Физики нашли новый способ переключения состояний жидких кристаллов. Вряд ли их открытие будет использовано в конструкции ЖК-дисплеев, поскольку достигнутая скорость намного выше, чем необходимо для подобных устройств.
Редакция ПМ

Жидкие кристаллы — неиссякаемый источник вдохновения для фотографов, вооруженных микроскопами.
Частицы внутри пикселей ЖК-дисплея переориентируются под действием электрического поля, блокируя свет. 

Стержнеобразные молекулы жидких кристаллов могут свободно перемещаться относительно друг друга, как частицы обычных жидкостей, при этом сохраняя одинаковую ориентацию. Направление, в котором указывают эти «стрелки», определяет оптическую ось кристалла и наделяет его рядом полезных свойств. Например, способностью взаимодействовать с поляризованным светом, меняя направление поляризации. Проходя сквозь жидкий кристалл, свет, поляризация которого совпадает с направлением оптической оси, движется с большей скоростью, чем тот, который поляризован перпендикулярно этой оси. Благодаря этой разнице в скорости, или двойному лучепреломлению, плоскость поляризации света, не совпадающей с направлением оптической оси, может поворачиваться.

Это вращение лежит в основе работы ЖК-дисплеев. Жидкокристаллический слой в них заключен между двумя слоями обычного и еще двумя — поляризационного стекла. Поляризаторы повернуты относительно друг друга на 90°, так что тот свет, который проходит сквозь один из них, блокируется вторым. В положении «ВЫКЛ» упорядоченные под действием электрического поля молекулы жидкого кристалла никак не влияют на поляризацию света, и экран остается темным. А в положении «ВКЛ» (когда электрическое поле пропадает) частицы меняют направление поляризации света, позволяя ему проходить сквозь второй поляризационный фильтр. Чтобы получить изображение, состояние каждого пикселя регулируется индивидуально.

У этой схемы есть принципиальные ограничения, говорит физик Олег Лаврентович из Государственного университета Кента (США). Электрическое поле ориентирует молекулы в положение «ВЫКЛ» за наносекунды. А вот обратный переход в положение «ВКЛ» занимает в тысячу раз больше времени, порядка нескольких миллисекунд. «Это ахиллесова пята жидких кристаллов», — говорит Лаврентович.

Лаврентович и его коллеги, Владимир Борщ и Сергей Шияновский, продемонстрировали более быстрый способ переключения состояний жидкого кристалла, не требующий переориентации молекул.

Молекулы CCN-47, использованные в эксперименте, по форме больше напоминают не стержень, а дощечку. До включения электрического поля они ориентированы так, чтобы пропускать свет, но тепловое движение вносит некоторый хаос в их ряды. Под воздействием электрического поля молекулы не меняют ориентацию, а «складываются в стопки», как доски на складе стройматериалов. В этом более упорядоченном состоянии двойное лучепреломление кристалла меняется, а вместе с ним — и угол изменения поляризации, и количество пропускаемого света. При отключении электрического поля ЖК возвращается в исходное состояние за 30 нс — в 1000 раз быстрее используемых в современных мониторах.

В настоящее время за счет контроля двойного лучепреломления нельзя полностью блокировать поступающий свет, поэтому в состоянии «ВЫКЛ» пиксель будет не черным, а серым. Но Лаврентович утверждает, что контраст может быть повышен путем изменения геометрии системы и используемых материалов. Методика может найти свое применение для контроля лазерных средств связи (вроде тех, что используются на спутниках) или создания сверхбыстрых затворов.

По сообщению Science NOW

Понравилась статья?
Подпишись на новости и будь в курсе самых интересных и полезных новостей.