Электрооптические свойства смектических А и С жидких кристаллов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Р Г 5 ОЛ

[МИНИСТЕРСТВО НАРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЯ^ИИ БАКИИСКИП ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.М.Э.РАСУЛЗАДЕ

На правах рукописи УД{ 532.783

ГАЗОЛИН ИСАИ МУХАМВД ЗЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СМЕКТИЧЕСКИХ А И С

жидаих кристаллов

(01.04.07 - физика твердого тепа) (01.04.14 - молекулярная физика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

БАКУ - 1993

Работа выполнена в НИЛ "Жидкие кристаллы" Бакинского Государственного Университета им.М.Э.Расулзаде

Научные руководителе:

- доктор физико-математических наук, профессор

- кандидат физико-математических наук

Официальные оппоненты:

- доктор физико-математических наук, профессор

- кандидат физино-математических наук, старший научный сотрудник

Алиев Д.Ф. Аббасов Х.Ф.

Мамедов Х.И.

Аббас-заде л.А.

Ведущая- организация: Институт Фотоэлектроники АН Азербайд-канской Республики

Защита состоится "30 " 1993г. в "2._" час на

заседании специализированного Совета (J1 054.03.01) по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук при Бакинском Государственное Университете им.М.Э.Расулзаде

Адрес: 370073, Баку, ул.З.Халилова, 23, Зал заседаний физического факультета

G диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Бакинского Государственного Университета им.М.Э.Расулзаде

Автореферат разослан " /р " 1993г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор химических наук.

профессор yjM-Jy^ МАХМУДОВ Л.У.

Актуальность темы. Изменение оптических свойств жидких кристаллов под действием электрического поля в настоящее время широко используется в оптоэлектрснике. Интенсивное исследование скептических жидких кристаллов (СЖК) по сравнению с нематаками и холес-териками началось с 70-х годов, после того, как в СЖК были выявлены электрооптические эффекты с долговременной памятью, высокой разрешающей способностью и хорошей контрастностью.

СНК по наличию дальнего порядка в расположении центров тяжести молекул в слоях подразделяются на неструктурные , Зс, и т.д.) а структурные , ¿¡^ , , , и т.д.). Осуществление электрооптических эффектов в последних затруднена из-за большой упорядоченности молекул в них..

По применимости среди неструктурных СЖК первое месю занимают смектики А, в которых направление длинных осей молекул совпадает с направлением нормали к плоскости слоя. Рабочими эффектами в являются конфокально-гомеотропный переход и электрогидродинамическая неустойчивость, которые вместе ещё называют обратимым эффектом памяти. Несмотря на обилие работ, посвященных изучению вышеназванных эффектов, до сих пор точно не ус ановлены механизмы их возникновения. Кроме этого, при применении смектических А жидкокристаллических композиций на них налагаются дополнительные требования, такие как выбор оптимальных параметров (режим работы), долговечность, химическая устойчивость и т.д.

Целью настоящей работы является комплексное изучение мохжшэ-мр возникновения электрооптических эффектов, возникающих я смектических А и С жидких" кристаллах, что включает исследование влияния основных параметров (компойенты электропроводности её анизотропия, анизотропия диэлектрической проницаемости, толщина электрооптической ячейки, тип структуры) на электрооптические характеристики,

Научная новизна результатов диссертации заключается в следующем:

1. Теоретически анализирован механизм возникновения электро-гидродинамиизской неустойчивости, осуществляемой в гомеотропной текстуре смектического А жидкого кристалла с 'положительной диэлектрической анизотропией. На этой основе впервые установлена зависимость времени возникновения неустойчивости от -приложенного напряжения.

2. Исследовано влияние электропроводности, толщины жидкокристаллической ячейки н . электрооптические характеристики смектического А жидкого кристалла.

3. Экспериментально установлено, что электрогидродинамические неустойчивости, возникающие в смектиках А с положительной диэлектрической анизотропией, имеют анизотропный механизм, т.е. обусловлены моментом, индуцировании анизотропией электропроводности, а в случае смектика А с отрицательной диэлектрической анизотропией в осуществлении электрооптического эффекта одинаково важную роль играют момонты, обусловленные анизотропией электропроводности и диэлектрической проницаемости и полностью описываются моделью, предложенной Герстом-Гуссенсом.

4. Установлено, что неустойчивости, осуществляемые в гомеотропной текстуре смектического С жидкого кристалла, а также сегнетоэлек-трического жидкого кристалла по своецу механизму возникновения аналогичны гомеотропно-планарному, создаваемо^ в смектиках А с отрицательной диэлектрической анизотропией.

5 Построена математическая "одель электрооптического переключения сегнетоэлектр; .ческою смектического С жидкого кристалла, в котором учтены квадратичное взаимодействие с внешним полем и поле поляризационных зарядов. ' •

б. Экспериментально исслодован олоктрооптический эффект в планарном образце смектичэского С жидкого кристалла и показано, г г0 эффект связан с деформацией твист структуры электрическим полем.

Практическая значимость результатов, полученных в работе:

I.. Разработана смектическая А жидкокристаллическая композиция с положительной диэлектрической анизотропией, состоящая всего из двух компонентов, что позволяет избавиться от ряда недостатков (хшическое разложение, трудности варьирования параметров смеси и т.д.), присущих многокомпонентным композициям.

2. Разработаны методы аннулирования анизотропии электропроводности, а также диэлектрической анизотропии, что иаеет важное значение при приготовлении композиций с заданными параметрами, а также ценны при научных исследованиях.

3. Предложен способ, позволяющий избежать отрицательного действия отрицательной диэлектричьской анизотропии и деполяризующего поля на электрооптические свойства сегнетоэлектрического смектичес-кого С жидкого кристалла.

На защиту выносятся следующие положения:

Электрогидродинамические неустойчивости,, возникайте в смек-тических А и С жидких кристаллах, имеют- анизотропный механизм, основные закономерности которых подчиняются модели Герста-Гуссенса.

2. Электрически обратишзй эффект памяти можно•осуществить не только в двуслойных смектиках А, но и в однословных смектиках А, представляющих из себя бинарные смеси. ,

3. Отклонение толщинной Зависимости 'порогового напряжения возникновения гоместропяо-планар зге перехода от корневой при малых толщигах обусловлено тем, что существующий в приэлоктроднкх областях слой двойного заряда при толщинах, о!б м:см станозигся сравнили,! .с толщиной жидкокристаллического слоя.

4. Отрицательная диэлектрическая анизотропия и деполяризующее поле играют противоборствующие роли в элёктрооптических свойствах сегнетоэлектрического жидкого кристалла.

Апробация работы: Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих республиканских конференциях:

-II. Республиканская конференция "Жидкие кристаллы и их применение" (г.Баку, 1990г.).

- Республиканская научная конференция "Физика - 93" (г.Баку, 1993г.). .

Публикации: По теме диссертации опубликовано В печатных работ.

Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы из 100 наименований. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 3 таблицы.'

Во введении-обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи работы, изложены научная новизна, практическая значимость, а также защищаемые положения диссертации.

В первой главе дан краткий литератрный обзор по электрооптическим эффектам, осуществляемым в неструктурных смектических жидких кристаллах. В систематизированном виде изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований ориентациенных электрооптических эффектов и электрогидродинамических неустопчивостей,

#

возникающих в смектических А, С и С х;идких кристаллах. В конце главы дан критический анализ приведенного обзора и указаны зедачи, реаенив которых посвящена диссертационная работа.

Во второй главе приведены некоторые физико-химические параметры используемых в диссертационной работе жидких кристаллов, а также обсуждены экспериментальное методики, применяемые для изме-

рения электрооптичзских, электрических к диэлектрических свойстл как индивидуальных жидких кристаллов, так и их смесей. Выбор жидких кристаллов обусловлен их химической стабильностью, достаточной широтой температурного интервала существования смектических мезо-фаз и возможностью осуществления в них различных электрооптических эффектов.

Ейдкие кристаллы 4-н-пентилц11анбифенил, 4-н-бутилоксифенило— вый эфир-4'-н-гексилбензойной кислоты, 4-н-гексилоксифениловый эфир--4'-н-бутллбензойной кислоты, 4-нитрофениловый эфир-4*-н-октило-ксибензойной кислоты и 4-н-пектилоксибензойная кислота были использованы при приготовлении бинарных смелей, проявляющих смекти-ческую А фазу при комнатной температуре с й£У 0. Жидкие кристаллы 4-н-октилоксибензойная кислота, 4-н-гексилоксифениловый эфир-4-н--октилоксибензойной кислоты, 4-н-бутилоксифзниловый эфир-4*-н-де-цилоксибензойной кислоты и 4-н- гзксилоксифениловый эфир-4-н-гек-сил-3-нитробензойной кислоты были использованы в качестве смекти-ческих С кидких кристаллов. 4-н-буталоксибензилиден-4-н-децилокси-анилин, 4-н-бутияоксифениловый эфир-4'-н-гексил-3-нитробензойной кислоты, холестерил пеларгонат, 4-н-гексилоксифениловый эфир-4'-н-децилбензойной кислоты, гомологи 4-н-алкилоксифениловнй эфир 4'-н-алкипаксибензойпой кислоты, 4/л*-оксифениловый эфир-децило-ксибензойной кислоты и 4-н-гептилокси6ензияиден-4®-н-этиланили--применялись при исследовании смектичвских А жидких кристаллов с Л8< 0. Производные салицилиден-анилинов, 4-и- гексилоксифенило-вый зфир-4-н-октилоксибензойной кислоты, 4-н-бутплоксифениловый эфир-4'-ндецилоксибензойноЗ кислоты и 4-н-гексилоксифениловый эфир-

г

^'-н-гексил -3 нитробензоПной кислоты являлись сегнетозлектричес-кими аидкими кристаллами.

Добавками являлись вещества тетрабутиламионий брокнд- ТБАБ к

¿,. .;.-тр1яентил, 4-бутил диметилдиазин.

Собранная на основе поляризационного микроскопа,установка .¡оголяла одновременно провести измерения электрооптических, электрических диэлектрических свойств ЖК, а также наблюдать за текстурными превращениями.

3 третьей главе излагаются результаты экспериментального ис- -следования, а также теоретического анализа ЭГД неустойчивостей, осуществляемых в сыектических А жидких кристаллах, как с положительной, так и с отрицательной диэлектрической анизотропией.

В начале глав- описываются основные свойства разработанной смектической Ж копыозиции с положительной диэлектрической анизотропией.

Композиция создана на основе двух нематиков- бифенила и эфира алкоксибензойных кислот» В результате смешивания в широком концентрационном интервале ивдуц груется смектическая А фаза (Ric.I). Как видно из фазовой диаграммы, эвтектическая смесь получается при концентрации 4Ь% бифенила + 5556 эфира, и в широком температурном интервале, включающем комнатные, образует смектическую А фазу СО 60°С).

Диэлектрическая анизотропия разработанной композиции положительна и с температурой меняется медленно, что отражается на стабильности порогового напряжения возникновения полевого эффекта

Исследования по осуществлению электрически обратимого эффекта памяти показали, что с целью улучшения контрастности, а также для уменьшения порогового напряжения возникновения ЭГДН надо увеличить среднее значение електропроводности для чего в смйсь вводилось малое количество ионной добавки- ТБАБ. Так, введение 0,It ТБЛБ в эв-

„Э-ЦН

тактическую смесь снизило и ' от 150 В до 56 В. При этом

Un 25 3 не изменяется.

Созданная композиция двухкомпонентная, поэтому она химичесг--стабильна и трудности, связанные со смешиванием не возникают и, во-вторых, из-за высоких значений анизотропии электропроводности, её среднего удельного значения, а также диэлектрической анийотр"-пии пороговые напряжения возникновения как ЭГДН,-так и конфокаль но-гомеотропного перехода низкие.

Измерения временных характеристик полученной композиции выявили соответствие с теоретически полученной нами формулой для времени исключения ЗГД неустойчивости (Ricl2).

эгдн / fz d

¿ыкл 2(-лб ) Е„ ) / (У2-игпУ2

Отметим, что малые времена получаются при относительно высоких напряжениях.

В этой главе также приводится результаты экспериментального исследования толщинной зависимости порогового напряжения электрически обратимого эффекта памяти в широком интервале изменения толщины 2 мкм 4 100 мкм. Во всем интервале рассмотренных толщин т^лщинкая зависимость порогового напряжения как ЗГД неустойчивости, так и кснфокально-гомеотропного перехода получаются корневыми- иЭпГА , (Ric.3).

Отме им, что пороговые напряжения этих эффектов задаются

следующими фррмулаш в теории Герста-Гуссекса: ЭЩ .2 2 . 1+bJZ Ъ

КЕп )=2К 'н*€аЫ6) 1+Cü*z-Ta ' (2)

^ — ^ / Ь7Г-AÓ

при: &6 = 6tt-6j -¿г .—-

JL-AlÉ-

г" £ ы к"

Рис.1. базовая диаграмма бинарных смесей.

Ркс.2. Зависимость времени возникновения ЭГД неустойчивости от приложенного напряжения.

Рис.3. Толщинная зависимость конфокально-гомеотропного перехода (I), ЭГД неустойчивости (2) и напряжения пробоя ячейки (3) . _______

Рис.4. Геометрия электрооптической ячейки с твист структурой (букшельф геометрия).

1 " } /АЕ1-с1Б (3)

где включает с себя как упругую энергию, так и энергию, связанную с образованием дислокаций и дисклинаций, € -длина молекулы.

Вышеприведенные экспериментальные зависимости хорошо согласуются с теорией Герста-Пуссенса.

Для о( ^ 3 мкм электрически обратимый эффект памяти не осуществляется. Причиной этого является то, что напряжение, при котором происходит пробой ячейки, становится меньше, чем необходимое для возникновения ЭГД неустойчивости напряжение.

Варьированием коыпонент электропроводности, а также её анизотропии установлено, что увеличивая анизотропию электропроводности, можно добиться уменьшения порогового напряжения возникновения ЭГДН,' а рост диэлектрической анизотропии приводит к спаду порогового напряжения возникновения полевого эффекта.

В конце третьей главы изложены результаты комплексного исследования электрооптических свойств смекти«са А с отрицательной диэлектрической анизотропией, включающего изучение зависимости электрооптических характеристик эффекта от параметров жидкого кристалла, величины электрического поля, а также от геометрических размеров ячейки. На этой основе принята попытка выявить механизм возникновение эффекта. Получены низкотемпературные смектики А с ¿£<0, проанализированы возможности практического применения.

В качестве объектов исследования был использованы 4-н-бути-локсифениловый эфир-4'-н-гек. чл-3-н..тробеязойной кислоты, холесте-рил толаргон т, 4-н-гексилоксифениловый эфир-44-н-доцилбензойной кислоты, гомологи 4-н-алкилоксифе^млового.эфира-^'-н-алкилоксибен-

л И

аойной кислоты, Ат -оксифениловый эфир-децилоксибензойной кислоты

»*

и 4-н-гептилоксиоензнлид9н-4 -н-этиланилин. •

При приложении электрического поля к ячейке, заполненной вышеназванными веществами, осуществляется переход от исходной гомес-тропной текстуры в пленарную. Внешне эффект проявляется как переход от тёмного состояния в прозрачное.

С экспериментом лучше согласуются результаты работы /33/, где были учтены, наряду с -^электрическим моментом Е 2 также момент, индуцированный анизотропией электропроводности дб ■ £2

о л к,.г, ншг'г2

с1-а1(б±-би) I Ки- ' ъ '

Специально проведенные эксперименты показали, что эффект возникает как в случае с веществом й£=0, Абф, так . в случае д£ "С О, лб =0, что свидетельствует, что б осуществлении эффекта одинаково важную роль играют как анизотропия диэлектрической проницаемости лЕ , так и анизотропия электропроводности йб , При использовании композиции с дЕ = 0 и л б =С эффект не удалось наблюдать.

Экспериментально установленная зависимость порогового напряжения возникновения эффекта от толщины ячейки при варьировании последней в пределах Ю- <Сс/< 100 мкм, как и предсказывает теория, была корне- ая: I/п ~ с/

При малых толщинах ячейки (с/<.Ь мкм) начинает сказываться влияние двойных'слоев, существующих в приэлектродных областях, поскольку толщина последних становился сравнимой с толщиной ячейки. Это приводит к росту С/р вопреки теории.

Экспериментально установленные зависимости порогового напряжения эффекта- от частоты приложенного поля, анизотропии диэлектрической проницаемости, а также анизотропии электропроводности находятся в хорошем согласии с формулой (4).

В ходе работы нами была разработана смесь, проявгяюсдя смекти-ческую А фазу при Д£<С0 при комнатньч температурах, которую можно

ЙСпользовать для записи и хранения информации, поскольку в этом Материале можно осуществить два стабильных состояния (исходная

меотропная -темное состояние, конечная планарная текстура- прозрачное состояние).

Четвертая глава диссертации посвящена исследованию электрооп-ти'^ских сроИстп смектических С жидких кристаллов: электрогидроди-

намичс'ской неустойчивости в гомеотропной текстуре смектического С * '

и С жидких кристаллов, элзктрооптическому эффекту в пленарном образце смектического С жидкого кристалла и моделированию электрооптических свойств сегнетоэлектрического смектического С жидкого кристалла.

Установлено, что в возникновении электрооптического эффекта в гомеотропной текстуре смектической С фазы основную роль играют эле-тропроводность и момент, обусловленный анизотропией электропровод-ност

Установлены условия возникновения эффектов в сегнетоэлектри-ческой фазе жидкого кристалла, обусловленных' спонтанной поляризацией и действием анизотропного механизма.

Первый вывод, который можно сделать, это то, что при прочих равных условиях (т.е. реальных параметрах жидких кристаллов) в жидком кристалле сначала возникает неустойчивость,' обусловленная анизотропией электропроводности вещества.

Поэтому другой возможностью для наблюдек;я искомой неустойчивости является уменьшение анизотропии электропроводности вещества. Оценим условие, при котором последнее становится возможным. Согласно нашим измерениям и литературным данным, 6п[бг всегда больше 1,5. С другой стороны, эффект, обусловленный спонтанной поляризацией, мокет возникнуть в том случае если <£ =5 и =1,35.

Поэтому можно заключить, что возникающая в гомеотропной текс-

туре сегнетоэлектрического жидкого кристалла неустойчивость обусловлена анизотропией электропроводности вещества.

Дальше было проведено экспериментальное исследование электрооптического эффекта в планарной текстуре смектического С жидкого кристалла. Изучены временные и пороговые характеристики этого эф-фета. Установлено, что 1)эффект не чувствителен к знаку приложенного электрического поля; 2)зависимость времени включения от напряжения имеет вид где /3 лежит в интервале 1,5-г2. Было высказано предположение о том, что эффект представляет собой деформацию твист структуры (как в поверхностно-стабилизированных сегнетоэлектрических жидких кристаллах) под действием электрического поля из-за взаимодействия последнего с диэлектрической анизотропией жидкого кристалла.

Значительная часть главы посвящена моделированию электрооптических свойств тонкой (cf&L) СЖК-ячейки, которое сводится к нахождению поля директора n(r,t) Последний в данной точке пространства определяется двумя углами: углом наклона О и азимутальным углом Ф (Рис,4): n=n(sin9 cos <p,Stn9sin'f'lcose)''Jvon наклона зависит только ст температуры (вдали от. фазового перехода SmA-SmC*), а азимутальный угол меняется по пространству в отсутствии поля и по времени под Действием поля. Таким"образом, задача нахождения поля директора сводится к отысканию пространственно-временного распределения азимутального угла p(F,t) , а в одномерном случае, в котором доменная структура не учитывается, распределению ф ( х ,£)

Минимизация поверхностной плотности свободной энергии при малых и в букшельф геометрии по отношению к <р приводит к дифференциальному уравнению для функции ф(хЛ)

у3) 5(п2<!>)± ,{2 (8)

с граничными условиями

* Ш со5 фЧЩ-Щ 51п2Ф)±Лг (6)

ф ^ тг!г (6')

^ - вращательная вязкость.

После замены переменных ¡(^фс^^^/И* и X = хД/ уравнения (5) и (6) приводятся к виду

дф_ I

оо, - ^ ^ хЧ '/2 , - тт(г ^ <р л-/2. се»;

где и ^ являются безразмерными параметрами поля и сцепления, соответственно, и определяются'выражениями:

* „лееов2^ _ ^^

сг 60г » . ез~ 2^£ове2

В качестве начального решения выбирается ф(Х ,0}- Ю- » вычисляется "ерез 0,001 Т до получения первого стационарного решения, а для исследования бистабильннх свойств поде снимается и рассматривается релаксация полученного решения.

Для' СЖ, используемых в наших экспериментах, типичнее значения

материальных параметров Я , в , 6 , Х^ и й В имеют по редок 10"^ —II

Кл«м, 10 Н, 0,4| 10 и -I, соответственно. Другие внешние параметры IV, , > с/ и £ имеют порядок Ю-4 Дя-ы, 10"^ Дж-м ,

-5 6

10 "

м, и 10 В/м, соответственно. Следовательно, типичные значения параметров, входящих в уравнение таковы: е/~б40, -50,е^ ~ 300,

Приведем некоторые, на наш взгляд, интересные результаты чис-

ленных расчетов. На Рис.5, показана полевая зависимость установившейся конфигурации в случае сильного полярного сцепления. В скобках показаны времена установления (или включения) электр^оптичес-кого эффекта в единицах 0,005 V* Рисунки показывают, что электро-оптическиР эффект имеет резкий пороговый характер (для ^дГ^З Оп =320). Дисперсионное взаимодействие проявляется в той,

что пороговое поле оказывается несколько завышенным =380), а сам порог менее резким. Деполяризующее поле (£}*ß,=-200) сильно меняет конечное распределение азимутального угла <р (X) , при этом пороговое поле существенно не меняется (вп =300). Полевая зависимость времени установления такясе имеет весьма сложный характер в последнем случае. Это связано с тем, что даже выше порогового поля установившиеся конечные состояния на являют я однородными и отличны друг от друга.

На Рис.6, представлены релаксации включенных состояний для случая сильного полярного сцепления, которые дают возможность выяснить роль различных физических параметров в бистабияьности. В случав а) варьировался параметр поля . При больших значениях поля конечное однородное состояние почти не редаксирует, т.е. ячейка проявляет бистабильность. Уменьшение полярного взаимодействия, а также нап-чие дисперсионного взаимодействия благоприятствует (Ric.66,b), а деполяризующее поле препятствует бистабильному переключению (Рис.б,г)

Отметим, что отрицательная диэлектрическая анизотропия и деполяризующее поле играют противоборствующие роли на электрооптическна свойства СПК-ячейки. Поэтому для того, чтобы избавиться от их отрицательных результатов, целесообразно, чтобы их влияния взаимно компенсировалась. Это имеет место при выполнении условия

Результаты численных расчетов, в основной- подтверждаются экспериментально. Сюда, в первую очередь, относятся пороговое напряае-

Лг

/ / ?,. Чг.е,.е.. (?)

/ у 2Д, о, 0, О СИ

/ / 2- ЗОО.Ц)

/ / 3- ■ ■ 350-12,!

/ / ч- ■ -,0 0 .131)

/ / 5- • ■ еОО-123)

// е- • • гооо.(зз

у 7- ■ -геоа-ед)

е //А У

V 1-20.Ч,0,0,*0<М 2 100 45) 3 зоо т 4 350 11) í т (ел ь т №

Яр—" и /гг II4

1 го,* .о.-гмт 2 ■ ■ юо ■ а) 3 ■ ■ 350 ■ {3) « • • *оо • от 5 600 ■ 12а В ■ • 700 • МП 7 • • 800 • т) в • • то • (27)

г.ю.5. Равновесная конфигурация Ф (х) в зависимости от поля в/ при сильном полярном сцеплении ^ =20.

а> ег + е3 =0

6)^-^=4, ел + е3 =0

1,. 4},е,.е2,(г.гр) Г- 5. 0.500, 0,123,-) г- ю. (¡.¡ао. о,{30,32) з- 20. о. 500,0.1311,(2.

—: 7.2

1(7) / /

УА

/. 1-20,4,300. о.рм г- - • з5о, ■ (сз, п

^Г

/

И 1

ц 1-20. 0,500.0(3^.23

1 2-' '.'Шо.

1- - -.гто ds. ii

1 /3

1.1'- 10.ь,5й0.3 1 !2- ■ ■ " ДО-3,Г- ' " "'¡»ГС 32

Рис.о. Релаксации переключенного состояния в зависимости ст

а)энергии полярного сцепления в,=500, =0)

б)амплитуды внешнего поля ег ег+ез

в)акплитудо внешнего поля е, (^=20, ег + е3 =0)

г)деполяризующего поля е3 ( д=2.й, е, =500) В скобках указаны время установления и время релаксации в относительных единицах 0,005 X , соответственно.

... V. "ремя переключения, т.к. нетрудно проверять по формулам (9), .то X и Сп близки к их экспериментально наблюдаемым значениям. ' г" \п;:;.мснтсяьно ке. подтверждается тот факт, что даже при сильном .•( ^ 20} полярно:.' сцепледа: СЖК-ячейка проявляет бистабильность, ели о? полностью перевести в, однородное состоянии С Ф~&/2 или <р~~7Г/2}. Это противоречие связано с одномерностью описанной модели, где исключена возможность релаксации движением доменных границ. .

В пятой главе рассматриваются варианты решения некоторых технологических проблем, встречающихся при применении* емектических А жидких кристаллов для отображения информации на примере разработанных нами композиций.

Одним из требований, налагаемых на подобные индикаторы, является уменьшение пороговых напряжений срабатывания электрооптического эффекта. С этой целью было исследовано влияние состояния поверхности , размеров элехтродов на характер распространения и на пороговые напряжения ЗГД неустойчивости и конфокально-гомеотропного перехода- рабочих электрооптических эффектов в жидкокристаллических индикаторах на основе смектических А жидких кристаллов.

При использовании в качестве ориентанта раствора лака в ацетоне получается однородная пленарная текстура, чем можно воспользоваться при измерении поперечных компонент материальных параметров- смектика А (.6^ и т.д.). Ко пороговые характеристики при использовании лака ухудшаются.

Лучше результаты достигаются в случае использования мыльного раствора - натриевой сопи карбоковой кислоты:

1. Умеьсается пороговое' напряжение ЭГДН.

2. Как ЭГДН, так и кенфокалько-гомеотропный переход осуществляются по всей площади ячейки.

Пороговое напряжение возникновения ЭГДН у^-ньиается пропорционально концентрации мыльного раствора. Исследования по измерению контрастности показали, что оптимальной концентрацией водного раствора мыла является ~ 1%.

пыльный раствор наносится на поверхность каждого электрода. Положительное действие мыльного раствора обусловлено 'ЬкранизациеЯ" поверхностных сил и для получения слабого "сцепления" НЖК с поверг ностью этот метод успешно применяется.

Были также исследованы временные характеристики разработанш..', смектической А жидкокристаллической композиции.

Приводятся зависимости времени осуществления ЭГДН и коифокаль-но-гемеотропного перехода в смектической Л фазе выбранной смеси от приложенного напряжения при комнатной температуре. Анализ показывает, что эти зависимости подчиняются закону

Таким образом, предложенную композицию можно рекомендовать ^пя быстрой записи и стирания информация.

В заключении сформулированы основные результаты и выво.г з диссертационной работы.

I. Теоретически анализирован механизм возникновения электро-,, гидродинамической неустойчивости, осуществляемой в гомеотропной

где П < 1,54.

Пороговые напряжения вышеназванных эффектов составили:

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ И ВПВ0ДЦ.

текстуре смектического А жидкого кристалла с положительной диэ-.•и-ятрическоЕ анизотропией. На этой основе впервые установлена за-• :;е/.ыос7ь времени возникновения неустойчивости от положенного напряжении.

2. Установлено, что электрически обратимый эффект памяти можно осуществить не только в двухслойных смектиках А,но и в однослойных смектиках А, представляющих из себя бинарные смеси.

3. Установлено, что топщкнная зависимость пороговых напряжений электрически обратимого эффекта памяти корневая.

4. Экспериментально установлено, что электрогидродинамические неустойчивости, возникающие в смектиках А с положительной диэлектрической анизотропией, имеют ашзотрппный механизм, т.е. обусловлены моментом, индуцированным анизотропией электропроводности, а

в случае смектика А с отрицательной диэлектрической анизотропией в осуществлении электрооптического эффекта одинаково важную роль играют моменты, обусловленные анизотропией электропроводности и диэлектрической проницаемости и полностью описываются моделью, предложенной Герстом-1'уссенсом.

5. Выявлено, что отклонение толщинной зависимости порогового напряжения возникновения гомеотропно-планарного перехода от корне-пой при малых толщинах обусловлено тем, что существующий в приэле-кгродных областях слой двойного заряда при толщинах с/ 6 мкм становится сравнимым с толщиной жидкокристаллической слоя.

6. Установлено, что неустойчивости, осуществляемые в гомеот-ропной текстуре смектического С жидкого кристалла, а также сегне-тоолектрического жидкого кристалла по своему механизму возникновения аналогичны гомзотропко-планарноыу переходу, осуществляемому в смектиках А с отрицательной диэлектрической анизотропией.

7. Разработана смектическая А жидкокристаллическая компози т с положительной диэлектрической анизотропией, состоящая всего двух компонент, что позволяет избавиться от ряда недостатков (химическое разложение, трудности варьирования параметров смеси

и т.д.), присущих многокомпонентным смесям.

8. Показано, что использованием комнкретных ориентантов можно уменьшить пороговые напряжения возникновения рабочих эффектов в •

9. Исследован механизм электрооптичоского эффекта, наблюдаемого в пленарной текстуре смектического С жидкого кристалла с отрицательной диэлектрической анизотропией и показано, чтэ эф^кт обусловлен деформацией возникающих в этой геометрии твист состояний под действием электрического поля.

10. Построена математическая модель процесса электрооптичес-ко^'о переключения в сегнетоэлектрическом смектическом С жидком кристалле, в котором были выявлены противоборствующие роли полярл-зацио'нных зарядов и отрицательной диэлектрической анизотропии в элект^ооптических свойствах.

11. Результаты численных расчетов показывают, что дисперсионная часть энергии сцепления отрицательной, диэлектрической проницаемости сегнетоэлектрииеского жидкого кристал ■ благоприятствует, а полярная часть энергии сцепления и деполяризующее поле препят-струет бистабильности электрооптического переключения.

Основные результаты диссертации опубликованы в следукцих работах:

I. Аббасов Х.Ф., Алиев Д.Ф., Газолин И.М.- Влияние электропроводности на электрооптичесяие характеристики смектического А гадко-

го кристалла,- Материалы республиканской конференции "Еидкие кристаллы и их применение", Баку, 1990, с.44-46.

2. Алиев Д»Ф., Шихалибейли Ш.Ш., Газолин И.М.- Толщинная зависимость порогового напряжения электрически обратимого эффекта

: »мяти а смектиках- Деп. ВИНИТИ "Известия БУЗов, Физика ", МЗ22-:.-jQ, Томск, 1990.

3. Шамалиев А.Р., Газолин И.М.- Модулирование электроопти-ч'.гких свойств тонкого слоя сегнетоэлектрического жидкого кристалла- Конференция по физике, Баку, Тезисы докладов, 1993, 84с.

4. Аббасов Х.&., Газолин И.М..- Об уменьшении пороговых напряжений электрооптических эффектов, осуществляемых в смектическом А жидком кристалле с д£> 0. Тезисы докладов Конференции по физике, Баку, 1993, 71с. .

5. Аббасов Х.Ф., Газолин И.М.- Новая смектическая композиция для электрически обратимого эффекта памяти- Тезисы докладов Конфе-реции по физике, Баку, 1993, 74с.

6.. Аббасов Х.Ф., Алиев Д^Ф., Газолин И.М.- Об улучшении временных характеристик электрически обратимого эффекта памяти- ж./Зи-зика (Вестник Бакинского Государственного Университета), 1993, №1»

7. Аббасов Х.Ф.,Алиев Д.Ф., Газолин И.М.- Временные характеристики смектической А жидкокристаллической композиции с положительной диэлектрической анизотропией- Дурная""Вестник Бакинского Универси-тега" (серия физико-математических наук), Бак„, 1993,-К

8. Газолин И.М.- Электрооптика годеотропной текстуры сегнетоэлектрического жидкого кристалла- Журнал "Вестник' Бакинского Государственного Университета" (серия физико-математических наук), Баку, 1993, 1.2.

- 25 -ГАЗОЛИН ИСАИ МУХАМЕД

сшктик а вэ с :ша кристалларын електрооптик

хассэлэри 01.04 о? - б&ш чисимлэр физикасы 01^04.14 - молекулэар физика X У л а С Й

йшдэ гурулушуз (А вэ С} смектик ма^е кристалларын електро-оптик хассэлори комплекс вэкилдэ тэдгиг олунмупдур. Мусбэт ди-елзктрик анизотропииесына калик >0 ) смектик А маЗе криртвл ларда баз веран електроЬидродинвмик до^аныгсызлы нэээри бахыкдан таЬлил'ояункуи^еффохтин баи' веркэ отддэткнин кэркиклиадон^сылыдыги ятаган олунмупдур. Хэчргби олараг кестэриллипдир ки, еффект анизотроп механизма маликдир вэ Керст-Гусссио модели илэ Захпы тэсвир олунур. Ада- ( (- ) В1 хирал смектик С ( $»• С ) маДе кристалларын Ьомеотроп токстурасында баш веран дазаныгсыэльт-лар оз механизминэ керэ мэнфи диелектрик енизотропиДьснна малик С Д I < 0 ) смектик А к Де кристаддакы Ьоыеотроп-планар кв-чи.диндэн фаргланмир. Смектик С ка^о кристалын планар. текстура-сында баш баш верэн електрооптик еффект експеринентал тэдгиг олунмуш вэ еф.[.ектин кэ^фи^гтчэ цзаЬы верилмиидир. Сегнетоелвк-тркк С С ) ма^е кристалдан ибарэт Зувачынын електрооптик хассэлэрикин 'риДази* модзли гурулмуи, Зурада хнричи елоктрик саЬа-с!1 илэ квадратик гариылыгх^ тэ"сир, Ьэмчикин полЗаризаси^а ¿ук-лэринин свЬэои нэззрэ алынмиидар.

- 26 - . GAZOLIN ISAM MUHAHED

ELECTROOPTIC PROPERTIES OF SMECTIC A AND C LIQUID CRYSTALS.

01.04.«7 - SOLID STATE PHYSICS 01.04.14 - MOLECULAR PHYSICS

ABSTRACT

In this work the -e where investigated the eletrooptic properties of non - structcred smectic C <Sm A and Su C)> liquid crystals. The theoretical analysis or the electrodynaMic instability occuring in the ho...eotropic texture or smectic liquid crystal with positive dielectric anisotropy >0) allows to estabilish the voltage

dependence of rise tine c" this effect. It was shown that the effect has anisotropic Mechanism and can be completely described by the Guerst-Goussens Model. The Mechanism of instability occuring in the howeotropic texture of sttectic C and chiral sweetie C (Sm C*> liquid crystals does not distinguish from one of homeotrapic-planar transition occuring in suectic A liquid crystal with negative dielectric anisotropy <ftt<0).lt was the effect in the planar texture of smectic C liquid crystal was experimentally studied and the qualitatively explanation was given. The Mathematical model for process of electr optic switching in fc "-oelectric liquid crystal cell has been build up who e ware *,at<en into account the quadratic interaction with external f^old ^nd the field of polarization charges.