图案化液晶配向层的软刻蚀制备及应用研究

摘要

近年来，随着光通信、液晶显示以及光电子集成电路的发展，人们对液晶的研究日益重视，各种新型的液晶器件层出不穷。其中，液晶光栅作为一种重要的光学器件，以其质量轻、集成度高、低功耗等特性已被广泛应用于防伪、光波导、波束控制以及3D显示等各个领域。
　　液晶光栅的制备方法很多，以利用图案化配向层控制液晶排列的方法最有代表性。该方法将图案化技术与液晶配向技术相结合，通过对配向层进行不同的处理来控制表面液晶的周期性排列，进而获得液晶的混合构型与多畴结构。它不受液晶材料的限制，实现方式多样，可以制备各种高精度的液晶光栅。
　　另一方面，软刻蚀作为一种新型的快速成型方法，能够为图案化液晶配向层的制备提供一种全新的途径。它不仅能够胜任各种液晶配向层材料的图案化，而且能够有效地控制配向层表面的化学特性，这对液晶配向来说有着巨大的优势。此外，与其他液晶配向层图案化的方式相比，它能够在各种曲面或者柔性材料的表面快速地得到其他方式难以获得的具有复杂结构的配向层，因此具有很大的研究价值。
　　本论文的研究课题就是利用改进的MIMIC技术制备具有浮雕结构的PVA液晶配向层，进而与液晶掺杂POSS纳米粒子诱导垂直配向的技术相结合制备液晶光栅。文中详细介绍了液晶电光测试系统的框架构建以及各个模块的具体实现，对制备图案化PVA液晶配向层进而获得液晶光栅的各个工艺流程进行了讨论，并通过理论仿真的方式对液晶光栅性能进行分析。实验结果表明，该方法能够有效地在基板上的特定区域内获得图案化PVA配向层，进而得到具有垂直配向与混合配向结构交替的液晶光栅，该光栅对入射偏振光的衍射效率随液晶盒子两侧电压的改变而变化，其衍射特性与理论仿真结果相一致。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 软刻蚀技术

1．1．1 软刻蚀技术概述

1．1．2 弹性模板

1．1．3 微接触印刷技术(μCP)

1．1．4 复制成型技术(REM)

1．1．5 转移微成型(μTM)

1．1．6 溶剂辅助微成型技术(SAMIM)

1．1．7 毛细管微成型(MIMIC)

1．1．8 MIMIC的发展与应用

1．2 液晶光栅

1．2．1 液晶光栅概述

1．2．2 图案化配向层的制备方法

1．2．3 液晶光栅的应用

1．3 课题选题的意义和创新点

1．4 本章小结

第二章 液晶电光测试系统的搭建

2．1 实验仪器以及测试光路

2．2 整体框架的构建

2．3 波形采集模块的实现

2．3．1 测量参数设置部分

2．3．2 数据采集显示部分

2．3．3 波形采集模块操作界面

2．4 信号发生模块的实现

2．4．1 定时参数设置部分

2．4．2 信号生成与输出部分

2．4．3 信号发生模块操作界面

2．5 数据保存与曲线绘制

2．6 实验结果与分析

2．7 本章小结

第三章 液晶光栅的制备

3．1 实验材料与仪器

3．2 PDMS模板的制备

3．2．1 工艺流程

3．2．2 讨论

3．3 PVA溶液的制备

3．3．1 工艺流程

3．3．2 讨论

3．4 图案化PVA薄膜的制备

3．4．1 工艺流程

3．4．2 讨论

3．5 液晶盒子的装配

3．5．1 工艺流程

3．5．2 讨论

3．6 实验结果与分析

3．6．1 PVA配向层形貌结构分析

3．6．2 液晶配向结果分析

3．6．3 液晶光栅衍射特性分析

3．7 本章小结

第四章 液晶光栅的仿真研究

4．1 液晶光栅模型

4．2 液晶光栅仿真原理

4．2．1 液晶指向矢分布的模拟

4．2．2 有效折射率的计算

4．2．3 矩形光栅

4．3 算法的实现

4．4 实验结果与分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 不足与展望

参考文献

致谢