Диссертация (1092009), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В последние годы появилось множество технических решений инаучныхпубликацийперспективныховозможностиэлементовпримененияорганическойЖКвкачествеэлектроники,микроэлектромеханических систем устройств (МЭМС), фотовольтаическихэлементов, различных датчиков, в том числе и биологических [135].Единичнымэлементомотображениядисплеяявляетсяпиксель,в котором осуществляется переориентация ЖК под действием приложенногок этому пикселю электрического поля. Эта переориентация приводит51к изменению эффективной величины показателей преломления ЖК и прииспользовании поляризаторов – к изменению интенсивности проходящегочерез этот пиксель света.
Предпринимаются попытки улучшить цветовуюгамму дисплея и его световую эффективность путём изменения структурыпикселя.МассовоепроизводствоЖК-устройствдлямониторовителевидения стало возможным только благодаря применению активныхматриц с тонкоплёночными транзисторами (ТПТ, или TFT, Thin FilmTransistor).Сейчас в мире появляется и растёт спрос на гибкие устройства. ДляЖКД гибкость обеспечивается использованием полимерных подложекс нанесёнными на их поверхность системами ТПТ и прозрачных электродов.Оказалось, что обычные ITO-электроды растрескиваются при изгибе такихдисплеевиз-заразныхупругихсвойствполуметаллическойплёнкии пластика. Поэтому возникла задача создания так называемой органическойэлектроники–формированияфункциональныхплёноксразнойпроводимостью, механическими и оптическими свойствами материалов.В целом эта задача решена и сейчас появляются прототипы гибких дисплеевразного функционального назначения [136].Кроме ППД для массового применения (телевизоры, мониторы,телефоны, планшеты), важной современной задачей является созданиеи производство панелей для промышленных, медицинских и военныхприменений.Влитературеониназываютсяупрочнёнными(rugged)дисплеями.
Они отличаются повышенной стойкостью к климатическими механическим воздействиям, включая экстремальные. Такие устройствадолжны работать в условиях глубокого мороза (до -30 или -40 °С),повышенной температуры (до +85 или +100 °С), повышенной влажности (до96 % при +40 °С). К новым технологиям для специальных примененийследует отнести жидкокристаллические устройства для терагерцовогодиапазона [137].
Применения ТГц-излучения и устройств – спектроскопия,52связь и получение изображений, например, видение сквозь стены, наведениеоружия,всепогодноеформированиеизображенийвУФдиапазоне,космические изображения и т.п. С использованием ЖК в этом диапазонеизготавливают фазосдвигатели, волновые пластины, фильтры, поляризаторы.Проблемой являются величина двулучепреломления ЖК и материалэлектрода (обычный ITO-электрод сильно поглощает ТГц-излучение).В настоящее время многие типы ППД разрабатываются и производятсяпод требование «погружённости» (immersiveness) [138]. Сами дисплеидолжныформироватьизображениевысочайшегопространственногои временного разрешения, цветового диапазона. С учётом того, чтопространство вокруг нас имеет различную форму и кривизну, дисплеидолжны воспроизводить эти особенности. Разработчики не должны забыватьи о других, невизуальных чувствах – слухе, обонянии, осязании температуредо -60 °С, выдерживать высокие ударные нагрузки и вибрацию.Технология электронной бумаги (e-paper) отличается от другихдисплейных технологий тем, что на такой панели формируется сравнительномедленно изменяющееся изображение.
Очень часто в таких устройствахиспользуют явление бистабильности, когда сформированное оптическоесостояние поддерживается без подвода энергии. Наиболее распространённыеЖК-материалы с эффектом бистабильности – это холестерические илисмектические А ЖК. В приборе создаются два устойчивых состояния –прозрачное и мутное. Запись или стирание этих состояний осуществляетсяэлектрическим полем, или световым пучком или тепловым сигналом.Для упомянутых выше возможностей применения ЖК наиважнейшеезначение имеет скорость быстродействие.
Нематические жидкие кристаллыдовольно «медленны», в связи с чем наиболее интересны для практическогоприменения хиральные и смектические жидкие кристаллы с более«быстрыми»электрооптическимиэффектами.53Термотропныежидкиекристаллы используются как растворители, изменяющие направление илискорость моно- и бимолекулярных термических и фотохимических реакций.Одним из перспективных недисплейных применений ЖК являетсяорганическаяэлектроника.ЖКиспользуютсякакорганическиеполупроводники для управления токами в тонкоплёночных транзисторах илиих генерации в фотовольтаических элементах.
Типичные преимуществаматериаловорганическойэлектроникипосравнениюсобычнойтвердотельной электроникой – возможность нанесения плёнок из раствора,что упрощает и удешевляет производство. При этом сохраняется илиувеличивается подвижность носителей заряда, появляется возможностьполучения элементов транзистора существенно меньшего размера, чемв обычной микроэлектронике или органической электронике с другими(немезогенными)молекулами.Благодаряэффектамсамоорганизациимолекулы упорядочиваются в колонки и слои, у которых электрофизическиесвойствав разных направлениях различаются.В настоящеевремяразрабатывается рациональная стратегия молекулярного конструированиядля повышения эффективности жидкокристаллических солнечных батарей,исследуются процессы самоорганизации ЖК с дискообразной молекулярнойструктурой и их влияние на подвижность носителей заряда [139, 140].На основе ЖК создаются новые механооптические датчики и затворы,работающиеприкомнатнойтемпературеидругихтемпературныхдиапазонах.
Примером успешного объединения химиков и электронщиковстал термомикроактюатор на основе жидких кристаллов (актюатор –основная, движущаяся часть любого МЭМС – микроэлектромеханическойсистемы) [141].Вплёнкуэластомера,представляющегособойразновидностьполимерного ЖК, встроена проволока с высоким сопротивлением. Есличерез неё потечёт ток, то она разогреется сама и нагреет ЖК. Он перейдёт изнематической фазы в изотропную и сожмётся в направлении, параллельномпреимущественному направлению ориентации ЖК в нематической фазе.
ЖК54успешноиспользуютсявкачествеволоконно-оптическихдатчиков,реагирующих на различные физические и механические воздействия:температура, давление, механическое напряжение, смещение, показательпреломления и т.п. [142].МикроструктурированныеиспользоватькакволокнассверхчувствительныеЖК-оболочкойдатчикидляпланируютмониторингаокружающей среды, управления промышленными процессами, медицинскойдиагностики. Такие компактные переключаемые фотоннокристаллическиеустройства можно применять и в оптической связи.
Многие организациизаняты созданием датчиков состояния окружающей среды, в частности,обнаружения биологических объектов с использованием полимерных ЖКс боковыми группами ОН и СООН. Увеличение концентрации полимерногоЖК в воде повышает чувствительность датчика по многим оптическимпараметрам.ЖК-датчикповерхностногоплазмонногорезонанса,возникающего на границе металл-диэлектрик при падении света, описанв работе [143].За рубежом и в России неоднократно делаются попытки синтезироватьЖК, излучающие свет под действием электрического поля, т.е. сделатьжидкокристаллические органические светодиоды.
Одной из последних (повремени) таких попыток являются исследования так называемых гибридныхЖК, или кластомезогенов [144]. Они являются результатом самоорганизациинеорганических фотолюминесцентных красителей в ЖК. В них возникаетизлучение, которое можно модулировать по интенсивности как в обычныхЖК-ячейках, но без дополнительных оптических элементов. Напряжение длямодуляции такое же низкое, как и в обычных ЖК.Исследование и широкое применение АОБК связано прежде всегос особенностямиструктурыданныхсоединений,котораяобразованамолекулами, объединенными в димеры с помощью межмолекулярнойводородной связи, где сила и направление Н–связи определяет условия длясуществования нематической или наклонной смектической фаз.
7ОБК5512ОБК кислоты показывают присутствие доменов спонтанно закрученныхструктур и специфическое поведение в нематической фазе и благодаря этомуявляются перспективными материалами для исследования хиральногоповедения в нехиральных соединениях [66]. Использование наклонныхсмектических ЖК в приборах обеспечивает управление в более быстромрежиме (MS или nS) за счет стабилизации поверхностной геометрии.В настоящее время множество работ посвящены моделированию молекулывещества, для того чтобы ЖК показывал наилучшую реакцию отклика [9].Дляэтогонадотщательновыбратьхимическиефрагментыиихрасположение в молекулярной структуре.Жидкокристаллические соединения на основе АОБК могут бытьиспользованы в качестве фильтров. Данные ЖК комплексы обладаютрежекторно фильтрующим действием и могут быть настроены на желаемуючастоту с помощью выбора соответствующих фаз Sm C и SmC R [96].В настоящее время развиваются исследования процессов самоорганизациии молекулярного узнавания, основанные на моделировании различныхсвойств ЖК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
