液晶光配向的研究进展

罗 斌（厦门大学电子工程系,福建 厦门 361005）



液晶光配向的研究进展

罗 斌
（厦门大学电子工程系,福建 厦门 361005）

摘 要：液晶光配向一直是液晶研究领域的热门之一，相比于现在广泛使用的摩擦配向技术，光配向有着多种优势，而光配向材料对于光配向至关重要。目前，已经报道了多种材料可应用于光配向。本文重点对各种光配向材料进行分类。

关键词：液晶；光配向；材料

0 引言

液晶的绝大多数应用前提要求是液晶在基质上的排列有一定规律性，如液晶显示（LCD）。由于摩擦配向法的技术成熟，大多数的LCD生产商都使用该生产方法。尽管摩擦配向法的出色成就，但不是没有提升的空间的。由于摩擦配向本身存在的缺陷：如旋转摩擦棒在聚合物表面的摩擦过程中会积累静电和产生微小的尘粒，造成良品率的下降；对于大面积配向、微区配向以及特殊要求的配向，需要昂贵的摩擦设备，导致成本的上升，等等。

1 液晶配向的可替代方法

由于摩擦配向法的限制，寻求一种液晶配向的可替代方法，一直是液晶应用领域的热门研究热点，包括光配向法[1]、倾斜蒸镀sio2法[2]，LB膜法等；相比于摩擦法，光配向法有多种明显的优势：没有静电、杂质，也不会造成基质表面的机械损伤；可控制液晶分子的预倾角和锚定能，同时，也具有较高的热、紫外稳定性；可实现液晶在光纤通信、光数据处理、全息等领域的应用，而这些对摩擦配向几乎是不可能的；可有效的对曲面等特殊结构表面的配向。因此，光配向原理、光配向材料的合成以及应用于量产的不同光配向技术一直是研究热点之一。

2 光配向材料

目前，光配向材料主要有：（1）偶氮类（2）光交联类（3）光降解类。

偶氮类染料存在两种不同的形态—顺式和反式；反式偶氮苯比较稳定，但反式偶氮苯吸收激发光的能量后会向顺式转变，顺式偶氮苯是一种不稳定状态，会通过释放能量又转变回反式，其中，反式偶氮苯对光的吸收多少与分子长轴和光偏振的角度相关。不同的偶氮材料有不同的方法配向，一种是掺杂于液晶之中，如甲基红，其通过泵浦光的照射，通过顺反异构的变化，最终吸附于基质表面，形成配向层，配向方向和激发光的偏振方向、照射功率、照射时间都有关；另一种是直接涂覆与基质表面，用激发光去配向，再灌入液晶。

然而，这类材料的一个缺点就是长期稳定性较差，如温度、湿度对其都有影响，因此，也有人将其掺与聚酰亚胺等聚合物中或者合成新的一种可聚合的偶氮类衍生物，如SDA1。

光交联类

在1992年，M.Schadt等人[3]提出利用感光树脂聚乙烯肉桂酸进行取向控制，他们认为取向是由发生环化反应时肉桂酸侧链各个方向损耗不同造成的，最终，未反应的侧链和反应后生成物的排列方向都与入射紫外光的电场方向垂直。

国内，梁兆颜等[4]对聚甲基丙烯酸肉桂酰氧乙脂的光取向特性进行了研究。他们发现，在样品中添加光引发剂可提高光化学反应概率，而且，液晶分子的排列取向不仅和取向层表面沟纹有关，也和基板表面与液晶分子的相互作用有关。

然而，这类材料的也有热稳定性差的缺点。

光降解型，聚酰亚胺因其热稳定性好、加工性能优、对液晶具有较好的取向能力，而成为制造商、实验室最常使用的配向材料。1995年，Hasegawa等人[5]首次报道使用紫外偏振光对聚酰亚胺实现垂直光偏振方向的光控取向，这是由聚酰亚胺分解的各向异性引起的。

3 总结

二十多年来，光控取向材料已经取得了很大的发展，一些参数有的已经接近了摩擦配向甚至超过摩擦配向。利用光配向方法，国内外研究人员报道了多种应用，如对旋转配向对激光实现空心光束的调控[6]、菲涅尔透镜[7]、以及特殊光栅（同心圆、波浪形等）[8]，这些对于摩擦配向都有巨大的挑战；

但是，许多光控取向材料都有长期稳定性差、热稳定性差、配向时间长、工序繁琐等缺点，对于最终实现商业化应用还有很长的路要走。因此还要科研工作者继续努力，使光配向实现商业化应用做出贡献。

参考文献：

[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]梁兆颜,阎石,马凯etal.聚甲基丙烯酸肉桂酰氧基乙酯的光化学反应在液晶分子排列取向中的作用[J].物理学报,VOL.49,NO.6(2000):1114-1119.

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

[6]Shih-Wei Ko, Tsung-Hsien Lin,Yao-Han Huang,et al, Electrical control of shape of laser beam ysing axially symmetric liquid crystal cells[J], APPLIED OPTICS, VOL.51,NO.10,1540-1545

[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,

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