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?qū)佑欣谝壕Ш械墓鈱W(xué)性能，這對測量方位角錨定能量的光學(xué)方法也有意義。 我們得到了計(jì)算受取向?qū)舆t滯影響的液晶扭曲角的修正值的分析方程. 獲得了AtA-2和AtA-0042偶氮染料光取向材料的方位角錨定能量測量數(shù)據(jù): >10-4J/m2，在廣泛的曝光劑量0.04 -5.12 J/cm2范圍內(nèi).
關(guān)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造工藝優(yōu)化和新材料研究的一個有用方式。 標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)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(zhuǎn)僅由扭曲向列型液晶（LC）盒的扭曲角φ0決定；并測量波長λ處光通過LC盒傳播時的偏振面旋轉(zhuǎn)角γ。
在取向?qū)拥碾p折射可以忽略不計(jì)的情況下，偏振面旋轉(zhuǎn)的角度γ等于液晶盒內(nèi)的實(shí)際扭曲角φ，那么我們可以簡單地假設(shè)公式1:
 (1)
最后應(yīng)用扭矩平衡條件，根據(jù)公式2計(jì)算出方位角錨定能量常數(shù)Aφ, 這里 2Δφ=φ0-φ, K22 – 彈性常數(shù), d – 液晶盒厚:
 (2)
雙折射取向?qū)樱豪碚?/strong>
可是對于光配向材料的情況下, 特別是在偏振光照射下發(fā)生分子定向的偶氮染料 [2,3], 取向?qū)拥墓庵码p折射是很重要的，它對于光在LC盒中傳播時的偏振平面旋轉(zhuǎn)角度也有貢獻(xiàn)。
所以取向?qū)拥碾p折射需要被考慮在內(nèi)。
考慮光在具有雙折射取向?qū)拥呐で蛄行鸵壕Ш兄袀鞑サ墓鈱W(xué)路徑(Fig.1). 實(shí)際的扭曲角φ與偏振平面旋轉(zhuǎn)角度γ不同，γ也受取向?qū)拥难舆tδ1=πΔn1d1/λ所影響
Figure 1. 光在帶有雙折射取向?qū)拥呐で鶯C盒中的傳播示意圖
我們得到了偏振平面旋轉(zhuǎn)角度對取向?qū)与p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(jù)公式3，取向?qū)拥恼凵涓飨虍愋缘拇嬖趯?dǎo)致通過扭曲液晶盒的透射光的偏振平面的旋轉(zhuǎn)角度增加。 (Fig.2). 如果按照公式1給出的標(biāo)準(zhǔn)程序，預(yù)計(jì)方位角錨定能量的測量會有誤差. 事實(shí)上，取向?qū)拥难舆t有助于光學(xué)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，緩解了對高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(xué)方法中加以考慮。.
Figure 2. 偏振平面旋轉(zhuǎn)角度對取向?qū)舆t滯的預(yù)期依賴性
雙折射取向?qū)樱簩?shí)驗(yàn)
同時測量光配向材料的方位錨定能量對曝光劑量或取向?qū)雍穸鹊囊蕾囆?需控制取向?qū)拥倪t滯值. 最近，在研究新的光誘導(dǎo)空穴偶極子的光配向機(jī)制時，我們獲得了偶氮染料光取向材料AtA-2和AtA-0042的雙折射取向?qū)�，具有非常�?qiáng)的方位角錨定能[4], 這是很難用普通的光學(xué)測量方法測量的。
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通過在玻璃基板上棒涂 1% 偶氮染料的二甲基甲酰胺 (DMA) 溶液獲得 40-60 nm 的光取向材料薄膜, 然后在 140°C 下熱板烘烤 5 分鐘. 將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(qiáng)度為 40 mW/cm2. 曝光劑量分別為 1、2、4、8、16、20、26、32、64 和128 秒曝光。將具有正交對準(zhǔn)方向和相同曝光劑量的光取向膜的兩個玻璃基板組裝成90°扭曲液晶盒并用環(huán)氧樹脂膠合。使用 7 μm 球狀間隔物來控制盒厚。 液晶盒由液晶材料 E7填充, Merck.
測量了 AtA-2 偶氮染料薄膜的光致延遲值，并將其應(yīng)用于根據(jù)方程 2 和 3（圖 3）計(jì)算方位角錨定能系數(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(qiáng)度 40 mW/cm2 ）曝光時間的依賴性.
測量了 AtA-0042 偶氮染料薄膜的相應(yīng)光致延遲值，并將其應(yīng)用于根據(jù)等式 2 和 3（圖 4）計(jì)算方位角錨定能系數(shù)。
Figure 4. 延遲 (a) 和方位角錨定能量(b)
AtA-0042 偶氮染料薄膜對藍(lán)光 LED 線偏振光（強(qiáng)度40mW/cm2）曝光時間的依賴性
結(jié)論
通過考慮雙折射取向?qū)拥难舆t值，獲得的方程(3)修正了方位角錨定能量測量的光學(xué)方法。 根據(jù)方程 3考慮光致延遲允許對偶氮染料光取向材料 AtA-2 和 AtA-0042 的方位角錨定能量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量，其具有非常強(qiáng)的光取向特性，在 0.04 – 5.12 J/cm2 的寬曝光量范圍內(nèi)提供 10-4J/m2 以上的方位角錨定能量.
現(xiàn)有研究的影響
首次引入了考慮取向?qū)友舆t的改進(jìn)的方位角錨定能測量方法。該方法繼承了之前的所有因子，適用于雙折射取向材料的表征，例如偶氮染料光取向?qū)?
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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