CN101566755B

CN101566755B - 一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法

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Publication number: CN101566755B
Application number: CN2009100851718A
Authority: CN
Inventors: 杨槐; 郭仁炜; 曹晖; 刘会景; 何万里; 孟庆勇; 刘芳
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2009-05-27
Filing date: 2009-05-27
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2029-05-27
Also published as: CN101566755A

Abstract

本发明属于液晶材料应用领域，提供了一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法。本发明将向列型液晶、手性化合物、紫外光可聚合液晶性单体、紫外光可聚合硅氧烷和光引发剂按照一定质量比混配均匀后，注入到预先处理好的PSLC基底组合的薄膜材料中，通过手性化合物从浓度高的基板向浓度低的基板进行扩散，生成连续不同螺距的手征向列相液晶，再对薄膜材料进行紫外光辐照，使紫外光可聚合液晶性单体分子间发生聚合反应，形成高分子网络，使液晶分子的平面织构稳定下来，并最终得到具有宽波反射特性的PSLC材料。本发明薄膜材料能够反射波长范围为300～1500nm的圆偏振光，反射的波宽范围可以精确控制。根据反射波段的不同，该薄膜材料可应用于液晶显示器的光增强膜及红外紫外光屏蔽膜等领域。

Description

一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法

技术领域

本发明属于液晶材料应用领域，提供了一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法。该材料可广泛应用于液晶显示器的光增亮膜及红外紫外光屏蔽膜等领域。

背景技术

手征向列相(N^*)液晶是在向列相液晶中添加手性化合物而形成的，液晶分子排列成层，并沿分子长轴平行于层平面的方向平躺在层中，层与层平行，层内分子大致指向同一个方向，长程取向有序而无位置有序。相邻层之间的液晶分子长轴取向依次规则地旋转一定的角度，相邻两层分子间的取向一般相差15°左右，层层旋转，沿层的法线方向排列成螺旋状结构。螺距P为分子旋转360°时所经过的距离。具有平面织构的N^*相液晶能够选择性反射圆偏振光，从而可以制备反射型圆偏振片，这是N^*相液晶分子周期排列所产生的光学特性，选择性反射入射光的波长λ＝nP，n为液晶材料的平均折射率。单一螺距的N^*相液晶选择性反射入射光的波长范围介于λ_min＝Pn_o和λ_max＝Pn_e之间(n_o和n_e分别为寻常光折射率和非寻常光折射率)；反射光谱带宽Δλ＝λ_max-λ_min＝(n_e-n_o)P＝ΔnP(Δn＝n_e-n_o为双折射率)。在反射光谱带宽内，右旋圆偏振光被右手螺旋结构液晶所反射，而左旋圆偏振光被透过。在反射光谱带宽之外，两种圆偏振光都被透射过去。

宽波反射光学薄膜应用范围广泛，并且商业价值巨大，在高效液晶显示LCD中的光增亮膜、智能节能玻璃以及节能材料领域都有广泛的应用。随着液晶材料成本的降低，生产技术的进一步优化和中国液晶相关产业的进一步完善，宽波反射光学薄膜将成为这些领域重要的组成部分。在高效液晶显示LCD方面，宽波反射光学薄膜可用来制作更有效、体积小、重量轻和更明亮的LCD。目前LCD技术利用光效率低。背光源中只有6％的光被利用，其余的光被浪费在吸收式偏振片和彩色滤色片中。用宽带胆甾相液晶反射式薄膜作为LCD背光源的预置偏振片，LCD的亮度有望增加90％。荷兰科学家Broer领导的研究小组使用N^*相液晶于1995年成功制备了可以反射可见光波长范围的反射型圆偏振片(CN97191106.1，EP0606940.A2)。他们所制备的宽波反射薄膜可以反射整个可见光波长范围(400～750nm)的圆偏振入射光，但是所用原料合成方法比较困难，合成材料价格昂贵。

发明内容

本发明目的是提供一种简单的宽波反射液晶薄膜材料的制作方法，降低合成材料成本。

一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，具体制备工艺为：

(a)将向列型液晶、紫外光可聚合液晶性单体、手性化合物和光引发剂按照一定质量比混配均匀，使混配的混合物具有手征性向列相。其中：向列型液晶的质量分数为10～80％，紫外光可聚合液晶性单体的质量分数为6～10％，手性化合物的质量分数为0.1～15％，光引发剂的质量分数为0.05～5％。所述的紫外光可聚合液晶性单体可为C6M、丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯等，双键官能团的数量为1～4个；所述手性化合物可为S811、CB15、CN、ZLI-4571、ZLI-4572、联二萘酚及其衍生物等；所述的光引发剂选择过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯等。

(b)处理薄膜(包括玻璃、PET膜、聚乙烯膜、PVC膜等)表面，薄膜分为亲水基板和疏水基板，亲水基板表面用重铬酸钾洗液浸泡1～48小时，亲水基板取出后用蒸馏水清洗，100℃下烘干。疏水基板用紫外光可聚合硅氧烷处理，浸泡1～30分钟，疏水基板取出后用蒸馏水清洗，100℃下热固化1～5小时，光可聚合硅氧烷在蒸馏水中的质量分数为1～25％。将上述不同方法处理后的两基板处理面相对组合到一起，间隔垫厚度为10～40μm，将(a)中混配的混合物注入到组合后的上下两基板之间，确保灌注的混配的混合物形成稳定的平面织构液晶器件，对此液晶器件在N^*相温度区域内进行紫外光辐照使(a)中所述混配的混合物中的紫外光可聚合液晶性单体和光可聚合硅氧烷发生交联，形成高分子网络，使得混配的混合物中平面织构稳定下来，从而得到聚合物稳定液晶(PSLC)材料。紫外光波长为365nm，紫外光辐照时间为1～60分钟，紫外光辐照强度为0.1～100mW/cm²。将用重铬酸钾处理后的基板从液晶器件上剥离，聚合物稳定液晶材料保留在用光可聚合硅氧烷处理后的基板上形成PSLC基板，在2块PSLC基板与PSLC基板中间填充的胆甾相液晶组成液晶盒或液晶薄膜，液晶盒或液晶薄膜厚度为100～300μm。

(c)调节N^*液晶中手性化合物的浓度，制备出相对应反射不同光波段的PSLC基板，组合不同PSLC基板，灌入N^*相液晶，再进行紫外光辐照；使紫外光可聚合液晶性单体聚合，紫外光波长为365nm，紫外光辐照时间为1～180分钟，紫外光辐照强度为0.1～100mW/cm²。

在N^*相液晶时进行紫外光辐照，使紫外光可聚合液晶性单体形成高分子网络，将混配液晶的手征向列型织构稳定下来。同时在基板上的光可聚合硅氧烷也与N^*相液晶中的光可聚合液晶性单体发生反应生成高分子网络。由于基板上的光可聚合硅氧烷中双键和N^*相液晶中的光可聚合液晶性单体中双键发生反应，生成网络，从而可以将N^*相液晶平面织构固定到基板上，这种均一的表面结构能够促进手性化合物在玻璃基板上的均匀扩散，从而形成连续螺距差异的N^*相液晶。要求PSLC材料与用光可聚合硅氧烷处理后的基板之间的粘结力大于用重铬酸钾处理基板后的粘结力，这样便能制作PSLC基板。

所述的PSLC薄膜材料中，PSLC薄膜反射波长是通过改变上下PSLC基板上手性化合物浓度差来控制的。由于手性化合物浓度差而产生了手性化合物的扩散，通过手性化合物的扩散来生成不同螺距的N^*相液晶，从而得到精确可控反射波长范围为300～1500nm的反射型薄膜。

所述的PSLC薄膜材料中，混配的N^*相液晶是随手性化合物浓度的增加，其螺距P是逐渐降低的。

本发明在制备PSLC基板过程中，N^*相液晶中可聚合液晶性单体之间也能发生反应，生成高分子网络，由于高分子网络对液晶的锚定作用，将N^*相液晶平面织构固定。同时基板表面的光可聚合硅氧烷与N^*相液晶中可聚合液晶性单体发生反应，也能够生成高分子网络，从而增加了基板和N^*相液晶之间的粘结力，这样便能制备出具有完整平面织构的液晶器件基板。调节手性化合物在N^*相液晶中的浓度，从而可以调节不同PSLC基板对圆偏振光的反射波段，将含有不同浓度手性化合物的PSLC基板进行组合，制备出液晶器件，灌入手性化合物浓度介于两基板手性化合物浓度的N^*液晶，手性化合物在液晶器件两基板之间具有浓度梯度，N^*相液晶螺距呈现不均匀分布，再进行紫外光辐照，使新灌入的N^*相液晶中光可聚合液晶性单体进行聚合，通过形成的高分子网络能够固定住连续不同螺距的N^*相液晶，从而可以达到制备宽波反射薄膜的目的。由于PSLC基板上N^*液晶保持平面织构，表面均匀平整，能够使手性化合物在液晶器件中均匀扩散，从而避免生成N^*相液晶的焦锥织构，这样对圆偏振光的光散射影响较小，宽波反射器件的光反射性能更加优化，从而制备具有反射波长范围为300～1500nm的反射型薄膜。

本发明薄膜材料能够反射波长范围为300～1500nm的圆偏振光，并且该薄膜材料反射的波宽范围可以精确控制。根据反射波段的不同，该薄膜材料可应用于液晶显示器的光增强膜及红外紫外光屏蔽膜等领域。

附图说明

图1是本发明中使用材料的化学结构式，其中图1(1)是本发明中使用的液晶性可聚合单体的化学结构式；图1(2)是本发明中使用的手性化合物(联二萘酚衍生物)的化学结构式；图1(3)是本发明中使用的光可聚合硅氧烷的化学结构式。

图2是本发明制备的宽波反射薄膜的反射光谱图，曲线1为PSLC基板1的反射谱图，曲线2为PSLC基板2的反射谱图，曲线3为组合PSLC基板1和PSLC基板2的反射谱图，曲线4为将介于PSLC基板1和PSLC基板2手性化合物浓度的N^*液晶灌入，通过紫外光辐照后的宽波反射薄膜的反射谱图。实验结果表明通过手性化合物在液晶薄膜中的扩散，并且利用紫外光辐照，可以制备出波长范围为400～550nm的反射型薄膜。

图3和图4分别是PSLC基板1和PSLC基板2的偏光照片，从照片中可以看出，N^*相液晶均呈现平面织构。图5是波长范围为400～780nm的反射型圆偏振片的偏光照片，其中N^*液晶也呈现平面织构。

具体实施方式

实施例1

玻璃基板的制作：将玻璃基板浸泡在重铬酸钾洗液中浸泡1小时，取出玻璃基板后用蒸馏水洗涤，烘干。将另外一玻璃基板浸泡在光可聚合硅氧烷水溶液中浸泡1分钟，取出玻璃基板后用蒸馏水清洗，100℃下加热1小时，将上述两玻璃基板组合，间隔垫厚度为20μm，制作成液晶盒。

^a)质量比：向列型液晶(SLC-1717)/手性化合物/C6M/光引发剂

将样品1灌入到表面处理后的新的液晶盒中，N^*相液晶保持平面织构，对液晶盒进行紫外光辐照，照射强度为30mW/cm²，照射时间为1小时。照射结束后，将重铬酸钾洗液处理面从液晶盒上剥离，得到PSLC基板1。相同方法利用样品3制备PSLC基板2，将样品2灌入两基板中，紫外光辐照后制成宽波反射薄膜材料，反射波长范围为400～750nm。

实施例2

^a)质量比：向列型液晶(SLC-1717)/手性化合物/C6M/光引发剂

制作方法如实施例1，液晶盒厚度为50μm，经过与实施例1相同的紫外光聚合过程后，即得到实施例2的PSLC薄膜材料，反射波长范围为400～550nm(如图2所示)。

比较例

比较实施例1和实施例2，通过改变PSLC基板上手性化合物浓度，可以控制反射波宽的位置。

Claims

1.一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，其特征在于制备步骤如下：

(a)将向列型液晶、紫外光可聚合液晶性单体、手性化合物和光引发剂按照一定质量比混配均匀，使混配的混合物具有手征性向列相即N^*相；其中：向列型液晶SLC-1717/手性化合物/C6M/光引发剂的质量比为：

1)87.6/6.0/6.0/0.4，

2)88.6/5.0/6.0/0.4，

3)90.6/3.0/6.0/0.4，

4)89.6/4.0/6.0/0.4；

(b)处理薄膜表面，薄膜分为亲水基板和疏水基板，亲水基板表面用重铬酸钾洗液浸泡1～48小时，亲水基板取出后用蒸馏水清洗，100℃下烘干；疏水基板用紫外光可聚合硅氧烷处理，浸泡1～30分钟，疏水基板取出后用蒸馏水清洗，100℃下热固化1～5小时，光可聚合硅氧烷在蒸馏水中的质量分数为1～25％；将上述不同方法处理后的两基板处理面相对组合到一起，间隔垫厚度为10～40μm，将(a)中混配的混合物注入到组合后的上下两基板之间，确保灌注的混配体系形成稳定的平面织构液晶器件，对此液晶器件在N^*相温度区域内进行紫外光辐照使(a)中所述混配的混合物中的紫外光可聚合液晶性单体和光可聚合硅氧烷发生交联，形成高分子网络，使得混配的混合物中平面织构稳定下来，从而得到聚合物稳定液晶材料；紫外光波长为365nm，紫外光辐照时间为1～60分钟，紫外光辐照强度为0.1～100mW/cm²，将用重铬酸钾处理后的基板从液晶器件上剥离，聚合物稳定液晶材料保留在用光可聚合硅氧烷处理后的基板上形成PSLC基板，2块PSLC基板与PSLC基板中间填充的胆甾相液晶组成液晶盒或液晶薄膜，液晶盒或液晶薄膜厚度为100～300μm；

(c)对(a)中N^*相液晶中手性化合物的浓度进行调节，能够制备出相对应反射不同光波段的PSLC基板，组合不同PSLC基板，灌入N^*相液晶，再进行紫外光辐照；使紫外光可聚合液晶性单体聚合，紫外光波长为365nm，紫外光辐照时间为1～180分钟，紫外光辐照强度为0.1～100mW/cm²。

2.根据权利要求1所述一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，其特征在于在N^*相液晶时进行紫外光辐照，使紫外光可聚合液晶性单体形成高分子网络，将混配液晶的手征向列型织构稳定下来；同时在基板上的光可聚合硅氧烷也与N^*相液晶中的光可聚合液晶性单体发生反应生成高分子网络；由于基板上的光可聚合硅氧烷中双键和N^*相液晶中的光可聚合液晶性单体中双键发生反应，生成网络，从而能将N^*相液晶平面织构固定到基板上，这种均一的表面结构能够促进手性化合物在玻璃基板上的均匀扩散，从而形成连续螺距差异的N^*相液晶；要求PSLC材料与用光可聚合硅氧烷处理后的基板之间的粘结力大于用重铬酸钾处理基板后的粘结力，这样便能制作PSLC基板。

3.根据权利要求1所述一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，其特征在于该液晶薄膜反射波长是通过改变上下PSLC基板上手性化合物浓度差来控制的，由于手性化合物浓度差而产生了手性化合物的扩散，通过手性化合物的扩散来生成不同螺距的N^*相液晶，从而得到精确可控反射波长范围为300～1500nm的反射型薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，其特征在于混配的N^*相液晶是随手性化合物浓度的增加，混配的N^*相液晶螺距P逐渐降低的。

5.根据权利要求1所述的一种利用聚合物稳定液晶材料制备光增亮膜的方法，其特征在于所述的紫外光可聚合液晶性单体为C6M；所述手性化合物为S811、CB15、CN、ZLI-4571、ZLI-4572、联二萘酚及其衍生物；所述的光引发剂选择过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯。