激光誘導(dǎo)圖形化液晶取向研究.pdf

1、迅速發(fā)展的液晶取向技術(shù)，要求有工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)施的大面積圖形化液晶取向方法來提高液晶顯示器件的視角特性和灰度。激光誘導(dǎo)周期性表面微結(jié)構(gòu)(LIPSS)對(duì)液晶分子有很好的取向性能，是理想的非接觸液晶取向技術(shù)。本文以Nd:YAG激光器為光源，分別采弁j波長(zhǎng)為266nm、355nm和532nm納秒脈沖激光，在聚酰亞胺(PI)，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚(氨酯-酰亞胺)(PUI)等聚合物表面制備了LIPSS，研究了激光預(yù)輻射對(duì)LIPSS形

2、成的影響，在此基礎(chǔ)上探討了LIPSS的可擦寫特性，并將該性能應(yīng)用于圖形化液晶取向研究。本文還嘗試了將一種新型的側(cè)鏈型偶氮液晶樹枝狀高分子材料用于液晶取向研究。全文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下： 1.激光預(yù)輻射對(duì)LIPSS形成的影響。在LIPSS制備過程中，激光輻射容易導(dǎo)致聚合物表面消融，阻礙了LIPSS在眾多領(lǐng)域的研究及應(yīng)用。本文以355nm的激光作為輻射光，首次研究了激光預(yù)輻射對(duì)LIPSS形成的影響。先用低于LIPSS形成閾值的激光

3、對(duì)PI薄膜表面進(jìn)行預(yù)輻射處理，然后進(jìn)行第二次激光輻射制備LIPSS。結(jié)果表明預(yù)輻射后PI分子鏈段發(fā)生了各向異性取向。預(yù)輻射對(duì)LIPSS形成有很大的影響。在第二次激光輻射后，PI表面LIPSS形成的閾值與未預(yù)輻射的PI相比顯著降低。在相同的能量下，預(yù)輻射PI表面形成LIPSS的深度大于未預(yù)輻射PI。激光的偏振方向?qū)IPSS的深度也有影響。預(yù)輻射和第二次激光輻射的偏振方向相互平行時(shí)或垂直時(shí)LIPSS的深度均比無預(yù)處理PI表面所制備LIPS

4、S的深度大，但在預(yù)輻射和第二次輻射的激光偏振方向平行情況下LIPSS的深度大于兩者垂直時(shí)LIPSS的深度。 2.LIPSS的可擦寫特性。用波長(zhǎng)為355nm的激光輻射表面已制備有LIPSS的PI基板，激光偏振方向垂直于初始LIPSS。用原子力顯微鏡(AFM)考察了不同激光能量下初始LIPSS的形貌變化，找到了LIPSS擦除所需的激光能量條件。當(dāng)激光能量為7.0～9.6mJ/cm2時(shí)，PI表面形成一種二維點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)；如果激光能量大于1

5、0.6mJ/cm2，初始LIPSS即被完全擦除并被新形成的LIPSS取代，且新形成LIPSS的深度與初始LIPSS的深度相同。 3.LIPSS誘導(dǎo)圖形化液晶取向。采用兩種方案實(shí)現(xiàn)大面積圖形化液晶取向：(1)摩擦和LIPSS組合。首先對(duì)PI基板進(jìn)行摩擦處理，然后加掩模板用激光掃描。在光輻射區(qū)域，液晶分子的取向方向由初始的摩擦方向轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦纬傻腖IPSS方向；(2)LIPSS的可擦寫特性。在PI表面上制備LIPSS，然后加掩模板用激

6、光掃描。結(jié)果表明，液晶取向取決于新形成的LIPSS，同時(shí)也受聚合物分子鏈段取向的影響，因此液晶分子的取向方向不是完全沿LIPSS方向，而是與LIPSS的方向存在3°～4°的偏差。LIPSS可以重復(fù)擦寫，具有很好的重復(fù)再現(xiàn)性，利用該特性在PI表面實(shí)現(xiàn)了多疇液晶取向。利用擦除LIPSS基板組裝的液晶盒具有良好的光電響應(yīng)特性。除PI外，利用波長(zhǎng)為266nm的激光在PET上也實(shí)現(xiàn)了圖形化液晶取向。 LIPSS的可擦寫性除了實(shí)現(xiàn)多疇液晶取

7、向，還可用于制備液晶衍射光柵。采用波長(zhǎng)為532nm的激光在PUI上得到了可電場(chǎng)調(diào)控的液晶衍射光柵。采用兩種方案制備液晶衍射光柵：(1)摩擦和LIPSS組合；(2)LIPSS本身的可擦寫特性。考察了光柵周期對(duì)光柵響應(yīng)電壓、衍射強(qiáng)度、偏振依賴性的影響。結(jié)果表明，由摩擦PUI基板制備的液晶光柵響應(yīng)電壓低于基于LIPSS基板的液晶光柵。由于光柵周期越小，衍射級(jí)次分散的衍射能量越多，使得周期較小的光柵1級(jí)衍射強(qiáng)度低于周期較大的光柵。低電壓時(shí)液晶取

8、向受取向?qū)拥挠绊戄^大，此時(shí)由于光柵內(nèi)相鄰柵區(qū)的液晶取向方向不同，導(dǎo)致光柵的偏振依賴性較強(qiáng)；隨著電壓增大，液晶分子逐漸沿電場(chǎng)排列，取向?qū)訉?duì)液晶分子的影響減小，因此光柵的偏振依賴性減弱。 4.側(cè)鏈型偶氮液晶樹枝狀高分子的光取向及其誘導(dǎo)液晶分子取向的研究。偶氮液晶樹枝狀高分子兼有液晶聚合物和樹枝狀高分子的特性，如高光敏性、高流動(dòng)性和熱致增強(qiáng)效應(yīng)，這使得液晶樹枝狀高分子成為一種極具潛力的液晶取向材料。本文首次研究了側(cè)鏈型偶氮液晶樹枝狀高

9、分子在波長(zhǎng)為355nm的脈沖激光輻射下的光取向行為和LIPSS制備，并將其應(yīng)用于液晶取向。AFM和偏振紫外光譜的結(jié)果表明，激光輻射可同時(shí)誘導(dǎo)LIPSS的形成和偶氮基團(tuán)的各向異性取向，光取向的方向垂直于激光偏振方向，即垂直于LIPSS?？疾炝思す饽芰繉?duì)面內(nèi)和面外取向度的影響。面內(nèi)取向度隨激光能量的增大而增大，在4.0mJ/cm2時(shí)達(dá)到一個(gè)最大值后開始隨激光能量的增大而減小。對(duì)激光輻射的樹枝狀高分子進(jìn)行熱處理后，面內(nèi)取向度顯著增大。激光能量

10、對(duì)面外取向度也有很大的影響。當(dāng)激光能量小于1.8mJ/cm2時(shí)，面外取向度且隨著能量增大而增大；當(dāng)激光能量大于1.8mJ/cm2時(shí)，面外取向度隨能量增大而減小。 光取向的樹枝狀高分子薄膜對(duì)液晶分子有均一取向性能。液晶取向既可由分子鏈取向控制，也可由LIPSS控制。液晶分子在樹枝狀高分子表面的取向方向與激光能量有關(guān)。能量為0.6mJ/cm2時(shí)，樹枝狀高分子表面沒有形成LIPSS，此時(shí)液晶取向完全取決于偶氮基團(tuán)的各向異性取向；能量為