液晶光配向的研究進展

羅斌

摘 要：液晶光配向一直是液晶研究領(lǐng)域的熱門之一，相比于現(xiàn)在廣泛使用的摩擦配向技術(shù)，光配向有著多種優(yōu)勢，而光配向材料對于光配向至關(guān)重要。目前，已經(jīng)報道了多種材料可應(yīng)用于光配向。本文重點對各種光配向材料進行分類。

關(guān)鍵詞：液晶；光配向；材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.025

0 引言

液晶的絕大多數(shù)應(yīng)用前提要求是液晶在基質(zhì)上的排列有一定規(guī)律性，如液晶顯示（LCD）。由于摩擦配向法的技術(shù)成熟，大多數(shù)的LCD生產(chǎn)商都使用該生產(chǎn)方法。盡管摩擦配向法的出色成就，但不是沒有提升的空間的。由于摩擦配向本身存在的缺陷：如旋轉(zhuǎn)摩擦棒在聚合物表面的摩擦過程中會積累靜電和產(chǎn)生微小的塵粒，造成良品率的下降；對于大面積配向、微區(qū)配向以及特殊要求的配向，需要昂貴的摩擦設(shè)備，導(dǎo)致成本的上升，等等。

1 液晶配向的可替代方法

由于摩擦配向法的限制，尋求一種液晶配向的可替代方法，一直是液晶應(yīng)用領(lǐng)域的熱門研究熱點，包括光配向法[1]、傾斜蒸鍍sio2法[2]，LB膜法等；相比于摩擦法，光配向法有多種明顯的優(yōu)勢：沒有靜電、雜質(zhì)，也不會造成基質(zhì)表面的機械損傷；可控制液晶分子的預(yù)傾角和錨定能，同時，也具有較高的熱、紫外穩(wěn)定性；可實現(xiàn)液晶在光纖通信、光數(shù)據(jù)處理、全息等領(lǐng)域的應(yīng)用，而這些對摩擦配向幾乎是不可能的；可有效的對曲面等特殊結(jié)構(gòu)表面的配向。因此，光配向原理、光配向材料的合成以及應(yīng)用于量產(chǎn)的不同光配向技術(shù)一直是研究熱點之一。

2 光配向材料

目前，光配向材料主要有：（1）偶氮類（2）光交聯(lián)類（3）光降解類。

偶氮類染料存在兩種不同的形態(tài)—順式和反式；反式偶氮苯比較穩(wěn)定，但反式偶氮苯吸收激發(fā)光的能量后會向順式轉(zhuǎn)變，順式偶氮苯是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，會通過釋放能量又轉(zhuǎn)變回反式，其中，反式偶氮苯對光的吸收多少與分子長軸和光偏振的角度相關(guān)。不同的偶氮材料有不同的方法配向，一種是摻雜于液晶之中，如甲基紅，其通過泵浦光的照射，通過順反異構(gòu)的變化，最終吸附于基質(zhì)表面，形成配向?qū)樱湎蚍较蚝图ぐl(fā)光的偏振方向、照射功率、照射時間都有關(guān)；另一種是直接涂覆與基質(zhì)表面，用激發(fā)光去配向，再灌入液晶。

然而，這類材料的一個缺點就是長期穩(wěn)定性較差，如溫度、濕度對其都有影響，因此，也有人將其摻與聚酰亞胺等聚合物中或者合成新的一種可聚合的偶氮類衍生物，如SDA1。

光交聯(lián)類

在1992年，M.Schadt等人[3]提出利用感光樹脂聚乙烯肉桂酸進行取向控制，他們認為取向是由發(fā)生環(huán)化反應(yīng)時肉桂酸側(cè)鏈各個方向損耗不同造成的，最終，未反應(yīng)的側(cè)鏈和反應(yīng)后生成物的排列方向都與入射紫外光的電場方向垂直。

國內(nèi)，梁兆顏等[4]對聚甲基丙烯酸肉桂酰氧乙脂的光取向特性進行了研究。他們發(fā)現(xiàn)，在樣品中添加光引發(fā)劑可提高光化學(xué)反應(yīng)概率，而且，液晶分子的排列取向不僅和取向?qū)颖砻鏈霞y有關(guān)，也和基板表面與液晶分子的相互作用有關(guān)。

然而，這類材料的也有熱穩(wěn)定性差的缺點。

光降解型，聚酰亞胺因其熱穩(wěn)定性好、加工性能優(yōu)、對液晶具有較好的取向能力，而成為制造商、實驗室最常使用的配向材料。1995年，Hasegawa等人[5]首次報道使用紫外偏振光對聚酰亞胺實現(xiàn)垂直光偏振方向的光控取向，這是由聚酰亞胺分解的各向異性引起的。

3 總結(jié)

二十多年來，光控取向材料已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，一些參數(shù)有的已經(jīng)接近了摩擦配向甚至超過摩擦配向。利用光配向方法，國內(nèi)外研究人員報道了多種應(yīng)用，如對旋轉(zhuǎn)配向?qū)す鈱崿F(xiàn)空心光束的調(diào)控[6]、菲涅爾透鏡[7]、以及特殊光柵（同心圓、波浪形等）[8]，這些對于摩擦配向都有巨大的挑戰(zhàn)；

但是，許多光控取向材料都有長期穩(wěn)定性差、熱穩(wěn)定性差、配向時間長、工序繁瑣等缺點，對于最終實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用還有很長的路要走。因此還要科研工作者繼續(xù)努力，使光配向?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用做出貢獻。

參考文獻：

[1]Ichimura K，Suzuki Y，Seki T，et al.Reversible change in alignment mode of nematic liquid crystals regulated photochemically by command surfaces modified with an azobenzene monolayer[J]，LANGMUIR 1988，4，1214-1216

[2]L.Janning，Thin film surface orientation for liquid crystals[J]，Appl.Phys. Lett.， 1972.21.173-174.

[3]M.Schadt，K.Schnitt，V.Kozinkov，et al，Surface-Induced parallel alignment of liquid crystals by linearly polymerized photopolymers[J]，J.A ppl. Phys. 1992. 31，2155-2164

[4]梁兆顏，閻石，馬凱etal.聚甲基丙烯酸肉桂酰氧基乙酯的光化學(xué)反應(yīng)在液晶分子排列取向中的作用[J].物理學(xué)報，VOL.49，NO.6（2000）：1114-1119.

[5]Hasegawa M and Taira Y 1995 J.Photopoly.Sci.Technol，8 241

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[7]Tsung-Hsien Lin，Yuhua Huang，Andy Y.G. Fuh，et al.Polarization controllable Fresnel lens usingdye-doped liquid crystals[J]，OPTICS EXPRESS.VOL.14，NO.6，2359-2364

[8]Ling-Ling Ma，Sen-Sen Li， Wen-Song Li，et al.Rationally dedigned dynamic superstructures enabled by photoaligning cholesteric liquid crystals[J].Adv.Optical Mater.2015，