The alignment and optical properties of ferroelectric liquid crystal cells with alignment films of benzylideneacetophenone (chalcone) side chain polymer treated by a linearly polarized UV light irradiation were investigated.
The polymer films were exposed to linearly polarized UV light and characterized by using UV and FT-IR spectroscopies. The absorption spectra of UV have a maximum point at 290nm and two isosbestic points at 238nm and 258nm. The gradual decrease at long absorption band of UV and the changes of IR spectra as the irradiation times increased resulted from cycloaddition and isomerization reaction of the chalcone based side chains.
The UV dichroism $(A_para-A_perp)$ was measured to confirm the anisotropic changes of alignment films and observed a maximum value at low exposure energy (0.5 J/㎠). It implied that anisotropic photoisomerization of alignment films have occurred in the early stage of irradiation because of low energy requirement. But the large UV dichroism did not lead to always the good alignment condition of LCs because anisotropy by the isomerization without dimerization was feeble for heat and light energy. The direction of LC alignment and order parameter on the alignment films were determined by monitoring the dichroism of dichroic dye (disperse blue 14, Aldrich Co.) dissolved in nematic LC (E7) because the orientation of dye molecules dissolved in LC followed LC molecules.
The texture of FLC cells with a linearly polarized UV irradiation times were observed with a cross-polarizing optical microscope. When a linearly PUVL have irradiated for more than 5min, well-aligned defect-free cells were observed and obtained high contrast ratios. These microscopic results and high contrast ratios confirmed that the defect-free state was achieved. Pretilt angle of alignment films and layer spacing of FLCs in the SSFLC cells was measured by crystal rotation method and X-ray diffraction method respectively. We observed that the photo-alignment method of using chalcone based side chain polymer as an alignment layer and a linearly polarized UV irradiation instead of rubbing satisfied geometric conditions for stable C2 structure.
Electro-optical measurements have been performed to study the characteristics of FLCs display. The voltage-transmission curve of SSFLC cells showed a typical hysteresis loop resulted from bistability of FLC molecules. The azimuthal anchoring energy of E7 on a chalcone based side chain polymer surface increased as exposure energy increased. The response time of the FLC cells had microsecond order, which is fast enough to realize high speed moving images.
Benzylideneacetohenone (chalcone)을 기본으로 하는 측쇄기를 가진 고분자를 강유전성 액정의 배향을 위한 배향막으로 사용하였다. 이 고분자 필름은 선편광 된 UV 조사에 의해 이방적 가교결합이 일어난다.
고분자 막의 광화학적 변화를 관찰하기 위해서 UV와 FT-IR 스펙트럼을 조사하였다. UV 흡수 스펙트럼에서 238nm 아래의 짧은 파장대에서와 290nm 근방에서 스펙트럼의 감소를 그리고 두개의 isosbestic점을 관찰할 수 있었다. 그리고 IR 스펙트럼에서는 $1604 cm^{-1}$의 conjugated C=C 이중결합의 세기가 UV을 조사함에 따라 감소하였고, 1662cm-1의 불포화 된 ketone 의 C=O 세기가 감소하고 부분적으로 aryl ketone 의 C=O 값인 $1685cm^{-1}$로 이동되었다. 이러한 결과를 통해서 chalcone을 기본으로 하는 측쇄기가 선편광 된 UV 조사에 의해 cycloaddition 반응과 이성질화 반응이 일어남을 알 수 있었다.
배향막의 이방적인 변화를 확인하기 위해서 UV dichroism을 측정하였는데 낮은 조사 에너지 (0.5J/㎠)에서 최대값을 얻었다. 이것은 배향막의 이방적인 광 이성질화가 낮은 에너지 필요량 때문에 UV 조사의 초기단계에서 일어남을 의미한다. 그러나 큰 UV dichroism이 항상 액정을 잘 배향시키는 것은 아니다. 왜냐하면 중합반응 없이 단지 이성질화에 의한 이방성은 열과 빛 에너지에 매우 약하기 때문이다. 그리고 이것은 FLC 셀의 회전에 따른 투과도를 측정함으로써 확인되었다. 액정의 배향 방향과 질서도가 네마틱 액정에 녹인 dichroic 염료의 dichroism을 측정함으로써 결정되었다. 러빙 셀에서는 액정이 러빙방향에 평행하게 배향하고 광배향 셀에서는 선편광 된 UV방향에 수직방향으로 배향됨을 관찰하였다. 그리고 액정의 질서도는 조사된 UV 에너지가 증가함에 따라 증가하고 2J/㎠ 이상에서 포화 된 값을 가지는 것을 관찰하였다.
강유전성 액정 셀의 텍스처가 선편광 된 UV 조사 시간에 따라 편광 현미경을 통해 관찰되었다. 선편광 된 UV 조사 시간이 5분 이상에서 잘 배향된 결함 없는 셀을 관찰하였고 높은 명암비 (70:1)를 얻을 수 있었다. 따라서 고분자 필름의 광에 의한 중합방법이 분해에 의한 방법에 비해 적은 에너지를 요구함을 알았다. 이러한 현미경 결과와 높은 명암비는 결함 없는 셀이 만들어 졌다는 증거가 된다.
배향막의 선경사각이 결정 회전법에 의해 측정되었고 SSFLC에서 강유전성 액정의 layer spacing이 X-선 회절법에 의해 측정되었다. 이것을 통해 chalcone을 기본으로 하는 측쇄기를 가진 고분자를 배향막으로 사용하고 광 배향법을 이용하면 안정한 C2 구조를 위한 기하학적인 조건을 만족시킬 수 있음을 알았다.
강유전성 액정의 디스플레이 특성을 연구하기 위해 전기 광학적 측정이 이루어 졌다. SSFLC 셀의 전압-투과도 곡선은 강유전성 액정의 쌍안정성에 기인한 전형적인 이력곡선을 보였다. 배향막의 azimuthal anchoring 에너지는 UV 조사 에너지가 증가할수록 증가하였다. 그리고 강유전성 액정의 응답속도는 고화질의 동영상 구현이 가능한 microsecond 대의 속도를 가졌다.
