Способ создания поляризующей ячейки

Изобретение относится к измерительной технике. Способ заключается в ориентации жидких кристаллов, расположенных между двумя подложками. На поверхности подложек формируют дифракционные решетки с частотой линий свыше 500 л/мм и высотой микрорельефа от 0,1 до 0,4 мкм, расположенные с зазором 10-50 мкм и произвольным углом. Жидкие кристаллы ориентируют вдоль линий решеток. Технический результат - повышение воспроизводимости ячейки.

 

Данное изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в любых оптических устройствах, где требуется вращение поляризации падающего линейно-поляризованного света. Известны способы создания поляризующей ячейки, состоящей из двух подложек, разделенных слоем жидкокристаллического вещества, ориентация в которой осуществляется за счет механической или химической обработок формирующих поверхностей подложек.

Простейшие механические способы для получения ориентации жидких кристаллов (ЖК) состоят в натирании в одном направлении формирующих поверхностей полировочными пастами и мягкими материалами, такими как шерсть, бумага, кожа, или в напылении на опорные поверхности тонких слоев (≈200′): золота, платины, алюминия, моноокиси кремния и других материалов, позволяющих создать поверхностный микрорельеф (Блинов Л.М. Электро- и магнитооптика жидких кристаллов. М.: Наука, 1978, с.116-117).

Основным недостатком механических методов является низкая воспроизводимость результатов.

Химические методы ориентации сводятся к созданию на формирующей поверхности с помощью химических соединений (ориентантов) определенной структурной организации, способствующей заданию необходимой ориентации ЖК (Сонин А.С. Введение в физику жидких кристаллов. М.: Наука, 1983, с.101-102).

Недостатком способа является трудоемкость и дороговизна.

Наиболее близким техническим решением является способ создания поляризующей ячейки посредством натирания подложек (формирующие плоскости), которые покрыты тонким слоем полиимида (Polarization-selective switching in holographically formed polymer dispersed liquid crystals /Y. Boiko, J.Vedrine and G.P.Grawford / Optics Letters, V.27, №19, pp.1717-1719). Перед сборкой ячейки и заполнением ее жидкокристаллическим веществом производится ориентация углеводородных хвостов полиимидного слоя с помощью натирания специальным быстровращающимся валиком с шерстяной обшивкой на каждой их формирующих поверхностей. При сборке поляризующей ячейки формирующие поверхности поворачиваются друг к другу относительно сформированных направлений под углом 90° и заполняются жидкокристаллическим веществом. Поляризованный свет, проходя сквозь такую ячейку, на выходе имеет поляризацию, определяемую направлением ориентации полиимидного слоя выходной формирующей поверхности.

Недостатками способа создания поляризующей ячейки являются:

- необходимость предварительного нанесения дорогостоящего полиимидного материала;

- применение низкоэффективной технологии натирания внутренних поверхностей ячейки с полиимидным слоем;

- низкая воспроизводимость, исключающая возможность создания оптического элемента, имеющего мозаичную структуру, состоящую из множества ячеек с разной ориентацией.

В основу изобретения поставлена задача повысить технологичность изготовления и воспроизводимость поляризующей ячейки за счет применения в конструкции ячейки в качестве формирующих поверхностей дифракционных решеток.

Задача решается за счет того, что в способе создания поляризующей ячейки, заключающемся в ориентации жидких кристаллов, расположенных между двумя подложками, согласно изобретению на поверхности подложек формируют дифракционные решетки с частотой линий свыше 500 л/мм и высотой микрорельефа от 0,1 до 0,4 мкм, расположенные с зазором 10-50 мкм и произвольным углом, жидкие кристаллы ориентируют вдоль линий решеток.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Для изготовления поляризующей ячейки используют две подложки с нанесенными на их формирующие поверхности дифракционными решетками, расположенными под произвольным углом. Зазор между решетками, обращенными формирующими плоскостями друг к другу, заполняется ЖК, и осуществляют его ориентацию. При ориентации ЖК посредством дифракционной решетки с частотой порядка 500 л/мм молекулы жидкого кристалла укладываются длинными осями вдоль линий решетки, плавно поворачивая вектор ориентации жидкокристаллического вещества по толщине от одной ограничивающей решетки до другой. Потому если ЖК залить между двумя поверхностями с дифракционными решетками с высотой микрорельефа от 0,1 до 0,4 мкм, то в пределах 50 мкм будет сохраняться ориентирующее влияние обеих решеток. Как показали микроскопические исследования, при частоте дифракционных решеток менее 500 л/мм молекулы жидкокристаллического вещества, расположенного посередине между линий решетки, имеют произвольную ориентацию. При высоте микрорельефа менее 0,1 мкм ориентация жидкокристаллического вещества будет нестабильна, а делать высоту микрорельефа более 0,4 мкм, нетехнологично. Таким образом, между решетками будет наблюдаться постепенное ослабление влияния одной (от ее поверхности вглубь) и увеличение влияния другой (при приближении к первой). Посредине вектор молекулярной ориентации займет среднее положение между направлениями ориентирующих решеток. Как показали эксперименты, ориентация в слое сохраняется по толщине до 50 мкм, поэтому толщину слоя жидкокристаллического вещества целесообразно выбирать в пределах 10-50 мкм. Луч света, падающий на такую ячейку, с поляризацией вектора Е параллельно линиям штрихов входного окна на выходе будет иметь поляризацию вектора Е параллельно линиям штрихов выходного окна.

Толщина ячейки определяется практически толщиной подложек, между которыми находится жидкокристаллическое вещество, а поворот поляризации будет определяться углом между ориентирующими штрихами дифракционных решеток.

Если в качестве жидкокристаллического вещества использовать жидкокристаллический олигомер, то после ориентации в полимеризованном состоянии ЖК полимер сохраняет устойчивое ориентированное состояние и оказывается стойким к механическим и климатическим воздействиям.

Способ создания поляризующей ячейки, заключающийся в ориентации жидких кристаллов, расположенных между двумя подложками, отличающийся тем, что на поверхности подложек формируют дифракционные решетки с частотой линий свыше 500 л/мм и высотой микрорельефа от 0,1 до 0,4 мкм, расположенные с зазором 10-50 мкм и произвольным углом, жидкие кристаллы ориентируют вдоль линий решеток.