Ultrafast laser induced nanostructured ITO for liquid crystal alignment and higher transparency electrodes

Abstract

Electrodes with higher transparency that can also align liquid crystals (LCs) are of high importance for improved costs and energy consumption of LC displays. Here we demonstrate for the first time alignment of liquid crystals on femtosecond laser nanostructured indium tin oxide (ITO) coated glass exhibiting also higher transparency due to the less interface reflections. The nano paterns were created by fs laser directlly on ITO films without any additional spin coating materials or lithography procces. Nine regions of laser-induced nanostructures were fabricated with different alignment orientations and various pulse energy levels on top of the ITO. The device interfacial anchoring energy was found to be 1.063 × 10 −6 2 ⁄ , comparable to the anchoring energy of nematic LC on photosensitive polymers. The device exhibits contrast of 30:1 and relaxation time of 330ms expected for thick LC devices. The measured transparency of the LC device with two ITO nanograting substrates is 10% higher than the uniform ITO film based LC devices. The alignment methodology presented here paves the way for improved LC displays and new structured LC photonic devices.

Magnetically Tunable Liquid Crystal-Based Optical Diffraction Gratings

“…The research was based on the anchoring energy and to see its influence as a boundary condition on the polymer–LC interface and its influence on the diffractive properties of magnetically tunable optical diffraction gratings. In experiments top and bottom walls are composed of an ITO-coated glass plates and typical anchoring strength of LCs at ITO surface is ~1 μJ/m 2 [ 61 , 62 ]. However, in our simulations we considered that surface anchoring strength at top and bottom layers is zero.…”

Anisotropic Resistivity Surfaces Produced in ITO Films by Laser‐Induced Nanoscale Self‐organization

“…[ 16 ] The same structures were subsequently used for liquid crystal alignment layers. [ 18 ] More recently, a hybrid approach combining direct laser interference patterning (DLIP) and LIPSS has been used to produce anisotropic conductance structures. [ 17 ] The LIPSS period found (Λ ≈ 75 nm ≈ λ/4) was over‐imposed to the DLIP periodicity leading to a conductance anisotropy of ≈ 50 × 10 3 , as measured by two‐point probing measurements.…”

“…[13] This approach, when multi-pulse processing is used, has the additional consequence of generating laser-induced periodic surface structures (LIPSS), [14] an effect that has recently received attention due to its high potential for producing optical [15,16] or electrical anisotropies. [17,18] However, due to its long skin penetration depth in the vis-NIR, it is difficult to fabricate macroscopically continuous LIPSS [19,20] in ITO, a requirement for many practical applications. In what follows we provide a non-exhaustive summary of relevant results regarding LIPSS fabrication in ITO.…”

Correlation Between Concentration of Injected Nanoparticles and Surface Relief of Organic Matrices: a Promising Method for Liquid Crystal Molecules Orientation

“…Заметим, что cмена подложки полезна для прогноза и осуществления работы жидкокристаллического модуляционного устройствапространственного временного модулятора света, при использовании допирования ЖК-мезофазы, в ближнем и среднем ИК-диапазонах спектра. ≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡≡ Предложенный способ упорядоченной укладки ЖК-молекул на таком рельефе может до-полнить как приведенные выше механизмы ориентирования [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10], так и подходы, указанные в публикациях [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27], где учитываются термодинамическое состояние вещества, его вязкость, влияние микропор поверхности, деформации самих наноструктур, а также ряд других физико-химических параметров. Кроме того, необходимо учитывать процесс шлифовки, полировки как самих подложек, так и способа нанесения на них полимерных органических композитов, что, естественно, требует дальнейшего более детального и скрупулезного исследования.…”

“…Известно, что разработка и оптимизация способов ориентирования жидкокристаллических (ЖК) системдовольно сложная и трудоемкая научно-техническая задача [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10]. Решение этой задачи связано с рядом технологических и схемных операций, например, с подбором растворителей (если используются органические композиции в качестве ориентирующего покрытия с последующей их натиркой), с выбором голографических подходов (при учете пространственной частоты записи, регулирующей период записанной решетки на создаваемом рельефе поверхности), с УФ-облучением поверхности (при выборе режима и типа ламп или лазерных источников УФ-диапазона спектра), с процессом импринтинга, с методами лазерной направленной обработки (при варьировании мощности лазера и скорости движения лазерного луча) и др.…”