柔性液晶顯示器技術新進展：光聚合觸發的分子運動！

導讀

最近，日本東京工業大學和加拿大麥吉爾大學開發出一種無染料的新型光配向的方法，它通過光聚合工藝，在時間和空間上引導非偏振光，實現液晶的二維圖案。這種新方法為簡易地製造高度功能化的有機材料例如柔性液晶設備提供了一條新途徑。

關鍵字

液晶、工藝、有機、柔性

背景

（圖片來源：維基百科）

在現有的二維技術中，典型的方法是通過均勻的偏振光，照射添加光敏染料的分子液晶薄膜。它通過染料偶極子與光的偏振軸之間的交互，控制液晶網路的排列。這些系統的缺陷就是需要添加染料，然而這些染料不僅會褪色，而且光特性和穩定性都會退化。因此，機器製造業非常需要無染料的方案。

目前，科學家們只探索出兩種無染料的方案。第一種是兩步對準法，液晶材料塗有非常薄的含有染料的光控取向層，然後通過聚合作用進行對齊或者固定。這種方法實現了刺激響應型的、二維對齊的液晶或者彈性體，應用於光子、太陽能採集、微流控、軟體機器人設備方面都非常成功，但是它比較昂貴和耗時。創造一種具有微對齊圖案的微型陣列的薄膜，需要精準和動態控制每個像素的入射光偏振方向，所以這種方法不適合大面積納米尺度的圖案對齊。

開發無染料系統的第二個方案就是使用表面形貌學，克服傳統光配向的局限性。在這個方法中，液晶體通過平版印刷技術、納米印刷技術或者噴墨列印技術，在表面形貌學模板上對齊。這種方法可用作分子排列的二維微縮成像，它也需要多步印刷處理，這樣既昂貴又耗時。由於地形模板的表面粗糙，這種方法在薄膜生產中非常困難。

創新

最近，東京工業大學的
Atsushi Shishido
領導的研究小組報告了他們開發出的一種掃描波光聚合的新方法，該方法利用聚焦的引導光進行時間和空間掃描。隨著聚合反應的進行，薄膜中的質量流被觸發，這帶來了入射光圖案下的液晶對齊。通過光線觸發的質量流，需要進行的對齊可以一步完成。

下圖中，A代表了傳統的光配向方法實現的分子排列；B代表了通過目前的掃描波光聚合方法實現的分子排列。

（圖片來源：東京工業大學）

技術

這種新方法可生成任意的對齊圖案，並可在具有各種液晶材料的更大區域進行良好地控制，無需強烈的染料或者另外的處理步驟，這些都是以前的方法無法完成的。此外，該方法還具有實現二維圖案中無限複雜性的優勢，而它們基本上只受限於光的衍射極限。

（圖片來源：東京工業大學）

價值

掃描波光聚合非常容易導入到現有的光生產設施中去，帶來更大的經濟優勢。東京工業大學的科學家們將這種方法看作為一種簡單製造高功能性的有機材料的簡單途徑，這些有機材料在更大範圍的納米尺度上，具有任意的、良好的分子排列圖案。

未來

目前，這種掃描波光聚合的新概念受限於厚度小於幾十微米的光聚合液晶系統。然而，進一步的研究可以拓展這些材料系統，應用於納米棒、納米碳、蛋白質。

參考資料

【1】https://www.titech.ac.jp/english/news/2017/039801.html

【2】Kyohei Hisano, Miho Aizawa, Masaki Ishizu, Yosuke Kurata, Wataru Nakano,
Norihisa Akamatsu, Christopher J. Barrett, Atsushi Shishido. Scanning wave photopolymerization enables dye-free alignment patterning of liquid crystals. Science Advances, 2017; 3 (11): e1701610 DOI: 10.1126/sciadv.1701610

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