Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время сложно представить современные информационные дисплеи без применения в них жидких кристаллов Работа данных устройств основана на электрооптических эффектах, т е изменении оптических характеристик под действием электрического поля Статическое и динамическое поведение ЖК в электрических полях зависят как от вязкоупругих свойств ЖК, так и от природы взаимодействия ЖК с поверхностью твердого тела В последнее время был предложен метод фотоориентации, обеспечивающий создание поверхностной ориентации ЖК с заданным направлением и контролируемой силой сцепления
Физические явления на границе раздела ЖК - фотоориентируемый слой описываются совокупностью релаксационных процессов с чрезвычайно широким спектром времен релаксации Наличие такого широкого спектра отражает существование, как процессов, протекающих на мономолекулярном уровне (например, конформационных превращений в слое фотоориен-танта под действием света), так и процессов коллективного взаимодействия упорядоченных структур ЖК и слоя фотоориентанта Результатом данных процессов является возникновение приповерхностных слоев с характерными толщинами, лежащими в нанометровом диапазоне, свойства которых отличаются от объемных свойств ЖК
Выполненные к настоящему моменту исследования, показывают возможность управления поверхностными процессами в приповерхностном слое ЖК с помощью внешних факторов, таких как магнитные и электрические поля В частности, было установлено, что данные поля могут вызывать чрезвычайно медленное изменение поверхностной ориентации, описываемое в терминах скольжения (глайдинга) легкой оси Характерные времена процессов медленной поверхностной релаксации могут достигать десятков часов, что делает достаточно сложным определение контрольных параметров, ответственных за глайдинг легкой оси Недавно было установлено, что поворот легкой оси может быть вызван поляризованным светом с высокой дозой излучения
В связи с этим, выполненное в настоящей работе исследование одновременного (комбинированного) воздействия электрического поля и поляризованного света на слой ЖК, ограниченный фотоориентируемой поверхностью, представляется актуальным, как с точки зрения изучения природы поверхностных явлений в ЖК, так и для использования в современных ЖК технологиях
С появлением технологии фотоориентации открываются новые возможности изучения не только поверхностных, но и объемных вязкоупругих свойств ЖК
В данной работе технология фотоориентации позволила реализовать новую экспериментальную геометрию ЖК ячейки, обеспечивающую исследование динамических процессов и вязкоупругих свойств ЖК, за счет создания с помощью однородного электрического поля, чистой твист деформации с заданной силой азимутального поверхностного сцепления До настоящего
времени данный вид деформации создавался с помощью магнитных полей, что представляло ряд недостатков с точки зрения исследования вязкоупру-гих свойств ЖК
Целью работы является экспериментальное изучение динамических процессов в жидкокристаллических слоях, ограниченных поверхностью с фотоориентируемым покрытием при воздействии электрического поля и поляризованного света для получения новой информации о вязкоупругих свойствах жидких кристаллов и релаксационных параметрах, описывающих медленную поверхностную динамику на границе раздела ЖК - твердое тело
Достижение данной цели включает в себя решение следующих задач
создание экспериментальных установок и разработка методики исследования комбинированного воздействия электрического поля и поляризованного света на слой ЖК, контактирующий со слоем фотоуправляемого азо-красителя,
проведение экспериментальных исследований медленной поверхностной динамики в условиях одновременного воздействия дестабилизирующего электрического поля и поляризованного света для установления зависимости характерных времен релаксации от контрольных параметров эксперимента,
построение, на основе полученных экспериментальных данных, модели медленного азимутального скольжения (глайдинга) легкой оси НЖК под воздействием электрического поля и поляризованного света,
разработка и теоретическое обоснование новой экспериментальной геометрии, позволяющей с высоким разрешением регистрировать чистую твист деформацию слоя НЖК, вызванную однородным электрическим полем,
экспериментальная реализация данной геометрии с использованием ЖК ячейки новой конструкции и метода фотоориентации,
экспериментальное исследование статических деформаций и динамических изменений ориентационной структуры в слое НЖК под воздействием электрического поля и ограничивающих поверхностей,
разработка, на основе проведенных исследований, нового метода определения вязкоупругих параметров ЖК
Научная новизна полученных результатов состоит в следующем
-
Обнаружен и исследован новый эффект глайдинга легкой оси нематиче-ских жидких кристаллов при комбинированном воздействии электрического поля и поляризованного света на слой ЖК, взаимодействующий с фотоориентируемой поверхностью
-
Впервые экспериментально установлено, что комбинированное воздействие относительно слабого электрического поля и поляризованного света может вызывать чрезвычайно медленные изменения состояния системы с последующей релаксацией в исходное положение после выключения электрического поля и света
-
Установлено, что характерные времена релаксации зависят от набора
контрольных параметров, таких как доза предварительной УФ обработки, интенсивность света, приложенное напряжение, время экспозиции
-
Обнаружен эффект долговременной оптической памяти, управляемый за счет соответствующего подбора контрольных параметров
-
Реализована принципиально новая, экспериментальная геометрия ЖК ячейки, эффективная при изучении 3-х мерной ориентационной структуры жидких кристаллов, в условиях воздействия ограничивающих поверхностей и электрических полей
-
Впервые в новой геометрии создана и исследована чистая твист деформация НЖК под воздействием однородного электрического поля Данная геометрия обладает высокой чувствительностью оптического отклика к малым изменениям азимутального угла и позволяет определять вязкоуп-ругие параметры ЖК (модуль упругости франка К22 и коэффициент вращательной вязкости У])
Практическая ценность заключается
в обнаруженном эффекте управляемой долговременной памяти с временами достигающими сотен часов На основе данного эффекта могут быть предложены устройства для хранения информации с контролируемой по времени длительностью,
в разработанной конструкции ЖК ячейки, позволяющей реализовать новую, экспериментальную геометрию, эффективную при определении важнейших материальных параметров ЖК с использованием электрического поля
Автор защищает:
-
Результаты методических разработок и экспериментальных исследований динамических процессов и вязкоупругих свойств НЖК
-
Результаты исследования медленной поверхностной динамики НЖК при комбинированном воздействии электрического поля и поляризованного света
-
Предложенную модель, описывающую глайдинг легкой оси НЖК с учетом взаимодействия НЖК со слоем фотоориентанта
-
Новый метод определения вязкоупругих свойств ЖК
Апробация работы. Основные результаты работы отражены в 13 научных публикациях и докладывались на 21-й международной конференции по жидким кристаллам (Колорадо, США, 2005), 9-й европейской конференции по жидким кристаллам (Лиссабон, Португалия 2007), 11-й международной конференции по оптике жидких кристаллов (Флорида, США, 2005), 15-м международном симпозиуме "Перспективные дисплейные технологии" (Москва, 2006), 10-м азиатском симпозиуме по информационным дисплеям (Сингапур, 2007), международной конференции "Евродисплей" (Москва, 2007), 22-й международной конференции по жидким кристаллам (Jeju Island, Корея, 2008)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 2 приложений Объем диссертаци-
онной работы составляет 125 страниц машинописного текста и включает 45 иллюстраций, 4 таблицы, список литературы из 105 наименований
