TU intern Februar 1999

TU intern - Februar 1999 - Wissenschaft

Molekulare Wendeltreppen

1968 entdeckten Wolfgang Helfrich und Martin Schadt, daß durch Anlegen einer elektrischen Spannung Flüssigkristallschichten von lichtdurchlässig nach dunkel schalten können. Dazu füllt man einen Flüssigkristall zwischen zwei nur wenige tausendstel Millimeter voneinander entfernte Glasplatten, die mit einem durchsichtigen und leitfähigen Material beschichtet sind. Die Glasplatten haben submikroskopisch kleine Kratzer, längs denen sich die Moleküle mit ihrer Längsachse ausrichten. Verdreht man die untere und die obere Glasplatte um 90° gegeneinander, so ist auch die Ausrichtung der Moleküle an beiden Platten gegeneinander verdreht. Die dazwischen liegenden Moleküle verdrehen sich jeweils ein wenig zueinander, wobei die Längsachse parallel zu den Glasplatten bleibt. Es entsteht sozusagen eine molekulare Wendeltreppe mit einer viertel Umdrehung. Fällt Licht auf die so angeordneten Moleküle, wird dessen Schwingungsebene ebenfalls um 90° gedreht. Versieht man dann die Glasplatten mit zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Polarisatoren (das sind Filter, die nur Licht einer Schwingungsebene passieren lassen), dann wird der Lichtschalter perfekt. Das Licht wird entlang der molekularen Wendeltreppe gedreht, kann deshalb den Polarisator passieren und die Flüssigkristallzelle erscheint hell. Sie wird jedoch dunkel, wenn an die leitfähig beschichteten Glasplatten eine Spannung angelegt wird. Dann nämlich richten sich die Moleküle mit ihrer Längsachse entlang dem elektrischen Feld und damit senkrecht zu den Glasplatten aus. Die Wendeltreppe ist verschwunden, die Schwingungsebene des Lichtes wird nicht mehr gedreht. Das Licht kann deshalb den zweiten Polarisator nicht mehr passieren und die Zelle erscheint dunkel. Durch entsprechend strukturierte Elektroden auf den Glasplatten lassen sich auf diese Weise dunkle Zahlen, Punkte oder Strichmännchen auf hellen Grund darstellen. Flüssigkristallanzeige oder LCD (Liquid Crystal Display) ist der Name für die nach diesem Prinzip arbeitenden Lichtschalter.

urs