Жидкокристаллическое устройство

 

Изобретение относится к молекулярной электронике и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах. Сущность: устройство содержит две жидкокристаллические ячейки, установленные последовательно. Каждая ячейка содержит две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером сегнетоэлектрического жидкого кристалла, причем молекулы жидкого кристалла в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки. Направления электрического поля в обеих ячейках противоположны. Устройство может содержать общую для обеих ячеек прозрачную пластину с прозрачными электродами на обеих сторонах. 1 ил.

Изобретение относится к молекулярной электронике и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в устройствах обработки и отображения информации, в устройствах управления лазерным излучением, в частности, в телевидении, в компьютерных дисплеях, контрольно-измерительной аппаратуре, устройствах телекоммуникации.

Известно жидкокристаллическое (ЖК) устройство, содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером жидкого кристалла (КПЖК), причем осесимметричные капли ЖК с положительной диэлектрической анизотропией ориентированы хаотично в полимерной матрице. Под действием переменного электрического поля ориентация молекул ЖК в капсулах и, следовательно, условия рассеяния света в дисперсной пленке меняются, что вызывает модуляцию проходящего через устройство светового излучения. Устройства на основе КПЖК-пленки могут изготавливаться в гибком варианте и практически неограниченной площади, они просты в изготовлении и надежны в эксплуатации. Недостатком известного устройства является низкое быстродействие: частота модуляции не превышает 10 кГц.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является ЖК устройство, содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером сегнетоэлектрического (КПСЭЖК), причем молекулы СЭЖК в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, а с внешней стороны прозрачных пластин расположен по крайней мере один поляроид. Под действием переменного электрического поля молекулы СЭЖК переориентируются на угол 2Θ (где q - угол наклона молекул СЭЖК к плоскости молекулярного слоя) в плоскости пленки, что приводит к модуляции проходящего светового излучения. Недостатками известного ЖК устройства являются невозможность модуляции излучения большой мощности (т.к. при большой интенсивности света поляроид перегревается и разрушается), а также использование сравнительно редких, не выпускаемых промышленностью СЭЖК с углом наклона молекул Θ=45°. Использование призменных поляризаторов вместо поляроидной пленки не решает проблемы, т.к. в этом случае устройство становится громоздким, дорогостоящим, а рабочая площадь ограничивается габаритами призмы.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, - создание ЖК устройства на основе КПСЭЖК-пленки для управления мощным световым излучением с использованием стандартных, выпускаемых промышленностью, СЭЖК, имеющих угол наклона молекул к плоскости молекулярного слоя, Θ=22,5° При осуществлении изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении предела мощности модулируемого излучения и расширения ассортимента используемых жидких кристаллов.

ЖК устройство содержит две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена КПСЭЖК-пленка, причем молекулы СЭЖК в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, содержит дополнительную ячейку, установленную последовательно с первой и содержащую две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена такая же КПСЭЖК-пленка, причем молекулы СЭЖК в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, при этом направления электрического поля в обеих ячейках противоположны.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием дополнительной ячейки, установленной дополнительно с первой и содержащей две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена такая же КПСЭЖК-пленка, причем молекулы СЭЖК в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, при этом направления электрического поля в обеих ячейках противоположны.

В предлагаемом устройстве использование дополнительной ячейки на основе КПСЭЖК-пленки, во-первых, дает возможность модулировать световое излучение на 3 4 порядка большей мощности, чем известное устройство с поляроидом [2] Во-вторых, предлагаемая конструкция устройства позволяет использовать широко распространенные и коммерчески доступные СЭЖК с углом наклона молекул Θ=22,5°, в отличие от прототипа, для которого необходимо синтезировать специальные СЭЖК с углом наклона молекул Θ=45° Вследствие отмеченных выше причин применение предлагаемого ЖК устройства на основе гибкой КПСЭЖК-пленки позволяет модулировать свет большой мощности, используя при этом обычные, выпускаемые промышленностью СЭЖК.

На чертеже схематично изображена конструкция ЖК устройства.

Устройство содержит прозрачные пластины 1, 4, 5, 8. Между пластинами 1 и 4, а также 5 и 8 расположены пленки 2 и 6 капсулированного полимером сегнетоэлектрического жидкого кристалла (КПСЭЖК). Для простоты показана лишь одна капля в каждой пленке 3 и 7. На внутренние стороны пластин 1, 4, 5, 8 нанесены прозрачные электроды 9 и 10. Внутри капли схематично в виде прямоугольника изображена молекула СЭЖК с дипольным моментом (стрелочка), направленным перпендикулярно длинной оси молекулы. Под действием электрического поля молекулы поворачиваются по поверхности конуса с углом 2Θ° в вершине так, что дипольные моменты ориентируются вдоль поля.

В левой части чертежа молекулы СЭЖК под действием поля ориентируются так, что их длинные оси в обеих пленках параллельны друг другу и лежат в плоскости XY. В таком случае свет, плоскость поляризации которого совпадает с осью Y, проходит через устройство, не рассеиваясь, так как в этом случае градиент показателя преломления на границе полимер капли СЭЖК практически отсутствует [2] Свет, плоскость поляризации которого совпадает с осью X, рассеивается вследствие большого градиента показателя преломления.

При изменении полярности электрического поля (правая часть чертежа) молекулы переориентируется на угол 2Θ=45° оставаясь в плоскости XY При этом молекулы в верхней и нижней КПСЭЖК-пленках переориентируются в разные стороны от оси X так, что угол между их ориентацией составляет 4Θ=90°. В этом случае ЖК устройство рассеивает свет любой поляризации. По своему действию такая геометрия аналогична системе скрещенных поляризаторов. При другой взаимной ориентации КПСЭЖК-пленок модуляция также наблюдается, но имеет меньшую амплитуду.

Пример конкретного выполнения. На прозрачные пластины нанесены прозрачные электроды. КПСЭЖК-пленка выполнена на основе сегнетоэлектрического жидкого кристалла ДОБАМБЦ, капсулированного в поливинилбутирале. Молекулы СЭЖК во всех каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, угол наклона молекул Θ=22,5°, а показатели преломления СЭЖК, где n_II показатель преломления полимера, n_┴ показатель преломления обыкновенного луча света в СЭЖК, КПСЖЭК-пленки размещены между прозрачными пластинами, образуя две ячейки. Обе ячейки установлены последовательно другу. Направления электрического поля в обеих ячейках противоположны. Собранное ЖК-устройство имеет следующие характеристики: управляющее напряжение до 300 В частота модуляции до 800 кГц плотность мощности модулированного излучения (аргоновый лазер) до 3 кВт/см².

Исследования экспериментальных образцов показали, что ЖК устройство предлагаемой конструкции по основным характеристикам не уступает прототипу. В то же время было получено такое новое качество, как возможность модулировать излучение на 3 порядка больше плотности мощности при использовании стандартных, коммерчески доступных СЭЖК, т.е. при одновременном расширении ассортимента используемых жидких кристаллов.

Формула изобретения

Жидкокристаллическое устройство, содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером сегнетоэлектрического жидкого кристалла, причем молекулы жидкого кристалла в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, отличающееся тем, что оно содержит дополнительную ячейку, установленную последовательно с первой и содержащую две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена такая же, как и в первой ячейке, пленка капсулированного полимером сегнетоэлектрического жидкого кристалла, причем молекулы СЭЖК в каплях ориентированы преимущественно в одном направлении в плоскости пленки, при этом направления электрического поля в обеих ячейках противоположны.

РИСУНКИ

Рисунок 1