ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1999 года по МПК G02F1/13 

Изобретение относится к области молекулярной электроники и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в устройствах отображения и обработки информации, в частности, в лазерных установках, контрольно-измерительной аппаратуре.

Известно жидкокристаллическое (ЖК) устройство [1], содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером нематического жидкого кристалла (КПНЖК), причем осесимметричные капли НЖК с положительной диэлектрической анизотропией ориентированы в одном направлении в плоскости пленки, а показатель преломления обыкновенного луча в НЖК n₁ совпадает с показателем преломления полимера n_p. Такая КПНЖК пленка в исходном случае интенсивно рассеивает свет, плоскость поляризации которого параллельна направлению ориентации капель НЖК, и в то же время пленка прозрачна для света, плоскость поляризации которого перпендикулярна направлению ориентации капель НЖК. Под действием электрического поля пленка становится прозрачной для света с любой поляризацией. Недостатком известного ЖК устройства является отсутствие возможности реализовать оптическое состояние, при котором рассеивается свет любой поляризации.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является жидкокристаллическое устройство [2], содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером холестерического жидкого кристалла (КПХЖК) с положительной диэлектрической анизотропией, а показатель преломления обыкновенного луча в ХЖК n₁ (показатель преломления света, плоскость поляризации которого перпендикулярна оптической оси ориентированного электрическим полем ХЖК) совпадает с показателем преломления полимера n_p. КПХЖК пленка в исходном случае рассеивает нормально падающий на нее свет любой поляризации, а под действием электрического поля переходит в прозрачное состояние для света любой поляризации.

Недостатком известного устройства является невозможность выделения с его помощью плоскополяризованного света.

Техническим результатом изобретения является создание ЖК устройства, которое позволяет дополнительно получить плоскополяризованный свет.

Поставленная цель достигается тем, что в ЖК устройстве, содержащем две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположен капсулированный полимером холестерический жидкий кристалл с положительной диэлектрической анизотропией, в качестве полимера используется анизотропная полимерная пленка, в которой макромолекулы полимера ориентированы в одном направлении.

Изобретение поясняется фиг. 1, 2 и 3.

Жидкокристаллическое устройство включает в себя две параллельные прозрачные пластины 1, на внутренних сторонах которых нанесены прозрачные электроды 2, между которыми расположена пленка капсулированного полимером 3 холестерического жидкого кристала 4 с положительной диэлектрической анизотропией. Волнистые линии в полимере схематично показывают макромолекулы полимера, ориентированные в одном направлении. Штриховые линии в каплях показывают локальную ориентацию молекул ХЖК в данном сечении капель. Холестерический ЖК в каплях в исходном состоянии (U=0) (фиг. 1) упорядочен так, что образуется центросимметричная слоистая структура (ось спиральной структуры холестерика направлена вдоль радиуса капли). Пленка с такой структурой капель ХЖК интенсивно рассеивает свет с любой поляризацией.

На фиг. 2 показано, что под действием электрического поля U=U₁ капли ХЖК переориентируются так, что ось спиральной структуры во всех каплях холестерика будет лежать в плоскости пленки перпендикулярно направлению ориентации макромолекул полимера. В этом случае жидкокристаллическое устройство интенсивно рассеивает свет, поляризованный параллельно направлению ориентации макромолекул, и в то же время пропускает свет, поляризованный перпендикулярно направлению ориентации макромолекул.

На фиг. 3 показано, что увеличение поля до значения U=U₂ приводит к полной раскрутке спиральной структуры ХЖК и однородной ориентации оптической оси во всех каплях перпендикулярно плоскости пленки. При этом жидкокристаллическое устройство становится прозрачным для света с любой поляризацией.

Пример конкретного выполнения.

На основании предложенной конструкции было изготовлено ЖК устройство с использованием следующих операций:
1. изготовлен холестерический жидкий кристалл с положительной диэлектрической анизотропией и с показателем преломления n₁ равным показателю преломления полимера;
2. изготовлена КПХЖК пленка, в которой макромолекулы полимера ориентированы в одном направлении;
3. cобрано ЖК устройство, то есть, КПХЖК пленка размещена между двух параллельных прозрачных пластин с прозрачными электродами и произведена склейка устройства.

ЖК устройство имеет следующие характеристики (светопропускание измерялось с использованием проходящего через ЖК устройство диафрагмированного излучения гелий-неонового лазера; λ = 0,633 мкм):
Управляющее напряжение U₁ - 75 B
Управляющее напряжение U₂ - 380 B
Время включения - 0,9 мс
Время выключения - 2,6 мс
Спектральный диапазон - 0,4 ^oC 3,0 мкм
Светопропускание параллельной компоненты (U=0) - 1%
Светопропускание перпендикулярной компоненты (U=0) - 2%
Светопропускание параллельной компоненты (U=U₁) - 1%
Светопропускание перпендикулярной компоненты (U=U₁) - 46%
Светопропускание параллельной компоненты (U=U₂) - 51%
Светопропускание перпендикулярной компоненты (U=U₂) - 51%
Исследования экспериментальных образцов показали, что ЖК устройство предлагаемой конструкции по основным характеристикам (величина управляющего напряжения, быстродействие и др.) не уступает прототипу. В то же время было получено такое дополнительное качество, как способность пропускать только плоскополяризованный свет.

Предлагаемое ЖК устройство перспективно для использования в таких приборах и устройствах, где необходимо иметь компактный, дешевый, простой в изготовлении и эксплуатации элемент управления оптическим излучением, который способен работать как поляризатор света, как модулятор только одной плоскополяризованной компоненты излучения и как модулятор неполяризованного излучения. Такие элементы перспективны в устройствах телекоммуникаций, оптических процессорах, дисплеях, устройствах оптической памяти, лазерных установках и т.д.

Литература
1. V.Ya.Zyryanov, S.L.Smorgon, V.F.Shabanov. Elongated films of polymer-dispersed liquid crystals as scattering polarizers// Molecular Engineering. - 1992. - Vol.1. - P.305-310.

2. В. Я.Зырянов, С.Л.Сморгон, В.А.Жуйков, В.Ф.Шабанов. Эффекты памяти в капсулированных полимером холестерических жидких кристаллах// Письма в ЖЭТФ. - 1994. - Т.59, Вып.8.- С.520-522.

Изобретение относится к области молекулярной электроники и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах. Технический результат: дополнительное получение плоскополяризованного света. Устройство содержит две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером холестерического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией. Макромолекулы в полимерной пленке ориентированы в одном направлении. В зависимости от величины приложенного электрического поля устройство может находиться в трех различных оптических состояниях: рассеивать свет любой поляризации, пропускать только одну плоскополяризованную компоненту света, пропускать свет любой поляризации. 3 ил.

Жидкокристаллическое устройство, содержащее две параллельно расположенные прозрачные пластины с прозрачными электродами на внутренних сторонах, между которыми расположена пленка капсулированного полимером холестерического жидкого кристалла с положительной диэлектрической анизотропией, отличающееся тем, что полимер выполнен в виде анизотропной полимерной пленки с ориентацией макромолекул в одном направлении, причем ось спиральной структуры во всех каплях холестерика расположена в плоскости пленки перпендикулярно направлению ориентации макромолекул полимера.