СИММЕТРИЧНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ОТКЛИК В ГИБРИДНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ТВИСТ-СТРУКТУРЕ ДВУХЧАСТОТНОГО НЕМАТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА
ОПТИЧЕСКОЕ ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ
УДК 535.012.21; 535.016; 535.557
СИММЕТРИЧНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ОТКЛИК В ГИБРИДНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ТВИСТ-СТРУКТУРЕ ДВУХЧАСТОТНОГО НЕМАТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА
© 2014 г.
А. В. Иванов, канд. физ.-мат. наук; Д. А. Вакулин; Е. А. Коншина, доктор физ.-мат. наук
НИУ ИТМО, Санкт-Петербург
E-mail: avivanov@mail.ifmo.ru
В рамках континуальной теории исследована динамика переориентации директора, влияющая на оптический отклик двухчастотного нематического жидкого кристалла, под действием электрического поля в ячейках с гибридно-ориентированной твист-структурой. Предложенная модель позволяет находить распределение углов директора при произвольных значениях как упругих констант, так и начальных углов наклона. Расчеты проводились без учета гидродинамического потока. Показано, что для двухчастотного жидкого кристалла времена включения и выключения ячейки при приложении к ней импульсов синусоидальных сигналов с низкой и высокой частотами при определенных напряжениях могут быть равны.
Ключевые слова: двухчастотный жидкий кристалл, гибридно-ориентированные структуры, динамика переключения.
Коды OCIS: 160.3710, 230.3720,120.6780, 130.6780. Поступила в редакцию: 04.10.2013.
Введение
Гибридно-ориентированные структуры нематического жидкого кристалла (hybrid alignment nematic – HAN) образуются, когда условия межфазного взаимодействия на противоположных границах раздела с ориентирующей поверхностью различаются, например, если одна из ориентирующих поверхностей обеспечивает параллельную ориентацию молекул жидкого кристалла (ЖК), а другая – вертикальную. Для таких структур характерны мультистабильные состояния, быстрое переключение между которыми происходит при более низком пороговом и управляющем напряжениях по сравнению с ячейками с планарной или гомеотропной ориентациями молекул [1–5]. Устройства на основе HAN-структур представляют практический интерес и могут использоваться в переключателях для телекоммуникационных систем. В твист-ячейке с гибридной структурой и углом закрутки, равным 120°,
было достигнуто время включения, равное 1 мс при толщине слоя нематического ЖК около 4 мкм, однако время выключения было в четыре раза больше и составляло 16 мс [6].
Использование гибридных структур на основе двухчастотного (ДЧ) нематического ЖК (НЖК) позволяет существенно снизить время выключения за счет управления релаксацией молекул путем изменения частоты электрического сигнала [5]. Это обусловлено особенностью частотной дисперсии диэлектрической проницаемости. С увеличением частоты приложенного электрического поля компонент диэлектрической проницаемости, параллельный директору ε||, уменьшается, в то время как компонент, перпендикулярный директору ε^, остается постоянным. В результате наблюдается инверсия знака диэлектрической анизотропии ∆ε = ε|| – ε^ на переходной частоте fc. Ниже этой частоты диэлектрическая анизотропия положительна ∆ε > 0, а выше – отрицательна ∆ε
УДК 535.012.21; 535.016; 535.557
СИММЕТРИЧНЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ ОТКЛИК В ГИБРИДНО-ОРИЕНТИРОВАННОЙ ТВИСТ-СТРУКТУРЕ ДВУХЧАСТОТНОГО НЕМАТИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА
© 2014 г.
А. В. Иванов, канд. физ.-мат. наук; Д. А. Вакулин; Е. А. Коншина, доктор физ.-мат. наук
НИУ ИТМО, Санкт-Петербург
E-mail: avivanov@mail.ifmo.ru
В рамках континуальной теории исследована динамика переориентации директора, влияющая на оптический отклик двухчастотного нематического жидкого кристалла, под действием электрического поля в ячейках с гибридно-ориентированной твист-структурой. Предложенная модель позволяет находить распределение углов директора при произвольных значениях как упругих констант, так и начальных углов наклона. Расчеты проводились без учета гидродинамического потока. Показано, что для двухчастотного жидкого кристалла времена включения и выключения ячейки при приложении к ней импульсов синусоидальных сигналов с низкой и высокой частотами при определенных напряжениях могут быть равны.
Ключевые слова: двухчастотный жидкий кристалл, гибридно-ориентированные структуры, динамика переключения.
Коды OCIS: 160.3710, 230.3720,120.6780, 130.6780. Поступила в редакцию: 04.10.2013.
Введение
Гибридно-ориентированные структуры нематического жидкого кристалла (hybrid alignment nematic – HAN) образуются, когда условия межфазного взаимодействия на противоположных границах раздела с ориентирующей поверхностью различаются, например, если одна из ориентирующих поверхностей обеспечивает параллельную ориентацию молекул жидкого кристалла (ЖК), а другая – вертикальную. Для таких структур характерны мультистабильные состояния, быстрое переключение между которыми происходит при более низком пороговом и управляющем напряжениях по сравнению с ячейками с планарной или гомеотропной ориентациями молекул [1–5]. Устройства на основе HAN-структур представляют практический интерес и могут использоваться в переключателях для телекоммуникационных систем. В твист-ячейке с гибридной структурой и углом закрутки, равным 120°,
было достигнуто время включения, равное 1 мс при толщине слоя нематического ЖК около 4 мкм, однако время выключения было в четыре раза больше и составляло 16 мс [6].
Использование гибридных структур на основе двухчастотного (ДЧ) нематического ЖК (НЖК) позволяет существенно снизить время выключения за счет управления релаксацией молекул путем изменения частоты электрического сигнала [5]. Это обусловлено особенностью частотной дисперсии диэлектрической проницаемости. С увеличением частоты приложенного электрического поля компонент диэлектрической проницаемости, параллельный директору ε||, уменьшается, в то время как компонент, перпендикулярный директору ε^, остается постоянным. В результате наблюдается инверсия знака диэлектрической анизотропии ∆ε = ε|| – ε^ на переходной частоте fc. Ниже этой частоты диэлектрическая анизотропия положительна ∆ε > 0, а выше – отрицательна ∆ε