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域的熱門之一，相比于現在廣泛使用的摩擦配向技術，光配向有著多種優勢，而光配向材料對于光配向至關重要。目前，已經報道了多種材料可應用于光配向。本文重點對各種光配向材料進行分類。

關鍵詞：液晶；光配向；材料

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

0 引言

液晶的絕大多數應用前提要求是液晶在基質上的排列有一定規律性，如液晶顯示（LCD）。由于摩擦配向法的技術成熟，大多數的LCD生產商都使用該生產方法。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：如旋轉摩擦棒在聚合物表面的摩擦過程中會積累靜電和產生微小的塵粒，造成良品率的下降；對于大面積配向、微區配向以及特殊要求的配向，需要昂貴的摩擦設備，導致成本的上升，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，一直是液晶應用領域的熱門研究熱點，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勢：沒有靜電、雜質，也不會造成基質表面的機械損傷；可控制液晶分子的預傾角和錨定能，同時，也具有較高的熱、紫外穩定性；可實現液晶在光纖通信、光數據處理、全息等領域的應用，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構表面的配向。因此，光配向原理、光配向材料的合成以及應用于量產的不同光配向技術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）光交聯類（3）光降解類。

偶氮類染料存在兩種不同的形態—順式和反式；反式偶氮苯比較穩定，但反式偶氮苯吸收激發光的能量后會向順式轉變，順式偶氮苯是一種不穩定狀態，會通過釋放能量又轉變回反式，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。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，通過順反異構的變化，最終吸附于基質表面，形成配向層，配向方向和激發光的偏振方向、照射功率、照射時間都有關；另一種是直接涂覆與基質表面，用激發光去配向，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生環化反應時肉桂酸側鏈各個方向損耗不同造成的，最終，未反應的側鏈和反應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，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。他們發現，在樣品中添加光引發劑可提高光化學反應概率，而且，液晶分子的排列取向不僅和取向層表面溝紋有關，也和基板表面與液晶分子的相互作用有關。

然而，這類材料的也有熱穩定性差的缺點。

光降解型，聚酰亞胺因其熱穩定性好、加工性能優、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

二十多年來，光控取向材料已經取得了很大的發展，一些參數有的已經接近了摩擦配向甚至超過摩擦配向。利用光配向方法，國內外研究人員報道了多種應用，如對旋轉配向對激光實現空心光束的調控[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；

但是，許多光控取向材料都有長期穩定性差、熱穩定性差、配向時間長、工序繁瑣等缺點，對于最終實現商業化應用還有很長的路要走。因此還要科研工作者繼續努力，使光配向實現商業化應用做出貢獻。

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反應在液晶分子排列取向中的作用[J].物理學報，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，