Кафедры оптической физики и современного естествознания Санкт-Петербург 2011г.

Целью работы было исследование оптических и динамических характеристик гибридно-ориентированных ячеек и влияния на них параметров электрического поля.
Основными задачами этой работы были:
разработка компьютерной программы для определения основных характеристик ЖК ячеек;
разработка компьютерной программы позволяющей управлять параметрами электрического поля, приложенного к ЖК ячейкам;
исследование оптических и динамических характеристик ячеек при вариации условий на границе раздела фаз ЖК с ориентирующей поверхностью.

Объект исследования
Исследования проводились на плоскопараллельных гибридно-ориентированных ячейках с фиксированным зазором, состоящих из двух стеклянных подложек, на поверхность которых были нанесены слои прозрачного проводящего электрода и ориентирующего слоя.
На одну из подложек наносили слои двуокиси церия (CeO2), путем наклонного напыления в вакууме с помощью лазера.
На другую подложку осаждали слой аморфного углерода
(a-C:H), методом химического осаждения паров в плазме тлеющего разряда.
В работе использовали ЖК-1001 (НИОПИК) с оптической анизотропией ∆n = 0,26 на длине волны 632,8 нм и ∆ε = 4.43 на частоте 1 кГц.

θ
Ориентирующая
поверхность
Слой
ЖК
E
I0
Поляризатор
I
Анализатор
U
z
x
y
Схема ЖК ячейки

Экспериментальная схема измерения электрооптических характеристик
ЖК ячеек

Методы исследования
Оптические характеристики ЖК ячеек рассчитывались с помощью разработанной компьютерной программы с использованием экспериментальных данных, полученных путем измерения оптического пропускания ячейки в зависимости от напряжения.

Результаты
В таблице приведены результаты расчета численных значений максимальной фазовой задержки, начального угла наклона директора и порогового напряжения гибридных ячеек с разными граничными условиями, в которых была реализована деформация ДЧЖК вдоль направления электрического поля. Характеристики гибридных ячеек можно варьировать, изменяя условия на границе раздела ЖК- ориентирующая поверхность.

Методы исследования
Для измерения временных характеристик использовали многокомпонентную систему управления параметрами электрического поля (LTR34). Для вариации режимов управления и сбора данных об изменении оптического пропускания была разработана компьютерная программа, которая позволяет также собирать данные об изменении оптического сигнала.

Результаты
Анализ осциллограмм электрооптического отклика гибридных твист ячеек показал, что они отличаются от осциллограмм, характерных для твист-ячеек с симметричными граничными условиями, т.к. дополнительные осцилляции на осциллограмме у них наблюдались во время между снятием НЧ напряжения и приложением ВЧ напряжения.
Симметричная твист ячейка
Гибридная твист ячейка

Результаты
Было установлено, что на отклик гибридных ячеек влияет форма колебаний электрического поля.
При последовательном приложении синусоидального напряжения с частотой 1 кГц для включения оптического сигнала и напряжения с частотой 30 кГц для выключения сигнала в гибридной твист ячейке был получен симметричный V-образный оптический отклик, т.е. реализовано бистабильное переключение.
Приложены НЧ и ВЧ поля с напряжением 50/38 В
Ячейка №4

Результаты
V-образный оптический отклик был получен при приложении только НЧ поля с частотой 30 кГц в форме меандра с напряжением 30В (длительность 100 мс). Релаксация ДЧЖК в этом случае проходила естественным образом.
Ячейка №5

Результаты
Наименьшее время реакции гибридной твист ячейки №4, управляемой НЧ и ВЧ полем при бистабильном переключении составило – 10 мс.

Выводы
В работе были получены следующие основные результаты:
Разработана компьютерная программа для расчета характеристик электроуправляемых жидкокристаллических устройств.
Разработана компьютерная программа управления параметрами электрического поля, прикладываемого к ЖК устройствам, и сбора данных об изменении оптического сигнала в зависимости от напряжения и времени.
Впервые получен бистабильный симметричный оптический отклик в гибридно-ориентированной твист-ячейке с двухчастотным нематическим ЖК со временем переключения, равным 5 мс.
Полученные результаты были использованы при разработке оптических переключателей в рамках
ГК 02. 740.11.0390 и будут использованы в дальнейшем учебном процессе.

По результатам работы подано две заявки на программы для ЭВМ:
Сделан доклад на конференции КМУ-2011 на тему «Особенности оптического отклика гибридных ячеек с двухчастотным нематическим жидким кристаллом».
Направлена статья в Журнал технической физики Е.А. Коншина, Д.А. Вакулин, Н.Л. Иванова, Е.О. Гавриш, В.Н. Васильев «Особенности оптического отклика гибридных ячеек с двухчастотным нематическим жидким кристаллом».