ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ

Федеральное агентство по образованию

Новокузнецкий филиал-институт

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

«Кемеровский государственный  университет»

 

 

Кафедра экономики

 

 

Студент группы ЭП-08

                                                                               Ибрагимова А.О.

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

ПО ТЕОРЕТИЧЕСКИМ  ОСНОВАМ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

«ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ИНДИКАТОРОВ»

 

                                                            Руководитель:

                                                Доцент

                                                          Чмелева К.В.

 

                                                                 Курсовая работа

защищена с оценкой  «___»

_______________________

«___» _____________2009г.

 

 

Новокузнецк 2009

Федеральное агентство по образованию

Новокузнецкий филиал-институт

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального  образования

«Кемеровский государственный  университет»

Кафедра экономики

 

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по теоретическим основам прогрессивных технологий

студенту    Ибрагимовой А. О.                                                 группы ЭП-08

1 Тема курсовой работы

«Физико-химические принципы построения современных ЖКИ»

2 Перечень подлежащих  разработке вопросов:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3 Исходные условия и  данные к выполнению работы:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание выдано «___» ____________2009г.

_________________________

Задание принято к исполнению

«___» ______________2009г.

Дата сдачи курсовой работы на проверку

«___» ______________2009г.

_________________________

Содержание

Введение                                                                                                                   5

1. Теоретическая часть                                                                                      7
1. Типы жидкокристаллических индикаторов                                               7
2. Принципы работы ЖКИ                                                                              8
3. Особенность жидкокристаллического индикатора                                 22
4. Использование ЖКИ в технологиях                                                        27
2. Практическая часть                                                                                     30

Заключение                                                                                                            34

Список использованных источников и литературы                                          36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ  ИНДИКАТОРЫ, ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ, ДИРЕКТОР,  МЕЗОФАЗА, ЕФФЕКТ ДИНАМИЧЕС -

КОГО РАССЕЯНИЯ, ТВИСТ-ЭФФЕКТ, ЭФФЕКТ «ГОСТЬ-ХОЗЯИН», ПОЛЯРИЗАЦИЯ  СВЕТА, ПОЛЯРИЗАТОР, АНАЛИЗАТОР, ПЛОСКИЙ  КОНДЕНСАТОР, ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ФАЗА.

Тема курсовой работы «Физико-химические принципы построение современных жидкокристаллических индикаторов». Жидкие кристаллы представляют собой достаточно удобную основу для создания информационных табло повышенной информационной емкости и экранов мало-кадрового телевидения. Совершенствование ЖКИ ведется в направлении получения цветных изображений (для этого привлекаются иные, отличные от описанных, электрооптические эффекты), повышения быстродействия, долговечности (значения, близкие к 105 ч, представляются вполне реальными), создания злементов с встроенной памятью. Поэтому в данной курсовой работе рассматривается принцип работы ЖКИ.

Курсовая написана на 37 листов, содержит: введение, 2 главы, заключение, список использованных источников и литературы, 10 рисунков, 16 источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Жидкокристаллические индикаторы являются наиболее распространённым видом индикаторов. Хотя сами жидкие кристаллы (ЖК) были известны химикам еще с 1888 г., но только 1960-х годов началось их практическое использование. В 1990 г. Де Жен получил Нобелевскую премию за теорию жидких молекулярных кристаллов.

В настоящее время наблюдается  значительный подъем производства радиоэлектронной аппаратуры в России. На рынке появилось  разнообразное оборудование для  автоматизированной сборки плат как  отечественного, так и зарубежного  производства.

Среди систем отображения  зрительной информации выделяют устройства коллективного, группового и индивидуального пользования. Типичными примерами этих устройств являются световые табло большого стадиона, экран телевизора, циферблат электронных наручных часов. Кроме многих других моментов, эти устройства различаются прежде всего размерами используемых ими индикаторных приборов.

Жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) находят применение в самых  различных областях науки и в  промышленности. Основными их достоинствами  являются малая потребляемая мощность, низкие рабочие напряжения, удобное  конструктивное исполнение, долговечность (12–15 лет непрерывной работы).

Цель работы – выявить физико-химические принципы построения ЖК индикаторов.

В рамках достижения поставленной цели были выявлены следующие задачи:

1. Дать понятие жидкокристаллическим индикаторам.
2. Раскрыть теоретические основы и принципы работы ЖКИ.
3. Выявить особенность ЖКИ.
4. Обосновать использование ЖКИ в технологиях.

Объект изучения – жидкокристаллические индикаторы.

Предметом изучения является принцип работы ЖКИ.

В работе использовались метод анализа  и синтеза, научной абстракции, индукции, дедукции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

1. Типы жидкокристаллических индикаторов

Жидкокристаллические индикаторы появились в 70-е годы XX века. ЖК-индикаторы - пассивные устройства. Они не генерируют свет и требуют дополнительной подсветки, сами же выполняют роль модулятора, работая в режиме пропускания или отражения света.[1]

Жидкие кристаллы —  это вещества, проявляющие в определенном температурном интервале свойства как жидкости, так и кристаллов. Они способны в жидком состоянии  сохранять упорядоченность молекул (подобно кристаллам). Для создания жидкокристаллических индикаторов используются так называемые нематические жидкие кристаллы, которые являются структурной разновидностью данного класса веществ. Материалом для них служат смеси органических соединений, молекулы которых формируются в упорядоченные решетки.

Тонкий слой жидкокристаллического  вещества (десятки микрон), помещенный, например, между двумя стеклянными  пластинами, довольно хорошо пропускает свет. Однако толстые слои жидкости кристаллов (несколько миллиметров) практически непрозрачны. Это связано  с заметными тепловыми беспорядочными колебаниями больших групп молекул, что приводит к изменениям показателя преломления и, в конечном счете, сильному рассеянию света в жидкокристаллической среде. Особенный интерес представляет изменение оптических характеристик жидких кристаллов под действием внешнего электромагнитного поля. Именно это свойство   используется  для   построения  элементов   индикации на основе тонких прозрачных слоев жидкокристаллических веществ.[2]

Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой органические жидкости, имеющие  удлиненные стержнеобразные молекулы. Различают ЖК трех типов (рис. 1): смектические, нематические и холестерические.

В смектических ЖК сильно вытянутые  молекулы располагаются слоями одинаковой толщины, близкой к длине молекул. Ориентированы молекулы параллельно  друг другу. У нематических ЖК отсутствует  слоистая структура, а молекулы также  ориентированы параллельно друг другу своими длинными осями. Холестерические  ЖК имеют структуру слоистую, но в каждом слое молекулы вытянуты в  некотором преимущественном направлении.

           Рисунок 1 - Типы жидкокристаллических индикаторов:

         а - смектические; б - нематические; в - холестерические

 

Ориентация отдельной  молекулы ЖК подвергается непрерывным  тепловым флюктуациям, однако в любой  точке жидкости существует средняя  ориентация, характеризуемая единичным  вектором, называемым директором D. Когда  ЖК-вещество занимает большой объем, то в молекуле появляются области  с независимыми ориентациями директора. Для придания одинаковой ориентации во всем рабочем пространстве ЖК заключают  в узкое (несколько десятков микрометров) пространство между подложками. В  результате специфическая ориентация молекул ЖК определяется и соседними  молекулами, и граничной поверхностью подложки. Ориентирующее действие достигается  напылением на подложки тонких пленок SiO₂.[1]

 

2.  Теоретические основы и принципы работы ЖКИ (Liquid Crystal Displays, LCD)

Термином жидкий кристалл обозначается мезофаза между твердым  состоянием и изотропным жидким состоянием, при этом мезофаза сохраняет фундаментальные свойства присущие двум состояниям материи. Жидкие кристаллы, с одной стороны, обладают текучестью как изотропная жидкость, с другой стороны, сохраняют определенный порядок в расположении молекул (как кристалл).

В отдельных случаях мезофаза оказывается стабильной в широкой  области температур, включая комнатную, тогда говорят о жидких кристаллах. Большинство жидких кристаллов образуются стержневыми молекулами.[3]

Существуют два  принципа (эффекта) работы жидкокристаллических индикаторов. Первый из них состоит в том, что при приложении электрического поля к тонкому слою жидкокристаллического вещества, заключенному между двумя стеклянными пластинками, происходит разрушение упорядоченной структуры жидких кристаллов, что вызывает диффузное рассеяние света в этой области (эффект динамического рассеяния). В результате прозрачный жидкокристаллический слой становится мутным и при внешнем освещении возникает контраст между возбужденным участком жидкости кристаллов и невозбужденным (фоном). При снятии внешнего электрического поля первоначальная структура жидких кристаллов восстанавливается и указанный контраст исчезает.

Жидкокристаллические индикаторы состоят из двух плоскопараллельных стеклянных пластин, между которыми находится слой жидких кристаллов толщиной 12— 20 мкм. На одной из стеклянных пластин прозрачным токопроводящим покрытием нанесен рисунок цифры, который представляет собой конфигурацию в виде сегментов, с помощью которых можно воспроизвести цифры от 0 до 9. На другой пластине прозрачным токопроводящим покрытием нанесен электрод, являющийся общим для цифр. Обе пластины покрытыми поверхностями обращены друг к другу.

Существуют индикаторы, работающие в отраженном («на отражение») и проходящем («на просвет») свете. В первом случае на заднее «текло индикатора наносится отражающий слой, во втором — за индикатором должен быть использован дополнительный источник света.

При подаче управляющего напряжения жидкие кристаллы в зоне действия электрического поля теряют прозрачность, и если задняя отражающая поверхность белая, то наблюдатель видит темную цифру на светлом фоне. Если задний отражатель имеет черный цвет и внутренние поверхности корпуса индикатора также зачернены, то матово-светлое изображение цифры будет хорошо заметно на черном фоне.