Оптические и диэлектрические свойства негеликоидальных сегнетоэлектрических жидких кристаллов в электрическом поле

• Автор: Федосенкова, Татьяна Борисовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Сегнетоэлектрическое состояние жидких кристаллов. Полимернодисперсные сегнетоэлектрические жидкокристаллические пленки. Эффект управляемого внешним электрическим полем двулучепреломления в геликоидальных сегнетоэлектрических жидких кристаллах. Обзор литературы.
1.1. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы.
1.2. Феноменологическая теория сегнетоэлектрических жидких кристаллов.
1.3. Электрооптические эффекты в сегнетоэлектрических жидких кристаллах.
1.4. Полимерно-дисперсные сегнетоэлектрические жидкокристаллические пленки.
1.5. Эффект управляемого внешним электрическим полем двулучепреломления в геликоидальных сегнетоэлектрических жидких кристаллах. 34 Глава 2. Методики измерения диэлектрической восприимчивости, спонтанной поляризации, времени переориентации директора и электрооптического отклика мономерных и полимерно-дисперсных сегнетоэлектрических жидких кристаллов.
2.1. Методики диэлектрических и оптических измерений.
2.2. Анализ света, прошедшего через электрооптическую СЖК ячейку.
2.3. Химическая структура сегнетоэлектрических жидкокристаллических материалов.
Глава 3. Напряжение насыщения и упругая энергия полимерно-дисперсных сегнетоэлектрических жидких кристаллов.
3.1. Напряжение насыщения и упругая энергия мономерных СЖК.
3.2. Напряжение насыщения и упругая энергия полимерно-дисперсных СЖК.
3.3. Динамика электрооптического отклика полимерно-дисперсных сегнетоэлектрических жидких кристаллов.
Глава 4. Эффект управляемого электрическим полем двулучепреломления в СЖК с компенсированным геликоидом.
Введение.
4.1. Частотная зависимость времени переориентации директора СЖК с компенсированным геликоидом. Модель, описывающая периодические деформации смектических слоев СЖК в отсутствие внешнего электрического поля.
4.2. Процесс выпрямления смектических слоев негеликоидальных СЖК под действием внешнего электрического поля. Температурные зависимости времени переориентации директора.
4.3. Эффект управляемого внешним электрическим полем двулучепреломления в СЖК
с компенсированным геликоидом.
4.4. Частотные зависимости напряжения насыщения, времени электрооптического отклика и контрастного отношения полимерно-дисперсных СЖК и СЖК с компенсированным геликоидом.
Глава 5. Управляемое внешним электрическим полем двулучепреломление в негеликоидальных СЖК за счет флексоэлектрического эффекта.
5.1. Последовательность жидкокристаллических фаз. Величина спонтанной поляризации.
5.2. Управляемое электрическим полем двулучепреломление за счет флексоэлектрического эффекта.
Основные результаты и выводы.
Список используемой литературы.

Введение.
Жидкие кристаллы используются в электронике как электрооптические материалы для создания устройств отображения и обработки информации благодаря низким управляющим напряжениям и технологичности создания приборов на их основе.
Наиболее широко используемые в настоящее время нематические жидкие кристаллы обеспечивают частоту модуляции света не более нескольких сотен герц. На порядок быстрее сегнетоэлектрические жидкие кристаллы (СЖК). Они были синтезированы в 1975 году. Тогда было показано, что молекулярный порядок в смектических (слоистых) жидких кристаллах, состоящих из хиральных (оптически активных) молекул, обеспечивает новое свойство - спонтанную поляризацию, возникающую как следствие наклона молекул в смектических слоях [1]. Линейный электрооптический эффект, управляемое внешним электрическим полем двулучепреломление, бистабильность, мультистабильность и другие свойства СЖК сделали возможным создание на их основе разнообразных устройств отображения и обработки информации с быстродействием порядка нескольких микросекунд.
Если СЖК состоит из хиральных (не обладающих зеркальной симметрией) молекул, то в наклонной смектической (С*) фазе существует единственный элемент симметрии -полярная ось второго порядка. Вдоль этой оси возможно спонтанной поляризации смектического слоя, если молекулы обладают дипольными моментами, перпендикулярными их длинным осям [1]. В отсутствие внешних воздействий полярные оси различных смектических слоев развернуты друг относительно друга - геликоидальная закрутка директора (преимущественного направления длинных осей молекул).
Известны три основных электрооптических эффекта в СЖК:
- линейный электрооптический эффект (эффект Кларка-Лагервола) и бистабильность при поверхностной стабилизации (подавлении) геликоидальной структуры хиральной смектической С* фазы [2];

электроклинный эффект - модуляция угла наклона директора в смектических слоях под действием электрического поля вблизи перехода из сегнетоэлектрической С* фазы в параэлектрическую А* фазу [3];
эффект управляемого внешним электрическим полем двулучепреломления в геликоидальной структуре хиральной смектической С* фазы [4].
Каждому электрооптическому эффекту в СЖК соответствует своя надмолекулярная структура - особый тип упаковки молекул с определенной симметрией. Поиск новых электрооптических эффектов связан с поиском новых типов надмолекулярных структур.
К настоящему времени разработаны новые классы сегнетоэлектрических жидких кристаллов и новые электрооптические материалы на основе СЖК.
1). Негеликоидальные (с компенсированным геликоидом) СЖК, обладающие объемной (собственной) бистабильностью [5]. До их появления считалось, что бистабильность в СЖК возможна только при поверхностной стабилизации (подавлении) геликоидальной структуры, то есть это чисто поверхностное явление.
2). Мультистабильные СЖК - негеликоидальные СЖК с большой величиной спонтанной поляризацией (свыше 100 нКл/см2), способные запоминать не только состояния с максимальным и минимальным светопропусканием (оптическая бистабильность), но и промежуточные оптические состояния (градации серого) [5, б].
3). Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы, стабилизированные полимером [7]. Полимер, процентное содержание которого составляет порядка 2%, растворяется в СЖК, образуя полимерную сетку, которая стабилизирует надмолекулярную структуру, препятствуя возникновению ориентационных неустойчивостей. Электрооптические устройства на основе таких материалов обладают высоким оптическим качеством и устойчивой бистабильностью.
4). Капсулированные полимером или полимерно-дисперсные сегнетоэлектрические жидкие кристаллы (ПДСЖК), представляющие собой полимерные пленки, в которых СЖК

фазы необходимо, чтобы толщина ячейки сі была много больше шага геликоида р0 (ро<1мкм), так как только в этом случае в жидкокристаллической ячейке существует равновесная (неискаженная) спиральная структура в отсутствие электрического поля (рис. 12). Величина приложенного к ячейке электрического поля не должна превышать критического значения, при котором происходит полная раскрутка геликоида:
к“ кцр0 „ .
Ьс =----------, где К]| - соответствующий модуль упругости, Цо=2тх/ро - волновой вектор
16 Рс
[47]. Ось геликоида параллельна подложкам и образует угол (3 с осью поляризатора. Световой луч, имеющий апертуру а много больше шага спирали ро (а»р0), проходит параллельно смектическим слоям (перпендикулярно подложкам).
На достаточно большом удалении от фазового перехода А*-»С* (смектическая С* фаза) становится энергетически не выгодным изменение угла наклона длинных осей молекул 9о при приложении электрического поля, и, следовательно, происходит модуляция азимутального угла ф. Соответствующая зависимость созф(г’), где я’=2я2/ро, симметрично осциллирует во внешнем электрическом поле ±Е (рис. 13). Изменение угла вращения директора Бт С* слабым (Е<ЕС) внешним электрическим полем Е = Еосозой можно записать следующим образом [48,49]:
ф(гД) = qoz+5ф, (1.30) где Яо - волновой вектор; 5ф = а(1) зт(яог), а(0 - слабо зависящий от времени параметр. Подставляя (1.30) в уравнение баланса моментов (1.14), получаем:

а(0=--------5 2 С05(й1; +-зіпсо1-ехр(-сосі)
/Ї4 ^ о

, (1.31)
п2 Е кия
где а0 =----------- относительная амплитуда поля, сос =------- - характерная частота, уф -
16 Ес У<р
вращательная вязкость. Отсюда следует, что характерное время отклика т~1/сос не зависит