Alexander Muravsky*,**, Anatoli Murauski*
*Institute of Chemistry of New Materials, National Academy of Science of Belarus, Minsk, Belarus
**Dept. of Physical Optics & Applied Informatics, Physics Faculty, Belarussian State University, Belarus
摘要
雙折射取向層有(yǒu)利于液晶盒的光學性能，這對測量方位角錨定能量的光學方法也有(yǒu)意義。 我們得(de)到了計(jì)算(suàn)受取向層遲滞影(yǐng)響的液晶扭曲角的修正值的分析方程. 獲得(de)了AtA-2和(hé)AtA-0042偶氮染料光取向材料的方位角錨定能量測量數(shù)據: >10-4J/m2，在廣泛的曝光劑量0.04 -5.12 J/cm2範圍內(nèi).
關鍵詞
方位錨定能；液晶取向；延遲；光配向
介紹
對方位角錨定能量的探索是液晶盒制(zhì)造工藝優化和(hé)新材料研究的一個(gè)有(yǒu)用方式。 标準的光學方法[1]被廣泛用于測定各種取向材料的方位角錨定能量。按照該方法，線偏振光波長λ--全波的旋轉僅由扭曲向列型液晶（LC）盒的扭曲角φ0決定；并測量波長λ處光通(tōng)過LC盒傳播時(shí)的偏振面旋轉角γ。
在取向層的雙折射可(kě)以忽略不計(jì)的情況下，偏振面旋轉的角度γ等于液晶盒內(nèi)的實際扭曲角φ，那(nà)麽我們可(kě)以簡單地假設公式1:
 (1)
最後應用扭矩平衡條件，根據公式2計(jì)算(suàn)出方位角錨定能量常數(shù)Aφ, 這裏 2Δφ=φ0-φ, K22 – 彈性常數(shù), d – 液晶盒厚:
 (2)
雙折射取向層：理(lǐ)論
可(kě)是對于光配向材料的情況下, 特别是在偏振光照射下發生(shēng)分子定向的偶氮染料 [2,3], 取向層的光緻雙折射是很(hěn)重要的，它對于光在LC盒中傳播時(shí)的偏振平面旋轉角度也有(yǒu)貢獻。
所以取向層的雙折射需要被考慮在內(nèi)。
考慮光在具有(yǒu)雙折射取向層的扭曲向列型液晶盒中傳播的光學路徑(Fig.1). 實際的扭曲角φ與偏振平面旋轉角度γ不同，γ也受取向層的延遲δ1=πΔn1d1/λ所影(yǐng)響
Figure 1. 光在帶有(yǒu)雙折射取向層的扭曲LC盒中的傳播示意圖
我們得(de)到了偏振平面旋轉角度對取向層雙折射的依賴性的解析解, 公式 3, 其中 δ=πΔnd/λ Δn– 液晶層的雙折射.
 (3)
根據公式3，取向層的折射各向異性的存在導緻通(tōng)過扭曲液晶盒的透射光的偏振平面的旋轉角度增加。 (Fig.2). 如果按照公式1給出的标準程序，預計(jì)方位角錨定能量的測量會(huì)有(yǒu)誤差. 事實上(shàng)，取向層的延遲有(yǒu)助于光學扭轉效應，緩解了對高(gāo)方位角錨定能量值的要求，并且需要在方位角錨定能量測量的光學方法中加以考慮。.
Figure 2. 偏振平面旋轉角度對取向層遲滞的預期依賴性
雙折射取向層：實驗
同時(shí)測量光配向材料的方位錨定能量對曝光劑量或取向層厚度的依賴性 需控制(zhì)取向層的遲滞值. 最近，在研究新的光誘導空(kōng)穴偶極子的光配向機制(zhì)時(shí)，我們獲得(de)了偶氮染料光取向材料AtA-2和(hé)AtA-0042的雙折射取向層，具有(yǒu)非常強的方位角錨定能[4], 這是很(hěn)難用普通(tōng)的光學測量方法測量的。
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通(tōng)過在玻璃基闆上(shàng)棒塗 1% 偶氮染料的二甲基甲酰胺 (DMA) 溶液獲得(de) 40-60 nm 的光取向材料薄膜, 然後在 140°C 下熱闆烘烤 5 分鍾. 将光敏偶氮染料薄膜依次暴露于藍(lán)光 LED 450 nm 線偏振光下，偏振光強度為(wèi) 40 mW/cm2. 曝光劑量分别為(wèi) 1、2、4、8、16、20、26、32、64 和(hé)128 秒(miǎo)曝光。将具有(yǒu)正交對準方向和(hé)相同曝光劑量的光取向膜的兩個(gè)玻璃基闆組裝成90°扭曲液晶盒并用環氧樹(shù)脂膠合。使用 7 μm 球狀間(jiān)隔物來(lái)控制(zhì)盒厚。 液晶盒由液晶材料 E7填充, Merck.
測量了 AtA-2 偶氮染料薄膜的光緻延遲值，并将其應用于根據方程 2 和(hé) 3（圖 3）計(jì)算(suàn)方位角錨定能系數(shù).
Figure 3. 延遲(a) & 方位錨定能(b)
AtA-2 偶氮染料薄膜對藍(lán)光 LED 線偏振光（強度 40 mW/cm2 ）曝光時(shí)間(jiān)的依賴性.
測量了 AtA-0042 偶氮染料薄膜的相應光緻延遲值，并将其應用于根據等式 2 和(hé) 3（圖 4）計(jì)算(suàn)方位角錨定能系數(shù)。
Figure 4. 延遲 (a) 和(hé)方位角錨定能量(b)
AtA-0042 偶氮染料薄膜對藍(lán)光 LED 線偏振光（強度40mW/cm2）曝光時(shí)間(jiān)的依賴性
結論
通(tōng)過考慮雙折射取向層的延遲值，獲得(de)的方程(3)修正了方位角錨定能量測量的光學方法。 根據方程 3考慮光緻延遲允許對偶氮染料光取向材料 AtA-2 和(hé) AtA-0042 的方位角錨定能量進行(xíng)實驗測量，其具有(yǒu)非常強的光取向特性，在 0.04 – 5.12 J/cm2 的寬曝光量範圍內(nèi)提供 10-4J/m2 以上(shàng)的方位角錨定能量.
現有(yǒu)研究的影(yǐng)響
首次引入了考慮取向層延遲的改進的方位角錨定能測量方法。該方法繼承了之前的所有(yǒu)因子，适用于雙折射取向材料的表征，例如偶氮染料光取向層.
References
1. Konovalov V.A., Muravski A.A., Yakovenko S.Ye., Pelzl J., SID Symp. Dig. Tech. Pap. 31 (1), p. 620 (2000).
2. Chigrinov V.G., Kwok H.-S., Takada H., Takatsu H., Liquid Crystals Today. 14(4), p.1 (2005).
3. Muravsky A.A., Murauski A.A., Kukhta I.N., Appl. Opt.
59 (17), p. 5102 (2020).
4. Muravsky A.A., Murauski A.A., Kukhta I.N., Yakovleva A.S., J. Soc. Inf. Displ. 29 (5), to be published (2021).
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