一种反射器及其制备方法与应用与流程

1.本发明涉及液晶材料技术领域，尤其是涉及一种反射器及其制备方法与应用。


背景技术：

2.目前，液晶反射器件广泛应用于显示器、激光器、智能窗户和生物传感器等。现有的液晶反射器件大都基于胆甾相液晶的选择性反射，通过选择添加的手性掺杂剂旋向，进而调节器件是反射左旋圆偏振光(l
‑
cpl)或者右旋圆偏振光(r
‑
cpl)。然而不管是l
‑
cpl还是r
‑
cpl，都只占自然光的50％，使得液晶反射器件的反射率最高只有50％，剩余50％的自然光被透射。同时由于存在聚合物与小分子液晶折射率不匹配等过程，造成了散射现象，大大降低了液晶反射器件的反射率。
3.当液晶反射器件可以同时反射圆偏振光的两种旋性，超过了50％反射极限，称为超反射现象。现今，制备超反射液晶器件的方法包括有：(1)将多层旋向相反的液晶聚合物薄膜堆叠之后得到能够同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的超反射器件；(2)先制备得到液晶聚合物层，再洗出其中液体成分，最后填充与液晶聚合物层旋向相反的液体组分，得到超反射器件。上述超反射器件的制备方法工艺复杂、操作繁琐。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种反射器，该反射器具有制备工艺简单、操作简便的特点。
5.本发明还提供了一种反射器的制备方法。
6.本发明还提供了上述反射器的应用。
7.本发明的第一方面，提出了一种反射器，依次包括有透光基板一、调光层和透光基板二，所述调光层包括液晶聚合物层和小分子液晶层，所述液晶聚合物层和所述小分子液晶层由液晶混合物通过光聚合诱导分层形成，所述液晶聚合物层和小分子液晶层手性旋向相反。
8.根据本发明实施例的一种反射器，至少具有以下有益效果：本发明利用光聚合诱导分层效应制备得到手性旋向相反的液晶聚合物层和小分子液晶层，从而得到超反射器件。本发明所需材料简单、易得，制备工艺简单易行，制备过程耗时短，操作方便，反射器的反射率高(反射率高于90％)，性能优良，能够保证很好的反射效果并且效果持久，可以以较为低廉的材料和简便的制备流程应用于工业生产。
9.此外，本发明公开的反射器具有高反射率及加热或加电可调节反射光旋向的特点(调光层具有温度响应、电响应)，具体为：由于液晶聚合物层和小分子液晶层的手性方向相反，因此在室温且不加电的状态下，反射器可以反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，此时反射器具有超反射的效果。通过对小分子液晶层进行调控，对反射器进行加热或施加电场，加热会使小分子液晶层变成各向同性状态，加电会使小分子液晶层的取向变焦锥态，而液晶聚合物层几乎不受影响，此时反射器不能反射左旋圆偏振光(或右旋圆偏振光)，反射器的
反射率小于50％，无超反射效果。将温度降至室温或撤销电场，小分子液晶层回到初始状态，此时小分子液晶层可以反射左旋圆偏振光(或右旋圆偏振光)，聚合物层反射右旋圆偏振光(或左旋圆偏振光)，反射器的反射率大于90％，反射器实现超反射效果。其中，反射器的反射波段可通过调节液晶混合物中的手性原料的种类或含量来实现。
10.在本发明的一些实施方式中，所述液晶聚合物层为胆甾相液晶聚合物网络。
11.在本发明的一些实施方式中，所述小分子液晶层为胆甾相液晶。
12.在本发明的一些实施方式中，所述液晶混合物包括有可聚合液晶单体、不可聚合液晶小分子、光引发剂、可聚合手性掺杂剂和不可聚合手性掺杂剂，其中，所述可聚合手性掺杂剂和所述不可聚合手性掺杂剂的手性相反。
13.通过上述实施方式，本发明只需一步光照聚合(可为紫外曝光)，使两种手性相反的胆甾相液晶分离即可达到超反射目标，在制备过程中无需加热和施加电场诱导手性不同的胆甾相液晶逐步形成。具体地，光聚合诱导分层过程可为：光照(可为紫外曝光)使液晶混合物中的可聚合的单体(包括可聚合液晶单体、可聚合手性掺杂剂)在靠近光源一侧(上层)被引发、速率较快，使得可聚合的单体扩散至靠近光源一侧，导致靠近光源一侧(上层)形成液晶聚合物层(右旋或左旋)。与此同时，由于可聚合的单体(含右旋或左旋的可聚合手性掺杂剂)扩散至靠近光源一侧(上层)使得不可聚合手性掺杂剂(左旋或右旋)被挤到远离光源一侧(下层)，导致远离光源一侧(下层)的不可聚合手性掺杂剂(左旋或右旋)含量较高，因此在远离光源一侧(下层)形成小分子液晶层(左旋或右旋)。
14.同时，反射器具有可逆的温度响应，通过加热的方法，实现对透过光的调控，其中，温度响应基于材料的液晶温度范围。由于小分子液晶层的主要组分为小分子液晶和不可聚合的手性掺杂剂，当反射器温度为较低温度时(如25℃时)，小分子液晶层的液晶处于各向异性的液晶相，平行于透光基板排列，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。当升高反射器温度(如升至50℃)，此时的温度高于小分子液晶的清亮点温度，小分子液晶层的液晶由原来各向异性的液晶相转变为各向同性的液体状态，而液晶聚合物层中由于聚合物网络的存在使得清亮点温度升高，分子仍然维持平行于透光基板的胆甾相排列，此时反射器只能反射右旋圆偏振光(或左旋圆偏振光)。当降低反射器的温度至较低温度时(如25℃时)，小分子液晶层的液晶由原来各向同性的液体状态转变为各向异性的液晶状态，转变回到与透光基板平行排列的取向，而液晶聚合物层仍然维持平行取向，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
15.在本发明的一些优选的实施方式中，所述液晶聚合物层的原料包括有可聚合液晶单体、可聚合手性掺杂剂、光引发剂和不可聚合液晶小分子。
16.在本发明的一些优选的实施方式中，所述小分子液晶层的原料包括有不可聚合液晶小分子和不可聚合手性掺杂剂。
17.在本发明的一些优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体和所述光引发剂的质量份数之比为(30
‑
45):(0.1
‑
1)。
18.在本发明的一些优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体和所述不可聚合液晶小分子的质量份数之比为(30
‑
45):(45
‑
60)。
19.在本发明的一些优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体与所述可聚合手性掺杂剂的质量份数之比为(30
‑
45)：(1
‑
9)。
20.在本发明的一些优选的实施方式中，所述不可聚合液晶小分子与所述不可聚合手性掺杂剂的质量份数之比为(45
‑
60)：(1
‑
9)。
21.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体、所述正性液晶、所述光引发剂、所述可聚合手性掺杂剂和所述不可聚合手性掺杂剂的质量份数之比为(30
‑
45):(45
‑
60):(0.1
‑
1):(1
‑
9):(1
‑
9)。本发明中通过调控手性掺杂剂的浓度调整反射峰的波段。胆甾相液晶分子成螺旋状的一个周期的高度称之为螺距(р)，而р的旋转方向定义了胆甾相液晶的手性。螺距、螺旋扭转方向与胆甾相的折射率一起决定了胆甾相液晶的光学性质。胆甾相液晶的螺距р与手性掺杂剂诱导向列相液晶指向矢连续均匀螺旋扭曲的能力(htp)、手性掺杂剂的浓度(c)有以下关系：
22.p＝1/(htp*c)
23.胆甾相液晶周期性的螺旋结构对光可产生布拉格反射效应，使其具有特定波段选择性反射。反射波长(λ)取决于胆甾相液晶的螺距(p)和液晶的平均折射率(n)，其关系如下：
24.λ＝n*p
25.当同时增加手性掺杂剂的浓度，胆甾相液晶的螺距p减小，其反射波长随之减小，反之亦然。此外，p的旋转方向决定了理论上一层胆甾相液晶只能反射与扭转方向相同的圆偏振光，反射率最高只有50％。同时，不同种类的手性掺杂剂具有不同的螺旋扭曲力(htp)。当手性掺杂剂的htp较大时，相同含量的情况下反射波峰越短，反之，当手性掺杂剂的htp较小时，相同含量的情况下反射波峰越长。当使用的手性掺杂剂相同时，手性掺杂剂的含量增大时，该反射波段蓝移；相反，若手性掺杂剂的含量降低时，反射波段红移。
26.因此，本发明中通过调控手性掺杂剂的种类、手性掺杂剂的浓度调整反射峰的波段，可使反射器在可见光波段和红外线波段具有超反射率(>50％)、温度响应的性能，性能优良，可随温度动态可调控。
27.在本发明的一些优选的实施方式中，所述不可聚合液晶小分子包括有正性液晶。
28.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述液晶混合物包括有可聚合液晶单体、正性液晶、光引发剂、可聚合手性掺杂剂和不可聚合手性掺杂剂。
29.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述液晶混合物包括有可聚合液晶单体、正性液晶、光引发剂、右旋的可聚合手性掺杂剂和左旋的不可聚合手性掺杂剂。
30.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述液晶聚合物层的原料包括有可聚合液晶单体、右旋的可聚合手性掺杂剂、光引发剂和正性液晶。
31.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述液晶聚合物层包括有胆甾相液晶聚合物网络，所述液晶聚合物层由可聚合液晶单体、右旋的可聚合手性掺杂剂、光引发剂和正性液晶形成。
32.通过上述实施方式，液晶聚合物层为右旋的聚合物结构，可以反射右旋圆偏振光。
33.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述小分子液晶层的原料包括有正性液晶和左旋的不可聚合手性掺杂剂。
34.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述小分子液晶层为由正性液晶和左旋的不可聚合手性掺杂剂组成的左旋的胆甾相液晶层。
35.通过上述实施方式，小分子液晶层为左旋的胆甾相液晶结构，可以反射左旋圆偏
振光。
36.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述液晶聚合物层由可聚合液晶单体、右旋的可聚合手性掺杂剂、光引发剂和正性液晶形成的胆甾相液晶聚合物网络，所述小分子液晶层由正性液晶和左旋的不可聚合手性掺杂剂组成的左旋胆甾相液晶。
37.通过上述实施方式，将右旋的可聚合手性掺杂剂(可为右旋手性液晶单体)、可聚合液晶单体、左旋的不可聚合手性掺杂剂混在一起，未光照聚合前，由于右旋的可聚合手性掺杂剂的螺旋扭曲力比较大，此时右旋的可聚合手性掺杂剂占主导，左旋扭曲力由于外消旋作用而被掩盖，反射器只能反射右旋圆偏振光，反射率小于50％。光照(可为紫外曝光)使可聚合液晶单体在靠近光源一侧(上层)被引发、速率较快，使得可聚合的单体(包括可聚合液晶单体、右旋的可聚合手性掺杂剂)扩散至靠近光源一侧，导致靠近光源一侧(上层)形成右旋的液晶聚合物层。与此同时，由于可聚合的单体扩散至靠近光源一侧(上层)使得左旋的不可聚合手性掺杂剂被挤到远离光源一侧(下层)，导致远离光源一侧(下层)的左旋的不可聚合手性掺杂剂含量较高，因此在远离光源一侧(下层)形成左旋的小分子液晶层。
38.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体、所述正性液晶、所述光引发剂、所述可聚合手性掺杂剂和所述不可聚合手性掺杂剂的质量份数之比为(30
‑
45):(45
‑
60):(0.1
‑
1):(1
‑
9):(1
‑
9)。
39.在本发明的一些优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体包括有丙烯酸酯类单体。
40.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述可聚合液晶单体包括有单官能团丙烯酸酯或双官能团丙烯酸酯中的至少一种。
41.需要说明的是，“官能团”具体指代碳碳双键，该官能团主要用于光聚合，尤其是紫外光聚合。本发明通过调节各成分比例，使液晶聚合物层与小分子液晶层可以共存且稳定存在。
42.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述单官能团丙烯酸酯包括有hcm
‑
020、hcm
‑
021、hcm
‑
022、hcm
‑
039、hcm
‑
040、hcm
‑
042、hcm
‑
043、hcm
‑
044、hcm
‑
045、hcm
‑
046、hcm
‑
047、hcm
‑
048、hcm
‑
049、hcm
‑
050、hcm
‑
059、hcm
‑
062、hcm
‑
065、hcm
‑
066、hcm
‑
074、hcm
‑
075、hcm
‑
076、hcm
‑
078、hcm
‑
079、hcm
‑
080、hcm
‑
083、hcm
‑
091、hcm
‑
108、hcm
‑
109、hcm
‑
110、hcm
‑
116、hcm
‑
126或hcm
‑
127中的至少一种。
43.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有江苏和成显示科技股份有限公司等。
44.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述双官能团丙烯酸酯包括有hcm
‑
002、hcm
‑
008、hcm
‑
006、hcm
‑
009、hcm
‑
026、hcm
‑
028、hcm
‑
053、hcm
‑
072、hcm
‑
087或hcm
‑
125中的至少一种。
45.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有江苏和成显示科技股份有限公司等。
46.在本发明的一些优选的实施方式中，右旋的所述可聚合手性掺杂剂包括有hcm
‑
006或rm96中的至少一种。
47.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有江苏和成显示科技股份有限公司等。
48.在本发明的一些优选的实施方式中，左旋的所述不可聚合手性掺杂剂包括有s811、s1011、s5011或s6n中的至少一种。
49.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有江苏和成显示科技股份有限公司、北京
八亿时空液晶科技股份有限公司等。
50.在本发明的一些优选的实施方式中，所述的光引发剂包括有紫外光引发剂。
51.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述的光引发剂包括有irgacure
‑
127、irgacure
‑
1173、irgacure
‑
184、irgacure
‑
819、irgacure
‑
651、irgacure
‑
369或irgacure
‑
2959中的至少一种。
52.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有希恩思、merck公司等。
53.在本发明的一些优选的实施方式中，所述正性液晶包括有5cb、e7或htw138200
‑
100中的至少一种。
54.上述试剂可自市场购得，生产厂家包括有江苏和成显示科技股份有限公司、merck公司等。
55.在本发明的一些实施方式中，所述调光层的厚度为30um～100um。
56.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板一的透光率范围为95％
‑
100％。
57.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板二的透光率范围为95％
‑
100％。
58.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板一朝向液晶混合物的一侧设置有平行取向层一，所述透光基板二朝向液晶混合物的一侧设置有平行取向层二。
59.通过上述实施方式，平行取向层一和平行取向层二可结构完全一致。包括制备的材料和制备流程均一致。
60.在本发明的一些优选的实施方式中，所述平行取向层一的原料包括有聚乙烯醇或聚酰亚胺中的至少一种。
61.在本发明的一些优选的实施方式中，所述平行取向层二的原料包括有聚乙烯醇或聚酰亚胺中的至少一种。
62.在本发明的一些优选的实施方式中，所述调光层位于所述平行取向层一和所述平行取向层二之间。
63.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述透光基板一、所述平行取向层一、所述调光层、所述平行取向层二和所述透光基板二依次层叠设置。
64.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述透光基板一、所述平行取向层一、所述液晶聚合物层、所述小分子液晶层、所述平行取向层二和所述透光基板二依次层叠设置。
65.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板一为透光导电基板一。
66.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板二为透光导电基板二。
67.在本发明的一些实施方式中，所述透光基板一为透光导电基板一，所述透光基板二为透光导电基板二。
68.在本发明的一些优选的实施方式中，所述液晶混合物包括有可聚合液晶单体、正性液晶、光引发剂、可聚合手性掺杂剂和不可聚合手性掺杂剂。
69.通过上述实施方式，反射器具有可逆循环的温度响应的同时，具有可逆的电响应，性能优良，可随温度和电场动态可调控，较易调控，扩大了反射器的使用范围，可应用于光学和显示技术领域中。在实际应用中，可根据需要，调节手性掺杂剂的含量得到不同反射波段的反射器，在可见光波段和红外线波段具有超反射率(反射率高于90％)、温度响应和电响应的性能，反射器能够具有可逆循环的温度响应和电响应，即通过加热或加电的方法，实现对透过光的调控，改善设备性能，并且可以以较为低廉的材料和简便的制备流程应用于
工业生产，应用前景好。
70.反射器的电响应原理是基于正性液晶分子在电场作用下趋向与电场方向平行排列的机理。反射器聚合后形成液晶聚合物层和小分子液晶层。由于小分子液晶层的主要组分为正性液晶和不可聚合手性掺杂剂，当接入电场u＝0v时，小分子液晶层的液晶平行于透光导电基板排列，器件呈透明状，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。当接入电场u≠0v时(如u＝120v)，正性液晶分子由原来平行于透光导电基板的取向转变为焦锥态取向，而液晶聚合物层中的液晶分子由于聚合物网络的存在仍然维持平行于透光导电基板的胆甾相排列，该器件能够保持在模糊状态，此时反射器只能反射右旋圆偏振光(或左旋圆偏振光)。当撤销电场u＝0v时，正性液晶分子由于取向层的作用，会转变回到与透光导电基板平行排列的取向，而液晶聚合物层仍然维持平行取向，此时器件可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
71.由上，本发明公开的反射器具有高反射率及加热或加电可调节反射光旋向的特点，具体为：由于液晶聚合物层和小分子液晶层的手性方向相反，因此在室温且不加电的状态下，反射器可以反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，此时反射器具有超反射的效果。通过对小分子液晶层进行调控，对反射器进行加热或施加电场，加热会使小分子液晶层变成各向同性状态，加电会使小分子液晶层的取向变焦锥态，而液晶聚合物层几乎不受影响，此时反射器不能反射左旋圆偏振光(或右旋圆偏振光)，反射器的反射率小于50％，无超反射效果。将温度降至室温或撤销电场，小分子液晶层回到初始状态，此时小分子液晶层可以反射左旋圆偏振光(或右旋圆偏振光)，聚合物层反射右旋圆偏振光(或左旋圆偏振光)，反射器的反射率大于90％，反射器实现超反射效果。其中，反射器的反射波段可通过调节液晶混合物中的手性原料的种类或含量来实现。
72.在本发明的一些优选的实施方式中，所述透光导电基板一、所述平行取向层一、所述调光层、所述平行取向层二和所述透光导电基板二依次层叠设置。
73.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述透光导电基板一、所述平行取向层一、所述液晶聚合物层、所述小分子液晶层、所述平行取向层二和所述透光导电基板二依次层叠设置。
74.在本发明的一些优选的实施方式中，所述反射器还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与所述透光导电基板一、所述透光导电基板二电性连接。
75.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述电源组件包括交流电源，所述交流电源上集成有电压调节装置。
76.通过上述实施方式，交流电源上集成有电压调节装置，可对电源电压直接进行调节。电源组件的两极分别与透光导电基板一、透光导电基板二电性连接，通过电源组件向透光导电基板一和透光导电基板二之间施加电压。
77.本发明的第二方面，提出了一种反射器的制备方法，包括如下步骤：
78.取透光基板一和透光基板二，在透光基板一和透光基板二之间加入液晶混合物，光照，形成液晶聚合物层和小分子液晶层，即调光层。
79.根据本发明实施例的一种反射器的制备方法，至少具有以下有益效果：所述制备方法利用光聚合诱导分层效应制备得到手性旋向相反的液晶聚合物层和小分子液晶层，从而得到超反射器件。本发明的反射器件属于一体成型器件，所需材料简单、易得，制备工艺
简单易行，制备过程耗时短，操作方便，只需简单曝光就能制备、无需洗出或填充、适用于工业化生产应用。同时，反射器的反射率高(反射率高于90％)，性能优良，能够保证很好的反射效果并且效果持久，可以以较为低廉的材料和简便的制备流程应用于工业生产。在本发明的一些实施方式中，将透光基板一和透光基板二封装成液晶盒，向液晶盒内填充液晶混合物。
80.在本发明的一些实施方式中，还包括有步骤s0
‑
1，用平行取向层材料分别在透光基板一上制备平行取向层一、透光基板二上制备平行取向层二。
81.在本发明的一些优选的实施方式中，所述平行取向层一的原料包括有聚乙烯醇或聚酰亚胺中的至少一种。
82.在本发明的一些优选的实施方式中，所述平行取向层二的原料包括有聚乙烯醇或聚酰亚胺中的至少一种。
83.在本发明的一些更优选的实施方式中，在所述透光基板一上旋涂所述平行取向层一的原料溶液，得到所述平行取向层一。
84.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述平行取向层一的原料溶液中原料的质量分数为3
‑
5％。
85.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述平行取向层一的原料溶液为原料的水溶液。
86.在本发明的一些更优选的实施方式中，在所述透光基板二上旋涂所述平行取向层二的原料的水溶液，得到所述平行取向层二。
87.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述平行取向层二的原料溶液中原料的质量分数为3
‑
5％。
88.在本发明的一些更优选的实施方式中，所述平行取向层二的原料溶液为原料的水溶液。
89.在本发明的一些优选的实施方式中，在步骤s0
‑
1中，在所述透光基板一和所述透光基板二的表面上分别旋涂聚乙烯醇水溶液，并摩擦取向，得到平行取向层一和平行取向层二。
90.在本发明的一些优选的实施方式中，还包括有步骤s0
‑
2，所述平行取向层一和所述平行取向层二的表面相对设置，取间隔子放置于所述透光基板一设有所述平行取向层一的表面边缘上，将所述透光导电基板二放置在含有间隔子的紫外固化胶上，将所述透光基板一和所述所述透光基板二封装成液晶盒。
91.在本发明的一些更优选的实施方式中，取可聚合液晶单体、正性液晶、手性掺杂剂(含可聚合手性掺杂剂、不可聚合手性掺杂剂)和光引发剂混合，得到液晶混合物，将所述液晶混合物填充至液晶盒中，自然降至室温。
92.在本发明的一些更优选的实施方式中，将所述液晶混合物呈各相同性状态下填充至具有平行取向层的液晶盒中。
93.通过上述实施方式，将液晶混合物呈各相同性状态下填充至具有平行取向层的液晶盒中，使液晶分子的取向效果更好，器件中缺陷更少，从而反射器最终的反射率更高。
94.在本发明的一些实施方式中，光照的光源为紫外光源。
95.在本发明的一些优选的实施方式中，光照过程中，光强度为0.5
‑
120mw
·
cm
‑2。
96.在本发明的一些更优选的实施方式中，光照过程中，光强度为0.5
‑
25mw
·
cm
‑2。
97.在本发明的一些优选的实施方式中，光照过程中，光波长为280
‑
405nm。
98.在本发明的一些更优选的实施方式中，光照过程中，光波长为365nm。
99.在本发明的一些优选的实施方式中，光照时间为5
‑
60min。
100.在本发明的一些更优选的实施方式中，光照时间为60min。
101.本发明的第三方面，提出了上述反射器在建筑、家具、液晶显示、激光发射或生物传感领域中的应用。
102.在本发明的一些实施方式中，提出了上述反射器在显示器、激光器、智能窗户或生物传感器中的应用。
附图说明
103.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
104.图1是本发明实施例中反射器的液晶盒内部的结构示意图；
105.图2是本发明实施例中反射器在未通电和施加120v交流电状态下的结构示意图；
106.图3是本发明实施例中反射器在未通电和施加120v的交流电状态下的透射率光谱图；
107.图4是本发明实施例中反射器在室温25℃和加热至50℃状态下的结构示意图；
108.图5是本发明实施例中反射器在室温25℃和加热至50℃状态下的透射率光谱图；
109.图6是本发明实施例中反射器在不同反射波段所需的手性掺杂剂的含量结果图；
110.图7是本发明实施例中不同反射波波段的反射器的透射率光谱图。
111.附图标记：11、透光导电基板一；21、平行取向层一；31、液晶聚合物层；41、小分子液晶层；22、平行取向层二；12、透光导电基板二。
具体实施方式
112.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
113.在本发明的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到一、二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
114.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
115.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示
例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
116.本发明实施例中所用到的化学试剂详情如下：
117.可聚合液晶单体hcm021(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
[0118][0119]
可聚合的液晶单体hcm008(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
[0120][0121]
可聚合的液晶单体hcm006(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
[0122][0123]
小分子液晶5cb(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学式为：
[0124][0125]
不可聚合的左旋手性掺杂剂s1011(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：
[0126][0127]
光引发剂irgacure
‑
651(购于德国默克公司)的化学结构式为：
[0128][0129]
实施例1
[0130]
一种反射器，如图1所示，包括有透光导电基板一11、透光导电基板二12和调光层，其中，调光层包括由液晶混合物通过光聚合诱导分层技术制备得到的手性旋向相反的液晶聚合物层31和小分子液晶层41，因此，具体地，反射器包括依次层叠设置的透光导电基板一11、平行取向层一21、液晶聚合物层31、小分子液晶层41、平行取向层二22、透光导电基板二12。其中，液晶混合物包括有可聚合液晶单体、正性液晶、光引发剂、右旋的可聚合手性掺杂剂和左旋的不可聚合手性掺杂剂。液晶聚合物层为右旋聚合物结构，具体包括右旋胆甾相液晶聚合物网络，小分子液晶层为左旋液晶层，具体为左旋胆甾相液晶。
[0131]
反射器还包括电源组件，电源组件的两极分别与透光导电基板一11、透光导电基板二12电性连接。
[0132]
电源组件包括交流电源，交流电源上集成有电压调节装置，交流电源上集成有电压调节装置，可对电源电压直接进行调节。电源组件的两极分别与透光导电基板一、透光导电基板二电性连接，通过电源组件向透光导电基板一和透光导电基板二之间施加电压。
[0133]
上述反射器的制备方法，包括如下步骤：
[0134]
(1)透光导电基板一和透光导电基板二相对设置。在透光导电基板一和透光导电基板二的表面上分别旋涂平行取向层聚乙烯醇水溶液(聚乙烯醇质量分数为5.0％)，并摩擦取向，制得平行取向层一和平行取向层二。取间隔子放置于透光导电基板一设有平行取向层一的表面边缘上，将透光导电基板二放置在含有间隔子的紫外固化胶上，将透光导电基板一和透光导电基板二封装成液晶盒。
[0135]
(2)在黄光环境下(也可以使用发射光不含紫外线的其他光源)，称取0.0300g的可交联液晶单体hcm021、0.0110g的可交联液晶单体hcm008、0.0047g的可交联右旋手性液晶单体hcm006、0.0019g的左旋手性掺杂剂s1011、0.0534g的5cb和0.0005g的光引发剂irgacure
‑
651置于棕色瓶中，加入2ml的二氯甲烷促进溶解，将该棕色瓶置于60℃搅拌加热5h使得溶剂挥发完全，同时以200r/s的转速搅拌均匀，使该液晶材料混合物转变为各向同性的液晶混合物并降低其粘性。然后在该温度下将液晶材料混合物注入液晶盒，静置降温至室温，经强度为1.5mw
·
cm
‑2、波长为365nm的紫外光固化60分钟，得到取向良好并且具有超反射光学特性的胆甾相液晶反射器。
[0136]
实施例2
[0137]
一种反射器，与实施例1的区别在于，其制备方法中：通过uv固化胶以及50μm的间隙子设置封装边框，使用强度为25mw
·
cm
‑2、波长为365nm的紫外光封装制得液晶盒。
[0138]
实施例3
[0139]
一种反射器，与实施例1的区别在于，其制备方法中：在60℃的热台上将液晶混合物通过毛细管力填充到液晶盒中，保温30min，使得液晶能够很好的取向，随后自然降温至室温；而后在0.5mw
·
cm
‑2紫外光下固化1h，制得液晶反射器件。
[0140]
实施例4
[0141]
分别制备得到反射器
ⅰ‑ⅲ
，与实施例1的区别均在于，手性掺杂剂的含量不同，具体含量见下表1：
[0142]
表1不同含量反射器手性掺杂剂的制得的反射器
[0143]
需要说明的是：
[0144]
1、反射器ⅳ为实施例1制备得到的反射器；
[0145]
2、表1中的质量百分数(wt.％)指得是各手性掺杂剂各占液晶混合物的质量百分比。
[0146]
试验例
[0147]
本试验例测试了实施例1
‑
4制备的反射器的性能。其中：
[0148]
测试了实施例1制备得到的反射器在未通电和施加120v的交流电状态下的透射率，测试结果如图3所述，测试条件为：使用perkinelmer lambda 950紫外分光光度计测试，未通电状态：入射光为非偏振光，温度为25℃，电压为0v；通电状态：入射光为非偏振光，温度为25℃，电压为120v。
[0149]
测试了实施例1制备得到的反射器在室温25℃和加热至50℃状态下的透射率，测试结果如图5所述，测试条件为：使用perkinelmer lambda 950紫外分光光度计测试，室温状态：入射光为非偏振光，温度为25℃，电压为0v；加热状态：入射光为非偏振光，温度为50℃，电压为0v。
[0150]
测试了实施例1制备得到的反射器以及实施例4制备得到的不同反射波波段的反射器的透射率，测试结果如图7所述，测试条件为：使用perkinelmer lambda 950紫外分光光度计测试，入射光为非偏振光，温度为25℃，电压为0v。
[0151]
如图2和3所示，反射器的电响应原理是基于正性液晶分子在电场作用下趋向与电场方向平行排列的机理。反射器聚合后形成液晶聚合物层和小分子液晶层。由于小分子液晶层的主要组分为正性液晶和左旋的不可聚合手性掺杂剂，当接入电场u＝0v时，小分子液晶层的液晶平行于透光导电基板排列，器件呈透明状，此时器件可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。当接入电场u＝120v时，正性液晶分子由原来平行于透光导电基板的取
向转变为焦锥态取向，而液晶聚合物层中的液晶分子由于聚合物网络的存在仍然维持平行于透光导电基板排列，该器件能够保持在模糊状态，此时反射器只能反射右旋圆偏振光。当撤销电场u＝0v时，正性液晶分子由于取向层的作用，会转变回到与透光导电基板平行排列的取向，而液晶聚合物层仍然维持平行取向，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
[0152]
由于本发明中使用正性液晶，在电场作用反射器对左旋圆偏振光的反射率降低甚至消失，而对右旋圆偏振光的反射影响很小，从而反射器对非偏振光的反射率下降低至50％以下，撤去电场后反射率可逆回复至90％以上。
[0153]
如图4和5所示，反射器的温度响应基于材料的液晶温度范围。由于小分子液晶层的主要组分为小分子液晶和左旋的不可聚合手性掺杂剂，当器件温度为25℃时，小分子液晶层的液晶处于各向异性的液晶相，平行于透光导电基板排列，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。当升高反射器温度至50℃，此时的温度高于小分子液晶的清亮点温度，小分子液晶层的液晶由原来各向异性的液晶相转变为各向同性的液体状态，而液晶聚合物层中由于聚合物网络的存在使得清亮点温度升高，分子仍然维持平行于透光导电基板的胆甾相排列，此时反射器只能反射右旋圆偏振光。当降低反射器的温度至25℃时，正性由原来各向同性的液体状态转变为各向异性的液晶状态，转变回到与透光导电基板平行排列的取向，而液晶聚合物层仍然维持平行取向，此时反射器可以同时反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
[0154]
本发明使用可聚合右旋手性液晶单体、可聚合液晶单体、正性液晶、不可聚合左旋手性掺杂剂混在一起，未光照聚合前由于右旋手性单体的螺旋扭曲力比较大，此时右旋的可聚合手性掺杂剂占主导，左旋扭曲力由于外消旋作用而被掩盖，反射器只能反射右旋圆偏振光，反射率小于50％。紫外曝光使可聚合单体在靠近光源一侧(上层)被引发速率较快，使得可聚合单体扩散至靠近光源一侧，导致上层形成右旋的液晶聚合物层。与此同时，由于右旋可聚合单体扩散至上层使得左旋手性掺杂剂被挤到远离光源一侧(下层)，导致下层的左旋手性掺杂剂含量较高，因此在下层形成左旋小分子液晶层。
[0155]
本发明实现两种手性相反的组分在紫外光照聚合共存，避免外消旋，从而能反射两种旋向的圆偏振光，提高反射器的反射率；本发明在紫外光照聚合后形成液晶聚合物层和小分子层，相容性好，并未由于溶解性差导致物质析出；同时，本发明稳定性好，器件在紫外光照聚合后可以反射两种旋向的圆偏振光，且在加热和加电之后可逆回到初始的状态并稳定存在。同时，为满足实际需要，本发明可以根据手性掺杂剂的浓度调节反射峰的波段位置，使反射器在可见光波段和红外线波段具有超反射(反射率大于90％)。
[0156]
本发明可以根据手性掺杂剂的浓度调节反射峰的波段位置，使反射器在可见光波段和红外线波段具有超反射(反射率大于90％)、温度响应和电响应的功能。其中通过加热使小分子层从具有各项异性的胆甾相液晶状态变成各向同性状态，导致小分子层不能反射左旋圆偏振光，或者通过加电的方法使小分子层从具有平行织构的胆甾相液晶状态变成散射状态，导致小分子层反射左旋圆偏振光的能力减弱，以上两个过程均为可逆过程，从而实现对透过光的调控。本发明所需材料易得，制备工艺简单易行，制备过程耗时短，性能优良，可以以较为低廉的材料和简便的制备流程应用于工业生产。
[0157]
本发明公开的反射器具有高反射率及加热或加电可调节反射光旋向的特点，具体
为：由于液晶聚合物层和小分子液晶层的手性方向相反，因此在室温且不加电的状态下，反射器可以反射左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，此时反射器具有超反射的效果。通过对小分子液晶层进行调控，对反射器进行加热或施加电场，加热会使小分子液晶层变成各向同性状态，加电会使小分子液晶层的取向变焦锥态，而液晶聚合物层几乎不受影响，此时反射器不能反射左旋圆偏振光，反射器的反射率小于50％，无超反射效果。将温度降至室温或撤销电场，小分子液晶层回到初始状态，此时小分子液晶层可以反射左旋圆偏振光，液晶聚合物层反射右旋圆偏振光，反射器反射率大于90％，反射器实现超反射效果。其中，反射器的反射波段可通过调节液晶混合物中的手性原料的种类或含量来实现。
[0158]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。