Lichtinduzierte Generierung von optisch anisotropen Filmen auf der Basis von multi-funktionalen Polymeren
Gegenstand der Arbeit ist die lichtinduzierte Orientierung von multifunktionalen Polymeren, die u.a. für die Herstellung von optischen Schichten in Flüssigkristalldisplays verwendet werden können. Dafür wurden Polymere entwickelt, die wenigstens eine mesogene und eine lichtsensitive Gruppe enthalten. Diese Gruppen zeigen Eigenschaften, die für die Orientierung der kompletten Polymerfilme verantwortlich sind. Das Material wird dafür zunächst in einem ersten Schritt kurz mit linear polarisiertem Licht bestrahlt, wobei richtungsabhängig eine photochemische Reaktion an der lichtsensitiven Gruppe erfolgt und dadurch ein "Orientierungskeim" gelegt wird. Durch die thermische Ausrichtung der mesogenen Gruppen an den photochemisch generierten "Orientierungskeimen" erfolgt die komplette Orientierung des Filmes in einem zweiten Schritt. Dadurch wird eine hohe optische Anisotropie erhalten. Dieses Verfahren wurde als Zwei-Stufen-Bulk-Orientierungsprozess bezeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurden die Photoreaktionen verschiedener lichtsensitiver Gruppen, wie z. B. Azobenzen, Stilben und Zimtsäureester und deren Orientierungsfähigkeit in flüssigkristallinen Polymeren untersucht. Der Orientierungsprozess wurde durch die Wahl geeigneter Bestrahlungsbedingungen optimiert. Die Effizienz der Orientierung wurde anhand der sich verändernden winkelabhängigen Absorptionseigenschaften und der Doppelbrechung des Materials analysiert. Es wurde gezeigt, dass eine effiziente lichtinduzierte Orientierung bei einer Vielzahl von flüssigkristallinen Polymeren realisierbar ist. So wurde z. B. erstmalig gefunden, dass durch eine Photo-Fries-Orientierung eine hohe optische Anisotropie erhalten werden kann. Außerdem wurde eine neue lichtsensitive Gruppe auf der Basis von Donor-Akzeptor-substituiertem Ethen entwickelt, die farbneutral ist und durch polarisiertes UV-Licht sowohl orientiert als auch re-orientiert werden kann. Es wurden weiterhin Polymere entwickelt, die zusätzlich zu den photosensitiven und flüssigkristallinen Einheiten, fluoreszierende Gruppen enthalten. Die Auswahl geeigneter Fluoreszenzverbindungen erfolgte aufgrund ihrer anisometrischen Form, ihrer Ordnungsparameter in einer niedermolekularen Flüssigkristallmischung und ihrer Photostabilität. Das Orientierungsverhalten von ausgewählten Fluorophoren wurde in sechs Ter- und zwei Copolymeren untersucht. Das Prinzip der Orientierung beruht auf einer kooperativen Ausrichtung der Seitengruppen. Aus diesem Grund kommt dem Nachweis der Kooperativität in der vorliegenden Arbeit eine besondere Stellung zu. Durch lichtinduzierte Bulk-Orientierung wurden Filme erhalten, welche durch eine richtungsabhängige Fluoreszenz und Absorption im sichtbaren- oder UV-Bereich charakterisiert sind. Die Fluoreszenz wird durch einige lichtsensitive Verbindungen komplett gelöscht. Die wahlweise erhaltenen anisotropen Filme von farbigen, fluoreszierenden oder farbneutralen Verbindungen, die zudem in kleinen Pixeln von wenigen Mikrometern orientiert werden können, eröffnen vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz von multi-funktionalen Polymeren als optische Schichten in Flüssigkristalldisplays.
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