Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ задачи создания новых материалов на основе упорядоченных супрамолекулярных структур 8
1.1. Объекты и методы проводимых исследований 8
1.2. Процедура получения тонких кристаллических пленок 14
1.3. Алгоритмическое, вычислительное и информационное обеспечение 17
Глава 2. Оптимизация кристаллической структуры поляризатора подбором смеси компонент 18
2.1. Математическое разделение перекрывающихся пиков в хроматографии 19
2.2. Статистическая обработка данных 27
2.3. Оптимизация состава органических красителей 44
2.4. Заключение 52
Глава 3. Оптимизация многослойных оптических кристаллических компонент 54
3.1. Базовые определения и соотношения 54
3.2. Оптимизация оптических систем при известных оптических параметрах материалов 81
3.3. Задача определения оптических параметров материала 100
3.4. Заключение 115
Глава 4. Единая информационная система производства анизотропных пленок 116
4.1. База данных Ink Technology 120
4.2. Система отчетов Lab Journals 131
4.3. Информационные системы eLibrary и Patents 135
4.4. Система отслеживания операций Tracking System 138
4.5. Служебная БД по пользователям системы Users 140
4.6. Интегрирование информации в единую систему и ее техническая реализация 143
4.7. Заключение 146
Заключение 147
Анализ разработанной информационной системы и программного обеспечения 147
Выводы 150
Литература 152
- Объекты и методы проводимых исследований
- Математическое разделение перекрывающихся пиков в хроматографии
- Базовые определения и соотношения
- База данных Ink Technology
Введение к работе
Развитие и совершенствование современных технологий требует создания новых материалов и получения на их основе оптических элементов с заданными свойствами. В частности, в конструкциях современных жидкокристаллических дисплеев (ЖКД) необходимым элементом является оптически анизотропная пленка (пленочный поляризатор), обладающая оптимальными для конкретного устройства оптическими характеристиками.
Традиционные поляризационные пленки, широко применяемые на рынке, были изобретены более 70 лет назад [1, 2]. Они производятся путем внедрения молекул йода или красителя в тянутый лист пластического материала. Такой способ производства остается сложным и дорогим. Дизайнеры жидкокристаллических дисплеев также столкнулись с проблемами стабильности к воздействиям окружающей среды, углов обзора и цветовой температуры. Термическая стабильность для йодных типов поляризаторов обычно ограничена максимальной температурой в 80 С. Традиционные поляризаторы работают в «обыкновенном» режиме (поляризаторы О-типа) и их характеристики страдают от утечки света, которая значительно уменьшает угол обзора [3, 4].
Новым классом материалов, используемых для получения оптически анизотропных пленок с высокими оптическими и эксплуатационными характеристиками, являются органические дихроичные красители. Пленку на основе подобных материалов формируют путем нанесения жидкокристаллического водного раствора красителя на поверхность подложки с последующим испарением воды. Для придания получаемой пленке анизотропных свойств поверхность подложки предварительно механически ориентируют, либо прикладывают к наносимому на подложку материалу (находящемуся в жидкокристаллическом состоянии) внешнее механическое, электромагнитное или другое ориентирующее воздействие.
Исследуемая новая наномолекулярная технология создания поляризаторов с супрамолекулярными Лиотропными Жидкими Кристаллами на основе этих материалов (ЛЖК) и Тонкими Кристаллическими Пленками (ТКП) преодолевает эти ограничения [5-9]. Эта технология обеспечивает контролируемую кристаллизацию субмикронных пленок из ЛЖК материалов на поверхности стекла или пластика и включает в себя три основных этапа. Во время первого этапа роста кристалла водорастворимые коньюгированные полиароматические соединения самоорганизуются в супрамолекулы в водном растворе и формируют ЛЖК. Соединения, используемые для создания кристаллических пленок, были выбраны из группы дихроичных хромониевых красителей [5,10], однако этой группой не ограничивается варианты выбора таких соединений. Рентгеновские исследования лиомезофаз показали, что супрамолекулы имеют палочкообразную структуру, в которой дискообразные молекулы красителя сложены «стопками» по отношению друг к другу, а лиофильные группы направлены наружу, в окружающую воду [11]. Во время второго этапа ЛЖК материал в виде влажной молекулярной пленки наносится непосредственно на пластиковую или стеклянную подложку. Приложение сдвигающей силы или ориентирующего поля во время нанесения предориентирует ЛЖК. И, наконец, во время последнего этапа испарение воды приводит к направленной кристаллизации твердой тонкой (180 нм - 1000 им) кристаллической пленки из предориентированной жидкой фазы [12]. Такая техника нанесения обеспечивает контроль направления кристаллографических осей ТКП, образующейся на подложке во время нанесения, сушки и кристаллизации. Пленка имеет моноклинную симметрию с относительно высокой концентрацией дефектов. Плоские молекулы ароматических органических красителей уложены в виде слоистой кристаллической структуры с плоскостью, ориентированной перпендикулярно поверхности подложки и направлению нанесения [12].
Свойства тонких пленок определяются как материалом, используемым в формирования ЛЛК, так и технологией нанесения. Таким образом, тонкие пленки, сформированные молекулами дихроичных красителей, показывают хорошую анизотропию индексов отражения и поглощения, что делает их уникальными. Различие между «обычным» и «необычным» направлениями в единицах измерения рефракционных индексов может достигать 0.8 для видимого спектра [13, 14]. Такие тонкие пленки являются поляризаторами Е-типа и уменьшают «утечку» света, что значительно увеличивает угол обзора [3, 4, 15].
Указанные свойства обуславливают повышенный интерес к лиотропным жидкокристаллическим системам. Ведется разработка как новых составов ЛЖК, так и новых методов формирования пленок на основе красителей путем усовершенствования условий нанесения. При разработке новых составов ЛЖК для получения пленок в известные уже красители могут быть введены модифицирующие, стабилизирующие, поверхностно-активные и другие добавки, что обеспечивает улучшение характеристик пленок.
Уникальные поляризационные свойства тонких пленок делают их весьма привлекательными для использования в технологии ЖКД как поляризаторов Е-типа [3, 4, 8, 9, 16] и ретардеров [17, 18], которые являются одними из важных элементов оптической системы в ЖКД. Такие ретардеры обладают возможностью контролирования анизотропией в обоих направлениях и высоким двулучепреломлением.
Новая технология производства тонких пленок является многообещающей, поскольку позволяет увеличить эффективность в 200-300 раз по сравнению с традиционным подходом. Она позволяет производить тонкие ретардеры, что уменьшает толщину ЖКД, а также предоставляет возможность разрабатывать новые дизайны ЖКД при управлении светом внутри ЖК ячейки и использовании пластика в производстве.
Однако высокотехнологичное производство требует решения ряда проблем, основные из которых приведены ниже.
Уменьшение «утечки» света и увеличение углов обзора.
Устранение неоднородности покрытия, которая увеличивается при увеличении площади поляризаторов и ретардеров.
Умение моделировать оптические системы (например, ЖКД) с целью получения оптимальных свойств материала и повышения поляризационной эффективности при создании многослойных структур.
В качестве материала для получения ТКП используется смесь нескольких красителей, поглощающих в разных областях спектра. При этом каждый из красителей представляет собой смесь нескольких изомеров, содержащих разное число функциональных заместителей. Таким образом, формирование сложной смеси также является задачей создания высокотехнологичного производства.
Современные методы научных исследований определяют необходимость применения математического моделирования и вычислительного эксперимента.
Такой подход позволяет повысить уровень теоретических исследований и дает возможность более тесно связать их с экспериментом.
Основными задачами алгоритмического и вычислительного обеспечения разработки новых материалов, которые рассматриваются в данной работе, являются: разработка алгоритмов и программы оптимизации состава сложной смеси органических красителей с целью повышения поляризационной эффективности тонких анизотропных пленок; разработка метода определения точного химического состава образцов на основании данных высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) для трудноанализируемых многокомпонентных смесей; разработка методики планирования эксперимента на основе статистических методов анализа; разработка метода оптического тестирования ретардеров, включающего определение рефракционных индексов тонких анизотропных пленок; моделирование и оптимизация сложных оптических систем (например, ЖКД) при известных оптических параметрах материала.
Создание высокотехнологичной системы производства предполагает использование информационных технологий, базирующихся на вычислительной технике, средствах и системах связи, а также автоматизированных базах данных (БД). Своевременная, всеобъемлющая, достоверная и легкодоступная информация, предоставляемая такими БД, является фундаментальной предпосылкой для успешного проведения научных исследовательских разработок.
Основная задача информационного обеспечения состоит в создании системы, которая позволяет эффективно использовать информацию, а также оперативно управлять процессом разработки. Изложенная в данной работе система основывается на пяти основных информационных базах данных:
БД производства чернил из органических красителей;
БД отчетов по анализу проведенных экспериментов;
БД аналитической информации, предшествующей планированию и проведению экспериментов;
БД различных справочных материалов;
БД отслеживания текущей работы по каждому из проектов.
Совокупность решений вышеперечисленных задач позволяет эффективно проводить научные исследования в области создания новых материалов для различных отраслей производства оптических компонент.
Объекты и методы проводимых исследований
Областью исследования в данной работе является производство новых материалов для современных ЖКД, а именно поляризаторов и компенсаторов, являющихся неотъемлемой частью ЖКД как компонентов, повышающих качество изображения и увеличивающих угол обзора. Создание новых материалов с уникальными свойствами на основе упорядоченных супрамолекулярных структур требует разработки специальных математических программ для описания оптических свойств и оптимизации составов многокомпонентных смесей. Для повышения эффективности научных исследований была разработана и внедрена Единая Информационная Система (с интегрированными математическими вычислительными модулями), позволяющая централизовано управлять корпоративной технической и административной информацией.
Объектами исследования являются тонкие кристаллические пленки, сформированные ориентированными органическими супрамолекулами на некотором субстрате и обладающие оптической анизотропией. Анизотропные свойства пленок проявляются при взаимодействии с электромагнитным излучением. Так, в результате анизотропии поглощения, проходящий через пленку свет становится поляризованным, а вследствие анизотропии коэффициентов преломления входящий и проходящий через пленку свет отличаются по фазе (наблюдается замедление фазы). Свойство анизотропного поглощения света используется при создании поляризаторов, а свойство анизотропного преломления - при создании фазозадерживающих пластинок (ретардеров).
В настоящее время в качестве поляризаторов широко используются полимерные пленки, в которые внедрены ориентированные дихроичные элементы, поглощающие свет в видимой области спектра (кристаллы йода или молекулы красителей). Ориентация дихроичных элементов происходит при растягивании пленки и совпадает с направлением действия силы (рис. 1.1); Недостатком такого типа поляризаторов которые относится к О-типу (от слова ordinary - обычный), является их неоднородность, которая увеличивается при увеличении площади поляризатора, а это препятствует их использованию в больших современных дисплеях.
Тянутые полимерные пленки, прозрачные в видимой области спектра используются также в качестве ретардеров. При растягивании таких прозрачных пленок достигается очень слабая анизотропия коэффициентов преломления. Недостатком таких ретардеров также является их неоднородность, которая возрастает при увеличении площади пленки и необходимость использования нескольких слоев пленки для получения нужной фазовой задержки.
Материалами нового поколения для создания поляризаторов и ретардеров являются тонкие кристаллические пленки, построенные на субстратах из ориентированных органических полициклических молекул.
Для получения тонких кристаллических анизотропных пленок (толщиной 100-900 нм) используется метод каскадной кристаллизации. Этот процесс включает несколько этапов упорядочения молекул, предварительно модифицированных специальным образом. Химическое модифицирование заключается во введении гидрофильных групп на периферию плоских полициклических молекул, с целью придания им амфифильных свойств. Амфифильные молекулы объединяются в стержнеобразные супрамолекулы в результате л-я взаимодействия плоских сопряженных систем и специфического взаимодействия периферических гидрофильных групп, что является первой ступенью процесса упорядочения молекул. При определенной концентрации супрамолекулы переходят в жидкокристллическое состояние, образуя лиотропныи жидкий кристалл. Такой кристалл наносится на субстрат при действии ориентирующей силы, представляющей собой общее ориентирование поликристаллических структур на поверхности субстрата. Последний этап - сушка и кристаллизация, в результате которой упорядоченный лиотропныи жидкий кристалл превращается в твердую кристаллическую пленку на поверхности субстрата. В процессе каскадной кристаллизации образуется оптически анизотропная пленка, которая сформирована стержнеобразными супрамолекулами, ориентированными вдоль оси нанесения ЛЖК на субстрат [1-20]; при этом отдельные молекулы ориентированы перпендикулярно нанесению (рис. 1.2). Такой тип выходящий свет поляризаторов относится к Е-типу (от слова extraordinary - необычный), входящий свет
Метод получения тонких анизотропных кристаллических пленок является простым, экономичным и обеспечивает высокую степень анизотропии и упорядоченности в пленках. Чем выше степень ориентации молекул, тем лучше оптические характеристики материала.
В качестве оптической характеристики поляризатора чаще всего используют контрастное отношение, т.е. отношение пропускания двух параллельно расположенных поляризаторов к пропусканию этих же поляризаторов, расположенных перпендикулярно друг другу:
Наличие областей разориентации в поляризаторе приводит к уменьшению контрастного отношения (рис. 1.3). Разориентация может возникать как следствие внешних причин (механические примеси, условия сушки и т.д. - рис.3), или в результате структурных особенностей пленки, обусловленных специфическими взаимодействиями молекул (рис. 1.4). а) схематичное изображение дефектов в пленке б) вид дефекта в пленке в поляризационном микроскопе (увеличение х40) Огромную роль в получении качественных пленок играет структура стэка (характер упаковки молекул) и способность всех компонентов смеси участвовать в образовании устойчивых супрамолкулярных структур - стэков. При этом, как показывает практика, способность молекул к совместному стэкингу может изменяться даже в пределах одной базовой химической структуры в зависимости от изомерного состава и от числа и положения заместителей. а) пленка с доменной структурой (ориентированные области расположены под углом друг к другу) б) пленка с "облачной" структурой (характерна глобальная ориентация молекул)
Одним из необходимых свойств поляризатора является равномерное поглощение света во всей видимой области, чтобы не создавать дополнительных искажений цвета на дисплее. В качестве материала для получения таких равномерно поглощающих "серых" тонких кристаллических пленок используется смесь нескольких красителей, поглощающих свет в разных областях спектра. Соотношение цветных компонентов должно обеспечивать "плоскую" суммарную кривую поглощения. При этом, как правило, каждый из красителей представляет собой смесь нескольких изомеров или гомологов, содержащих разное число функциональных заместителей. Таким образом, материалы для поляризаторов представляют собой очень сложные смеси (не менее 10 соединений). В случае необходимости могут быть получены индивидуальные красители для многоцветных композиций, но это связано со значительным возрастанием цены и может быть оправдано лишь в исключительных случаях. Другим подходом является оптимизация изомерного и гомологического состава смеси, которая вдвое позволяет повысить эффективность поляризаторов.
Математическое разделение перекрывающихся пиков в хроматографии
Дихроичные (анизотропные) красители, которые являются основой, наносимой на пленку, для производства пасты, представляют собой сложную многокомпонентную систему и используются в виде сульфопроизводных. При этом, бордо и фиолетовый красители используются в виде дисульфопроизводных, а синий краситель представляет собой сложную смесь изомерных моно-, ди-, три- и тетрасульфопроизводных, а также моно-, ди- и трисульфохлорпроизводных. При этом очень важно с достаточной точностью знать процентное соотношение компонентов в такой системе. Для этого применяется хроматографический анализ - один из методов аналитической химии [30].
Основная идея метода состоит в разделении веществ по мере их прохождения через слой специального сорбента - материала, способного обратимо связывать компоненты смеси. Такой сорбент (силикагель, пористое стекло и т.д.) может быть помещен в колонку, представляющую собой калиброванную трубку (колоночная хроматография) или тонким слоем располагаться на специальной пластинке (тонкослойная хроматография). Компоненты смеси, связывающиеся сильнее, задерживаются и появляются на выходе колонки позже компонентов, связывающихся слабее.
В идеальном случае каждое вещество в результате разделения смеси выходит отдельно и, соответственно, отображается в виде отдельного пика. Но в реальных условиях разделение компонентов является далеко не полным, а хроматограмма (рис. 2.1) представляет собой сумму пиков, большая часть которых накладываются друг на друга, что значительно затрудняет количественный анализ смеси. Улучшение разделения достигается либо применением новых более совершенных сорбентов, либо с помощью математических расчетных методов, в основе которых лежит предположение о том, что форма пика индивидуального вещества может быть описана аналитически, например, с помощью функции Гаусса. Зная вид такой функции, можно определить отдельные пики на хроматограмме.
Аналитический анализ проводился при помощи жидкостных хроматографов моделей HP 1050 и HP 1100. Программное обеспечение, поставляемое вместе с данными установками, не позволяет провести разделение пиков с необходимой точностью по причине большого количества компонент смеси (в фиолетовом красителе до 50) и сложностью аналитического разделения перекрывающихся пиков.
Для решения задачи разделения пиков была разработана программа Spectrum Analysis, которая позволяет обрабатывать и анализировать экспериментальные данные с целью математического описания сигналов (спектров) для повышения разрешающей способности аналитических методов с помощью математического разделения перекрывающихся пиков.
При аналитическом описании спектра необходимо учитывать, что аппроксимирующие функции должны быть просты и универсальны при видоизменении формы сигнала в широких пределах, а также иметь такую точность при описании реального сигнала, которая удовлетворит решению поставленной задачи. Существенную роль при аппроксимации спектра играет выбор базовой линии, которая может иметь различную форму в зависимости от типа красителя и условий проведения анализа. Вид базовой линии спектра зависит от многих параметров, среди которых наиболее существенными являются невосполнимая потеря энергии процессов и рядом расположенные пики. Рациональная аппроксимация необходима для качественного и количественного анализа данных, особенно если несколько компонентов пересекаются в одном спектре. Выбор адекватной модели базовой линии определяется физическими или химическими условиями проводимых измерений и влиянием базовой линии на полученную информацию. Вычитание базовой линии перед проводимым итерационным процессом или вычислением площадей пиков может дать приемлемую аппроксимацию в большинстве случаев.
При решении задачи аппроксимации пиков функциями Гаусса использовался алгоритм одного из методов точных штрафных функций - метода Флетчера [31]. В методах обычных штрафных функций решение задачи определяется как последовательность решений подзадач безусловной минимизации. Поэтому решение задачи аппроксимации желательно проводить через построение некоей точной штрафной функции р{х) с локальным безусловным минимумом в точке х , что позволит решать задачу минимизации лишь один раз. При этом необходимо, чтобы функция р(х) была гладкой в окрестности точки х , а матрица vV( ) была положительно определенной. В этом случае значение х можно найти посредством однократной безусловной минимизации функции р(х) при помощи одного из стандартных методов поиска минимума без ограничений.
Матрица PW P положительно полуопределена, т.к. х удовлетворяет достаточным условиям оптимальности второго порядка для исходной задачи, но не известно какими будут знаки собственных значений матрицы PW P. Функция (2.10) может иметь отрицательную кривизну только вдоль оси направлений, не ортогональных нормалям ограничений, что следует из (2.11) и определения матрицы р. Поэтому, если добавить к функции ср{х) квадратичный штраф вида c(x)TQc(x), где Q -положительно определенная матрица, можно построить новую функцию (р,
Для построения эффективной процедуры минимизации р(х) достаточно наличия производных от F(X) И С(Х) до второго порядка включительно, что видно из (2.13). Поэтому для ХФХ правая часть (2.13) дает такую матрицу г(х), что r(x)- v (x ) при х- х и, следовательно, процедура ньютоновского типа с матрицей г(х) в качестве оценки v2 р(х) будет обладать квадратичной скоростью сходимости.
Программа, позволяющая решать задачи такого рода, была реализована на языке программирования Borland Delphi 7.0 и имеет интерактивный интерфейс (рис. 2.2), что придает гибкость управлению проводимым анализом, т.к. пользователь может выбирать диапазон аппроксимации для конкретного пика, объединять набор гауссианов в одну кривую, выбирать тип оптимизационного метода (точный, симплекс или смешанный методы) в любой момент выполнения процедуры оптимизации, редактировать исходные данные непосредственно на графике (например, явно ошибочные) и т.п.
Базовые определения и соотношения
Для описания, анализа и оптимизации различных оптических систем приведем базовые понятия и соотношения, лежащие в основе рассматриваемых математических моделей. Поляризация света. Свет может быть представлен в виде совокупности гармонических электромагнитных волн, каждая составляющая которой является плоской монохроматической волной и в общем случае может быть описана векторами электрического и магнитного полей. (г,0 = (г)ехр(/й /), #(г,/) = #(г)ехр(м»0, (3.1) где г - радиус-вектор точки в пространстве, а - частота колебаний, / - время. В дальнейшем будем рассматривать только электрическую составляющую E(r,t).
Естественный свет состоит из множества волн, колеблющихся с различной частотой, с различной амплитудой и поляризованных относительно друг друга в различных направлениях. Распределение вектора Е по углам симметрично относительно направления распространения волны.
Частично поляризованный свет похож на естественный, но распределение вектора Е по углам несимметрично. Частично поляризованный свет характеризуется такой величиной, как степень поляризации - отношением тах к Emm (для естественного света степень поляризации равна единице).
Под линейно поляризованным светом понимают свет, у которого все волны имеют строго определенную ориентацию вектора Е. Строго говоря, линейно поляризованного света в природе не существует. Говоря о линейно поляризованном свете, в действительности имеют в виду частично поляризованный свет с высокой степенью поляризации.
Используя понятие степени поляризации, можно определить следующие явления: поляризация света - взаимодействие света с веществом, при котором степень поляризации увеличивается; деполяризация света - взаимодействие света с веществом, при котором степень поляризации уменьшается. При взаимодействии с веществом (прохождении, отражении, преломлении, поглощении) свет может поляризоваться, деполяризоваться и не менять степени поляризации.
Вектор Стокса, сфера Пуанкаре и основные характеристики поляризации Состояние поляризации электромагнитной волны удобно представлять с помощью вектора Стокса (существуют и другие способы описания поляризации, например, [41]). Компоненты вектора Стокса содержат информацию об интенсивности света, степени его поляризации и сдвиге фаз между sup компонентами.
Выбор вектора Стокса в качестве характеристики поляризации света определяется удобством его использования в расчетах в случае суперпозиции нескольких волн. Применение эффективной методики с использованием матриц Мюллера для расчета прохождения света через деполяризующие оптические системы также основано на применении векторов Стокса [41,43].
Матрица Мюллера. Матрица Мюллера применяется для аналитического описания действия оптических элементов на поляризованные пучки света. Это квадратная матрица (линейный оператор) с действительными коэффициентами, описывающая изменение вектора Стокса при прохождении света через оптические элементы. В отличие от метода, использующего матрицы Джонса и применимого только для описания прохождения света через недеполяризующие оптические элементы, метод Мюллера может использоваться и для описания деполяризующих систем. Это возможно благодаря тому, что метод Мюллера описывает связь между усредненными по времени интенсивностями различных поляризационных компонент падающего и преобразованного пучков света, а не между амплитудами и фазами колебаний.
В случае оптической системы, состоящей из нескольких компонент, матрица Мюллера всей системы представляет собой произведение матриц отдельных составляющих с учетом порядка оптических элементов. Матрицы элементов, последовательно проходимых пучком, располагаются справа налево. saf,er = мкмкл..мгмх sbefore
Вычисление элементов матрицы Мюллера оптической системы можно выполнить на основе измерений векторов Стокса. Задача восстановления оператора (матрицы Мюллера) по измеренным входным и выходным векторам Стокса оптической системы является некорректно поставленной. Для ее правильного решения требуются не только аккуратно проводимые измерения, но и применение специального математического аппарата для обработки этих измерений - численных методов решения некорректных задач [44].
Уравнения Максвелла и тензор диэлектрической проницаемости. Прохождение электромагнитной волны через материал в общем случае описывается уравнениями Максвелла [45]: rotE = -B, rotH = -D+J, divD = p, divB = 0, (3.5) где D = E - электрическая индукция, В = //Н- магнитная индукция, є - тензор диэлектрической проницаемости, // - тензор магнитной проницаемости, J поверхностная плотность тока, р - объемная плотность заряда. [О О єс\ Здесь єА,єв,єс — главные значения тензора диэлектрической проницаемости, которые в общем случае являются комплексными величинами „=„+ te g (а = А,В,С). На рис. 3.5 показан общий случай пространственной ориентации диэлектрического эллипсоида материала, определяемого тензором диэлектрической проницаемости (3.6). Буквой а обозначен угол падения света, отсчитываемый от оси OZn, OXnZn - плоскость падения света. в - угол нутации; у/ - угол прецессии; (р - угол вращения Заметим, что в качестве параметров, характеризующих свойства материала, часто используют значения комплексных рефракционных индексов па, которые связаны с диэлектрической проницаемостью соотношением еа =п\. «Ocos or, При больших толщинах подложки d2 для приведения значений спектра в соответствие с реальными измерениями здесь также следует применить методику усреднения. Основные оптические элементы Поляризаторы. Поляризатор является элементом, пропускающим только одно состояние поляризации. Поляризаторы бывают линейными, круговыми, эллиптическими в зависимости от состояния света, который они пропускают. Линейные поляризаторы используются наиболее часто и характеризуются осью пропускания. После прохождения естественного (неполяризованного) света через такой поляризатор он становится линейно поляризованным. Для линейно поляризованного света, падающего на линейный поляризатор, интенсивность прошедшего света определяется законом Малюса T = I0 cos2 9, (3.8) где в - угол между азимутом текущей поляризации и направлением оси пропускания. Как уже отмечалось, линейно поляризованный свет получают из естественного света с помощью поляризатора. Поставим на выходе первого поляризатора второй (анализатор), с осью пропускания под углом в к оси первого.
Поляризаторы обыкновенного типа (ordinary), которые имеют одну поглощающую ось, лежащую в плоскости пленки, и две пропускающие оси, одна из которых лежит в плоскости пленки, а другая перпендикулярна ей.
Поляризаторы необыкновенного типа (extraordinary), имеющие две поглощающих оси, одна из которых лежит в плоскости пленки, а другая перпендикулярна ей, и одну пропускающую ось, лежащую в плоскости пленки.
В дальнейшем при расчетах будут рассматриваться только однородные пленочные поляризаторы со взаимно ортогональными направлениями пропускания (ordinary) и поглощения (extraordinary).
Контраст, эффективность и дихроичное отношение В производстве ЖКД контраст дисплея обычно определяется параметром контрастного отношения и является отношением максимальной яркости экрана к минимальной. Для высококонтрастных мониторов данный параметр имеет значение 400:1 и выше.
База данных Ink Technology
Экспериментальные исследования, проводимые в целях получения и тестирования образцов анизотропных пленок (поляризаторов), потребовали создания БД, которая позволила бы хранить результаты экспериментов, а также проводить поиски и обрабатывать необходимую информацию. При этом необходимо учитывать, что структура такой системы сбора и хранения информации должна быть достаточно «гибкой» и легко видоизменяемой, т.е. необходимо предусматривать возможные изменения, возникающие в ходе проведения научно-исследовательской работы.
На этапе получения водного раствора материала, исходного для производства чернил, проводится несколько операций: подготовка и очистка исходных веществ, синтез (сульфирование, нитрование, конденсирование и т.п.) и очистка водного раствора (микро- и ультра- фильтрация). После каждой из этих операций возможно проведение хроматографического анализа средствами колоночной или тонкослойной хроматографии. Результаты проведенных экспериментов заносятся пользователями различных лабораторий в БД. В связи с этим БД Ink Technology имеет клиент-серверную архитектуру, где в качестве СУБД используется MS SQL Server 2000, а клиентские части программы реализованы на MS Visual C++ [69].
После анализа всей информации, получаемой в ходе эксперимента, была спроектирована и реализована БД, ER-диаграмма которой представлена на рис. 4.3а-4.36. Все отношения между таблицами были нормализованы, что позволило сократить дублирование данных. В качестве примера можно привести таблицы ClassifierCompound и AbsorptionSolutionSpectrData. Таблица ClassifierCompound содержит такую информацию о соединении, как структурная формула, брутто формула, молекулярный вес и т.п. В то же время, важной характеристикой является спектр соединения. Эти данные структурно представляют собой таблицу с двумя столбцами: длиной волны и значением спектра на данной длине волны. Разделение данных о материале на две таблицы исключает дублирование данных в таблице AbsorptionSolutionSpectrData. По аналогии были нормализованы все остальные таблицы, представленные на ER-диаграмме.
Ядром данной БД является таблица Synthesis, поскольку ее структуру необходимо было сделать наиболее гибкой. Это обусловлено тем, что процесс синтеза от эксперимента к эксперименту может существенно меняться и данные, соответственно, плохо структурируются. Гибкости структуры удалось добиться за счет выделения общих основных параметров, по которым могут проводиться различные поиски и групповые обработки данных, а также разбиение процесса синтеза на стадии, не зависящие от типов реакций.
Безопасность БД от несанкционированного доступа обеспечивается за счет системы Хранимых процедур (доступ к таблицам напрямую запрещен для пользователя) и различными уровнями доступа для каждого сотрудника компании.
Исходя из того, что в данном технологическом процессе задействовано достаточно большое количество людей, то клиент БД организационно поделен на части в соответствии с профилем каждой лаборатории: лаборатория синтеза, аналитическая лаборатория, лаборатория тестирования и т.д. Кроме того, максимально автоматизирована запись информации в БД с установок, используемых в работе (различные типы хроматографов, спектрометров и другое оборудование) в целях сокращения ввода ошибочных данных при ручном наборе.
Клиент Compound Classifier (рис. 4.4) предназначен для учета соединений, получаемых в ходе проведения экспериментальной работы. Используя данный клиент, пользователь может посмотреть историю получения соединения и подготовить отчет (MS Word) для группы соединений с детальной информацией по каждому из них.
Пользователям химических лабораторий приходится работать с множеством соединений, получаемых от третьих фирм-производителей, таких как Merck и др. При этом необходимо учитывать, что одно и то же соединение, полученное от разных поставщиков, может обладать различными характеристиками. Это связано с разными процедурами производства и финальной очистки соединений на заводах. Клиент Reagent Classifier (рис. 4.5) служит для идентификации исходных соединений различных поставщиков и их учета в исследовательском процессе.
Информация, записанная средствами данного клиента, доступна в клиентах других химических лабораторий и однозначно определяет исходные компоненты при проведении реакций синтеза.
Пользователи химических лабораторий, связанные с синтезом новых соединений, а также масштабирования новых соединений для производства, используют в своей работе клиент Solution (рис. 4.6). Данный клиент разработан таким образом, что позволяет записывать информацию о проведении эксперимента в БД подобно информации обычно заносимой в лабораторный журнал. В клиенте предусмотрены функции считывания и просмотра различных графических изображений (схем синтеза, хроматограмм, микрофотографий и т.п.). Для оптимальной, с точки зрения быстродействия, реализации этих функций в БД были созданы временные таблицы, к которым пользователь имеет доступ на непосредственные чтение/запись (не через хранимые процедуры).
Табличные и графические данные, получаемые в ходе анализа с хроматографических установок, автоматически импортируются в БД Ink Technology. В клиенте также реализованы функции быстрого поиска образцов и автоматической генерации отчетов. Кроме того, пользователь всегда может просмотреть историю получения исследуемого образца, запросив информацию, занесенную ранее другим сотрудником средствами клиента Solution.
