Dispositivi visori a cristallo liquido

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Indicatori numerici a miscela di cristallo liquido e di colorante, posti tra le lastre di vetro, possono indicare ogni numero tra O e 9. A sinistra si è formato il numero 8 attivando tutti gli elettrodi trasparenti (di opportuna forma geometrica) deposi- tati sulle lastre. Un campo elettrico tra gli elettrodi genera di- sposizioni molecolari che proibiscono alle molecole di colo. rante di assorbire la luce polarizzata che illumina il pannello. Tutta la luce è trasmessa e si vede un 8 biancastro. Ovviamente anche tutte le altre cifre si possono ottenere per attivazione di opportune disposizioni di elettrodi. Nell'illustrazione a destra gli elettrodi non sono attivati e quindi le molecole di colorante pos- sono assorbire la luce: l'indicatore in questo caso risulta blu. gina stampata. Il mezzo base con cui numeri, lettere o altre immagini si pre- sentano in questi dispositivi è costituito da certi tipi di cristallo liquido, intro- dotti tra due lastre di vetro. Normal- mente il cristallo liquido è limpido, ma quando gli si applica un campo elettri- co alcune sue parti presentano turbo- lenza e diffondono la luce. Controllan- do la grandezza e la forma di queste parti turbolente, si possono ottenere le immagini desiderate. Questi dispositivi offrono due vantag- gi: primo, poiché riflettono e non pro- ducono luce, possono esser visti in am- pi limiti di condizione di illuminazione (anche in piena luce, in cui non sarebbe visibile l'immagine di un dispositivo a luce propria); secondo, poiché un dispo- sitivo a cristallo liquido non emette luce, la potenza richiesta per il suo fun- zionamento è piuttosto limitata. I principi generali su cui è basato il funzionamento di questi dispositivi per- mettono di ottenere un gran numero di effetti visuali, che, assieme ai miei col- leghi, ho potuto sviluppare nei labora- tori della RCA in alcuni prototipi di ap- parecchiature. Lo sviluppo e le limita- zioni di queste apparecchiature che ri- guardano le informazioni visive, dipen- dono dalla natura dei fenomeni che ren- dono possibili questi tipi di dispositivi e cioè dipendono dal comportamento in un campo elettrico delle molecole di un cristallo liquido, di solito abbastanza ordinate. Ci sono tre tipi di cristalli liquidi, che prendono rispettivamente il nome di « nematico », « smectico » e « coleste- rico ». I cristalli liquidi nematici sono formati da molecole organiche a forma di bacchetta : rispetto al loro asse mag- giore queste molecole si possono muo- vere lateralmente in su e giù, mentre gli altri movimenti sono impediti dalle forze intermolecolari. Queste ultime co- stringono le molecole in disposizioni pa- rallele o quasi parallele, anche se per- mettono a ogni molecola di ruotare at- torno a un asse diretto lungo l'allinea- mento. Questa disposizione ordinata si può paragonare a quella dei fiammiferi di legno in una scatola: i fiammiferi hanno una certa libertà di movimento, ma tendono a rimanere paralleli nella scatola (si veda l'illustrazione in alto a sinistra nella pagina seguente). Il termi- ne nematico, che deriva dalla parola greca « filo », si riferisce al fatto che quando queste sostanze sono osservate al microscopio, presentano sottili strut- ture filiformi che rappresentano i con- fini fra regioni di differente orientazio- ne molecolare. Fino a oggi il compor- tamento nematico è stato riscontrato in Finestre a cristallo liquido possono diventare opache allo scatto di un interruttore. La finestra consiste di due lastre di vetro nella cui intercapedine è introdotto uno strato di cristallo liquido. Elettrodi trasparenti di ossido di stagno ricoprono le superfici in- terne di entrambe le lastre. Sopra, il vetro è limpido e la faccia dell'uomo si può veder chiaramente perché il dispositivo non è stato attivato. Sotto, si è inserita la tensione tra gli elettrodi e il campo elettrico genera turbolenza nel cristallo liquido. Le aree turbolente rendono il vetro opaco e la faccia dell'uomo pertanto scompare. Dispositivi visori a cristallo liquido I cristalli liquidi (fluidi con particolari proprietà cristalline) rispondono a un campo elettrico diventando opachi o cambiando colore. Effetti di questo tipo possono essere usati per presentare delle immagini di George H. Heilmeier cristalli liquidi sono stati una curio- sità scientifica sino al 1890, quando si cominciarono a riconoscere le lo- ro peculiari proprietà. Una sostanza di questo tipo scorre, può esser versata e assumere la forma del recipiente che la contiene, come tutti i liquidi. Allo stes- so tempo, però, le sue molecole a dif- ferenza delle molecole dei liquidi, ten- dono a formare disposizioni debolmente ordinate abbastanza simili ai reticoli cristallini regolari. In questi ultimi anni i cristalli liquidi hanno stimolato l'at- tenzione dei tecnici e stanno per esser usati correntemente per creare una nuo- va famiglia di dispositivi che rendano visibili simboli come lettere e numeri. Essi potrebbero rendere possibile il pro- getto di finestre da rendere opache o trasparenti al semplice tocco di un in- terruttore oppure di apparecchi da te- levisione sottili come un quadro. Un dispositivo a cristallo liquido dif- ferisce in modo sostanziale da un visore elettronico come un tubo a raggi cato- dici. Quest'ultimo crea immagini gene- rando luce visibile, mentre un disposi- tivo a cristallo liquido non genera di per sé luce, bensí diffonde quella del- l'ambiente nello stesso modo di una pa- 56 57

Transcript of Dispositivi visori a cristallo liquido

Indicatori numerici a miscela di cristallo liquido e di colorante,posti tra le lastre di vetro, possono indicare ogni numero traO e 9. A sinistra si è formato il numero 8 attivando tutti glielettrodi trasparenti (di opportuna forma geometrica) deposi-tati sulle lastre. Un campo elettrico tra gli elettrodi genera di-sposizioni molecolari che proibiscono alle molecole di colo.

rante di assorbire la luce polarizzata che illumina il pannello.Tutta la luce è trasmessa e si vede un 8 biancastro. Ovviamenteanche tutte le altre cifre si possono ottenere per attivazione diopportune disposizioni di elettrodi. Nell'illustrazione a destra glielettrodi non sono attivati e quindi le molecole di colorante pos-sono assorbire la luce: l'indicatore in questo caso risulta blu.

gina stampata. Il mezzo base con cuinumeri, lettere o altre immagini si pre-sentano in questi dispositivi è costituitoda certi tipi di cristallo liquido, intro-dotti tra due lastre di vetro. Normal-mente il cristallo liquido è limpido, maquando gli si applica un campo elettri-co alcune sue parti presentano turbo-lenza e diffondono la luce. Controllan-do la grandezza e la forma di questeparti turbolente, si possono ottenere leimmagini desiderate.

Questi dispositivi offrono due vantag-gi: primo, poiché riflettono e non pro-ducono luce, possono esser visti in am-pi limiti di condizione di illuminazione(anche in piena luce, in cui non sarebbevisibile l'immagine di un dispositivo aluce propria); secondo, poiché un dispo-sitivo a cristallo liquido non emetteluce, la potenza richiesta per il suo fun-zionamento è piuttosto limitata.

I principi generali su cui è basato ilfunzionamento di questi dispositivi per-mettono di ottenere un gran numero dieffetti visuali, che, assieme ai miei col-leghi, ho potuto sviluppare nei labora-tori della RCA in alcuni prototipi di ap-parecchiature. Lo sviluppo e le limita-zioni di queste apparecchiature che ri-guardano le informazioni visive, dipen-dono dalla natura dei fenomeni che ren-dono possibili questi tipi di dispositivi ecioè dipendono dal comportamento inun campo elettrico delle molecole di uncristallo liquido, di solito abbastanzaordinate.

Ci sono tre tipi di cristalli liquidi, cheprendono rispettivamente il nome di

« nematico », « smectico » e « coleste-rico ». I cristalli liquidi nematici sonoformati da molecole organiche a formadi bacchetta : rispetto al loro asse mag-giore queste molecole si possono muo-vere lateralmente in su e giù, mentregli altri movimenti sono impediti dalleforze intermolecolari. Queste ultime co-stringono le molecole in disposizioni pa-rallele o quasi parallele, anche se per-mettono a ogni molecola di ruotare at-torno a un asse diretto lungo l'allinea-mento. Questa disposizione ordinata sipuò paragonare a quella dei fiammiferidi legno in una scatola: i fiammiferihanno una certa libertà di movimento,ma tendono a rimanere paralleli nellascatola (si veda l'illustrazione in alto asinistra nella pagina seguente). Il termi-ne nematico, che deriva dalla parolagreca « filo », si riferisce al fatto chequando queste sostanze sono osservateal microscopio, presentano sottili strut-ture filiformi che rappresentano i con-fini fra regioni di differente orientazio-ne molecolare. Fino a oggi il compor-tamento nematico è stato riscontrato in

Finestre a cristallo liquido possono diventare opache allo scatto di un interruttore. Lafinestra consiste di due lastre di vetro nella cui intercapedine è introdotto uno stratodi cristallo liquido. Elettrodi trasparenti di ossido di stagno ricoprono le superfici in-terne di entrambe le lastre. Sopra, il vetro è limpido e la faccia dell'uomo si puòveder chiaramente perché il dispositivo non è stato attivato. Sotto, si è inserita latensione tra gli elettrodi e il campo elettrico genera turbolenza nel cristallo liquido.Le aree turbolente rendono il vetro opaco e la faccia dell'uomo pertanto scompare.

Dispositivi visori a cristalloliquido

I cristalli liquidi (fluidi con particolari proprietà cristalline)rispondono a un campo elettrico diventando opachi o cambiando colore.Effetti di questo tipo possono essere usati per presentare delle immagini

di George H. Heilmeier

cristalli liquidi sono stati una curio-sità scientifica sino al 1890, quandosi cominciarono a riconoscere le lo-

ro peculiari proprietà. Una sostanza diquesto tipo scorre, può esser versata eassumere la forma del recipiente che lacontiene, come tutti i liquidi. Allo stes-so tempo, però, le sue molecole a dif-ferenza delle molecole dei liquidi, ten-dono a formare disposizioni debolmente

ordinate abbastanza simili ai reticolicristallini regolari. In questi ultimi annii cristalli liquidi hanno stimolato l'at-tenzione dei tecnici e stanno per esserusati correntemente per creare una nuo-va famiglia di dispositivi che rendanovisibili simboli come lettere e numeri.Essi potrebbero rendere possibile il pro-getto di finestre da rendere opache otrasparenti al semplice tocco di un in-

terruttore oppure di apparecchi da te-levisione sottili come un quadro.

Un dispositivo a cristallo liquido dif-ferisce in modo sostanziale da un visoreelettronico come un tubo a raggi cato-dici. Quest'ultimo crea immagini gene-rando luce visibile, mentre un disposi-tivo a cristallo liquido non genera diper sé luce, bensí diffonde quella del-l'ambiente nello stesso modo di una pa-

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un intervallo piuttosto ristretto di tem-peratura, intorno a 100 °C. Al di sottodi questa temperatura i cristalli liquidisono solidi untuosi e al di sopra liquidinormali. Sostanze che si comportanocome liquidi nematici in intervalli mag-giori di temperatura (ampi circa 80 °C)attorno alla temperatura ambiente, sonostate ottenute nei laboratori della RCArecentemente da Joel E. Goldmacher,Joseph A. Castellano e Michael T. Mc-Caffrey.

I cristalli liquidi smectici si chiamanocosí dalla parola greca « sapone », cheè appunto il rappresentante classico diquesta categoria di composti. Le mole-cole di certi saponi o di altre, sostanzesmectiche si dispongono in strati : duestrati vicini possono scorrere uno sul-l'altro poiché le molecole non possono

muoversi su e giù ma solo avanti o in-dietro e lateralmente. Come le mole-cole delle sostanze nematiche anchequeste posso ruotare liberamente attor-no alla direzione di allineamento (siveda l'illustrazione al centro e in bassoa sinistra in questa pagina).

I cristalli liquidi colesterici assomi-gliano in parte a quelli nematici e inparte a quelli smectici: le molecole cole-steriche sono smectiche nel senso che sidispongono a strati; in ciascuno strato,però, la disposizione è nematica. A cau-sa della forma e della grandezza dellemolecole colesteriche, quelle che appar-tengono a strati adiacenti si spostanouna rispetto all'altra in modo che i loroassi maggiori siano ruotati uno rispettoall'altro. Questi spostamenti danno al-l'intera struttura una disposizione elicoi-

dale (a destra nella figura in basso).Il passo e il periodo della struttura

elicoidale (l'angolo di ciascun giro e ladistanza tra i giri) danno luogo a inte-ressanti colori di interferenza quandola luce attraversa sostanze colesteriche.Cambiamenti di pressione e tempera-tura alterano il passo e il periodo inmodo che nuovi colori sono prodotti.Il colore può anche esser variato, in unmodo non ancora ben stabilito, da so-stanze chimiche allo stato di vapore. Lesostanze colesteriche possono quindi ser-vire per segnalare l'andamento di unadistribuzione di temperatura o per sve-lare la presenza di vapori.

Un campo elettrico influenza un ma-teriale a cristallo liquido in due modidiversi: da un lato aumenta la tenden-za naturale dei cristalli liquidi ad assu-

mere una disposizione ordinata. Peresempio il liquido nematico costituitoda p-etossibenziliden-p'-amminobenzoni-trile (PEBAB) è formato da molecoledisposte normalmente in modo che indeterminate regioni del liquido essepuntano tutte nella stessa direzione :l'orientazione principale è diversa da re-gione a regione. Quando le molecole diuno straterello di questo materiale sonoposte tra due lastre di vetro e sono sog-gette a un campo elettrico, esse si com-portano come fossero dei magnetini inun campo magnetico: si allineano cioèin modo che i loro momenti elettrici didipolo giacciano nella direzione delcampo.

Una molecola ha un momento elet-trico di dipolo proprio perché è un di-polo elettrico, cioè può esser descrittacome un oggetto formato da due cari-che elettriche poste a una certa distan-za. Nel caso di una molecola una estre-mità tende a esser carica positivamentee l'altra negativamente a causa della di-stribuzione asimmetrica degli elettroniche legano gli atomi della molecola.Nei liquidi normali le forze elettrichenon sono sufficientemente intense permantenere le molecole allineate, inquanto queste tendono spontaneamen-te a muoversi disordinatamente e indi-pendentemente. Ne risulta che solo unamolecola su 1000 molecole si orienteràcon il campo elettrico.

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a appena il campo elettrico cerca— di metter in ordine le molecole diun cristallo liquido, si mettono in azio-ne degli eventi che distruggono la di-sposizione ordinata che si va forman-do. Infatti le soluzioni nematiche con-tengono delle impurezze ioniche (fram-menti molecolari carichi positivamenteo negativamente che non appartengonoal composto nematico) e altri ioni cheprobabilmente si sono formati per dis-sociazione del composto nematico stes-so. Il campo elettrico attira questi ioniverso uno o l'altro dei suoi poli. In unasostanza nematica come il PEBAB ilmomento elettrico della molecola è di-retto lungo l'asse strutturale e quindi inun campo elettrico gli assi delle mole-cole della sostanza si allineano paral-leli l'uno all'altro e gli ioni possono pas-sare attraverso questa struttura senzacreare grandi disturbi.

Ma supponiamo che il momento per-manente di dipolo non giaccia lungol'asse strutturale della molecola : questocaso non è certo raro, in quanto moltemolecole hanno catene laterali di ato-mi che si innestano nella catena prin-cipale. Il momento elettrico di dipo-lo può quindi essere nella direzione diquesto « ramo » della molecola, anziché

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Tre tipi di cristalli liquidi si distinguono per la disposizionedelle loro molecole: i liquidi nematici (in alto a sinistra) con-sistono di molecole che si dispongono parallele l'una all'altra,come i fiammiferi in una scatola. Ogni molecola, tuttavia, puòruotare attorno al suo asse e muoversi lateralmente e su e giù.I materiali smectici (al centro e in basso a sinistra) hanno di-sposizioni molecolari a strati. Gli strati possono slittare uno sul.l'altro dato che le molecole di ciascuno possono muoversi late-

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ralmente, oppure avanti e indietro, ma non dall'alto verso ilbasso e viceversa. Entro ciascun strato le molecole si possonoordinare in file, oppure distribuirsi a caso. Le molecole coleste-riche (a destra) consistono di strati, come nei liquidi smectici:entro ogni strato, però, le molecole sono disposte parallelamentecome quelle nematiche. Le molecole di uno strato spostano quel.le dello strato superiore cosicché la successione degli strati formauna disposizione elicoidale (linea continua e linea tratteggiata).

Le memorizzazione in un dispositivo a cristallo liquido si può ottenere con misceledi molecole colesteriche (in grigio) e nematiche. In a le molecole sono ordinate inmodo che ci sono pochi centri diffondenti (alle interfacce tra i due materiali che dif-fondono la luce). Perciò la luce che entra attraverso la lastra di vetro sulla sinistraè riflessa dall'elettrodo alluminizzato di destra. Vista di fronte la miscela è limpida.In b è stata applicata una corrente continua (il circuito è chiuso) e si hanno alloramolti centri diffondenti dato che l'ordine è distrutto dagli ioni che si muovono sottol'azione del campo (area colorata). Poiché ciascun materiale ha un indice di rifra-zione diverso, la luce viene diffusa e il materiale risulta opaco. In c il campo è disat-tivo (circuito aperto) ma il disordine si mantiene per settimane. In d un campo alter-nato riordina le molecole: poiché il campo si inverte frequentemente, gli ioni nonsono capaci di muoversi per creare disordine. Oscillano invece attorno a una posizionedi equilibrio e le molecole possono riordinarsi: il materiale diventa di nuovo limpido.

essere lungo il « tronco » principale. « tronchi », distruggono la disposizioneUna sostanza di questo tipo è il cri- ordinata e creano delle regioni di tur-

stallo liquido nematico anisilidene-p- bolenza (di dimensioni che vanno da I-amminofenilacetato (APAPA). Quando a 5 micron di sezione). La turbolenzaquesta sostanza è sottoposta a un cam- fa sí che il sottile strato di materialepo elettrico le sue molecole si allineano nematico, originariamente trasparente,non lungo l'asse molecolare principale, diventi lattiginoso a causa della diffu-ma perpendicolarmente a esso, a causa sione della luce nelle zone di turbo-della forte influenza delle catene late- lenza.rali. Le catene principali risultano al-lora orientate in varie direzioni rispetto uesto effetto si chiama diffusione di-al campo elettrico. Allineate in questa namica. Per semplice eliminazionemaniera le molecole presentano degli

della tensione essa può esser eliminata,

ostacoli al movimento degli ioni, i qua- e si torna cosí alla limpidezza del cri-li, spingendo contro questa specie di

stallo liquido. Infatti una volta climi-

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La diffusione dinamica della luce è un effetto prodotto nei cri-stalli nematici da un campo elettrico e può essere controllataper formare delle immagini. In a si vede il materiale nematicolateralmente, tra due lastre di vetro, quando non è applicato ilcampo (circuito aperto). Le molecole nematiche presenti in ogniareola puntano nella stessa direzione, anche se le orientazionisono diverse da area ad area. Gli ioni (positivi e negativi) sono

ancora fermi. In b il campo è attivato tra le due lastre: le mole-cole cercano di allinearsi con il loro asse lungo un certo angolocon la direzione del campo. In c gli ioni, attirati dal campo, simuovono verso gli elettrodi, e, muovendosi, distruggono l'or-dine molecolare e quindi la luce viene diffusa. Visto di frontelo schermo è opaco. Quando il campo viene disattivato, le mole-cole si riordinano localmente e il materiale ridiventa limpido.

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Le relazioni « ospitante-ospitato » tra le molecole nematiche(ellissi) e le molecole di un colorante, permettono di cambiareil colore della luce polarizzata. A sinistra un campo elettrico(colore) allinea le molecole nematiche con il loro asse nelladirezione del campo. Le molecole nematiche ospitanti costrin-gono quelle del colorante, ospitate, ad allinearsi lungo la stessadirezione. Una molecola di colorante dicroico è tale da assor-

LUCE LUCE

DINONANOATO

180 200100 120 140 160

ANISILIDEN—P—AMMINOFENILACETATO (APAPA)NEMATICO

P—ETOSSIBENZILIDEN—P'—AMMINOBENZONITRILE (PEBAB)

SMECTICOP—AZISSOBENZOATO DI ETILE

COLESTERI L

COLESTERICOCLORURO DI COLESTERILE

BENZOATO DI COLESTER I LEa

20 40 60 80

TEMPERATURA (°C)

La fase a cristallo liquido dipende dalla temperatura. Qualche materiale come l'anisi-liden-p-amminobenzoilacetato (APAPA) esiste come cristallo liquido in un ampio campodi temperatura. Sotto 82 °C questo materiale è solido (grigio), a quella temperaturadiventa cristallo liquido (colore intenso) e a 105°C diventa liquido (colore tenue).Il composto più sensibile alla temperatura risulta essere il cloruro di colesterile, che esi-ste allo stato di cristallo liquido soltanto neirintervallo di un solo grado centigrado.

ELETTRODI A COLONNA TRASPARENTI

LASTRA DI VETRO ANTERIORE

LASTRA DI VETRO POSTERIORE

ELETTRODI IN FILAR I

ELETTRODI POSTERIORI RIFLETTENTI

Ricevitori televisivi sottili, non piú spessi di una lastra fotografica, possono esserecostruiti con un film di cristallo liquido nematico introdotto nella intercapedine tradue lastre di vetro. Gli elettrodi depositati sulle lastre formano le immagini in quantocostringono il materiale nematico a diffondere la luce dell'ambiente. Gli elettrodi sullalastra posteriore riflettono la luce in modo che l'immagine che si muove sia proiet-tata verso l'osservatore. Gli elettrodi sulla lastra anteriore devono essere trasparenti.

ruro di colesterile, nel rapporto in pesodi nove a uno, il materiale che si ot-tiene è relativamente limpido, ma an-ch'esso diventa lattiginoso quando èsottoposto a una corrente continua op-pure alternata a bassa frequenza, contensioni maggiori di 20 volt. Quando sielimina il campo, però, la miscela restaopaca e riacquista la sua trasparenzasolo dopo qualche settimana. Si puòrendere trasparente il materiale più ve-locemente, sottoponendolo a una cor-

>LUCE

>

rente alternata superiore a 50 volt e auna freq uenza di 4000 hertz. Quindiuna immagine può esser « scritta » permezzo di un segnale a corrente continuae « cancellata » per mezzo di un se-gnale a corrente alternata. Non è ne-cessaria potenza per mantenere l'imma-gine una volta che sia stata scritta.

In miscele di questo tipo gli ioni sipossono considerare generatori di tur-bolenza in quanto emulsionano i duecomponenti la miscela, anche se la ve-

ra spiegazione del fenomeno è più so-fisticata. Nello stato trasparente i duetipi di molecole di cristallo liquido siallineano con le loro molecole orienta-te nella stessa direzione e in questo sta-to ci sono pochi centri diffondenti, co-stituiti dalle interfacce tra i due tipi dimolecole. Gli ioni in movimento di-struggono questa disposizione in modoche l'ordine ne risente, si creano moltepiù interfacce e la luce viene diffusacome passa attraverso zone turbolente,in quanto ciascun componente ha dif-ferente indice di rifrazione.

Quando il sistema formato dalla mi-scela di cristalli liquidi è sottoposto a‘un campo elettrico alternato, le mole-cole si allineano di nuovo e scompaio-no i centri diffondenti. Le molecolenon sono più disturbate dagli ioni inquanto questi non possono spostarsi digrandi tratti in un campo alternato:essi sono attirati e respinti a ogni in-versione di campo. Ad alte frequenzela distanza che essi percorrono in mez-zo ciclo è solo una piccola parte dellospessore del cristallo liquido e gli ionioscillano semplicemente attorno a unaposizione di equilibrio.

Come si è fatto osservare, quando ilmomento di dipolo di una molecola dicristallo liquido nematico giace nelladirezione dell'asse strutturale della mo-lecola, gli ioni eassano attraverso la so-stanza senza creare gran turbolenza equindi poca luce è diffusa. Questi ma-teriali, però, possono esser adoperatiper ottenere effetti di colore. Sotto ilpatrocinio della NASA, abbiamo fattodelle ricerche sulle relazioni, di tipoospitante-ospitato, esistenti tra cristalliliquidi nematici e coloranti dicroici.Questi ultimi sono composti le cui mo-lecole assorbono luce polarizzata soloquando esse sono orientate in un certomodo rispetto al piano di polarizza-Lione.

Quando uno di questi coloranti, co-me il blu di indofenolo, è mescolatocon l'ospitante PERA -13 la miscela haun bel colore blu. Se si illumina conluce polarizzata la miscela, tenuta sot-to differenza di potenziale, il color bluscompare e la miscela diventa traspa-rente; eliminando la tensione ricompa-re il colore. Si noti che il campionenon si trasforma chimicamente : sem-plicemente la tensione costringe le mo-lecole dell'ospitante ad allinearsi e nelfar questo esse costringono pure le mo-lecole di colorante, ospitate, a fare al-trettanto. Se l'orientazione delle mole-cole di colorante è tale da far si chela luce polarizzata non sia assorbita,la luce passa attraverso il materiale sen-za esser diffusa. Si deve ever cura diusare coloranti non ionici, cioè colo-

nato il campo elettrico non ci sono piùioni in movimento e le molecole rista-biliscono il loro ordine locale. Effettidi diffusione dinamica si possono utiliz-zare per visori o piccole finestre da ren-dere opache o trasparenti a piacere.

Un altro effetto diffondente, semprecausato da ioni in movimento, vienchiamato memorizzatore. Quando uncristallo liquido nematico, del tipo adiffusione dinamica, è mescolato con uncristallo liquido colesterico, come il clo-

bire luce polarizzata solo quando è orientata in un certo modorispetto al piano di polarizzazione. Nell'orientazione di figurale molecole di colorante non possono assorbire luce polarizzatae quindi tutta la luce è trasmessa. A destra, quando non c'è cam-po, le molecole di colorante assumono varie posizioni rispetto alraggio polarizzato, della luce viene assorbita e solo un colore ètrasmesso, man mano che la luce polarizzata passa nel campione.

ranti che non rispondano al campo elet-trico; in caso contrario le molecole dicolorante si muoveranno attraverso illiquido e si avranno degli effetti di dif-fusione non desiderati.

Nei materiali colesterici la grandetendenza delle molecole del cristallo li-quido ad allinearsi con il campo elet-trico può esser usata per ottenere effettidi colore. In un forte campo elettrico

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La figura televisiva di controllo, sugli elettrodi di uno schermo a cristallo liquido ne-matico, dimostra sia l'alta risoluzione sia il contrasto variabile di questo tipo di visore.

ogni variazione di intensità fa cambiareil passo della struttura elicoidale delmateriale. Ogni cambiamento di que-sto tipo dà luogo a una variazione dicolore. In campi ancora piú forti lastruttura elicoidale si distende comple-tamente e allora il materiale diventatrasparente. Eliminato il campo elettri-co il materiale riprende il suo colore.

I dispositivi a visore a cristallo li-quido si possono costruire facilmente :basta porre uno straterello sottile di so-stanza tra due lastre di vetro, ciascunadelle quali è ricoperta su una facciada materiale conduttore. Almeno unadelle ricoperture deve esser trasparen-te, per permettere la visione: in moltidispositivi è adatto per questo scopol'ossido di stagno in film sottile. Se ildispositivo serve per la trasmissionedella luce, entrambi gli elettrodi devo-no essere di questo materiale. Se si in-tende vedere l'immagine in luce nor-male, specialmente l'elettrodo posteriorepuò esser costituito da uno strato alta-mente riflettente di alluminio. In ognidispositivo gli elettrodi possono esserdisegnati in modo tale che settori o ele-menti diversi del dispositivo possanoesser sottoposti a campo elettrico inmodo da presentare l'immagine di una

lettera, un numero o qualche altra im-magine. Poiché lo straterello di cristal-lo liquido è dello spessore di due mil-lesimi di millimetro circa ed è tratte-nuto tra le piastre per capillarità, nonci sono i problemi con cui si ha a chefare di solito nel maneggiare i liquidi.

Idispositivi a diffusione dinamica ope-rano di solito a meno di 50 volt e

richiedono una densità di potenza mol-to inferiore a un milliwatt per centime-tro quadrato di area di visore. L'im-magine ha l'apparenza delle lettere astampa. Questi indicatori a cristallo li-quido possono esser utili per gli stru-menti di bordo degli aerei o delle auto-mobili, dove sono desiderabili tensionie potenze basse e leggibilità anche conforte luminosità ambientale. I materialia memorizzatore — miscele di cristalliliquidi nematici e colesterici — posso-no trovar applicazione in dispositivi chedevono far vedere informazioni stabili,per esempio segnali autostradali, tabel-le di arrivi e partenze negli aeroporti ealtri segnali per strumenti di bordo.

La durata dei dispositivi, soprattuttoper quanto riguarda quelli a sostanzenematiche, sembra dipendere soltantodalla durata del cristallo liquido. Se le

molecole dei cristalli liquidi nematicitendono a rompersi (e non c'è dubbioche questo avvenga), il processo di de-composizione va controllato per pro-lungare la durata dei dispositivi. Laprevenzione di questa decomposizionepuò però provocare una riduzione ec-cessiva del numero di ioni disponibilenel cristallo liquido; in questo caso èallora necessario trovare qualche altrometodo per inserire gli ioni nel sistema.In questo senso sembra promettentel'iniezione di elettroni da parte dell'elet-trodo negativo: in presenza di un'op-portuna differenza di potenziale si favo-rirebbe la fuoriuscita di elettroni dal-l'elettrodo al cristallo liquido, con cor-rispondente cattura di questi da partedi qualche molecola. Si ottengono allo-ra degli ioni negativi che vengono at-tratti dall'elettrodo positivo: raggiuntol'anodo la molecola perde l'elettrone etorna allo stato neutro. Questo proces-so fornirebbe ioni senza far decadereil cristallo liquido.

In futuro i cristalli liquidi possonofornire gli elementi per produrre le

immagini nel visore di maggior usocorrente, il televisore. I costruttori giàda tempo inseguono l'idea di un visoretale che il ricevitore televisivo operi abassa potenza e abbia eliminate tuttele apparecchiature ingombranti che sitrovano dietro lo schermo. Queste ri-chieste suggeriscono che lo schermosia basato non sulla luce prodotta dalfascio elettronico di un tubo a raggicatodici, ma su dispositivi a stato so-lido come transistori e diodi a semi-conduttori. La diffusione dinamica deicristalli nematici potrebbe esser cosímodulata da produrre immagini per im-pulsi elettrici da parte di circuiti diquesto tipo.

Prove di questo genere sono statetrasmesse e ricevute: però gli elettrodiche controllano la turbolenza, eranoattivati con un raggio elettronico. L'or-ganizzazione e il funzionamento di cen-tinaia di migliaia di elementi a cristalloliquido, accoppiati con i relativi com-ponenti elettrici a stato solido, richiestiper un apparecchio televisivo piatto, re-stano ancora un difficile problema darisolvere.

Il costo di una soluzione soddisfa-cente è anch'esso un problema difficile.Queste e altre difficoltà devono essersuperate se si vogliono adoperare i di-spositivi a cristallo liquido per tutti que-gli usi a cui si dimostrano adatti. Unpunto è sinora chiaro: un nuovo tipodi dispositivo si è aggiunto ai tubi elet-tronici che generano luce e agli altridispositivi che fanno parte della tec-nologia a visore.

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