Организация производства нанокапсулированных жидких кристаллов ЗАО ЮМИРС

Технология «электронных чернил» Ближашим аналогом НКЖК является технология «электронных чернил» («электронной бумаги») разработана в 1990-х годах Джозефом Якобсоном. Он же основал корпорацию Е-инк (E Ink), которая, совместно с Филипс Компонентс вывела эту технологию на рынок.

Продукты на основе «электронных чернил» 17 сент Plastic Logic открыла в Дрездене фабрику по производству до 11 млн дисплеев на основе «электронных чернил»

Достоинства/недостатки технологии «электронных чернил» Достоинства: Технологичность Низкая цена Низкое энергопотребление Гибкость Малый вес Прочность Недостатки: Низкое быстродействие Низкий контраст Работа только в отраженном свете

Нанокапсулированные ЖК Технологические основы процесса нанокапсулирования ЖК: Капсулированные полимером жидкие кристаллы (КПЖК). Основные работы велись в Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН и Институте физики им. Л.В.Киренского СО РАН. Технология нанокапсулирования. Основные работы велись в Московском Химико-Технологическом Институте им. Д.И. Менделеева.

Достоинства/недостатки КПЖК, цели технологии НКЖК Достоинства: Гибкость Малый вес Прочность Высокое быстродействие (до 1 мсек) Высокая прозрачность (до 70%) Недостатки: Нетехнологичность Высокое управляющее напряжение Цель разработки технологии НКЖК: Разработка промышленной (т.е. тиражируемой, дешевой и совместимой с имеющейся элементной базой) технологии внедрения ЖК в полимерные пленки.

Применение НКЖК Электрооптические затворы для 3D стереоочков ; Термохромные краски: для защиты ценных бумаг, рекламы, полиграфии, технической и медицинской диагностики; Замена электрофоретических «электронных чернил»; Жидкокристаллические индикаторы для экстремальных условий эксплуатации (перегрузки, температура, вес и т.п.).

Размер ЖК-ячейки: 58х34 ммКонтраст: 1:200 Время включения: 1 мсек Время выключения: 2.5 мсек Питание: 1 элемент типа CR2032Время непрерывной работы: 250 часов Совместимость: DLPLink, Nvidia, XPand, Samsung и др.Вес: 75 г Прототип 3D стереоочков для использования НКЖК (в настоящее время выпускаются с обычными ЖК-затворами под торговой маркой StereoPixel)

Приложения 3D стереоочков Кино/телевидение:

Приложения 3D стереоочков Компьютерные игры:

Приложения 3D стереоочков Наука, техника, медицина:

После оглушительного коммерческого успеха стереофильма «Avatar» Д.Кэмерона: свыше 2 млрд. долларов в мировом прокате, 100 миллионов – в российском, из них 80% дали 3D кинотеатры, стереоскопическая 3D (далее – 3D) визуализация признана одной из ключевых технологий на ближайшие годы в IT вообще, и 1 – в дисплейных и телекино технологиях ( Согласно изучающей рынок дисплеев компании DisplaySearch, сектор 3D вырастет с $640 млн в 2009 году до $40 млрд в 2018г., а количество продаж увеличится с 1 млн единиц в прошлом году до 260 млн в 2018г. : Обзор мирового рынка

Технология нанокапсулирования ЖК Для МК жидких кристаллов была разработана оригинальная технология т.н. «блок-полимеризации» [3], основанная на методе поликонденсации на границе раздела фаз в системе «масло в воде». Для получения полимочевинной оболочки используется полиэтиленполиамин (ПЭПА) в водной фазе и полиизоцианат (ПИЦ) в органической фазе. Реакция поликонденсации на границе раздела фаз протекает быстро и при комнатной температуре (20-25 о С) [1]. Данная технология обеспечивает возможность стабильного производство нанокапсул в диапазоне мкм, с толщиной оболочки – мкм соответственно. Еще одним достоинством данной технологии является эффект автостабилизации содержимого ядра, т.е. не требуются дополнительные стабилизирующие добавки в состав ЖК.

Физические свойства нанокапсулированных ЖК Исследование полученных образцов нанокапсулированного нематического ЖК включало определение геометрических характеристик нанокапсул и электрооптических характеристик тонкого слоя нанокапсул, нанесенного на подложку. Во всех тестах использовался хорошо исследованный нематический ЖК 5ЦБ (4-н-пентил-4'-цианобифенил), что позволяет провести сравнительный анализ полученных результатов. По изображению на верхнем кадре можно оценить размеры и форму нанокапсул. Нанокапсулы в своем большинстве сферические, наблюдаются несколько слипшихся нанокапсул. Изображение на нижнем кадре дает представление о размерах полостей.

Электрооптические свойства НКЖК Эксперименты по управлению оптическими свойствами капсулированного нематика проводились с ячейкой, заполненной концентрированной водной суспензией. Ячейка состояла из двух тонких стекол, одна сторона которых покрыта прозрачным электропроводным слоем, а вторая – поляризационной пленкой. Стекла располагались проводящим слоем друг к другу на расстоянии 0,01мм, поляризаторы имели ортогональную ориентацию. К электродам прикладывалось переменное напряжение различной амплитуды и частоты от 10 Гц до 10 МГц.

Электрооптические свойства НКЖК На рисунке показаны микрофотографии образца, полученные для частоты 10 Гц при двух значениях напряжения между электродами – 2 В и около 30 В (максимальное напряжение, при котором проводились наблюдения). Темные пятна на микрофотографии соответствуют областям, не содержащим нанокапсул (т.к. поляроиды ортогональны). Нанокапсулы на верхней фотографии прозрачны, т.к. свет, прошедший через заполненные нематиком полости приобретает, в общем случае, эллиптическую поляризацию. На нижней фотографии ЖК в нанокапсулах ориентирован управляющим напряжением и не изменяет поляризацию света, поэтому нанокапсулы непрозрачны.

Электрооптические свойства НКЖК На рисунках выше показаны графики распределения относительной прозрачности для приведенных выше фотографий для частот 10 Гц и 10 кГц. Расстояние в пикселях измеряется от верхнего края. Максимальные значения контрастности, зарегистрированные в этих измерениях, достигают 10 (например, для области вблизи 130 пикселя). Усредненные по полю зрения значения контрастности равны примерно 1:3 независимо от частоты.

Результаты На основе технологии НК получены дисперсные нанокапсулы, содержащие ЖК, размером от 1 до 100 мкм и толщиной оболочки от 0.1 до 10 мкм. Причем данная технология обеспечивает стабильность результатов на основе таких легко контролируемых параметров, как исходная концентрация веществ, скорость и время перемешивания, что подтверждается результатами.действующего опытного производства нанокапсулированных материалов. Внутри нанокапсулы не наблюдается какой-либо регулярной структуры. Это обстоятельство не способствует получению широкого динамического диапазона на данных образцах, но определяет направление дальнейших исследований: усовершенствование технологии изготовления нанокапсул и исследование механизмов взаимодействия материала оболочки, ЖК и дополнительных легирующих добавок. Максимальные значения контрастности, зарегистрированные в этих измерениях для отдельных нанокапсул, достигают 10, при усредненных по полю зрения значениях примерно 1:3. Низкие значения усредненной контрастности могут быть улучшены дальнейшим усовершенствованием технологии нанесения и упаковки нанокапсул в полимерной пленке. Изменение прозрачности происходит при подаче напряжения, сравнимом с чистыми НЖК, что является положительным качеством исследовавшихся образцов. Обычно в капсулах с твердой матрицей (КПЖК) пороговые напряжения повышаются, причем существенно.

Заключение Проведенная работа показала возможность создания электрооптических материалов на основе нанокапсулированных ЖК (НКЖК). По сути, технология нанокапсулирования обеспечивает переход от классических ЖКИ ( КПЖК ) к технологии электронных чернил (EInk) и позволяет объединить достоинства обеих технологий, а главное – использовать уже имеющийся совместный технологический задел, т.к. диапазон свойств НКЖК позволяет создать полные аналоги электрофоретических материалов, уже используемых в электронных чернилах. В настоящее время продолжается совершенствование технологии НК (ср. рис. с первыми и текущими образцами НКЖК), а также ведется поиск новых сфер применения НКЖК.

Список использованной литературыы 1. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. М., Жаркова Г.М., Сонин А.С. Жидкокристаллические композиты. "НАУКА" Новосибирск Серегин В.В., Усанкин А.А. Патент РФ на изобретение , г