1.2.3 液晶的取向原理

在观察液晶的微观结构或进行应用时，一般需要制作样品液晶盒。通常液晶盒是由上下基板贴合构成的，液晶在上下基板表面的排列取向对液晶的实际应用至关重要。如图1-10所示，图（a）展示的是没有经过取向的基板上的液晶分子，图（b）展示的是经过配向的基板上的液晶分子。

图1-10 取向前后基板上的液晶分子排列取向的示意图

在液晶和基板（取向膜）的相互作用下可以产生如图1-11所示的几种取向形态。为了使液晶在基板上按照一定的方向进行排列取向，Mauguin等人认识到在液晶盒内，表面经过充分处理后可以使液晶取向，他用镜头纸擦拭玻璃面获得部分表面排列。其他人用棉花或类似的材料在玻璃面上单方向摩擦，可以获得细微沟纹，这样就增强了液晶排列。在液晶应用于显示设备时，为了获得更好的排列，开发了许多不同的排列技术，如取向膜技术。不能忽略的是，尽管宏观上的排列已经了解清楚，但是分子内部的内在原因到现在还尚未弄清楚。

图1-11 取向形态

通常显示要求的取向膜需要满足以下条件：①为了实施Rubbing处理，膜自身的机械强度要足够；②和下基板的密着性要很好；③在Rubbing处理后，因为要洗净膜表面，所以要有耐溶剂性；④要有即使经过后工程的热处理，取向能力也不会消失的热稳定性；⑤要有和液晶的亲和性，但不能反应。满足这些条件并且能提供实际使用的材料，仅有聚酰亚胺（Polyimide，PI）材料。

通过摩擦使液晶分子排列的机理如下。

第一，通过摩擦形成细小的沟，液晶分子沿着这些沟排列，如图1-12所示。经过摩擦处理，取向膜表面有细微凹凸形成。在取向膜和液晶界面，液晶分子按变形最小方向取向。

第二，通过摩擦剪断取向膜分子间应力，取向膜延伸，在取向膜分子和液晶分子的长轴方向一致的地方，能量最稳定，液晶分子能在该处稳定排列取向，如图1-13所示。经过摩擦处理，取向膜分子按摩擦方向延伸。因PI分子锁和液晶分子间力的作用，液晶分子按摩擦方向取向。

图1-12 第一种机理的示意图

图1-13 第二种机理的示意图

矩形和梯形模式将导致均一平面排列，锯齿结构被认为将导致垂直或平面排列，这主要取决于表面结构的倾斜程度，也就是说与锯齿的角度有关。一般来说第二种机理的效果较大。