CN101373233A

CN101373233A - 一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法

Info

Publication number: CN101373233A
Application number: CNA2008102245879A
Authority: CN
Inventors: 杨槐; 胡望; 赵海燕; 曹晖; 宋黎; 李发胜; 杨洲
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2028-10-21
Also published as: CN101373233B

Abstract

一种可由电场控制实现宽波反射的液晶偏振片制造方法，属于功能高分子领域液晶显示技术。通过将一种胆甾相液晶和一种手性离子液体混合而成。将混合好的液晶注入表面经过平面取向的液晶盒或薄膜中，液晶处于透明的平面状态，混合体系仍处于胆甾相的状态下。这时在液晶盒两个玻璃基板上加直流电压，待稳定后直接切换至高频交流电压，由于手性离子在电场作用下的移动，形成了螺距梯度，拓宽了反射波宽，即得到反射宽波段的液晶偏振片，并且所加直流电压不同，反射波宽也不同。其优点在于：反射波宽可通过所加电压来进行调节控制，施加电压越大，反射波宽越宽，是一种智能的宽波反射器件；不用进行紫外照射等工艺，加工简便。可应用在液晶显示器中，或者一些需要利用电压来自行调节反射波宽的节能建筑物上。

Description

一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法

技术领域

本发明属于功能材料液晶显示技术领域，提供了一种能实现宽波反射的液晶偏振片制造方法，使用胆甾相液晶实现宽波反射的液晶偏振片的制造。

背景技术

液晶是自然界中物质存在的一种特殊形态，其与晶体和普通液体不同之处在于在液晶态，液晶分子的质心是无序的(晶体是有序的)，而其指向矢是有序的(普通液体无序)。因而液晶是一种对外场敏感的光学各向异性物质。由于这种特殊的结构，液晶能够对光进行调制，因而被广泛应用在显示领域。

胆甾相液晶是带有手性的向列相液晶。一般有两种来源：一是液晶分子本身带有手性集团，所以自然就是带有螺旋结构的向列相，即胆甾相；另一种情况是在向列相液晶中掺入手性化合物，使向列相的结构发生扭曲，得到胆甾相。在一个单畴体内，胆甾相分子与螺旋轴垂直排列，在垂直于螺旋轴的平面内，可以认为是向列相；在沿着螺旋轴的方向上，胆甾相液晶分子的指向发生连续的改变，其旋转360度时所经过的螺旋轴长度被称为螺距(以P表示)。

由于这种特殊的结构，胆甾相液晶能够对满足布拉格公式：λ＝nP的光线选择性反射(n为液晶的平均折射率)。反射谱的宽度为：(n_e-n_o)P；其中n_e和n_o分别为非寻常光和寻常光折射率。本文中所指宽波即为反射光谱的宽度，其具体定义为反射谱带中达到最大反射率50％的相应波长之差。在可见光范围内，一般反射光谱的宽度是100nm左右。如果想进一步增加反射带宽，在现有的条件下，只能从P上着手。因此出现了各种各样的实现螺距不均匀分布的方法。陈钰雯等人(CN03131368.X)利用在电极上产生非均匀电场的方法，使接近电极的液晶螺距增大，而远离电极的液晶螺距基本不变，从而使反射带宽增大。此种方法的主要不足是需要电极而且是特殊形状的电极，在反射膜中引入电极对其光学性能产生影响，而且电极也难于加工。D.J.Broer等人(CN97191106.1)使用可光聚合的复合材料体系(包括可光聚合胆甾醇丙烯酸酯，可光聚合向列相丙烯酸酯，染料等)，利用非常弱的紫外线(辐射强度小于0.05mW/cm²)进行照射，使单体有充分的时间进行扩散，形成螺距梯度，从而得到对整个可见光波段的选择性反射的偏振片。由于单体在液晶中扩散的程度与紫外强度有关，因此这种方法所形成的带宽对紫外照射强度十分敏感，因此在制造过程中要使用单色光传感器对偏振片进行检测，一旦达到所需带宽，就要立刻提高紫外照射强度。其设备较复杂，比较难控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能实现宽波反射的液晶偏振片制造方法，通过比较简单的工艺，制造一种能够实现宽波反射的液晶偏振片，而且这种偏振片的反射带宽可以根据实际使用需要由电压进行调控，并且不需要紫外聚合。

一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法，其特征在于具体制造工艺为：

(1)手性离子液体的制备：将4—甲基吡啶(5.3ml，0.95g·ml^-1)与碘乙烷(4.5ml，1.95g·ml^-1)溶解在乙二醇二甲醚(50ml)溶剂中，90℃反应回流12小时，减压抽滤提纯出中间产物；将第一步反应产物(5.0ml，1.40g·ml^-1)与2—甲基戊醛(3.5ml，0.81g·ml^-1)在哌啶(0.2ml)的催化作用下，加入到甲醇(50ml)溶剂中，90℃反应回流40小时，后处理(反复萃取洗涤)提纯出手性离子液体，待用。手性离子液体的合成路线见图1。

(2)混合液晶：由一种胆甾相液晶，一种手性离子液体混合而成。其胆甾相液晶是由负性向列相液晶(介电常数为负)和手性化合物混合而成，其中手性化合物的重量百分比含量为：5％—30％，负性向列相液晶重量百分比含量为：70％—95％；手性离子液体的含量为所使用胆甾相液晶含量的9％—11％。

(3)将上述混合好的液晶注入表面经过沿面取向处理的液晶盒(120um)或薄膜中，液晶处于透明的平面状态，混合体系仍处于胆甾相的状态下。这时在液晶盒两个玻璃基板上加直流电压(1V-50V)，在直流电场作用下，手性离子液体向两基板迁移(正离子移向负极，负离子移向正极)，但会出现焦椎织构。待稳定后直接切换至高频(100KHz)交流电压，负性液晶在高频交流电压下可从焦锥织构转换至平面织构。此时，负极板一侧，带正电荷的手性离子浓度大，螺旋扭曲力强，从而使得这一侧的螺距明显变小。而在正极板一侧，螺距略微变大，这样就在垂直于液晶盒基板方向上实现了螺距的梯度分布，形成宽波反射，即得到反射宽波段的液晶偏振片。而且，所加电压不同，手性离子液体的扩散程度不同，从而反射波宽也不同。施加电压越大，反射波宽越宽；施加电压越小，反射波宽越窄；若在实际应用过程中，需要恢复到原始状态，则撤去电压一段时间后即可恢复。

本发明所述的沿面取向处理采用摩擦法，真空镀膜法或化学法。

本发明所使用的向列相液晶，其介电常数为负，即在高频交流电场下为平面取向。

本发明所使用的手性化合物，可以为溶解在负性液晶中的手性添加剂，如S811，CB15，ZLI4572等。

本发明所使用的手性离子液体，可以为吡啶类手性离子液体或咪唑类手性离子液体。

本发明所述的组成成分除上述几种成分：负性向列相液晶，手性化合物，手性离子液体外，还可根据所选成分，工艺及实际需要，决定是否添加可光聚合单体，光引发剂等其它组分。

本发明利用了手性离子液体中的离子在电场作用下可以移动的特点。在电场下，带正电荷的手性离子基团向负极方向移动，从而使负极区域附近手性基团增多，螺旋扭曲力增大，螺距变小；此时，正电极区域附近螺距略微增大。从而在垂至于液晶盒表面方向上形成螺距梯度，达到宽波反射的目的。另外，所加电压不同，离子的扩散程度也不同，造成形成的螺距梯度也不同，宽波反射的波宽也就不同，达到了可以由电压控制调节宽波反射波宽的目的。

优点或积极效果

可以实现宽波段的反射液晶偏振片，并且这种偏振片的反射宽度可以根据实际需要，由所加电场进行控制，因此可以应用在一些需要自行调控的器件上，如智能玻璃，电子纸张，液晶显示器的光增强膜等。此外，这种方法不涉及到紫外聚合或者热聚合等工艺，所以加工设备简单。

附图说明

图1为本发明中使用的手性离子液体合成路线。

图2为本发明中使用的材料的化学结构式及其它相关信息。其中(a)是向列相液晶，其介电常数为负，在高频交流电场下表现为平面取向；(b)是一种手性化合物，溶解于向列相液晶中，可以形成胆甾相液晶；(c)是手性离子液体，常温下为液体，手性集团带正电荷，可以溶解在液晶中，并且离子在电场静电力吸引作用下可以移动。

图3和图4为两种样品的宽波反射图谱。可以看到，随着施加电压的增大，反射波宽逐渐变大。其中，样品1在施加40V电压后，反射带宽基本覆盖了可见光区(430—850nm)；样品2在施加35V电压后，反射带宽在近红外区域(1300—2000nm)。

具体实施方式

液晶盒的制备：用3％的聚乙烯醇水溶液，通过旋涂的方法涂在玻璃基板的一面，在80℃烘烤30分钟，然后用绒布沿一个方向摩擦取向。将两块取向好的玻璃基板沿取向方向用厚度为120μm的聚乙烯垫片粘接，制成沿面取向的液晶盒。

(1)按照如下比例制备样品。

实施样品1的材料配比：

Sample1：CLO-001/S811/手性离子液体＝72％/18％/10％(wt％)。

将样品溶解于乙醇溶剂混合均匀，在真空条件下保持5小时将溶剂挥发干净；然后将混合均匀的样品利用毛细作用灌入制备好的液晶盒中，施加直流电压分别为20V，30V，40V，然后分别直接切换至高频(100KHz)交流电测量透射光谱。其结果如图3所示。

(2)实施样品2的材料配比：

Sample2：CLO-001/S811/手性离子液体＝80％/10％/10％(wt％)。

将样品溶解于乙醇溶剂混合均匀，在真空条件下保持5小时将溶剂挥发干净；然后将混合均匀的样品利用毛细作用灌入制备好的液晶盒中，施加直流电压分别为15V，25V，35V，然后分别直接切换至高频(100KHz)交流电测量透射光谱。其结果如图4所示。

上述测试过程中使用的仪器是紫外—可见—近红外分光光度计(JascoV-570)。需要说明的是，在测试每条曲线的时候，要求先通直流电，待稳定后直接切换成高频交流电，使液晶分子呈现平面取向，从而保证每条光谱曲线的测量，都是在胆甾相平面织构下测量的。从图3和图4的透射光谱上可以看到，随着施加电压的增大，反射波宽逐渐增大。其中样品1在40V电压下，其反射光谱几乎可以覆盖可见光区域；样品2在35V电压下，其反射光谱覆盖了1300—2000nm的近红外区域。

Claims

1.一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法，其特征在于：具体制造工艺为：

a.混合液晶：由一种胆甾相液晶，一种手性离子液体混合而成，胆甾相液晶是由介电常数为负的负性向列相液晶和手性化合物混合而成，胆甾相液晶中手性化合物的重量百分比含量为：5％—30％，负性向列相液晶重量百分比含量为：70％—95％；手性离子液体的含量为所使用胆甾相液晶含量的9％—11％；

b.将上述混合好的液晶注入表面经过沿面取向处理的120um液晶盒或薄膜中，液晶处于透明的平面状态，混合体系仍处于胆甾相的状态下；这时在液晶盒两个玻璃基板上加1V-50V直流电压，待稳定后直接切换至100KHz高频交流电压，即得到反射宽波段的液晶偏振片；所反射波宽范围由施加电压大小进行调控。

2.按照权利要求1所述的一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法，其特征在于：所述的沿面取向处理采用摩擦法，真空镀膜法或化学法。

3.按照权利要求1所述的一种选择反射波宽电场可控的圆偏振片的制备方法，其特征在于：所述的向列相液晶，其介电常数为负，即在高频交流电场下为平面取向；所述的手性离子液体为吡啶类手性离子液体或咪唑类手性离子液体。