bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2019-125-7-13-20bsuir-1978Research ArticleСЕКЦИЯ 1. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫГРАДИЕНТНЫЕ ОРИЕНТИРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ С РАЗНЫМ ПОРОГОМ ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОЛЯРИЗАЦИОННО-НЕЗАВИСИМЫХ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ЛИНЗGRADIENT ALIGNMENT MATERIALS WITH DIFFERENT PHOTOSENSITIVITY FOR TUNABLE POLARIZATION-INDEPENDENT LIQUID CRYSTAL LENSБезрученкоВ. С.BezruchenkoV. S.

Безрученко Вероника Сергеевна, м.ф.-м.н., научный сотрудник лаборатории «Материалы и технологии ЖК-устройств»

220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр-т. Независимости, д. 4

тел. +375-29-181-28-57

Bezruchenko Veronika Sergeevna, MSc Degree in Physics and Mathematics, Researcher of the «Materials and Technologies of LC Devices» Laboratory

220030, Republic of Belarus, Minsk, Nezavisimosti av., 4

tel. +375-29-181-28-57

Veronika.Bezruchenko@gmail.comМуравскийАл. А.MuravskyA. A.

К.ф.-м.н., доцент, заведующий лабораторией «Материалы и технологии ЖК-устройств»

PhD in Electrical and Electronic Engineering, Associated Professor, Head of the «Materials and Technologies of LC Devices» Laboratory

МуравскийАн. А.MurauskiA. A.

К.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник лаборатории «Материалы и технологии ЖК-устройств»

PhD in Electrical and Electronic Engineering, Leading Researcher of the «Materials and Technologies of LC Devices» Laboratory

СтанкевичА. И.StankevichA. I.

К.х.н., старший научный сотрудник

220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр-т. Независимости, д. 4

тел. +375-29-181-28-57

PhD in Chemical Sciences, Senior Researcher

220030, Republic of Belarus, Minsk, Nezavisimosti av., 4

tel. +375-29-181-28-57

МогильныйВ. В.MahilnyU. V.

Д.ф.-м.н., профессор, профессор кафедры физической оптики

220030, Республика Беларусь, г. Минск, пр-т. Независимости, д. 4

тел. +375-29-181-28-57

Doctor of Sciences, Full Professor, Professor

220030, Republic of Belarus, Minsk, Nezavisimosti av., 4

tel. +375-29-181-28-57

Институт химии новых материалов НАН Беларуси; Физический факультет белорусского государственного университетаInstitute of Chemistry of New Materials NAS of Belarus; Physical Department of Belarusian State UniversityИнститут химии новых материалов НАН БеларусиInstitute of Chemistry of New Materials NAS of BelarusФизический факультет белорусского государственного университетаPhysical Department of Belarusian State University20190612201907 (125)Спецвыпуск1320Copyright © Безрученко В.С., Муравский А.А., Муравский А.А., Станкевич А.И., Могильный В.В., 20192019Безрученко В.С., Муравский А.А., Муравский А.А., Станкевич А.И., Могильный В.В.Bezruchenko V.S., Muravsky A.A., Murauski A.A., Stankevich A.I., Mahilny U.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/1978

Разработка управляемых жидкокристаллических (ЖК) линз является перспективной и многообещающей для большого числа применений, например, для систем визуализации, пико- проекторов, систем оптического зума, офтальмологии, и др. Особого внимания заслуживает разработка поляризационно-независимых ЖК линз, так как позволяет исключить из прикладных устройств поляризаторы, которые снижают эффективность прохождения света сквозь оптические системы. Разработаны ориентирующие бензальдегидные фоточувствительные материалы, способные изменять углы преднаклона нематических жидких кристаллов от 90 до 0 º контролируемым образом под действием ультрафиолетового (УФ) экспонирующего излучения. Генерация анизотропии бензальдегидных ориентирующих слоев осуществлялась путем двухстадийной обработки, состоящей из однородного натирания тканью и последующего неполяризационного УФ экспонирования. Неоднородное УФ облучение однородно натертых тканью ориентирующих слоев позволяет сформировать градиент показателя преломления внутри ЖК ячейки. Продемонстрирован принцип изготовления управляемых поляризационно-независимых самосовмещенных ЖК линз на основе градиентных ориентирующих материалов с различным порогом фоточувствительности. Самосовмещение двух поляризационно-зависимых суб-линз обеспечивается благодаря простому единичному акту УФ экспонирования двух ориентирующих слоев, которые располагались по обе стороны одной стеклянной подложки, формируя общую оптическую ось поляризационно-независимых ЖК линз. Независимость от поляризации ЖК линз достигалась путем задания азимутального направления натирания ориентирующих слоев двух поляризационно-зависимых ЖК линз перпендикулярными друг другу. Ячейки суб-линз характеризовались однородным зазором, а их управление осуществлялось независимым образом с использованием низких управляющих напряжений. Устройства, изготавливаемые на основе градиентных бензальдегидных ориентирующих материалов, могут быть использованы в различных современных оптических и фотонных устройствах.

The development of electrically tunable liquid crystal (LC) lenses is perspective and promising for a wide range of applications, for example, for imaging system, pico projectors, optical zoom systems, ophthalmology applications and other. Of particular note is the development of polarization-independent LC lenses, as eliminates polarizers from application devices that reduce the efficiency of light transmission through optical systems. Alignment benzaldehyde photosensitive materials, capable of changing the pretilt angles of nematic LC from 90 to 0 ºС in a controlled manner under UV exposure are developed. The anisotropy of the benzaldehyde alignment layers is generated by a two-stage treatment consisting of uniform rubbing with a cloth and subsequent non-polarized UV exposure. Inhomogeneous UV exposure of uniformly rubbed alignment layers allows formation of refractive index gradient inside the LC cell. The concept of tunable polarization-independent self-aligned LC lens based on gradient pretilt angle alignment materials with different photosensitivity is demonstrated. Self-alignment of two polarization-dependent sub-lens is achieved due to a single UV exposure act of two alignment layers, which are located on the same piece of glass on both sides, forming one common optical axis for a polarization-independent LC lens. The independence of the polarization of LC lenses is achieved by setting the azimuthal rubbing direction of the alignment layers of two polarizationdependent LC lenses perpendicular to each other. The sub-lens cells have uniform cell gap and are independently controlled using low-voltage driving. Devices based on gradient benzaldehyde alignment materials can be used in many modern optical and photonic devices.

градиентные ориентирующие материалыугол преднаклонаполяризационно-независимая ЖК линзаGradient alignment materialspretilt anglepolarization-independent LC lensReferencesAlgorri J.F., Bennis N., Urruchi V., Morawiak P., Sánchez-Pena J.M., Jaroszewicz L.R. Tunable liquid crystal multifocal microlens array. Scientific Reports. 2017; 7 (1): 17318. DOI: 10.1038/s41598-017-17688-1.Algorri J.F., Bennis N., Urruchi V., Morawiak P., Sánchez-Pena J.M., Jaroszewicz L.R. Tunable liquid crystal multifocal microlens array. Scientific Reports. 2017; 7 (1): 17318. DOI: 10.1038/s41598-017-17688-1.Cheng C.C., Chang C.A., Liu C.H., Yeh J.A. A tunable liquid-crystal microlens with hybrid alignment. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2006; 8 (7): S365. DOI: 10.1088/1464-4258/8/7/S12/meta.Cheng C.C., Chang C.A., Liu C.H., Yeh J.A. A tunable liquid-crystal microlens with hybrid alignment. Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2006; 8 (7): S365. DOI: 10.1088/1464-4258/8/7/S12/meta.Xu S., Li Y., Liu Y., Sun J., Ren H., Wu S.T. Fast-response liquid crystal microlens. Micromachines. 2014; 5 (2): 300-324. DOI: 10.3390/mi5020300.Xu S., Li Y., Liu Y., Sun J., Ren H., Wu S.T. Fast-response liquid crystal microlens. Micromachines. 2014; 5 (2): 300-324. DOI: 10.3390/mi5020300.Algorri J., Urruchi V., García-Cámara B., Sánchez-Pena J. Liquid crystal microlenses for autostereoscopic displays. Materials. 2016; 9 (1): 36. DOI: 10.3390/ma9010036.Algorri J., Urruchi V., García-Cámara B., Sánchez-Pena J. Liquid crystal microlenses for autostereoscopic displays. Materials. 2016; 9 (1): 36. DOI: 10.3390/ma9010036.Algorri J.F., Zografopoulos D.C., Urruchi V., Sánchez-Pena J.M. Recent advances in adaptive liquid crystal lenses. Crystals. 2019; 9 (5): 272. DOI: 10.3390/cryst9050272.Algorri J.F., Zografopoulos D.C., Urruchi V., Sánchez-Pena J.M. Recent advances in adaptive liquid crystal lenses. Crystals. 2019; 9 (5): 272. DOI: 10.3390/cryst9050272.Bezruchenko V.S., Muravsky A.A., Murauski A.A., Stankevich A.I., Mahilny U.V. Tunable liquid crystal lens based on pretilt angle gradient alignment. Molecular crystals and liquid crystals. 2016; 626 (1): 222- 228. DOI: 10.1080/15421406.2015.1106890.Bezruchenko V.S., Muravsky A.A., Murauski A.A., Stankevich A.I., Mahilny U.V. Tunable liquid crystal lens based on pretilt angle gradient alignment. Molecular crystals and liquid crystals. 2016; 626 (1): 222- 228. DOI: 10.1080/15421406.2015.1106890.Bezruchenko V.S., Muravsky A.A., Murauski A.A., Stankevich A.I., Mahilny U.V. Alignment materials with controllable anchoring energy. Journal of the Society for Information Display. 2018; 26 (9): 561-566. DOI: 10.1002/jsid.675.Bezruchenko V.S., Muravsky A.A., Murauski A.A., Stankevich A.I., Mahilny U.V. Alignment materials with controllable anchoring energy. Journal of the Society for Information Display. 2018; 26 (9): 561-566. DOI: 10.1002/jsid.675.Bezruchenko V.S., Mahilny U.V., Stankevich A.I., Muravsky A.A., Murauski A.A. New photocrosslinkable benzaldehyde polymers for creating liquid crystal lenses. Journal of Applied Spectroscopy. 2018; 85(4): 704-709. DOI: 10.1007/s10812-018-0708-3.Bezruchenko V.S., Mahilny U.V., Stankevich A.I., Muravsky A.A., Murauski A.A. New photocrosslinkable benzaldehyde polymers for creating liquid crystal lenses. Journal of Applied Spectroscopy. 2018; 85(4): 704-709. DOI: 10.1007/s10812-018-0708-3.Xin Z., Tong Q., Lei Y., Wei D., Zhang X., Liao J., Xie C. An electrically tunable polarization and polarization-independent liquid-crystal microlens array for imaging applications. Journal of Optics. 2017; 19 (9): 095602. DOI: 10.1088/2040-8986/aa7c2e/meta.Xin Z., Tong Q., Lei Y., Wei D., Zhang X., Liao J., Xie C. An electrically tunable polarization and polarization-independent liquid-crystal microlens array for imaging applications. Journal of Optics. 2017; 19 (9): 095602. DOI: 10.1088/2040-8986/aa7c2e/meta.Lin Y-H., Yu-Shih T. A polarization independent liquid crystal phase modulation adopting surface pinning effect of polymer dispersed liquid crystals. Journal of Applied Physics. 2011; 110 (11): 114516. DOI: 10.1063/1.3666053.Lin Y-H., Yu-Shih T. A polarization independent liquid crystal phase modulation adopting surface pinning effect of polymer dispersed liquid crystals. Journal of Applied Physics. 2011; 110 (11): 114516. DOI: 10.1063/1.3666053.Lin Y.H., Chen H.S., Lin H.C., Tsou Y.S., Hsu H.K., Li W.Y. Polarizer-free and fast response microlens arrays using polymer-stabilized blue phase liquid crystals. Applied Physics Letters. 2010; 96 (11): 113505. DOI: 10.1063/1.3360860.Lin Y.H., Chen H.S., Lin H.C., Tsou Y.S., Hsu H.K., Li W.Y. Polarizer-free and fast response microlens arrays using polymer-stabilized blue phase liquid crystals. Applied Physics Letters. 2010; 96 (11): 113505. DOI: 10.1063/1.3360860.Lin Y.H., Chen H.S. Electrically tunable-focusing and polarizer-free liquid crystal lenses for ophthalmic applications. Optics express. 2013; 21(8): 9428-9436. DOI: 10.1364/OE.21.009428.Lin Y.H., Chen H.S. Electrically tunable-focusing and polarizer-free liquid crystal lenses for ophthalmic applications. Optics express. 2013; 21(8): 9428-9436. DOI: 10.1364/OE.21.009428.Al-Saud T.S.M., Altamimi R.M., Agabekov V.E., Muravsky A.A., Murauski A.A., Biazruchanka V.S. Alignment material for liquid crystal lens and liquid crystal lens system. Patent US 9513510 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. 2016.Al-Saud T.S.M., Altamimi R.M., Agabekov V.E., Muravsky A.A., Murauski A.A., Biazruchanka V.S. Alignment material for liquid crystal lens and liquid crystal lens system. Patent US 9513510 B1. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. 2016.Cuminal M.P., Brunet M. A technique for measurement of pretilt angles arising from alignment layers. Liquid crystals. 1997; 22 (2): 185-192. DOI: 10.1080/026782997209559.Cuminal M.P., Brunet M. A technique for measurement of pretilt angles arising from alignment layers. Liquid crystals. 1997; 22 (2): 185-192. DOI: 10.1080/026782997209559.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.