Введение к работе
Актуальность темы. Сегнетоэлектрические смектические С жидкие кристаллы (С ЖК) [»] наряду с нематическими ЖК (НЖК) и знтисегнетоэлектрическими ЖК (АС ЖК) [г] являются перспективным классом сред для использования в устройствах отображения информации [з,4]. Каждый из перечисленных классов имеет свои достоинства и недостатки в контексте указанных применений. Наиболее важными преимуществами рассматриваемого ниже линейного электрооптического (ЭО) эффекта в С*ЖК [в], например, для экранов с матричной адресацией, являются высокое быстродействие в электрооптическом отклике на внешнее электрическое поле (единицы микросекунд) и бистаоильность (наличие бистабильности позволяет, в принципе, адресовать неограниченно большое количество строк матрицы без понижения контраста изображения экрана). Как следствие преимуществ, С*ЖК обеспечивают высокую скорость смены изображений, иирокие углы обзора, возможность пассивной матричной адресации большого количества строк и возможность запоминания изображений без приложения внешнего напряжения [4]. Указанные достоинства послужили стимулом для многочисленных работ в областях фундаментальных и прикладных исследований С*ЖК. Были продемонстрированы [з,4] успешные применения С*ЖК в экранах компьютерных и телевизионных мониторов, модулирующих линейках ЖК принтеров, решающих устройствах оптических вычислительных машин, оптически управляемых модуляторах и т.д. В то же время эти работы выявили ряд проблем, которые не позволяют в полной мере использовать преимущества С ЖК.
К ним относятся потеря бистабильных свойств в оптимальных для быстродействия условиях, трудности в одновременной оптимизации быстродействия и контрастных характеристик и в получении качественной ориентации С*ЖК. Дополнительной проблемой отдельных применений является то, что геометрия линейного ЭО эффекта не обладает "встроенной" способностью к генерации шкалы серого.
Указанные проблемы определяются геометрией линейного ЭО эффекта, необходимостью выбора определенных величин параметров
С ЖК и взаимодействием С*ЖК с поверхностью, которое в настоящее время недостаточно изучено на Фундаментальном уровне. Мало исследованы составляющие этого взаимодействия (отсутствуют иследования корректности задания пс.! орхностных взаимодействий в форме Рапини [б] и методы измерения соответствуюших коэффициентов жесткости), их взаимовлияние и проявление в физических свойствах С*ЖК образцов. Не разработаны способы управления величиной взаимодействия С*ЖК с поверхностью. Недостаточно изучено влияние граничных и внешних условий на процесс формирования структуры смектических слоев smc* фазы, на распределение директора внутри смектических слоев и на устойчивость би-стабильного и моностабильного откликов С*ЖК.
Выше перечислены лишь некоторые фундаментальные и связанные с ними прикладные проблемы в области С ЖК. Обшность этих проблем в С*ЖК и в других мезофвзах, например АС*КК, перспективы применения других ЭО эффектов в 0 3* и успешные первые применения линейного ЭО эффекта в С*КК делают актуальным про-' ведение исследований, направленных на решение стоящих в настоящее время проблем.
Цель работы: исследование электрооатичеоких свойств ориентированных образцов С*ЖК и определение и изучение основных параметров взаимодействия С*ЖК с поверхностью, влияющих на эти свойства. На основе полученных результатов предполагалось показать возможности применения С*ЯК в устройствах отображения информации с высоким информационным содержанием.
Научная новизна работы:
-
Экспериментально показана возможность индуцирования кираль-ной смектической С фазы в смеси немезогенных и содержащих только нематическую фазу веществ;
-
Экспериментально показано, что используя полярные свойства ограничивающей поверхности с малым углом преднаклона директора С*ЖК (0.2) может быть получена моношевронная структура смектических слоев;
-
Экспериментально определена величина коэффициента жесткости, описывающего азг,:утальнув энергию связи С*ЖК с подложкой;
4. Экспериментально показано, что энергия связи С ЖК с подлож
кой определяет наклон смектических слоев в шевронной струк
туре относительно нормали к подложкам;
5. Впервые обнаружено восстановление бистабилъных свойств
.тонких (сі=І.5мкм) С ЖК ячеек с большой величиной спонтзн-
. ной поляризации Ре после их деградации в моностабильные; предложена модель, объясняющая указанное поведение;
6. Предложена новая геометрия линейного электрооптического
эффекта в С Ж на основе легирования поверхностно-активным
веществом (ПАВ) слоев ориентанта и, как следствие, возни
кающей асимметрии распределений директора С*ЖК в ячейке.
Практическая значимость полученных результатов:
-
Разработаны новые смесевые С ЖК материалы, обладающие различными последовательностями фаз (smc*-smA-N -і, smc -smA-i, smc*-N*~i) и управляемыми основными параметрами, что позволяет использовать эти материалы в различных прототипных С*ЖК устройствах;
-
Разработаны смесевые составы ориентантов, позволявшие получить угол преднаклона е молекул ЖК у поверхности при натирании ориентанта в диапазоне 0.2<в гФ0, фотоиндуцирован-ную ориентацию ЖК и бездефектную ориентацию С*ЖК на большой плошади (десятки квадратных сантиметров);
-
Экспериментально показана возможность применения полученных результатов для изготовления матричных С ЖК экранов с пассивной адресацией в условиях технологии, применяемой для сборки нематических твист и супертвист экранов;
-
Предложен метод матричной адресации, позволяющий в условиях новой геометрии линейного ЭО эффекта получить генерацию аналоговой шкалы серого в пределах одного пикселя С ЖК матрицы, каждая строка которой в предложенном методе адресуется за два такта.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Структура поверхности ориентанта определяет долговременное наличие или отсутствие бистабильных свойств С ЖК ячеек;
-
Энергия связи С*ЖК с поверхностью является одним из основных факторов, определяющих наклон смектических слоев отно-
сительно нормали к подложке; 3. Моностабильный отклик С*КК с малой величиной спонтанной поляризация Ре~5нКл/см2 определяется взаимодействием спонтанной поляризации С*ЖК с внутренним электрическим полем, созданным ионами ПАВ, находящимися в слое оризнтанта. Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались к обсуждались на:
3-й Международной конференции по Сегнетоэлектричвским Жидким Кристаллам, Болдер, США, 1991г.;
14-й Международной конференции по Жидким Кристаллам, Пиза, Италия, 1992г.;
Европейской конференции по Жидким Кристаллам, Флимс, Швейцария, 1993г.;
4-й Международной конференции по Сегнетоэлектрическим Жидким Кристаллам, Токио, Япония, 1993г.;
15-й Международной конференции по Жидким Кристаллам, Будапешт, Венгрия, 1994г.;
5-й Международной конференции по Сегнетоэлектрическим Жидким Кристаллам, Кембридж, Англия, 1995г.;
Публикации. По теме диссертации опубликованы 22 печатных работы. Список опубликованных работ приведен в конце реферата.
Объем и структура диссертации.
