 왔으며 그 역사는 컴퓨터 이전 시대로 거슬러 올라갑니다. 오늘날 사람은 손목시계를 보거나 프린터의 상태를 확인하거나 노트북으로 작업을 하다 보면 무의식적으로 액정 현상을 접하게 된다. 게다가 이 기술은 PC용 데스크탑 디스플레이인 CRT 모니터의 전통적인 영역을 침해합니다.
LCD 기술은 편광과 같은 빛의 특성을 기반으로 합니다. 사람의 눈은 파동의 편광 상태를 구별할 수 없지만 일부 물질(예: 폴라로이드 필름)은 특정 편광만 투과합니다. 두 개의 폴라로이드를 가져오면 수직 편광이 있는 지연광과 수평 편광이 있는 다른 하나를 서로 반대 방향으로 놓으면 빛이 이러한 시스템을 통과할 수 없습니다(그림 3).
그림 3 빛의 편광.
필름 사이의 틈에서 빛의 편광을 선택적으로 회전시켜 밝은 영역과 어두운 영역(픽셀)을 형성할 수 있습니다. 이것은 광학 활성 결정이 산재된 판을 사용하는 경우 가능합니다(비대칭 분자의 특성으로 인해 빛의 편광을 변경할 수 있기 때문에 그렇게 불립니다).
그러나 표시는 정보의 동적 표시를 의미하며 일반 수정은 여기에서 우리를 도울 수 없습니다. 그들의 액체 대응 물이 구출됩니다. 액정은 분자의 특정 배열이 내재되어 있는 액체로, 그 결과 기계적, 자기적, 가장 흥미롭게도 전기적 및 광학적 특성의 이방성이 나타납니다.
전기적 특성의 이방성과 유동성의 존재로 인해 분자의 선호하는 방향을 제어하여 결정의 광학적 특성을 변화시키는 것이 가능합니다. 그리고 그들은 놀라운 특징을 가지고 있습니다. 분자의 특정한 길쭉한 모양과 평행 배열로 인해 매우 효과적인 편광판이 됩니다. 이제 꼬인 네마틱 결정(Twisted Nematic - TN)에 대한 기본적인 다양한 LCD 디스플레이 연구를 시작하겠습니다.
2.1 테네시 - 크리스탈.
네마틱 액정 분자가 행진하는 군인들처럼 줄지어 서 있는 것은 상호 작용력의 이방성의 결과입니다. 자유 액정에서는 거시적 관점에서 디렉터의 위치를 예측하는 것이 불가능하므로 어떤 면에서 빛을 편광할지 미리 결정하는 것은 불가능합니다.
분자에 하나 또는 다른 방향을 부여하는 것은 매우 간단하며, 많은 미세한 평행 홈(폭은 형성되는 이미지 요소).
오목부로 떨어지는 액정 하부층의 좁고 긴 분자는 주어진 방향으로 강제로 부착됩니다. 그리고 분자의 모든 후속 층은 위에서 이미 언급한 분자간 상호 작용으로 인해 "머리 뒤쪽에서" 정렬됩니다. 이제 바닥판의 홈에 수직이 되도록 유사한 홈 세트가 있는 다른 유리판을 맨 위에 놓으면 최상층 분자의 세로 축은 분자 축과 직각이 됩니다. 하위 계층에서. 이 두 극단 위치 사이에서 일종의 분자 나선이 중간 방향에서 형성되어 기술의 이름이 꼬인 네마틱(트위스트 네마틱)이 되었습니다.
빛이 나선을 따라 이동할 때 편광면은 구성 분자의 세로축 방향을 따라 회전합니다. "샌드위치"의 경우 수직 홈이 있는 플레이트가 90° 회전된 나선을 형성하고 편광면이 이 각도만큼 정확하게 회전합니다. 이러한 "샌드위치"가 수직 축을 가진 두 폴라로이드 사이에 배치되면(폴라로이드는 축을 따라 선형 편광된 빛만 투과) 빛은 그러한 시스템을 통과합니다(그림 4).
따라서 발광 픽셀은 TN 디스플레이에서 형성됩니다. 반전된(이 경우 어두운) 픽셀은 액정의 또 다른 특성인 전기적 이방성의 산물입니다. 나선에 전기장을 가하는 것으로 충분하며 분자는 즉시 강도의 벡터를 따라 회전하도록 강제됩니다. 액정층 위와 아래에 소형 투명 필름 전극을 배치하고 전압을 인가함으로써 분자를 수직으로 배향시키는 것이 가능하다. 그 후에는 더 이상 빛의 편광을 변경할 수 없으며 폴라로이드의 축이 수직이기 때문에 빛이 통과하지 않습니다. 전극을 개별적으로 켜고 끄면 역동적인 흑백 사진을 얻을 수 있습니다.
"회색조는 어떻습니까?" - 물어. 인가 전압의 양으로 계조 또는 픽셀의 밝기 수준을 제어할 수 있습니다. 점차적으로 그것을 증가시키면서 분자 나선이 3단계의 상태(3개 영역)를 통과하는 방식을 관찰할 것입니다(그림 5). 영역 1은 최대 투과율 및 흰색(최대 편광 회전), 영역 3 - 최소 및 검정색에 해당하며 가장 흥미로운 상태는 영역 2에 있습니다. 그 안에 정확한 전압 변화가 있으면 모든 회색 음영이 얻어집니다.
2.2 해부학 LCD .
단순 네마틱 LCD 작동의 물리적 원리를 약간만 이해하면 설계의 순전히 기계적 측면을 고려할 수 있습니다(그림 6). 베이스에는 백라이트 시스템이 있습니다. 이들은 강력합니다(나머지 "샌드위치"는 투과된 빛의 최대 50%를 흡수함) 튜브 및 특수 재료(플라스틱 도광판) 또는 빛 형태의 형광등 스크린 평면에 조명을 더 고르게 분포시키는 데 기여하는 가이드. 이것이 항상 가능한 것은 아니며 결과적으로 어두운 띠, 이미지 이질성이 나타날 수 있습니다.
그림 6. LCD 모니터의 구조빛은 편광 필터로 향합니다. 그 다음에는 이미지 픽셀을 형성하는 인듐 및 주석 산화물 필름의 반투명 전극이 적용된 유리판이 이어집니다. 그런 다음 다음 층을 구성하는 액정 분자를 배향하는 미세 홈이 있는 폴리머 필름이 제공됩니다. 후반부 - 모든 것이 정확히 반대입니다(백라이트 제외).
이제 능동 매트릭스와 수동 매트릭스의 주요 차이점과 컬러 이미지 형성을 고려하십시오. 수동 매트릭스에서 반투명 전극 스트립은 어드레싱에 사용되며 유리 기판의 양면에 위치하고 수직으로 배향됩니다(그림 7). 그들의 교차점은 픽셀을 형성합니다. 상태를 변경하려면 두 개의 주소 라인(수직 및 수평)을 사용해야 합니다. 예를 들어 하나는 아래쪽에 접지되고 다른 하나에는 제어 펄스가 인가됩니다. 두 제어선의 모든 조합을 연속적으로 샘플링하여 이미지를 만드는 과정을 스캐닝이라고 합니다.
2.3 TFT - 디스플레이
LCD 디스플레이는 숙련된 흑백 디스플레이에서 벗어나 TFT(Thin Film Transistors)라는 기술을 사용하는 개발 단계에 이르렀습니다. 이것은 박막 트랜지스터를 기반으로 하는 능동 매트릭스를 기반으로 합니다. 이 경우, 트랜지스터가 형성되는 유리 기판에 비정질 실리콘 층이 각 픽셀에 하나씩 적용됩니다. 트랜지스터는 어드레싱 시스템과 LCD 셀 사이의 중개자 역할을 합니다. TFD(Thin Film Diode) 기반 패널도 있습니다. 활성 매트릭스에서 인접 셀에 대한 샘플링(어드레싱) 프로세스의 영향은 제외되고 각 픽셀은 격리됩니다. 덕분에 액정 셀의 "스위칭" 지연을 25ms로 줄일 수 있어 이미 액티브 매트릭스 디스플레이가 CRT 모니터와 경쟁할 수 있습니다. 셀은 전하를 수신하자마자 커패시터처럼 저장하지만 충분히 오래 지속되지는 않습니다. 매트릭스 스캔이 완료되는 동안 먼저 처리된 셀은 이미 전하를 잃기 시작합니다. 이미지 이질성을 피하기 위해 각 셀에 추가 커패시터가 연결되어 스캔 주기 전체에 걸쳐 이를 "공급"합니다.
모든 TFT LCD의 일반적인 작동 원리는 그림 8에 나와 있습니다. 네온 램프의 빛은 반사기 시스템을 통과하고 첫 번째 편광 필터를 통과하여 트랜지스터에 의해 제어되는 액정층으로 들어갑니다. 그런 다음 빛은 색상 필터를 통과합니다(CRT에서와 같이 매트릭스의 각 픽셀은 빨강, 녹색 및 파랑의 세 가지 색상 구성 요소로 구성됨). 트랜지스터는 액정의 공간적 방향을 설정하는 전기장을 생성합니다. 이러한 정렬된 분자 구조를 통과하는 빛은 편광을 변경하고 이에 따라 출력에서 두 번째 편광 필터에 완전히 흡수되거나(검은색 픽셀 형성), 흡수되지 않거나 부분적으로 흡수됩니다(형성 다양한 색상 음영, 최대 순수한 흰색 ).
그림 8
적색, 녹색, 청색용 컬러 필터는 유리 베이스에 통합되어 서로 가깝게 배치됩니다. 각 픽셀(점)은 지정된 색상(서브픽셀)의 3개 셀로 구성됩니다. 즉, 1280 x 1024 픽셀의 해상도에서 화면에는 정확히 3840 x 1024 트랜지스터와 픽셀 요소가 포함됩니다. 15.1" TFT 디스플레이(1024 x 768 도트)의 픽셀 피치는 약 0.30mm이고 18.1" TFT 디스플레이(1280 x 1024 도트)의 픽셀 피치는 약 0.28mm입니다.
그림 9. 픽셀 구조 TFT -표시하다.
TFT 디스플레이 픽셀. 셀의 왼쪽 상단 모서리에는 박막 트랜지스터( 티힌 에프영화 티저항기). 색상 필터를 사용하면 셀이 자연스러운 RGB 색상을 변경할 수 있습니다. 점은 명확하게 구분할 수 있으며 점 사이의 거리가 가까울수록 가능한 최대 해상도가 높아집니다. 그러나 TFT는 또한 최대 화면 영역에 의해 결정되는 물리적 제한이 있습니다.
가장 일반적인 유형의 디지털 사이니지는 다음과 같은 기술을 기반으로 합니다. TN TFT또는 TN+필름 TFT (트위스트 네마틱 + 필름). 필름이라는 용어는 시야각을 표준 90도(각 측면에서 45도)에서 약 140도로 증가시킬 수 있는 선택적 외부 필름 코팅을 나타냅니다. TN TFT 디스플레이의 작동 방식은 그림 10에 나와 있습니다.
1. 트랜지스터가 오프 상태일 때, 즉 전기장을 생성하지 않을 때 액정 분자는 정상 상태에 있고 통과하는 광속의 편광 각도를 변경하는 방식으로 정렬됩니다. 90도만큼(액정이 나선을 형성함). 두 번째 필터의 편광 각도는 첫 번째 필터의 각도와 수직이기 때문에 비활성 트랜지스터를 통과한 빛은 손실 없이 나가서 밝은 점을 형성하며 그 색상은 광 필터에 의해 설정됩니다.
2. 트랜지스터가 전기장을 생성할 때 모든 액정 분자는 첫 번째 필터의 편광 각도와 평행한 선으로 정렬되므로 통과하는 광속에 영향을 미치지 않습니다. 두 번째 편광 필터는 빛을 완전히 흡수하여 세 가지 색상 구성 요소 중 하나 대신 검은색 점을 만듭니다.
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화면의 허용 가능한 시야각 문제는 하프톤을 제공하는 LCD에서 일반적입니다. 액정의 복굴절 현상으로 인해 패널이 투과하는 빛의 세기는 빛의 파동 전면에 대한 법선과 액정 분자의 방향자 사이의 각도(j)에 따라 다음과 같이 sin2j와 같이 달라집니다. . 이것은 완전히 켜진 상태에서 30°까지의 j 값에서 투과광 강도가 10% 이하로 변화하는 반면 50%의 그레이 레벨(디렉터와 법선 사이의 각도 화면 표면에 대한 45°) - 90%만큼 시야각의 약간의 변화로 밝기 또는 색상의 계조가 심하게 왜곡됩니다. 복굴절의 영향을 피하는 가장 간단한 방법 중 하나는 액정과 굴절률이 다른 패널 표면에 고분자 보상 필름을 적용하는 것입니다.
문제를 해결하는 독창적인 방법은 1971년 Günther Baur에 의해 발견되었습니다. 그의 방법론을 기반으로 Hitachi Corporation은 1995년에 IPS(In-Plane Switching) 기술을 개발했습니다. Baur는 정상 상태의 분자가 90° 나선으로 꼬이지 않고 서로 평행하게 배향되어 있는 LC 셀의 새로운 계획을 제안했습니다. 하단 및 상단 폴리머 필름의 홈은 평행하고 모든 제어 전극은 패널의 동일한 면에 있습니다. 전압이 가해지면 전기장은 화면의 평면에서 LC 분자를 회전시킵니다. 감독과 패널 평면 사이의 각도는 일정하게 유지됩니다. 불행히도 IPS는 밝기가 50% 낮아진다는 단점도 있습니다.
IBM의 일본 사업부는 OCB(Optically Compensated Bend) 방법론을 제안하고 개선하고 있습니다. 이것은 액정의 복굴절 매개변수를 변경하는 기능을 사용하는 소위 파이 셀을 기반으로 합니다. 셀에 들어오는 빛의 광선은 화면 표면에 대한 법선 벡터의 방향에 "달라붙어" 마치 원래 전파 방향으로 돌아가는 것처럼 방향을 약간 변경합니다.
Sharp 전문가들은 시야각을 확장하기 위한 또 다른 기술인 ASM(Axally Symmetric aligned micro-cell Mode)을 구현했습니다. 배향 폴리머 필름으로 덮인 특수 돌출 벽이 컬러 필터에 형성됩니다(그림 11). 그들은 (팬 블레이드와 같은) 결정 분자의 비정상적인 축 대칭 배열로 개별 LC 셀을 형성합니다. LC 셀을 제한하는 벽은 중합된 수지 분자를 결정의 조성에 도입하고 상 분리 후 생성된 혼합물에 자외선을 조사한 결과 얻어진다. ASM은 폴리머를 사용하는 LC 안정화 기술 클래스에 속합니다. 고분자를 이용하는 또 다른 방법에 따르면 액정에 소량 첨가하여 고분자의 경우처럼 두 경계면 뿐만 아니라 세포 내부에서 직접 LC 분자의 방향을 조절할 수 있다. 영화.
그림 11
2.4 강유전체 액정
모든 LCD 패널의 약점 중 하나는 이미지 재생성입니다. 셀 충전 및 방전의 복잡한 과정, 주어진 상태를 유지해야 하는 짧은 시간, 상당한 전하 축적의 위험 - 이 모든 것이 생산을 복잡하게 만듭니다. 강유전체 액정(FLCD)을 사용하여 제어 전자장치를 단순화하는 것이 간접적으로 가능합니다. 분자 그룹에 특정 방향이 주어지면 (외부 영향이 없는 경우) 무제한 기간 동안 분자 그룹을 유지하여 단일 도메인을 형성합니다. 강유전체 셀은 빈번한 재생이 필요하지 않으며 스캔은 프레임 변경 시에만 발생합니다. 또한 반응 속도가 10ms로 뛰어납니다. 그러나 쌍안정 특성으로 인해 하프톤을 생성하기 어렵습니다. AFLCD(반강유전체 LCD)를 기반으로 디스플레이도 만들어지고 있습니다. 그들의 가장 최근 수정은 이 문제를 부분적으로 제거합니다.
2.5 플라즈마 처리된 액정(PALC)
이 유형의 디스플레이는 플라즈마 패널을 사용하여 LCD 셀을 구동합니다. PALC 디스플레이는 아래쪽에 편광 필터가 적용된 유리 기판과 위쪽에 형성된 세로 돌출 장벽으로 구성됩니다. 장벽에 의해 형성된 각 기둥 내부에는 두 개의 전극이 있습니다. 위에서 구조는 얇은 유리 층으로 덮여 있으며 결과 용기는 몇 kPa의 압력에서 가스로 채워집니다. 그 다음에는 LC 층, 열 전극이 있는 투명 필름, 컬러 필터, 편광판이 있는 유리 기판이 있습니다(그림 12). 전체 구조 뒤에 백라이트 장치가 있습니다. 컬럼은 희박 가스로 채워진 세로 방향 셀의 두 전극 사이에서 방전을 일으켜 샘플링됩니다. 가스와 LC 셀을 분리하는 유리 표면에는 가상 전극과 같은 음전하가 형성됩니다(그림 13). +70V의 전압이 "샌드위치"의 반대쪽에 있는 가로 전극 중 하나에 적용됩니다. 가상 전극의 전하는 기체 세로 셀과 가로 전극의 교차점에 위치한 LC 셀을 통해 흐릅니다. 전하가 소모되자마자 모든 LCD 셀은 완전히 격리된 상태가 되고 다음 픽셀 샘플링을 시작할 수 있습니다.
그림 12.
그림 13.
PALC 패널의 장점 중 하나는 제조 용이성입니다. 그들은 전통적인 TFT보다 공장 청결도와 레이아웃 정확도에 덜 민감합니다. 이를 통해 대형 유리 기판을 사용할 수 있으므로 대형 LCD 화면을 생산할 수 있는 가능성이 열립니다. PALC 디스플레이는 능동 매트릭스 모니터가 민감한 점 결함이 없습니다. 플라즈마 및 LCD 패널의 건설적인 독립성은 새로운 수정의 개발을 용이하게 합니다.
3. 결과
이 자료에서는 LCD 생산 기술의 기초만을 다루었고, 출판 범위를 벗어나는 내용이 많이 남게 되었습니다. 액정 패널의 세계는 화학, 고체 상태 물리학 및 액체 물리학, 결정학과 같은 여러 과학의 교차점에 있습니다. 구성 요소의 풍부함은 다양한 솔루션으로 이어집니다. 평판 모니터 산업은 호황을 누리고 있으며 새로운 기술의 출현, 기존 기술의 수정 및 구형 기술의 소멸을 추적하는 것은 전문 문헌을 지속적으로 살펴봐야만 가능합니다.
서지:
1. http://www.cultinfo.ru
2. http://bigpi.biysk.ru
3. I. G. Chistyakov, Liquid Crystals, Moscow, 1966;
4. Gray G. W., 분자 구조 및 액정의 특성, L. - N. Y., 1962;
5. 액정, 트랜스. 프랑스어, "Nature", 1972, No. 2에서;
6. Turanov A.N., Goncharov V.A., Galyametdinov Yu.G., Ivanova G.I., Ovchinnikov I.V. 이즈브. 아카드. 과학, ser. 김., 1999, 제4호, 694-697.
7. I. V. Ovchinnikov 및 Yu. G. Galyametdinov, 배위 화합물 기반 자기 액정. 러시아 화학 저널 2001, XLV. 3. pp.74-79
액정
소개
액정(LC로 약칭)은 액체(유동성)와 결정(이방성)의 특성을 동시에 갖는 물질입니다. 구조에 따르면 LC는 젤리와 유사한 액체로, 이 액체의 전체 부피에 걸쳐 특정 방식으로 정렬된 길쭉한 분자로 구성됩니다. LC의 가장 특징적인 특성은 전기장의 영향을 받아 분자의 방향을 변경할 수 있는 능력으로 산업 분야에 폭넓게 적용할 수 있는 기회를 제공합니다. LC 유형에 따라 일반적으로 네마틱스(nematics)와 스멕틱(smectics)의 두 가지 큰 그룹으로 나뉩니다. 차례로 네마틱은 적절한 네마틱 액정과 콜레스테릭 액정으로 나뉩니다.
액정 발견의 역사
액정은 1888년 오스트리아 식물학자 F. Reinitzer에 의해 발견되었습니다. 그는 콜레스테릴 벤조에이트와 콜레스테릴 아세테이트의 결정이 2개의 녹는점을 가지며 따라서 탁하고 투명한 2개의 다른 액체 상태를 갖는다는 것을 알아냈습니다. 그러나 과학자들은 이러한 액체의 특이한 특성에 많은 관심을 기울이지 않았습니다. 오랫동안 물리학자와 화학자는 액정의 존재가 고체, 액체 및 기체의 세 가지 물질 상태 이론을 파괴했기 때문에 원칙적으로 액정을 인식하지 못했습니다. 과학자들은 액정이 콜로이드 용액이나 에멀젼 때문이라고 생각합니다. 카를스루에 대학의 오토 레만 교수(독일어: Otto Lehmann)가 다년간의 연구 끝에 과학적 증거를 제시했지만, 1904년 그가 저술한 "액정"이라는 책이 나온 후에도 그 발견은 적용되지 않았습니다.
1963년 미국의 J. Ferguson(영국인 James Fergason)은 육안으로 볼 수 없는 열장을 감지하기 위해 온도의 영향으로 색이 변하는 액정의 가장 중요한 특성을 사용했습니다. 발명에 대한 특허(미국 특허 3114836(영문))를 받은 후 액정에 대한 관심이 급격히 높아졌습니다.
1965년 미국에서 액정에 관한 제1차 국제회의가 열렸다. 1968년에 미국 과학자들은 정보 표시 시스템에 대한 근본적으로 새로운 지표를 만들었습니다. 작동 원리는 전기장에서 회전하는 액정 분자가 다른 방식으로 빛을 반사하고 전달한다는 사실에 기반합니다. 스크린에 납땜 된 도체에인가 된 전압의 영향으로 미세한 점으로 구성된 이미지가 나타납니다. 그러나 George William Gray가 이끄는 영국 화학자 그룹이 비교적 저렴하고 저렴한 원료로 액정을 합성한 1973년 이후에야 이러한 물질이 다양한 장치에 널리 보급되었습니다.
액정 그룹
일반적인 특성에 따라 LC는 두 개의 큰 그룹으로 나눌 수 있습니다.
특정 범위의 온도와 압력에 존재하는 고체를 가열한 결과 형성되는 열방성 LC 및 주어진 물질의 막대 모양 분자와 물(또는 기타 극성 용매). 이 막대 모양의 분자는 한쪽 끝에 극성 그룹이 있으며 막대의 대부분은 유연하고 소수성인 탄화수소 사슬입니다. 이러한 물질을 양친매성 물질(amphi-그리스어로 두 끝, philos-사랑하는, 자비로운 의미)이라고 합니다. 인지질은 양친매성의 예입니다.
양친매성 분자는 일반적으로 물에 잘 녹지 않으며 상 경계에 있는 극성 그룹이 액상을 향하도록 하는 방식으로 응집체를 형성하는 경향이 있습니다. 저온에서 액체 양친매성 물질을 물과 혼합하면 시스템이 두 단계로 분리됩니다. 비눗물 시스템은 복잡한 구조를 가진 양친매성 물질의 변종 중 하나로 작용할 수 있습니다. 지방족 음이온 CH3-(CH2)n-2-CO2- (여기서 n ~ 12-20)와 양이온 Na+, K+, NH4+ 등이 있습니다. 극성기 CO2-는 물 분자와 밀접하게 접촉하는 경향이 있는 반면, 비극성 그룹(양친매성 사슬)은 물과의 접촉을 피합니다. 이 현상은 양친매성 물질에 일반적입니다.
Thermotropic LC는 세 가지 큰 클래스로 나뉩니다.
네마틱 액정. 이 결정에서 분자의 무게 중심 배열에는 장거리 질서가 없으며 층 구조가 없으며 분자가 장축 방향으로 연속적으로 미끄러지며 주위를 회전하지만 동시에 방향 순서를 유지하는 시간: 긴 축은 한 방향으로 향합니다. 그들은 일반 액체처럼 행동합니다. 네마틱 상은 분자가 오른쪽과 왼쪽 형태 사이에 차이가 없고 분자가 거울상(아키랄)과 동일한 물질에서만 발견됩니다. 네마틱 FA를 형성하는 물질의 예는 다음과 같습니다.
스멕틱 액정은 층상 구조를 가지며, 층들은 서로에 대해 이동할 수 있습니다. smectic 층의 두께는 분자의 길이(주로 파라핀 "꼬리"의 길이)에 의해 결정되지만, smectic의 점도는 nematics의 점도보다 훨씬 높으며 층 표면에 법선을 따른 밀도 크게 다를 수 있습니다. 전형적인 테레프탈-비스(나라-부틸아닐린):
콜레스테롤 액정 - 주로 콜레스테롤과 기타 스테로이드의 화합물에 의해 형성됩니다. 이들은 네마틱 LC이지만 장축이 서로에 대해 회전하여 이 구조의 매우 낮은 형성 에너지(약 0.01J/mol)로 인해 온도 변화에 매우 민감한 나선을 형성합니다. 아밀 파라-(4-시아노벤질리덴아미노)-신나메이트는 전형적인 콜레스테릭으로 언급될 수 있습니다.
Cholesterics는 밝은 색을 띠며 온도의 가장 작은 변화(최대 1000분의 1도)는 나선의 피치를 변화시켜 LC의 색상을 변화시킵니다.
위의 모든 유형의 액정에서 특정 방향으로 쌍극자 분자의 방향은 특징적이며, 이는 "디렉터"라고 하는 단위 벡터에 의해 결정됩니다.
최근에, 평행한 광축을 갖는 다층 기둥 형태로 서로의 상부에 층으로 배열된 디스크 형태의 분자에 의해서만 형성되는 소위 기둥상이 발견되었다. 종종 그들은 분자가 병진 자유도를 갖는 "액체 필라멘트"라고 불립니다. 이 종류의 화합물은 학자 L. D. Landau가 예측했으며 Chandrasekhar가 1977년에야 발견했습니다. 도식적으로 이러한 유형의 액정 정렬 특성이 그림에 나와 있습니다.
LCD는 특이한 광학적 특성을 가지고 있습니다. Nematics와 smectics는 광학적으로 일축성 결정입니다. 콜레스테롤은 주기적인 구조로 인해 스펙트럼의 가시 영역에서 빛을 강하게 반사합니다. 액상은 네마틱스와 콜레스테릭의 성질을 담기 때문에 외부 영향의 영향으로 쉽게 변형되며 콜레스테릭의 나선 피치는 온도에 매우 민감하므로 온도에 따라 빛의 반사가 급격히 변화하여 물질의 색상 변화에.
이러한 현상은 미세 회로에서 핫스팟을 찾는 것, 인간의 골절 및 종양을 국소화하는 것, 적외선에서 이미징하는 것과 같은 다양한 응용 분야에서 널리 사용됩니다.
리오트로픽 LC에서 작동하는 많은 전기 광학 장치의 특성은 전기 전도도의 이방성에 의해 결정되며, 이는 차례로 전자 분극성의 이방성과 관련됩니다. 일부 물질의 경우 LC 특성의 이방성으로 인해 전기 전도도가 부호를 변경합니다. 예를 들어, n-octyloxybenzoic acid의 경우 146°C의 온도에서 0을 통과하며 이는 중간상의 구조적 특징과 분자의 분극성에 기인합니다. 일반적으로 네마틱 상의 분자 방향은 가장 높은 전도도의 방향과 일치합니다.
모든 형태의 생명체는 어떤 방식으로든 살아있는 세포의 활동과 연결되어 있으며, 그 중 많은 부분이 액정 구조와 유사한 구조적 연결 고리를 가지고 있습니다. 놀라운 유전 특성을 가진 FA는 세포 내 이질적인 표면을 형성하고 세포와 외부 환경 사이의 관계는 물론 개별 세포와 조직 사이의 관계를 조절하며 세포의 구성 부분에 필요한 불활성을 제공하여 효소의 영향으로부터 세포를 보호합니다. 따라서 FA의 행동에서 규칙성을 확립하면 분자 생물학의 발전에 새로운 관점이 열립니다.
액정 응용
액정의 중요한 용도 중 하나는 서모그래피입니다. 액정 물질의 조성을 선택함으로써 다양한 온도 범위와 다양한 디자인에 대한 표시기가 생성됩니다. 예를 들어, 필름 형태의 액정은 전자 회로의 트랜지스터, 집적 회로 및 인쇄 회로 기판에 적용됩니다. 매우 뜨겁거나 차갑고 작동하지 않는 결함 요소는 밝은 색 반점으로 즉시 눈에.니다. 의사들은 새로운 기회를 얻었습니다. 환자 피부의 액정 표시기가 잠복 염증과 종양까지 빠르게 진단합니다.
액정의 도움으로 인체 건강에 위험한 유해한 화합물의 증기와 감마 및 자외선이 감지됩니다. 액정을 기반으로 압력계와 초음파 감지기가 만들어졌습니다. 그러나 액정 물질의 가장 유망한 응용 분야는 정보 기술입니다. 전자 시계에서 모든 사람에게 친숙한 첫 번째 지표에서 엽서 크기의 액정 화면이있는 컬러 텔레비전까지 불과 몇 년이 걸렸습니다. 이 TV는 매우 높은 품질의 이미지를 제공하여 에너지를 덜 소모합니다.
액정 및 이를 기반으로 한 장치 현재 LCD 액정 모니터의 기술은 1888년부터 화학자들에게 알려졌지만 실제 사용(시계 화면 및 계산기용)은 1960년대에 시작되었습니다. 1990년 De Gennes는 LC 이론으로 노벨상을 받았습니다. 현재 액정은 전자 제품에 혁명을 일으키며 다양한 디스플레이(시계, 미니 TV), 컴퓨터용 LCD 모니터, 시각적 열 센서(온도에 따른 색상 변화) 등에 사용됩니다. -차원) ( 1-2차원) (등방성 액정(LC)이라는 용어는 고체 상태와 등방성 액체 상태 사이의 중간상을 나타내는 반면, 중간상은 두 물질 상태에 고유한 기본 특성을 유지합니다. "메소스" 중간, 중간을 의미합니다.어떤 경우에는 mesophase가 실온을 포함하여 광범위한 온도에서 안정하며, 이를 LC라고 합니다.
액정을 형성하는 분자의 화학 구조. a) - LC를 형성하는 막대 분자 - smectics 및 nematics, b) - LC를 형성하는 분자 - discotics. 네마틱스. 이 이름은 실을 의미하는 그리스어 "nema"(nhma)에서 유래했습니다. nematics의 방향 순서를 특성화하기 위해 방향이 분자의 장축의 평균 방향 방향과 일치하는 단위 길이의 벡터인 디렉터가 도입되었습니다. 또한, 분자의 방향 정렬 정도를 특성화하는 주문 매개변수 S가 하나 더 추가됩니다. 여기서 는 방향자의 방향과 분자의 장축의 순간 방향 사이의 각도입니다. 분명히 매개 변수는 0에서 1 사이의 값을 가질 수 있습니다. 값 S = 1은 완전한 방향 질서에 해당하고 S = 0은 완전한 방향 무질서를 의미하며 등방성 액체에 해당합니다.
스멕틱스. 이름은 "비누"를 의미하는 그리스어 "smegma"(smhgma)에서 유래합니다. 이러한 물질에는 분자의 방향성 배열 외에도 분자 무게 중심의 부분적 배열이 있습니다. 즉, 분자의 무게 중심은 층으로 구성되며 그 사이의 거리는 고정됩니다. 분자 층은 서로에 대해 쉽게 변위되며 스멕틱은 만졌을 때 비누와 비슷합니다. 분자의 축 Colonnoidal discotics는 또한 smectics에 기인할 수 있습니다. Nematics - 더 유동적인 LC 상에는 층이 없지만 주된 방향만 있습니다(액정 유형 A - nematic, B - smectic, C discotic
콜레스테롤(최초의 열린 화합물)에서 이름을 따온 콜레스테롤. 이러한 분자는 디렉터가 회전할 수 있는 광축을 가지고 있습니다. 한 레이어에서 다른 레이어로 이동할 때 디렉터가 점차 회전하여 독특한 나선형 구조를 만듭니다. 분자의 광축, 방향자의 방향, 나사의 피치 p(방향자가 360도 회전하는 거리)가 표시됩니다. LC 콜레스테릭에서 반사되는 빛의 파장 = np, 여기서 n은 굴절률입니다. 종종 이러한 파장은 가시 범위에 있습니다. 콜레스테릭의 중요한 특성은 스크류 피치가 온도에 의존한다는 것입니다. 반사광 파장의 온도 의존성. 높은 온도는 파란색, 낮은 온도는 빨간색입니다.
디스플레이의 액정 응용 LCD의 주요 응용 분야는 EO(전기 광학) 장치와 관련이 있습니다. 이러한 응용을 위해 LC(네마틱)는 4가지 필수 속성, 즉 표면 정렬, 전기장 또는 유전 이방성에 의한 방향자 재배향, 편광면 또는 광학 이방성의 회전, 방향 탄성(분자가 다양한 회전). 1. 표면 주문. 일반적으로 EO 디스플레이는 두께가 20 µm 미만인 유리 큐벳으로 LC가 배치됩니다. LC 디렉터의 방향은 LC 분자가 셀 평면에 평행하거나 수직인 특정 방향으로 정렬되는 방식으로 셀 표면을 처리하여 설정할 수 있습니다.
0. 이 이방성은 주 dv" title="(!LANG:2. LCD의 유전율 이방성은 디렉터에 평행한 방향과 수직한 방향의 유전율의 차이 = -로 쓸 수 있습니다. 감독자는 필드에 평행하게 정렬한 다음 >0입니다. 이 이방성은 주요 dv입니다." class="link_thumb"> 6 !} 2. LC의 유전율 이방성은 방향자와 평행한 방향과 수직 방향의 유전 상수의 차이 = -로 나타낼 수 있습니다. 감독이 필드와 평행하게 정렬되면 >0입니다. 이 등방성은 디스플레이 성능의 주요 원동력입니다. 결정의 자유 에너지에 대한 전기적 기여는 방향자(n)와 적용된 전기장(E) 사이의 각도에 따라 달라지는 항을 포함하며, 이에 따라 방향자는 자유 에너지를 최소화하고 자기장에 평행하게 정렬되도록 회전합니다. . 이 기여는 쌍극자가 아니며 전기장의 방향에 의존하지 않습니다. 3. 광학 이방성은 굴절률의 이방성 - n 또는 복굴절과 관련이 있습니다. 이것은 재료가 디렉터에 평행하고 수직인 편광 방향에 대해 n의 두 값을 갖는다는 것을 의미하며, 이들 사이의 차이 n=n -n은 광학 이방성의 척도입니다. LCD가 작동하려면 이 값이 0.2보다 커야 합니다. 4. 자기장이 적용될 때 분자의 회전과 자기장이 꺼진 후 원래 위치로 돌아가는 분자의 회전을 보장하려면 방향 탄성이 필요합니다. 이 특성은 경사, 비틀림 및 굽힘의 탄성 상수 K 11, K 22 및 K3 3으로 설명됩니다. 0. 이 등방성은 디스플레이 작동의 주요 원동력입니다.결정의 자유 에너지에 대한 전기적 기여는 방향자(n)와 인가된 전기장(E) 사이의 각도에 따라 달라지는 항을 포함하는 반면, 방향자는 자유 에너지를 최소화하기 위해 회전하고 필드에 평행하게 정렬됩니다. 이 기여는 전기장의 방향과 무관한 쌍극자가 아닙니다.3. 광학 이방성은 굴절률 - n 또는 복굴절의 이방성과 관련이 있습니다. .이는 재료가 디렉터에 평행하고 수직인 편광 방향에 대해 n의 두 값을 갖는다는 것을 의미합니다. 이들 사이의 차이 n=n -n은 광학 이방성의 척도입니다. LCD 작동의 경우 이 값은 >0.2여야 합니다. .4.방향 탄성은 자기장을 가할 때 분자의 회전을 보장하고 자기장을 끈 후 원래 위치로 되돌리기 위해 필요합니다.이 속성은 탄성 con으로 설명됩니다. 틸트, 트위스트 및 벤드 스턴트 K 11, K 22 및 K3 3"> 0. 이 이방성은 주요 dv" title="(!LANG:2. LC의 유전율 이방성은 방향자와 평행한 방향과 수직 방향의 유전율의 차이 = -로 나타낼 수 있습니다. 감독이 필드와 평행하게 정렬되면 >0입니다. 이 이방성은 주요"> title="2. LC의 유전율 이방성은 방향자와 평행한 방향과 수직 방향의 유전 상수의 차이 = -로 나타낼 수 있습니다. 감독이 필드와 평행하게 정렬되면 >0입니다. 이 이방성은 주요"> !}
가장 단순한 EO 장치. 이 경우 큐벳의 윗면과 아랫면을 수직 방향으로 문질러 LC 디렉터가 큐벳의 위쪽에서 아래쪽으로 90° 회전하여 편광면을 회전시킵니다. . 교차 폴라로이드에서 이 셀은 밝게 보입니다. 이제 전기장이 인가되면 LC 분자의 방향자는 자기장과 평행하게 정렬되고 편광면의 회전은 사라지고 교차 폴라로이드의 빛은 통과를 멈춥니다.방향자를 회전하는 데 필요한 전압은 일반적으로 2-5V이며 유전율 이방성과 탄성 상수에 의해 결정됩니다. LC 셀에서 편광면의 회전
LCD 디스플레이는 여러 레이어로 구성되어 있습니다. 매우 순수한 유리로 만들어진 두 개의 패널(기판)입니다. 층 사이에는 얇은 액정층이 있습니다. 패널에는 홈이 있습니다. 홈은 각 패널에서 평행하지만 두 패널 사이에는 수직이 되도록 배열되며, 홈과 접촉하면 액정의 분자가 모든 셀에서 같은 방향으로 배향됩니다. 두 패널은 서로 매우 가깝습니다. 상하좌우에 2개의 편광필름을 씌워 조명용으로 주로 램프를 사용하며, 간혹 시계용 디스플레이와 같은 디스플레이는 반사광으로 동작한다.
정보를 제공하기 위해 반투명 ITO 층이 전극으로 유리 패널에 적용됩니다. 전극은 점이나 선분의 형태로 인가되어 별도의 정보를 제공하며, 스크린(셀)의 별도의 위치에 서로 다른 전기장을 발생시키는 다수의 전극을 배치하면 적절한 제어가 가능합니다. 이 전극의 전위에 따라 화면에 문자 및 기타 이미지 요소를 표시합니다. 전극은 투명 플라스틱에 배치되며 어떤 모양도 취할 수 있습니다. 기술 혁신으로 인해 크기를 작은 점(0.3 µm)으로 제한할 수 있었고 동일한 화면 영역에 더 많은 전극을 배치할 수 있어 해상도가 증가했습니다. 색상은 방사선에서 세 가지 주요 구성 요소를 분리하는 세 개의 필터를 사용하여 얻습니다. 광원의입니다. 화면의 각 도트 또는 픽셀에 대해 3원색을 결합하여 모든 색상을 재현할 수 있습니다. 이미지는 개별 셀에 연속적으로 제어 전압을 공급하여 라인별로 형성되어 투명하게 만듭니다. LCD 전극 수동 매트릭스 디스플레이
능동 매트릭스 디스플레이 능동 매트릭스는 디스플레이의 액정 셀을 구동하는 전극 매트릭스인 각 스크린 셀에 대해 별도의 증폭 요소를 사용합니다. 패시브 매트릭스의 경우 디스플레이가 점진적으로 업데이트됨에 따라 서로 다른 전극이 주기적으로 전기적으로 충전되며, 소자의 커패시턴스가 방전되어 결정이 원래 구성으로 돌아갈 때 이미지가 사라집니다. 능동 매트릭스의 경우 각 전극에 저장 트랜지스터가 추가되어 디지털 정보(0 또는 1의 이진 값)를 저장할 수 있으며 결과적으로 다른 신호가 수신될 때까지 이미지가 저장됩니다. 메모리 트랜지스터는 광선이 통과할 수 있는 투명한 재료로 만들어져야 합니다. 이러한 목적을 위해 박막 트랜지스터(또는 TFT) 박막이 사용됩니다. 화면의 모든 픽셀을 제어하는 컨트롤입니다. 트랜지스터는 0.1-0.01미크론으로 매우 얇습니다. 비정질 실리콘(a-Si)으로 만들어졌으며,
강유전체 디스플레이 네마틱 LC를 기반으로 하는 능동 매트릭스 디스플레이가 널리 사용되고 있음에도 불구하고 이완 시간이 길다는 근본적인 단점이 있습니다(전기장을 끈 후 LC 디렉터의 턴어라운드 시간은 ~20ms임). 이제 강유전성 액정 스멕틱스(그림의 fluorobiphenyl) 사용을 기반으로 하는 평면의 고속 스위칭 디스플레이 제조를 위한 근본적으로 다른 기술이 있습니다. 언뜻 보기에 더 점성이 높은(네마틱에 비해) 스멕틱 LC 단계를 사용하여 빠른 장치를 만드는 것이 이상해 보입니다. 이러한 스멕틱의 분자는 쌍극자 모멘트를 가지며 층으로 배열되며, 각 층에서 층의 평면에 대해 동일한 각도로 기울어집니다. 같은 각도
동일한 경사각은 강유전체 상의 존재하에서 분자 쌍극자의 상호작용으로 인해 발생합니다. 전기장의 인가는 쌍극자의 방향을 반대로 바꿀 수 있고 분자의 경사각은 그에 따라 변할 것이다. 따라서 분자 층에는 쌍극자와 분자 자체의 두 가지 가능한 방향이 있습니다(전기장이 있는 경우와 없는 경우). 이 경우 분자의 회전 시간은 1μs로 다소 작으며, 이는 네마틱 단계에서 분자가 복귀하는 시간보다 2-3배 적습니다. 처음에 편광판은 빛이 통과하지 않는 방식으로 설정됩니다(하나는 분자 방향과 평행하고 다른 하나는 수직임). 전기장을 인가한 후 분자의 쌍극자는 자기장과 평행하게 바뀌고 분자의 방향자는 편광판에 대해 특정 각도로 회전하는 반면 빛은 구조를 부분적으로 통과하기 시작합니다. 강유전성 상의 스멕틱 분자 층.
액정
네마틱 액정의 슐리렌 텍스처
액정(약칭 LCD)는 특정 조건(온도, 압력, 용액 농도)에서 일부 물질이 통과하는 상 상태입니다. 액정은 액체(유동성)와 결정(이방성)의 성질을 동시에 가지고 있습니다. 구조에 따르면 LC는 이 액체의 전체 부피에 걸쳐 특정 방식으로 정렬된 길쭉하거나 디스크 모양의 분자로 구성된 점성 액체입니다. LC의 가장 특징적인 특성은 전기장의 영향을 받아 분자의 방향을 변경할 수 있는 능력으로 산업 분야에 폭넓게 적용할 수 있는 기회를 제공합니다. LC 유형에 따라 일반적으로 네마틱스(nematics)와 스멕틱(smectics)의 두 가지 큰 그룹으로 나뉩니다. 차례로 네마틱은 적절한 네마틱 액정과 콜레스테릭 액정으로 나뉩니다.
액정 발견의 역사
액정의 도움으로 인체 건강에 위험한 유해한 화합물의 증기와 감마 및 자외선이 감지됩니다. 압력계와 초음파 감지기는 액정을 기반으로 만들어졌습니다. 그러나 액정 물질의 가장 유망한 응용 분야는 정보 기술입니다. 전자 시계에서 모든 사람에게 친숙한 최초의 표시기에서 엽서 크기의 액정 화면이 있는 컬러 텔레비전까지 불과 몇 년이 걸렸습니다. 이 TV는 매우 높은 품질의 이미지를 제공하여 에너지를 덜 소모합니다.
연결
- Science 2.0 프로그램에서 화학 박사 Alexey Yuryevich Bobrovsky와의 액정에 대한 대화
위키미디어 재단. 2010년 .
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