Жидкими кристаллами именуют анизотропные жидкости, каковые складываются из молекул, сохраняющих определенный порядок в собственном размещении относительно друг друга. (Анизотропия — зависимость физических особенностей вещества от направления.) К примеру, атомы в молекулах смогут размешаться на протяжении определенной оси, и такие продолговатые молекулы ориентируются в жидком кристалле, как в жёстком кристалле, на протяжении особенного направления (рис. 1). Особенные направления в жидких и жёстких кристаллах именуются оптическими осями, поскольку с их существованием связаны превосходные оптические особенности этих материалов (двойное лучепреломление, поворот плоскости поляризации света и др.). В отличие от жёстких кристаллов, где оптические оси жестко закреплены, в жидких кристаллах направления оптических осей возможно легко изменять посредством электрического ПОЛЯ. Для управления оптическими особенностями жидких кристаллов требуются малые напряжения.
Механизм поворота продолговатой молекулы под действием электрического поля Е продемонстрирован на рис. 2. Часто в таковой молекуле электрический диполь появляется на протяжении долгой оси значительно легче, чем на протяжении маленькой оси, т. е., иначе говоря электронное облако легко смещается довольно хорошего ядра на протяжении молекулы и с большим трудом — поперек нее. В случае, если поле Е и ось п составляют некий угол, то практически заряды в молекуле разводятся лишь составляющей поля Еп на протяжении оси п. Поле Е действует в отдельности на любой из разведенных зарядов +Q и —Q: с силой^Е=(^Е по направлению составляющей поля Е± — на хороший заряд и с такой же силой в противоположном направлении — на отрицательный заряд. Так, появляется пара сил, создающая крутящий момент, что и поворачивает молекулу так, дабы она собственной долгой осью ориентировалась на протяжении поля Е.
Если бы жидкокристаллическая среда простиралась неограниченно по всем направлениям, то оптическая ось поворачивалась бы сколь угодно не сильный полем. В конечном итоге слой жидкого кристалла имеет конечную толщину (около 0,01 мм) и довольно твёрдую ориентацию молекул на жёсткой поверхности, ограничивающей слой. Исходя из этого отклоняющее воздействие поля вступает в противоборство со стабилизирующим действием упругих сил. Практически отклонение оптической оси в слое жидкого кристалла начинается тогда, в то время, когда крутящий момент электрических сил увеличиться возвращающего момента упругих сил. Существует определенный порог разности потенциалов (около 1 В), выше которого уже нетрудно руководить оптической осью в разнообразных жидкокристаллических индикаторах.
Это разъясняется тем, что все молекулы жидких кристаллов взаимосвязаны и ориентированы одинаково, и достаточно развернуть одну из них, дабы целый коллектив молекул поменял собственную ориентацию.
Жидкокристаллические индикаторы находят широкое использование, к примеру, в циферблатах современных электронных часов. На рис. 3 продемонстрировано, как жидкокристаллический индикатор отображает ту либо иную цифру, букву и т. п. Тут имеются два поляризатора, оси которых скрещены и две полированные стеклянные пластинки, задающие взаимно перпендикулярную ориентацию молекул на противоположных границах слоя жидкого кристалла. В слое жидкого кристалла оптическая ось понемногу изменяет собственную ориентацию в зависимости от расстояния до стекол, как бы образуя винтовую лестницу; на стекла нанесены прозрачные электроды. Под нижним поляризатором расположено зеркало. Нижний электрод сделан целым, а верхний — фигурным, складывающимся из нескольких сегментов, благодаря которым возможно составить любую цифру, букву, слово и число. Любой сегмент имеет личный электрический контакт и включается в цепь со не сильный батарейкой (1,5 В) по особой команде, которая подается миниатюрным генератором (см. Генератор).
Падающий свет поляризуется верхним поляризатором, проходит стеклянную пластинку и попадает в слой жидкого кристалла. В случае, если электрическая цепь разомкнута, как на пути левого пучка света (рис. 3), то в данном месте винтовая ориентация оптической оси сохраняется. Исходя из этого по мере прохождения левого пучка света его поляризация поворачивается в соответствии с поворотом оптической оси. На выходе из слоя и нижней стеклянной пластинки данный поворот составит 90°, причем поляризация света сходится с осью нижнего поляризатора. В следствии левый пучок пройдет поляризатор, отразится от зеркала и проделает целый путь в обратном направлении. Данный участок индикатора выглядит для наблюдателя ярким.
На соседнем правом участке индикатора пучок света проходит в момент замыкания цепи на цифру 8. Поляризованный свет, попав в слой жидкого кристалла, встретит тут вертикально ориентированную оптическую ось. Конкретно так электрическое поле поворачивает молекулы, отлично поляризующиеся на протяжении долгой оси. Исходя из этого свет пройдет слой под сегментом цифры 8, не поменяв собственной поляризации, и будет встречен нижним поляризатором, ось которого перпендикулярна поляризации света. Следовательно, данный пучок света не дойдет до зеркала, поскольку будет поглощен по пути, и не возвратится к наблюдателю — цифра 8 будет смотреться чёрной на ярком фоне.
Так устроены буквенно-цифровые индикаторы в калькуляторах, электронных переводчиках, шкалах измерительных устройств и шкалах настройки, разнообразных табло и т. п. Жидкокристаллические экраны (дисплеи) с солидным числом сегментов — электродов и сложной электронной схемой управления служат в качестве телевизионных экранов, преобразователей изображения (устройства ночного видения), средств управления световым лучом в быстродействующих электронных счётных автомобилях.
Кое-какие вещества в жидкокристаллическом состоянии способны смешиваться между собой и образовывать жидкие кристаллы, владеющие свойствами и различными структурами. Это расширяет диапазон их применения в технике.