Электрооптические свойства жидкокристаллических ячеек с ионно-сурфактантным способом управления

• Автор: Сутормин, Виталий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 96 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ СТРУКТУРНЫХ И ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕМАТИЧЕСКИХ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ (ОБЗОР)
1.1. Классификация термотропных жидких кристаллов
1.2. Упругие свойства нематических жидких кристаллов
1.3. Экспериментальная ячейка и методы ориентации жидких кристаллов
1.4. Эффект Фредерикса
1.5. Электрооптические эффекты в нематиках
1.6. Флексоэлектрический эффект
1.7. Локальный переход Фредерикса
1.8. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК
2.1. Выбор материалов и их характеристики
2.1.1. Нематические жидкие кристаллы
2.1.2. Полимер
2.1.3. Пластификатор
2.1.4. Сурфактант
2.2. Методика изготовления электрооптических жидкокристаллических
ячеек
2.3. Метод исследования оптических текстур плоских слоев нематиков
и их изменений под действием электрического поля
2.4. Метод исследования электрооптических характеристик
жидкокристаллических ячеек

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК С ПЕРЕХОДОМ ГОМЕОТРОПНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ДИРЕКТОРА В ГОМЕОПЛАНАРНУЮ СТРУКТУРУ
3.1. Описание принципа электроуправляемой ионной модификации граничных условий в жидкокристаллической ячейке для реализации перехода от гомеотропной ориентации директора к гомеопланарной
3.2. Электрооптические свойства ячеек, заполненных жидким кристаллом
с положительной диэлектрической анизотропией
3.2.1. Свойства ячейки, в которой натиралась одна из подложек
3.2.2. Свойства ячейки, в которой угол между направлениями натирания верхней и нижней подложек составляет 45°
3.2.3. Свойства ячейки, в которой направления натирания верхней и нижней подложек антипараллельны
3.2.4. Динамика оптического отклика
3.2.5. Зависимость оптического отклика и динамических параметров ячейки от величины приложенного поля
3.3. Электрооптические свойства ячеек, заполненных жидкими кристаллами
с отрицательной и близкой к нулю диэлектрической анизотропией
ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК С ПЕРЕХОДОМ ОТ ГОМЕОПЛАНАРНОЙ КОНФИГУРАЦИИ ДИРЕКТОРА К ТВИСТ-СТРУКТУРЕ
4.1. Схема перехода от гомеопланарной ориентации директора к твист-структуре, вызванного ионной модификацией поверхностного сцепления
4.2. Исследование перехода гомеопланарной ориентации директора к твист-структуре методом поляризационной микроскопии
4.3. Исследование электрооптических характеристик жидкокристаллической ячейки при переходе гомеопланарной ориентации директора к твист-структуре
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой интересный объект как для фундаментальных исследований частично упорядоченных молекулярных структур, так и для использования в различных областях современных технологий, особенно в оптоэлектронике. В большинстве практических применений и исследований используются специальные ячейки, состоящие из двух параллельных твердых подложек, зазор между которыми заполнен ЖК. Макроскопические оптические характеристики такой ячейки зависят от конфигурации директора, которая в отсутствие внешних воздействий определяется условиями сцепления жидкого кристалла с подложками. Изменяя ориентацию директора можно управлять оптическими характеристиками ЖК ячейки. Существует два принципиально разных подхода к управлению ЖК. Первый из них основан на эффекте Фредерикса [Фредерикс В.К., ЗолинаВ., Ж.Р.Ф.-Х.О., ч. физич., 62, 457 (1930)], Данный эффект заключается в переориентации директора ЖК в объеме слоя под действием внешнего электрического или магнитного поля. При этом ориентация ЖК на подложках остается неизменной. После снятия внешнего воздействия директор возвращается к исходной ориентации под действием сил упругой деформации жидкого кристалла. Эффект Фредерикса лежит в основе функционирования большинства современных ЖК устройств.
Второй подход основан на локальном переходе Фредерикса [Dubois-Violette Е., de Gennes P.G., J. Phys. Lett (France), 36, L-255 (1975)], исследование которого может привести к созданию нового поколения оптоэлектронных устройств, а также к расширению функциональных возможностей современных ЖК дисплеев. В данном подходе изменение ориентации ЖК в объеме происходит вследствие модификации условий сцепления молекул жидкого кристалла с подложкой под действием внешних факторов. Такими факторами может выступать изменение температуры, облучение УФ светом и пр., однако с практиче-

водило к трансформации формы молекул из линейной (транс-изомер) в изогнутую (цис-изомер). При облучении видимым светом (Я = 440 нм) происходило обратное изменение (цис-транс изомеризация) формы молекул азобензола (рис. 1.14). Таким образом, при облучении светом с различной длиной волны происходило обратимое изменение граничных условий от гомеотропных к планарным и обратно.
365 нм молекулы
440 нм монослой
азобензола

транс цис
Рис. 1.14. Схематическое представление для обратимого изменения упорядочения ЖК, индуцированного фотоизомеризацией молекул азобензола.
Трансформация ориентационной структуры в результате модификации граничных условий естественно приводит к изменению оптических свойств жидкокристаллического материала. Однако вышеописанные подходы к реализации данного явления затруднительны для их практического применения. Наиболее интересными с этой точки зрения являются методы, где в качестве внешнего фактора, вызывающего трансформацию граничных условий, выступает электрическое поле.
В работе [70] для электроуправляемой модификации поверхностного сцепления было предложено использовать ионный сурфактант цетилтриметилам-моний бромид (ЦТАБ), который предварительно осаждался на одну из подложек ЖК ячейки. Известно, что ориентация ЖК зависит от плотности адсорбированного слоя поверхностно-активных ионов цетилтриметиламмония (ЦТА+) [39]: ниже критической плотности ЖК ориентируется планарно, выше - гомео-тропно. Опираясь на этот факт, Петровым и Дюраном была высказана мысль, о