Профессии жидких кристаллов
нного свойства угадывать настроение, декоративность перстня,
обеспечиваемая яркой и меняющейся окраской камешка, плюс низкая цена и
обеспечили успех перстню настроения.
Пожалуй, именно тогда впервые широкие массы столкнулись с загадочным
термином «жидкие кристаллы». Дело в том, что каждому владельцу перстня
хотелось знать его секрет слежения за настроением. Однако ничего толком не
было известно, говорилось, только, что камешек перстня сделан на жидком
кристалле. Для читателя, который знаком с жидкими кристаллами, нужно
сделать уточнение — на холестерическом жидком кристалле, а секрет перстня
настроения связан с его удивительными оптическими свойствами. Тем, который
только слышал о жидких кристаллах, а может быть, и не слышал о них вообще,
чтобы раскрыть секрет перстня настроения, необходимо сначала познакомиться
с тем, что такое жидкие кристаллы, и тогда он узнает не только о том, как
жидкие кристаллы позволяют следить за настроением человека, но и о многих
других удивительных их свойствах и практических применениях.
О БУДУЩИХ ПРИМЕНЕНИЯХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
Жидкие кристаллы сегодня и завтра. Многие оптические эффекты в жидких
кристаллах, о которых рассказывалось выше, уже освоены техникой и
используются в изделиях массового производства. Например, всем известны
часы с индикатором на жидких кристаллах, но не все еще знают, что те же
жидкие кристаллы используются для производства наручных часов, в которые
встроен калькулятор. Тут уже даже трудно сказать, как назвать 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 применений жидких
кристаллов еще более удивительны. Поэтому 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.
Управляемые оптические транспаранты. Рассмотрим пример достижения научных
исследований в процессе создания жидкокристаллических экранов, отображения
информации, в частности жидкокристаллических экранов телевизоров. Известно,
что массовое создание больших плоских экранов на жидких кристаллах
сталкивается с трудностями не принципиального, а чисто технологического
характера. Хотя принципиально возможность создания таких экранов
продемонстрирована, однако а связи со сложностью их производства при
современной технологии их стоимость оказывается очень высокой. Поэтому
возникла идея создания проекционных устройств на жидких кристаллах, в
которых изображение, полученное на жидкокристаллическом экране малого
размера могло бы быть спроектировано в увеличенном виде на обычный экран,
подобно тому, как это происходит в кинотеатре с кадрами кинопленки.
Оказалось, что такие устройства могут быть реализованы на жидких
кристаллах, если использовать сэндвичевые структуры, в которые наряду со
слоем жидкого кристалла входит слой фотополупроводника. Причем запись
изображения в жидком кристалле, осуществляемая с помощью
фотополупроводника, производится лучом света. О подобном проекторе уже
рассказывалось в главе VII. Теперь же познакомимся с физическими явлениями,
положенными в основу его работы.
Принцип записи изображения очень прост. В отсутствие подсветки
фотополупроводника его проводимость очень мала, поэтому практически вся
разность потенциалов, поданная на электроды оптической ячейки, в которую
еще дополнительно введен слой фотополупроводника, падает на этом слое
фотополупроводника. При этом состояние жидкокристаллического слоя
соответствует отсутствию напряжения на нем. При подсветке
фотополупроводника его проводимость резко возрастает, так как свет создает
в нем дополнительные носители тока (свободные электроны и дырки). В
результате происходит перераспределение электрических напряжений в ячейке —
теперь практически все напряжение падает на жидкокристаллическом слое, и
состояние слоя, в частности, его оптические характеристики, изменяются
соответственно величине поданного напряжения. Таким образом, изменяются
оптические характеристики жидкокристаллического слоя в результате действия
света. Ясно, что при этом в принципе может быть использован любой
электрооптический эффект из описанных выше. Практически, конечно, выбор
электрооптического эффекта в таком сэндвичевом устройстве, называемом
электрооптическим транспарантом, определяется наряду с требуемыми
оптическими характеристиками и чисто технологическими причинами.
Важно, что в описываемом транспаранте изменение оптических характеристик
жидкокристаллического слоя происходит локально — в точке засветки
фотополупроводника. Поэтому такие транспаранты обладают очень высокой
разрешающей способностью. Так, объем информации, содержащейся на
телевизионном экране, может быть записан на транспаранте размерами менее
1х1 см2.
Описанный способ записи изображения, помимо всего прочего, обладает
большими достоинствами, так как он делает ненужной сложную систему
коммутации, т. е. систему подвода электрических сигналов, которая
применяется в матричных экранах на жидких кристаллах.
Пространственно-временные модуляторы света. Управляемые оптические
транспаранты могут быть использованы не только как элементы проекционного
устройства, но и выполнять значительное число функций, связанных с
преобразованием, хранением и обработкой оптических сигналов. В связи с
тенденциями развития методов передачи и обработки информации с
использованием оптических каналов связи, позволяющих увеличить
быстродействие устройств и объем передаваемой информации, управляемые
оптические транспаранты на жидких кристаллах представляют значительный
интерес и с этой точки зрения. В этом случае их еще принято называть
пространственно-временными модуляторами света (ПВМС), или световыми
клапанами. Перспективы и масштабы применения ПВМС в устройствах обработки
оптической информации определяются тем, насколько сегодняшние
характеристики оптических транспарантов могут быть улучшены в сторону
достижения максимальной чувствительности к управляющему излучению,
повышения быстродействия и пространственного разрешения световых сигналов,
а также диапазона длин волн излучения, в котором надежно работают эти
устройства. Как уже отмечалось, одна из основных проблем — это проблема
быстродействия жидкокристаллических элементов, однако уже достигнутые
характеристики модуляторов света позволяют совершенно определенно
утверждать, что они займут значительное место в системах обработки
оптической информации. Ниже рассказывается о ряде возможных применений
модуляторов света.
Прежде всего, отметим высокую чувствительность модуляторов света к
управляющему световому потоку, которая характеризуется интенсивностью
светового потока. Кроме того, достигнуто высокое пространственное
разрешение сигнала — около 300 линий на 1 мм. Спектральный диапазон работы
модуляторов, выполненных на различных полупроводниковых материалах,
перекрывает длины волн от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного
излучения. Очень важно, что в связи с применением в модуляторах
фотополупроводников удается улучшить временные характеристики устройств по
сравнению с быстродействием собственно жидких кристаллов. Так, модуляторы
света за счет свойств фотополупроводника могут зарегистрировать оптический
сигнал продолжительностью всего меньше 1 с. Разумеется, изменение
оптических характеристик жидкого кристалла в точке регистрации сигнала
происходит с запаздыванием, т. е. более медленно, в соответствии с временем
изменения оптических характеристик жидкого кристалла при наложении на него
(или снятии) электрического поля.
Какие же, кроме уже обсуждавшихся функций, могут выполнять модуляторы
света? При соответствующем подборе режима работы модулятора они могут
выделять контур проектируемого на него изображения. Если контур
перемещается, то можно визуализировать его движение. При этом существенно,
что длина волны записывающего изображения излучения и считывающего
излучения могут отличаться. Поэтому модуляторы света позволяют, например,
визуализировать инфракрасное излучение, или с помощью видимого света
модулировать пучки инфракрасного излучения, или создавать изображения в
инфракрасном диапазоне длин волн.
В другом режиме работы модуляторы света могут выделять области,
подвергнутые нестационарному освещению. В этом режиме работы из всего
изображения выделяются, например, только перемещающиеся по изображению
световые точки, или мерцающие его участки. Модуляторы света могут
использоваться как усилители яркости света (в 10^—10° раз и более) В связи
же с их высокой пространственной разрешающей способностью их использование
оказывается эквивалентным усилителю с очень большим (10"—10^) числом
каналов. Перечисленные функциональные возможности оптических модуляторов
дают Основание использовать их 6 многочисленных задачах обработки
оптической информации, таких как распознавание образов, по
| |  скачать работу |
Профессии жидких кристаллов |
