介绍通过与宏观尺度[1]的表面接触，液晶(LCs)可以很容易地定向。液晶显示器的表面取向现象对这些材料的应用，特别是对液晶显示器(lcd)[2]的应用具有重要意义。欧洲杯足球竞彩为了制造一种商品化的液晶显示器，需要使液晶分子具有均匀的取向。通过衬底的表面处理实现LC的排列是LC行为的重要方面之一。通常是通过在玻璃基板上沉积聚合物对准膜来实现的。因此，对准膜是LCD中的关键组分。当LC导向器与基板平行对齐时发生均匀对准，而垂直对准被称为官期逆转录。为了实现均匀的对准，必须通过物理或化学处理表面提供对准的首选方向。摩擦表面一直是实现优选方向的简单方法。然而，摩擦可能会产生灰尘、静电和机械损伤，从而恶化生产产量。摩擦的更具吸引力的替代方案是通过可称为“光诱导的对准”的光化学反应来产生对准膜的表面各向异性[3]。通常，通过在光共聚合物膜上与非偏振和极化的紫外（UV）光曝光来实现光诱导的对准。有三种主要的材料用于photoalignment图层。欧洲杯足球竞彩它们可以根据负责光艺，viz的光化学反应进行分类。（i）含偶氮的聚合物（可逆的光空购CIS.-trans异构化)，(ii)交联材料(通过光二聚形成光取向)和(iii)聚酰亚胺欧洲杯足球竞彩(通过光降解形成光取向)[4]。 要理解表面效应和lc中的锚定，需要对lc -表面相互作用有深入的了解。lc -表面相互作用的性质是复杂的，最重要的因素包括范德华相互作用、偶极相互作用、空间相互作用、氢和化学键以及表面形貌[5]。哪一种相互作用起主要作用取决于当时的情况。除了表面形貌部分外，所有贡献主要受底物和LC之间的分子间相互作用。尽管表面锚定具有巨大的理论和实际相关性，但潜在的机制不是很好地理解[2]。特别地，在阐述阐述的情况下，存在两种模型的对准机构，以便在向甲型LC，viz的情况下阐明表面诱导的堆积对准。（i）Berreman的凹槽模型和（ii）分子外延型模型[6,7]。第一种模型是与摩擦诱导的微沟槽相关的各向异性LC定向弹性模型[8-10]。第二种模型是分子尺度上的短程相互作用[7,11 -15]。关于第一模型，Berreman提出了导向器领域对基板表面的几何拓扑形成，以最小化导向器场的扭曲引起的弹性应变能量。第二模型基于LC分子和基材之间的相互作用。这些相互作用影响基质附近的LC分子的尺度顺序;得到的LC分子阶又通过分子间相互作用朝向体积传播，该分子间相互作用倾向于对准彼此平行的分子。对准动作通过特定的界面区域[2,16,17]从基板到散装LC的转向。这意味着块体分子从取向面表现出向列相的外延生长[7,18]。表面控制体的取向的各向异性表面- lc相互作用通常被称为表面取向锚定[2]。 为了更好地了解表面对液晶分子排列的影响，许多研究都特别关注液晶分子的界面性质。为了清楚地表征表面和界面的显微功能，多年来已经开发了许多类型的成像技术。然而，他们的大部分能力都有一些局限性。近年来，人们发展了几种激光表面探测技术。其中，光学二次谐波产生(SHG)和和频产生(SFG)振动光谱已经被证明是探测表面分子取向和排列的有效工具[6,19-21]。在SHG技术中，信号随着给定激光功率的降低而增加，但最终可能受激光诱导的表面损坏的限制。SHG技术所涉及的问题是关于待探测区域的尺寸的考虑，以及由激光加热引起的材料的表面损伤阈值[22]。此外，对于SHG技术，探测区域应该是均匀的，因为不均匀的表面积会产生SHG信号[23]的变化。在本研究中，我们通过一种新型的表面轮廓仪进行了研究，以形象化的显微镜图像显示了与光处理PI-VA膜表面接触的LC分子的单层排列。如稍后将讨论的，该表面分析器的基本概念基于非接触方式的快速扫描激光束的角度偏转的检测。在较宽的扫描范围内，激光光斑在基板表面的扫描速度为5 mm/ms，可以克服激光诱导的表面损伤效应和对探测区域大小的限制。〜40毫米)。 在我们以前的研究中，我们使用聚乙烯基碱作为光艺层[25]。在这项工作中，我们使用PI-VA作为光对准层，它最初表现为同向取向。PI-Va的光学各向异性是由于偏振或未偏振的UV光照射下的光降解效果。为了阐明光降解效果的基本概念，我们想审查原始文学作品。Haegawa和Taira [26]首先报道了暴露于线性偏振紫外（LPUV）光的PI膜诱导LC分子的均匀平行（均匀）对准。LC分子的平均分子取向平行于膜表面并垂直于LPUV光的偏振方向。他们从各向异性的角度解释了LC排列光解聚PI主链的。平行于辐照LPUV光偏振方向的PI链比垂直于其偏振方向的PI链更容易断裂。因此，LPUV曝光后，PI链的方向分布变得各向异性。PI链的这种各向异性取向将垂直于偏振方向的LC分子对准，所述偏振方向对应于未破坏的聚酰亚胺链的最大密度的方向。吉田等。[27]， Li等[28]，Iimura等。[29]还认识到，倾斜的顺向排列是通过非偏振光和偏振光照射在原来显示顺向排列的PI薄膜上实现的。在这些研究中，他们证实了PI的光学各向异性是由膜中烷基分支的光解聚引起的。吉田等。[27]，和Iimura等。[29]还证明，入射式UV光的P组分有助于预倾角产生，但由于入射平面中的圆对称，S组分不能产生倾斜的聚合物分布。 该研究的目的是研究在光诱导的PI-VA膜上蒸发的LC多层的表面对准，并在与PI-VA膜的表面接触中，可视化LC分子的单层布置的微观图像。我们的目的是研究LC分子在周期性图案衬底表面上的排列，以看到不同排列机制的清晰图像。在该研究中，通过3-D表面分析器和光学偏振显微镜研究了在光致密的PI-VA膜上蒸发的LC多层的表面对准。 3-D表面分析器的概念图1（a）描绘了轮廓测量的基本概念，弯曲表面S和保持距离的光源LL.它们之间。扫描方向沿着X轴，如图1（a）所示。沿x轴的测量物体的表面轮廓可以由该功能表示F(x)。我们假设激光光源L的光束在点P处发射到弯曲物体上。当角θ，则P点的梯度可表示为: 
（1）
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图1。(a)轮廓测量的基本概念;(b)三维表面轮廓仪原理图。 |
入射光和反射光之间的角度近似为2θ，其对应于来自入射光束的偏差Δ。在此条件下，Δ近似为2θl。当通过扫描物体测量偏差Δ时，可以通过测量Δ（x）来获得表面轮廓f（x）的分布函数。由式(1)可得f(x): 
（2）
其中α= 1 / 2L。α系数可以用已知物体的标定测量来确定。二维方向的连续扫描可以得到三维表面轮廓。 表面轮廓仪的装置如图1(b)所示。在这种表面轮廓仪中，使用扫描镜代替扫描检测器。该曲面轮廓仪的设计方法是将球面凹面镜组合在一起，以使被测点的曲率与光强同步。 实验Corning - 1737f (Corning Co.)玻璃被用作基板。作为光学层，我们使用了最初表现出垂直对齐的PI-VA薄膜[1wt％，日产菜。这种材料被旋转涂在玻璃基板上，然后在200℃下烘烤°C一小时。由于商业机密，这种聚酰亚胺的化学配方不可用。 PI-VA薄膜用无偏振的UV光（λ= 320 nm)，使用紫外光波导(Suncure 202，旭硝子玻璃公司)在正常入射(图2)。周期性的条纹图案是用掩模制成的(20μM表示制造细胞，100表示制造细胞μM为表面轮廓仪测量)。通过20后UV光的强度μ米和100μM Photomasks为60 mW / cm2和70 mw / cm2， 分别。曝光时间设定为30分钟。为了验证PI-VA膜的平坦度，使用原子力显微镜（AFM）（Shimadzu，SPM-9500J2）。用于对准的曝光图案将交替暴露（随机平面）和未曝光（垂直）条纹。为了检查这些排列模式，LC细胞的细胞间隙为5μ使用曝光和另一个未曝光的基材进行M制成。细胞填充4'-N-戊基-4-氰基溴苯基（5CB，由Merck提供）通过在各向同性相中的毛细作用，并冷却至室温。通过光学偏振显微镜（OPM）检查电池的LC对准。蒸发，4'-n-戊基-4-氰基联苯(5CB，由默克公司提供)[T倪= 35.5°C在热板上加热到90度°C并在空气中在室温下从LC源定位在50mm的基板表面上。通过蒸发持续时间来控制5cb吸附。通过新颖的3-D表面分析器仪器（扫描激光成像范围，核心系统有限公司），可以将吸附的PI-VA取向膜表面上的吸附LC多层在光致密的PI-VA取向膜表面上的对准过程作为微观图像。该仪器的显著特点是扫描范围广(〜40毫米)及高垂直分辨率(〜0.01海里)。
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图2。暴露于未偏振的UV光的方法。这里P代表入射的非极化UV光的随机取向的偏振方向，K表示传播矢量。 |
结果与讨论光诱导的PI-VA膜的LC对准行为图3显示了在交叉偏振器之间的光艺LC电池的偏振显微镜。可以清楚地看到交替暴露和未曝光条纹图案。暴露的区域产生与向甲型施洛滕纹理的随机平面对齐。在每个曝光区域的中间，有一条均匀的平面线，因为这条黑线变得明亮，在45度产生混合方向°在交叉偏振器之间(图4)。在未曝光区域中，LC比对是垂直逆转，因为在交叉的偏振器之间观察到灭绝。可以借助图5想象这些对齐模式。结果与先前阐明的光降解效应吻合良好。
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图3。偏振偏振器之间的光艺LC电池的偏振光镜。 |
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图4。光艺的LC电池的偏振显微照片在45°之间的交叉偏振器。 |
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图5。具有交替暴露和未曝光条纹图案的光艺LC电池。 |
LC分子在未曝光PI-VA膜上蒸发的表面排列图6显示了3小时蒸发后未曝光的PI-VA膜的蒸发表面的偏振显微镜。在交叉偏振镜下，非常微小的同向性液滴(在μM)是由于脱湿现象而被发现的。这发生在PI-VA膜的表面能小于PI-VA与LC膜的界面能和LC膜的表面能之和的时候。图7为未曝光PI-VA膜蒸发3小时后LC蒸发表面的三维表面高度图映射。从这个模式映射，它是还发现表面拓扑粗糙度的高度似乎小于0.1 nm。这些结果表明,LC分子没有被曝光的PI-VA膜表面的吸附为3小时足够时间跨度的蒸发和LC分子的表面密度很低即第一吸附LC单层的增长不能发生在这3个小时时间,导致非常小的水滴的形成可能是由于脱湿现象[30-32]。
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图6。未曝光PI-VA膜在交叉偏振器下蒸发3小时的蒸发表面的偏振光显微照片。 |
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图7。未曝光PI-VA膜蒸发3小时后蒸发表面的三维表面高度图形映射。 |
LC多层的表面对准在光诱导的PI-VA膜上蒸发为验证PI-VA薄膜的平整度，对光诱导PI-VA薄膜进行了动态模式AFM成像。20.μ使用M光掩模而不是100μ因为AFM的扫描范围为30×30.μm2。图8显示光诱导的PI-Va取向膜的表面没有揭示周期性表面浮雕光栅，而是具有几埃表面粗糙度的表面拓扑。
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图8。20.×20.μm2光诱导PI-VA对准膜表面的动态模式AFM图像。(a) AFM数据的二维显示;(b) AFM数据的三维显示。 |
图9和图10显示了非极化uv暴露蒸发表面的三维表面高度模式映射(100μm掩膜)PI-VA膜分别蒸发2小时和3小时。在2小时和3小时的5cb蒸发中，可以清楚地看到周期性曲线，其中周期对应于光掩模图案（100μM行空格)。由图7的结果可知，UV暴露区域的高度大于被遮挡区域的高度。该结果意味着与掩蔽区域相比，UV暴露区域的表面分子取向是大量的。另一方面，从LC单元对准的测量中已知（图3），由于当PI-VA薄膜暴露于时，表面LC分子在UV暴露区域中随机取向。当PI-VA膜暴露于时，烷基分支不透过的紫外线光。为了验证这些结果，图11(a)和(b)分别显示了未偏振的uv曝光PI-VA薄膜蒸发2小时和3小时后的蒸发表面的偏振光显微照片。图12是图11（b）的放大率。在图11和图12中还可以清楚地看到周期性图像。在UV暴露区域中，发现了随机平面对准，而在掩蔽区域中出现冠状液滴。
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图9。利用表面轮廓仪对蒸发两小时的非极化uv曝光PI-VA对准膜蒸发表面进行三维表面对准模式映射。垂直高度信息:≈UV暴露区域的粗糙度为0.16 nm(最大)，屏蔽区域的表面粗糙度为几埃。 |
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图10。利用表面轮廓仪对蒸发3小时的非极化uv曝光PI-VA对准膜蒸发表面进行三维表面对准模式映射。垂直高度信息:UV暴露区域≈0.28 nm(最大)，掩膜区域的表面粗糙度为几埃。 |
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图11。在交叉的偏振器下，偏振的UV暴露的PI-Va取向膜的蒸发表面的蒸发表面的蒸发表面为（a）2小时（b）3小时蒸发。 |
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图12。图11(b)在交叉偏振镜下的放大倍数。 |
结论利用新型表面轮廓仪和光学偏光显微镜进行了实验研究。 •通过在最初表现出垂直对齐的光共腺PI-VA膜上的正常入射的未偏振UV光来实现随机平面对准。 •LC多层蒸发在光上的PI-VA膜上的LC多层的表面对准表现出周期性的轮廓。 •紫外线暴露区域中的LC多层的高度大于掩蔽区域中的LC多层。该高度差异显示出展出的周期性轮廓的不同对准机构。 •利用光学偏光显微镜，发现并观察到紫外曝光区域的随机平面排列和遮蔽区域的同向性液滴。 •光诱导PI-VA膜表面可以使吸附的LC单分子层对齐，然后将对齐扩展到本体通过外延般的LC-LC相互作用，即短程分子相互作用。 •对于未曝光的PI-VA薄膜表面，在单层排列中未观察到明显的各向异性，这表明远程弹性相互作用可能是主体排列的原因。 •在掩模区域中非常小的液滴的外观可能与脱模现象有关。 通过新型表面分析器证明了在商业上使用的聚酰亚胺膜上蒸发的LC多层的表面对准，在LCS的表面对准中打开了一种新的研究领域。此外，露天LC沉积在图案排列是一种潜在的技术，以实现功能表面。 确认这项工作得到了日本科学促进会和21世纪科学促进会的“鼓励青年科学家补助金(B)”(No. 15760020)的部分支持欧洲杯线上买球圣日本文部科学省世纪COE项目“超功能杂交材料的创造与国际研究与教育中心的形成”。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球 参考文献1.A. A. Sonin，“液晶的表面物理”，戈登和突破，阿姆斯特丹（1995）PP.X-XI。 2.B.Jérôme，“表面效果和液晶锚定”，代表。Prog。物理。，54（1991）391-451。 3.W. M. Gibbons, P. J. Shannon, S. t。Sun和B. J. Swetlin，“偏振光对向列液晶的表面介导排列”，《自然》，351(1991)49-50。 4.M. O'Neill和S. M. Kelly，“液晶显示器的光诱导表面对准”，J.My。D：Appl。物理。，33（2000）R67-R84。 5.“液晶在各向异性衬底上的排列”，日本。j:。理论物理。21 (1982) l109-l110。 6.Chen W.， M. B. Feller, Y. R. Shen，“通过光学二次谐波产生研究液晶单层分子的各向异性取向分布”，物理学报。启。， 63(1989) 2665-2668。 7.M. B. FELLER，W. CHEN和Y. R. Shen，“光学二次谐波产生对液晶分子表面诱导的对准的研究”，物理。Rev.，A 43（1991）6778-6792。 8.王志强，“固体表面的形状和相邻向列型液晶的排列”，物理学报。启。1683-1686。 9.D. W. Berman，“通过凹槽表面对准液晶”，摩尔。晶体。结晶的液体。, 23 (1973) 215–231. 10.S. Faetti，“在沟槽界面处的向列液晶的方位角锚固能量”，物理。Rev.，A 36（1987）408-410。 11.J. M. Geary，J.W. Goodby，A. R. Kmetz和J.S.Patel，“液晶材料的聚合物对准机制”，J.Phap。欧洲杯足球竞彩物理。，62（1987）4100-4108。 12.D. Johannsmann, H. Zhou, P. Sonderkaer, H. Wierenga, B. O. Myrvold和Y. R. Shen，“摩擦聚合物表面上液晶取向的相关性:聚合物间隔单元的奇偶效应”，物理学报。Rev.， E 48(1993) 1889-1896。 13.王志刚，“聚酰亚胺表面的液晶取向、微观形貌和微观结构的研究”，清华大学学报(自然科学版)。理论物理。， 79(1996) 6811 - 6817。 14.程军，“光刻光栅的液晶排列特性”，应用光学学报。理论物理。列托人。， 35(1979) 444-446。 15.R. Barberi, I. Dozov, M. Giocondo, M. Iovane, M. martino - lagarde, D. Stoenescu, S. Tonchev and L. V. Tsonev，“波动基底上向列的方位锚定:弹性与记忆”，Eur。理论物理。李志刚，李志刚(1998)。 16.《向列液晶的排列及其混合物》，《晶体学报》。结晶的液体。,(增刊。Ser)。A5(1982) 1 - 74。 17.B. Jérôme，“表面对准”，液晶手册1 (Ed. D. Demus, J. Goodby, G. W. Gray, H. -W .)Spiess and V. Vill)， Wiley，纽约(1998)第535 -548页。 18.“用光学二次谐波产生的方法观察表面和整体液晶排列的相关性”，光子学报。Rev.， A 46 (1992) R4490-R4493。 19.Y. R. Shen，“二次谐波和和频生成探测的表面性质”，性质，337（1989）519-525。 20.Y. R. Shen，“接口中的光学二次谐波发电”，Annu。rev. phys。化学。，40（1989）327-350。 21.C. S. Mullin, P. Guyot-Sionnest和Y. R. Shen，“硅烷表面液晶单层膜的性质”，物理学报。Rev.， A 39(1989) 3745-3747。 22.G.T. Boyd，Y. R.沉和T.W.Hänsch，“作为表面微探针的连续波二次谐波发电”，选择。Lett。，11（1986）97-99。 23.王志军，“基于二次谐波扫描显微镜的铝表面结构”，物理学报。统计Sol.， (a) 175(1999) 201-206。 24.R. Shinozaki, O. Sasaki和T. Suzuki，“利用激光光束的角偏转进行一维表面轮廓测量的快速扫描方法”，应用物理学报。Opt.， 43(2004) 4157-4163。 25.T. N. Oo, Y. ota, N. Tanaka, T. Iwata, M. Kimura和T. Akahane，“在聚乙烯醇肉桂酸光敏取向薄膜上的液晶多层膜的表面取向研究”，高级in technology of Mat. and Mat. Proc. J. (ATM)， 7[1](正在印刷中)。 26.M. HAGEGAWA和Y.Taira，“聚酰亚胺的甲型均匀光艺暴露于线性偏振UV“，J.Photopolym。SCI。技术。，8（1995）241-248。 27.H. Yoshida和Y.Koike，“通过照射非偏振UV光”倾斜讨论的对齐“，JPN。j:。物理。，36（1997）L428-L431。 28.Li H. F.， E. J. Kim, H. Furue, Y. Iimura, S. Kobayashi，“利用Photoalignment技术控制液晶同向取向排列的预倾斜角度及其方向”，Mol. crystal。结晶的液体。， 326(1999) 249-257。 29.Iimura和Kobayashi，“用于LCD制造的光对准技术的前景”，SID 97 DIGEST，(1997) 311-314。 30.M. Woolley, R. H. Tredgold, P. Hodge，“固体衬底上的近晶液晶超薄膜”，Langmuir, 11(1995) 683-686。 31.M. Bardosova和R. H. Tredgold，“固体衬底上的近晶液晶的超薄薄膜”，摩尔。晶体。结晶的液体。, 355 (2001) 289–303. 32.I. Drevenšek Olenik, K. Kočevar, I. Muševič和Th。“8CB薄膜在固体基片上的结构和极性蒸发”，欧共体。理论物理。李志刚，李志刚，李志刚(2003)。 联系方式 |