专利名称：一种使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法
技术领域：
本发明属于光敏材料和液晶材料领域，利用偶氮苯光场可逆来控制液晶光学性 能。
背景技术：
偶氮苯类化合物由于具有紫外光照射进行反式到顺式异构化和可见光照射进行 顺式到反式异构化回复反应的特殊性质，而成为一种良好的光控材料。当偶氮苯分子 发生光致异构时，其分子形状也随之改变。偶氮苯分子处于反式结构时，形状为棒状结 构；偶氮苯分子处于顺式结构时，形状为弯曲结构。现在以偶氮苯为基础的光控材料， 已经在光存储，光开关，光显示等方面有了大量的基础研究，为偶氮苯在光控材料方面 提供了广阔的应用前景。液晶既具有液体的各向同性，又具有晶体的有序性，它是由棒状分子、盘形分 子等不具有球对称性的分子组成的部分有序的物质。液晶不仅具有流体的流动特性，而 且能够呈现出晶体固有的空间各向异性，包括介电、磁极化、光折射系数等的空间各向 异性。正是由于具有这些特殊的性能，使得液晶在光存储，光显示，光开关等领域得到 广泛的应用。液晶的分子排列并不像晶体结构那样三维有序，是一种远程有序排列，这种排 列方式使液晶分子受电场、磁场、温度、分子间作用力等力的作用时，比较容易重新排 列，从而改变液晶的各种光学特性。近年来，液晶显示器(LCD)凭借其机身薄，省电，无辐射等优良的性能，受到 用户的广泛青睐。LCD的核心技术就是使用电场控制液晶的光学性能。传统的液晶控制 体系由光、电组合，虽然能够使液晶材料在光存储，光显示，光开关等光学领域得到应 用，但耗能较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，该 方法利用偶氮苯的光场可逆性能很好地调控液晶光学性能。为了解决上述技术问题，本发明的基本构思是通过将偶氮苯分子加入到液晶 材料中，由于偶氮苯分子顺式结构为棒状，反式为弯曲状，这两种结构的转换相当于对 液晶分子施加了一个外力，从而很容易实现对液晶分子排列的调控，例如向列相或者胆 甾相与各向同性相之间的可逆转变等。由于胆留相液晶的螺距与其反射光的波长相当， 因此可以利用偶氮苯顺反异构调控胆留相液晶的螺距，进而可以实现对胆留相液晶的光 透射性能及光反射性能的调控。这是一种分子水平的光学控制，将偶氮苯分子均勻的混 入液晶分子间，利用的光敏材料光致异构后分子构型发生变化的特性控制液晶的分子排 列。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是，一种使用偶氮苯调控液晶光学
3性能的方法，其特征在于，将液晶化合物、手性化合物和偶氮苯混合均勻后，灌入液晶 盒之中组成混合体系；使用紫外光照射所述混合体系，所述偶氮苯由反式结构变为顺式 结构；使用可见光照射所述混合体系，所述偶氮苯由顺式结构变为反式结构；所述混合 体系的光透过性和反射性随所述偶氮苯的光致异构发生可逆变化。当偶氮苯和手性化合物质量之和在混合体系中的比重超过20%时，则偶氮苯和 手性化合物无法在液晶化合物中完全溶解。因此，手性化合物和偶氮苯的质量之和在混 合体系中所占的比重小于20%。在所述混合体系中各组分的质量百分比分别为偶氮苯占-10% ；手性化合 物占-10% ；剩余组成为液晶化合物。作为本发明的一种优选方案，所述手性化合物为联萘二酚。作为本发明的另一种优选方案，所述液晶化合物为对辛基联苯氰。作为本发明的又一种优选方案，所述液晶化合物为对戊基联苯氰。本发明所使用的液晶是近晶相或向列相液晶，对液晶材料没有其他特殊要求。对于其他手性分子，只要混入液晶后不破坏液晶的光学性能均可满足要求。与现有技术相比本发明的优点在于，将光敏材料_偶氮苯混入液晶中，利用偶 氮苯的光致异构特性对液晶分子的光学性能进行可逆调控。相对于传统的电场、磁场 和温度调控，利用光进行调控更加节能高效，可以使液晶材料在光存储、光显示、光开 关、光控涂层、光快门等等领域得到更好的应用。
图1为偶氮苯，联萘二酚和对辛基联苯氰(8CB)的分子式。图2为偶氮苯光致异构特性过程。图3a为实例1中的混合体系未经过紫外光照的POM图像。图3b为实例1中的混合体系经紫外光照120秒后的POM图像。
图3c为实例1中的混合体系经紫外光照480秒后的POM图像。图3d为实例1中的混合体系经可见光照3小时后的POM图像。图4为实例1中的混合体系的紫外_可见吸收光谱随紫外_可见光照的变化。图5为实例2中的混合体系的透过率随紫外光照的变化。图6为实例3中的混合体系随紫外-可见光照POM图像的变化。图7为实例4中的混合体系随紫外-可见光照POM图像的变化。
具体实施例方式实施例1将偶氮苯，联萘二酚和对辛基联苯氰(8CB)按照质量比10% 1% 89%混合 均勻，灌入平行取向的液晶盒中，在21摄氏度的室温条件下，用波长365nm的紫外光 (10毫瓦/平方厘米)照射液晶盒480秒，置于自然光下恢复3小时。在偏光显微镜下观察液晶织构随紫外-可见光照所发生的变化①紫外光照 前，混合体系的织构是近晶相的扇形织构(如图3a所示)，此时液晶盒的透光度较低； ②，使用365纳米紫外光照120秒后，具有光致异构特性的偶氮苯发生顺反异构(如图2所示)，受偶氮苯分子异构化的影响，混合体系由有序度较高的近晶相转化为有序度较低 的胆甾相，其织构也变为胆甾相的平面织构(如图3b所示)，此时液晶盒的透光度很高； ③使用365纳米紫外光照射480秒后，混合体系失去液晶相，变为各向同性(如图3c所 示)；④在自然光下照射3小时后，混合体系恢复初始的近晶相(如图3d所示)。图4 显示，用紫外-可见分光光度计测试混合体系对应时间点的紫外-可见吸收光谱的变化。实施例2将偶氮苯，联萘二酚和8CB按照质量比5% 4% 91%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21摄氏度的室温条件下，用波长365纳米的紫外光照射液晶盒480 秒，图5显示，使用紫外-可见分光光度计测试其透过率光谱随紫外光照所变化。测试结果显示，紫外光照60秒后，混合体系的透过峰从1250纳米左右红移至 1400纳米左右；继续光照至180秒，透过峰消失，说明少量偶氮苯的光致异构使其两侧 的液晶分子间距增大，从而改变了胆留相液晶的螺距；当发生光致异构的偶氮苯达到一 定数量，液晶分子的有序性被完全破坏，转化为各向同性相。实施例3将偶氮苯，联萘二酚和8CB按照质量比2% 8% 90%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21摄氏度的室温条件下，用波长365纳米的紫外光照射液晶盒480 秒，然后置于自然光下恢复3小时。图6所示，混合体系初始状态为近晶相，紫外光照120秒后变为向列相，偶氮苯 的光致异构使液晶从高有序度的近晶相转变为有序度较低的向列相，而液晶织构也由近 晶相的扇形织构变为胆留相的平面织构，光透过性随之提高。由于偶氮苯含量较低，继 续光照仍保持胆留相，无法达到各向同性。当使用可见光照时，发生逆向变化，直至恢 复初始状态。实施例4将偶氮苯，联萘二酚和8CB按照质量比 10% 89%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21摄氏度的室温条件下，用波长365纳米的紫外光照射液晶盒480 秒，然后置于自然光下恢复3小时。图7所示，混合体系初始状态为近晶相，紫外光照180秒后变为胆留相，偶氮苯 的光致异构使液晶从高有序度的近晶相转变为有序度较低的胆留相，而液晶织构也由近 晶相的扇形织构变为胆留相的平面织构，光透过性随之提高。由于偶氮苯含量较低，继 续光照仍保持胆留相，无法达到各向同性。当使用可见光照时，发生逆向变化，直至恢 复初始状态。实验结果表明，实例3为最佳实例，以加入最少比例的偶氮苯和联萘二酚，达 到控制混合体系的相态及光透过性的目的。当然，本发明不仅限于手性化合物不仅限于联萘二酚，其它手性化合物只要混 入液晶后不破坏液晶的光学性能，均属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，将液晶化合物、手性化 合物和偶氮苯混合均勻后，灌入液晶盒之中组成混合体系；使用紫外光照射所述混合体 系，所述偶氮苯由反式结构变为顺式结构；使用可见光照射所述混合体系，所述偶氮苯 由顺式结构变为反式结构；所述混合体系的光透过性和反射性随所述偶氮苯的光致异构 发生可逆变化。
2.根据权利要求1所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，所述手 性化合物和所述偶氮苯的质量之和在混合体系中所占的比重小于20%。
3.根据权利要求1所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，在所述 混合体系中各组分的质量百分比分别为偶氮苯占-10%;手性化合物占-10%; 剩余组成为液晶化合物。
4.根据权利要求1-3所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，所述 手性化合物为联萘二酚。
5.根据权利要求1-3所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物为近晶相液晶化合物或向列相液晶化合物。
6.根据权利要求1-3所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物为对辛基联苯氰。
7.根据权利要求1-3所述的使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物为对戊基联苯氰。
全文摘要
本发明涉及一种使用偶氮苯调控液晶光学性能的方法，属于光敏材料和液晶材料应用领域。基体材料由液晶分子，手性分子和光响应性偶氮苯分子组成。本发明将液晶分子，手性分子和偶氮苯分子按照一定比例混合均匀后，灌入液晶盒之中。通过调控体系中手性分子和偶氮苯分子的含量，可实现光场控制液晶复合物的光学性能。本发明是一种不同于传统的电场、磁场和温度调控液晶光学性能的方法，利用光照诱导偶氮苯顺发异构，可实现光场可逆调控液晶盒的光透过性及反射性。本发明可以使液晶材料在光存储，光显示，光开关等领域得到更好的应用。
文档编号C09K19/56GK102010720SQ20101054148
公开日2011年4月13日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者张婷婷, 张明智, 杨强, 杨槐, 王国杰 申请人:北京科技大学