RT Journal Article
T1 Modelling electro-optical response of nematic liquid crystals by numerical method
T2 Modelado de la respuesta electro-óptica del cristal líquido nemático mediante métodos numéricos
A1 Algorri Genaro, José Francisco
A1 Urruchi del Pozo, Virginia
A1 Pinzón Castillo, Plinio Jesús
A1 Sánchez Pena, José Manuel
AB In this study, a novel algorithm to solve the position of a nematic liquid crystal molecular directorinside a device has been proposed. The formulation for minimizing the Gibbs free energy, composedby the free energy deformation (Frank-Oseen equations) minus the electrical energy, has beenestablished using a vectorial representation of the director. The three liquid crystal elastic constantshave been considered. The differential equations involved have been solved by applying numericalmethods, using an algorithm developed by the authors. It has been compared with other techniquesand the main advantages are that the new algorithm is faster and more accurate than other previousmethods such as finite difference method (FDT) or a boundary value problem solver of MATLAB(bvp4c). Simulation program is also a powerful tool for analyzing other liquid crystal properties suchas refractive index and permittivity as a function of voltage. To validate the simulation results, theyhave been compared with some measurements of a nematic liquid crystal device manufactured forthat purpose. The comparison of birefringences simulated and measured show results that are fairlyin agreement. This work also aims to provide a software simulation tool easy to reprogram for morecomplex devices.
AB En este trabajo se propone un nuevo algoritmo para resolver la posición molecular del cristal liquidonemático (CLN) en un dispositivo afectado por un campo eléctrico. La formulación característica delCLN bajo la influencia de un campo eléctrico se compone de la energía libre de deformación deFrank-Oseen menos la energía eléctrica. Este resultado, considerado como energía libre de Gibbs,tiene un mínimo cuando el director molecular se encuentra en equilibrio. La minimización de estaenergía ha sido establecida usando una representación esférica del director molecular. Se hanconsiderado las constantes elásticas del CLN y se ha resuelto mediante métodos numéricos. Para ellose emplea un algoritmo desarrollado por los autores, que ha sido comparado con otros métodospropuestos en la literatura como el método de las diferencias finitas (FDT) o un método deresolución propietario de MATLAB conocido como bvp4c. Las comparativas realizadas muestran uncomportamiento superior del algoritmo propuesto, siendo más rápido y preciso que los métodosanteriores. Una vez que se conoce la posición de las moléculas en el dispositivo, otros parámetroscomo índice de refracción y permitividad en función del voltaje, pueden ser determinados. Para daruna validez a los resultados de simulación, se ha fabricado y caracterizado un dispositivo monopixelde CLN. Las medidas experimentales de birrefringencia y permitividad para diferentes tensiones dealimentación muestran una gran concordancia con los resultados de simulación. Este trabajopretende proporcionar una herramienta de simulación que puede emplearse en otros dispositivos deCLN más complejos en los cuales se conoce la distribución de tensión.
PB Sociedad Española de Óptica
SN 0030-3917
YR 2013
FD 2013
LK https://hdl.handle.net/10016/28815
UL https://hdl.handle.net/10016/28815
LA eng
NO VIII Reunión Española de Optoelectrónica (OPTOEL 2013), Alcalá de Henares, Madrid, 10-12 de julio de 2013.
NO Acknowledgements: This work was supported in part by the Ministerio de Ciencia e Innovación of Spain (grant no. TEC2009-13991-C02-01) and Comunidad de Madrid (grant no. S2009/ESP-1781).
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RD 20 may. 2024