CN101710192A - 一种超宽波反射液晶偏振片的制备方法 - Google Patents

一种超宽波反射液晶偏振片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超宽带反射液晶偏振片的制备方法，属于液晶材料应用及相关技术领域。混合液晶：将单和/或多光可聚合基团液晶性单体、紫外光吸收剂及光引发剂混合而成；将上述配好的液晶注入作沿面取向处理的液晶盒或薄膜中，液晶处于透明的平面织构状态；在高于混合液晶胆甾相-近晶A相(Ch-SmA)相转变点以上10℃以内的温度经紫外光辐照聚合，多光可聚合基团液晶性单体随聚合的进行向着紫外光源一侧扩散，导致远离紫外光源的一侧Ch-SmA转变温度升高，聚合后得到TGB相和Ch相共存薄膜，为具有超宽波反射特性的高分子液晶偏振片。本发明所述描述的制备方法制备这种偏振片的制作工艺简单，容易实现规模化生产。

Description

一种超宽波反射液晶偏振片的制备方法
技术领域
本发明属于液晶材料应用及相关技术领域，特别涉及一种具有超宽波反射特性的液晶偏振片的制备方法。
背景技术
目前被广泛用于液晶显示器的偏振片是上世纪20年代发展起来的吸收型偏振片。尽管该类偏振片价格低廉，但仍存在许多缺点和不足，例如光损耗大，工作环境受限等。而反射式偏振片由于其优异的性能而具有广阔的应用前景。这类偏振片是由具有胆甾相有序液晶复合材料开发的，已有了直接的应用，如液晶显示器的光增强膜、可切换的节能/隐私窗以及节能的反射式涂层。
众所周知，胆甾相液晶由于其特殊的螺旋结构使其具备许多独特的光学性能，如圆二色性、选择反射和旋光性等。正是这些光学性能，使得胆甾相液晶材料在全彩色显示、信息显示及存储材料、反射式偏振片、装饰材料及反射颜料等方面具有广阔的发展潜力。
胆甾相液晶的选择性反射遵循布拉格公式：λ＝nP。其中，λ为反射光波长，n为液晶的平均折射率，P为胆甾相液晶的螺距。反射带宽为：|neP-noP|，其中ne和no分别为液晶的非寻常光折射指数和寻常光折射指数，本文中所指“宽波”就是反射带的宽度，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。一般而言，由于大部分透明材料的平均折射率n在0.3左右，在可见光区，胆甾相液晶的反射带宽是100nm左右。，如果想进一步增加反射带宽，只能从P上着手。因此出现了各种各样的实现螺距不均匀或梯度分布的方法。如何将所建立的液晶基元的螺旋排列和螺距梯度分布有效而长期稳定地固定下来，是获得具有优良光学性能的宽带液晶偏振片的关键所在。前期的国内外研究结果表明，交联的高分子网络对胆甾相液晶体系内螺距梯度的形成具有重要意义。D.J.Broer等人(CN97191106.1)使用光可聚合的复合材料体系(包括光可聚合手性丙烯酸酯、光可聚合向列相丙烯酸酯、染料等)，利用弱的紫外线(辐射强度小于0.1mW/cm2)进行照射，由于紫外吸收色素的存在，在复合材料中形成紫外光强度梯度。在紫外光强度较高的一侧，手性单体的分子间较易发生交联反应，手性单体浓度减小。在紫外光强度较低的一侧，手性单体的分子间发生交联反应较难，手性单体浓度较高。在紫外光引发手性单体发生分子间交联反应的过程中，手性单体由浓度较高一侧(紫外光强度较低)向浓度较低一侧(紫外光强度较高)进行扩散。因此，在复合材料中紫外光强度较高的一侧液晶复合材料分子所形成的螺旋排列的螺距较小，而在相对一侧分子螺旋排列的螺距较大。由于在复合材料中形成分子螺旋排列的螺距梯度，从而得到对整个可见光波段(带宽300nm以上)选择性反射的偏振片(即反射与其螺旋方式相同的入射光)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超宽带反射液晶偏振片的制备方法，通过优化的配方、简单的工艺，制备能够实现超宽波反射液晶偏振片，克服反射波宽窄、工艺复杂、应用面窄的缺点。
本发明一种超宽带反射液晶偏振片的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：混合液晶：将单和/或多光可聚合基团液晶性单体、紫外光吸收剂及光引发剂混合而成；
其中：光可聚合液晶性单体在最终使用的材料中的含量为90％-99.5％，紫外光吸收染料含量为0.1％-10％，光引发剂的含量为光可聚合液晶性单体的0.1％-10％。
步骤2：将上述配好的液晶注入作沿面取向处理的液晶盒或薄膜中，液晶处于透明的平面织构(planar texture)状态；在高于混合液晶胆甾相-近晶A相(Ch-SmA)相转变点以上10℃以内的温度经紫外光辐照聚合，多光可聚合基团液晶性单体随聚合的进行向着紫外光源一侧扩散，导致远离紫外光源的一侧Ch-SmA转变温度升高，聚合后得到TGB相和Ch相共存薄膜，为具有超宽波反射特性的高分子液晶偏振片。
所述的混合液晶中还可以添加手性添加剂；含量为1％-30％
所述的手性添加剂为胆甾醇及其衍生物或纤维素及其衍生物。
所述的光可聚合基团液晶性单体为手性的或非手性的。
所述的光可聚合基团液晶性单体的光可聚合基团为丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、二乙酰基或环氧基。
所述的手性的光可聚合基团液晶性单体的手性基元为胆甾醇、手性异戊醇、手性苯基乙二醇和异山梨醇。
所述的光引发剂为过氧化二苯甲酰、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。
所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类、烯类、偶氮类或膦盐。
所述紫外光辐照的照射强度为：0.001-100mW/cm2。
所述沿面取向处理为摩擦法、真空镀膜法或化学法。
在本发明中，由于紫外吸收剂具有紫外吸收特性，在紫外光的传播方向上存在紫外光强度梯度，紫外光强度强的区域光可聚合液晶性单体的聚合速度较快，反之则较慢，沿紫外光的传播方向上光可聚合液晶性单体的聚合速度逐渐减弱。同时，多光可聚合基团液晶性单体的聚合速度较单光可聚合基团液晶性单体的聚合速度要快，远离紫外光源一侧的未聚合多光可聚合液晶性单体将逆紫外光传播方向而向靠近紫外光源一侧扩散，导致远离紫外光源一侧混合液晶的Ch-SmA转变温度升高，在聚合温度不变的条件下远离紫外光源一侧的混合液晶将由Ch相转变为TGB相，聚合后形成靠近紫外光源一侧为Ch相而远离紫外光源一侧为TGB相的薄膜。Ch相部分具有小到0.35μm的螺距，而TGB相部分则有大到9μm的螺距，这样的螺距梯度决定了该薄膜可作为具有超宽波反射特性的液晶偏振片。(形成的螺距梯度分布在0.3-10μm的范围内，可选择性反射约500-15000nm的入射光.)
本发明所述的组成成分除上述几种成分：光可聚合液晶性单体、手性添加剂、光引发剂外，还可根据所选成分、工艺及实际需求，决定是否添加、阻聚剂、紫外固化胶等其它组分。
本发明的优点在于：
1.具有超宽的反射带，可不用叠加，而在一层材料内实现从可见光到近红外光再到中红外光的反射。且这种偏振片的制作工艺简单，容易实现规模化生产。
2.本发明所用主要液晶单体材料为光可聚合，通过紫外光聚合成为交联聚合物网络，具有良好的热机械稳定性和良好的耐侯性。
附图说明
图1为本发明中的一系列光可聚合基团液晶性单体的化合物结构式。
图2为本发明中的一系列紫外光吸收剂的化合物结构式。
图3为本发明实施例1所制得的反射式偏振片的透射谱图。
图4为发明实例例1所制得的反射式偏振片的断面扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
实例一
混合液晶：多丙烯酰基光可聚合液晶性单体A1，含量为12.9％、单丙烯酰基光可聚合液晶性单体A2含量为38.7％、手性单丙烯酰基光可聚合液晶性单体A3含量为46.4％、紫外光吸收剂采用烯类含量为1.5％、引发剂采用Irgacure 651，含量为0.5％，混合均匀；该混合物的相转变行为：C45SmA102Ch151I。将混合物在120℃时灌入厚度为60μm的经摩擦后呈反平行取向处理的液晶盒内，使混合物呈平面排列，降温到109℃，在波长为365nm，强度为0.065mW/cm2的紫外光下照射30分钟，固化交联后得到反射波长在550-12000nm之上的液晶偏振片(如图1)。所得反射式偏振片的断面结构扫描电子显微镜照片如图2所示。
实例二
混合液晶：多二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体B1含量为14.8％、单二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体B2含量为44.7％、单二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体B3含量为32.7％、手性添加剂采用胆甾醇，含量为5.2％，紫外吸收剂采用膦盐，含量为1.8％、引发剂采用Irgacure 651，含量为0.8％，混合均匀；该混合物的相转变行为：C38SmA95Ch137I。将混合物在115℃时灌入厚度为60μm的经摩擦反平行取向处理的液晶盒内，使混合物呈平面排列，降温到101℃，在波长为365nm，强度为0.3mW/cm2的紫外光下照射30分钟，固化交联后得到反射波段在500-14000nm的液晶偏振片。

Claims (10)

1.一种超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：混合液晶：由单和/或多光可聚合基团液晶性单体，紫外光吸收剂及光引发剂，混合而成；
其中：光可聚合液晶性单体在最终使用的材料中的含量为90％-99.5％，紫外光吸收剂含量为0.01％-10％，光引发剂的含量为光可聚合液晶性单体的0.1％-10％；
步骤2：将上述配好的液晶注入作沿面取向处理的液晶盒或薄膜中，液晶处于透明的平面织构状态；在高于混合液晶胆甾相一近晶A相Ch-SmA相转变点以上10℃以内的温度经紫外光辐照聚合，多光可聚合基团液晶性单体随聚合的进行向着紫外光源一侧扩散，导致远离紫外光源的一侧Ch-SmA转变温度升高，聚合后得到TGB相和Ch相共存薄膜，为具有超宽波反射特性的高分子液晶偏振片。
2.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述的混合液晶中还可以添加手性添加剂；手性添加剂的含量为1％-30％。
3.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述的光可聚合基团液晶性单体的光可聚合基团为丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、苯乙烯基、二乙酰基或环氧基。
4.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述的光可聚合基团液晶性单体为手性或非手性。
5.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述的光引发剂为过氧化二苯甲酰、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。
6.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述紫外光吸收剂为二苯甲酮类、烯类、偶氮类或膦盐。
7.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述紫外光辐照的照射强度为：0.001-100mW/cm2。
8.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：所述沿面取向处理为摩擦法、真空镀膜法或化学法。
9.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：多烯酸酯光可聚合液晶性单体，含量为12.9％、单烯酸酯光可聚合液晶性单体含量为38.7％、手性单烯酸酯光可聚合液晶性单体含量为46.4％、紫外光吸收剂采用烯类含量为1.5％、引发剂采用Irgacure 651，含量0.5％，混合均匀；将混合物在115℃时灌入厚度为60μm的经摩擦反平行取向处理的液晶盒内，使混合物呈平面排列，降温到101℃，在波长为365nm，强度为0.3mW/cm2的紫外光下照射30分钟，固化交联后得到反射波段在500-14000nm的液晶偏振片。
10.根据权利1所述的超宽带反射液晶偏振片的制备方法，其特征在于：多二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体含量为14.8％、单二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体含量为44.7％、单二丙烯酸酯光可聚合液晶性单体B3含量为32.7％、手性添加剂采用胆甾醇，含量为5.2％，紫外吸收剂采用膦盐，含量为1.8％、引发剂采用Irgacure 651，含量为0.8％，混合均匀；将混合物在115℃时灌入厚度为60μm的经摩擦反平行取向处理的液晶盒内，使混合物呈平面排列，降温到101℃，在波长为365nm，强度为0.3mW/cm2的紫外光下照射30分钟，固化交联后得到反射波段在500-14000nm的液晶偏振片。
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