Durch Photopolymerisation ausgelöste molekulare Bewegung für eine flexible Flüssigkristallanzeige

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Anonim

Mit den derzeitigen 2D-Techniken bestrahlt man typischerweise einen Flüssigkristallfilm, der zugesetzte photoresponsive Farbstoffmoleküle enthält, mit gleichmäßig polarisiertem Licht. Dies steuert die Netto-Flüssigkristallausrichtung über die Wechselwirkung des Farbstoffdipols und der Polarisationsachse des Lichts. Der Nachteil dieser Systeme ist die Notwendigkeit, starke Farbstoffe zuzusetzen, die die optischen und Stabilitätseigenschaften verfärben oder verschlechtern können. Daher ist eine farbstofffreie Methode in der Maschinenbauindustrie sehr erwünscht.

Derzeit sind nur zwei Ansätze für farbstofffreie Methoden untersucht worden. Die erste ist eine zweistufige Ausrichtungsmethode, bei der die Flüssigkristallmaterialien über eine sehr dünne Farbstoff enthaltende Fotoausrichtungsschicht aufgetragen und dann durch Polymerisation ausgerichtet oder fixiert werden. Während sich diese Methode als sehr erfolgreich erwiesen hat, um auf Stimuli reagierende zweidimensional ausgerichtete Flüssigkristalle und Elastomere zu erreichen, die in Photonik, Solarenergiegewinnung, Mikrofluidik und Soft-Robotic-Vorrichtungen verwendet werden, ist sie teuer und zeitaufwendig. Die Erzeugung eines Films mit mikroskopischen Anordnungen von Mikroausrichtungsmustern erfordert eine präzise und dynamische Steuerung der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts in jedem Pixel, so dass dieses Verfahren zum Ausrichten von Mustern auf der Nanoskala über große Bereiche ungeeignet ist.

Der zweite Ansatz zur Entwicklung eines farbstofffreien Systems nutzt die Oberflächentopographie, um die Einschränkungen der herkömmlichen Photoausrichtung zu überwinden. Bei diesem Verfahren werden die Flüssigkristalle über eine Oberflächentopographievorlage unter anderem durch Lithographie, Nanoimprinting oder Tintenstrahltechniken ausgerichtet. Während dieses Verfahren eine 2D-Mikrostrukturierung der molekularen Ausrichtung ermöglicht, erfordert es immer noch eine mehrstufige Verarbeitung, was es teuer und zeitaufwendig macht. Aufgrund der Oberflächenrauigkeit der topographischen Templates erweist sich dieses Verfahren als schwierig bei der Herstellung dünner Filme.

Eine Forschungsgruppe um Atsushi Shishido von der Tokyo Tech hat über die Entwicklung einer neuen Methode der Scanning-Wellenphotopolymerisation berichtet, die die räumliche und zeitliche Abtastung von fokussiertem, geführtem Licht nutzt. Wenn die Polymerisationsreaktion fortschreitet, wird ein Massenstrom in dem Film ausgelöst, und dies führt zu einer Ausrichtung der Flüssigkristalle mit den einfallenden Lichtmustern. Die gewünschte Ausrichtung wird durch einen einzelnen Schritt durch einen durch Licht ausgelösten Massenfluss erreicht.

Diese neue Methode erzeugt willkürliche Ausrichtungsmuster mit Feinsteuerung über größere Bereiche in einer Vielzahl von Flüssigkristallmaterialien ohne die Notwendigkeit starker Farbstoffe oder zusätzlicher Verarbeitungsschritte, was frühere Verfahren nicht erreichen konnten. Diese Methode hat den zusätzlichen Vorteil einer unbegrenzten Komplexität in 2D-Mustern, die prinzipiell nur durch die Lichtbeugungsgrenzen eingeschränkt wären.

Dieses neue Konzept der Abtastwellenphotopolymerisation ist gegenwärtig auf photopolymerisierbare Flüssigkristallsysteme mit einer Dicke von weniger als zehn Mikrometern beschränkt. Weitere Untersuchungen können jedoch die Verwendung von Materialsystemen wie Nanostäbchen, Nanokohlenstoffen und Proteinen erweitern. Die Abtastwellenphotopolymerisation kann leicht in bestehende Photoproduktionseinrichtungen eingeführt werden, was große wirtschaftliche Vorteile ermöglicht. Die Wissenschaftler am Tokyo Institute of Technology sehen diese Methode als einen leistungsfähigen Weg für die einfache Herstellung hochfunktioneller organischer Materialien mit beliebigen feinen molekularen Ausrichtungsmustern auf der Nanometerskala über große Flächen.

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