利用紫外聚合协同作用制备宽波反射薄膜的方法及应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于液晶材料应用领域，提供了一种利用紫外聚合协同作用制备宽波反射 薄膜的方法。该材料可广泛应用于液晶显示器用光增亮膜及节能环保的建筑用薄膜等领 域。
【背景技术】
[0002] 液晶是自然界中物质存在的一种特殊形态，液晶具有晶体的光学各向异性又具有 液体的流动性质，它是一种低维有序的流体。液晶分子的质心是无序的（晶体是有序的）， 而其指向矢是有序的（普通液体无序），因而液晶是一种对外场敏感的光学各向异性的物 质。由于这种特殊的结构，液晶能够对光进行调制，因而被广泛应用在显示领域。反射波段 在可见光区域的胆留相液晶材料，可以应用在液晶显示器的光增亮膜上，我们知道，绝大多 数的液晶自身不会发光，需要有背光源系统提供光源，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 屛的光利用率和亮度，这种光增亮膜可以通过宽波反射胆留相液晶薄膜来实现；反射波段 在可见光区域的胆留相液晶还可以应用于温度指示、肿瘤检查、防伪商标、反射液晶显示、 彩色滤光片、反射型圆偏振片等方面。反射波段在近红外光区域的胆留相液晶可应用于节 能环保的建筑玻璃或者涂料方面。反射波段在中红外光区域的胆留相液晶在军事上的屏蔽 隐身方面具有潜在的应用前景。
[0003] 胆留相液晶（N*相液晶）是在向列相液晶中添加手性化合物而形成的，液晶分子 的质心排列无序，分子排列成层，并沿分子长轴平行于层平面的方向平躺在层中，层与层平 行，层内分子大致指向同一个方向，长程取向有序而无位置序。相邻层之间液晶分子长轴取 向依次规则地旋转一定的角度，层层旋转，沿层的法线方向排列成螺旋状结构，分子长轴取 向旋转360°之后复原。两个取向度相同的最近层间距离称为胆留相液晶的螺距（P)，由于 具有这种特殊的螺旋扭曲结构，胆留相液晶能够选择性反射圆偏振光，选择性反射入射光 的波长λ =nP，n为液晶材料的平均折射率。单一螺距的胆留相液晶选择性反射入射光的 波长范围介于λ _= n ^和Amin= n J之间和n。分别为非寻常光折射率和寻常光折 射率）；反射带宽Δ λ = Amax-Amin= (ne-r〇P= ΔηΡ(Δη = ηε-η。为双折射率）。本文 所指的"宽波"就是指反射带的宽度。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。在反射带宽内，与胆留相液晶螺旋结构旋向相同的圆偏振光被反射，与胆甾相 液晶螺旋结构旋向相反或者在反射带宽之外的圆偏振光被透射出去。
[0004] 一般而言，由于大部分透明材料的平均折射率在0. 3左右，在可见光区，胆留相液 晶的反射带宽为IOOnm左右。如果想进一步增加反射带宽，根据公式Δ λ = ΔηΡ，增大螺 距是比较可行的，因此出现了很多实现螺距非均匀分布和螺距梯度分布的方法。为了提高 背光源在显示器中的利用率，1995年，荷兰科学家D. J. Broer等人（CN97191106. 1)用紫外 光照射双官能团手性液晶单体/单官能团液晶单体/紫外吸收色素/光引发剂复合体系， 使混合物中可聚合单体发生聚合反应，制备了液晶显示器光增亮膜。他们所制备的宽波反 射薄膜可以反射整个可见光波长范围（400~750nm)的圆偏振光，但是所用的原料合成条 件复杂，价格昂贵，并且由于有紫外吸收色素的存在，在制造过程中需要使用单色光传感器 对偏振片进行检测，其工艺比较复杂，较难控制。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种简单的宽波反射液晶薄膜材料的制作方法，原料简单 易得，工艺简单，成本较低。
[0006] 用紫外聚合协同作用制备宽波反射薄膜的方法，其具体制备工艺为：
[0007] 步骤1 :将小分子向列相液晶、手性化合物、紫外自由基可聚合单体、紫外阳离子 可聚合单体和光引发剂按照一定质量比混配，其中小分子向列相液晶的重量百分比为： 30~90% ;紫外自由基可聚合单体的重量百分比为：1~30% ;紫外阳离子可聚合单体的 重量百分比为~30% ;手性化合物的重量百分比为：1~20% ;光引发剂的重量百分比 的0. 1~10%。将混合物加热至各向同性态（即清亮点温度以上），用振荡器振荡多次，混 合均匀，降温发生各向同性态-胆留相的转变，即制得混配的胆留相液晶复合体系，操作过 程中避光。
[0008] 步骤2 :将上述混配的胆留相液晶复合体系灌入到预先经过平面取向处理的液晶 盒中，液晶盒的厚度为10~100 μπι，之后将灌注好的液晶盒用热台进行优化平面织构处 理，确保体系处于稳定的平面织构状态；对处理后的液晶盒用紫外光辐照，紫外光波长为 365nm，同时用热台对复合体系进行加热，由于复合体系中加入了螺旋扭曲力随温度变化较 大的手性化合物，并且加入的光引发剂可以同时产生阳离子和自由基，而紫外自由基聚合 比紫外阳离子聚合速度快，在温度的变化过程中，生成的聚合物网络可以固定不同的螺距， 形成螺距的非均勾分布；紫外光福照时间为5~150min，紫外光福照度为0. 1~100mW/cm2。
[0009] 步骤3 :通过对胆留相液晶中的手性化合物浓度进行调节，能够制备出对应于可 反射可见光区光波段的或者反射近红外区光波段的胆留相混合体系，再进行紫外光辐照， 使紫外光可聚合单体聚合，紫外光波长为365nm，紫外光辐照时间为5~150min，紫外光辐 照度为 〇· 1 ~100mW/cm2。
[0010] 进一步，所述紫外光引发剂为三芳基硫鑰盐，它既能产生自由基又能产生阳离子， 用紫外光辐照的同时，使用热台以不同的升温速率对复合体系进行加热，自由基聚合与阳 离子聚合同时进行，又由于自由基聚合和阳离子聚合的聚合速度不同，可以分别固定不同 的螺距，产生螺距的非均匀分布。
[0011] 进一步，所述紫外自由基可聚合单体为丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类、苯乙烯基 类、二乙酰基类中的一种或者几种，活性官能团数量为1~5个。
[0012] 进一步，紫外阳离子可聚合单体为柔性链环氧类树脂或者刚性链环氧类树脂中的 一种或者几种，活性官能团数量为1~5个。
[0013] 进一步，手性化合物选择联二萘酚、4'-(2_甲基丁基）-4-联苯氰（CB15)、异山梨 醇及其衍生物中的一种，其螺旋扭曲力随着温度的增加而减小，混配的胆留相液晶复合体 系的螺距随着温度的增加而增加。
[0014] 进一步，所述液晶盒的内表面经过平面取向处理，所述的平面取向处理为摩擦法、 真空镀膜法或化学法。
[0015] 本发明的优点在于：可以实现宽波反射特性的聚合物稳定胆留相液晶薄膜材料， 该种薄膜材料所使用的材料体系简单，材料来源丰富，制作工艺简单，容易实现规模化生 产。并且该薄膜材料可以根据实际需要，通过改变手性化合物的浓度，来调节反射中心的位 置，制备应用于液晶显示器的光增亮膜（反射可见光区域）或者应用于节能环保建筑用的 薄膜（反射近红外区域）。
【附图说明】
[0016] 1、图1是本发明实施例1中样品在不同温度下测试的液晶薄膜材料的透射光谱 图；曲线1是样品1未经过紫外光辐照，在温度为9°c时的透射光谱图；曲线2是样品1采 用紫外光辐照度为2mW/cm 2聚合后，在温度为25°C时的透射光谱图；曲线3是样品1采用紫 外光辐照度为〇. 5mW/cm2聚合后，在温度为25°C时的透射光谱图；曲线4是样品1采用紫外 光辐照度为I. 5mW/cm2聚合后，在温度为25°C时的透射光谱图；曲线5是样品1采用紫外光 辐照度为lmW/cm 2聚合后，在温度为25°C时的透射光谱图。
[0017] 2、图2是本发明实施例2中样品在不同温度下测试的液晶薄膜材料的透射光谱 图，曲线6是样品2未经过紫外光辐照，在温度为9°C时的透射光谱图；曲线7是样品2采 用升温速率为2°C /min聚合后，在温度为25°C时的透射光谱图；曲线8是样品2采用升温 速率为3°C /m