CN104090444A - 一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件及其制备工艺 - Google Patents

一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，由两层透明基板层及包夹在两透明基板层之间的单层液晶层构成，液晶层为聚合物网络稳定的胆甾相液晶。本发明工艺简单，减少了显示缺陷产生的可能性，实施性强，器件反射区域较宽，反射效果稳定。

Description

一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件及其制备工艺
技术领域
本发明涉及液晶器件领域，具体是一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件及其制备工艺。
背景技术
向列相液晶在掺杂手性剂后得到胆甾相液晶。胆甾相液晶的分子呈螺旋结构排列，螺旋的一个周期的距离产度称之为液晶的螺距。胆甾相液晶具有圆二色性与选择性反射特性。反射的波长遵循Bragg反射定律，即Δλ＝Δn*p，其中Δλ是反射波段大小，Δn是双折射率，Δn＝ne-no，ne和no分别指代非寻常光折射率与寻常光折射率，p为螺距。通常液晶的双折射率Δn<0.3，从而在可见光范围内胆甾相液晶的反射带宽Δλ一般小于150nm。这就很大方面限制了胆甾相液晶在显示领域的应用。
1995年，Broer等人在胆甾相液晶中加入染料、手性单体和液晶性单体，通过染料吸收UV光，形成光强梯度，由于液晶性单体和手性单体的聚合速度不同，在聚合过程中，手性分子向UV光一侧扩散，从而形成螺距梯度，使胆甾相液晶的反射光谱扩大至可见光范围。但其工艺原料复杂，掺杂过多的材料在应用上更有可能导致显示器件产生缺陷。2010年，Yang等人在胆甾相液晶中添加手性离子液体，通过电场调控手性离子液体形成梯度分布，由于手性离子液体对液晶分子的螺旋扭曲作用，从而形成螺距梯度，拓宽胆甾相液晶的反射带宽，器件的结构如附图1所示，缺陷在于宽带宽的反射性能在一定的长时间放置、热条件和电场条件下不能稳定存在。
因此，设计、发明一种稳定的宽带胆甾相液晶器件是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件及其制备工艺，以解决胆甾相液晶显示器件反射区域受限以及反射效果不稳定的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，其特征在于：包括有两层透明基板层及包夹在两透明基板层之间的单层液晶层，所述的液晶层为聚合物网络和稳定的胆甾相液晶，其中胆甾相液晶由向列相液晶掺杂手性剂与手性离子单体构成，聚合物网络由手性离子单体与聚合单体共聚得到，聚合物网络上带有手性离子单体的离子；胆甾相液晶在两透明基板层之间呈螺旋梯度分布，同时聚合物网络对应呈螺旋梯度分布。
所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，其特征在于：所述胆甾相液晶为负性液晶，胆甾相液晶由向列相液晶掺杂手性剂及手性离子单体构成，所掺杂的手性离子单体为咪唑类手性离子单体，手性剂含量为胆甾相液晶含量的4％-25％，手性离子单体含量为胆甾相液晶含量的4％-10％，同时掺杂含量为胆甾相液晶含量的3％-4％的聚合单体参与共聚得到聚合物网络。
一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
首先将两层透明基板层分别进行反平行摩擦处理；再将向列相液晶、手性剂、手性离子单体、聚合单体混合注入液晶器件中两层透明基板层之间，对两层透明基板层之间施加直流电场，稳定后切换至高频交流电场，撤去电场后再于紫外光照下诱导聚合，向列相液晶与手性剂、手性离子单体混合得到胆甾相液晶，同时手性离子单体与聚合单体共聚得到聚合物网络，即得到稳定的宽带胆甾相液晶器件。
所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于：所述的胆甾相液晶经大小为80V直流电压诱发螺距梯度，施加时间3s，再经100KHz高频大小为100V交流电压控制得到液晶分子规整排布，施加时间0.4s，高频交流电场频率须足够高，大于60KHz，方可保持螺距梯度不变。
所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于：所述的液晶层经紫外光照诱导手性离子单体聚合，液晶器件的螺距梯度稳定；聚合时间为20min-90min，聚合温度为0℃-45℃，聚合光强为0.125mw/cm2-1.25mw/cm2。
与传统宽带液晶显示器件相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明利用向列相液晶掺杂手性剂、手性离子单体和聚合单体进行器件制备，工艺简单，减少了显示缺陷产生的可能性。
2、本发明利用高压直流电场及高频交流电场产生胆甾相液晶螺距梯度，过程简易，实施性强。
3、本发明液晶器件利用电场得到胆甾相液晶螺距梯度，同时紫外光照诱导掺杂的手性离子单体与聚合单体共聚产生聚合物网络，从而固定胆甾相液晶的螺距梯度，器件反射区域较宽，反射效果稳定。
4、本发明液晶器件在放置时间(Time)、加热(Heating)及电场(electricfiled)条件下能保持反射性能稳定，且聚合物网络能绝对稳定螺距梯度，解决了传统聚合物稳定离子梯度中离子物质小分子在聚合物网络中流动的缺陷。
附图说明
图1是传统宽带胆甾相液晶显示器件结构图。
图2是本发明所制备的稳定宽带胆甾相液晶显示器件结构图。
图3是本发明实施例制备稳定宽带胆甾相液晶显示器件的流程示意图。
图4是本发明实施例所制备液晶器件的透射率曲线图、光学结构图和实物图。
图5是本发明实施例所制备液晶器件在放置时间(Time)、加热(Heating)及电场(electric filed)条件下的反射光电性能稳定图。
具体实施方式
如图2所示，一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，包括有两层透明基板层1及包夹在两透明基板层之间的单层液晶层，液晶层为聚合物网络2和稳定的胆甾相液晶3，其中胆甾相液晶3由向列相液晶掺杂手性剂与手性离子单体构成，聚合物网络2由手性离子单体2.1与聚合单体2.2共聚得到，聚合物网络2上带有手性离子单体2.1的离子；胆甾相液晶3在两透明基板层1之间呈螺旋梯度分布，同时聚合物网络2对应呈螺旋梯度分布。
胆甾相液晶3为负性液晶，胆甾相液晶3由向列相液晶掺杂手性剂及手性离子单体构成，所掺杂的手性离子单体为咪唑类手性离子单体，手性剂含量为胆甾相液晶含量的4％-25％，手性离子单体含量为胆甾相液晶含量的4％-10％。同时掺杂含量为胆甾相液晶含量的3％-4％的聚合单体参与共聚得到聚合物网络。
一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，首先将两层透明基板层1分别进行反平行摩擦处理；再将胆甾相液晶、手性剂、手性离子单体、聚合单体混合注入液晶器件中两层透明基板层1之间，对两层透明基板层之间施加直流电场，稳定后切换至高频交流电场，撤去电场后再于紫外光照下诱导聚合，向列相液晶与手性剂、手性离子单体混合得到胆甾相液晶，同时手性离子单体与聚合单体共聚得到聚合物网络，即得到稳定的宽带胆甾相液晶器件。
胆甾相液晶经大小为80V直流电压诱发螺距梯度，施加时间3s，再经100KHz高频大小为100V交流电压控制得到液晶分子规整排布，施加时间0.4s，高频交流电场频率须足够高，大于60KHz，方可保持螺距梯度不变。
液晶层经紫外光照诱导手性离子单体聚合，液晶器件的螺距梯度稳定；聚合时间为20min-90min，聚合温度为0℃-45℃，聚合光强为0.125mw/cm2-1.25mw/cm2。
本发明在向列相液晶中掺杂手性剂、手性离子单体材料、聚合单体，在电场作用下诱导液晶螺距梯度分布，从而得到宽波段反射性能液晶器件，同时紫外光照诱导手性离子单体聚合产生聚合物网络，对器件宽波段反射性能进行锚定，器件的内部结构如附图2所示。这将大大增强器件显示效果的稳定性，简化了宽波段反射器件的制备工艺。制备的液晶器件具有稳定宽波段反射性能，反射区域广，反射效果稳定。
本发明基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件由反平行摩擦的液晶盒及液晶盒内螺距梯度分布的聚合物稳定胆甾相液晶填充组成。
本发明液晶器件组成部分的聚合物稳定胆甾相液晶是由向列相液晶掺杂手性剂、手性离子单体及聚合单体获得，器件经电场驱动及紫外光照诱导聚合后得到宽带胆甾相液晶器件。
本发明液晶器件经直流电场诱发螺距梯度，再经频率足够高的高频交流电场控制得到液晶分子规整排布。
本发明液晶器件经紫外光照诱导手性离子单体聚合，稳定器件的螺距梯度。
实施例：
1、胆甾相液晶的制备
称取胆甾相液晶的配比为：
HNG715600-100/S811/RM257/CIM＝75％/16％/2.5％/6.5％(wt％)。
其中HNG715600-100为江苏和成显示科技股份有限公司生产的负性向列相液晶；S811为手性剂，化学式为RM257为聚合单体，化学式为CIM为手性离子单体，化学式为
将胆甾相液晶在热台上加热搅拌，加热时间30min，加热温度为95℃。
2、液晶器件的制备
器件的制备如附图3所示。将上述胆甾相液晶利用毛细管法注入20μm液晶盒中，施加直流电压100V，然后切换至高频交流电压，测试器件透射率曲线，验证得到宽带胆甾相液晶显示器件。再于紫外光照下诱导聚合，聚合时间90min，聚合光照强度1mw/cm2，聚合温度20℃，即可得到稳定的宽带胆甾相液晶显示器件。
3、液晶器件的稳定性测试
液晶器件的稳定性测试如附图5所示。将液晶器件在3天长时间放置(Time)、90℃加热(Heating)10min及100V，100KHz的交流电场(electric field)条件处理后，分别测试器件的光电性能。
制备的宽带胆甾液晶显示器件的实物效果图、光学结构图和透射率曲线图如附图4所示，其中(b)为所制备宽带胆甾相液晶显示器件，(a)为起始胆甾相液晶注入液晶盒所制备的液晶显示器件。透射率曲线图中内嵌图为光学结构图，图右为器件实物效果图。(a)器件效果图由于反射波长较窄，对于红绿蓝的HFU字母不进行反射显示，而(b)器件的宽带反射波长，对于红绿蓝的HFU字母进行全反射显示。
宽带胆甾相液晶器件内部结构如附图2所示，由于聚合物网络的锚定作用，胆甾相液晶的螺距梯度在一定的放置时间、热条件和电场条件的影响下会稳定存在，相对于传统的宽带胆甾相液晶显示器件如附图1，该显示器件反射效果稳定。
宽带胆甾相液晶器件的稳定性测试结果如附图5所示，反应在放置时间(Time)、加热(Heating)及电场(electric filed)条件下，器件的宽波段反射光电性能具有稳定性。

Claims (5)

1.一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，其特征在于：包括有两层透明基板层及包夹在两透明基板层之间的单层液晶层，所述的液晶层为聚合物网络和稳定的胆甾相液晶，其中胆甾相液晶由向列相液晶掺杂手性剂与手性离子单体构成，聚合物网络由手性离子单体与聚合单体共聚得到，聚合物网络上带有手性离子单体的离子；胆甾相液晶在两透明基板层之间呈螺旋梯度分布，同时聚合物网络对应呈螺旋梯度分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件，其特征在于：所述胆甾相液晶为负性液晶，胆甾相液晶由向列相液晶掺杂手性剂及手性离子单体构成，所掺杂的手性离子单体为咪唑类手性离子单体，手性剂含量为胆甾相液晶含量的4%-25%，手性离子单体含量为胆甾相液晶含量的4%-10%，同时掺杂含量为胆甾相液晶含量的3%-4%的聚合单体参与共聚得到聚合物网络。
3.一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
首先将两层透明基板层分别进行反平行摩擦处理；再将向列相液晶、手性剂、手性离子单体、聚合单体混合注入液晶器件中两层透明基板层之间，对两层透明基板层之间施加直流电场，稳定后切换至高频交流电场，撤去电场后再于紫外光照下诱导聚合，向列相液晶与手性剂、手性离子单体混合得到胆甾相液晶，同时手性离子单体与聚合单体共聚得到聚合物网络，即得到稳定的宽带胆甾相液晶器件。
4.根据权利要求3所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于：所述的胆甾相液晶经大小为80V直流电压诱发螺距梯度，施加时间3s，再经100KHz高频大小为100V交流电压控制得到液晶分子规整排布，施加时间0.4s，高频交流电场频率须足够高，大于60KHz，方可保持螺距梯度不变。
5.根据权利要求3所述的一种基于手性离子单体的宽带胆甾相液晶器件的制备工艺，其特征在于：所述的液晶层经紫外光照诱导手性离子单体聚合，液晶器件的螺距梯度稳定；聚合时间为20min-90min，聚合温度为0℃-45℃，聚合光强为0.125mw/cm2-1.25mw/cm2。
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