~D，纳米粒子掺杂后液晶电光性能的改善归功于介电各向异性△ ε的 增强。介电各向异性常数的增强有三方面因素：1.诱捕作用。电场作用下，带电的纳米粒子 会诱捕杂质离子，同时介孔球的多孔结构提供了更高的活性吸附杂质离子，使流向基板的 杂质粒子减少，进一步使得基板与液晶分子之间的作用力变强，降低了阈值电压，加快了响 应(如图8C所示）。2.偶极作用。Cu 20 MPS表面有许多Cu活性点，使得介孔球表面具有很大的 表面缺陷，在电场作用下，带正电的Cu20 MPS与液晶分子的氰基(-CN)产生静电作用力，在 相同外加电场作用下，对液晶分子排列的干扰更加明显，降低阈值电压，加快响应速度(如 图8A所示）。3.有效电场增强。Cu 20为P型半导体，外加电场作用下会产生极化电场，这样纳 米粒子的极化电场与外加电场的叠加作用，使纳米粒子周围的等效电场比原有外加电场要 强。使液晶发生转变所需的外加电场减小，阈值电压降低，同时响应时间减小（如图8 B所 不）。如图8中图D所不，即为Cu2〇 MPS惨杂入胆留相液晶后的机理转变图不，I是胆留相液晶 的平面态；π是电场作用下胆留相液晶的焦锥态；m是电场作用下胆留相液晶的场致向列 相态。
[0063] (I)未施加电压时，液晶处于平面织构，此时由于Cu2〇 MPS中铜原子的正电荷，会 与液晶分子之间的作用力增强，扰乱了液晶分子的有序排布。同时，纳米粒子的掺杂，会在 液晶中产生缺陷，破坏液晶的平面织构。（此时纳米粒子并没有吸附杂质离子，是因为杂质 离子只有在电场作用下才会带电，才能被纳米粒子诱捕。）
[0064] ( Π )当液晶池施加交流电压(Eac；>Vthi)，纳米粒子在电场作用下，会诱捕一定量的 液晶池中的带电杂质离子，减弱屏蔽作用的影响；同时具有正电荷的Cu20 MPS与液晶分子 的相互作用增强，对液晶分子的排布产生极大影响；Cu20 MPS在电场作用下会产生极化电 场，扰乱了胆留相液晶分子的有序排布，使得液晶处于焦锥态，此时在液晶池中形成了许多 畴，每个畴内仍然具有螺旋性，不同畴内螺旋轴杂乱排布。
[0065] (ΙΠ )对液晶池继续施加交流电压(Eac>Vth2)，纳米粒子对杂质离子的吸附增强；同 时由于介孔球的比表面积大，对液晶分子具有较强的吸附作用，使得纳米粒子与液晶分子 之间的作用力更强；纳米粒子的极化电场增强，使得纳米粒子周围的液晶分子的有效电场 增强。从而驱动液晶分子沿着电场方向排布，加快液晶分子的转动，最终使得液晶分子垂直 于基板排布，使得液晶处于场致向列相态。综上所述，向液晶中掺杂Cu 20 MPS可以极大改善 液晶的电光性能，手性向列相的驱动电压降低了70%以上，向列相的驱动电压降低了20% 以上。这为液晶显示行业的发展提供了新的思路。
【主权项】
1. cU20纳米粒子增强液晶的电光性能的方法，其特征在于： 具体通过如下步骤实现： 第一步，Cu2〇纳米介孔球和Cu2〇纳米球的制备； 第二步，分别将Cu20纳米介孔球及同尺寸的Cu20纳米球以质量分数0.10%~0.50%掺 杂进胆留相液晶中形成纳米材料与液晶复合物，分别称为复合物A和复合物B; 分别将(：1120纳米介孔球及同尺寸的〇120纳米球以质量分数0.001%~0.200%掺杂进向 列相液晶中形成纳米材料与液晶复合物，分别称为复合物C和复合物D; 第三步，液晶池的制备； 第四步，电光性能测试。2. 根据权利要求1所述的Cu20纳米粒子增强液晶的电光性能的方法，其特征在于:所述 的CU2〇纳米介孔球和CU2〇纳米球的合成过程为： 在100mL的圆底烧瓶中加入CuCl2溶液和ΝΗ3 · H20,反应生成深蓝色溶液;随后将聚环氧 乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物的水溶液加入到上述深蓝色溶液中，此刻烧瓶 内溶液颜色被稀释为蓝色;在持续搅拌0.5小时后，将抗坏血酸溶液AA逐滴地加入上述的蓝 色溶液中；随着抗坏血酸溶液AA的注入，溶液颜色从蓝色逐渐变为浅蓝色，然后变为无色透 明溶液；当继续加入到4. OmL时，无色透明溶液内产生了白色浑浊，从加完抗坏血酸溶液AA 起反应40分钟内反应溶液仍然是白色浑浊，在随后的5分钟内才慢慢地转变为鲜黄色浑浊； 所得鲜黄色沉淀物通过离心法收集，之后用无水乙醇洗涤，最后在60°C的烘箱中干燥5小 时;制备得到平均直径250nm的Cu 20纳米介孔球，表面孔径大小平均为8nm; 将上述Cu20纳米介孔球的合成过程中的氯化铜换为醋酸铜并维持其他条件不变，制备 得到Cu2〇纳米球，纳米球尺寸平均为250nm。3. 根据权利要求1所述的Cu20纳米粒子增强液晶的电光性能的方法，其特征在于:所述 的液晶池的制备包括如下步骤： (1) IT0玻璃基板的清洗； (2) IT0玻璃基板的表面处理； 将IT0玻璃片的导电面朝上放在匀胶机的转台上，用滴管将聚乙烯醇溶液滴在玻璃片 的IT0导电面上，先以300r/min的速度转9s，使PVA取向剂均匀分布；再以3000r/min旋转 30s，然后在353.0K温度下烘烤30min，最后用绒布对涂覆有PVA取向层的一面进行定向摩 擦，即获得经过取向处理的IT0玻璃基板； (3) 液晶池的组装； 在洁净台上，取两片经过表面处理的IT0玻璃基板，导电面相对、上下反平行或正交搭 在一起，中间用两片聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为间隔垫控制液晶层厚度，然后用胶封 边框，留出液晶灌注口；得到反平行或TN型液晶池，用于胆甾相(或向列相液晶电光性能的 测试； (4) 灌注实验样品； 把第二步中制备的复合物A~D分别涂在四个液晶池的灌注口处，由于毛细作用和压力 差，复合物A~D将由此处分别被均匀吸入各自的液晶池;最后封住灌注口；所述的液晶池， 复合物A和复合物B是胆留相体系，对应的液晶池均为反平行液晶池，复合物C和复合物D为 向列相体系，对应的液晶池均为TN型液晶池。4. 根据权利要求1所述的Cu20纳米粒子增强液晶的电光性能的方法，其特征在于:掺杂 纳米粒子Cu20纳米介孔球和纳米球后对液晶电光性能的增强效果如下： 对胆留相液晶驱动电压的降幅达70%;掺杂纳米介孔球后，胆留相液晶的第一阈值电 压降幅达75.16%，第二阈值电压降幅达71.56%，饱和电压最大降幅达64.73%，而纳米球 对胆留相液晶的驱动电压降幅为64.84 %~36.95 % ; 掺杂纳米介孔球后，对向列相液晶阈值电压与饱和电压最大降幅分别为21.30%和 3 6 . 10 %，而掺杂纳米球后，向列相液晶的阈值电压及饱和电压分别下降21 . 3 0 %和 22.46%〇 5. Cu20纳米粒子增强液晶，其特征在于:所述的液晶为胆留相液晶或向列相液晶，胆甾 相液晶中掺杂Cu 20纳米介孔球及同尺寸的Cu20纳米球的质量分数0.10%~0.50% ; 向列相液晶中掺杂Cu2〇纳米介孔球及同尺寸的Cu2〇纳米球的质量分数0.001 %~ 0.200%〇
【专利摘要】本发明公开了一种Cu2O纳米粒子增强液晶的电光性能的方法，属于液晶显示技术领域。本发明分别将Cu2O纳米介孔球及同尺寸的Cu2O纳米球以质量分数0.10％～0.50％掺杂进胆甾相液晶N*-LCs中形成纳米材料与液晶复合物，分别将Cu2O？MPS及同尺寸的Cu2O？NS以质量分数0.001％～0.200％掺杂进向列相液晶5CB中形成纳米材料与液晶复合物。通过制备的液晶池对其进行电光性能测试。本发明通过在液晶中掺杂少量的Cu2O纳米材料可实现对胆甾相液晶和向列相液晶驱动电压的大幅度降低，介孔球的降幅比纳米球的要大。
【IPC分类】C09K19/58
【公开号】CN105623675
【申请号】CN201610170274
【发明人】郭林, 赵东宇, 商旸, 许丽红
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月23日