Анализ свойств материалов.

Жидкими кристаллами называют такие вещества, которые находятся в промежуточном (мезоморфном) состоянии между изотропной жидкостью и твердым кристаллическим телом. С одной стороны, они обладают текучестью, способностью находиться в каплевидном состоянии, а с другой — для них характерна анизотропия свойств и, прежде всего, оптическая анизотропия.

Малость межмолекулярных сил, обеспечивающих упорядоченную структуру жидкого кристалла, является принципиальной основой сильной зависимости свойств от внешних факторов (температуры, давления, электрического поля и др.).

Молекулы ЖК в дисплейной ячейке имеют палочкообразную вытянутую форму и ориентированы строго в одном направлении. Ориентация молекул ЖК в дисплейных ячейках может быть гомеотропной, планарной и конфокальной. Соответственно различают гомеотропную, планарную и конфокальную текстуру слоев ЖК. По признаку общей симметрии все жидкие кристаллы подразделяются на три вида: смектические, нематические и холестерические.

Смектическая фаза характеризуется слоистым строением. Центры тяжести удлиненных молекул находятся в плоскостях, равноудаленных друг от друга. В каждом слое молекулы ориентированы параллельно за счет упругого дисперсионного взаимодействия. Текучесть обеспечивается лишь взаимным скольжением слоев, поэтому вязкость среды достаточно велика. Из-за высокой вязкости смектические жидкие кристаллы не получили широкого применения в технике [Маг018].

В нематической фазе длинные оси молекул ориентированы вдоль одного общего направления, называемого нематическим директором. Однако центры тяжести молекул расположены беспорядочно, так что возникает симметрия более низкого порядка, чем у смектических кристаллов. При таком строении вещества возможно взаимное скольжение молекул вдоль нематического директора.

Холестерическая фаза на молекулярном уровне похожа на нематическую. Однако вся ее структура дополнительно закручена вокруг оси, перпендикулярной молекулярным осям. В результате получается слоистая винтовая структура с шагом спирали - порядка 300 нм.

Под текстурой понимается поле обзора слоя ЖК в поляризационном микроскопе, когда этот слой находится между скрещенными поляризаторами. При гомеотропной ориентации молекул текстура ЖК остается однородно темной при повороте ячейки на 180 градусов между скрещенными поляризаторами. Свет распространяется вдоль главной оптической оси слоя ЖК, которая во всей ячейке перпендикулярна гибким подложкам. Принято считать, что длинные оси молекул в этом случае тоже перпендикулярны подложкам [Маг003].

При гомогенной планарной ориентации текстура ЖК однородна по всей апертуре ячейки, и обладает двулучепреломлением, как монокристалл. При вращении ячейки между скрещенными поляризаторами происходит модуляция светопропускания, что имеет место в том случае, если свет распространяется под углом к главной оптической оси. В первом приближении считается, что при планарной ориентации длинные оси макромолекул параллельны подложкам. Конфокальная текстура также двулучепреломляющая, но не однородная по апертуре ячейки. Она представляет собой конгломерат монокристаллов различных размеров (для сегнетоэлектрических ЖК 1-10 мкм) и формы, оптические оси которых ориентированы хаотично во всех возможных направлениях. Такая текстура является светорассеивающей, что неприемлемо в устройствах отображения информации [Маг003].

Жидкие кристаллы весьма чувствительны к температуре и при этом меняют свою окраску. Они сильно реагируют на изменения напряженности электрического и магнитного полей, изменяя при этом свою прозрачность и другие оптические характеристики, что создает возможность использовать их в качестве управляемых материалов для этого вида внешних воздействий. Большое количество световых эффектов, например поворот плоскости поляризации луча, двойное лучепреломление, спектральное изменение поглощения и отражения, «световая память», делает их интересными и для применения в оптике. При использовании ЖК в качестве индикаторных устройств следует помнить, что они требуют внешнего освещения, а индикация может зависеть от угла зрения. Большая чувствительность к различным энергетическим воздействиям обязывает учитывать соотношение сигнал/помеха. Как и во всех органических материалах, в ЖК наблюдаются процессы старения [Маг003].

Существование того или иного типа ориентации молекул ЖК в ячейке определяется структурой поверхностей подложек и способом их обработки, которые в решающей степени определяют смачиваемость этих поверхностей жидкими кристаллами. Переход от конфокальной ориентации к гомогенной планарной приводит к улучшению оптического качества ЖК модулятора.

Материал ориентирующего слоя для гибкого модулятора на основе СЖК должен обладать хорошим светопропусканием, способностью стабильно ориентировать молекулы СЖК, не иметь оптического искажения. При использовании СЖК, обладающих значительно большим быстродействием, необходимо применение ориентантов наноразмерных толщин [Маг004].

В случае применения в каче­стве ориентанта полиимидных композиций при использовании обоих способов заполнения может наблю­даться незначительная локальная разупорядоченность, в том числе в виде поверхностных дисклинаций и точечных дефектов. Такие участки концентрируются в области изменения рельефа подложки (края электродов) или вблизи края пластин, где имеет место неустановившийся режим взаимодействия щетки с ориентантом. Для полного устранения дефектов ориентации, связанных с заполнением, достаточно провести непродолжительный (30 - 40 мин) прогрев заполненного модулятора при температуре, превышающей на 10 – 15 К температуру перехода ЖК в изотропное состояние (Т_пр).

При применении в качестве ориентанта диоксида кремния однородную ориентацию ЖК возможно получить только в условиях его изотропного состояния в процессе заполнения модулятора. Но в этом случае появляются множественные поверхностные дефекты не устранимые при повторном прогреве [Маг004].

В последние годы все более популярным становится использование фоточувствительного ориентанта. Их преимущества в более простом способе и быстром создании анизотропии. Исследователи в работах [Маг010] и [Маг020] говорят о перспективности данного вида ориентантов.

В работах [Маг026] и [Маг021] говорится, что добавлением наноструктур в ориентант можно добиться лучшей ориентации ЖК.

ГЕРМЕТИК

Фактором, определяющим возможность использования материалов в качестве герметизирующих при производстве гибких модуляторов, является величина адгезии.

В качестве герметизирующего материала обычно используется ПВБ пленка. Адгезия ПВБ к гибкой подложке и токопроводящему покрытию составляет 3 - 3,5 МПа. Полиимидный ориентант снижает величину адгезии ПВБ к гибкой подложке до 0,6 – 0,7 МПа, а к токопроводящему покрытию до 0,5 - 0,6 МПа [Маг004]. Эти величины, согласно требованиям к механической прочности гибкого модулятора считаются недостаточными. Поэтому в качестве герметика вместо ПВБ применяют пленки на основе ПВБ-БЭН клеев. В таком случае адгезия герметика повышается в 1,5 - 2 раза. Согласно [Маг004], в процессе жестких испытаний (одиночные удары с ускорением 1000 - 1500 g, вибрация с ускорением до 10g, с частотой 1 - 2 Гц, а также 3000 - 4000 ударов с ускорением 100 - 1500g) отслаивания полиимидного ориентанта от токопроводящего покрытия или появления каких-либо других дефектов, связанных с разориентацией молекул ЖК, не наблюдается.