ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ МУЛЬТИДОМЕННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÎÅ ÏÐÈÁÎÐÎÑÒÐÎÅÍÈÅ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈß
ÓÄÊ 532.783: 535
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ È ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÌÓËÜÒÈÄÎÌÅÍÍÛÕ ÆÈÄÊÎÊÐÈÑÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÒÐÓÊÒÓÐ
© 2008 ã.
À. Â. Ìîðîçîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Ã. Å. Íåâñêàÿ**, äîêòîð òåõí. íàóê
** Ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, ã. Íîâîñèáèðñê ** Å-mail: kof@ref.nstu.ru
** Ãîñóäàðñòâåííûé ìîðñêîé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Å-mail: nevskayag@mail.ru
Ïðåäñòàâëåí íîâûé ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèõ (ÆÊ) ñòðóêòóð ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ âåùåñòâ. Ñ ïîìîùüþ ýòîãî ìåòîäà ñôîðìèðîâàíû ñëåäóþùèå ìóëüòèäîìåííûå ñòðóêòóðû: “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”, “ãîìåîòðîï–òâèñò”, “ãèáðèä–ïëàíàð”, “ãèáðèä–ãèáðèä”, “ãîìåîòðîï–ïëàíàð”, “òâèñò–ãèáðèä”,“òâèñò–ãîìåîòðîï”. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ýòèõ ñòðóêòóð. Îáñóæäåíû âîçìîæíûå ïðèìåíåíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ ñòðóêòóð â óñòðîéñòâàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè.
Êîäû OCIS: 160.3710, 230.3720.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ââåäåíèå
 íàñòîÿùåå âðåìÿ æèäêèå êðèñòàëëû (ÆÊ) øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ (ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå ìîäóëÿòîðû ñâåòà, óñòðîéñòâà ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ, àäàïòèâíûå äèôðàêöèîííûå ýëåìåíòû).  áîëüøèíñòâå òàêèõ óñòðîéñòâ ïðèìåíÿþòñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû, íàáëþäàþùèåñÿ â ÆÊ-ÿ÷åéêàõ ñ îäíîðîäíî îðèåíòèðîâàííûì íåìàòèêîì. Îäíàêî â ðÿäå ñëó÷àåâ ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ ÿ÷ååê âûÿâëåí ðÿä íåäîñòàòêîâ. Íàïðèìåð, îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ÆÊ-äèñïëååâ ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ ìàëûé óãîë îáçîðà è íåðàâíîìåðíàÿ äèàãðàììà íàïðàâëåííîñòè.
Îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé ðàçâèòèÿ ÆÊ-òåõíîëîãèé ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå â îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ ìóëüòèäîìåííûõ (ÌÄ) ñòðóêòóð.  ýòîì ñëó÷àå ÆÊ-ÿ÷åéêà ñîäåðæèò íåñêîëüêî îáëàñòåé (äîìåíîâ) ñ ðàçëè÷íîé èñõîäíîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë. Ôîðìèðîâàíèå òàêîé äîìåííîé ñòðóêòóðû îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ îïòè÷åñêîãî óñòðîéñòâà. Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð ïðè ïðîèçâîäñòâå äèñïëååâ ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü óãîë íàáëþäåíèÿ è óëó÷øèòü êîíòðàñòíûå õàðàêòåðèñòèêè [1].
Ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð
Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîäëîæêîé. Äëÿ áîëüøèíñòâà ñëó÷àåâ îðèåíòàöèÿ
34
ìîëåêóë ÆÊ íà ãëàäêèõ ïîâåðõíîñòÿõ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëàìè, êîòîðûå äåéñòâóþò íà ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ïîäëîæêà–ÆÊ. Ðàçëè÷èå ïîâåðõíîñòíûõ íàòÿæåíèé ïîäëîæêè γS è ÆÊ γLC îïðåäåëÿåò õàðàêòåð îðèåíòàöèè: ïðè γS < γLC ðåàëèçóåòñÿ ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ, ïðè γS > γLC – ïëàíàðíàÿ. Åñëè ïîâåðõíîñòíûå íàòÿæåíèÿ ñîèçìåðèìû, òî íàáëþäàåòñÿ íàêëîííàÿ îðèåíòàöèÿ.
Îñíîâíûì ñïîñîáîì ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ôîòîîðèåíòàöèè [1]. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî ìåòîäà íà ïîêðûòîé ôîòîïîëèìåðîì ïîäëîæêå ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçîâàííîãî ÓÔ èçëó÷åíèÿ ôîðìèðóþòñÿ çîíû ñ çàäàííûì íàïðàâëåíèåì ëåãêîé îðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü îáëàñòè ñ áëèçêèìè ñîîòíîøåíèÿìè ïîâåðõíîñòíûõ íàòÿæåíèé ïîäëîæêè γS è ÆÊ γLC. Ïðè ýòîì óãîë ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë ÆÊ ê ïîäëîæêå â êàæäîé ôîðìèðóåìîé îáëàñòè èìååò áëèçêèå èëè ðàâíûå çíà÷åíèÿ. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ìåòîä ôîòîîðèåíòàöèè ïîêà íå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íà îäíîé ïîäëîæêå äîìåíû ñ ïëàíàðíîé è ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé.
Îäíèì èç àëüòåðíàòèâíûõ ìåòîäîâ ñîçäàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ ñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ ìåòîä, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ âåùåñòâ (ÏÀÂ).  îñíîâå ýòîãî ìåòîäà ëåæàò ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, ïîëó÷åííûå ïðè ðàçðàáîòêå êîíòàêòíîãî ìåòîäà äåôåêòîñêîïèè ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ÆÊ [2]. Ïîñêîëüêó äåôåêò ïîâåðõíîñòè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëîêàëüíûé ñêà÷îê ýíåðãèè ñâÿçè ÆÊ ñ ïîäëîæêîé, òî îí ïðèâîäèò ê
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ëîêàëüíîé ðàçîðèåíòàöèè ñëîÿ ÆÊ. Åñëè íà ïîâåðõíîñòè äåôåêòà ýíåðãèÿ ñâÿçè ïîñòîÿííà è ðàçìåðû äåôåêòà â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàþò òîëùèíó ÆÊñëîÿ, òî ìîæåò îáðàçîâàòüñÿ ÌÄ ñòðóêòóðà. Ñïîíòàííûå ÌÄ ñòðóêòóðû ìîæíî íàáëþäàòü ñ ïîìîùüþ ÆÊ â ìîíîêðèñòàëëàõ ïðè âèçóàëèçàöèè ìèêðîêðèñòàëëè÷åñêèõ áëîêîâ.
Îñíîâíîé ïðîáëåìîé ïðè ñîçäàíèè ìåòîäà ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ ñîâìåùåíèå òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ ãîìåîòðîïíîé è ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè íà îäíîé ïîäëîæêå. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ýòè äâå òåõíîëîãèè ñèëüíî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà. Òàê, íàïðèìåð, îáÿçàòåëüíàÿ îïåðàöèÿ íàòèðàíèÿ ïîäëîæêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè ìîæåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ýíåðãèþ ñâÿçè ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîâåðõíîñòüþ. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïîëó÷åíèå îáëàñòåé ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì. Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî ïðîòèâîðå÷èÿ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñìåñè ÆÊ ñ ÏÀÂ. Áëàãîäàðÿ àäñîðáöèè ÏÀ íà ïîäëîæêó ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü òî èçìåíåíèå ýíåðãèè ñâÿçè ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîâåðõíîñòüþ, êîòîðîå âîçíèêëî íà ýòàïå íàòèðàíèÿ.
Äðóãèì îãðàíè÷åíèåì, âëèÿþùèì íà ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð, ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ ïîäëîæêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãîìåîòðîïíîé è ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè. Ýòó ïðîáëåìó ìîæíî ðåøèòü, ïðèìåíÿÿ ìåòîäû íàïûëåíèÿ, ôîòîëèòîãðàôèè è òðàâëåíèÿ.
Îïûòíûì ïóòåì áûëè ïîäîáðàíû ÆÊ (ÆÊÌ1282, ÆÊÌ-1289, 5ÖÁ, Í-8) è ÏÀ (ëåöèòèí), ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ìîæíî ïîëó÷àòü íà íàòåðòîé ïîâåðõíîñòè ïîëèèìèäíîé ïëåíêè îáëàñòè ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé, à íà íàòåðòûõ ïîâåðõíîñòÿõ ñòåêëà, õðîìà, îêñèäà èíäèÿ è ðÿäà ôîòîðåçèñòîâ – ãîìåîòðîïíóþ îðèåíòàöèþ. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ñôîðìèðîâàòü ñëåäóþùèå ìóëüòèäîìåííûå ñòðóêòóðû: “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”, “ïëàíàð–ãèáðèä”, “òâèñò–ãèáðèä”,“òâèñò–ãîìåîòðîï”, “ãèáðèä–ïëàíàð”, “ãèáðèä–ãèáðèä”, “ïëàíàð–ãîìåîòðîï”.
21
4 3
21
5
Ðèñ. 1. Êîíñòðóêöèÿ ÌÄ ÿ÷åéêè òèïà “ãîìåîòðîïãèáðèä”. 1 – ñòåêëî, 2 – ñëîé ITO, 3 – ïîëèèìèäíàÿ ïëåíêà, 4 – ñëîé ÆÊ, 5 – ãðàíèöà ìåæäó äîìåíàìè.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà êîíñòðóêöèÿ ÌÄ ÿ÷åéêè. Ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ ïîëó÷åíà íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà èëè ïðîâîäÿùåì ñëîå òðèîêñèäà èíäèÿ (ITO). Òîïîëîãè÷åñêèé ðèñóíîê îáëàñòåé ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ïîëó÷àåòñÿ ìåòîäîì ôîòîëèòîãðàôèè ñ ïîñëåäóþùèì òðàâëåíèåì ïîëèèìèäíîé ïëåíêè è óäàëåíèåì îñòàòêîâ ôîòîðåçèñòà.
Ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ-ÿ÷ååê
Ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÌÄ ñòðóêòóð îïðåäåëÿþòñÿ äåôîðìàöèåé äèðåêòîðà ÆÊ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Äëÿ ðàñ÷åòà äåôîðìàöèè äèðåêòîðà áûëî èñïîëüçîâàíî óðàâíåíèå, ïîëó÷åííîå â ðàáîòå [3] ïðè óñëîâèè ðàâåíñòâà êîíñòàíò óïðóãîñòè ÆÊ (îäíîêîíñòàíòíîå ïðèáëèæåíèå). Ðàñ÷åò ïðîâåäåí äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ÌÄ ñòðóêòóðà íàõîäèòñÿ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå, ñîçäàííîì ïàðàëëåëüíûìè ýëåêòðîäàìè. Ïðè ýòîì óðàâíåíèå áûëî ïðåîáðàçîâàíî è èìåëî âèä
∇2θ
−
1 2
⎛ ⎜ ⎝
πE(x, U0
y)
⎞2 ⎟ ⎠
sin
2(θ
−
ψ)
=
0.
(1)
Çäåñü θ – óãîë îòêëîíåíèÿ äèðåêòîðà îò îñè ÎY, ψ – óãîë îòêëîíåíèÿ âåêòîðà íàïðÿæåííîñòè E îò îñè
ÎY, U0 = π
K Δεε 0
– ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå, ãäå K –
êîíñòàíòà óïðóãîñòè ÆÊ, Δε – ìîäóëü äèýëåêòðè-
÷åñêîé àíèçîòðîïèè.
Ðàñ÷åò ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðîâîäèëñÿ ñ ó÷å-
òîì èçìåíÿþùåãîñÿ â ïðîöåññå ïåðåîðèåíòàöèè
ìîëåêóë ÆÊ òåíçîðà äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè.
 ðàñ÷åòå èñïîëüçîâàíû ïðèâåäåííûå ê òîëùèíå H
ñëîÿ ÆÊ êîîðäèíàòû x.′ = x/H è ïðèâåäåííûå ê ïî-
ðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ U′ = U/U0. Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ θ âûáèðàëèñü èñõîäÿ èç ðàññìàòðèâàåìîé
ÌÄ ñòðóêòóðû (θ = 0 äëÿ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèè,
θ = π/2 äëÿ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè).
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà óãëà θ áûëè èñïîëüçîâàíû
äëÿ îïðåäåëåíèÿ îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè
ΔΦ (x) = ΔΦ max
n (x) − n0 , ne − n0
ãäå no, ne – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ÆÊ äëÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí; 〈n〉(x) – óñðåä-
íåííîå ïî êîîðäèíàòå y′ çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ ïðå-
ëîìëåíèÿ äëÿ íåîáûêíîâåííîé âîëíû
∫n
1H =H
0
n0ne dy. ne2cos2θ + nosin2θ
Ðàñ÷åò ôàçîâîé çàäåðæêè ïðîâåäåí äëÿ âñåõ ðàíåå ïåðå÷èñëåííûõ ÌÄ ñòðóêòóð. Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâ-
35
1
ΔΦ ΔΦmax
1 2 3 4
0 –4 –2 0 2 4 6 Ïðèâåäåííàÿ êîîðäèíàòà õ′
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè îò ïðèâåäåííîé êîîðäèíàòû äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé U ′ â ñòðóêòóðå “ïëàíàð–ãèáðèä” (Δε > 0, Δε → 0). 1 – U′ = 0; 2 – U′ = 0,7; 3 – U′ = 0,99; 4 – U′ = 1,5.
ëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äëÿ ñòðóêòóðû “ïëàíàð– ãèáðèä” (ÆÊ ñ Δε < 0, Δε → 0) ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ.  îáëàñòÿõ ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé ôàçîâàÿ çàäåðæêà ñ èçìåíåíèåì êîîðäèíàòû íå èçìåíÿåòñÿ; â îêðåñòíîñòè ãðàíèöû äîìåíîâ íàáëþäàåòñÿ èçìåíåíèå ôàçîâîé çàäåðæêè. Ïðè óâåëè÷åíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ (U′ = 1) â ïëàíàðíîì äîìåíå (x′ < 0) íàáëþäàåòñÿ äåôîðìàöèÿ òîëüêî âáëèçè äîìåííîé ãðàíèöû. Ïðè ýòîì øèðèíà ïåðåõîäíîé îáëàñòè óâåëè÷èâàåòñÿ. Ìàêñèìàëüíîå ðàñøèðåíèå íàáëþäàåòñÿ ïðè ïîðîãîâîì íàïðÿæåíèè (êðèâûå 1–3). Ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ (U′ > 0) ïðîèñõîäèò ðåçêîå ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè (êðèâàÿ 4) è âî âñåì ïëàíàðíîì äîìåíå íàáëþäàåòñÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ ìîëåêóë.  ãèáðèäíîì äîìåíå ñ óâåëè÷åíèåì óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 âî âñåì äîìåíå ïðîèñõîäèò ðîñò ôàçîâîé çàäåðæêè. Ïðîöåññ ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë â ýòîì ñëó÷àå ÿâëÿåòñÿ áåñïîðîãîâûì. Ðàñøèðåíèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè ñî ñòîðîíû ãèáðèäà íå íàáëþäàåòñÿ. Äëÿ ÆÊ ñ áîëüøèì çíà÷åíèåì äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè (íàïðèìåð, äëÿ ÆÊ-5ÖÁ ñ Δε = 12,6) ïðè äîïîðîãîâûõ íàïðÿæåíèÿõ ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè ìåíüøå, ÷åì â ñëó÷àå ìàëûõ çíà÷åíèé Δε.
Àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äëÿ âñåõ ðàññìàòðèâàåìûõ â ðàáîòå ÌÄ ñòðóêòóð, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî â äèàïàçîíå óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ýòî ïîäòâåðæäàþò äàííûå òàáë. 1 è òàáë. 2 äëÿ ÆÊ ñ Δε > 0 ñ Δε < 0 ñîîòâåòñòâåííî.  ýòèõ òàáëèöàõ ïîêàçàíî, â êàêîì äîìåíå îïðåäåëåííîé ÌÄ ñòðóêòóðû ïðèñóòñòâóåò ðàñøèðåíèå ìåæäîìåííîé ãðàíèöû. Ðàñ÷åò òàêæå ïîêàçàë, ÷òî ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ïðîèñõîäèò ðåçêîå ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè.
36
Ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ÌÄ ÆÊ-ÿ÷ååê. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ôàçîâîé çàäåðæêè ïðèìåíåí ìåòîä äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ [4]. Èíòåíñèâíîñòü ñâåòà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ñëîé íåìàòèêà, ïîìåùåííîãî ìåæäó ñêðåùåííûìè ïîëÿðîèäàìè, èìååò âèä
I = I0sin22ϕ0sin2(ΔΦ/2),
(2)
ãäå I0 – èíòåíñèâíîñòü ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà, ïàäàþùåãî íà ñëîé ÆÊ; ϕ0 – óãîë ìåæäó ïîëÿðèçàòîðîì è ïëîñêîñòüþ, â êîòîðîé ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ïîëÿ âåêòîðà äèðåêòîðà n.
Ôîðìóëà (2) ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü ðàñïðåäåëåíèå ôàçîâîé çàäåðæêè, åñëè â ýêñïåðèìåíòå èçìåðÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü ñâåòà, ïðîøåäøåãî ñëîé ÆÊ. Äëÿ òîãî ÷òîáû ðåãèñòðèðîâàòü ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè, áûë ñîçäàí èçìåðèòåëüíî-âû÷èñëèòåëüíûé êîìïëåêñ. Äëÿ ïðèìåðà íà ðèñ. 3. ïðåäñòàâëåíû èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ â ÌÄ ñòðóêòóðå òèïà ãîìåîòðîï-ãèáðèä (ÆÊ Í-8 Δε = –0,43). Ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè ïðîèñõîäèò òîëüêî â ãîìåîòðîïíîì äîìåíå (ðèñ. 3á). Ýòà îáëàñòü äîñòèãàåò ñâîèõ ìàêñèìàëüíûõ ðàçìåðîâ (ðèñ. 3â) ïðè íàïðÿæåíèè, ðàâíîì ïîðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ Â-ýôôåêòà àìïëèòóäîé 6Â. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå ñ äðóãèìè òèïàìè ÌÄ ñòðóêòóð, ïîäòâåðäèëè ôàêò ðàñøèðå-
Òàáëèöà 1. Ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà äëÿ ÆÊ ñ Δε > 0
Îðèåíòàöèÿ â 1-ì äîìåíå
Âàðèàíòû îðèåíòàöèè âî 2-ì äîìåíå
Ïëàíàð
Ãèáðèä Ãîìåîòðîï
Ïëàíàð
Íåò
Ðàñøèðåíèå Ðàñøèðåíèå
â îáëàñòè â îáëàñòè
ïëàíàðà
ïëàíàðà
Ãèáðèä
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ïëàíàðà
Íåò
Íåò
Ãîìåîòðîï
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ïëàíàðà
Íåò
Íåò
Òàáëèöà 2. Ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà äëÿ ÆÊ ñ Δε < 0
Îðèåíòàöèÿ â 1-ì äîìåíå
Âàðèàíòû îðèåíòàöèè âî 2-ì äîìåíå
Ïëàíàð
Ãèáðèä Ãîìåîòðîï
Ïëàíàð
Íåò
Íåò Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ãèáðèä
Íåò
Íåò Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ãîìåîòðîï
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ðàñøèðåíèå Íåò â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 3. Íàáëþäàåìàÿ ïðè îñâåùåíèè áåëûì ñâåòîì â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ ãðàíèöà ìåæäó ãîìåîòðîïíîé è ãèáðèäíîé îáëàñòÿìè (ÆÊ Í-8) ïðè f = 200 Ãö è àìïëèòóäàõ U = 0 (à), U = 5,5 (á), U = 6 B (â).
ΔΦ ΔΦmax
0,4
0,2
1 2 0 123
Ïðèâåäåííàÿ êîîðäèíàòà õ′
Ðèñ. 4. Òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå çàâèñèìîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè äëÿ ñòðóêòóðû “ãîìåîòðîï–ãèáðèä“ (Δε < 0, ïðè |Δε| → 0). 1 – U/U0 = 1, 2 – U/U0 = 0,8.
äèàïàçîíå óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé ÌÄ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâå îáëàñòè ñ ðàçëè÷íûìè âîëüò-ôàçîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ðàçäåëåííûå ìàëîé ïåðåõîäíîé îáëàñòüþ ïîðÿäêà 10 ìêì ïðè òîëùèíå ÆÊ-ñëîÿ 40–60 ìêì. Òàêèì îáðàçîì, â ýòîì ñëó÷àå ýêñïåðèìåíòàëüíî íå îáíàðóæåíî ðàñøèðåíèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè è åå øèðèíà ìåíüøå ðàñ÷åòíîé. Âîçìîæíî, ÷òî â ïåðåõîäíîé îáëàñòè âñëåäñòâèå ðåçêîãî èçìåíåíèÿ îðèåíòàöèè ìîëåêóë èìååòñÿ íåîäíîðîäíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå è åãî âëèÿíèå íà äåôîðìàöèþ äèðåêòîðà â ðàñ÷åòå íå ó÷èòûâàåòñÿ.  ñëó÷àå ÆÊ ñ ìàëûì çíà÷åíèåì äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè ýòî ïîëå ïî÷òè íå âëèÿåò íà ýëåêòðîîïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÌÄ ñòðóêòóðû. Ó÷åò âëèÿíèÿ ýòîãî ïîëÿ ïðè ðàñ÷åòå äåôîðìàöèè äèðåêòîðà ïëàíèðóåòñÿ â äàëüíåéøåì.
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëèëè ñîçäàòü ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ â óñòðîéñòâàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð. Ñóòü ýòîãî ìåòîäà çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: â îáëàñòè âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ ôîðìèðóåòñÿ ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ çà ñ÷åò îðèåíòàöèè ìîëåêóë, îòëè÷àþùåéñÿ îò ôîíà. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äàííûé ñåãìåíò ñîëüåòñÿ ñ ôîíîì è òåì ñàìûì ïåðåéäåò â âûêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå. Äëÿ ïðèìåðà íà ðèñ. 5 èçîáðàæåíà íàäïèñü â áóêâåííî-öèôðîâîì èíäèêàòîðå (ÁÖÈ),
(à)
íèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè â äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ êàê äëÿ ÆÊ ñ Δε>0, òàê è äëÿ ÆÊ ñ Δε < 0 ïðè Δε → 0.
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíû òåîðåòè÷åñêèå (ñïëîøíûå ëèíèè) è ýêñïåðèìåíòàëüíûå (òî÷êè) çàâèñèìîñòè ôàçîâîé çàäåðæêè äëÿ ñòðóêòóð òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” â ïåðåõîäíîé îáëàñòè äëÿ ðàçíûõ íàïðÿæåíèé. Èìååò ìåñòî ñîãëàñèå ðàñ÷åòíûõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.
Ïðè èññëåäîâàíèè ÌÄ ÿ÷ååê, çàïîëíåííûõ ÆÊ c Δε >> 0 (5ÖÁ, ÆÊ-1282), îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ âñåõ âîçìîæíûõ êîìáèíàöèé ÌÄ ñòðóêòóð íàáëþäàëîñü òîëüêî ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ôàêòè÷åñêè âî âñåì
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ
(á)
Ðèñ. 5. à – êîíñòðóêöèÿ ÁÖÈ ñ ìóëüòèäîìåííîé ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï”, á – íàáëþäàåìàÿ íàäïèñü â ÁÖÈ ïðè îòñóòñòâèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ.
37
ïîëó÷åííàÿ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë ÆÊ è íàáëþäàåìàÿ â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ. Ñâåòëàÿ îáëàñòü – ãèáðèäíàÿ îðèåíòàöèÿ, òåìíàÿ – ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ â îáëàñòÿõ ñåãìåíòà è ôîíà áóäåò íàáëþäàòüñÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ ìîëåêóë íåìàòèêà è ñåãìåíò ïåðåéäåò â âûêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå.
Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ñ öåëüþ ñîçäàíèÿ êîíñòðóêöèé ÁÖÈ íà ÌÄ ñòðóêòóðàõ, îáëàäàþùèõ áîëåå âûñîêèì êîíòðàñòîì èçîáðàæåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÆÊ-ÿ÷åéêàìè ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé. Ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé ñ ïîâûøåíèåì óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïàäàåò êîíòðàñò â ÆÊ-ÿ÷åéêàõ ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé, çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Íà ãðàíèöå âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ ïîäëîæåê âîçíèêàåò íåîäíîðîäíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, êîòîðîå ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíîé ïåðåîðèåíòàöèè ÆÊ è îáðàçîâàíèþ ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ðàçìåð ýòîé îáëàñòè çàâèñèò îò òîëùèíû ñëîÿ ÆÊ è óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ÿ÷ååê, òîëùèíà êîòîðûõ îò 20 äî 199 ìêì, îíà ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 0,5 ìì. Ýòî ñóùåñòâåííî óõóäøàåò êîíòðàñò èçîáðàæåíèÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðåäëîæåííûå íàìè êîíñòðóêöèè ÁÖÈ ñ ïðèìåíåíèåì ÌÄ ñòðóêòóð ïîçâîëèëè óñòðàíèòü ýòîò íåäîñòàòîê. Åñëè ïîìåñòèòü ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ íà äîñòàòî÷íîì óäàëåíèè îò ãðàíèöû âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ (ñì. ðèñ. 5à), òî ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà îêàæåòñÿ â îáëàñòè îäíîðîäíîãî ïîëÿ.  ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ÆÊ ñ áîëüøîé äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé ïåðåõîäíàÿ çîíà â îòñóòñòâèå óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ áóäåò ñîñòàâëÿòü íå áîëåå 20 ìêì ïðè òîëùèíå ñëîÿ ÆÊ 50 ìêì. Ïðè óâåëè÷åíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïåðåõîäíàÿ îáëàñòü áóäåò òîëüêî óìåíüøàòüñÿ.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÌÄ ñòðóêòóð â áóêâåííîöèôðîâûõ èíäèêàòîðàõ ìîæíî
– óïðîñòèòü òîïîëîãèþ òîêîïðîâîäÿùèõ ñëîåâ;
– ïîëó÷èòü èçîáðàæåíèå, ñóùåñòâóþùåå áåç ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ;
– óìåíüøèòü ïåðåõîäíûå îáëàñòè íà ãðàíèöàõ ýëåêòðîäîâ;
– èñêëþ÷èòü äåôåêòû îðèåíòàöèè (äèñêëèíàöèè), âûçâàííûå âëèÿíèåì íåîäíîðîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé.
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàííûé ìåòîä èçãîòîâëåíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ èñïîëüçîâàíèåì ÏÀ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ðàçíîîáðàçíûå ÌÄ ñòðóêòóðû, â òîì ÷èñëå îáëàñòè ñ ïëàíàðíîé è ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèÿìè íà îäíîé ïîäëîæêå. Ðàçâèò ìåòîä ðàñ÷åòà äåôîðìàöèé äèðåêòîðà íåìàòèêà â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå äëÿ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ ÌÄ ñòðóêòóðàìè, è ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ èõ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð â ïðèáîðàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Hoffmann E., Klausmann H., Ginter E., Knoll P.M., Seiberle H., Schadt M. Development of a dualdomain TFTLCD by optical propertis // SID Digest. 1998. Ð. 734.
12. Àýðî Ý.Ë., Áàõøèñâ Í.Ã., Òîìèëèí Ì.Ã. Âèçóàëèçàöèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ ðàçëè÷íîé ïðèðîäû ñ ïîìîùüþ ÍÆÊ // Òð. ÃÎÈ. 1986. Ò. 59. Â. 193. Îïòèêà æèäêèõ êðèñòàëëîâ. Ñ. 91–121.
13. Àýðî Ý.Ë. Ýëåêòðî- è ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû â êðèâîëèíåéíûõ îáëàñòÿõ, çàïîëíåííûõ íåìàòè÷åñêèìè æèäêèìè êðèñòàëëàìè // Îïò. è ñïåêòð. 1995. Ò. 79. Â. 2. Ñ. 320–328.
14. Ñòîéáåð Ð., Ìîðçå Ñ. Îïðåäåëåíèå êðèñòàëëîâ ïîä ìèêðîñêîïîì. Ì.: Ìèð, 1974. 282 ñ.
38 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ÓÄÊ 532.783: 535
ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÅ ÑÂÎÉÑÒÂÀ È ÏÐÈÌÅÍÅÍÈÅ ÌÓËÜÒÈÄÎÌÅÍÍÛÕ ÆÈÄÊÎÊÐÈÑÒÀËËÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÒÐÓÊÒÓÐ
© 2008 ã.
À. Â. Ìîðîçîâ*, êàíä. òåõí. íàóê; Ã. Å. Íåâñêàÿ**, äîêòîð òåõí. íàóê
** Ãîñóäàðñòâåííûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, ã. Íîâîñèáèðñê ** Å-mail: kof@ref.nstu.ru
** Ãîñóäàðñòâåííûé ìîðñêîé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã ** Å-mail: nevskayag@mail.ru
Ïðåäñòàâëåí íîâûé ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ æèäêîêðèñòàëëè÷åñêèõ (ÆÊ) ñòðóêòóð ñ èñïîëüçîâàíèåì ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ âåùåñòâ. Ñ ïîìîùüþ ýòîãî ìåòîäà ñôîðìèðîâàíû ñëåäóþùèå ìóëüòèäîìåííûå ñòðóêòóðû: “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”, “ãîìåîòðîï–òâèñò”, “ãèáðèä–ïëàíàð”, “ãèáðèä–ãèáðèä”, “ãîìåîòðîï–ïëàíàð”, “òâèñò–ãèáðèä”,“òâèñò–ãîìåîòðîï”. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû òåîðåòè÷åñêèõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ýòèõ ñòðóêòóð. Îáñóæäåíû âîçìîæíûå ïðèìåíåíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ ñòðóêòóð â óñòðîéñòâàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè.
Êîäû OCIS: 160.3710, 230.3720.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 22.05.2007.
Ââåäåíèå
 íàñòîÿùåå âðåìÿ æèäêèå êðèñòàëëû (ÆÊ) øèðîêî èñïîëüçóþòñÿ â ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ (ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííûå ìîäóëÿòîðû ñâåòà, óñòðîéñòâà ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ, àäàïòèâíûå äèôðàêöèîííûå ýëåìåíòû).  áîëüøèíñòâå òàêèõ óñòðîéñòâ ïðèìåíÿþòñÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû, íàáëþäàþùèåñÿ â ÆÊ-ÿ÷åéêàõ ñ îäíîðîäíî îðèåíòèðîâàííûì íåìàòèêîì. Îäíàêî â ðÿäå ñëó÷àåâ ïðè èñïîëüçîâàíèè òàêèõ ÿ÷ååê âûÿâëåí ðÿä íåäîñòàòêîâ. Íàïðèìåð, îñíîâíûì íåäîñòàòêîì ÆÊ-äèñïëååâ ñ îäíîðîäíîé íà÷àëüíîé îðèåíòàöèåé ÿâëÿåòñÿ ìàëûé óãîë îáçîðà è íåðàâíîìåðíàÿ äèàãðàììà íàïðàâëåííîñòè.
Îäíèì èç ïåðñïåêòèâíûõ íàïðàâëåíèé ðàçâèòèÿ ÆÊ-òåõíîëîãèé ÿâëÿåòñÿ ïðèìåíåíèå â îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ ìóëüòèäîìåííûõ (ÌÄ) ñòðóêòóð.  ýòîì ñëó÷àå ÆÊ-ÿ÷åéêà ñîäåðæèò íåñêîëüêî îáëàñòåé (äîìåíîâ) ñ ðàçëè÷íîé èñõîäíîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë. Ôîðìèðîâàíèå òàêîé äîìåííîé ñòðóêòóðû îñóùåñòâëÿåòñÿ â ïðîöåññå èçãîòîâëåíèÿ îïòè÷åñêîãî óñòðîéñòâà. Ïðèìåíåíèå ÌÄ ñòðóêòóð ïðè ïðîèçâîäñòâå äèñïëååâ ïîçâîëèëî óâåëè÷èòü óãîë íàáëþäåíèÿ è óëó÷øèòü êîíòðàñòíûå õàðàêòåðèñòèêè [1].
Ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð
Äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ìåõàíèçì âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîäëîæêîé. Äëÿ áîëüøèíñòâà ñëó÷àåâ îðèåíòàöèÿ
34
ìîëåêóë ÆÊ íà ãëàäêèõ ïîâåðõíîñòÿõ îïðåäåëÿåòñÿ ñèëàìè, êîòîðûå äåéñòâóþò íà ïîâåðõíîñòè ðàçäåëà ïîäëîæêà–ÆÊ. Ðàçëè÷èå ïîâåðõíîñòíûõ íàòÿæåíèé ïîäëîæêè γS è ÆÊ γLC îïðåäåëÿåò õàðàêòåð îðèåíòàöèè: ïðè γS < γLC ðåàëèçóåòñÿ ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ, ïðè γS > γLC – ïëàíàðíàÿ. Åñëè ïîâåðõíîñòíûå íàòÿæåíèÿ ñîèçìåðèìû, òî íàáëþäàåòñÿ íàêëîííàÿ îðèåíòàöèÿ.
Îñíîâíûì ñïîñîáîì ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð â íàñòîÿùåå âðåìÿ ÿâëÿåòñÿ ìåòîä ôîòîîðèåíòàöèè [1]. Ïðè èñïîëüçîâàíèè ýòîãî ìåòîäà íà ïîêðûòîé ôîòîïîëèìåðîì ïîäëîæêå ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçîâàííîãî ÓÔ èçëó÷åíèÿ ôîðìèðóþòñÿ çîíû ñ çàäàííûì íàïðàâëåíèåì ëåãêîé îðèåíòàöèè ìîëåêóë ÆÊ. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü îáëàñòè ñ áëèçêèìè ñîîòíîøåíèÿìè ïîâåðõíîñòíûõ íàòÿæåíèé ïîäëîæêè γS è ÆÊ γLC. Ïðè ýòîì óãîë ïðåäíàêëîíà ìîëåêóë ÆÊ ê ïîäëîæêå â êàæäîé ôîðìèðóåìîé îáëàñòè èìååò áëèçêèå èëè ðàâíûå çíà÷åíèÿ. Ïî ýòîé ïðè÷èíå ìåòîä ôîòîîðèåíòàöèè ïîêà íå ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü íà îäíîé ïîäëîæêå äîìåíû ñ ïëàíàðíîé è ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé.
Îäíèì èç àëüòåðíàòèâíûõ ìåòîäîâ ñîçäàíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ ñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ ìåòîä, îñíîâàííûé íà èñïîëüçîâàíèè ïîâåðõíîñòíî-àêòèâíûõ âåùåñòâ (ÏÀÂ).  îñíîâå ýòîãî ìåòîäà ëåæàò ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé, ïîëó÷åííûå ïðè ðàçðàáîòêå êîíòàêòíîãî ìåòîäà äåôåêòîñêîïèè ïîâåðõíîñòè ñ ïîìîùüþ ÆÊ [2]. Ïîñêîëüêó äåôåêò ïîâåðõíîñòè ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëîêàëüíûé ñêà÷îê ýíåðãèè ñâÿçè ÆÊ ñ ïîäëîæêîé, òî îí ïðèâîäèò ê
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ëîêàëüíîé ðàçîðèåíòàöèè ñëîÿ ÆÊ. Åñëè íà ïîâåðõíîñòè äåôåêòà ýíåðãèÿ ñâÿçè ïîñòîÿííà è ðàçìåðû äåôåêòà â íåñêîëüêî ðàç ïðåâûøàþò òîëùèíó ÆÊñëîÿ, òî ìîæåò îáðàçîâàòüñÿ ÌÄ ñòðóêòóðà. Ñïîíòàííûå ÌÄ ñòðóêòóðû ìîæíî íàáëþäàòü ñ ïîìîùüþ ÆÊ â ìîíîêðèñòàëëàõ ïðè âèçóàëèçàöèè ìèêðîêðèñòàëëè÷åñêèõ áëîêîâ.
Îñíîâíîé ïðîáëåìîé ïðè ñîçäàíèè ìåòîäà ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð ÿâëÿåòñÿ ñîâìåùåíèå òåõíîëîãèè ïîëó÷åíèÿ ãîìåîòðîïíîé è ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè íà îäíîé ïîäëîæêå. Ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ýòè äâå òåõíîëîãèè ñèëüíî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà. Òàê, íàïðèìåð, îáÿçàòåëüíàÿ îïåðàöèÿ íàòèðàíèÿ ïîäëîæêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè ìîæåò çíà÷èòåëüíî óâåëè÷èòü ýíåðãèþ ñâÿçè ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîâåðõíîñòüþ. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî ïîëó÷åíèå îáëàñòåé ñ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèåé ñòàíîâèòñÿ íåâîçìîæíûì. Äëÿ óñòðàíåíèÿ ýòîãî ïðîòèâîðå÷èÿ íåîáõîäèìî èñïîëüçîâàòü ñìåñè ÆÊ ñ ÏÀÂ. Áëàãîäàðÿ àäñîðáöèè ÏÀ íà ïîäëîæêó ìîæíî êîìïåíñèðîâàòü òî èçìåíåíèå ýíåðãèè ñâÿçè ìîëåêóë ÆÊ ñ ïîâåðõíîñòüþ, êîòîðîå âîçíèêëî íà ýòàïå íàòèðàíèÿ.
Äðóãèì îãðàíè÷åíèåì, âëèÿþùèì íà ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð, ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ðàçëè÷íûõ ìàòåðèàëîâ ïîäëîæêè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ãîìåîòðîïíîé è ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè. Ýòó ïðîáëåìó ìîæíî ðåøèòü, ïðèìåíÿÿ ìåòîäû íàïûëåíèÿ, ôîòîëèòîãðàôèè è òðàâëåíèÿ.
Îïûòíûì ïóòåì áûëè ïîäîáðàíû ÆÊ (ÆÊÌ1282, ÆÊÌ-1289, 5ÖÁ, Í-8) è ÏÀ (ëåöèòèí), ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ ìîæíî ïîëó÷àòü íà íàòåðòîé ïîâåðõíîñòè ïîëèèìèäíîé ïëåíêè îáëàñòè ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé, à íà íàòåðòûõ ïîâåðõíîñòÿõ ñòåêëà, õðîìà, îêñèäà èíäèÿ è ðÿäà ôîòîðåçèñòîâ – ãîìåîòðîïíóþ îðèåíòàöèþ. Òàêîé ïîäõîä ïîçâîëÿåò ñôîðìèðîâàòü ñëåäóþùèå ìóëüòèäîìåííûå ñòðóêòóðû: “ãîìåîòðîï–ãèáðèä”, “ïëàíàð–ãèáðèä”, “òâèñò–ãèáðèä”,“òâèñò–ãîìåîòðîï”, “ãèáðèä–ïëàíàð”, “ãèáðèä–ãèáðèä”, “ïëàíàð–ãîìåîòðîï”.
21
4 3
21
5
Ðèñ. 1. Êîíñòðóêöèÿ ÌÄ ÿ÷åéêè òèïà “ãîìåîòðîïãèáðèä”. 1 – ñòåêëî, 2 – ñëîé ITO, 3 – ïîëèèìèäíàÿ ïëåíêà, 4 – ñëîé ÆÊ, 5 – ãðàíèöà ìåæäó äîìåíàìè.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåíà êîíñòðóêöèÿ ÌÄ ÿ÷åéêè. Ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ ïîëó÷åíà íà ïîâåðõíîñòè ñòåêëà èëè ïðîâîäÿùåì ñëîå òðèîêñèäà èíäèÿ (ITO). Òîïîëîãè÷åñêèé ðèñóíîê îáëàñòåé ñ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèåé ïîëó÷àåòñÿ ìåòîäîì ôîòîëèòîãðàôèè ñ ïîñëåäóþùèì òðàâëåíèåì ïîëèèìèäíîé ïëåíêè è óäàëåíèåì îñòàòêîâ ôîòîðåçèñòà.
Ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ-ÿ÷ååê
Ýëåêòðîîïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ÌÄ ñòðóêòóð îïðåäåëÿþòñÿ äåôîðìàöèåé äèðåêòîðà ÆÊ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Äëÿ ðàñ÷åòà äåôîðìàöèè äèðåêòîðà áûëî èñïîëüçîâàíî óðàâíåíèå, ïîëó÷åííîå â ðàáîòå [3] ïðè óñëîâèè ðàâåíñòâà êîíñòàíò óïðóãîñòè ÆÊ (îäíîêîíñòàíòíîå ïðèáëèæåíèå). Ðàñ÷åò ïðîâåäåí äëÿ ñëó÷àÿ, êîãäà ÌÄ ñòðóêòóðà íàõîäèòñÿ â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå, ñîçäàííîì ïàðàëëåëüíûìè ýëåêòðîäàìè. Ïðè ýòîì óðàâíåíèå áûëî ïðåîáðàçîâàíî è èìåëî âèä
∇2θ
−
1 2
⎛ ⎜ ⎝
πE(x, U0
y)
⎞2 ⎟ ⎠
sin
2(θ
−
ψ)
=
0.
(1)
Çäåñü θ – óãîë îòêëîíåíèÿ äèðåêòîðà îò îñè ÎY, ψ – óãîë îòêëîíåíèÿ âåêòîðà íàïðÿæåííîñòè E îò îñè
ÎY, U0 = π
K Δεε 0
– ïîðîãîâîå íàïðÿæåíèå, ãäå K –
êîíñòàíòà óïðóãîñòè ÆÊ, Δε – ìîäóëü äèýëåêòðè-
÷åñêîé àíèçîòðîïèè.
Ðàñ÷åò ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ ïðîâîäèëñÿ ñ ó÷å-
òîì èçìåíÿþùåãîñÿ â ïðîöåññå ïåðåîðèåíòàöèè
ìîëåêóë ÆÊ òåíçîðà äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè.
 ðàñ÷åòå èñïîëüçîâàíû ïðèâåäåííûå ê òîëùèíå H
ñëîÿ ÆÊ êîîðäèíàòû x.′ = x/H è ïðèâåäåííûå ê ïî-
ðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ U′ = U/U0. Ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ äëÿ θ âûáèðàëèñü èñõîäÿ èç ðàññìàòðèâàåìîé
ÌÄ ñòðóêòóðû (θ = 0 äëÿ ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèè,
θ = π/2 äëÿ ïëàíàðíîé îðèåíòàöèè).
Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà óãëà θ áûëè èñïîëüçîâàíû
äëÿ îïðåäåëåíèÿ îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè
ΔΦ (x) = ΔΦ max
n (x) − n0 , ne − n0
ãäå no, ne – ïîêàçàòåëè ïðåëîìëåíèÿ ÆÊ äëÿ îáûêíîâåííîé è íåîáûêíîâåííîé âîëí; 〈n〉(x) – óñðåä-
íåííîå ïî êîîðäèíàòå y′ çíà÷åíèå ïîêàçàòåëÿ ïðå-
ëîìëåíèÿ äëÿ íåîáûêíîâåííîé âîëíû
∫n
1H =H
0
n0ne dy. ne2cos2θ + nosin2θ
Ðàñ÷åò ôàçîâîé çàäåðæêè ïðîâåäåí äëÿ âñåõ ðàíåå ïåðå÷èñëåííûõ ÌÄ ñòðóêòóð. Íà ðèñ. 2 ïðåäñòàâ-
35
1
ΔΦ ΔΦmax
1 2 3 4
0 –4 –2 0 2 4 6 Ïðèâåäåííàÿ êîîðäèíàòà õ′
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè îò ïðèâåäåííîé êîîðäèíàòû äëÿ ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèé U ′ â ñòðóêòóðå “ïëàíàð–ãèáðèä” (Δε > 0, Δε → 0). 1 – U′ = 0; 2 – U′ = 0,7; 3 – U′ = 0,99; 4 – U′ = 1,5.
ëåíû ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äëÿ ñòðóêòóðû “ïëàíàð– ãèáðèä” (ÆÊ ñ Δε < 0, Δε → 0) ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ.  îáëàñòÿõ ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé ôàçîâàÿ çàäåðæêà ñ èçìåíåíèåì êîîðäèíàòû íå èçìåíÿåòñÿ; â îêðåñòíîñòè ãðàíèöû äîìåíîâ íàáëþäàåòñÿ èçìåíåíèå ôàçîâîé çàäåðæêè. Ïðè óâåëè÷åíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ (U′ = 1) â ïëàíàðíîì äîìåíå (x′ < 0) íàáëþäàåòñÿ äåôîðìàöèÿ òîëüêî âáëèçè äîìåííîé ãðàíèöû. Ïðè ýòîì øèðèíà ïåðåõîäíîé îáëàñòè óâåëè÷èâàåòñÿ. Ìàêñèìàëüíîå ðàñøèðåíèå íàáëþäàåòñÿ ïðè ïîðîãîâîì íàïðÿæåíèè (êðèâûå 1–3). Ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ (U′ > 0) ïðîèñõîäèò ðåçêîå ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè (êðèâàÿ 4) è âî âñåì ïëàíàðíîì äîìåíå íàáëþäàåòñÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ ìîëåêóë.  ãèáðèäíîì äîìåíå ñ óâåëè÷åíèåì óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ îò 0 âî âñåì äîìåíå ïðîèñõîäèò ðîñò ôàçîâîé çàäåðæêè. Ïðîöåññ ïåðåîðèåíòàöèè ìîëåêóë â ýòîì ñëó÷àå ÿâëÿåòñÿ áåñïîðîãîâûì. Ðàñøèðåíèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè ñî ñòîðîíû ãèáðèäà íå íàáëþäàåòñÿ. Äëÿ ÆÊ ñ áîëüøèì çíà÷åíèåì äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè (íàïðèìåð, äëÿ ÆÊ-5ÖÁ ñ Δε = 12,6) ïðè äîïîðîãîâûõ íàïðÿæåíèÿõ ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè ìåíüøå, ÷åì â ñëó÷àå ìàëûõ çíà÷åíèé Δε.
Àíàëèçèðóÿ ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòà äëÿ âñåõ ðàññìàòðèâàåìûõ â ðàáîòå ÌÄ ñòðóêòóð, ìîæíî ñäåëàòü âûâîä, ÷òî â äèàïàçîíå óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ íàáëþäàåòñÿ ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ýòî ïîäòâåðæäàþò äàííûå òàáë. 1 è òàáë. 2 äëÿ ÆÊ ñ Δε > 0 ñ Δε < 0 ñîîòâåòñòâåííî.  ýòèõ òàáëèöàõ ïîêàçàíî, â êàêîì äîìåíå îïðåäåëåííîé ÌÄ ñòðóêòóðû ïðèñóòñòâóåò ðàñøèðåíèå ìåæäîìåííîé ãðàíèöû. Ðàñ÷åò òàêæå ïîêàçàë, ÷òî ïðè ïðåâûøåíèè ïîðîãîâîãî íàïðÿæåíèÿ ïðîèñõîäèò ðåçêîå ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè.
36
Ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ÌÄ ÆÊ-ÿ÷ååê. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ ôàçîâîé çàäåðæêè ïðèìåíåí ìåòîä äâóëó÷åïðåëîìëåíèÿ [4]. Èíòåíñèâíîñòü ñâåòà, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ñëîé íåìàòèêà, ïîìåùåííîãî ìåæäó ñêðåùåííûìè ïîëÿðîèäàìè, èìååò âèä
I = I0sin22ϕ0sin2(ΔΦ/2),
(2)
ãäå I0 – èíòåíñèâíîñòü ïîëÿðèçîâàííîãî ñâåòà, ïàäàþùåãî íà ñëîé ÆÊ; ϕ0 – óãîë ìåæäó ïîëÿðèçàòîðîì è ïëîñêîñòüþ, â êîòîðîé ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ïîëÿ âåêòîðà äèðåêòîðà n.
Ôîðìóëà (2) ïîçâîëÿåò ðàññ÷èòàòü ðàñïðåäåëåíèå ôàçîâîé çàäåðæêè, åñëè â ýêñïåðèìåíòå èçìåðÿåòñÿ èíòåíñèâíîñòü ñâåòà, ïðîøåäøåãî ñëîé ÆÊ. Äëÿ òîãî ÷òîáû ðåãèñòðèðîâàòü ïðîñòðàíñòâåííîå ðàñïðåäåëåíèå èíòåíñèâíîñòè, áûë ñîçäàí èçìåðèòåëüíî-âû÷èñëèòåëüíûé êîìïëåêñ. Äëÿ ïðèìåðà íà ðèñ. 3. ïðåäñòàâëåíû èíòåðôåðåíöèîííûå êàðòèíû, íàáëþäàåìûå â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ â ÌÄ ñòðóêòóðå òèïà ãîìåîòðîï-ãèáðèä (ÆÊ Í-8 Δε = –0,43). Ðàñøèðåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè ïðîèñõîäèò òîëüêî â ãîìåîòðîïíîì äîìåíå (ðèñ. 3á). Ýòà îáëàñòü äîñòèãàåò ñâîèõ ìàêñèìàëüíûõ ðàçìåðîâ (ðèñ. 3â) ïðè íàïðÿæåíèè, ðàâíîì ïîðîãîâîìó íàïðÿæåíèþ Â-ýôôåêòà àìïëèòóäîé 6Â. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, ïðîâåäåííûå ñ äðóãèìè òèïàìè ÌÄ ñòðóêòóð, ïîäòâåðäèëè ôàêò ðàñøèðå-
Òàáëèöà 1. Ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà äëÿ ÆÊ ñ Δε > 0
Îðèåíòàöèÿ â 1-ì äîìåíå
Âàðèàíòû îðèåíòàöèè âî 2-ì äîìåíå
Ïëàíàð
Ãèáðèä Ãîìåîòðîï
Ïëàíàð
Íåò
Ðàñøèðåíèå Ðàñøèðåíèå
â îáëàñòè â îáëàñòè
ïëàíàðà
ïëàíàðà
Ãèáðèä
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ïëàíàðà
Íåò
Íåò
Ãîìåîòðîï
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ïëàíàðà
Íåò
Íåò
Òàáëèöà 2. Ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà äëÿ ÆÊ ñ Δε < 0
Îðèåíòàöèÿ â 1-ì äîìåíå
Âàðèàíòû îðèåíòàöèè âî 2-ì äîìåíå
Ïëàíàð
Ãèáðèä Ãîìåîòðîï
Ïëàíàð
Íåò
Íåò Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ãèáðèä
Íåò
Íåò Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ãîìåîòðîï
Ðàñøèðåíèå â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
Ðàñøèðåíèå Íåò â îáëàñòè ãîìåîòðîïà
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
(à) (á)
(â)
Ðèñ. 3. Íàáëþäàåìàÿ ïðè îñâåùåíèè áåëûì ñâåòîì â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ ãðàíèöà ìåæäó ãîìåîòðîïíîé è ãèáðèäíîé îáëàñòÿìè (ÆÊ Í-8) ïðè f = 200 Ãö è àìïëèòóäàõ U = 0 (à), U = 5,5 (á), U = 6 B (â).
ΔΦ ΔΦmax
0,4
0,2
1 2 0 123
Ïðèâåäåííàÿ êîîðäèíàòà õ′
Ðèñ. 4. Òåîðåòè÷åñêèå è ýêñïåðèìåíòàëüíûå çàâèñèìîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ îòíîñèòåëüíîé ôàçîâîé çàäåðæêè äëÿ ñòðóêòóðû “ãîìåîòðîï–ãèáðèä“ (Δε < 0, ïðè |Δε| → 0). 1 – U/U0 = 1, 2 – U/U0 = 0,8.
äèàïàçîíå óïðàâëÿþùèõ íàïðÿæåíèé ÌÄ ñòðóêòóðà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äâå îáëàñòè ñ ðàçëè÷íûìè âîëüò-ôàçîâûìè õàðàêòåðèñòèêàìè, ðàçäåëåííûå ìàëîé ïåðåõîäíîé îáëàñòüþ ïîðÿäêà 10 ìêì ïðè òîëùèíå ÆÊ-ñëîÿ 40–60 ìêì. Òàêèì îáðàçîì, â ýòîì ñëó÷àå ýêñïåðèìåíòàëüíî íå îáíàðóæåíî ðàñøèðåíèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè è åå øèðèíà ìåíüøå ðàñ÷åòíîé. Âîçìîæíî, ÷òî â ïåðåõîäíîé îáëàñòè âñëåäñòâèå ðåçêîãî èçìåíåíèÿ îðèåíòàöèè ìîëåêóë èìååòñÿ íåîäíîðîäíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå è åãî âëèÿíèå íà äåôîðìàöèþ äèðåêòîðà â ðàñ÷åòå íå ó÷èòûâàåòñÿ.  ñëó÷àå ÆÊ ñ ìàëûì çíà÷åíèåì äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèè ýòî ïîëå ïî÷òè íå âëèÿåò íà ýëåêòðîîïòè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ÌÄ ñòðóêòóðû. Ó÷åò âëèÿíèÿ ýòîãî ïîëÿ ïðè ðàñ÷åòå äåôîðìàöèè äèðåêòîðà ïëàíèðóåòñÿ â äàëüíåéøåì.
Èñïîëüçîâàíèå ÌÄ ñòðóêòóð â îïòè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ
Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ïîçâîëèëè ñîçäàòü ìåòîä ôîðìèðîâàíèÿ èçîáðàæåíèÿ â óñòðîéñòâàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè ñ èñïîëüçîâàíèåì ÌÄ ñòðóêòóð. Ñóòü ýòîãî ìåòîäà çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì: â îáëàñòè âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ ôîðìèðóåòñÿ ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ çà ñ÷åò îðèåíòàöèè ìîëåêóë, îòëè÷àþùåéñÿ îò ôîíà. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äàííûé ñåãìåíò ñîëüåòñÿ ñ ôîíîì è òåì ñàìûì ïåðåéäåò â âûêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå. Äëÿ ïðèìåðà íà ðèñ. 5 èçîáðàæåíà íàäïèñü â áóêâåííî-öèôðîâîì èíäèêàòîðå (ÁÖÈ),
(à)
íèÿ ïåðåõîäíîé îáëàñòè â äèàïàçîíå íàïðÿæåíèé îò 0 äî ïîðîãîâîãî çíà÷åíèÿ êàê äëÿ ÆÊ ñ Δε>0, òàê è äëÿ ÆÊ ñ Δε < 0 ïðè Δε → 0.
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíû òåîðåòè÷åñêèå (ñïëîøíûå ëèíèè) è ýêñïåðèìåíòàëüíûå (òî÷êè) çàâèñèìîñòè ôàçîâîé çàäåðæêè äëÿ ñòðóêòóð òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï” â ïåðåõîäíîé îáëàñòè äëÿ ðàçíûõ íàïðÿæåíèé. Èìååò ìåñòî ñîãëàñèå ðàñ÷åòíûõ è ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ.
Ïðè èññëåäîâàíèè ÌÄ ÿ÷ååê, çàïîëíåííûõ ÆÊ c Δε >> 0 (5ÖÁ, ÆÊ-1282), îáíàðóæåíî, ÷òî ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ äëÿ âñåõ âîçìîæíûõ êîìáèíàöèé ÌÄ ñòðóêòóð íàáëþäàëîñü òîëüêî ñóæåíèå ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ôàêòè÷åñêè âî âñåì
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ
(á)
Ðèñ. 5. à – êîíñòðóêöèÿ ÁÖÈ ñ ìóëüòèäîìåííîé ñòðóêòóðîé òèïà “ãèáðèä–ãîìåîòðîï”, á – íàáëþäàåìàÿ íàäïèñü â ÁÖÈ ïðè îòñóòñòâèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ.
37
ïîëó÷åííàÿ ðàçëè÷íîé îðèåíòàöèåé ìîëåêóë ÆÊ è íàáëþäàåìàÿ â ñêðåùåííûõ ïîëÿðèçàòîðàõ. Ñâåòëàÿ îáëàñòü – ãèáðèäíàÿ îðèåíòàöèÿ, òåìíàÿ – ãîìåîòðîïíàÿ îðèåíòàöèÿ. Ïðè ïîäà÷å óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ â îáëàñòÿõ ñåãìåíòà è ôîíà áóäåò íàáëþäàòüñÿ ïåðåîðèåíòàöèÿ ìîëåêóë íåìàòèêà è ñåãìåíò ïåðåéäåò â âûêëþ÷åííîå ñîñòîÿíèå.
Ïðîâåäåíû èññëåäîâàíèÿ ñ öåëüþ ñîçäàíèÿ êîíñòðóêöèé ÁÖÈ íà ÌÄ ñòðóêòóðàõ, îáëàäàþùèõ áîëåå âûñîêèì êîíòðàñòîì èçîáðàæåíèÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ÆÊ-ÿ÷åéêàìè ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé. Ïðè÷èíà, ïî êîòîðîé ñ ïîâûøåíèåì óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïàäàåò êîíòðàñò â ÆÊ-ÿ÷åéêàõ ñ îäíîðîäíîé îðèåíòàöèåé, çàêëþ÷àåòñÿ â ñëåäóþùåì. Íà ãðàíèöå âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ ïîäëîæåê âîçíèêàåò íåîäíîðîäíîå ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå, êîòîðîå ïðèâîäèò ê äîïîëíèòåëüíîé ïåðåîðèåíòàöèè ÆÊ è îáðàçîâàíèþ ïåðåõîäíîé îáëàñòè. Ðàçìåð ýòîé îáëàñòè çàâèñèò îò òîëùèíû ñëîÿ ÆÊ è óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ. Äëÿ ÿ÷ååê, òîëùèíà êîòîðûõ îò 20 äî 199 ìêì, îíà ìîæåò ñîñòàâëÿòü äî 0,5 ìì. Ýòî ñóùåñòâåííî óõóäøàåò êîíòðàñò èçîáðàæåíèÿ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî ïðåäëîæåííûå íàìè êîíñòðóêöèè ÁÖÈ ñ ïðèìåíåíèåì ÌÄ ñòðóêòóð ïîçâîëèëè óñòðàíèòü ýòîò íåäîñòàòîê. Åñëè ïîìåñòèòü ñåãìåíò èçîáðàæåíèÿ íà äîñòàòî÷íîì óäàëåíèè îò ãðàíèöû âçàèìíîãî ïåðåêðûòèÿ ýëåêòðîäîâ (ñì. ðèñ. 5à), òî ìåæäîìåííàÿ ãðàíèöà îêàæåòñÿ â îáëàñòè îäíîðîäíîãî ïîëÿ.  ñëó÷àå èñïîëüçîâàíèÿ ÆÊ ñ áîëüøîé äèýëåêòðè÷åñêîé àíèçîòðîïèåé ïåðåõîäíàÿ çîíà â îòñóòñòâèå óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ áóäåò ñîñòàâëÿòü íå áîëåå 20 ìêì ïðè òîëùèíå ñëîÿ ÆÊ 50 ìêì. Ïðè óâåëè÷åíèè óïðàâëÿþùåãî íàïðÿæåíèÿ ïåðåõîäíàÿ îáëàñòü áóäåò òîëüêî óìåíüøàòüñÿ.
Ïðè èñïîëüçîâàíèè ÌÄ ñòðóêòóð â áóêâåííîöèôðîâûõ èíäèêàòîðàõ ìîæíî
– óïðîñòèòü òîïîëîãèþ òîêîïðîâîäÿùèõ ñëîåâ;
– ïîëó÷èòü èçîáðàæåíèå, ñóùåñòâóþùåå áåç ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ;
– óìåíüøèòü ïåðåõîäíûå îáëàñòè íà ãðàíèöàõ ýëåêòðîäîâ;
– èñêëþ÷èòü äåôåêòû îðèåíòàöèè (äèñêëèíàöèè), âûçâàííûå âëèÿíèåì íåîäíîðîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ïîëåé.
Çàêëþ÷åíèå
Ðàçðàáîòàííûé ìåòîä èçãîòîâëåíèÿ ìóëüòèäîìåííûõ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ èñïîëüçîâàíèåì ÏÀ ïîçâîëÿåò ïîëó÷àòü ðàçíîîáðàçíûå ÌÄ ñòðóêòóðû, â òîì ÷èñëå îáëàñòè ñ ïëàíàðíîé è ãîìåîòðîïíîé îðèåíòàöèÿìè íà îäíîé ïîäëîæêå. Ðàçâèò ìåòîä ðàñ÷åòà äåôîðìàöèé äèðåêòîðà íåìàòèêà â ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå äëÿ ÆÊ-ÿ÷ååê ñ ÌÄ ñòðóêòóðàìè, è ïðîâåäåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ èõ ýëåêòðîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ ÌÄ ñòðóêòóð â ïðèáîðàõ îòîáðàæåíèÿ îïòè÷åñêîé èíôîðìàöèè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Hoffmann E., Klausmann H., Ginter E., Knoll P.M., Seiberle H., Schadt M. Development of a dualdomain TFTLCD by optical propertis // SID Digest. 1998. Ð. 734.
12. Àýðî Ý.Ë., Áàõøèñâ Í.Ã., Òîìèëèí Ì.Ã. Âèçóàëèçàöèÿ ïîâåðõíîñòíûõ äåôåêòîâ ðàçëè÷íîé ïðèðîäû ñ ïîìîùüþ ÍÆÊ // Òð. ÃÎÈ. 1986. Ò. 59. Â. 193. Îïòèêà æèäêèõ êðèñòàëëîâ. Ñ. 91–121.
13. Àýðî Ý.Ë. Ýëåêòðî- è ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû â êðèâîëèíåéíûõ îáëàñòÿõ, çàïîëíåííûõ íåìàòè÷åñêèìè æèäêèìè êðèñòàëëàìè // Îïò. è ñïåêòð. 1995. Ò. 79. Â. 2. Ñ. 320–328.
14. Ñòîéáåð Ð., Ìîðçå Ñ. Îïðåäåëåíèå êðèñòàëëîâ ïîä ìèêðîñêîïîì. Ì.: Ìèð, 1974. 282 ñ.
38 “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008