一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方法

2023-04-24 17:25:46 1

專利名稱：一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方法
技術領域：
本發明屬於功能材料液晶顯示技術領域，提供了一種能實現寬波反射的液晶 偏振片製造方法，使用膽甾相液晶實現寬波反射的液晶偏振片的製造。
背景技術：
液晶是自然界中物質存在的一種特殊形態，其與晶體和普通液體不同之處在 於在液晶態，液晶分子的質心是無序的(晶體是有序的)，而其指向矢是有序的 (普通液體無序)。因而液晶是一種對外場敏感的光學各向異性物質。由於這種 特殊的結構，液晶能夠對光進行調製，因而被廣泛應用在顯示領域。
膽甾相液晶是帶有手性的向列相液晶。 一般有兩種來源 一是液晶分子本身 帶有手性集團，所以自然就是帶有螺旋結構的向列相，即膽甾相；另一種情況是
在向列相液晶中摻入手性化合物，使向列相的結構發生扭曲，得到膽甾相。在一 個單疇體內，膽甾相分子與螺旋軸垂直排列，在垂直於螺旋軸的平面內，可以認
為是向列相；在沿著螺旋軸的方向上，膽甾相液晶分子的指向發生連續的改變， 其旋轉360度時所經過的螺旋軸長度被稱為螺距(以P表示)。
由於這種特殊的結構，膽甾相液晶能夠對滿足布拉格公式X=nP的光線選 擇性反射(n為液晶的平均折射率)。反射譜的寬度為(ne-no) P;其中ne和n。 分別為非尋常光和尋常光折射率。本文中所指寬波即為反射光譜的寬度，其具體 定義為反射譜帶中達到最大反射率50%的相應波長之差。在可見光範圍內，一 般反射光譜的寬度是100nm左右。如果想進一步增加反射帶寬，在現有的條件 下，只能從P上著手。因此出現了各種各樣的實現螺距不均勻分布的方法。陳鈺 雯等人(CN03131368.X)利用在電極上產生非均勻電場的方法，使接近電極的 液晶螺距增大，而遠離電極的液晶螺距基本不變，從而使反射帶寬增大。此種方 法的主要不足是需要電極而且是特殊形狀的電極，在反射膜中引入電極對其光學 性能產生影響，而且電極也難於加工。D丄Broer等人(CN97191106.1)使用可 光聚合的複合材料體系(包括可光聚合膽甾醇丙烯酸酯，可光聚合向列相丙烯酸 酯，染料等)，利用非常弱的紫外線(輻射強度小於0.05 mW/cm2)進行照射， 使單體有充分的時間進行擴散，形成螺距梯度，從而得到對整個可見光波段的選 擇性反射的偏振片。由於單體在液晶中擴散的程度與紫外強度有關，因此這種方
法所形成的帶寬對紫外照射強度十分敏感，因此在製造過程中要使用單色光傳感 器對偏振片進行檢測， 一旦達到所需帶寬，就要立刻提高紫外照射強度。其設備 較複雜，比較難控制。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能實現寬波反射的液晶偏振片製造方法，通過比 較簡單的工藝，製造一種能夠實現寬波反射的液晶偏振片，而且這種偏振片的反 射帶寬可以根據實際使用需要由電壓進行調控，並且不需要紫外聚合。
一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方法，其特徵在於具體製造 工藝為
(1)手性離子液體的製備將4一甲基吡啶(5.3 ml， 0.95g.mr1)與碘乙烷 (4.5 ml， 1.95 g'ml")溶解在乙二醇二甲醚(50ml)溶劑中，90。C反應回流12小時， 減壓抽濾提純出中間產物；將第一步反應產物(5.0ml， 1.40g'ml—1)與2—甲基 戊醛(3.5ml， 0.81 g'ml")在哌啶(0.2 ml)的催化作用下，加入到甲醇(50 ml)溶劑中， 90'C反應回流40小時，後處理(反覆萃取洗滌)提純出手性離子液體，待用。手 性離子液體的合成路線見圖1。
(2) 混合液晶由一種膽甾相液晶， 一種手性離子液體混合而成。其膽甾 相液晶是由負性向列相液晶(介電常數為負)和手性化合物混合而成，其中手性 化合物的重量百分比含量為5%—30%，負性向列相液晶重量百分比含量為 70%—95%;手性離子液體的含量為所使用膽甾相液晶含量的9%—11%。
(3) 將上述混合好的液晶注入表面經過沿面取向處理的液晶盒(120 um) 或薄膜中，液晶處於透明的平面狀態，混合體系仍處於膽甾相的狀態下。這時在 液晶盒兩個玻璃基板上加直流電壓(1V-50V)，在直流電場作用下，手性離子液 體向兩基板遷移(正離子移向負極，負離子移向正極)，但會出現焦椎織構。待 穩定後直接切換至高頻(IOO KHz)交流電壓，負性液晶在高頻交流電壓下可從焦 錐織構轉換至平面織構。此時，負極板一側，帶正電荷的手性離子濃度大，螺旋 扭曲力強，從而使得這一側的螺距明顯變小。而在正極板一側，螺距略微變大， 這樣就在垂直於液晶盒基板方向上實現了螺距的梯度分布，形成寬波反射，即得 到反射寬波段的液晶偏振片。而且，所加電壓不同，手性離子液體的擴散程度不 同，從而反射波寬也不同。施加電壓越大，反射波寬越寬；施加電壓越小，反射
波寬越窄；若在實際應用過程中，需要恢復到原始狀態，則撤去電壓一段時間後 即可恢復。
本發明所述的沿面取向處理採用摩擦法，真空鍍膜法或化學法。 本發明所使用的向列相液晶，其介電常數為負，即在高頻交流電場下為平面 取向。
本發明所使用的手性化合物，可以為溶解在負性液晶中的手性添加劑，如 S811，CB15， ZLI4572等。
本發明所使用的手性離子液體，可以為吡啶類手性離子液體或咪唑類手性離 子液體。
本發明所述的組成成分除上述幾種成分負性向列相液晶，手性化合物，手 性離子液體外，還可根據所選成分，工藝及實際需要，決定是否添加可光聚合單 體，光引發劑等其它組分。
本發明利用了手性離子液體中的離子在電場作用下可以移動的特點。在電場 下，帶正電荷的手性離子基團向負極方向移動，從而使負極區域附近手性基團增 多，螺旋扭曲力增大，螺距變小時，正電極區域附近螺距略微增大。從而在 垂至於液晶盒表面方向上形成螺距梯度，達到寬波反射的目的。另外，所加電壓 不同，離子的擴散程度也不同，造成形成的螺距梯度也不同，寬波反射的波寬也 就不同，達到了可以由電壓控制調節寬波反射波寬的目的。
優點或積極效果
可以實現寬波段的反射液晶偏振片，並且這種偏振片的反射寬度可以根據實 際需要，由所加電場進行控制，因此可以應用在一些需要自行調控的器件上，如 智能玻璃，電子紙張，液晶顯示器的光增強膜等。此外，這種方法不涉及到紫外 聚合或者熱聚合等工藝，所以加工設備簡單。


圖1為本發明中使用的手性離子液體合成路線。
圖2為本發明中使用的材料的化學結構式及其它相關信息。其中(a)是向 列相液晶，其介電常數為負，在高頻交流電場下表現為平面取向；(b)是一種手 性化合物，溶解於向列相液晶中，可以形成膽甾相液晶；(c)是手性離子液體， 常溫下為液體，手性集團帶正電荷，可以溶解在液晶中，並且離子在電場靜電力
吸引作用下可以移動。
圖3和圖4為兩種樣品的寬波反射圖譜。可以看到，隨著施加電壓的增大， 反射波寬逐漸變大。其中，樣品1在施加40 V電壓後，反射帶寬基本覆蓋了可 見光區(430 — 850 nm);樣品2在施加35 V電壓後，反射帶寬在近紅外區域(1300 —2000腦)。
具體實施例方式
液晶盒的製備用3%的聚乙烯醇水溶液，通過旋塗的方法塗在玻璃基板的一
面，在80'C烘烤30分鐘，然後用絨布沿一個方向摩擦取向。將兩塊取向好的玻 璃基板沿取向方向用厚度為120pm的聚乙烯墊片粘接，製成沿面取向的液晶盒。
(1) 按照如下比例製備樣品。 實施樣品1的材料配比
Samplel: 0^0-001/8811/手性離子液體=72%/18%/10% (wt%)。 將樣品溶解於乙醇溶劑混合均勻，在真空條件下保持5小時將溶劑揮發乾 淨；然後將混合均勻的樣品利用毛細作用灌入製備好的液晶盒中，施加直流電壓 分別為20V， 30 V， 40 V，然後分別直接切換至高頻(100 KHz)交流電測量透 射光譜。其結果如圖3所示。
(2) 實施樣品2的材料配比
Sample2: 0/>001/8811/手性離子液體=80%/10%/10% (wt%)。 將樣品溶解於乙醇溶劑混合均勻，在真空條件下保持5小時將溶劑揮發乾 淨；然後將混合均勻的樣品利用毛細作用灌入製備好的液晶盒中，施加直流電壓 分別為15V， 25V， 35 V，然後分別直接切換至高頻(100 KHz)交流電測量透 射光譜。其結果如圖4所示。
上述測試過程中使用的儀器是紫外一可見一近紅外分光光度計(Jasco V-570)。需要說明的是，在測試每條曲線的時候，要求先通直流電，待穩定後直 接切換成高頻交流電，使液晶分子呈現平面取向，從而保證每條光譜曲線的測量， 都是在膽甾相平面織構下測量的。從圖3和圖4的透射光譜上可以看到，隨著施 加電壓的增大，反射波寬逐漸增大。其中樣品1在40 V電壓下，其反射光譜幾 乎可以覆蓋可見光區域；樣品2在35V電壓下，其反射光譜覆蓋了 1300—2000 nm的近紅外區域。
權利要求
1.一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方法，其特徵在於具體製造工藝為a. 混合液晶由一種膽甾相液晶，一種手性離子液體混合而成，膽甾相液晶是由介電常數為負的負性向列相液晶和手性化合物混合而成，膽甾相液晶中手性化合物的重量百分比含量為5％—30％，負性向列相液晶重量百分比含量為70％—95％；手性離子液體的含量為所使用膽甾相液晶含量的9％—11％；b. 將上述混合好的液晶注入表面經過沿面取向處理的120um液晶盒或薄膜中，液晶處於透明的平面狀態，混合體系仍處於膽甾相的狀態下；這時在液晶盒兩個玻璃基板上加1V-50V直流電壓，待穩定後直接切換至100KHz高頻交流電壓，即得到反射寬波段的液晶偏振片；所反射波寬範圍由施加電壓大小進行調控。
2. 按照權利要求1所述的一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方 法，其特徵在於所述的沿面取向處理採用摩擦法，真空鍍膜法或化學法。
3.按照權利要求1所述的一種選擇反射波寬電場可控的圓偏振片的製備方法，其特徵在於所述的向列相液晶，其介電常數為負，即在高頻交流電場下為 平面取向；所述的手性離子液體為吡啶類手性離子液體或咪唑類手性離子液體。
全文摘要
一種可由電場控制實現寬波反射的液晶偏振片製造方法，屬於功能高分子領域液晶顯示技術。通過將一種膽甾相液晶和一種手性離子液體混合而成。將混合好的液晶注入表面經過平面取向的液晶盒或薄膜中，液晶處於透明的平面狀態，混合體系仍處於膽甾相的狀態下。這時在液晶盒兩個玻璃基板上加直流電壓，待穩定後直接切換至高頻交流電壓，由於手性離子在電場作用下的移動，形成了螺距梯度，拓寬了反射波寬，即得到反射寬波段的液晶偏振片，並且所加直流電壓不同，反射波寬也不同。其優點在於反射波寬可通過所加電壓來進行調節控制，施加電壓越大，反射波寬越寬，是一種智能的寬波反射器件；不用進行紫外照射等工藝，加工簡便。可應用在液晶顯示器中，或者一些需要利用電壓來自行調節反射波寬的節能建築物上。
文檔編號G02F1/1337GK101373233SQ20081022458
公開日2009年2月25日 申請日期2008年10月21日 優先權日2008年10月21日
發明者黎 宋, 暉 曹, 李發勝, 槐 楊, 洲 楊, 望 胡, 趙海燕 申請人:北京科技大學