EHC液晶配向摩擦试验机MRJ-100助力光交联液晶聚合物光取向锚定能研究

 引言：

日本长冈技术科学大学电气工程系 TOMOYUKI SASAKI 团队在《Optical Materials EXPRESS》发表了题为 “Photoalignment anchoring energy of photocrosslinkable liquid crystalline polymers doped in nematic liquid crystals" 的研究，成功建立光交联液晶聚合物（PLCPs）掺杂液晶（LC）体系光取向锚定能的评估方法，为液晶在显示、光通信等光子领域的应用提供技术支撑。

摘要：

本文表征了掺杂在液晶（LC）中的光交联液晶聚合物（PLCPs）的光取向锚定能。利用摩擦聚酰亚胺（PI）膜制备了具有均相取向的 PLCP 掺杂液晶盒，将其暴露于线偏振紫外激光束后进行退火处理。结果表明，由于轴选择性光交联反应，PLCP 掺杂液晶发生了重新取向。研究探究了摩擦 PI 膜的表面锚定强度与重新取向方向的关系，结果显示 PLCP 在液晶中的光取向锚定强度最大值高于 4×10² J/m³，该光取向技术可在表面锚定强度为 10⁻⁴ J/m² 的液晶盒中实现显著的重新取向。

PI 层摩擦与锚定能测量

0.1μm 厚的 PI 层采用EHC液晶配向摩擦试验机MRJ-100进行单向摩擦，通过调节摩擦强度控制 PI 取向层的方位锚定能。研究采用尼尔壁法测定摩擦 PI 膜的表面锚定能，单独制备了含 E7 液晶、PI 涂层玻璃基板和 0.10mm 间隔物的平面液晶盒，用于测量尼尔壁宽度 w。取向膜的方位锚定强度由公式 A=2dK₁₁/w² 计算得出，其中 d 为盒厚，K₁₁为向列相液晶的展曲弹性常数。

紫外照射与取向观测

采用IK3501R-G 紫外激光器（日本 Kinmon 公司）对 PLCP 掺杂液晶盒进行照射，激光波长 325nm，入射角 0°，初始指向矢与激光偏振方向夹角 45°。P1 掺杂液晶盒的曝光能量为 2.0 J/cm²，P2 掺杂液晶盒为 6.0×10¹ J/cm²。照射后在 100℃下退火 30min，冷却至室温后，基于正交偏振法，使用 633nm He-Ne 激光器作为探测光束，通过ECRIPS E200 偏光显微镜（日本 Nikon 公司）观察液晶的取向方向和双折射特性。

结论：

我们对均匀取向的 PLCP 掺杂液晶的光诱导再取向进行了定量评估。将带有摩擦 PI 层的玻璃盒中的 PLCP 掺杂液晶暴露于线偏振紫外激光束下。结果表明，经紫外光照射及后续退火处理，PLCP 掺杂液晶沿偏振方向重新取向。再取向程度取决于摩擦取向膜的表面锚定能。当摩擦 PI 层的方位角锚定强度显著较低（< 10⁻⁴ J/m²）时，PLCP 掺杂液晶沿線偏振紫外激光束的偏振方向重新取向。该结果表明，混合物中光交联 PLCP 分子的锚定强度（即光取向锚定能）高于摩擦 PI 膜的锚定强度。我们认为，该评估方法可用于测定各类光取向液晶的光取向锚定能。