CC BY
8
УДК: 535.8
Соломатин А.С., Панкрушина А.В, Царева Е.В, Мащенко В.И., Ермакова М.В.
ПРОЕКТОР С ФИКСИРОВАННЫМИ СЕКТОРАМИ ПРОЕЦИРОВАНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ УПОРЯДОЧЕННЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ МИКРОСТРУКТУР 4-ЦИАНО-4-ОКТИЛОКСИДИФЕНИЛА В БОРОСИЛОКСАНОВЫХ ГЕЛЯХ
Соломатин Алексей Сергеевич, д.т.н., профессор,е-таП: Sotrudnica_UNC@mail.ru
Панкрушина Алла Вадимовна, к.т.н., доцент
Царева Елена Владимировна, к.т.н., доцент
Кафедра Информатики и Компьютерного Проектирования
Российский Химико-Технологический Университет им.Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д.20
Мащенко Владимир Игоревич, к.х.н., с.н.с учебно-научной лаборатории теоретической и прикладной нанотехнологии Московский государственный областной университет (МГОУ) 141014, Московская область, г.Мытищи, ул. Веры Волошиной, д. 24.
Ермакова Мария Вадимовна магистрант факультета Инженерная Академия Российского Университета Дружбы Народов
В работе изложены новые принципы большогопроекционного коллективного экранаи конструктивные решения, которые позволят проецировать на фиксированные секторы экрана индивидуально различный видеоряд. Зрители задают геометрические параметры секторов проецирования. Разработан основной элемент проектора- пиксель, изполученных в результате поликонденсации полидиметилсилоксана с концевыми гидроксильными группами с борной кислотой при комнатной температуре жидкокристаллических композитовна основе 4-циано-4-октилоксидифенила и боросилоксановых гелей.
Ключевые слова: оптическая анизотропия, проектор, боросилоксановые гели, жидкокристаллические композиты.
PROJECTOR WITH FIXED SECTORS FOR PROJECTING INDIVIDUAL IMAGES BASED ON ORDERED CRYSTAL MICROSTRUCTURES OF 4-CYANO-4-OCTYLOXYDIPHENYL IN BOROSILOXANE GELS
Solomatin A.S., Pankrushina A.V., Tsareva Е.У., Mashchenko V.I.*, Ermakova M.V.* Department of Computer Science and Computer Engineering D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia *Moscow Region State University, 24 Very Voloshinoy str., 141014, Mytishi, Russia
The paper presents new principles of large projection collective screen and design solutions that will allow you to project a different video sequence individually on fixed sectors of the screen. Viewers set the geometric parameters of the projection sectors. The main element of the projector, the pixel, was developed from liquid crystal composites based on 4-cyano-4-octyloxydiphenyl and borosiloxane gels obtained as a result of polycondensation of polydimethylsiloxane with terminal hydroxyl groups with boric acid at room temperature.
Keywords: optical anisotropy, projector, borosiloxane gels, liquid crystal composites.
Введение
Актуален проектор, показывающийгруппам пользователей различныйпроецируемый видеоряд (вследствие разницы их интересов и выполняемой деятельности) в различных фиксированных секторах проекционного экрана. Нематические жидкие кристаллы (ЖК) [1] широко применяются вэлектронных устройствах, оптические свойства которых управляются электрическим полем с низким энергопотреблением. Новое решение этой задачи предложено в данной работе, являющейся продолжением [2-5].
Получение ЖК-композита
С использованием основанной на эффекте образования Рэлеевских мостов жидкости оригинальной методики[4-6] получены ЖК-композиты на основе специально сформированных одноосно вытянутых боросилоксановых гелей.
В данной работе использован
полидиметилсилоксан с концевыми гидроксильными группами, представляющий собой вязкую прозрачную жидкость и мелкодисперсная порошкообразная борная кислота. Следует отметить, что БС обычно получают нагреванием полиорганосилоксанов с кислородными
соединениями бора, такими как БК, бура и др., в то время как БС-гели можно получить при комнатной температуре из ПДМС и БК. Через сутки после смешения данных соединений, вязкость смеси возрастала на несколько порядков от ~ 3000 до 550000 мПа*с.
Предполагается, что такое возрастание вязкости обусловлено протеканием обратимой реакции поликонденсации с формированием водородных связей между гидроксильными группами ПДМС и БК. Таким образом, введение БК в ПДМС придает
системе выраженные вязко-упругие свойства, характерные для неньютоновских жидкостей.
Раствор борной кислоты в силиконовом масле готовился следующим образом: отмеренные на весах силиконовое масло и сухой порошок борной кислоты в массовом соотношении 20:1 механически смешивалась. Получилась мутноватая эмульсия с концентрацией раствора 4,75%.Боросилоксановый гель (БС-гель) синтезировали механическим перемешиванием в стеклянном стакане полидиметилсилоксана с концевыми
гидроксильными группами (ПДМС), марки СКТН А (молекулярная масса ~ 20 000 г/моль) с измельченной борной кислотой (БК), марки ХЧ, взятой в количестве 2 мас. %.
Введение ЖК 4-циано-4-октилоксидифенил (8ОСВ) в БС-гель осуществляли путем механического перемешивания при комнатной температуре. ЖК вводили в БС в состоянии мезофазы в концентрации 5 мас. %. Из полученных ЖК-композитов формировали образцы в виде пленок.
Смешение ЖК с БС-гелем незначительно влияет на температуры и характер фазовых переходов ЖК, что было показано методом дифференциальной сканирующей калориметрии.
Процесс получения БС-геля охарактеризован с помощью ротационной вискозиметрии на вискозиметре Viscotester Е («^егто8с1епйАс», Германия) при комнатной температуре. Для этого сразу после перемешивания ПДМС с БК в образец в химическом стакане помещали шпиндель ротационного вискозиметра и измеряли вязкость в зависимости от времени. По мере увеличения вязкости производили замену шпинделей от L2 до L4, что позволило производить измерения в диапазоне от 1,5102 до 6106мПас.
Как и в предыдущей работе [5], вытяжка композитов выше температуры плавления ЖК приводит к получению микроцилиндрических структур, которые постепенно дробятся на капли.Полученный БС-гель и ЖК-композиты на его основе при одноосном растяжении ведут себя подобно полимерной пленке. Свойства текучести, характерные для вязких жидкостей, композит проявляет после снятия внешнего растягивающего напряжения.
ЖК проектор с индивидуальным видеорядом
Основные принципы предлагаемого ЖК проектора. В каждом фиксированном секторе (характеризуется диапазоном углов по вертикали и горизонтали), как показано на рис.1а, проецируется его индивидуальный видеоряд. Можно проектировать соответствующие проекционные поверхности (в том числе дискретно расположенные)
для помещений заранее заданной геометрии. Области, в которых проецируются различные видеоряды, не перекрываются между собой.
Пиксель для предлагаемого проектора изображен на рис.1б. В составе пикселя: ЖК ячейка-регулятор интенсивности пропускания света; световой поток после регулятора интенсивности проходит линзу ЖК [7] с ЖК-композитом. ЖК линза (рис. 1б) обеспечивает распределение узкого (близкого к коллимированному) светового потока в заданном диапазоне углов, соответствующем угловой величине пикселя проецируемого изображения (угловой диапазон поделить на число пикселей в строку или столбец).
Также возможен переход между режимами с различной геометрией областей (фиксированных секторов). Если же из режима с фиксированными секторами проецирования перейти к обычному режиму проецирования, то тогда количество пикселей изображения определяется суммарным количеством всех пикселей проектора, то есть разрешающая способность изображения очень большая. В таком режиме проектор обеспечивает проеционный коллективный экран с повышенной в несколько раз (по числу строк и столбцов) разрешающей способностью.
Для формирования линз
ЖКперспективносоздание микроструктур ЖК-1282 в боросилоксановых (БС)[4-6] матрицах с получением микрокапель и микроцилиндров различной геометрии. Структуры из ориентированных кристаллитов переходят в ЖК-фазу при нагревании композитов выше температуры плавления 8ОЦБ и могут быть приложением электрического поля, пространственно распределенного по некоторому заранее заданному правилу, переориентированы [7].
Необходимонагретый (выше 55°С) ЖК в матрицахсначала сориентировать, а затем зафиксировать (обеспечить охлаждение, возможно, внешней средой при достаточном теплообмене) ориентированное состояние при помощи кристаллизации ЖК. Нагрев ЖК-композита выше 55°С для перехода между режимами требует включения соответствующих средств в конструкцию дисплея.
К кристаллизации ЖК и к долговременному фиксированию полученных микроструктур приводит резкоеохлаждение ниже температуры плавления ориентированных ЖК-композитов 4-циано-4-октилоксидифенил (8ОЦБ) на основе БС-геля. Могут быть получены, в зависимости от температурных режимов ориентирования и термофиксации композитов, различные
микроструктуры (с размерами от долей до десятков микрон) ЖК-фазы в БС-матрицах.
Рис. 1. а - 1 проектор; 2 экран - фиксированный сектор проецирования; 3 край углового диапазона проецирования в
фиксированном секторе; 0 угловой диапазон проецирования б - Управляемый элемент (пиксель). В его состав входит: 1 источник света; 2 луч света; 3 регулятор интенсивности пропускания света - ячейка с нематическим жидким кристаллом; 4 линза ЖК, задающая угловой диапазон для выходящего света; 5 край углового диапазона; 01угол, характеризующий угловой диапазон вышедших световых лучей.
Выводы
Разработана основанная наориентированных ЖК-композитах4-циано-4-октилоксидифенил (8ОЦБ) на основе БС-геля конструкция основного элемента проектора - пикселя, позволяющая управлять распределением светового потока в двух режимах:
• по фиксированным секторам, что позволяет зрителям просматривать одновременно различный видеоряд;
• в режиме коллективного проекционного экрана очень высокой разрешающей способности.
Это позволяет одним таким экраном заменить несколько экранов коллективного пользования. Он может применяться как для ограниченного числа пользователей, так ив больших помещениях (кинотеатрах) и обслуживать большое число пользователей с индивидуальным для каждой группы видеорядом, а также в диспетчерских помещениях на производствах.
Список литературы
1. Пикин С.А., Блинов Л.М. Жидкие кристаллы. -М.: Наука, 1982. - 208 с.
2. Соломатин А.С., Беляев В.В. Дисплей с многопользовательским направленным распределением визуальной информации и проектор с управляемым распределением луча света на основе жидких кристаллов с неоднородным распределением директора // Вестник МГОУ. - 2018. - №1. - С. 4762.
3. Соломатин А.С. Дисплей с многопользовательским индивидуально-различным отображением. Управляемое распределение проецируемого светового потока проектором на основе жидких кристаллов // Вестник МГОУ. - 2018.
- №2. - С. 34-44.
4. Соломатин А.С. Особенности формирования микроструктуры и оптические свойства жидкокристаллических композитных твист-ячеек /
A.С. Соломатин, В.И. Мащенко, Ю.О. Шашкова,
B.В. Беляев // Вестник Московского Государственного областного университета. Серия: Физика-Математика. - 2017. - №2. - С.53 - 63. Б01: 10.183 84/2310-7251 -2017-2-53-63
5. Мащенко В.И. Особенности формирования микроструктуры жидкокристаллических композитов на основе боросилоксана / В.И. Мащенко, Ю.О. Шашкова, А.С. Соломатин, В.В. Беляев // Вестник Московского Государственного областного университета. Серия: Физика-Математика. - 2017. -№2. - С.34 - 45.
6.Беляев В.В., Мащенко В.И., Соломатин А.С., Чаусов Д.Н. Способ получения смеси жидкого кристалла с полимером для дисплейной техники и оптоэлектроники // Патент России №0002607454. 2016.
7. Невская Г.Е. Адаптивные линзы на основе жидких кристаллов. / Г.Е. Невская, М.Г. Томилин // Оптический журнал. - 2008. - Т.75. - №9. - С.35-48.
