专利名称：一种纳米掺杂的电场可控液晶圆偏振片的制备方法
技术领域：
本发明属于功能材料液晶显示技术领域，提供了一种可电场调控宽波反射的液晶圆偏振片的制造方法，使用纳米粒子胆留相液晶复合体系实现宽波反射的液晶圆偏振片的制造。
背景技术：
由于偏振片具有独特的光学特性，因而在显示器件、交通工业、国防及尖端科学技术中有着广泛的应用。目前常用偏振片的主要为吸收型偏振片，这类偏振片尽管价格低廉，但存在多缺点和不足，例如光损耗大，工作环境受限，成品的吸收波段固定不可调整等。而可电场调控的反射式偏振片由于其优异的性能而具有广阔的应用前景，如液晶显示器的光增亮膜、智能玻璃、屏蔽薄膜、节能反射涂层、电子纸张等。众所周知，胆留相液晶由于其特殊的螺旋结构使其具备许多独特的光学性能，如圆二色性、选择性反射、旋光性等。而选择性反射是其中一个重要的光学性能。对于胆甾相液晶，沿着其螺旋轴，液晶分子指向矢旋转360°所对应的螺旋轴的长度成为螺距，以P表示。胆甾型液晶的选择性反射遵循布拉格公式X = = nXP,反射带宽A入=PX An,这里，n = (n0+ne)/2> An = r^-rv其中,ne和1 分别是液晶的非寻常光和寻常光折射率。在反射波带内，入射光中与胆留相液晶螺旋轴旋向相同的圆偏振光的部分反射，其余的部分透射。在可见光区域，由于胆甾相液晶的最大双折射An大约为0.3，所以反射带宽的上限为lOOnm。为显著增加反射波宽，主要方法是在体系中形成螺距梯度或螺距不均匀分布。1995年荷兰科学家D. J. Broer等人(CN97191106. I)使用光聚合的复合材料体系(包括光聚合手性的单体即胆留醇丙烯酸酯，可光聚合向列相丙烯酸酯，紫外吸收色素等)，利用非常弱的紫外线(辐射强度小于0.05mW/cm2)进行照射，制备了高分子网络/紫外吸收色素复合材料实现了螺距梯度分布宽波反射。原理是紫外吸收色素的添加造成了紫外光强度梯度，再加上弱的紫外光手性单体有充分的时间扩散，从而形成螺距梯度，以得到对整个可见光波段的选择性反射偏振片。由于单体在液晶中扩散的程度与紫外辐射强度有关，因此这种方法所形成的带宽对紫外照射强度十分敏感，因此在制造过程中要使用单色光传感器对偏振片进行检测，一旦达到所需带宽，就要立刻提高紫外照射强度。其设备较复杂，比较难控制。另外体系还使用了紫外吸收色素，增加了制造成本。
发明内容
本发明目的在于提供一种能实现宽波反射的液晶圆偏振片的制造方法，通过较简单的工艺，制造一种能实现宽波反射的液晶圆偏振片，而且这种偏振片的反射波宽可以根据实际需要由施加的电场调控，并且不需要紫外聚合。一种纳米掺杂的电场可控液晶圆偏振片的制备方法，其具体制造工艺为1、混合液晶由一种胆留相液晶和一种一维纳米材料混合而成，胆留相液晶是由介电常数为负的负性向列相液晶和手性化合物混合而成。手性化合物的含量I. 0-35. Owt%，负性液晶的含量60. 0-98. 8wt%，纳米材料的含量0. 2-5. Owt%。 2、将上述混合好的材料注入表面经过沿面取向处理的IOum-IOOum液晶盒或薄膜中，液晶处于胆留相平面织构状态；这时在液晶盒或薄膜的基板上加0V-190V，10Hz-100KHz交流电场，调节不同的电压、频率、波形即可得到选择性反射波宽不同的液晶圆偏振片。所述的沿面取向处理采用摩擦法、真空镀膜法或化学法；
所述的向列相液晶，其介电常数为负，即在高频交流电场下为平面取向；
所述的手性化合物为联萘二酚类衍生物、胆留醇类衍生物、手性仲辛醇类衍生物、苯基乙二醇类衍生物、以2，2’取代联苯为光活性中心的化合物、二甲基丁醇类衍生物或含二甲丁基的化合物；
所述的一维纳米材料是直径为30nm-500nm,长度为0. 5um_10. Oum的无机纳米材料或导电聚合物纳米材料，纳米材料为纳米管、纳米棒、纳米线或纳米带；无机纳米材料为硫化铋、硫化铜、硫化镉、硫化锌或氧化锌；导电聚合物纳米材料为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩；本发明所述除上述几种成分负性向列相液晶，手性化合物，一维纳米材料之外，还可根据所选成分、工艺及实际需要，决定是否进行沿面取向处理，以及是否添加光、热聚合单体、引发剂、催化剂等其它组分。优点或积极效果
可以实现宽波反射的反射型液晶圆偏振片，并且这种偏振片的反射波宽可以根据实际需要，通过调整施加的电场进行控制，并可实现可逆调控。因此也可以应用在一些功能薄膜和器件上，如智能玻璃、电子纸张、液晶显示器光增量膜等。另外，这种方法成分和工艺简单，从而简化加工设备，有效减少生产成本。
图I为本发明实例样品I在不同强度电场下的透射光谱图。图2为本发明实例样品2在不同强度电场下的透射光谱图。图3为本发明实施样品3在不同频率电场下的透射光谱图。图4为本发明实例样品I及样品2在加电前加电中以及撤电后的透射率曲线。
具体实施例方式下面用以下的实例说明本发明。本发明不只限定于此几项实施例。液晶盒的制备用2. Owt %的聚乙烯醇水溶液，通过旋涂的方法涂在ITO玻璃的导电面上，80°C烘烤30分钟，然后用绒布沿一个方向摩擦取向。将两块取向好的玻璃片导电面相对，并沿摩擦方向反平行放置，用厚度为20. 0±1. Oum的间隔垫来控制液晶盒的厚度，用胶水粘合边缘，制成平行取向的液晶盒。(I)实施样品I的材料配比
SLC10V513-200/ 手性化合物 Dl/ 硫化铋纳米管=93. 0/5. 0/2. 0(wt% )
样品I选用负性液晶3^1(^513-200，手性化合物01(01分子结构见图1)，直径为100nm-200nm长度为2um_5um的硫化秘纳米管,将样品按上述比例混合均勻,利用毛细作用灌入制备好的液 晶盒中，施 加方波电场，频率为I. OKHz，变换电压从OV至190V，并测试不同电压下样品的透过光谱。图2所示为对样品I分别施加0V、90V、140V、190V电压下的透射率曲线。未施加电压时，样品的反射波段为510nm-560nm,反射波宽为50nm;随着电压的升高反射波段逐渐变宽，到190V时，其反射波段为450nm-600nm，反射波宽为150nm，为初始反射波宽的3倍。(2)实施样品2的材料配比 SLC10V513-200/S811/ 聚苯胺纳米管=83. 0/15. 0/2. 0(wt% )
样品2选用负性液晶SLC10V513-200，手性化合物S811，直径为100nm-200nm长度为2um-3um的聚苯胺纳米管，按上述配比将样品混合均匀，利用毛细作用灌入制备好的液晶盒中，施加方波电场，频率为I. OKHz，变换电压从OV至190V，测试不同电压下样品的透过光谱。图3所示为对样品2分别施加0V、90V、140V、190V电压下的透射率曲线。未施加电压时，样品的反射波段为880nm-950nm，反射波宽约为70nm ;随着电压的升高反射波段逐渐变宽，到190V时，其反射波段增大至800nm-1040nm，反射波宽约为240nm。(3)实施样品3的材料配比 SLC10V513-200/R1011/硫化铋纳米棒=91. 0/8. 0/1. 0(wt% )
样品3选用负性液晶SLC10V513-200，手性化合物R1011，直径为50nm_150nm长度为lum-3um的硫化铋纳米棒，按上述配比将样品混合均匀，利用毛细作用灌入制备好的液晶盒中，施加正旋交流电场，电压150V，变换频率从IOOHz至1000Hz，测试不同频率下样品的透过光谱。图4所示为对样品3不加电以及分别施加200Hz、400Hz、600Hz、800HzUOOOHz电场下的透射率曲线，可见随着电场频率的降低反射波宽逐渐变宽。
测试使用的仪器是紫外-可见-近红外分光光度计(Jasco V-570)。在测试过程中，除对样品施加不同电场测试其透射率之外对样品断电后的透射率也进行了测试。图4对样品I及样品2施加I. OKHz方波电场，分别在加电前(0V)，加电中(190V)以及撤电后(E OFF)的透射率曲线。可以看出，样品在撤去电场后基本可以恢复与原始波段及波宽一致的透射率，反复加撤电场，可实现可逆调控。
表I
(I)负性液晶(永生华清液晶有限公司)
权利要求
1.一种纳米掺杂的电场可控液晶圆偏振片的制备方法，其特征在于具体制造工艺为a.混合液晶由一种胆留相液晶和一种一维纳米材料混合而成，胆留相液晶是由介电常数为负的负性向列相液晶和手性化合物混合而成；手性化合物的含量I. 0-35. 0wt%,负性向列相液晶的含量60. 0-98. 8wt%，纳米材料的含量0. 2-5. 0wt% ；b.将上述混合好的材料注入表面经过沿面取向处理的10um-100 um液晶盒或薄膜中，液晶处于胆留相平面织构状态；这时在液晶盒或薄膜的基板上加0 V-190 V，10 Hz-IOO KHz交流电场，调节不同的电压、频率、波形即可得到选择性反射波宽不同的液晶圆偏振片。
2.按照权利要求I所述的一种纳米掺杂的电场可控液晶圆偏振片的制备方法，其特征在于所述的沿面取向处理采用摩擦法、真空镀膜法或化学法。
3.按照权利要求I所述的一种纳米掺杂的电场可控液晶圆偏振片的制备方法，其特征在于所述的向列相液晶，其介电常数为负，即在高频交流电场下为平面取向；所述的手性化合物为联萘二酚类衍生物、胆留醇类衍生物、手性仲辛醇类衍生物、苯基乙二醇类衍生物、以2，2’取代联苯为光活性中心的化合物、二甲基丁醇类衍生物或含二甲丁基的化合物； 所述的一维纳米材料是直径为30 nm-500 nm,长度为0.5 um-10. 0 um的无机纳米材料或导电聚合物纳米材料，纳米材料为纳米管、纳米棒、纳米线或纳米带；无机纳米材料为硫化秘、 硫化铜、硫化镉、硫化锌或氧化锌；导电聚合物纳米材料为聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。
全文摘要
本发明提供了一种可电场调控宽波反射的液晶圆偏振片的制造方法，属于功能材料液晶显示技术领域。该方法通过将一维纳米材料与胆甾相液晶混合并灌注液晶盒或薄膜中，施加不同电场来控制反射波宽。其优点在于成分和工艺简单，偏振片的反射波宽可根据实际需要通过电场进行控制，并可实现可逆调控。可应用在功能薄膜和器件上，如智能玻璃、电子纸张、液晶显示器光增量膜等。
文档编号G02B5/30GK102621617SQ20121005039
公开日2012年8月1日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者丁杭军, 刘芳, 张波萍, 曹晖, 李克轩, 杨槐, 王静静, 葛振华 申请人:北京科技大学