介绍面向液晶(LCs)可以很容易地通过接触表面在宏观范围内[1]。取向的LCs的表面现象是一个主题的应用这些材料的重要意义,尤其是对液晶显示器(lcd) [2]。亚博网站下载LCD制造一个商业产品,统一方向的LC分子是必需的。LC的对齐的表面处理衬底一直LC行为的重要的一个方面。它通常是通过使用聚合物沉积在玻璃基板对齐电影。因此,结合电影液晶显示器的关键组件。均匀排列时LC主任平行于衬底相吻合,而垂直对齐称为homeotropic。实现均匀对齐,对齐的择优取向通过物理或化学治疗表面必须提供。摩擦表面的简单方法实现择优取向。然而,摩擦可能产生灰尘、静态收费和机械损伤而恶化的生产产量。一个更具吸引力的替代品,摩擦是对齐的表面各向异性的一代电影通过光化学反应称为“光诱导的对齐”[3]。一般来说,光诱导的对齐是通过公开与未极化的和偏振紫外(UV)光photoalignment聚合物薄膜。有三个主要类型的材料用于photoalignment层。亚博网站下载它们可以分类根据负责photoalignment光化学反应,即(i) azo-containing聚合物(photoalignment可逆的独联体- - - - - -反式异构化),(2)crosslinkable材料(由photo-dime亚博网站下载rization photoalignment),和(3)聚酰亚胺(光降解photoalignment) [4]。 表面的理解效果和锚定在LC-surface LCs需要渊博的知识交互。LC-surface互动的性质最重要的因素是复杂的,包括范德华相互作用、偶极相互作用,空间相互作用,氢和化学结合,表面形貌[5]。的相互作用中起着重要作用取决于当时环境。除了表面地形的一部分,所有的贡献主要是由分子间相互作用底物和LCs。尽管表面锚定的巨大的理论和实践意义,底层机制并不很好理解[2]。特别是,有两个模型对齐机制阐明surface-induced散装对齐的情况向列LCs,即(我)Berreman槽模型和(2)分子epitaxy-like模型[6、7]。第一个模型是各向异性的弹性又LC方向与rubbing-induced microgrooves (8 - 10)。第二个模型是短程相互作用在分子尺度[7,第11 - 15]。在第一个模型方面,Berreman建议导演领域适应本身的几何拓扑衬底表面的产生的弹性应变能扭曲最小化导演领域。第二个模型是基于LC分子和基质之间的相互作用。这些交互影响的定向排列顺序LC分子附近的衬底;合成LC分子顺序依次传播对大部分通过分子间相互作用的分子相互平行对齐。调整行动的发展从基质到散装LC通过特定界面区域(2,16、17)。这意味着大部分分子表现出外延生长的向列相表面对齐[7,18]。表面的各向异性surface-LC交互控制大部分的方向定向排列通常称为表面锚定[2]。 为更好地理解表面影响LCs的对齐,许多研究支付特别注意LCs的界面性质。清晰地描述表面的微观特性和接口,多种成像技术已经开发多年。然而,大多数的能力有一定的局限性。最近,几个表面探测的激光技术已经开发出来。其中,光学二次谐波产生(宋惠乔)和振动光谱和频代(SFG)已被证明是有效的工具来探测表面分子取向和排列对齐(6月19 - 21日)。在宋惠乔技术,信号给定激光功率增加而减小光斑大小但最终可能受到激光表面损伤。宋惠乔技术所涉及的问题是考虑探测区域的大小,和材料的表面损伤阈值造成的激光加热[22]。此外,关于宋惠乔技术探测区域应该统一,因为非齐次表面积可以生成变化宋惠乔信号[23]。在这项研究中,我们进行了调查通过小说表面分析器工具可视化的显微图像的单层安排信用证表面分子接触的photo-treated PI-VA电影。稍后将讨论,这个表面分析器的基本概念是基于角度偏移的检测快速扫描激光束以非接触的方式[24]。激光表面损伤效应和限制的大小探测区域中遇到宋惠乔技术可以克服由于激光束在衬底表面的扫描速度是5毫米/女士在一个广泛的扫描区域(~40毫米)。 在我们之前的研究中,我们使用polyvinylcinnamate photoalignment层[25]。在这项工作中,我们使用PI-VA photoalignment层,最初表现出homeotropic对齐。PI-VA是因为的光学各向异性光降解作用下极化或未极化的紫外线的照射。阐明基本概念的光降解效果,我们希望审查文学原创作品。长谷川和Taira[26]首先报道,π电影接触线性偏振紫外光(LPUV)光引发一个统一的平行(均匀)对齐LC分子。LC分子的平均分子取向平行于膜表面,垂直于LPUV光的偏振方向。他们解释说这LC对齐从各向异性的角度光解聚π的主链。π链取向平行于辐照LPUV光的偏振方向垂直的比这更容易破碎。因此,π链的定向排列分布LPUV曝光后成为各向异性。各向异性的方向π链将LC分子垂直于极化方向对应的最大密度的方向未经碰撞的聚酰亚胺链上曝光。吉田等。[27],李et al。[28],和Iimura et al。[29]也意识到倾斜的homeotropic对齐是通过未极化的和偏振紫外光的辐照π电影最初表现出homeotropic对齐。在这些研究中,他们证实,π的光学各向异性引起的光解聚烷基分支。吉田等。[27],Iimura et al。[29]也证明了入射紫外线导致的p-component pretilt角一代但是s-component不能给出一个倾斜的聚合物由于圆对称分布的入射面。 这次调查的目的是研究表面对齐的LC多层膜蒸发光诱导的PI-VA电影和可视化的显微图像的单层安排LC分子接触的表面PI-VA电影。我们的目标是探讨LC分子的排列在一个定期的衬底表面看清楚不同的对齐机制。在这项研究中,表面对齐的LC多层膜蒸发光诱导的PI-VA电影研究通过3 d表面分析器和光学偏光显微镜。 三维表面分析器的概念图1 (a)描绘了一个剖面测量的基本概念,一个曲面和一个光源L保持距离l他们之间。扫描方向是沿着x轴,如图1所示(一个)。沿着x轴的表面轮廓测量对象可以表示的函数f(x)。让我们假设激光光源的光束L释放曲线对象在点P。当角θ关于轴远小于1,P的梯度可以表达的: 
(1)
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图1所示。(一)剖面测量的基本概念;(b)原理图的三维表面分析器。 |
入射光和反射光之间的角度是接近2θ,这对应于偏差Δ入射光束。在这种情况下,Δ2θl近似。当偏差Δ测量对象,通过扫描表面轮廓的分布函数f (x)的测量可以获得Δ(x)。从方程(1),f (x)可以推导出: 
(2)
在α= 1/2l。α系数可以由一个校准测量与一个已知的对象。顺序扫描的二维方向可以提供三维表面轮廓。 表面分析器的发明是如图1所示(b)。在这个表面分析器,扫描镜是用来代替扫描探测器。这个表面分析器被设计在一个球形凹镜相结合为目的的同步曲率与实测点的光强。 实验康宁- 1737 f(康宁有限公司)玻璃用作基质。photoalignment层,我们使用PI-VA电影[1 wt %、日产化学],最初表现出homeotropic对齐。这种材料是spin-coated玻璃基板,然后烤在200°C 1小时。聚酰亚胺的化学配方是不可用的,因为商业机密。 PI-VA电影被曝光与未极化的紫外线(λ= 320海里)使用紫外线指南(Suncure 202年,朝日玻璃公司)在正常发病率(图2)。产生的周期性条纹模式的光掩模(20μ制造一个细胞和100μ米表面分析器测量)。紫外线的强度经过了20μ米和100μ米光掩模是60 mW /厘米2和70 mW /厘米2,分别。曝光时间为30分钟。验证的平坦PI-VA电影、原子力显微镜(AFM)(日本岛津公司,spm - 9500 - j2)使用。曝光模式对齐将交替暴露(随机平面)和未曝光(homeotropic)条纹。检查这些校准模式,LC细胞与细胞间隙的5μ米都用一个暴露,另一个未曝光的基质。细胞充满了4′-n-pentyl-4-cyanobiphenyl (5 cb,由默克公司提供)各向同性的毛细管作用阶段和冷却到室温。细胞的LC对齐是由光学偏光显微镜检查(OPM)。蒸发,4′-n-pentyl-4-cyanobiphenyl (5 cb,由默克公司)[T倪= 35.5°C)是在热板加热,享年90岁°C和吸附在衬底表面定位50 mm LC源在室温下的空气。5 cb吸附是由蒸发的时间控制。的对齐过程表面吸附LC多层光诱导的PI-VA对齐电影可以想象作为微观图像通过一种新颖的三维表面分析器工具(扫描激光成像范围、核心系统有限公司)。这个仪器的显著特点是其广泛的扫描区域(~40毫米)和高垂直分辨率(~0.01海里)。
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图2。接触未极化的紫外线的方法。这里p代表事件的随机取向极化方向未极化的紫外线和k表示传播向量。 |
结果与讨论LC对准光诱导PI-VA电影的行为图3显示了极化photoaligned LC细胞交叉偏振器之间的故事。交替暴露和未曝光的条纹图案清晰可见。接触区域产生一个随机与向列纹影织构平面对齐。在每个接触区域的中间,有一个统一的平面线因为这黑线变得明亮,产生混合取向在45岁°之间的交叉偏振器(图4)。未暴露的地区,LC对齐homeotropic因为灭绝是观察之间的交叉偏振器。可以想象这些校准模式借助图5。结果是在良好的协议与以前的说明光降解效果。
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图3。极化photoaligned LC细胞交叉偏振器之间的故事。 |
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图4。极化的缩影照片photoaligned LC细胞在45岁°之间的交叉偏振器。 |
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图5。photoaligned LC细胞交替暴露和未曝光的条纹图案。 |
对齐的LC分子蒸发表面未曝光PI-VA电影图6显示了一个偏振缩影照片的蒸发表面未曝光PI-VA电影3小时后蒸发。在交叉偏振器,非常小homeotropic滴(的顺序μ米)被发现由于去湿的现象。这发生在PI-VA薄膜的表面能小于PI-VA之间的界面能和LC电影和LC薄膜的表面能。图7显示了三维表面高度的模式映射的LC蒸发表面未曝光PI-VA电影3小时后蒸发。从这个模式映射,这是还发现拓扑表面粗糙度的高度似乎小于0.1纳米。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,导致很小的液滴的形成可能去湿现象[30 -]。
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图6。蒸发表面的极化缩影照片未曝光PI-VA电影3小时交叉偏振镜下蒸发。 |
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图7。三维表面高度模式映射的蒸发表面未曝光PI-VA薄膜蒸发为3小时。 |
表面对齐的LC多层膜蒸发光诱导的PI-VA电影验证PI-VA电影的平面度、动态模式下AFM图像的光诱导的PI-VA电影拍摄。20.μ光掩膜是用来代替100μ米光掩膜由于AFM扫描范围是30×30.μ米2。图8显示表面的光诱导的PI-VA对齐电影并没有透露期刊表面浮雕光栅但表面拓扑和几个埃表面粗糙度。
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图8。20.×20.μ米2动态模式下AFM图像表面的光诱导PI-VA对齐的电影。(一)二维显示AFM的数据;(b) AFM的3 d显示数据。 |
图9和10显示3 d表面高度模式映射的蒸发表面未极化的UV-exposed (100μ光掩模)蒸发PI-VA电影2小时,3小时,分别。2小时和3小时5 cb蒸发,周期性的轮廓清晰可见,对应光掩模模式(100年μm线和空间)。根据图7的结果,这是认识到紫外线暴露地区的高度大于蒙面的地区。这个结果意味着表面分子排列在紫外线暴露地区的相比之下,掩盖了地区。另一方面,众所周知的测量LC细胞排列(图3)面向LC分子随机表面的紫外线暴露地区由于选择性烷基光解作用的分支PI-VA电影时暴露于非偏振的紫外线。为了验证这些结果,图11 (a)和(b)显示未极化的蒸发表面的极化故事UV-exposed PI-VA电影2小时和3小时蒸发,分别。图12的放大图11 (b)。周期性的图像也可以清楚地看到在图11和12。紫外线暴露的地区发现了一个随机平面对齐而homeotropic滴蒙面地区出现。
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图9。蒸发表面的三维表面对齐模式映射未极化的UV-exposed PI-VA对齐电影采取的表面蒸发分析器两个小时。垂直高度信息:≈0.16 nm紫外线暴露地区(max)和几个埃掩盖了地区的表面粗糙度。 |
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图10。蒸发表面的三维表面对齐模式映射未极化的UV-exposed PI-VA对齐电影采取的表面蒸发分析器为三个小时。垂直高度信息:≈0.28 nm紫外线暴露地区(max)和几个埃掩盖了地区的表面粗糙度。 |
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图11。蒸发表面的极化故事未极化的UV-exposed PI-VA对齐电影(a) (b) 2小时3小时蒸发,在交叉偏振器。 |
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图12。放大的图11 (b)交叉偏振器。 |
结论下面的实验结果是由小说表面分析器仪器和光学偏光显微镜。 •实现随机平面对齐的正常事件未极化的紫外线的照射photoalignment PI-VA电影最初表现出homeotropic对齐。 •表面对齐的LC多层膜蒸发photoaligned PI-VA电影表现出周期性的概要文件。 •LC多层紫外线暴露地区的高度大于蒙面的地区。这个高度差异揭示了不同对齐机制表现出周期性的概要文件。 •通过光学偏光显微镜、紫外暴露地区随机平面对齐和homeotropic滴蒙面地区被发现和观察。 •光诱导PI-VA膜表面可以使一个吸附LC单层然后对齐可以扩展到大多数即通过epitaxylike LC-LC交互。,一个短程分子间相互作用。 •未曝光的PI-VA膜表面,在单层排列没有观察到明显的各向异性,这表明远程弹性相互作用可能是负责大部分对齐。 •掩盖了地区的非常小的水滴的外观可能大概与去湿现象有关。 LC多层膜的表面排列在商业上使用聚酰亚胺薄膜蒸发已经证明通过小说表面的分析器,打开一个新的研究领域LCs的表面对齐。此外,它表明,露天LC沉积在图案对齐是一个潜在的技术来实现功能的表面。 确认这部分工作由财政补贴鼓励年轻科学家(B)(15760020)从日本社会促进科学和21亚博老虎机网登录圣世纪COE计划“创造与Super-Functions杂化材料,形成国际研究和教育中心”从亚博网站下载教育部,文化、体育、科技、日本。亚博老虎机网登录 引用1。答:a .索宁“液晶的表面物理”,戈登和违反,阿姆斯特丹(1995)pp.x-xi。 2。b . Jerome液态晶体的表面效果和锚定,众议员掠夺。理论物理。54 (1991)391 - 451。 3所示。w·m·吉本斯·j·香农- t。太阳和b . j . Swetlin”Surface-mediated对齐的向列液晶偏振激光”,自然,351 (1991)49-50。 4所示。m·奥尼尔和s·m·凯利“液晶显示器的光诱导的表面对齐”,期刊。D::。理论物理。33 (2000)R67-R84。 5。k·冈:松浦和s .小林”对齐一个各向异性的液晶基板”,日本。j:。理论物理。21岁(1982)L109-L110。 6。m . w . Chen b .樵夫和y . r .沈,“调查的各向异性分子定向排列分布液晶层的光学二次谐波的一代”,理论物理。启。,63 (1989)2665 - 2668。 7所示。m . b .樵夫w·陈和y . r .沈,“调查surface-induced对齐的液晶分子的光学二次谐波的一代”,理论物理。牧师,43 (1991)6778 - 6792。 8。d . w . Berreman“固体表面形状和相邻的向列液晶的排列”,理论物理。启。28 (1972)1683 - 1686。 9。d . w . Berreman“对齐液晶的沟槽表面”,摩尔。结晶。结晶的液体。23 (1973)215 - 231。 10。s . Faetti”方位向列液晶的锚定能量槽界面”,理论物理。牧师,36 (1987)408 - 410。 11。j . m . Geary j . w . Goodby, a . r . Kmetz和j·s·帕特尔,“高分子液晶材料的一致性的机制”,j .达成。亚博网站下载理论物理。,62 (1987)4100 - 4108。 12。d . Johannsmann h .周p . Sonderkaer h . Wierenga b . o . Myrvold和y . r .沈”之间的相关性在摩擦表面和体积取向液晶聚合物表面:奇偶效应的聚合物间隔单位”,理论物理。牧师,48 (1993)1889 - 1896。 13。h .菊池,j·a·洛根和d . y . Yoon”研究局部应力、形态学和液晶排列在磨面聚酰亚胺表面”,j .达成。理论物理。,79 (1996)6811 - 6817。 14。程和g·d·博伊德“照相平版印刷的光栅的液晶排列性质”,达成。理论物理。列托人。35 (1979)444 - 446。 15。r . Barberi Dozov, m·焦孔多m . Iovane博士Martinot-Lagarde, d . Stoenescu Tonchev和l . v . Tsonev”方位向列波形衬底上的锚定:弹性与记忆”,欧元。理论物理。,j·B 6 (1998) 83 - 91。 16。j . Cognard“向列液晶及其混合物的对齐”,摩尔。结晶。结晶的液体。,(增刊。Ser)。A5 (1982) 1 - 74。 17所示。b . Jerome“表面对齐”,在液晶的手册,1 (Ed。d . Demus j . Goodby, g . w .灰色,h - w。这位和诉Vill),威利,纽约(1998)535 -548页。 18岁。m . Barmentlo r·w·j .和n a·j·m·范Aerle上大喊大叫,“表面之间的相关性和大部分液晶排列观察光学二次谐波的一代”,理论物理。牧师,46 (1992)R4490-R4493。 19所示。y . r .沈,“表面属性由二次谐波探测和频的一代”,自然,337 (1989)519 - 525。 20.y . r .沈,“光学二次谐波生成接口”,为基础。启。化学。40 (1989)327 - 350。 21。c·s·穆林,p . Guyot-Sionnest y . r .沈,“液晶层硅烷表面的性质”,理论物理。牧师,39 (1989)3745 - 3747。 22。g·t·博伊德,y . r .沈和t·w·Hansch表面微探针”“连续波二次谐波的一代,选择列托人。11 (1986)97 - 99。 23。彼得森k和s . i Bozhevolnyi“二次谐波代扫描显微镜在铝表面域”,理论物理。统计,索尔。(a) 175 (1999) 201 - 206。 24。r . Shinozaki o .佐佐木和t .铃木“快速扫描一维表面轮廓测量方法通过检测激光束角偏转”,达成。选择,43 (2004)4157 - 4163。 25。t . n . Oo y太:田中,t .岩田聪,m .木村和t . Akahane”研究液晶表面排列的多层膜蒸发polyvinylcinnamate photoalignment电影”,放置Tech. Mat.和垫,Proc。j . (ATM) 7[1](新闻)。 26岁。长谷川和y Taira”,向列均匀Photoalignment聚酰亚胺暴露在线性偏振紫外光”,j . Photopolym。科学。抛光工艺。8 (1995)241 - 248。 27。吉田h . y .小池百合子,“斜Homeotropic对齐”未极化的紫外线的照射,日本。j:。理论物理。36 (1997)L428-L431。 28。h·e·j·h·f . Li Kim Furue, y Iimura和s .小林“Pretilt角的控制及其方向Homeotropic对准液晶使用Photoalignment技术”,摩尔。结晶。结晶的液体。,326 (1999)249 - 257。 29。y Iimura和s .小林“LCD制造Photo-Alignment技术的前景”,SID消化,97 (1997)311 - 314。 30.m·伍利r·h·霍奇Tredgold和p .“净化的超薄薄膜液晶在固体基质”,朗缪尔11 (1995)683 - 686。 31日。m . Bardosova和r·h·Tredgold“净化的超薄薄膜液晶在固体基质”,摩尔。结晶。结晶的液体。,355 (2001)289 - 303。 32。即Drevenšek Olenik, k . Kočevar i Muševič和Th。再换回,“8的结构和极性cb电影蒸发到固体基质”,欧元。理论物理。J。E 11 (2003) 169 - 175。 详细联系方式 |