Έσβησε τα φώτα:Οι φυσικοί βρίσκουν έναν πιο γρήγορο τρόπο για να αλλάζουν LCD
Οι φυσικοί έχουν εφεύρει έναν πολύ πιο γρήγορο τρόπο για να απενεργοποιούν τους υγρούς κρυστάλλους, τα υλικά που ελέγχουν το φως σε πολλές οθόνες υπολογιστών και τηλεοράσεις. Η νέα τεχνική πιθανότατα δεν θα καταλήξει σε οθόνες υγρών κρυστάλλων (LCD), καθώς η εναλλαγή είναι πολύ πιο γρήγορη από ό,τι χρειάζεται σε αυτές τις συσκευές. Αλλά δίνει μια νέα ανατροπή στην έννοια της LCD.
«Αυτό είναι κάτι νέο και πολύ φρέσκο», λέει ο Tigran Galstian, μηχανικός φυσικός στο Πανεπιστήμιο Laval στο Κεμπέκ του Καναδά. "Οι άνθρωποι πρέπει να το σκεφτούν αυτό για να δουν αν υπάρχει κάποια πρακτική εφαρμογή."
Οι υγροί κρύσταλλοι μοιάζουν με τα δύο συνονόματά τους. Όπως σε ένα υγρό, τα μόρια σε έναν υγρό κρύσταλλο αναμειγνύονται ελεύθερα και ρέουν. Αλλά όπως σε έναν κρύσταλλο, τα μόρια που μοιάζουν με ράβδο προσανατολίζονται προς την ίδια κατεύθυνση. Η ευθυγράμμιση ορίζει έναν οπτικό άξονα και δίνει στον υγρό κρύσταλλο ασυνήθιστες ιδιότητες. Ένας βασικός είναι ο τρόπος με τον οποίο επηρεάζει το πολωμένο φως — το φως του οποίου τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα κυματίζουν προς μία μόνο κατεύθυνση. Καθώς περνά μέσα από έναν υγρό κρύσταλλο, το φως που πολώνεται παράλληλα με τον οπτικό άξονα ταξιδεύει με διαφορετική ταχύτητα από το φως που πολώνεται κάθετα σε αυτόν. Και λόγω αυτής της διαφοράς ταχύτητας ή της διπλής διάθλασης, το φως που πολώνεται υπό γωνία ως προς τον οπτικό άξονα του υλικού μπορεί να έχει την περιστροφή της πόλωσής του.
Αυτή η περιστροφή κάνει μια οθόνη LCD να λειτουργεί. Η οθόνη αποτελείται από ένα στρώμα υγρού κρυστάλλου ανάμεσα σε δύο γυάλινες πλάκες, οι οποίες βρίσκονται ανάμεσα σε δύο ακόμη πλάκες πολωτικού γυαλιού. Οι πολωτές έχουν ρυθμιστεί σε γωνία 90°, έτσι ώστε το φως που εισέρχεται στην οθόνη από πίσω και περνά μέσα από τον πρώτο πολωτή να εμποδίζεται από τον δεύτερο. Στην κατάσταση "off", ο υγρός κρύσταλλος είναι ευθυγραμμισμένος έτσι ώστε να μην κάνει τίποτα στο φως και να αφήνει την οθόνη σκοτεινή (βλ. εικόνα). Όταν ενεργοποιείται, ωστόσο, ένα ηλεκτρικό πεδίο επαναπροσανατολίζει τα μόρια έτσι ώστε συλλογικά να περιστρέφουν την πόλωση του φωτός, επιτρέποντάς του να περάσει μέσα από τον δεύτερο πολωτή και έξω από την οθόνη. Για να σχηματίσετε μια εικόνα, τα bit ή τα "pixel" της οθόνης ελέγχονται μεμονωμένα.
Το σχήμα έχει έναν βασικό περιορισμό, λέει ο Oleg Lavrentovich, φυσικός στο Πανεπιστήμιο Kent State στο Οχάιο. Το ηλεκτρικό πεδίο ωθεί τα μόρια στον προσανατολισμό "on" σε νανοδευτερόλεπτα. Όταν σβήνει η τροφοδοσία, τα μόρια χαλαρώνουν και πάλι στον αρχικό τους προσανατολισμό, ο οποίος ορίζεται από ένα σχέδιο χαραγμένο στο γυαλί περιορισμού - αλλά το κάνουν 1000 φορές πιο αργά, σε χιλιοστά του δευτερολέπτου. "Αυτή είναι η αχίλλειος πτέρνα των υγρών κρυστάλλων", λέει ο Lavrentovich.
Τώρα, αυτός και οι συνάδελφοι του Κεντ, Volodymyr Borshch και Sergij Shiyanovskii, έχουν επιδείξει έναν πιο γρήγορο τρόπο αλλαγής υγρών κρυστάλλων, όπως αναφέρουν σήμερα στο Physical Review Letters . Ξεκινούν με τους συνήθεις διασταυρούμενους πολωτές και έναν υγρό κρύσταλλο που ονομάζεται CCN-47. Στο πείραμα, σε κατάσταση εκτός λειτουργίας τα μόρια ξεκινούν με έναν προσανατολισμό που αφήνει το φως να περάσει. Ο Λαβρέντοβιτς και οι συνεργάτες του εφαρμόζουν στη συνέχεια ένα ηλεκτρικό πεδίο. Αλλά το κάνουν με τρόπο που δεν περιστρέφει τα μόρια, αλλά αλλάζει την ποσότητα διπλής διάθλασης.
Να πώς συμβαίνει αυτό. Τα μόρια στο CCN-47 δεν είναι κυλινδρικά, αλλά έχουν σχήμα σανίδες. Κανονικά, οι σανίδες δείχνουν όλες προς την ίδια κατεύθυνση κατά μήκος, αλλά τα γειτονικά μόρια στρίβουν τυχαία προς όλες τις κατευθύνσεις, καθώς η θερμική ενέργεια κρατά τα μεμονωμένα μόρια να κινούνται. Το ηλεκτρικό πεδίο υπερνικά τη συστροφή και στοιβάζει τις σανίδες σαν ξυλεία. Σε αυτή την πιο τακτική κατάσταση, ο υγρός κρύσταλλος έχει μια ελαφρώς διαφορετική διπλή διάθλαση, η οποία αλλάζει τη γωνία με την οποία περιστρέφεται η πόλωση του φωτός και την ποσότητα του φωτός που επιτρέπεται να περάσει από το στοιχείο. Όταν το ηλεκτρικό πεδίο εξαφανίζεται, το θερμικό τίναγμα των μεμονωμένων μορίων επαναφέρει τον υγρό κρύσταλλο στην αρχική του κατάσταση σε μόλις 30 νανοδευτερόλεπτα.
Η αλλαγή στη διπλή διάθλαση δεν σβήνει εντελώς το φως, επομένως η οθόνη μειώνεται μόνο και όχι σκοτεινιάζει. Αλλά η αντίθεση θα μπορούσε να αυξηθεί με την προσαρμογή της γεωμετρίας και των υλικών, λέει ο Lavrentovich. Λέει ότι η τεχνική μπορεί να βρει χρήσεις στη διεύθυνση ακτίνων λέιζερ όπως αυτές που μπορούν να μεταφέρουν σήματα μεταξύ δορυφόρων ή στη δημιουργία εξαιρετικά γρήγορων κλείστρων.
Η πραγματική αξία στο έργο μπορεί να είναι η νέα προσέγγιση, η οποία βασίζεται στη συλλογική συμπεριφορά των μορίων για να μετατρέψει την πόλωση του φωτός και την ατομική τους κίνηση για να αναποδογυρίσει μεταξύ των διαμορφώσεων ενεργοποίησης και απενεργοποίησης, λέει ο Galstian:"Είναι μια έξυπνη ιδέα." /P>
