Исследователи ЛЭТИ модернизировали жидкокристаллические ячейки для дисплеев с помощью нанотрубок

Разработка может быть применена для создания дисплеев и сенсорных экранов с улучшенными свойствами, а также для лазерной техники и оптической криптографии (защиты информации).

Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой вязкие материалы, которые состоят из молекул вытянутой формы, упорядоченных определенным образом во всем объеме жидкости. ЖК нашли широкое применение в производстве дисплеев, которые сейчас присутствуют на многих устройствах: телевизоры, фотоаппараты, микрокалькуляторы, электронные часы и так далее.

Наиболее характерным свойством жидких кристаллов является их способность изменять ориентацию молекул под воздействием электрических полей. Для широкого практического использования разрабатывают ЖК-элементы, которые могут применяться в двух режимах: активном – при использовании электрического поля, пассивном – при его отсутствии. Но необходимо управлять поляризацией оптического пучка, то есть фильтрацией света, отраженного от горизонтальных поверхностей. Для этого используют специальные устройства и модуляторы, которые создаются из жидких кристаллов. Согласования ЖК-элементов с оптической схемой устройства необходимо для того, чтобы снизить нежелательные потери по интенсивности светового пучка. Поэтому ученые рассматривают возможные варианты, в которых элементы будут выполнять свои функции без дополнительного модулятора и без ущерба для свойств излучения.

«Мы исследовали ЖК-композиты и создали новую жидкокристаллическую смесь с нанотрубками, преимущество которой заключается в том, что элементы на их основе могут чередовать режимы работы в пределах одного устройства. Иными словами, в ряде случаев это позволяет упростить процесс настройки и снизить массогабаритные параметры оптической системы», - рассказал аспирант кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Сергеевич Тойкка.

Исследователи ЛЭТИ изучали влияние углеродных наночастиц на свойства жидкокристаллических сред с целью расширения функциональных возможностей ЖК устройств, затем перешли к сравнению полученных результатов с данными по влиянию нанотрубок. На начальном этапе исследования велась подготовка жидкокристаллической смеси с разными концентрациями нанотрубок с помощью магнитной мешалки (в течение пяти суток). Далее на ее основе ученые собирали жидкокристаллические ячейки. Для комплектации одной ячейки использовались две подложки из стекла марки К8 (бесцветное оптическое стекло) толщиной 3 мм. В специально оборудованной конструкции на них осаждались проводящие покрытия на основе оксидов индия-олова специальным методом.

Затем последовательно между поляризатором (устройство, которое делает из хаотичного света упорядоченный) и анализатором (прибор, который регулирует интенсивность света) располагались исследуемые ЖК-ячейки. Оптический сигнал фиксировался на фотодиоде (прибор, преобразующий свет в электрический заряд), который был подключен к осциллографу (устройство для наблюдения за параметрами электрического сигнала).

«По результатам исследований снабжение ЖК-элементов нанотрубками позволяет создать более быстрые, точные и компактные жидкокристаллические устройства, например, дисплеи для телевизоров, мониторов и смартфонов. Результаты исследования также могут использоваться при создании новых типов лазерной техники», - пояснил аспирант кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Андрей Сергеевич Тойкка

Исследование было выполнено в рамках цикла работ по изучению нового композитного материала на основе стандартных жидких кристаллов с нанотрубками под руководством профессора кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Наталии Владимировны Каманиной. Работа частично финансировалась за счет проекта «СТАРТ» (С1-112174, Фонд содействия инновациям) и проекта № FSEE-2020-0008, который выполнялся в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ.