CN102778718A

CN102778718A - 一种制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法

Info

Publication number: CN102778718A
Application number: CN2012102330793A
Authority: CN
Inventors: 杨槐; 李克轩; 王菲菲; 曹晖; 武晓娟; 刘芳
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2012-11-14

Abstract

一种制备反射型液晶偏振片的方法，属于液晶材料应用领域。用负介电各向异性小分子向列相液晶、液晶性单体、手性化合物、紫外吸收剂、光引发剂混配出具有负介电各向异性的手征向列相液晶复合体系，然后将复合体系灌入用镀有ITO导电膜的玻璃基板制作的液晶盒中，或者用镀有ITO导电膜的塑料薄膜将液晶复合体系压制成膜，并在通电过程中使用紫外光诱导可聚合单体聚合，体系中的紫外吸收剂可诱导螺距梯度，而聚合过程中通电可改善聚合物薄膜的平面取向。优点是：偏振片具有高的反射率与透过率；偏振片的反射带宽足够宽，能够反射所有可见光；反射区域可根据手性化合物和手性可聚合单体的含量进行任意调节；偏振片的制作工艺简单，制作成本低。

Description

一种制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法

技术领域

本发明属于液晶智能与显示材料应用技术领域，特别涉及一种具有高性能的宽波反射特性的液晶偏振片的制备方法，这种方法处理后液晶薄膜材料的各种光学性能均得到明显改善，可以广泛应用于液晶显示、智能玻璃及其相关领域的研究中

背景技术

液晶自从1888年发现以来，在近20年来得到蓬勃的发展。从开始流行的电子表，到液晶电视、手机，再到现在的电子纸、电子书，人们日常生活中液晶的应用越来越广泛。当液晶显示技术日新月异的同时，节能环保又成为我们将要面对的新课题。

目前被广泛用于液晶显示器的偏振片是吸收型偏振片。其原理是通过二色性染料碘分子或者碘盐分子的定向排列，吸收某一方向的偏振光，而允许垂直方向的偏正光透过。这种偏振片的缺点是光损耗大，一般透光率只有43%左右；且工作环境受限，受潮受热后易退偏振。

我们知道，绝大多数液晶自身不会发光，需要有背光源系统提供光源，液晶显示器的亮度在一定程度上影响着图像的质量。由于背光源系统占整个主机的电耗比重很高，因此增加背光源本身的亮度非明智之举。使用光增亮膜可以显著增加液晶显示屏的光利用率和亮度，从而降低液晶显示屏的背光源灯管的耗电量。另外，便携式液晶显示器如笔记本电脑、手机等，节能为其重要需求，使用光增亮膜不仅可以提升显示亮度而且可以增长待机时间，节能效果优异，这种光增亮膜可以通过具有宽波反射特性胆甾相液晶薄膜来制备。

胆甾相液晶分子独特的螺旋状结构决定了它特殊的光学特性，例如选择性反射、圆二色性、旋光性等性质，使胆甾液晶在诸多领域有着广泛的应用，常常被用来制备具有节能环保功能的光学器件。

发明内容

本发明目的在于提供一种宽带反射液晶偏振片的制备方法，通过简单的工艺，制备能实现宽波反射的液晶偏振片，克服了工艺比较复杂，比较难控制的缺点。

一种制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：将重量百分比为30wt％~95wt%的主体负介电各向异性小分子液晶或者双频液晶材料中引入重量百分比为0wt%~30wt%的手性化合物或者手性可聚合单体，4wt%~60wt%的液晶性光可聚合单体，液晶性光可聚合单体可为手性液晶性单体或者向列相液晶性可聚合单体，0.01wt%~10wt%的紫外光吸收剂和0.01wt%~10wt%的光引发剂，混配出具有负介电各向异性的手征向列相液晶复合体系；

步骤2：然后把上述介电各向负性的液晶复合体系灌入用镀有ITO导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，或者用镀有ITO导电层的塑料薄膜将液晶复合体系压制成液晶薄膜，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶复合薄膜的厚度；

步骤3：使用交流电场控制上述液晶复合薄膜中负介电各向异性液晶或者双频液晶分子取向，使之处于很好的平面织构状态，电场频率为2Hz~999MHz；

步骤4：在保持施加外电场的情况下，使用紫外光辐照液晶复合薄膜，制备成聚合物稳定液晶薄膜；保持外电场的施加时间大于3min，紫外光强度为1μW/cm²~3mW/cm²。

上述的小分子液晶材料可以为负介电各向异性小分子液晶材料（能够用正介电各向异性小分子液晶加入大的负介电各向异性物质替代）或者双频率小分子液晶材料，最终可以得到具有负介电各向异性或者双频率特性的液晶复合体系，从而在交流电场作用下能够使液晶复合体系中的分子平行取向。

上述液晶复合体系中所用液晶性可聚合单体是一种或者多种手性液晶性单体，或者由非手性液晶性单体与手性非液晶性单体混合，以下为可用于本发明中的液晶性可聚合单体，但不局限于这些材料：

上述液晶复合体系中所用液晶性单体是单官能单体，或者是双官能度或者多官能度单体。

本发明所述的将液晶复合体系压制成液晶薄膜可以是使用覆膜机或者压胶机仪器与TAC膜将小分子液晶混合物压制成膜。

本发明所使用的手性化合物，为可以溶解在向列相液晶中的手性添加剂，如S811，R811，R1011，CB15，ZLI-4572等；本发明所使用的光引发剂，为安息香异丙醚（光引发剂651）或二苯甲酮，但不局限于这些材料。

所述的在紫外光聚合的过程中同时施加交流电场控制液晶分子的取向，使之保持液晶分子平面织构的状态，减少聚合过程中分子扩散与分子热运动对液晶分子与平行基板排列的影响。

本发明可以直接通过玻璃板或者塑料薄膜内侧的ITO导电层对液晶分子施加电场，控制液晶分子取向，或通过在玻璃板或者塑料薄膜的外侧施加大的电场对液晶分子进行取向控制。

本发明可以通过调整手性添加剂或者手性化合物的含量控制所制备的聚合物稳定液晶复合薄膜的反射带宽；聚合物稳定液晶复合薄膜能反射可见光波段，也能反射红外光波段。

本发明所述的液晶薄膜的厚度为5μm~300μm。

优点或积极效果

1.本发明材料来源广泛，合成简单，成本低廉，加工简便，有利于大面积生产。

2.本发明所使用的高频电场对液晶分子取向，可以得到很好的平面取向效果。并且相对于传统的摩擦取向工艺，避免引入杂质和静电，可以大大提高胆甾相液晶器件的透过率和反射率。

3.本发明所制备的宽波反射液晶器件具有高的反射率和透过率，液晶器件的反射带足够宽，能够覆盖可见光范围，

4.本发明可通过选择所需的不同手性添加剂、手性单体、调整样品比例及聚合条件，可以得到预先设定的反射波宽和反射中心。

附图说明

图1.所使用的材料的分子式。

图2.聚合前样品1的液晶织构。

图3.聚合后样品1的液晶织构。

图4.聚合前后样品1的透过波谱。

图5.不同电场频率下样品1的透过率波谱。

图6.不同电场强度下样品1的透过率波谱。

图7.样品1，2，3和4在施加相同外加电场条件下样品在聚合前后的透过率波谱。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施实例1

使用手性可聚合液晶性单体CM，手性添加剂ZLI-4572，染料Dye，负性小分子向列相液晶N-LCN3和光引发剂Irg651按照质量含量百分比为CD/CM/N-LCN3/Dye/Irg651＝0.6/30.0/67.1/1.7/0.6混配样品1，图1为所使用的材料的分子式。

在避光反而条件下将混合物加热至各向同性态，搅拌混合均匀，缓慢降温至室温下，样品呈现胆甾相。将混合均匀的液晶样品1注入有平行取向层的30μm厚的ITO玻璃液晶盒中。

在保持外加电场的情况下，使用紫外光聚合液晶薄层，制备成高分子稳定液晶薄膜。外加电场的强度为60.0V，频率为50.0kHz。保持外加电场的时间大于3min，在40°C条件下用紫外光强度为0.05mW/cm²的365nm的紫外光辐照1h。由图2可知，聚合前样品为平面织构，对样品施加60.0V，50.0kHz的电场后，样品的透过率得到明显改善；如图3可知，聚合后，由于电场的取向作用，得到的样品的平面织构取向很好，并且样品的透过率很高并且可反射400nm-900nm范围的宽波反射液晶器件，如图4所示。

实施实例2

混配样品1，并将样品1注入有平行取向层的30μm厚的ITO玻璃液晶盒中。对样品施加60V的外加电场，在40°C条件下用紫外光强度为0.05mW/cm²的365nm的紫外光辐照1h。改变施加电场的频率，分别为0.0Hz，5.0Hz，40.0Hz，100.0Hz，5.0kHz 50.0kHz，100.0kHz。由图5可知在相同电场强度（60.0V）的情况下，提高电场频率可以有效提高样品的透过率。

实施例3

混配样品1，并将样品1注入有平行取向层的30μm厚的ITO玻璃液晶盒中。对样品施加频率50.0kHz的外加电场，在40°C条件下用紫外光强度为0.05mW/cm²的365nm的紫外光辐照1h。改变施加电场的强度，分别为0.0V，20.0Hz，40.0V，60.0V，80.0V。由图6可知在相同电场频率（50.0kHz）的情况下，提高电场强度可以有效提高样品的透过率。

实施例4

使用手性可聚合液晶性单体CM，手性添加剂CDs，染料Dye，负性小分子向列相液晶N-LCN3和光引发剂Irg651混配样品1，2，3和4，表1为样品1，2，3和4的混配比例。

将混配好的样品1，2，3和4分别注入有平行取向层的30μm厚的ITO玻璃液晶盒中。对样品1，2，3和4施加60.0V，50.0kHz的外加电场，在40°C条件下用紫外光强度为0.05mW/cm²的365nm的紫外光辐照1h。由图7可知通过调整样品中手性添加剂的含量，可以调控液晶器件的选择性反射的波宽及波位。

表1.样品1-4的组分及详细的质量百分比。

表1

Claims

1.一种制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：将重量百分比为30wt%~95wt%的主体负介电各向异性小分子液晶或者双频液晶材料中引入重量百分比为0wt%~30wt%的手性化合物或者手性可聚合单体，4wt%~60wt%的液晶性可聚合单体，0.01wt%~10wt%的紫外光吸收剂和0.01wt%~10wt%的光引发剂，混配出具有负介电各向异性的手征向列相液晶复合体系，液晶性可聚合单体为手性液晶性单体或者向列相液晶性可聚合单体；

步骤2：然后把上述负介电各向异性的手征向列相液晶复合体系灌入用镀有ITO导电层的玻璃基板制作的液晶盒中，或者用镀有ITO导电层的塑料薄膜将液晶复合体系压制成液晶薄膜，由间隔垫或玻璃微珠来控制液晶复合薄膜的厚度；

2.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：小分子液晶材料为负介电各向异性小分子液晶材料或用正介电各向异性小分子液晶加入大的负介电各向异性物质替代或者双频率小分子液晶材料，最终可以得到具有负介电各向异性或者双频率特性的液晶复合体系，从而在交流电场作用下能够使液晶复合体系中的分子平行取向。

3.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：液晶复合体系中所用液晶性可聚合单体是一种或者多种手性液晶性单体，或者由非手性液晶性单体与手性非液晶性单体混合，液晶性可聚合单体包括以下几种：

4.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：液晶复合体系中所用液晶性可聚合单体是单官能单体，或者是双官能度或者多官能度单体。

5.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：所述的压制成液晶薄膜是使用覆膜机或者压胶机仪器与TAC膜将小分子液晶混合物压制成膜。

6.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：本发明所使用的手性化合物，为可以溶解在向列相液晶中的手性添加剂，包括S811，R811，R1011，CB15，ZLI-4572；本发明所使用的光引发剂为安息香异丙醚或二苯甲酮，安息香异丙醚即光引发剂651。

7.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：在紫外光聚合的过程中同时施加交流电场控制液晶分子的取向，使之保持液晶分子平面织构的状态，减少聚合过程中分子扩散与分子热运动对液晶分子与平行基板排列的影响。

8.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：直接通过玻璃板或者塑料薄膜内侧的ITO导电层对液晶分子施加电场，控制液晶分子取向，或通过在玻璃板或者塑料薄膜的外侧施加大的电场对液晶分子进行取向控制。

9.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：通过调整手性添加剂或者手性化合物的含量控制所制备的聚合物稳定液晶复合薄膜的反射带宽；聚合物稳定液晶复合薄膜能反射可见光波段，也能反射红外光波段。

10.根据权利1所述的制备具有高性能的宽波反射液晶偏振片的方法，其特征在于：液晶薄膜的厚度为5μm~300μm。