نماتیک به هم تابیده توسط اسکات و (schadt) و هلفریچ (helfrich) کشف شد و اولین بار فرگاسون (fergason) در سال 1971، اولین گزارش کاربرد کریستال مایع را ارائه داد. در دستگاه قدیم، بلور مایع بین پلاریزه ها  که به طور الکتریکی کنترل می شده است، محدود بوده است.

فیلتر نوری چگونه عمل می کند؟

وقتی نور غیر قطبی از میان یک فیلتر پلاریزه عبور می کند، فقط نور در صفحه ی پلاریزه عبور می کند. دو فیلتر پلاریزه را در دو جهتی که می خواهیم نور داشته باشیم قرار می دهیم، شکل 1 این گفته را نشان می دهد.

برای مثال وقتی پلاریزرها طوری قرار بگیرند که صفحات پلاریزه ها عمود بر هم باشند، نور مسدود می شود (نور خروجی نداریم) شکل 1 قسمت A. وقتی دومین فیلتر ( آنالایزر نامیده می شود) موازی با اولی است همه نوری که توسط اولین فیلتر عبور کرده ، می گذرد. شکل 1 قسمت B

توضیح شکل: فیلتر های پلاریزه در یک محیط همسانگرد (مثلا هوا)، توان سیستم نوری به جهت های نسبی پلاریزر و آنالایزر بستگی دارد.

سلول های بلور مایع نماتیک به هم پیچ خورده

سلول نماتیک ساخته شده از:

1-  دو صفحه مسدود کننده ( معمولا از جنس شیشه) هر کدام با یک پوشش شفاف رسانا (مانند اکسید ایندیم) که به عنوان الکترود عمل می کند.

2-  فضاهایی برای کنترل دقیق بین دو صفحه

3-  دو پلاریزر عبور دهنده ( پلاریزر و آنالایزر)

4-  ماده بلور مایع نماتیک

برای آشنایی با پلاریزر و آنالایزر در یک بلور مایع شکل  2 را ببینید.

توضیح شکل : شکل هندسی دستگاه نماتیک دوقلو – پلاریزر و آنالایزر که خود را موازی با جهت صفحه شیشه ای مجاور مرتب کرده بودند، 90 درجه نسبت به هم چرخیده اند.

سطوح الکترودهای شفاف که با کریستال مایع در تماس اند با لایه نازکی از پلیمر پوشیده شده است که در یک جهت صیقل داده شده است. مولکول های بلور مایع تمایل دارند که خود را با جهت سطوح الکترود هم جهت کنند. صفحه شیشه ای قرار داده شده تا مولکول های مجاور الکترود بالا در یک زاویه مناسب تا الکترود پایینی هم جهت شود. شکل 1 قسمت A هر پلاریزر یک محور چرخش آسان دارد ( محوری که در آن جهت به راحتی می چرخد) که موازی با جهت الکترود صیقل داده شده است. بنابراین پلاریزر و آنالایزر هم جهت اند.

در غیاب میدان الکتریکی، جهت نماتیک 90 درجه در سلول پیچ می خورد (به همین دلیل است که به آن بلور مایع پیچ خورده می گویند) . نور غیر قطبی وارد اولین فیلتر پلاریزر می شود و نور قطبی از آن در همان صفحه به عنوان جهت مولکول های بلور مایع خارج می شود. مولکول های بلور مایع پیچ خورده در سلول به عنوان یک راهنمای موج نوری عمل می کنند و صفحه قطبش 90 درجه می چرخد، طوری که وقتی نور به دومین پلاریزر می رسد، بتواند از میان آن عبور کند. در این حالت می گویند سلول بلور مایع، شفاف است.

وقتی ولتاژ به الکترود ها اعمال شود، مولکول های بلور مایع تمایل دارند هم جهت میدان E قرار بگیرند (شکل 2 قسمت B) و خاصیت راهنمای موج نوری از بین می رود. در این حالت می گویند سلول تاریک است، درست شبیه زمانی که بلور مایع وجود نداشته باشد. (شکل 2 قسمت A). وقتی میدان الکتریکی E نباشد، مولکول ها دوباره به همان حال پیچ خورده بر می گردند و سلول ها دوباره شفاف می شوند.

برای برنامه های کاربردی مانند ساعت های دیجیتال و ماشین حساب ها، یک آینه زیر پلاریزر پایین قرار می گیرد، وقتی ولتاژی نداریم، نور محیط از میان سلول عبور می کند، توسط آینه منعکس می شود و به مسیر قبلیش باز می گردد. وقتی میدان داشته باشیم مولکول های بلور مایع همجهت شده با میدان، هیچ تاثیری از پلاریزر نور نمی گیرند.

آنالایزر از رسیدن نور به آینه جلوگیری می کند و هیچ نوری منعکس نخواهد شد که این باعث می شود سلول خاموش باشد. وقتی الکترودها در قالب اعداد و حروف شکل بگیرد با خاموش و روشن شدن آن می توان اعداد و حروف را نمایش داد.

مرکز یادگیری تبیان - تهیه و تنظیم: فاطمه گودرزی