Жидкие кристаллы

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

Введение

Несколько лет тому назад огромной популярностью в США пользовалась новинка ювеВнлирного производства, получившая название Влперстень настроенияВ». За год было продано 5 0 миллионов таких перстней, т. е. практически каждая взрослая женщина имела это ювелирное изделие. Что же привлекло внимаВнние любител и бижутерии к этому перстню? Оказывается, он обладал совершенно мистическим свойством реагироВн в ать на настроение его владельца. Реакция состояла в том, что цвет камешка перстня следовал за настроением влаВндельца, пробегая все цвета радуги от красного до фиоВнлетового. Вот это сочетание таинственного свойства угаВндывать настроение, декоративность перстня, обеспечиВнваемая яркой и меняющейся окраской камешка, плюс низкая цена и обеспечили успех перстню настроения.

Именно тогда впервые появился термином Влжидкие кристаллыВ». НиВнчего толком не было известно, говорилось, только, что камешек перстня сделан на жидком кристалле. Для читаВнтеля, который знаком с жидкими кристаллами, нужно сдеВнлать уточнение тАФ на холестерическом жидком кристалле, а секрет перстня настроения связан с его удивительными оптическими свойствами.

Применение жидких кристаллов

Все чаще на страницах научных, а последнее время и научно-популярных журналов появВнляется термин Влжидкие кристаллыВ» (в аббревиатуре ЖК) и статьи, посвященные жидким кристаллам. В повсе дневной жизни мы сталкиваемся с часами, термометраВнми на жидких кристаллах. В наше время наука стала производительной силой, и поэтому, как правило, повышенный научный интерес к тому или иному явлению или объекту означает, что это явление или объект представляет интерес для материальВнного производст в а. Ва В этом отношении не являются исВнключением и жидкие кристаллы. Интерес к ним, прежде всего, обусловлен возможностями их эффективного приВнменения в ряде отраслей производственной деятельноВнсти. Внедрение жидких кристаллов означает экономичеВнскую эффективность, простоту, удобство.

Жидким кристаллом называется это специфическое агрегатное соВнстояние вещества, в котором оно проявляет одновреВнменно свойства кристалла и жидкости. Однако, далеко не все вещества могут находиться в жидкокристаллическом состоянии. Большинство веществ может находиться только в трех, всем хорошо известных агрегатных состояниях: твердом или кристаллическом, жидком и газообразном. ВаВа Оказывается, ВаВа некоторые органические вещества, обладающие сложными молекуВнлами, кроме трех названных состояний, могут образовыВнвать четвертое агрегатное состояние тАФ жидкокристаллиВнческое. Ва Это состояние осуществляется при плавлении кристаллов некоторых веществ. При их плавлении обра Вн зуется жидкокристаллическая фаза, Ва отличающаяся от обычных жидкостей. Эта фаза существует в интервале от температуры плавления кристалла до некоторой более высокой температуры, при нагреве до которой жидкий кристалл переходит в обычную жидкость. Чем же жидкий кристалл Ва отличается от жидкости и обычного кристалла и чем похож на них? Подобно обыч ной жидкости, жидкий кристалл обладает текучестью и принимает форму сосуда, в который он помещен. Этим он отличается от известных всем кристаллов. Однако, несмотря на это свойство, объединяющее его с жидВнкостью, он обладает свойством, характерным для криВнсталлов. Это тАФ упорядочение в пространстве молекул, образующих кристалл. Правда, это упорядочение не таВнкое полное, как в обычных кристаллах, но, тем не менее, оно существенно влияет на свойства жидких кристаллов, чем и отличает их от обычных жидкостей. Неполное проВнстранственное упорядочение молекул, образующих жидВнкий кристалл, проявляется в том, что в жидких кристалВнлах нет полного порядка в пространственном располоВнжении центров тяжести молекул, хотя частичный порядок может быть. Это означает, что у них нет жесткой криВнсталлической решетки. Поэтому жидкие кристаллы, поВндобно обычным жидкостям, обладают свойством текучеВнсти.

Наличие ВлпорядкаВ» пространственной ориентации молекул является обязательным свойством жидких кристаллов, сблиВнжающим их с обычными кристаллами. Такой порядок в ориентации может проявляться, например, в том, что все длинные оси молекул в жидкокристалличеВнском образце ориентированы одинаково.

Жидкие кристаллы в зависимости от вида упорядочения осей молекул разделяются на три разновидности: нематические, смектические и холестерические.

История происхождения жидких кристаллов

Скорее всего, исследователи уже очень давно сталВнкивались с жидкокристаллическим состоянием, но не отВндавали себе в этом отчета. Тем не менее, существование жидких кристаллов было установлено очень давно, почти столетие тому назад, а именно в 1888 году.

Впервые, жидкие кристаллы обнаружил австВнрийский ученый-ботаник Рейнитцер. Исследуя новое синВнте з ированное им вещество холестерилбензоат, он об н аВнружил, что при температуре 145 В° С кристаллы этого веВнщества плавятся, образуя мутную сильно рассеивающую свет жидкость. При продолжении нагрева по достижении температуры 179В°С жидкость просветляется, т. е. начинаВнет вести себя в оптическом отноше н ии, как обычная жидкость, например вода. Неожиданные свойства холе стерилбензоат а обнаружились в мутной фазе. РассматриВнвая эту фазу под поляризационным микроскопом, РейВннитцер обнаружил, что она обладает двупреломлением. Это означает, что показатель преломления света, т. е. скорость света в этой фазе, зависит о т поляризации.

Явление двупреломления тАФ это типично кристалличеВнский эффект, состоящий в том, что скорость света в криВнсталле зависит от ориентации плоскости поляризации света. Существенно, что она достигает экстремального максимального и минимального значений для двух взаВнимно ортогональных ориентаций плоскости поляризации. Разумеется, ориентации поляризации, соответствующие экстремальным значениям скорости свете в кристалле, определяются анизотропией свойств кристалла и одноВнзначно задаются ориентацией кристаллических осей отноВнсительно направления распространения света.

Из сказанного следует, что существование двуВнпреломления в жидкости, которая должна быть изотропВнной, т. е. что ее свойства должны быть независящими от направления, представлялось парадоксальным. Наиболее правдоподобным в то время могло казаться наличие в мутной фазе нерасплавившихся малых частичек кристалла, кристаллитов, которые и являлись источником двупреломления. Однако более детальные исследования, к которым Рейнитцер привлек известного немецкого фиВнзика Лемана, показали, что мутная фаза не является двухВнфазной системой, т. е. не содержит в обычной жидкости кристаллических включений, а является новым фазовым состоянием вещества. Этому фазовому состоянию Леман дал название Влжидкий кристаллВ» в связи с одновреВнменно проявляемыми им свойствами жидкости и кристалВнла. Употребляется также и другой термин для названия жидких кристаллов. Это тАФ ВлмезофазаВ», что буквально означает Влпромежуточная фазаВ».

Тогда существование жидких кристаллов предВнставлялось каким-то курьезом, и никто не мог предполоВнжить, что их ожидает почти через сто лет большое будуВнщее в технических приложениях. Поэтому после некотоВнрого интереса к жидким кристаллам сразу после их отВнкрытия о них через некоторое время практически заВнбыли.

В конце девятнадцатого тАФ начале двадцатого века многие очень авторитетные ученые весьма скептически относились к открытию Рейнитцера и Лемана. Дело в том, что не только описанные противоречивые свойства жидких криВнсталлов представлялись многим авторитетам весьма соВнмнительными, но и в том, что свойства различных жидкоВнкристаллических веществ (соединений, обладавших жидВнкокристаллической фазой) оказывались существенно разВнличными. Так, одни жидкие кристаллы обладали очень большой вязкостью, у других вязкость была невелика. Одни жидкие кристаллы проявляли с изменением темВнпературы резкое изменение окраски, так что их цвет пробегал все тона радуги, другие жидкие кристаллы таВнкого резкого изменения окраски не проявляли. Наконец, внешний вид образцов, или, как принято говорить, текВнстура, Ва различных жидких кристаллов при рассматриваВннии их под микроскопом оказывался совсем различным. В одном случае в поле поляризационного микроскопа могли быть видны образования, похожие на нити, в друВнгом тАФ наблюдались изображения, похожие на горный рельеф, а в третьем тАФ картина напоминала отпечатки пальцев (см. рисунки на обложке). Стоял также вопрос, почему жидкокристаллическая фаза Ва наблюдается при плавлении только некоторых веществ?

Время шло, факты о жидких кристаллах постепенно накапливались, но не было общего принципа, который позволил бы установить какую-то систему в представлеВнниях о жидких кристаллах. Как говорят, настало время для классификации предмета исследований. Заслуга в создании основ современной классификации жидких криВнсталлов принадлежит французскому ученому Ж. Фриделю. В двадцатые годы Фридель предложил разделить все жидкие кристаллы на две большие группы. Одну группу жидких кристаллов Фридель назвал нематическими, друВнгую смектическими. Он же предВнложил общий термин для жидких кристаллов тАФ Влмезоморфная фазаВ». Этот термин происходит от греческого слова ВлмезосВ» (промежуточный), а вводя его, Фридель хотел подчеркнуть, что жидкие кристаллы занимают проВнмежуточное положение между истинными кристаллами и жидкостями как по температуре, так и по своим физиВнческим свойствам. Нематические жидкие кристаллы в классификации Фриделя включали уже упоминавшиеся выше холестерические жидкие кристаллы как подкласс.

Самые тАЬкристаллическиетАЭ среди жидких кристаллов - смекатические. Для смекатических кристаллов характерна двумерная упорядоченность. Молекулы размещаются так, чтобы их оси были параллельны. Более того, они тАЬпонимаюттАЭ команду тАЬравняйсятАЭ и размещаются в стройных рядах, упакованных на смекатических плоскостях, и в шеренгах - на нематических, что поясняет рис. 1а. Смекатическим жидким кристаллам свойственно многое из того, о чем пойдет речь ниже, и нечто особенное - долговременная память. Записав, например, изображение на такой кристалл, можно затем долго любоваться тАЬпроизведениемтАЭ. Однако эта особенность смекатических кристаллов для воспроизводящих элементов индикационных устройств, телевизоров и дисплеев не слишком удобна. Тем не менее, они находят применение в промышленности, к примеру, в индикаторах давления.

Упорядоченность нематических сред ниже, чем у смекатических. Молекулам дозволено смещаться относительно длинных осей, поэтому упорядоченность становится тАЬодностороннейтАЭ, а реакция на внешнее воздействие относительно быстрой, память - короткой. Смекатические плоскости отсутствуют, а вот нематические сохраняются. Эту особенность нематиков поясняет рис. 1б.

Термин тАЬхолестерические жидкие кристаллытАЭ не случаен, поскольку наиболее характерным и на практике самым используемым кристаллом этого класса является холестерин. Молекулы холестерина и аналогов размещаются в нематических плоскостях. Особенность молекул холестерического типа в том, что при достаточно сильном боковом притяжении их вершины отталкиваются. Холестерин - доступный и достаточно дешевый материал, сырьем для которого богата любая скотобойня. Очень сложные жидкокристаллические структуры образуют растворы мыла в воде. Здесь можно получить слоистые, дисковые и даже шарообразные структуры. Словом, выбор материала широк.

В достаточно больших объемах кристаллической жидкости образуются домены, физические свойства которых подобны кристаллам. Однако в целом она проявляет свойства, подобные обычным жидкостям. Доменная структура жидких кристаллов образуется по тем же причинам и законам, что в сегнтоэлектриках и ферромагнетиках. Ситуация резко меняется в пленках, толщина которых сопоставима с радиусом взаимодействия молекул жидкости и пластин, формирующих слой. Это важно подчеркнуть, поскольку именно взаимодействие жидкого кристалла и формообразующих элементов создает тот легко управляемый прибор, который столь активно встраивается в современную электронную технику.

Нематики

Кристаллы некоторых органических веществ при нагревании, прежде чем расплавиться и перейти в обычВнную жидкость, проходят при повышении температуры чеВнрез стадию жидкокристаллической фазы. Как мы увидим ниже, жидкокристаллических фаз может быть у одного и того же соединения несколько. Но сначала для того, чтоВнбы не осложнять знакомство с жидкокристаллической фазой несущественными здесь подробностями, рассмотВнрим наиболее простую ситуацию, когда соединение облаВндает одной жидкокристаллической фазой. В этом случае процесс плавления кристалла идет в две стадии) Сначала при повышении температуры кристалл испытывает ВлперВнвое плавлениеВ», переходя в мутный расплав. Затем при дальнейшем нагреве Ва до вполне определенной темпеВнратуры происходит ВлпросветлениеВ» расплава. ВлПросветВнленный расплавВ» обладает всеми свойствами жидкостей. Мутный расплав, который и представляет собой жидкокристаллическую фазу, по своим свойствам существенно отличается от жидкостей, хотя обладает наиболее харакВнтерным свойством жидкости тАФ текучестью. Наиболее резВнкое отличие жидкокристаллической фазы от жидкости проявляется в оптических свойствах. Жидкий кристалл, обладая текучестью жидкости, проявляет оптические свойства всем нам знакомых обычных кристаллов)

Чтобы схематично представить себе устройство нематика, удобно образующие его молекулы представить в виде палочек. Для такой идеализации есть физические основания. Молекулы, образующие жидкие кристаллы, как уже говорилось, представляют собой типичные для многих органических веществ образования со сравниВнтельно большим молекулярным весом, протяженности которых в одном направлении в 2тАФ3 раза больше, чем в поперечном. Можно считать, что направление введенных нами палочек совпадает с длинными осями моВнлекул. При введенной нами идеализации структуру немаВнтика следует представлять как Влжидкость одинаково ориВнентированных палочекВ». Это означает, что центры тяжеВнсти палочек расположены и движутся хаотически, как в жидкости, а ориентация при этом остается у всех палочек Ва одинаковой и неизменной .

Напомним, что в обычной жидкости не только центры тяжести молекул движутся хаотически, но и ориентации выделенных направлений молекул совершенно случайны и не скоррелированны между собой.

Упругость жидкого кристалла

Выше в основном гоВнворилось о наблюдениях, связанных с проявлением неВнобычных оптических свойств жидких кристаллов. Первым исследователям бросались в глаза, естественно, свойства, наиболее доступные наблюдению. А такими свойствами как раз и были оптические свойства. Техника оптическоВнго эксперимента уже в девятнадцатом веке достигла выВнсокого уровня, а, например, микроскоп, даже поляризаВнционный, т. е. позволявший освещать объект исследоваВнния поляризованным светом и анализировать поляризаВнцию прошедшего света, был вполне доступным прибоВнром для многих лабораторий.

Оптические наблюдения дали значительное количестВнво фактов о свойствах жидкокристаллической фазы, коВнторые необходимо было понять и описать. Одним из первых достижений в описании свойств жидких кристалВнлов, как уже упоминалось во введении, было создание теории упругости жидких кристаллов. В современной форме она была в основном сформулирована английским ученым Ф. Франком в пятидесятые годы.

Постараемся проследить за ходом мысли и аргуменВнтами создателей теории упругости ЖК. Рассуждения быВнли (или могли быть) приблизительно такими. УстановлеВнно, что в жидком кристалле, конкретно нематике, сущестВнвует корреляция (выстраивание) направлений ориентаВнции длинных осей молекул. Это должно означать, что есВнли по какой-то причине произошло небольшое нарушеВнние в согласованной ориентации молекул в соседних точВнках нематика, то возникнут силы, которые будут старатьВнся восстановить порядок, т. е. согласованную ориентацию молекул. Конечно, исходной, микроскопической, причиной таких возвращающих сил является взаимодейВнствие между собой отдельных молекул.

Для кристаллов существует хорошо развитая теория упругости. Все знают, что деформация тверВндого тела прямо пропорциональна приложенной силе и обратно пропорциональна модулю упругости К. ВозникаВнет мысль, если оптические свойства жидких кристаллов подобны свойствам обычных кристаллов, то, может быть, жидкий кристалл, подобно обычному кристаллу, обладаВнет и упругими свойствами. Вспомните, что жидкий криВнсталл течет, как обычная жидкость. А жидкость не проявВнляет свойств упругости, за исключением упругости по отВнношению к всестороннему сжатию, и поэтому для нее модуль упругости по отношению к обычным деформациВням строго равен нулю. Казалось бы, налицо парадокс. Но его разрешение в том, что жидкий кристалл тАФ это не обычная, а анизотропная жидкость, т. е. жидкость, свойства Ва которой различны в различных направлениях.

Таким образом, построение теории упругости для жидких кристаллов было не таким уж простым делом и нельзя было теорию, развитую для кристаллов, непоВнсредственно применить к жидким кристаллам.

Теория упругости жидких кристаллов, описывающая их как сплошную среду, т. е. претендуюВнщая только на описание свойств ЖК, усредненных по расстояниям больше межмолекулярных, приводит к выВнводу, что минимальная энергия жидкого кристалла соотВнветствует отсутствию деформаций в нем.

Электронная игра, электронный словарь и телевизор на жкВ»

Известно, какой популярностью у молодежи пользуВнются различные электронные игры, обычно устанавливаВнемые в специальной комнате аттракционов в местах обВнщественного отдыха или фойе кинотеатров. Успехи в разработке матричных жидкокристаллических дисплеев сделали возможным создание и массовое производство подобных игр в миниатюрном, так сказать, карманном исВнполнении. Например, всем хорошо знакома игра ВлНу, погоди!В», осВнвоенная отечественной промышленностью. Габариты этой игры, как у записной книжки, а основным ее элеВнментом является жидкокристаллический матричный дисВнплей, на котором высвечиваются изображения волка, зайВнца, кур и катящихся по желобам яичек. Задача играющеВнго, нажимая кнопки управления, заставить волка, переВнмещаясь от желоба к желобу, ловить скатывающиеся с желобов яички в корзину, чтобы не дать им упасть на землю и разбиться. Здесь же отметим, что, помимо разВнвлекательного назначения, эта игрушка выполняет роль часов и будильника, т. е. в другом режиме работы на дисплее ВлвысвечиваетсяВ» время и может подаваться звуВнковой сигнал в требуемый момент времени.

Еще один впечатляющий пример эффективности соВнюза матричных дисплеев на жидких кристаллах и микроВнэлектронной техники дают современные электронные словари, которые начали выпускать в Японии. Они предВнставляют собой миниатюрные вычислительные машинки размером с обычный карманный микрокалькулятор, в память которых введены слова на двух (или больше) языках и которые снабжены матричным дисплеем и клаВнвиатурой с алфавитом. Набирая на клавиатуре слово на одном языке, вы моментально получаете на дисплее его перевод на другой язык. Представьте себе, как улучшитВнся и облегчится процесс обучения иностранным языВнкам в школе и в вузе, если каждый учащийся будет снабВнжен подобным словарем) А наблюдая, как быстро издеВнлия микроэлектроники внедряются в нашу жизнь, можно с уверенностью сказать, что такое время не за горами) Легко представить и пути дальнейшего совершенствоваВнния таких словарей-переводчиков: переводится не одно слово, а целое предложение. Кроме того, перевод моВнжет быть и озвучен. Словом, внедрение таких словарей-переводчиков сулит революцию в изучении языков и технике перевода.

Жидкие кристаллы сегодня и завтра. Многие оптичеВнские эффекты в жидких кристаллах, о которых рассказыВнвалось выше, уже освоены техникой и используются в изделиях массового производства. Например, всем изВнвестны часы с индикатором на жидких кристаллах, но не все еще знают, что те же жидкие кристаллы используВнются для производства наручных часов, в которые встроВнен калькулятор. Тут уже даже грудно сказать, как наВнзвать такое устройство, то ли часы, то ли компьютер. Но это уже освоенные промышленностью изделия, хотя всего десятилетия назад подобное казалось нереальным. Перспективы же будущих массовых и эффективных приВнменений жидких кристаллов еще более удивительны. ПоВнэтому стоит рассказать о нескольких технических идеях применения жидких кристаллов, которые пока что не реализованы, но, возможно, в ближайшие несколько лет послужат основой создания устройств, которые станут для нас такими же привычными, какими, скажем, сейчас являются транзисторные приемники.

Оптический микрофон.

В системах оптической обработки информации и связи возникает необходимость преобразовывать не только световые сигналы в световые, но и другие самые разнообразные воздействия в световые сигналы. Такими воздействиями могут быть давление, звук, температура, деформация и т. д. И вот для преобразования этих возВндействий в оптический сигнал жидкокристаллические усВнтройства оказываются опять-таки очень удобными и перВнспективными элементами оптических систем.

Конечно, существует масса методов преобразовывать перечисленные воздействия в оптические сигналы, однаВнко подавляющее большинство этих методов связано снаВнчала с преобразованием воздействия в электрический сигнал, с помощью которого затем можно управлять световым потоком. Таким образом, методы эти двустуВнпенчатые и, следовательно, не такие уж простые и экоВнномичные в реализации. Преимущество применения в этих целях жидких кристаллов состоит в том, что с их помощью самые разнообразные воздействия можно неВнпосредственно переводить в оптический сигнал, что устВнраняет промежуточное звено в цепи воздействие тАФ свеВнтовой сигнал, а значит, вносит принципиальное упрощеВнние в управление световым потоком. Другое достоинстВнво ЖК-элементов в том, что они легко совместимы с узВнлами волоконно-оптических устройств.

Чтобы проиллюстрировать возможности с помощью ЖК управлять световыми сигналами, расскажем о принВнципе работы Влоптического микрофонаВ» на ЖК тАФ устройВнства, предложенного для непосредственного перевода акустического сигнала в оптический.

Принципиальная схема устройства оптического микВнрофона очень проста. Его активный элемент представляет собой ориентированный слой нематика. Звуковые коле бания создают периодические во времени деформации слоя, вызывающие также переориентации молекул и модуляцию поляризации (интенсивности) проходящего поляризованного светового потока.

Исследования характеристик оптического микрофона на ЖК показали, что по своим параметрам он не уступает суВнществующим образцам и может быть использован в опВнтических линиях связи, позволяя осуществлять непосредВнственное преобразование звуковых сигналов в оптичеВнские. Оказалось также, что почти во всем температурном интервале существования нематической фазы его акустооптические характеристики практически не изменяются

Как сделать стереотелевизор. В качестве еще одного заманчивого, неожиданного и касающегося практически всех применений жидких кристаллов стоит назвать идею создания системы стереотелевидения с применением жидких кристаллов. Причем, что представляется особенВнно заманчивым, такая система Влстереотелевидения на жидких кристаллахВ» может быть реализована ценой очень простой модификации передающей телекамеры и доВнполнением обычных телевизионных приемников специВнальными очками, стекла которых снабжены жидкокристаллическими Ва фильтрами.

Идея этой системы стереотелевидения чрезвычайно проста. Если учесть, что кадр изображения на телеэкраВнне формируется построчно, причем так, что сначала выВнсвечиваются нечетные строчки, а потом четные, то с поВнмощью очков с жидкокристаллическими фильтрами легВнко сделать так, чтобы правый глаз, например, видел тольВнко четные строчки, а левый тАФ нечетные. Для этого достаВнточно синхронизировать включение и выключение жидкоВнкристаллических фильтров, т. е. возможность восприниВнмать изображение на экране попеременно то одним, то другим глазом, делая попеременно прозрачным то одно, то другое стекло очков с высвечиванием четных и нечетВнных строк.

Теперь совершенно ясно, какое усложнение передаюВнщей телекамеры даст стереоэффект телезрителю. НаВндо, чтобы передающая телекамера была стерео, т. е. чтобы она обладала двумя объективами, соответствуюВнщими восприятию объекта левым и правым глазом челоВнвека, четные строчки на экране формировались с поВнмощью правого, а нечетные тАФ с помощью левого объВнектива передающей камеры.

Система очков с жидкокристаллическими фильтраВнми тАФ затворами, синхронизированными с работой телевиВнзора, может оказаться непрактичной для массового приВнменения. Возможно, что более конкурентоспособной окаВнжется стереосистема, в которой стекла очков снабжены обычными поляроидами. При этом каждое из стекол очВнков пропускает линейно-поляризованный свет, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляВнризации света, пропускаемого вторым стеклом. Стерео же эффект в этом случае достигается с помощью жидкоВнкристаллической пленки, нанесенной на экран телевизоВнра и пропускающей от четных строк свет одной линейВнной поляризации, а от нечетных тАФ другой линейной поВнляризации, перпендикулярной первой.

Какая из описанных систем стереотелевидения будет реализована или выживет совсем другая система, покажет Ва будущее.

Очки для космонавтов.

Рассматривая маску для электросварщика и очки для стереотелевидения, мы заметили, что в этих устройствах управляемый жидкокристаллический фильтр перекрывает сразу все поле зрения одного или обоих глаз. Между тем сущестВнвуют ситуации, когда нельзя перекрывать все поле зрения человека и в то же время необходимо перекрыть отВндельные участки поля зрения.

Такая необходимость может возникнуть у космонавтов в условиях их работы в космосе при чрезВнвычайно ярком солнечном освещении, не ослабленном ни атмосферой, ни облачностью. Эту задачу как в случае маски для электросварщика или очков для стереотелеВнвидения позволяют решить управляемые жидкокристаллические Ва фильтры.

Очки в этом случае усложняются тем, что поле зрения каждого глаза теперь должен перекрывать не один фильтр, а несколько независимо управляемых фильтров. Например, фильтры могут быть выполнены в виде концентрических колец с центром в центре стекол очков или в виде полосок на стекле очков, каждая из которых при включении перекрывает только часть поля зрения глаза.

Эти очки могут быть полезны не только космонавВнтам, но и людям других профессий, работа которых моВнжет быть связана не только с ярким нерассеянным освеВнщением, но и с необходимостью воспринимать большой объем зрительной информации.

Так, в кабине пилота современного самолета огромное количество панелей приборов. Однако не все из них нужны пилоту одновременно. Поэтому использоВнвание пилотом очков, ограничивающих поле зрения, моВнжет быть полезным и облегчающим его работу, так как помогает сосредоточивать его внимание только на части нужных в данный момент приборов и устраняет отвлекаВнющее влияние не нужной в этот момент информации.

Очки такого плана будут очень полезны также в биомеВндицинских исследованиях работы оператора, связанной с восприятием большого количества зрительной инфорВнмации. В результате таких исследований можно выявить скорость реакции оператора на зрительные сигналы, опВнределить наиболее трудные и утомительные этапы в его работе и в конечном итоге найти способ оптимальной организации его работы. Последнее значит определить наВнилучший способ расположения панелей приборов, тип индикаторов приборов, цвет и характер сигналов различВнной степени важности.

Такие фильтры и индикаторы на жидких кристаллах, несомненно, найдут (и уже находят) широкое применение в кино-, фотоаппаратуре. В этих целях они привлекательны тем, что для управления ими требуется ничтожное количество энергии, а в ряде случаев позвоВнляют исключить из аппаратуры детали, совершающие механические движения. А как известно, механические системы часто оказываются наиболее громоздкими и неВннадежными.

К таким деталям, прежде всего, относятся диафрагмы, фильтВнры тАФ ослабители светового потока, наконец, прерыватеВнли светового потока в киносъемочной камере, синхрониВнзованные с перемещением фотопленки и обеспечиваюВнщие покадровое ее экспонирование.

В качестве прерывателей и фильтров-осВнлабителей естественно использовать ЖК-ячейки, в котоВнрых под действием электрического сигнала изменяется пропускание света по всей их площади. Для диафрагм без механических частей тАФ системы ячеек в виде конВнцентрических колец, которых могут под действием элекВнтрического сигнала изменять площадь пропускающего свет прозрачного окна. Следует также отметить, что слоВнистые структуры, содержащие жидкий кристалл и фотоВнполупроводник, т. е. элементы типа управляемых опВнтических транспарантов, могут быть использованы не только в качестве индикаторов, например, экспозиции, но и для автоматической установки диафрагмы в кино-, фотоаппаратуре.

Широкое внедрение обсуждаемых устройств в массовую продукцию при всей принципиальной простоте зависит от ряда технологических вопросов, связанных с обеспечением длительного срока работы ЖК-элементов, их работы в широком температурном интервале, наВнконец, конкуренции с традиционными и устоявшимися техническими решениями и т. д. Однако, решение всех этих проблем Ва тАФ Ва это только вопрос времени, и скоро, наВнверное, трудно будет себе представить совершенный фоВнтоаппарат, не содержащий ЖК-устройства.

Список используемой литературы:

1. В. де Же. Физические свойства жидкокристаллических веществ. Ва

2. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Статистическая физика макромолекул М

3. С.Чандрасекар "Жидкие кристаллы".

4. Ландау Л.Д., Лифшиц Б.М. Теоретическая физика. Т.5. Статистическая ВаВаВа физика. Ва

5. П. де Жен "Физика жидких кристаллов", Ва

Ва

Ва

Ва

Вместе с этим смотрят:

Жидкостное химическое травление
Жирные кислоты
Жиры
Золото