液晶光控取向膜材料的研究

【摘要】： 液晶分子的排列易受电场、热等作用而改变排列状态，与这种分子排列 变化伴随的液晶双折射、旋光性、光散射性等各种光学性质的变化被转换成 视觉变化，从而实现各种显示。其中控制液晶的表面排列，是制作液晶显示 器件的关键技术，也是液晶物理学研究的重要内容。通常，液晶排列取向采 用摩擦取向法。但这种方法存在很大缺点，如摩擦产生的大量静电荷、灰尘 及机械应力，降低了液晶显示器件的成品率。更重要的是这种方法很难用于 多畴工艺，而多畴工艺是目前能够较好解决液晶显示视角偏窄问题的方法。 近年提出的非接触式偏振光聚合取向膜诱导液晶分子排列取向（简称光控取向） 的方法，能使以上问题得以解决。 光控取向主要是利用光敏预聚物在偏振光作用下发生定向光聚合，形成 分子链轴带有取向性的结构，由此产生的表面张力各向异性诱导液晶分子排 列。这种方法在理论上讲是一种非常理想的无负面影响的取向方式，但在实 际研发当中，其锚定液晶取向的强度及稳定性问题一直无法令人满意。针对 这一现状，本研究以增加光控取向锚定强度为目标，展开对光预聚物材料的 探索与开发，提出了减少预聚物分子尺寸，增加光控交联效率，定向链形聚 合的新思想，获得了取向效果改善的结果。 本文首先叙述了肉桂酸酯等分子量较大的预聚物材料的光控取向效果。 其研究结果表明：肉桂酸酯类材料诱导的液晶分子定向排列热稳定性较差，在 80℃加热30分钟再降回室温时液晶盒中已出现大量向错；香豆素类材料光化 学反应速率较低，光照时间达到600分钟时，液晶的排列才达到均匀；光敏聚 酰亚胺（PI）膜的光化学反应速率较高，光照时间为15分钟时，聚合物已反 应掉64％，取向膜的稳定性较好。但总的来说这些大分子预聚物材料制备的 光控取向膜的取向有序度都比较低，不能达到实用要求。 考虑到预聚物分子尺寸对空间位阻及光交联效率的影响，选择端头带有 紫外光敏的棒状小分子材料作为光预聚物。因小分子的空间位阻小，光反应 效率高，发生光化学反应的量子效率比大分子情形要大得多，在线偏振紫外 闰石博士学位论文 摘 要 光作用下，刚性棒状小分子容易发生直链状聚合，比大分子的横向交联产主 的取向有序度高。 各向异性红外吸收光谱方法是研究分子取向度的重要手段之一。本文叙 述了这种方法在各种材料上的应用，探讨了分子振动跃迁矩与分子取向度的 关系；同时对取向度与紫外光照射时间之间的关系进行了探讨，发现在光照 初期取向度迅速上升，达到一最佳值后开始下降。分析这一现象的原因可 能是聚合反应与降解反应共存、相互竟争的结果。 以上结果，对于开发新型、优质液晶光控取向膜材料的研究具有重要价 值，同时在物理和化学交叉领域里独辟了一块空间。