Жидкий кристалл с высоким двулучепреломлением для линз с большой апертурой.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14603 (2022) Цитировать эту статью

2083 Доступа

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 29 сентября 2022 г.

Эта статья обновлена

В этой работе представлено применение экспериментальной смеси нематических жидких кристаллов (ЖК) (1929 г.) в линзе с большой апертурой. Материал ЖК состоит из производных терфенила и бифенила с изотиоцианатной концевой группой и фторированными боковыми заместителями. Замещение сильно полярной изотиоцианатной группой и ароматическим жестким ядром обеспечивает \(\pi\)-электронное взаимодействие, обеспечивая высокое двулучепреломление (\(\Delta n = 0,3375\) при 636 нм и 23 °C) и низкую вязкость (\ (\эта\) = 17,03 мПа·с). Кроме того, он также показывает высокие значения двойного лучепреломления в ближнем инфракрасном диапазоне (0,318 при 1550 нм). Процесс синтеза прост при сравнении материалов с высокими температурами плавления. Превосходные свойства этой смеси ЖК продемонстрированы в перестраиваемой ЖК-линзе с большой апертурой на основе структуры пропускающего электрода. Благодаря особым характеристикам этой смеси оптическая сила высока. Благодаря высокому двулучепреломлению этот ЖК представляет особый интерес для линз, оптических фазовых модуляторов и устройств как в видимой, так и в инфракрасной областях.

Жидкие кристаллы (ЖК) с низким/средним двулучепреломлением (\(\Delta\)n = 0,09/0,12) до сих пор используются в дисплеях1,2,3. Их двойного лучепреломления достаточно для больших экранов телевизоров и компьютерных мониторов, для небольших плоских панелей мобильных телефонов, автомобильных устройств и проекторов4. Благодаря созданию новых смесей ЖК и уменьшению толщины пикселей (с 5 до 3 мкм) время отклика сократилось до нескольких миллисекунд. Несмотря на это, современные ЖК-дисплеи требуют времени переключения менее миллисекунд, поэтому требуются ЖК с высоким двулучепреломлением (\(\Delta n>0,3\)) Другими приложениями, требующими этого свойства, являются более низкие частоты электромагнитного спектра (от инфракрасного до ТГц и ГГц), поскольку оптический фазовый сдвиг, создаваемый ЖК, прямо пропорционален его двулучепреломлению и рабочей частоте. Например, они были предложены в качестве активной среды в метаматериалах и метаповерхностях5,6, ТГц7,8,9, ГГц10,11 и инфракрасных устройствах12.

В последнее десятилетие внимание привлекло изучение обычных ЖК в этих спектральных диапазонах, например, E7, BL037, MDA-98-1602, LCMS-107, GT3-23001 и 182513. Кроме того, было обнаружено несколько новых смесей с высоким двулучепреломлением. было предложено. Для достижения этой цели предпочтительными кандидатами являются линейно сопряженные молекулы. Длина сопряжения может быть увеличена за счет кратных связей или ненасыщенных колец в жестком ядре14,15. Подробный обзор можно найти в работе 4, где рассматриваются ЖК с высокой степенью двулучепреломления и положительной диэлектрической анизотропией. Изучены мезогенные и физико-химические свойства (вязкость, двулучепреломление, показатели преломления, диэлектрическая анизотропия и упругие постоянные) соединений, являющихся циано-, фтор- и изотиоцианатпроизводными бифенила, терфенила, кватерфенила, толана, фенилтолана, фенилэтинилтолана и дифенилтолана сравниваются с двулучепреломлением в диапазоне 0,2–0,54.

Эта область по-прежнему очень активна, и совсем недавно сообщалось о нескольких работах. Например, в работе16 авторы синтезировали 20 смесей ЖК, как симметричных, так и несимметричных бистоланов с концевой алкильной, алкокси- и алкилсульфанильной цепью и боковой метильной или этильной группой. Соединения с нематической фазой в широком диапазоне температур показали высокую величину двулучепреломления (>0,4). Аналогичные значения показаны и на основе соединений на основе тиено[3,2-b]тиофена17, тиено[3,2-b]тиофена с тройной связью – C \(\экв\) C – (0,40–0,48)18 и мезогенные соединения с бензоксазоловыми концевыми группами с фторзаместителем в разных положениях (0,45)19. Более высокие значения (0,66) продемонстрированы также в ЖК-соединениях с изотиоцианатными и нафтильными группами. Температуры плавления и значения энтальпии этих ЖК-соединений были выше, чем у соответствующих соединений с фенильной группой20. Наконец, сверхвысокое двойное лучепреломление было продемонстрировано в некоторых соединениях изотиоцианатбифенилбистолана (0,7–0,8)14.