CN106483730A - 一种具有全反射功能的可调控液晶薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学薄膜材料技术领域，具体地，涉及一种具有全反射功能的可调控液晶薄膜及其制备方法。本发明包含两种体系，体系一是在向列相液晶中添加手性化合物、紫外吸收染料、紫外光可聚合单体，引发剂；体系二是在向列相液晶中添加与体系一中手性相反的联萘基偶氮苯分子。本发明首先用体系一制备出一种具有宽波反射功能的液晶薄膜然后将这种宽波反射功能液晶薄膜与体系二的手性可调的联萘基偶氮苯分子相结合，制备出在可见‑近红外波段内紫外光可调控的具有全反射功能的胆甾相液晶薄膜。本发明制备的薄膜器件克服了反射波段窄，不可调控等缺点，且所制备的薄膜器件可用于建筑节能以及彩色显示等领域，制备工艺简单，器件稳定好。

Description

一种具有全反射功能的可调控液晶薄膜及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学薄膜材料技术领域，具体地，涉及一种具有全反射功能的可调控液晶薄膜及其制备方法。

背景技术

选择性反射是胆甾相液晶区别于其他液晶相态的独特的光学特性，也是胆甾相液晶重要光学性质之一。选择性反射是指胆甾相液晶选择反射某段波长的光。胆甾相液晶在白光的照射下，会呈现美丽的色彩，这是由于这种胆甾相液晶所选择反射的波段在可见光范围。其原理是当光入射到呈现平面织构的胆甾相液晶上时，波长满足布拉格反射公式，与胆甾相液晶螺旋方向相同的圆偏振光被完全反射，而与胆甾相液晶螺旋方向相反的圆偏振光完全透过。反射波段在不同区域的胆甾相液晶可广泛用于日常工作生活中，例如，当反射波段在可见光范围可应用于温度指示、反射型液晶显示等，而反射波段在近红外及中远红外领域则可应用在建筑节能及红外屏蔽等领域达到节能环保的目的。

胆甾相液晶所具有的选择性反射功能虽然为其应用奠定了坚实的基础，但反射带的反射率只有50％却在很大程度上限制了胆甾相液晶的进一步应用。因此，在充分利用胆甾相液晶选择性反射的基础上，采用合理的结构设计，制备具有反射率达到100％全反射的反射波带的的胆甾相液晶器件成为当前胆甾相液晶的研究热点之一。

专利申请CN104142587A公开了一种具有可逆光响应特性的双反射带胆甾相液晶薄膜，但是，此专利中所述的液晶薄膜虽然具有双反射带，但是只有在可移动反射带与固定反射带相重合时，才会出现全反射效果，并且两个反射带的反射波宽都很窄，只有100nm左右，而对于可屏蔽某一波段光的产品来讲，这种薄膜达不到应用的要求，这在很大程度上限制了其应用与发展。

到目前为止，所制备出的具有全反射功能的胆甾相液晶器件存在很多问题，例如制备工艺复杂，反射波段单一，器件稳定性和可调控性差等。

发明内容

为了克服上述所存在的问题，本专利制备了一种反射波段紫外光可调控的具有全反射功能的胆甾相液晶薄膜，制备工艺简单，器件稳定性好。

本发明的技术方案是提供具有全反射功能的可调控液晶薄膜及其制备方法。本发明通过第一步紫外聚合反应制备具有左旋或者右旋手性宽波反射效果的胆甾相液晶薄膜，然后结合洗出灌入法，第二步重新灌入右旋或者左旋的的螺旋扭曲力紫外光可调的胆甾相液晶，从而制备出连续的具有全反射效果的宽波反射胆甾相液晶薄膜，并且所制备的薄膜在紫外光照射下，其中联萘基偶氮苯手性化合物所形成的反射带会随着紫外光的照射，在短波长处向长波长方向移动，从而所制备的薄膜具有绚丽的色彩，且不同颜色之间可以相互调控。

具体地，本发明采用以下技术方案：

本发明的具有全反射功能的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述液晶薄膜包括相互贴合的上层向列相液晶薄膜与下层向列相液晶薄膜；

其中，上层向列相液晶薄膜按质量分数计，包括：80％-98％的向列相液晶材料和2％-20％的联萘基偶氮苯；

下层向列相液晶薄膜按质量分数计，包括：50％-85％的向列相液晶材料、1％-20％的手性化合物、5％-20％的紫外可聚合单体、0.5％-5％的紫外吸收染料和0.1％-3％的光引发剂。

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中，本发明对所使用的向列相液晶材料没有特殊要求，对各种向列相液晶材料均适用。优选地，SLC1717、E7、E8、SLC7011、SLC1011、SLC099535中的一种或者几种。

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中，所述手性化合物为S811、R811、S5011、R5011、S1011、R1011、S2011和R2011中的一种或者几种。

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中，所述紫外可聚合单体为C6M或DCM，或二者的组合；其中，所述C6M的化学结构式如下：

所述DCM的化学结构式如下：

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中紫外吸收染料可以是二苯甲酮类紫外线吸收剂UV-531、UV-9，苯并三唑类紫外线吸收剂UV-P、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329或者5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇中的一种或几种，优选使用紫外吸收染料5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇，其化学结构式如下：

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中，所述光引发剂为安息香双甲醚、4-甲基二苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或者几种。

根据本发明所述的可调控液晶薄膜，其中，所述联萘基偶氮苯具有左旋或者右旋手性，其手性与所述手性化合物的手性相反。所述联萘基偶氮苯手性化合物的螺旋扭曲力的大小随紫外光照射而变化，其化学结构式如下：

本发明的上述可调控液晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将向列相液晶材料、手性化合物、紫外可聚合单体、紫外吸收染料与光引发剂混合均匀，灌入经平行取向的液晶盒中，经紫外光照射发生聚合反应后在溶剂中浸泡，然后取出烘干，制得下层向列相液晶薄膜；

2)将与下层向列相液晶薄膜中手性化合物的手性相反的联萘基偶氮苯掺入到向列相液晶材料中混合均匀后灌入到步骤1)烘干的液晶盒中形成复合薄膜，制得可调控液晶薄膜。

根据本发明所述的制备方法，其中，步骤1)所用到的紫外光波长为254-365nm，紫外光照射强度为0.1-0.6mW/cm²，光聚合时间为5-40分钟。

根据本发明所述的制备方法，其中，步骤1)所述溶剂为环己烷、正己烷、甲苯或四氯化碳，所述浸泡时间为12-48小时。

根据本发明所述的制备方法，其中，步骤1)所述的烘干温度为30-40℃，烘干时间为2-5小时。步骤1)注入液晶盒时的温度优选在20-35℃之间。

进一步地，本发明的液晶薄膜的厚度优选在20-45μm之间，可以通过液晶盒的厚度来控制液晶薄膜的厚度。

本发明所制备的全反射功能薄膜的固定反射波宽在400nm-2000nm之间，所形成的可移动反射波带的反射波宽在100nm左右，此波带在紫外光或可见光照射下可在400nm-2000nm之间往返移动，可移动反射波带与固定反射波带重合处，会出现全发射效果。

本发明的优点在于简单的将联萘基偶氮苯分子与向列相液晶混合，通过洗出灌入法，利用联萘偶氮苯分子的在紫外光的照射下的顺反异构导致螺旋扭曲力变化的特性，获得反射波带紫外光可调的聚合物薄膜。相对于传统的电场，温度，磁场调控，利用光调控更加的节能高效，使得制备的薄膜在可调光学滤光片，可调的多模式激光防护，防伪，液晶显示等领域有着广阔的潜在应用。

具体实施方式

以下列出本发明的优选的实施例，其仅用作对本发明的解释而不是限制。

实施例1

A：将质量百分数为64.5％的向列相液晶SLC1717、质量百分数为10％的手性化合物S811、质量百分数为25％的液晶可聚合单体C6M、质量百分数为1％的紫外吸收染料(5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇)和质量百分数为0.5％的光引发剂安息香双甲醚进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系在30℃注入厚度为25微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为365nm，强度为0.2mW/cm²的紫外光进行辐照30分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品泡在环己烷溶剂中浸泡24小时，洗出小分子液晶后30℃烘干5小时；

E：将质量百分数95％的向列相液晶SLC1717与质量百分数5％的手性为右旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备出具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例2

A：将质量百分数为65％的向列相液晶SLC7011、质量百分数为15％的手性化合物S5011、质量百分数为24.5％的液晶可聚合单体C6M、质量百分数为1.5％的紫外吸收染料(5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇)和质量百分数为0.5％的光引发剂1-羟基-环己基-苯基甲酮进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系25℃注入厚度为30微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为254nm，强度为0.3mW/cm²的紫外光进行辐照30分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品泡在甲苯中浸泡20小时，洗出小分子液晶后30℃烘干3小时；

E：将质量百分数94％的向列相液晶SLC7011与质量百分数6％的手性为右旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备出具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例3

A：将质量百分数为69.25％的向列相液晶SLC1011、质量百分数为15％的手性化合物R811、质量百分数为15％的液晶可聚合单体C6M、质量百分数为2％的紫外吸收染料紫外吸收染料(UV-531)和质量百分数为0.75％的光引发剂4-甲基二苯甲酮进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系20℃注入厚度为25微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为365nm，强度为0.4mW/cm²的紫外光进行辐照30分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品在环己烷中浸泡24小时，洗出小分子液晶后40℃烘干2小时；

E：将质量百分数92％的向列相液晶SLC1011与质量百分数8％的手性为左旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备出具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例4

A：将质量百分数为79.25％的向列相液晶E7、质量百分数为10％的手性化合物R5011、质量百分数为10％的液晶可聚合单体C6M、质量百分数为3％的紫外吸收染料(UV-P)和质量百分数为0.75％的光引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系35℃注入厚度为40微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为365nm，强度为0.4mW/cm²的紫外光进行辐照30分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品在环己烷中浸泡24小时，洗出小分子液晶后30℃烘干4小时；

E：将质量百分数92％的向列相液晶E7与质量百分数8％的手性为左旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备成具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例5

A：将质量百分数为50％的向列相液晶E8、质量百分数为1％的手性化合物S1011、质量百分数为5％的液晶可聚合单体DCM、质量百分数为0.5％的紫外吸收染料(UV-326)和质量百分数为0.1％的光引发剂2,4-二乙基硫杂蒽酮进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系在20℃注入厚度为20微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为254nm，强度为0.1mW/cm²的紫外光进行辐照40分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品泡在正己烷溶剂中浸泡12小时，洗出小分子液晶后30℃烘干5小时；

E：将质量百分数80％的向列相液晶SLC1717与质量百分数20％的手性为右旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备出具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例6

A：将质量百分数为85％的向列相液晶SLC099535、质量百分数为20％的手性化合物R2011、质量百分数为20％的液晶可聚合单体DCM、质量百分数为5％紫外吸收染料(5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇)和质量百分数为3％的光引发剂进行混配；

B：将上述得到的混配液晶体系35℃注入厚度为45微米的预先经过平行取向的液晶盒中，得到相应的薄膜样品；

C：将步骤B中所制备的薄膜样品在胆甾相温度范围内用波长为365nm，强度为0.6mW/cm²的紫外光进行辐照5分钟聚合形成高分子网络；

D：将步骤C中聚合后的薄膜样品泡在四氯化碳中浸泡48小时，洗出小分子液晶后40℃烘干2小时；

E：将质量百分数98％的向列相液晶SLC099535与质量百分数2％的手性为右旋的联萘基偶氮苯光响应化合物混合均匀后灌入步骤D所洗好的液晶盒内，制备出具有全反射性能的可光调控宽波反射液晶薄膜。

实施例7

本发明制成的薄膜有如下特征：

(1)最初，液晶聚合单体复合物聚合前和聚合后，该薄膜有一个明显的反射率为50％的反射波宽为1500nm左右的反射带，是由手性化合物与向列相液晶所形成的胆甾相液晶所形成的选择性反射。

(2)灌入联萘偶氮苯与液晶混合物后，在之前的反射波带上出现了反射波宽为100nm左右的全反射波带。用0.5mW/cm²的365nm紫外光照射所制备的复合液晶薄膜，反射波宽为100nm左右的全反射波带逐渐发生红移，向长波长方向移动。当用可见光照射所制备的复合薄膜时，反射波宽为100nm左右的全反射波带逐渐发生蓝移，向短波长方向移动。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是，凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改形，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有全反射功能的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述液晶薄膜包括相互贴合的上层向列相液晶薄膜与下层向列相液晶薄膜；

其中，上层向列相液晶薄膜按质量分数计，包括：80％-98％的向列相液晶材料和2％-20％的联萘基偶氮苯；

下层向列相液晶薄膜按质量分数计，包括：50％-85％的向列相液晶材料、1％-20％的手性化合物、5％-20％的紫外可聚合单体、0.5％-5％的紫外吸收染料和0.1％-3％的光引发剂。

2.根据权利要求1所述的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述手性化合物为S811、R811、S5011、R5011、S1011、R1011、S2011和R2011中的一种或者几种。

3.根据权利要求1或2所述的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述紫外可聚合单体为C6M或DCM，或二者的组合；其中，所述C6M的化学结构式如下：

所述DCM的化学结构式如下：

4.根据权利要求1-3任一所述的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述紫外吸收染料是UV-531、UV-9、UV-P、UV-326、UV-327、UV-328、UV-329或者5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇中的一种或几种，其中优选为5-(4-{2-[4-(己烷-1-磺酰基)苯基]乙烯}苯氧基)-戊醇，其化学结构式如下：

5.根据权利要求1或4所述的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述光引发剂为安息香双甲醚、4-甲基二苯甲酮、2,4-二乙基硫杂蒽酮、1-羟基-环己基-苯基甲酮和2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或者几种。

6.根据权利要求1、2或5所述的可调控液晶薄膜，其特征在于，所述联萘基偶氮苯的手性与所述手性化合物的手性相反，其化学结构式如下：

7.一种权利要求1-6任一所述可调控液晶薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将向列相液晶材料、手性化合物、紫外可聚合单体、紫外吸收染料与光引发剂混合，灌入经平行取向的液晶盒中，经紫外光照射发生聚合反应后在溶剂中浸泡，然后取出烘干，制得下层向列相液晶薄膜；

2)将与下层向列相液晶薄膜中手性化合物的手性相反的联萘基偶氮苯掺入到向列相液晶材料中混合后灌入到步骤1)烘干的液晶盒中形成复合薄膜，制得可调控液晶薄膜。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所用到的紫外光波长为254-365nm，紫外光照射强度为0.1-0.6mW/cm²，光聚合时间为5-40分钟。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述溶剂为环己烷、正己烷、甲苯或四氯化碳。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述浸泡时间为12-48小时，所述烘干温度为30-40℃，烘干时间为2-5小时；优选地，步骤1)注入液晶盒时的温度在20-35℃。