コレステリック液晶の異なる視点から、ユニークな色と偏光の変化が明らかに

A Different Perspective on Cholesteric Liquid Crystals Reveals Unique Color and Polarization Changes.

• Kyung Min Lee
• Mariacristina Rumi
• Matthew Mills
• Victor Reshetnyak
• Dean R Evans
• Timothy J Bunning
• Michael E McConney

抄録

平面状のコレステリック液晶（CLC）は、液晶分子のヘリコイド的なねじれのピッチ長と手の動きに関連して、鮮やかな反射色を示すことで知られています。これらの膜を斜めに観察すると、反射色が青くなり、角度が大きくなるにつれて青くシフトしていきます。一方、ヘリコイド軸が基板の平面内にある一様横たわった螺旋状のCLC（ULH）はよく知られているが、一般的には鮮やかな色とは無縁である。ここでは、斜め入射角でのCLCのユニークな光学特性、特に様々な入射角での平面CLCとULH CLCの切り替えに伴うスペクトルと偏光の変化を調べています。小さな入射角（0o < ψ < 45o、ここでψは基板-CLC界面の表面法線に対する入射角）では、電気的に駆動される平面からULHへのヘリカル再配向は、色の青色シフトと円偏光から無偏光へのスイッチング動作をもたらします。大きな角度（45o < ψ < 90o）では、この挙動は逆になり、赤色にシフトする色の変化が起こり、偏光は無偏光から円偏光に切り替わる。ULH CLCの光伝搬のモデル化を行い、実験的に観測された入射角による反射帯の位置と偏光特性の変化を確認しました。本研究は、ULH CLCの新たな視点を提供し、独自の再構成可能な角度色度を明らかにした。

Planar cholesteric liquid crystals (CLCs) are well known for having vibrant reflective coloration that is associated with the handedness and the pitch length of the helicoidal twist of the liquid crystalline molecules. If one observes these films at oblique angles the reflected colors blue shift with increasing angles from normal. On the other hand, uniform lying helix (ULH) CLCs, where the helicoidal axis lies in the plane of the substrate, are well-known, but are not typically associated with vibrant colors. Here we examine the unique optical properties of CLCs at oblique incidence angles, specifically the spectral and polarization changes associated with switching between planar and ULH CLCs for various incidence angles. At small angles of incidence (0o < ψ < 45o, where ψ is the angle of incidence relative to the surface normal at the substrate-CLC interface), the electrically driven helical re-orientation from planar to ULH results in a blue-shifting of the color and circularly polarized to unpolarized switching behavior. At large angles (45o < ψ < 90o) the behavior is reversed, with a red-shifting color change occurring and the polarization switching from unpolarized to circularly polarized. Modeling of the light propagation through ULH CLCs is used to confirm the change in position and polarization characteristic of the reflection band with incidence angle observed experimentally. This study provides a new perspective on ULH CLCs and reveals a unique reconfigurable angular chromaticity.