Домены в сверхзакрученных жидкокристаллических структурах Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 548

С.П. Курчаткин, Т.В. Холкина, В.П. Севостьянов ДОМЕНЫ В СВЕРХЗАКРУЧЕННЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

Исследовано влияние способа текстурирования полиимидных ориентирующих жидкие кристаллы (ЖК) пленок на ширину их бездоменной области. Изменение элементов натирания в установках роторного типа прямым образом сказывается на степени ориентационной упорядоченности ЖК в полярной и азимутальной плоскостях. В частности, показано изменение нижней границы области генерации полосатых доменов в ЖК от управляющего напряжения в индикаторных устройствах на STN-структурах.

Полосатые домены, жидкокристаллические структуры, ориентирующие пленки

S.P. Kurchatkin, T.V. Kholkina, V.P. Sevostianov DOMAINS IN SUPERTWISTED LC STRUCTURES

The influence of texturization regime of polyimide LC-ordering films on the width of their domainless region was studied. Changes in rubbing elements in rotor-type devices directly affect the degree of orientation ordering in both polar and azimuthal planes.

In particular, the change of the lower boundary of the stripped domain generation region in LC was shown to depend on the control voltage in indicator devices based on STN strictures.

Stripped domain, LC structures, ordering films

При разработке жидкокристаллических (ЖК) индикаторов на STN-структурах требуется согласование параметров ЖК-материала и комплекса конструктивно-технологических факторов. В число последних, в частности, входят: величина межэлектродного промежутка в ячейках (d), угол пред-наклона граничной ориентации (0О), степень упорядоченности (S), шаг спирали ЖК-смеси (Р). В качестве фактора влияния, по-видимому, должна выступать также степень упорядоченности директора отдельно в полярной (S0) и азимутальной (S9) плоскостях.

В случае STN-структур бездоменную рабочую область и необходимую крутизну вольтконтраст-ной характеристики для уровней мультиплексирования 200-500 и углов закручивания 240° можно получить лишь для значений угла преднаклона 00 ^ 4-8°. Модельное представление закрученных структур в клиновой ячейке, внешний вид нулевой и первой зон Гранжана при подаче управляющего напряжения, а также внешний вид нижней границы области доменов в STN-экране проиллюстрированы на рис. 1.

Для STN-структуры в клиновом капилляре эффекты, происходящие при приложении электрического поля, состоят в следующем. Нулевая дисклинация мигрирует на величину l1, уменьшая размеры первой зоны Гранжана, а верхняя часть l2 данной зоны оказывается занятой областью «полосатых» доменов. Собственно, свободной от дефектов оказывается только часть зоны (Al), причем реально величина Al составляет только 20-30% от ширины первой зоны [1, 2]. Зависимость ширины бездоменной области от параметров ЖК и угла преднаклона исследовалась нами в [3, 4]. Известно, что с увеличением угла преднаклона нижняя граница области полосатых доменов отодвигается в сторону больших значений d/P и одновременно ослабляется тенденция к возникновению в рабочей области d/P зародышей структуры, соответствующей нулевой зоне Гранжана (здесь d - толщина слоя ЖК, Р - величина шага спирали ЖК-смеси).

Изменение элементов натирания в установках роторного типа прямым образом сказывается на параметре S9, что наглядно проявляется в особенностях ориентированной текстуры ЖК, наблюдаемой в поляризационном микроскопе и в оценках S9, которые можно провести, измеряя оптическую плотность текстуры в скрещенных поляризаторах.

На рис. 2 показана зависимость нижней границы области генерации полосатых доменов от управляющего напряжения, приложенного к образцу и такого параметра как способ обработки ори-ентанта. Как видно из приведенных графиков, увеличение длины ворса ощутимо снижает ширину области, свободной от доменов.

142

1 мм

1 мм

б в

Рис. 1. Модель изменений в ЖК-структуре в клиновом капилляре при приложении электрического поля а; микрофотография нулевой зоны, бездоменной и доменных областей в клиновом капилляре с матричной структурой электродов - б; нижняя граница области доменов - в

а

S

X

*

я

О

3

ц

о

2,14 2,17

2,2 2,23 2,26

напряжение (В)

2,29 2,32

Рис. 2. Положение нижней границы области генерации полосатых доменов в зависимости от длины ворса щетки а и напряжения на ячейке: 1 - а = 4 мм; 2 - а =1,5 мм; 3 - а = 0,5 мм

0 1 2 3 4 5

длина ворса (х150 мкм)

Рис. 3. Зависимость угла преднаклона от длины ворса натирающего элемента для трех типов полиимидных материалов: 1 - SE-150; 2 - SE-3310; 3 - SE-3210

Увеличение длины ворса приводит к увеличению разброса в направлении микроштрихов (микробороздок) на ориентанте, что предпочтительнее наблюдать в тонком слое ЖК, декорирующем исследуемый ориентант и имеющем одну свободную поверхность. На характеристиках 8ТК-структур снижение однородности в ориентации ЖК по азимуту сказывается отрицательно. Эти параметры в сильной степени зависят от вида текстурирующего ориентант материала и собственно способа обработки.

Отметим и то обстоятельство, что измерение углов преднаклона во всех случаях (рис. 2) давало практически совпадающую среднюю величину 0о на уровне 3,3-3,5°. При этом зависимость фиксируемой величины преднаклона от длины ворса может быть связана в силу особенностей интерферен-

143

ционного метода измерения 0о, с увеличением разброса в локальном направлении директора ЖК (т.е. с параметром S0).

Эти результаты можно сравнить с данными автора [6] (рис. 3), где приведена зависимость угла преднаклона директора ЖК от длины ворса для трех типов коммерческих полиимидов.

Таким образом, результаты экспериментальных исследований подтверждают, что для граничной ориентации директора ЖК степень упорядоченности в полярной (S0) и азимутальной (S9) плоскостях оказывает непосредственное влияние на ширину бездоменной области. При прочих фиксированных параметрах ЖК и ячейки снижение степени упорядоченности (S0) и (S9) приводит к сдвигу нижней границы области генерации полосатых доменов в сторону больших значений d/P, сужая тем самым бездоменную область.

ЛИТЕРАТУРА

1. Effect of Various Parameters on Matrix Display Caracteristics of SBE Liquid Crystal Cells / Y. Kotani et al. // Proceedings of the SID, 1987. V. 28/2. P. 149-154.

2. Van Sprang H.A. Numerical calculations of director patterns in highly twisted nematic configurations with nonzero pretilt angles / H.A. Van Spran, P.A. Breddels // J. Appl. Phys., 1986. Vol. 60. P. 968-972.

3. Курчаткин С.П. Жидкие кристаллы в капиллярных объемах: поверхностные явления и надмолекулярная структура / С.П. Курчаткин, В.П. Севостьянов. Саратов: СЮИ МВД России, 2001. 204 с.

4. Куpчаткин С.П. Особенности обpазования модификаций твист- и супеpтвист-стpуктуp в ка-пилляpе пакета жидкокpисталлического индикатоpа / С.П. Куpчаткин, Ю.В. Таpаканова, Е.Ю. Федоpов // Жидкие ^исталлы и их ^именение: тез. докл. II Республ. конф. Баку: Аз. гос. ун-т, 1990. С. 40.

5. Знакосинтезирующая электроника: структура и физическая химия полиимидных ориентирующих пленок / Е. Ю. Федоров, Н.Г. Кузьмин, Е.Н. Коряев, Т. В. Холкина. Саратов: СГАП, 1999. 288 с.

6. Niitsu Y. Alignment coatings for LCD / Y. Niitsu // Proceedings Flat Panel Display Seminar SEMIKOM/Korea'95, Seoul, 1995. P. 143-149.

Курчаткин Сергей Петрович - Sergei P. Kurchatkin -

доктор химических наук, профессор кафедры Dr. Sc., Professor

«Общая и неорганическая химия» Department of General and Inorganic Chemistry,

Саратовского государственного университета Chernishevsky Saratov State University

имени Н.Г. Чернышевского

Холкина Татьяна Владимировна - Tatiana V. Kholkina -

кандидат химических наук, доцент кафедры PhD, Associate Professor

«Общая химия» Саратовского государственного Department of General Chemistry

аграрного университета имени Н.И. Вавилова N.I. Vavilov Saratov State Agrarian University

Севостьянов Владимир Петрович - Vladimir P. Sevostyanov -

доктор технических наук, профессор, заместитель Dr. Sc., Professor

директора ООО НПП «ВЕНД», г. Саратов Deputy Director: LLC Refinery “VEND”, Saratov

Статья поступила в редакцию 26.10.11, принята к опубликованию 15.11.11