Введение к работе
Актуальность темы: Интерес к изучению Жидких Кристаллов (ЖК) значительно возрос после открытия Мейером в 1974 г. сегне-тоэлектричества в наклонных хиральных смекткческих жидких кристаллах. Сегнетоэлектрические смектические С» Жидкие Кристаллы (С*ЖК) с момента их открытия сразу же стали объектом фундаментальных научных исследований благодаря уникальному для жидкостей свойству - наличию спонтанной поляризации. Новый вспласк з изучении С*1К возник после обнаружения Кларком и Лагерволлом в 1980 г. электрооатического эффекта в поверхностно-стабилизированных С*ЖК (ПССЖК) ячейках. Вследствие линейного взаимодействия спонтанной поляризации с электрическим полем и малой вращательной вязкости С-директора электрооптичаский эффект в С*ЖК обладает значительно (в 100-1000 раз) большим быстродействием в сравнении с нематиче-окими ЖК, а также бистабильностыо - оптической памятью после выключения электрического поля. Благодаря этим свойствам С»ЖК привлекают внимание разработчиков дисплейной техники, как к рабочей среде в плоских высокоинформативных экранах быстросманяющейся информации, таких как компьютерные дисплеи гсл-разрешения и телевизионные экраны, работающие в полном телевизионном стандарте. Применение С*ЖК в устройствах оптической обработки информации также является перспективным. В сравнении с аналогичными системами на нематических ЖК такие устройства обладают более высоким временным разрешением и оптической памятью. Сегнетоэлектрические жидкие кристаллы могут применяться в электрически управляемых светофильтрах, светорассеивающих устройствах, оптически управляемых транспарантах, векторных оптических процессорах, устройствах
памяти и т.д. '
В настоящее время исследования ОКК идут по следующим основным направлениям:
-создание С*ЖК смесей, обладающих широким рабочим интервалом температур, высоким быстродействием, химической и термодинамической устойчивостью;
-исследование условий и разработка методов достижения надежной и устойчивой во времени бистабильности (оптической памяти);
-разработка методов качественной ориентации С»ЖК на больших площадях.
Целью работы является поиск и исследование условий достижения бистабильности олектрооптического отклика ОЖК ячеек, что включает в себя решение следующих конкретных задач:
-исследование зависимости бистабнлышх свойств С*ЖК ячеек от физических параметров С*ЖК материала, геометрии ячейки и режима управления;
-разработка новых методов исследования С»ЖК смосей.
Научная новизна работы заключается в следующем: I.Обнаружена и исследована связь между способами упаковки омектических слоев и олектрооптических, диалектрических и бистабилышх свойств С*КК ячеек. Предложены два различных метода реализации бйстабильной структури ОЖК ячейки.
2.Разработаны ' критерии, характеризующие динамические и статические свойства бистабильности ОЖК ячеек. На основе атих критериев проведено комплексное экспериментальное исследование зависимости бистабильности от различных параметров ОЖК материала, параметров ячейки и управляющих напряжоний.
3.Впервые обнаружены четыре независимых релаксационных
- і -
процесса в диэлектрическом поведении ОЖК ячейки, соответствующие "голдстоуновской" моде. Исследована связь этих процессов с электрооптикой и упаковкой смектических слоев.
4.Обнаружена и исследована частотная дисперсия коэрцитивной силы гистерезиса С «ИСК ячеек в инфра-низкочастотной области П0~4-1СГ Гц) На основе модели деполяризационного поля примесных зарядов разработан метод измерения статической петли гистерезиса.
5. Предложены методы опенки различных видов энергии сцепления. Впервые доказано влияние экзргии поверхностного сцепления (энергии Берромана) нз бистабидьность и гистерезисние свойства С*ЖК ячеек.
Практическая значимость результатов, полученных в работа: I.Разработана оригинальная экспресс-методика измерения основных физических параметров С*ЖХ-маториалэ, таких как величина спонтанной поляризации <р /, времена переключения (г/, электропроводность to), диэлектрическая постоянная (с). Отличительными особенностями методики являются простота, высокая точность и скорость проведения измерений.
2. Разработаны критерии и методы описания бистабильных
свойств ОЖК ячеек. Проведены комплексные исследования условий
суп;ествованпя бистабильности в ОЖК-ячеЯках. Найдена область
физических параметров ОЖК, в которой достигается бистабидьность.
На основе экспериментальных данных разработаны практические
рекомендации для создания к производства плоских экранов
бистросменявдейся информации.
3. Предложен и запатентован новый класс С*ЖК-материалов с
малым шагом спирали геликоида и высокой спонтанной поляризацией в
качестве перспективных материалов для мультиплэксных экранов.
На защиту выносятся следующие положения:
І.Бистабильность С*ЖК ячеек зависит, в первую очередь, от способа упаковки смектических слоев в ячейке. Предложено два метода достижения бистабилыюй структуры с ортогональными арктическими слоями.
2.Частотная дисперсия коэрцитивной силы гистерезиса С»ЖК ячеек в кнфра- низкочастотной области (10 -10 Гц) обусловлена деполяризующим полем при разводке ионов проводимости к электродам.
3.Четыре различных релаксационных процесса в диэлектрическом отклике произвольных С»ЖК ячеек соответствуют электрооптическим модам различных надмолекулярных структур.
4.Единственным фактором, ответственным за бистабильность С*ЖК ячеек, является дисперсионная часть энергии сцепления. ' К факторам, препятствующим бистабильности, относятся полярная часть энергии сцепления, энергия Берремана (поверхностного сцепления), деполяризующее поле поляризационных зарядов.
Апробация работы
7-я Всесоюзная конференция по жидким кристаллам, Чернигов, 1907 Г.
8-я Конференция социалистических стран по Жидким Кристаллам, Краков, 1989 г.
2-й Международный симпозиум по Сегнетоэлектрическнм Жидким Кристаллам, Ґетеборг, 1989 гі
Международная рабочая встреча по жидким кристаллам "Белые ночи", Ленинград, июнь 1991 г.
14-я Международная конференция по Жидким Кристаллам, Пиза,
Италия, июнь 1992г1.
Европейская конференция по Жидким Кристаллам, Флимс, Швейцария, март 1993 г.
Объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Общий объем работы - ИЗ страниц машинописного текста, включая 47 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 100 наименований.