Создание многодоменной ориентации жидких кристаллов на поверхности натертых полимерных слоев

Размещено на http://www.allbest.ru/

Создание многодоменной ориентации жидких кристаллов на поверхности натертых полимерных слоев

А.В. Трофимова

Продемонстрирована возможность создания многодоменной ориентации ЖК материала путем двукратной обработки бензальдегидного полимерного слоя, включающей его механическое натирание и последующее воздействие ультрафиолетового излучения.

Распространение высоко-функциональных ЖК-дисплеев (3D- и трансфлективного типов, экранов с широким углом обзора) стимулировало развитие исследований по разработке способов изготовления многодоменных ориентирующих слоев и фазовых пленок, обеспечивающих для таких экранов их ключевые функции (объемность изображения, применение различных режимов освещенности, увеличение угла обзора) [1-3]. Локально задавать необходимое направление ориентации ЖК и его топологию позволяет бесконтактный метод фотоориентации, использующий облучение полимерных слоев линейно-поляризованным активирующим излучением. Ранее нами было показано, что этот метод применим к фотосшиваемым бензальдегидсодержащим полимерам [4,5]. Однако энергия сцепления поверхности УФ облученных слоев бензальдегидных полимеров с ЖК, как и у большинства фотоориентирующих материалов, невысока (~ 10-5 Дж/м2), что снижает надежность их использования в промышленных технологиях. Бульшее значение энергии сцепления для бензальдегидных полимеров (~ 10-4 Дж/м2) достигается альтернативным методом ориентации, состоящем в механическом натирании слоя тканью и его УФ облучении. Единственное направление ориентации задается направлением натирания, а фотосшивание увеличивает энергию сцепления и делает анизотропию поверхности устойчивой к внешним воздействиям [6]. При достаточной механической устойчивости такой анизотропии можно рассчитывать на переориентацию директора в необлученных областях повторным натиранием после облучения первично натертого слоя через фотомаску. В результате возникнет многодоменная ориентация ЖК. В настоящей работе представлены результаты исследования ориентирующей способности слоев бензальдегидных полимеров, подвергаемых двукратной обработке натирание - УФ облучение. вращение угол температура полимерный

В экспериментах использовали полимерные слои толщиной ~ 0.1 мкм, приготовленные методом центрифугирования раствора материала на стеклянной подложке. Процедура обработки слоев включала первичное механическое натирание тканью в одном направлении, УФ-облучение (однородное или через фотомаску) полным потоком лампы ДРШ-250, вторичное натирание в перпендикулярном направлении и повторное однородное УФ-облучение. На облученные поверхности образцов наносили слой ЖК мономера, который затем фотополимеризовался для фиксирования наведенной ориентации. Оценку качества ориентации проводили, измеряя коэффициент пропускания T в зависимости от угла поворота образца в системе скрещенных линейных поляризаторов. По этим данным находили величину разности хода д, вносимой слоем ЖК-мономера, с помощью формулы:

, (1)

где , Tmax и Tmin - максимальное и минимальное значения коэффициента пропускания образца, периодически изменяющегося при его вращении, l - толщина слоя, л - длина волны зондирующего лазерного излучения (л = 650 нм).

Для определения направления ориентации (директора ЖК) систему измерений дополняли фазовой пластинкой с известным направлением оптической оси анизотропии.

На рис. 1 представлена зависимость ориентации директора ЖК от дозы облучения полимерного слоя после первого натирания (отсчет угла б проводится от направления первого натирания).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Как видно из рис. 1а увеличение дозы облучения ориентирующего слоя постепенно снижает воздействие повторного перпендикулярного натирания, обеспечивая с определенного значения экспозиции (H?15 Дж/см2) сохранение первоначальной ориентации (б=0). В то же время для необлученной поверхности (H=0) вторичное натирание изменяет направление директора ЖК только на ?70, т.е. полная переориентация директора ЖК (б=90) не наблюдается.

Ориентационный эффект натертого слоя бензальдегидного полимера, существенно усиливающийся в ходе его УФ облучения, был связан нами с развивающимся фотосшиванием бензальдегидных фрагментов [6]. Механическое натирание слоя в определенном направлении задает ориентационную упорядоченность сегментов полимерной цепи, создавая сравнительно небольшую анизотропию поверхности. Образование по мере фотопревращения сшивок между сегментами вызывает их анизотропное сжатие и ограничивает подвижность. При этом повышается степень упорядоченности ансамбля, т.е. величина поверхностной анизотропии, а также устойчивость последней к последующим механическим воздействиям. Поэтому эффект от перенатирания заметно падает с ростом экспозиционной дозы, но даже в отсутствие облучения наведенная первым натиранием ориентационная упорядоченность макромолекул цепи может частично сохраняться (рис. 1а). Можно ожидать снижения степени упорядоченности, обеспечив бульшую подвижность макромолекулам, например, путем повышения температуры образца. С этой целью мы провели эксперименты по приготовлению ориентирующих слоев, в которых после натирания их прогревали, затем снова натирали в перпендикулярном направлении и облучали однородно. Результаты экспериментов приведены на рис. 1б.

Полученные данные (рис. 1б) показывают, что прогрев необлученного слоя после натирания при температуре ? 80 С обеспечивает изменение направления директора в соответствии с повторным натиранием.

Обнаруженные свойства ориентанта сохранять наводимую при натирании и фиксировании УФ светом поверхностную анизотропию и изменять ориентацию ее оси при вторичном натирании в другом направлении позволяют рассчитывать, например, на создание в пределах одной поверхности многозонной фазовой структуры с различным локальным направлением оптической оси. На рис. 2 представлена общая схема экспериментальной реализации предложенного способа.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для создания рисунка использовали фотомаску, закрывающую половину поверхности образца. После облучения натертого слоя через фотомаску с экспозицией 20 Дж/см2 (см. рис. 1а) образец прогревали при 80 С в течение 5 минут. Затем проводили вторичное натирание в направлении, перпендикулярном к исходному, облучали однородно УФ светом с той же экспозиционной дозой, наносили и полимеризовали слой ЖК мономера. Анализ записанной структуры включал определение положения оптической оси (угол б) и расчет величины разности хода д для каждой из 2 зон. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Значения угла ориентации директора ЖК и вносимой разности хода

Описанная процедура обработки слоя бензальдегидного полимера позволяет создавать локально неоднородную ориентацию ЖК с двумя различными направлениями директора, что открывает возможность для использования способа при изготовлении многодоменных фазовых (четверть- или полуволновых) пластинок для дисплейных приложений.

Литература

1. Wu Y.-H., Jeng Y.-S., Yeh P.-C., Hu C.-J., Huang W.-M., SID Symp. Dig. Tech. Pap. 2008. Vol. 39. p.260-263.

2. Lim Y.W., Kim D.W., Lee S.D., Mol. Cryst. Liq. Cryst. 2008. Vol. 489, №1. p.183-509.

3. Martinez-Corral M., Dorado A., Navarro H., Saavedra G., Javidi B., Appl. Opt. 2014. Vol. 53, № 22. p. E19-E25.

4. Трофимова А.В., Концур К.В., Могильный В.В., Сб. трудов X Международ. конф. «ПО-2012». 2012. с.106-108.

5. Mahilny U., Trofimova A., Stankevich A., Tolstik A., Murauski A., Muravsky A., NPCS 2013. Vol.16, №1. p. 79-85.

6. Могильный В.В., Станкевич А.И., Трофимова А.В., Вестник БГУ. 2014. Сер.1, №2. с.17-22.

Размещено на Allbest.ru