Модулятор оптического излучения

 

Область применения: изобретение относится к оптозлектронике и может быть использовано для создания дисплеев. Сущность: модулятор оптического излучения содержит электрооптическую ячейку из двух прозрачных подложек, на внутренних поверхностях которых расположены управляющие электроды, подключенные к источнику напряжения, и анизотропные покрытия, ориентирующие расположенный между этими подложками сегнетоэлектрический геликоидальный смектический жидкий кристалл так, что его слои параллельны плоскостям подложек. Ось геликоида перпендикулярна плоскостям подложек, а толщина d слоя и материал жидкого кристалла выбраны так. что шаг геликоида L т , a nL А , где п эффективная анизотропия показателя преломления жидкого кристалла, А - длина волны модулируемого излучения. Управляющие электроды создают падение потенциала в плоскости подложек. При этом электроды могут располагаться на одной из подложек, могут быть выполнены из фотрпроводящего материала, а оси легкого ориентирования анизотропных покрытий могут быть перпендикулярны друг другу. 3 з.п. флы, 3 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТичЕ СКИх

РЕСПУБЛИК (5!)5 G 02 F 1/135

ГОСУДАРСТВЕ -ОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) :-. uN JN5

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4949696/25 (22) 28.06.91 (46) 30.06.93. Бюл. N. 24 (71) Физический институт им.П.Н.Лебедева (72) И.Н.Компанец, А.Л.Андреев, А.В.Парфенов, Е.П.Пожидаев и В.Г.Чигринов (56) Labronie G. et al, Nematlc Liquid Crystal

1024 Bits Pape Composer, Appk Opt., 1974, ч.13, N. 6, р.1355 — 58.

Clark N.À, et al. Ferroelectrlc Liquid

Crystal Electro-Optics Using Surface Stablllzed Structure, Mol. Crystals Llq. Crystals, 1983, ч,94, N. 1-2, р.р.213 — 233. (54) МОДУЛЯТОР ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Область применения; изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания дисплеев. Сущность: модулятор оптического излучения содержит электрооптическую ячейку из двух прозрачных подложек, на внутренних поверхностях которых расположены управляИзобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания информационных дисплеев.

Целью изобретения является увеличение глубины модуляции.

Фиг.1 поясняет общий вид устройства и геометрию направления распространения света, направления электрического поля и ориентации молекул жидкого кристалла; на фиг.2 — конструкция модулятора с электродами на одной из подложек, на фиг.3 — конструкция, в которой один из электродов выполнен из фотопроводящего материала.

Цифрами и буквами на чертеже и далее в тексте обозначены:

Я2 1824621 Al ющие электроды, подключенные к источнику напряжения, и анизотропные покрытия, ориентирующие расположенный между этими подложками сегнетоэлектрический геликоидальный смектический жидкий кристалл так, что его слои параллельны плоскостям подложек. Ось геликонда перпендикулярна плоскостям подложек, а толщина d слоя и материал жидкого кристалла выбраны так, что шаг геликоида L = —, à nL» А, где и— б

4 эффективная анизотропия показателя преломления жидкого кристалла, il — длина волны модулируемого излучения, Управляющие электроды создают падение потенциала в плоскости подложек, При этом электроды могут располагаться на одной иэ подложек, могут быть выполнены из фотопроводящего материала, а оси легкого ориентирования энизотропных покрытий могут быть перпендикулярны друг другу. 3 з.п. флы, 3 ил.

1,2 — прозрачные подложки;

3,4 — ориентирующие покрытия;

5 — смектический жидкий кристалл;

6, 7,6, 7 — электроды;

8 — источник напряжения;

9 — фотопроводящий материал; А — считывающее оптическое излучение;  — промодулировэнное оптическое излучение, а в — оси легкого ориентирования в плоскости покрытий 3,4.

Модулятор содержит прозрачные подложки 1 и 2 с анизотропными ориентирующими покрытиями 3 и 4, между которыми размещен слой смектического жидкого кристалла 5. íà подложках размещены электро1824621 д>» 6,6 и 7,7, подключенные к разным полюсам источника напряжения 8, на одной из подложек (2 на фиг.3) расположен фотопроводящий материал 9. Модулируемый поток

A падает на входную подложку 1, а промодулироеанный поток В выходит со стороны подложки 2.

Модулятор работает следующим образом. Слой жидкого кристалла 5, будучи ориентирован гомеотропно, т.е. так, что ось геликоида жидкого кристалла перпендикулярна подложкам 1 и 2, проявляет свойства оптической гиротропии. Т.е. падающее оптическое излучение А, проходя через слой жидкого кристалла, выходит уже с повернутой плоскостью поляризации. Причем в случае, когда шаг геликоида удовлетворяет условию nL»k, возникает волноводный режим, в котором угол поворота плоскости поляризации совпадает с полным углом поворота директора молекул жидкого кристалла от входной подложки 1 до выходной подложки 2. В этом случае положение плоскости поляризации промодулированного излучения фиксировано. Например. при совпадении плоскости поляризации входящего излучения с направлением директора молекул жидкого кристалла на границе с подложкой 1, плоскость поляризации излучения развернется внутри слоя жидкого кристалла по мере поворота директора молекул жидкого кристалла, и излучение выйдет с плоскостью поляризации совпадающей с направлением директоре молекул жидкого кристалла на выходной подложке 2, независимо от толщины слоя жидкого кристалла. Таким образом, угол поеорота плоскости поляризации излучения, прошедшего слой жидкого кристалла 5. оказывается зависящим только от угла разворота молекул жидкого кристалла нв входной и выходной подложках 1 и 2. Естественно, максимальный контраст и максимальная глубина а"плитудной модуляции наблюдается пр«скрещенных входном и выходном поляризаторах и угле noeopora 90 градусов.

Такое значение угла поворота соответствует определенному шагу геликоида- жидкого кристалла, а именно между длиной шага и толщиной слоя жидкого кристалла 5 в ячейке должно выполняться соотношение:

d=4L, где d — толщина слоя жидкого кристалла, L — длина шага геликоида жидкого кристалла. Таким образом в невозмущенном состоянии модулятор с описанными выше условиями на толщину, шагом геликоида жидкого кристалла, оптическую анизотропию «т.д. будет обладать свойством оптической гиротропии с углом гиротропии не

55 зависящим от толщины слоя жидкого кристалла.

Однако при помещении модулятора в электрическое поле молекулы жидкого кристалла разворачиваются так, что диполи молекул будут становиться вдоль линий силового поля. В рассматриваемом техническом предложении электрическое поле направлено перпендикулярно к оси геликоида и направлению распространения модулируемого излучения, т.е. имеет место поперечный эффект. В смектическом жидком кристалле 5 поворот молекул диполями вдоль поля приводит к деформации геликоида, а в итоге к полной его раскрутке, когда все молекулы развернутся в плоскость, проходящую перпендикулярно к подложкам.

Очевидно в этом случае гиротропные свойства слоя жидкого кристалла исчезают, жидкий кристалл приобретае1 теперь свойства двулучепреломляющей пластинки. Это приводит к изменению амплитудного пропускания ячейки в скрещенных или параллельных поляризаторах (в зависимости как они были выставлены изначально: для скрещенных— исходное пропуска ние максимально, что понятно. если вспомнить о повороте плоскости поляризации на 90 градусов; для параллельных поляризаторов — исходное пропускание мало). Причем, поскольку молекулы ориентированы полем вполне определенным образом — их диполи параллельны полю, а директор молекул в этом случае перпендикулярен полю, то пропускание конечного состояния — при включенном поле — то же может быть выбрано взаимным расположением поляризаторов и направления поля. Например, при перпендикулярности поля и плоскости поляризации поляризатора — пропускание минимально (для скрещенных поляризаторов), при их взаимной ориентации под углом

45 градусов — пропускание определяется обычным соотношением

Т.= sin (2л и б/2), где п, d, Л имеют смысл указанный выше.

Были проведены испытания модулятора, выполненного по данному техническому предложению, Модулятор использоеал однокомпонентный жидкий кристалл с интервалом смектической хиральной наклонной фазы от 22 до 49 С, Угол наклона составлял

29 при 40 С, шаг геликоида (в обьемном образце) составлял 10,3 мкм, спонтанная поляризация 110 нК/см . Кристалл поме г щался между двумя стекляHыми подложками, на поверхность одной из которых была нанесена система встречно-шты рень>х электродов с шагом 800 мкм. Толщ«>i:>!:л>)ч ж«д

1824621

2 5

50 кого кристалла 5 задавалась с помощью прокладок и составляла 5 мкм. Оптические свойства модулятора (наблюдались в поляризационный микроскоп типа ПОЛАМ-Р111) демонстрировали наличие вращения плоскости практически на 900, т,е. ячейки, было максимальным (около 70-80 )ь) при исходно скрещенных поляризаторах, оставаясь таким при любом повороте модулятора в неподвижных поляризаторах микроскопа.

При подаче напряжения пропускание падает (в лучших случаях до 1-5 ), причем естественно пропускание в этом состоянии зависит от положения директора молекул деформированного электрическим полем жидкого кристалла относительно поляризаторов, что проявлялось в периодическом изменении пропускания ячейки при ее вращении в неподвижнйх скрещенных поляризаторах. Другими GJIQBBMH, ячейка в этом состоянии вела себя как двулучепреломляющая пластинка, оптическая толщина которой определялась обычной формулой для двулучепреломления. Очень важно, что для ориентации директора параллельно или перпендикулярно поляризатору пропускание минимально и не зависит от длины волны. Тем самым для данного модулятора при оговоренных выше условиях на геометрию наблюдения пропускание не зависит от длины волны считывающего света и во включенном и в выключенном состояниях— модулятор полностью ахроматичен для поляризованного света.

Были проведены измерения зависимости оптического пропускания от величины поданного напряжения, Глубина модуляции близкая к максимально возможной (0,85) достигалась уже при управляющем напряжении 50 В (действующее значение), что соответствует величине управляющего поля около 0,05 Blìêì, что на два порядка ниже, чем для электрооптической ячейки с поверхностно стабилизированной текстурой смектического ЖК, и почти на порядок меньше, чем для модулятора с эффектом деформации геликоида ЖК. Это преимущество связано, по-видимому, с более низкой энергией связи, характерной для гомеотропно ориентирующих поверхностей, в отличие от планарно ориентирующих поверхностей подложек. В то же время следует отметить, что влияние поверхности проявляется и в данном случае, а именно шаг геликоида жидкого кристалла в данной геометрии зависит от способа обработки поверхности подложки, проводимой для получения ориентации жидкого кристалла с осью геликоида, перпендикулярной к подложкам, Был изготовлен также модулятор с оптическим управлением (фиг.З). В этом случае модулятор представляет собой структуру полупроводник - жидкий кристалл. В неосвещен ном состоянии (фотопро водя щий материал, играющий роль электрода для слоя жидкого кристалла не возбужден) компонента электрического поля в плоскости подложек отсутствует (поверхность фотопроводящего материала эквипотенциальна). Однако при проекции на структуру изображения на границах деталей изображения возникает градиент потенциала (электрическое поле, направленное в плоскости подложек) величиной до 0.1-1

В/мкм, достаточный для переориентации молекул жидкого кристалла. Такой модулятор показал свою работоспособность, обладая чувствительностью около 10-100 мкВт/см в синей области спектра при исг пользовании В!1гЯ! Ого в качестве фотопроводящего материала. Модулятор обладал свойством выделения контуров деталей изображения, что следует из природы описываемого электрооптического модулятора как модулятора с поперечным эффектом.

Сам способ изготовления оказывается существенным для функционирования модулятора. Для достижения максимальной глубины модуляции на подложки наносят покрытия иэ органического вещества, полимеризуют их и натирают, в зазор между натертыми поверхностями подложек заливают жидкий кристалл натирание покрытий производят для обеих подложек во взаимно перпендикулярных направлениях, после чего уменьшают смачиваемость поверхностей подложек путем погружения их в раствор поверхностно-активного вещества, производят сушку подложек, после чего зазор заполняют жидким кристаллом.

Формула изобретения

1. Модулятор оптического излучения, содержащий две прозрачных подложки, управляющие электроды, подключенные к источнику напряжения, а анизотропные покрытия, ориентирующие расположенный между подложками сегнетоэлектрический геликоидальный смектический жидкий кристалл, отличающийся тем, что, с целью увеличения глубины модуляции, анизотропные покрытия ориентированы так, что смектические слои жидкого крИсталла параллельны плоскостям подложек, а ось геликоида жидкого кристалла расположена перпендикулярно плоскостям подложек, и ри этом толщина слоя б и материал жидкого кристалла выбраны так, что шаг геликоида L жидкого кристалла L - 4, à nL» А, d

1824621 в

ФИГ.2 где n — эффективная аниэотропия покаэателя преломления жидкого кристалла.

Я.— длина волны модулируемого излучения, а управляющие электроды выполнены так, что соэдают падение потенциала в плоскости подложек.

2. Модулятор по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что управляющие электроды расположены по крайней мере на одной иэ подложек, а источник питающего напряжения обоими полюсами подклю:ен к электродам на одной иэ подложек.

3. Модулятор по п.1 и 2, о т л и ч а юшийся тем, что управляющие электроды

5 выполнены иэ фотопроводящего материала по крайней мере на одной иэ подложек.

4. Модулятор по пп.1-3. о т л и ч а юшийся тем, что аниэотропные покрытия выполнены так. что оси легкого ориентиро10 вания на обеих подложках перпендикулярны друг другу.

1824621 в

Составитель А. Парфенов

Техред М.Моргентал Корректор И. Шулла

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Заказ 2225 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета Ilo изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Модулятор оптического излучения Модулятор оптического излучения Модулятор оптического излучения Модулятор оптического излучения Модулятор оптического излучения 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано в системах оптической обработки информации при дешифрировании аэрофотоснимков для визуального анализа рентгеновских снимков, а также для выявления дефектной структуры полупроводниковых материалов на ранней стадии изготовления оптоэлектронных приборов

Изобретение относится к оптоэлектронике и может найти применение в автоматике , вычислительной технике, телевидении и голографии

Изобретение относится к оптически управляемым транспарантам на основе структуры фотопроводник - жидкий кристалл, предназначенным для использования в системах обработки, преобразования и отображения информации

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для оптической обработки изображений путем выделения объектов с периодически изменяющейся яркостью

Изобретение относится к области оптоэлектроники и может найти применение в устройствах обработки оптической информации

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к противоослепляющим средствам, и может быть использовано для экранирования глаз водителя от ослепляющего света, особенно встречных машин

Изобретение относится к области оптоэлектроники
Наверх