Достижение частоты модуляции света 7 кГц в дисплейной ячейке с негеликоидальным сегнетоэлектрическим жидким кристаллом. ,

А. Л. АНДРЕЕВ1, Н. В. ЗАЛЯПИН

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

1Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, Москва

ДОСТИЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ МОДУЛЯЦИИ СВЕТА 7 кГц
В ДИСПЛЕЙНОЙ ЯЧЕЙКЕ С НЕГЕЛИКОИДАЛЬНЫМ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ЖИДКИМ КРИСТАЛЛОМ

Подбор материальных параметров и условий переориентации молекул в негеликоидальном сегнетоэлектрическом жидком кристалле позволил уменьшить время оптического отклика до 24 мкс и увеличить частоту модуляции света в солитонной моде до 7 кГц при управляющем напряжении ± 1,5 В.

Недавно в электрооптической ячейке с негеликоидальным сегнетоэлектрическим жидким кристаллом (СЖК) в солитонной моде при амплитуде управляющего напряжения всего ± 1,5 Вольта получено время оптического отклика порядка 35 мкс и частота модуляции света 3,5 кГц с непрерывной серой шкалой и отсутствием гистерезиса в интервале температур 15÷45°С [1]. Существенную роль в достижении этого результата играет максвелловский механизм диссипации энергии в слое СЖККГ. В данной работе экспериментально исследуется возможность дальнейшего повышения частоты модуляции света в солитонной моде в слое негеликоидального СЖК.

В новой электрооптической ячейке с пространственно неоднородным (периодическим) распределением директора вдоль смектических слоев использовалась композиция СЖК, имеющая существенно большую вязкость – 1,0 Пуаз по сравнению с 0,7 Пуаз для СЖК, используемого в [1]. Толщина слоя СЖК была такой же (1,7 мкм), как и амплитуда (±1,5 В) прикладываемых к электродам ячейки биполярных импульсов напряжения прямоугольной формы.

Характер переориентации молекул СЖК в электрическом поле зависит от того, какой коэффициент отвечает за диссипацию энергии в слое – вращательная или сдвиговая вязкость. При достаточно больших частотах (τm·f>>1, где τm – время максвелловской релаксации [2]) СЖК ведет себя как аморфное твердое тело, и диссипативным коэффициентом является сдвиговая вязкость. В этом случае переориентация молекул СЖК происходит за счет движения солитонных волн.

Поведение дисплейной ячейки с более вязкой композицией оказалось качественно похожим на поведение, описанное в [1], но имеются количественные отличия (см. рис. 1). Во-первых, значение частоты, до которой вязкость можно считать вращательной, уменьшилось до 50 Гц, в то время как для прежней композиции оно составляло 70 Гц. Во-вторых, расширился интервал, в котором преобладающим диссипативным коэффициентом является сдвиговая вязкость – от 100 Гц до 7 кГц.
В-третьих, в солитонной моде увеличилось быстродействие СЖК: время оптического отклика уменьшилось до 30 ms на частоте модуляции света
5 кГц и до 24 ms на частоте модуляции 7 кГц при том же значении напряжения ± 1,5 В.

а б

Рис. 1. Осциллограммы управляющего напряжения (нулевой уровень соответствует цифре 3) и оптического отклика (нулевой уровень установлен по цифре 1). Управляющее напряжение: меандр с амплитудой ± 1,5 В. Частота управляющего напряжения: а – 100 Гц, б –7,0 кГц. Верхний уровень оптического отклика - закрытое состояние, нижний - пропускающее

Таким образом, максвелловский характер диссипации энергии обеспечил повышение быстродействия СЖК и существенное увеличение максимальной частоты модуляции света при увеличении вязкости СЖК от 0,7 до 1,0 Пуаз, что без знания существа дела кажется парадоксальным. Для применений также очень важно, что модуляционная характеристика СЖК ячейки подобна таковой для нематических жидких кристаллов, т. е. она демонстрирует непрерывную серую шкалу и отсутствие гистерезиса и температурной зависимости времени оптического отклика в довольно широком интервале температур (см. [1]).

Список литературы

1. Andreev A. L., Andreeva T. B., Kompanets I. N. Electro-optical response of compensated helix ferroelectric: continuous gray scale, fastest response and lowest control voltage demonstrated to date. SID’12 Symposium. 2012. V.43. P.452-455.

2. Ландау Л. Д., Лившиц  упругости. М.: Наука, 1987.