Рідкокристалічна електроніка на основі ефекту холестерико-нематичного переходу

Abstract

Дисертація присвячена проблемі створення планарних рідкокристалічних світловодних структур на основі ефекту холестерико-нематичного переходу для елементів і пристроїв рідкокристалічної електроніки. В роботі проведено дослідження електрооптичних, пружних, в’язкісних властивостей індукованих холестериків з малим (до 6%) та великим вмістом хіральної компоненти. Досліджено вплив електричного поля на розсіювання світла в індукованих холестериках, виявлено закономірності впливу орієнтації та розмірів доменів конфокальної текстури на ширину індикатриси розсіювання. Проведено комп’ютерне моделювання та експериментальне дослідження деформації поля директора та розподілу показника заломлення гомеотропно орієнтованого шару РК з планарно орієнтованою серцевиною. Представлені результати досліджень параметрів напівпровідникових структур методом інтеркаляції рідкого кристала в шаруваті напівпровідники. Розроблено ряд структур і пристроїв оптоелектроніки. Створено нові кольорові електрохромні елементи з можливістю роботи як на просвіт, так і на відбивання на основі структури рідкий кристал – нанопористий TiO2 електрохромний шар шляхом почергової іммобілізації поліаренів з різними спектральними характеристиками та можливістю незалежного керування кольором електрохромного шару та індикатрисою розсіювання РК . Вперше розроблено світловодні РК структури з керованим електричним полем розподілом показника заломлення від градієнтного до ступінчастого. Показано, що в центрі шару нематичного рідкого кристала з додатною величиною оптичної анізотропії та від’ємним значенням анізотропії діелектричної проникності під час прикладення електричного поля відбувається переорієнтація молекул і утворення планарно орієнтованої ділянки, що дає змогу змінювати розподіл показника заломлення від градієнтного до ступінчастого електричним полем та керувати модовим складом випромінювання. Розроблено ряд сенсорів фізичних величини на основі електрично керованого світлорозсіювання та селективного відбивання в холестерико-нематичних сумішах. Отримано методом інтеркаляції молекул рідкого кристала у внутрішньокристалічні проміжки GaSe нові мультишарові гетеронаноструктури GaSe <РК>. Отримані мультишарові гетеронаноструктури можуть знайти ефективне застосування як новий клас надвисокоємних варікондів та наноструктурованих ліній затримки, що безпосередньо можуть бути інкорпоровані в пристрої наноелектроніки.Диссертация посвящена проблеме создания планарных жидкокристаллических световодных структур на основе эффекта холестерико-нематического перехода для элементов и устройств жидкокристаллической электроники. Установлены закономерности влияния мезогенных (эфиры холестерина ряда одноосновных карбоновых кислот) и немезогенных (ВИХН-3, ХДН-1,CB15) хиральных примесей в составе нематических матриц СЖК-1, SP-92. ЖК440, ЖК1289, Н1, Н8 на характер формирования доменов конфокальной текстуры холестерика, процесс распространения света и электрооптические параметры с целью создания элементов и узлов жидкокристаллической электроники на базе холестерико-нематического перехода в жидких кристаллах – модуляторов, дисплеев волноводов и сенсоров. Разработан метод определения пороговых полей эффекта холестерико-нематического перехода и констант упругости холестерико-нематических смесей с высоким содержанием хиральной компоненты. Проведены исследования электрооптических, упругих, вязкостных свойств индуцированых холестериков с малым (до 6%) и большим содержанием хиральной компоненты. Исследовано влияние электрического поля на рассеивание света в индуцированых холестериках, обнаружены закономерности влияния ориентации и размеров доменов конфокальной текстуры на ширину индикатрисы рассеивания. Проведено компьютерное моделирование и экспериментальное исследование деформации поля директора и распределения показателя преломления гомеотропно ориентированного слоя ЖК с планарно ориентированной сердцевиной. Представлены результаты исследований параметров полупроводниковых структур методом интеркаляции жидкого кристалла в слоистые полупроводники. Разработан ряд оптоэлектронных структур и устройств . Созданы новые цветные електрохромные элементы с возможностью работы как на просвет, так и на отражение на основе структуры жидкий кристалл – нанопористый TiO2 електрохромний слой методом поочередной иммобилизации полиаренов с различными спектральными характеристиками и возможностью независимого управления цветом електрохромного слоя и индикатрисой рассеивания ЖК . Впервые разработаны световодные ЖК структуры с управляемым электрическим полем распределением показателя преломления от градиентного к ступенчатому и изменением показателя преломления сердцевины от 1.5 до 1.75 с напряжениями управления 2–8 В и временами включения 100мс. Показано, что в центре слоя нематического жидкого кристалла с положительной величиной оптической анизотропии и отрицательным значением анизотропии диэлектрической проницаемости при приложении электрического поля происходит переориентация молекул и образование планарно ориентированного участка, причем характер деформации поля директора при постоянном значении электрического поля определяется конкуренцией сил поверхностного сцепления и упругими свойствами ЖК материала, который позволяет изменять распределение показателя преломления от градиентного к ступенчатому электрическим полем и управлять модовым составом излучения. Разработан ряд сенсоров физических величин на основе электроуправляемого рассеивания света и селективного отражения в холестерико-нематических смесях. Получены методом интеркаляции молекул жидкого кристалла во внутрикристаллические промежутки GaSe новые многослойные гетеронаноструктуры GaSe<РК>. Созданные многослойные гетеронаноструктуры характеризуются нелинейным изменением сопротивления от напряжения смещения, сильной низкочастотной дисперсией, а также возникновением низкочастотного индуктивного отклика, который является основой для разработки новых элементов и устройств наноэлектроники.Dissertation focuses on formation of a planar liquid crystal lightguide structures based on effect of cholesteric-nematic transition for elements and devices of liquid crystal electronics. Method of determining the threshold fields for effect of cholesteric-nematic transition and elastic constants of cholesteric-nematic mixtures with high content of chiral component is developed. Studies of electrooptical, elastic, viscosity properties of induced cholesterics with small (up to 6%) and a high content of chiral component are carried out. Influence of an electric field on the scattering of light in induced cholesterols is investigated, the regularity of influence of orientation and size of domains of confocal textures on the width of the scattering indicatrix is found. Computer simulation and experimental investigation of director field deformation and refractive index distribution of homeotropic- oriented liquid crystal layer with planar-oriented core are carried out. The results of characterization of semiconductor structures by intercalation of liquid crystal into layered semiconductors are presented. A series of structures and optoelectronic devices such as electrochromic displays, powerful laser modulators, planar optical lightguide, sensors of physical quantities are developed.