Zaloguj się
Wszystkie
6 czerwca 2023
693
Tło fizyczne
Wprowadzenie
LCD jest skrótem od „Liquid Crystal Display”, dosłownie przetłumaczonym „wyświetlacz z ciekłych kryształów”. Termin „ciekły kryształ” odnosi się do pewnego wyjątkowego stanu fizycznego niektórych substancji. Jeśli chcesz zrozumieć podstawowe działanie wyświetlacza ciekłokrystalicznego, konieczne jest najpierw wyjaśnienie pewnych fizycznych podstaw dotyczących zachowania materii.
Trzy stany skupienia
Większość substancji chemicznych ma trzy stany skupienia: stały, ciekły i gazowy. Przejście z jednego stanu do drugiego zależy od ciśnienia i temperatury. Zjawisko to jest najlepiej znane w codziennej praktyce poprzez najbardziej rozpowszechniony na Ziemi związek chemiczny: H20, czyli zwykłą wodę. Poniżej 0°C woda ma postać stałą i nazywamy ją lodem. W temperaturze 0°C lód topnieje i woda przyjmuje swoją najbardziej rozpowszechnioną postać, czyli ciecz. W temperaturze 100°C woda wrze i przechodzi w swój stan gazowy, czyli parę wodną. Zarówno temperatura topnienia, jak i temperatura wrzenia (przy określonym ciśnieniu) są wyraźnie określone i te dwie dane stanowią dwie najbardziej podstawowe właściwości każdej substancji.
Kryształy
W fazie stałej większość substancji tworzy kryształy. Oznacza to, że cząsteczki tworzące daną substancję układają się w niej według ścisłych trójwymiarowych sieci. Ciała stałe zawdzięczają swoje właściwości mechaniczne, takie jak twardość lub elastyczność, sztywność lub odkształcalność, strukturze sieci krystalicznej. Poniższy rysunek przedstawia jako przykład bardzo prostą strukturę krystaliczną znanego ciała stałego, a mianowicie soli kuchennej, inaczej chlorku sodu NaCl. Widać jak atomy sodu i chloru są ze sobą połączone i tworzą stabilną, bardzo wytrzymałą strukturę: kryształ soli.
Topnienie
Kiedy materiał stały topi się, molekuły zostaną wyrzucone z ich położenia w sieci krystalicznej przez energię cieplną. Cząsteczki poruszają się swobodnie po substancji, jest to ruch zwany „ruchem Browna”. Pomimo faktu, że cząsteczki ciągle zderzają się ze sobą, energia cieplna jest zbyt niska, aby wyrzucić cząsteczki z substancji. Mimo że ciecz jest bardzo ruchliwa, nadal tworzy zwartą masę.
Wrzenie
Dopiero w temperaturze wrzenia ruch Browna staje się tak duży, że cząsteczki są wyrzucane z cieczy przez wzajemne zderzenia. Ciecz paruje, cząsteczki opuszczają zwartą masę wrzącej cieczy i poruszają się swobodnie w przestrzeni otaczającej wrzącą ciecz.
Czwarty stan skupienia
Odkryto, że istnieją pewne związki organiczne, które posiadają pewien czwarty stan skupienia. Jak widać na poniższym rysunku, znajduje się on pomiędzy fazą stałą a ciekłą i obejmuje obszar zaledwie kilkudziesięciu stopni. Stan ten nazywany jest „ciekłym kryształem”. W tym stanie cząsteczki opuszczą swoje struktury krystaliczne, ale nie będą jeszcze swobodnie poruszać się po materiale. Obrazek przedstawia oś temperatury dla substancji, w której czwarty stan skupienia występuje w temperaturze około 300°C. Udało się jednak uzyskać substancje, w których ten stan występuje w „normalnych” ziemskich temperaturach, pomiędzy -40°C a +85°C.
Różne rodzaje faz
W zależności od rodzaju substancji, cząsteczki będą przybierały dwuwymiarowe struktury o określonym kształcie. W substancjach, które mają taką fazę ciekłokrystaliczną wyróżniamy trzy różne struktury molekularne:
- substancje z fazą smektyczną
- substancje z fazą nematyczną
- substancje z fazą cholesteryczną.
Substancje z fazą smektyczną
W tych substancjach cząsteczki grupują się w warstwy w fazie ciekłokrystalicznej, przy czym długie osie wszystkich cząsteczek są równoległe.
Substancje z fazą nematyczną
W fazie nematycznej cząsteczki grupują się w kierunku podłużnym substancji.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
