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意義。 我們得到了計算受取向層遲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據: >10-4J/m2，在廣泛的曝光劑量0.04 -5.12 J/cm2范圍內.
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造工藝優化和新材料研究的一個有用方式。 標準的光學方法[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處光通過LC盒傳播時的偏振面旋轉角γ。
在取向層的雙折射可以忽略不計的情況下，偏振面旋轉的角度γ等于液晶盒內的實際扭曲角φ，那么我們可以簡單地假設公式1:
 (1)
最后應用扭矩平衡條件，根據公式2計算出方位角錨定能量常數Aφ, 這里 2Δφ=φ0-φ, K22 – 彈性常數, d – 液晶盒厚:
 (2)
雙折射取向層：理論
可是對于光配向材料的情況下, 特別是在偏振光照射下發生分子定向的偶氮染料 [2,3], 取向層的光致雙折射是很重要的，它對于光在LC盒中傳播時的偏振平面旋轉角度也有貢獻。
所以取向層的雙折射需要被考慮在內。
考慮光在具有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所影響
Figure 1. 光在帶有雙折射取向層的扭曲LC盒中的傳播示意圖
我們得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致通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給出的標準程序，預計方位角錨定能量的測量會有誤差. 事實上，取向層的延遲有助于光學扭轉效應，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方法中加以考慮。.
Figure 2. 偏振平面旋轉角度對取向層遲滯的預期依賴性
雙折射取向層：實驗
同時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 需控制取向層的遲滯值. 最近，在研究新的光誘導空穴偶極子的光配向機制時，我們獲得了偶氮染料光取向材料AtA-2和AtA-0042的雙折射取向層，具有非常強的方位角錨定能[4], 這是很難用普通的光學測量方法測量的。
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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光 LED 450 nm 線偏振光下，偏振光強度為 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，并將其應用于根據方程 2 和 3（圖 3）計算方位角錨定能系數.
Figure 3. 延遲(a) & 方位錨定能(b)
AtA-2 偶氮染料薄膜對藍光 LED 線偏振光（強度 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光致延遲值，并將其應用于根據等式 2 和 3（圖 4）計算方位角錨定能系數。
Figure 4. 延遲 (a) 和方位角錨定能量(b)
AtA-0042 偶氮染料薄膜對藍光 LED 線偏振光（強度40mW/cm2）曝光時間的依賴性
結論
通過考慮雙折射取向層的延遲值，獲得的方程(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行實驗測量，其具有非常強的光取向特性，在 0.04 – 5.12 J/cm2 的寬曝光量范圍內提供 10-4J/m2 以上的方位角錨定能量.
現有研究的影響
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因子，適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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