bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2019-125-7-21-27bsuir-1989Research ArticleСЕКЦИЯ 1. ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ И ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЕ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЕ ГЛАВНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ОСИ СПИРАЛЬНОЙ НАНОСТРУКТУРЫ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА В ПЛАНАРНО- ОРИЕНТИРОВАННОЙ ДИСПЛЕЙНОЙ ЯЧЕЙКЕELECTRO-OPTICAL SWITCHING OF THE MAIN OPTICAL AXIS OF A FERROELECTRIC LIQUID CRYSTAL SPIRAL NANOSTRUCTUREIN A PLANAR-ORIENTED DISPLAY CELLПожидаевЕ. П.PozhidaevE. P.

Д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник

119991, Российская Федерация, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

тел. +7-903-124-32-35

D.Sci, Leading Researcher

119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky prospect, 53

tel. +7-903-124-32-35

ТкаченкоТ. П.TkachenkoT. P.

Студент Московского авиационного института (национальный исследовательский университет); лаборант-исследователь

119991, Российская Федерация, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

тел. +7-903-124-32-35

Laboratory assistant

119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky prospect, 53

tel. +7-903-124-32-35

КузнецовА. В.KuznetsovA. V.

Студент Московского авиационного института (национальный исследовательский университет); лаборант-исследователь

119991, Российская Федерация, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

тел. +7-903-124-32-35

Laboratory assistant

119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky prospect, 53

tel. +7-903-124-32-35

КомпанецИ. Н.KompanetsI. N.

Компанец Игорь Николаевич, д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник

119991, Российская Федерация, г. Москва, Ленинский проспект, д. 53

тел. +7-903-124-32-35

Kompanets Igor Nikolaevich, D.Sci, Professor, Chief Researcher

119991, Russian Federation, Moscow, Leninsky prospect, 53

tel. +7-903-124-32-35

kompan@lebedev.ruФизический институт имени П.Н. Лебедева РАНP.N. Lebedev Physical Institute of RAS20190612201907 (125)Спецвыпуск2127Copyright © Пожидаев Е.П., Ткаченко Т.П., Кузнецов А.В., Компанец И.Н., 20192019Пожидаев Е.П., Ткаченко Т.П., Кузнецов А.В., Компанец И.Н.Pozhidaev E.P., Tkachenko T.P., Kuznetsov A.V., Kompanets I.N.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/1989

В известной дисплейной ячейке с нематическим жидким кристаллом (НЖК) и встречно- штыревыми электродами на одной из стеклянных подложек реализуется режим переключения «In-Plane Switching» (IPS), при котором главная оптическая ось НЖК переориентируется в параллельной подложкам плоскости, обеспечивая наиболее корректную цветопередачу при разных углах обзора, вплоть до 178 ° пo горизонтали и вертикали. К сожалению, создание гребенки металлических электродов усложняет и удорожает технологический процесс и вызывает ухудшение контрастности изображения. В то же время экспериментальные результаты и расчеты, основанные на классической электрооптике кристаллов, свидетельствуют, что электрооптическое переключение в режиме IPS является естественной и неотъемлемой особенностью обычной (со сплошными электродами) дисплейной ячейки с планарно-ориентированным слоем сегнетоэлектрического жидкого кристалла (СЖК), в котором реализуется эффект деформированной электрическим полем спиральной наноструктуры СЖК (DHF-эффект). В такой ячейке переориентация главной оптической оси под воздействием слабого электрического поля тоже происходит в плоскости подложек, если СЖК имеет малый шаг (около 100 нм и менее) и большой угол наклона молекул в слое (около 38 ° и более). Измеренные в данной работе зависимости коэффициента пропускания света СЖК-ячейкой подтвердили достижение электрооптического режима IPS в ячейке DHF СЖК, причем частота модуляции света составила 1 кГц. Таким образом, при сохранении всех достоинств IPS-режима, известных в НЖК, реализация его в СЖК позволяет дополнительно получить технологические преимущества и многократный выигрыш в частоте модуляции.

In a known display cell with the nematic liquid crystal (NLC) and interdigital electrodes on one of the glass substrates, the “In-Plane Switching” (IPS) mode is implemented, in which the NLC main optical axis reorients in a plane parallel to substrates, providing the most correct color reproduction at different angles view, up to 178 ° horizontally and vertically. Unfortunately, the creation of interdigital metal electrodes complicates and increases the technological process cost and causes a decrease in image contrast. At the same time, experimental results and calculations based on classical electro-optics of crystals indicate that electrooptical switching in the IPS mode is a natural and intrinsic feature of a conventional (with continuous electrodes) display cell with a planar-oriented layer of the ferroelectric liquid crystal (FLC), in which the effect of the deformed (by the electric field) helix FLC nanostructure is realized (DHF effect). In such a cell, the reorientation of the main optical axis under the influence of a weak electric field also occurs in the substrate plane if the FLC has a small pitch (about 100 nm or less) and a large tilt angle of molecules in the layer (about 38 ° or more). The dependences of the FLC cell light transmittance measured in this work, confirmed the achievement of the IPS electro-optical mode in the DHF FLC cell; moreover, the light modulation frequency was 1 kHz. Thus, while maintaining all the advantages of the IPS mode known in NLC, its implementation in FLC allows additionally obtaining technological advantages and multiple increase in modulation frequency.

IPSпереключение главной оптической осисегнетоэлектрический жидкий кристаллэлектрооптический эффект деформированной спиральной наноструктурыIPSmain optical axis switchingferroelectric liquid crystalcrystal-optical effect of deformed spiral nanostructureReferencesOh-E M., Kondo K. Electro-optical characteristics and switching behavior of the in-plane switching mode. Appl. Phys. Lett. 1995; 67: 3895. DOI: 10.1063/1.115309.Oh-E M., Kondo K. Electro-optical characteristics and switching behavior of the in-plane switching mode. Appl. Phys. Lett. 1995; 67: 3895. DOI: 10.1063/1.115309.Oh-E M., Kondo K. Response mechanism of nematic liquid crystals using the in-plane switching mode. Appl. Phys. Lett. 1996; 69: 623. DOI: 10.1063/1.117927.Oh-E M., Kondo K. Response mechanism of nematic liquid crystals using the in-plane switching mode. Appl. Phys. Lett. 1996; 69: 623. DOI: 10.1063/1.117927.Oh-E M., Kondo K. The in-plane switching of homogeneously aligned nematic liquid crystals. Liq. Cryst. 1997; 22: 379. https://doi.org/10.1080/026782997209090.Oh-E M., Kondo K. The in-plane switching of homogeneously aligned nematic liquid crystals. Liq. Cryst. 1997; 22: 379. https://doi.org/10.1080/026782997209090.Oh-E M., Yoneya M., Ohta M., Kondo K. Dependence of viewing angle characteristics on pretilt angle in the in-plane switching mode. Liq. Cryst. 1997; 22: 391. https://doi.org/10.1080/026782997209108.Oh-E M., Yoneya M., Ohta M., Kondo K. Dependence of viewing angle characteristics on pretilt angle in the in-plane switching mode. Liq. Cryst. 1997; 22: 391. https://doi.org/10.1080/026782997209108.Beresnev L.A., Chigrinov V.G., Dergachev D.I., Pozhidaev E.P., Funfshilling J., Schadt M. Deformed helix ferroelectric liquid crystal display – a new electrooptic mode in ferroelectric smectic C* liquid crystals. Liq. Cryst. 1989; 5: 1171. https://doi.org/10.1080/02678298908026421.Beresnev L.A., Chigrinov V.G., Dergachev D.I., Pozhidaev E.P., Funfshilling J., Schadt M. Deformed helix ferroelectric liquid crystal display – a new electrooptic mode in ferroelectric smectic C* liquid crystals. Liq. Cryst. 1989; 5: 1171. https://doi.org/10.1080/02678298908026421.Pozhidaev E., Torgova S., Minchenko M., Yednak C. A. R., Strigazzi A., Miraldi E. Phase modulation and ellipticity of the light transmitted through a smectic C* layer with short helix pitch. Liq. Cryst. 2010; 37: 1067. http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2010.486482.Pozhidaev E., Torgova S., Minchenko M., Yednak C. A. R., Strigazzi A., Miraldi E. Phase modulation and ellipticity of the light transmitted through a smectic C* layer with short helix pitch. Liq. Cryst. 2010; 37: 1067. http://dx.doi.org/10.1080/02678292.2010.486482.Kiselev A.D., Pozhidaev E.P., Chigrinov V.G., Kwok H.S. Polarization-gratings approach to deformedhelix ferroelectric liquid crystals with subwavelength pitch. Phys. Rev. E. 2011; 83: 031703. DOI: 10.1103/PhysRevE.83.031703.Kiselev A.D., Pozhidaev E.P., Chigrinov V.G., Kwok H.S. Polarization-gratings approach to deformedhelix ferroelectric liquid crystals with subwavelength pitch. Phys. Rev. E. 2011; 83: 031703. DOI: 10.1103/PhysRevE.83.031703.Kotova S.P., Samagin S.A., Pozhidaev E.P., Kiselev A.D. Light modulation in planar aligned short-pitch deformed-helix ferroelectric liquid crystals. Phys. Rev. E. 2015; 92: 062502. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.92.062502.Kotova S.P., Samagin S.A., Pozhidaev E.P., Kiselev A.D. Light modulation in planar aligned short-pitch deformed-helix ferroelectric liquid crystals. Phys. Rev. E. 2015; 92: 062502. http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.92.062502.Kesaev V.V., Kiselev A.D., Pozhidaev E.P. Modulation of unpolarized light in planar-aligned subwavelength-pitch deformed-helix ferroelectric liquid crystals, Phys. Rev. E. 2017; 95: 032705. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.032705.Kesaev V.V., Kiselev A.D., Pozhidaev E.P. Modulation of unpolarized light in planar-aligned subwavelength-pitch deformed-helix ferroelectric liquid crystals, Phys. Rev. E. 2017; 95: 032705. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.032705.Pozhidaev E.P., Schrivastava A.K., Kiselev A.D., Chigrinov V.G., Vashchenko V.V., Krivoshey A.I., Minchenko M.V., Kwok H.S. Enhanced orientational Kerr effect in vertically aligned deformed helix ferroelectric liquid crystals, Optics Letters. 2014; 39: 2900. http://dx.doi.org/10.1364/OL.39.002900.Pozhidaev E.P., Schrivastava A.K., Kiselev A.D., Chigrinov V.G., Vashchenko V.V., Krivoshey A.I., Minchenko M.V., Kwok H.S. Enhanced orientational Kerr effect in vertically aligned deformed helix ferroelectric liquid crystals, Optics Letters. 2014; 39: 2900. http://dx.doi.org/10.1364/OL.39.002900.Hubert P., Jägemalm P., Oldano C., Rajteri M. Optic models for short-pitch cholesteric and chiral smectic liquid crystals. Phys. Rev. E. 1998; 58: 3264. https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.58.3264.Hubert P., Jägemalm P., Oldano C., Rajteri M. Optic models for short-pitch cholesteric and chiral smectic liquid crystals. Phys. Rev. E. 1998; 58: 3264. https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.58.3264.Mikhailenko V., Krivoshey A., Pozhidaev E., Popova E., Fedoryako A., Gamzaeva S., Barbashov V., Srivastava A., Kwok H., Vashchenko V. The nano-scale pitch ferroelectric liquid crystal materials for modern display and photonic application employing highly effective chiral components: Trifluoromethylalkyldiesters of p-terphenyldicarboxylic acid. Journal of Molecular Liquids, 2019; 281:186. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.02.047.Mikhailenko V., Krivoshey A., Pozhidaev E., Popova E., Fedoryako A., Gamzaeva S., Barbashov V., Srivastava A., Kwok H., Vashchenko V. The nano-scale pitch ferroelectric liquid crystal materials for modern display and photonic application employing highly effective chiral components: Trifluoromethylalkyldiesters of p-terphenyldicarboxylic acid. Journal of Molecular Liquids, 2019; 281:186. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.02.047.

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