光控可逆调节的红绿蓝白光胆甾相液晶器件及其光控方法
【专利摘要】本发明公开了一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆甾相液晶器件及其光控方法，其结构由两层透明基板层及包夹在中间的胆甾相液晶层构成。其中胆甾相液晶由负性向列相液晶以及掺杂的光敏手性大环分子组成。本发明方法实现了胆甾相液晶在P态时多种反射颜色的可逆调控，并且实现了在宽带时液晶器件的白光显示，最后可以通过光照实现显示颜色的回复。本发明工艺简单，减少了显示缺陷产生的可能性，实施性强。
【专利说明】
光控可逆调节的红绿蓝白光胆甾相液晶器件及其光控方法
技术领域
[0001] 本发明涉及彩色液晶器件领域，具体是一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液 晶器件及其光控方法。
【背景技术】
[0002] 变色器件在信息存储、显示等方面有广泛的应用前景。胆留相液晶由于其具有可 选择性发射圆偏正光的周期性螺旋结构而得到广泛的研究。由于弱的分子间相互作用使得 胆甾相液晶的螺旋结构可以通过外加的热、光以及电场调节。胆留相液晶的反射带可以通 过Δ λ= (ne-n。）Χρ = Δ η Xp来计算，其中λ代表波长，ne代表寻常光折射率，η。代表寻常光 折射率，ρ为胆留相液晶螺距。采用光控异构的手性剂可调节胆留相液晶的螺距，从而实现 红、绿、蓝三元色颜色显示。但由于Δη基本上小于0.3,使得反射带的宽度只能在50-100nm 之间，限制了胆留相液晶的使用范围。通过控制外界条件可以实现胆留相液晶的螺距呈现 梯度分布实现宽带显示，从而实现胆留相液晶的白光反射，扩宽胆留相液晶的应用范围。通 过控制光照强度实现宽带显示相对传统方式而言，方便快捷，简单易操作。具有广泛的应用 前景。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件及其光控 方法，以实现彩色液晶显示。
[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
[0005] 光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于：由两层透明基板和设 在两层透明基板之间的胆留相液晶层构成，其中胆留相液晶层由掺杂光敏手性大环分子的 负性向列相液晶构成，透明基板层经过反平行摩擦处理。
[0006] 所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于：负性向列相液 晶中，所掺杂的光敏手性大环分子的重量为负性向列相液晶重量的4%。
[0007] 所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于:所掺杂的光敏 手性大环分子在波长为365nm的紫外光和波长为440nm的可见光光照时会发生顺发异构。
[0008] 所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于:所用的负性向 列相液晶其粘度2 l〇〇cP，使用较大粘度的负性向列相液晶可以有效的限制分子间相对运 动，发生顺反异构后的光敏手性大环分子相对运动缓慢，使得在较弱的紫外光照下会形成 光敏手性大环分子沿光照方向上的浓度梯度，从而形成宽带反射。
[0009] 所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于:胆留相液晶层 的初始反射带在近红外区域，没有可见光颜色反射。
[0010] -种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件的光控方法，其特征在于:首先 采用365nm的紫外光照射，在光照强度为lmW/cm 2的光强下连续光照液晶器件，使整个液晶 器件显示的颜色呈现红、绿、蓝连续颜色变化；
[0011] 其次采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶 件，使整个液晶器件显示的颜色按蓝、绿、红的方向回复到近红外区域；
[0012] 接着采用365nm的紫外光照射，在光照强度为0.4mW/cm2的光强下连续光照液晶器 件，使整个液晶器件显示的颜色呈现白色颜色显示；
[00?3] 最后采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶 件，使整个液晶器件显示的的白光回复到近红外区域。
[0014] 所述液晶器件的一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件的光控方法，其 特征在于:采用光强为lmW/cm2的365nm的紫外光照射时，胆甾相液晶层的螺距为均匀分布， 呈现为平面织构状态即P态;采用光强为〇.4mW/cm 2的365nm的紫外光照射时，由于负性向列 相液晶粘度较大，发生顺反异构后的光敏手性大环分子在负性向列相液晶中的相对运动缓 慢，从而在整个液晶器件中形成沿光照方向上的浓度梯度，胆留相液晶层的螺距为梯度式 分布，呈现为宽波段显示状态即宽带。
[0015] 与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
[0016] 1、本发明通过控制光照实现了对胆甾相液晶的螺旋结构的调控，实现了仅通过光 控得到不同的胆留相液晶相态。并应用到胆留相液晶器件的颜色显示中除了实现了胆甾相 液晶器件的红、绿、蓝颜色显示同时实现了白色颜色显示，具有创新性。
[0017] 2、本发明通过光控实现了胆留相液晶器件的红、绿、蓝以及白色颜色的可逆显 示，过程简易，实施方便。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明所制备的红、绿、蓝颜色显示的胆甾相液晶器件中使用的光敏手性大 环分子在光照时发生顺反异构的示意图。
[0019] 图2为本发明所制备的红、绿、蓝、白颜色显示的胆留相液晶器件。
[0020] 图3为本发明所制备的液晶器件结构图。
[0021] 图4为本发明所制备的光控可逆的红、绿、蓝、白颜色显示的胆留相液晶器件制备 工艺流。
[0022]图5a为本发明所实现的红、绿、蓝颜色显示的胆留相液晶器件的透过率曲线图。 [0023]图5b为本发明所制备的白色液晶器件的透过率曲线图。
【具体实施方式】
[0024] 如图1所示，光敏手性大环分子在光照下会发生顺反异构。在440nm光照下光敏手 性大环分子由顺式结构转变为反式结构，在365nm光照下光敏手性大环分子由反式结构转
变为顺式结构。图1中结构
代表光敏手性大环分子的顺式结构；代表光敏手性大环分 子的顺式结构。光敏手性大环分子的结构构型将应用于图2,3中。
[0025] 如图3所示，光控可逆调节的红绿蓝白光胆甾相液晶器件，由两层透明基板和设在 两层透明基板之间的胆留相液晶层构成，其中胆留相液晶层由掺杂光敏手性大环分子的负 性向列相液晶构成，每个透明基板与胆留相液晶层之间分别设有平面取向层，使用的透明 基板经过反平行摩擦。
[0026] 负性向列相液晶中，所掺杂的光敏手性大环分子的重量为负性向列相液晶重量的 4%〇
[0027] 所掺杂的光敏手性大环分子在波长为365nm的紫外光和波长为440nm的可见光光 照时会发生顺发异构。
[0028] 所用的负性向列相液晶其粘度3 100 cP，使用较大粘度的负性向列相液晶可以有 效的限制分子间相对运动，发生顺反异构后的光敏手性大环分子相对运动缓慢，使得在较 弱的紫外光照下会形成光敏手性大环分子沿光照方向上的浓度梯度，从而形成宽带反射。
[0029] 胆留相液晶层3的初始反射带在近红外区域，没有可见光颜色反射。
[0030] 一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件的光控方法，首先采用365nm的 紫外光照射，在光照强度为lmW/cm 2的光强下连续光照液晶器件，使整个液晶器件显示的颜 色呈现红、绿、蓝连续颜色变化；
[0031] 其次采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶 件，使整个液晶器件显示的颜色按蓝、绿、红的方向回复到近红外区域；
[0032] 接着采用365nm的紫外光照射，在光照强度为0.4mW/cm2的光强下连续光照液晶器 件，使整个液晶器件显示的颜色呈现白色颜色显示；
[0033] 最后采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶 件，使整个液晶器件显示的的白光回复到近红外区域。
[0034] 采用光强为lmW/cm2的365nm的紫外光照射时，胆甾相液晶层的螺距为均匀分布， 呈现为平面织构状态即P态;采用光强为〇.4mW/cm2的365nm的紫外光照射时，由于负性向列 相液晶粘度较大，发生顺反异构后的光敏手性大环分子在负性向列相液晶中的相对运动缓 慢，从而在整个液晶器件中形成沿光照方向上的浓度梯度，胆留相液晶层的螺距为梯度式 分布，呈现为宽波段显示状态即宽带。
[0035] 1、胆甾相液晶的制备
[0036] 称取胆甾相液晶的配比为：
[0037] HNG715600-100/光敏手性大环分子=96%/4% (wt% )
[0038] 所用到的HNG715600-100为江苏合成显示科技股份有限公司生产的负性向列相液 晶;光敏手性大环分子的化学式为
$?365ηηι和440nm光照下，光敏 手性大环分子可实现顺反异构，如图2所示。
[0039]将胆甾相液晶在热台上加热搅拌均匀，加热时间30min，加热温度为90°C。
[0040] 本发明是基于光敏手性大环分子的胆留相液晶器件的红、绿、蓝和白色颜色显示， 适用于反平行摩擦的液晶盒。
[0041] 本发明是基于胆留相液晶在液晶盒中不同形态的螺距分布而形成的红、绿、蓝以 及白色颜色显示。
[0042] 2、液晶器件的制备
[0043] -种光控可逆调节的红、绿、蓝、白反射光的胆留相液晶器件的制备工艺，有两层 及包夹在两透明基板之间的单层液晶层构成。液晶层为胆留相液晶，由、光敏手性大环分子 和负性向列相液晶组成。胆留相液晶在两透明基板之间呈螺旋结构分布。
[0044] 将胆留相液晶混合物注入液晶器件的两个透明基板之间，形成螺距均匀分布的胆 甾相液晶器件。如图2所示。采用不同强度的365nm光照，测试器件的透过率曲线，验证得到 红、绿、蓝、白颜色显示器件。
[0045] 3、液晶器件性能测试
[0046] 胆留相液晶器件的初始反射带在近红外区域，没有可见光颜色反射。用lmW/cm2的 365nm光连续光照可实现液晶器件的红、绿、蓝连续颜色变化，采用440nm的可见光照可以使 得胆甾相液晶显示的颜色按蓝、绿、红的方向回复到近红外区域;采用〇.4mW/cm 2的365nm光 可实现液晶器件的白色颜色显示，采用440nm光照时可实现胆留相液晶显示的白光回复到 近红外区域。
[0047]采用不同强度的光照实现了胆留相液晶器件的红、绿、蓝和白色颜色显示。实现 红、绿、蓝颜色反射的胆留相液晶器件的螺旋结构均匀分布，呈现P态(平面织构状态），其结 构特征如图3中的A方向所示，沿液晶盒方向胆留相液晶的螺旋结构呈现均匀分布;实现白 色发射的胆留相液晶器件的螺旋结构呈梯度分布，形成宽带（宽波段显示状态），其结构特 征如图3中的B方向所示，沿液晶盒方向，胆留相液晶的螺旋结构呈现自上而下逐渐变小的 梯度分布。
[0048]制备的红、绿、蓝颜色显示的胆甾相液晶器件的透过率曲线图如附图5a所示。采用 lmW/cm2的365nm光照时胆留相液晶的螺距均匀分布形成P态(平面织构状态），对应于图中 A、B、C所示。其中(A)为所制备的蓝色胆甾相液晶显示器件的透过率曲线图，（B)为所制备的 绿色胆留相液晶显示器件的透过率曲线图，（C)为所制备的红色胆留相液晶显示器件的透 过率曲线图，（D)为所制备的胆留相液晶的初始反射态，在近红外反射区。；采用0.4mW/cm 2 的365nm光照时胆留相液晶的螺距呈梯度分布形成宽带（宽波段显示状态），对应于图5b所 示，为所制备的白色胆甾相液晶的透过率曲线。其中曲线(E)代表了胆甾相液晶的初始反射 带在近红外区域；曲线(F)表示在采用较弱光照强度时，胆留相液晶器件的反射带宽逐渐增 宽、曲线(G)表示胆甾相液晶的宽带反射状态，反射带宽对比初始状态增宽。采用440nm的可 见光照可以使胆留相液晶显示的颜色回复到近红外区域。
【主权项】
1. 光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于：由两层透明基板和设在 两层透明基板之间的胆留相液晶层构成，其中胆留相液晶层由掺杂光敏手性大环分子的负 性向列相液晶构成，透明基板层经过反平行摩擦处理。2. 根据权利要求1所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于：负 性向列相液晶中，所掺杂的光敏手性大环分子的重量为负性向列相液晶重量的4%。3. 根据权利要求1所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在于:所 掺杂的光敏手性大环分子在波长为365nm的紫外光和波长为440nm的可见光光照时会发生 顺发异构。4. 根据权利要求1或3所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在 于:所用的负性向列相液晶其粘度2 l〇〇cP，使用较大粘度的负性向列相液晶可以有效的限 制分子间相对运动，发生顺反异构后的光敏手性大环分子相对运动缓慢，使得在较弱的紫 外光照下会形成光敏手性大环分子沿光照方向上的浓度梯度，从而形成宽带反射。5. 根据权利要求1或3所述的光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件，其特征在 于:胆留相液晶层的初始反射带在近红外区域，没有可见光颜色反射。6. -种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件的光控方法，其特征在于：首先采 用365nm的紫外光照射，在光照强度为lmW/cm 2的光强下连续光照液晶器件，使整个液晶器 件显示的颜色呈现红、绿、蓝连续颜色变化； 其次采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶件，使整 个液晶器件显示的颜色按蓝、绿、红的方向回复到近红外区域； 接着采用365nm的紫外光照射，在光照强度为0.4mW/cm2的光强下连续光照液晶器件，使 整个液晶器件显示的颜色呈现白色颜色显示； 最后采用440nm的可见光照射，在光照强度为2.5mW/cm2的光强下连续光照液晶件，使整 个液晶器件显示的的白光回复到近红外区域。7. 根据权利要求6所述液晶器件的一种光控可逆调节的红绿蓝白光胆留相液晶器件的 光控方法，其特征在于:采用光强为lmW/cm 2的365nm的紫外光照射时，胆留相液晶层的螺距 为均匀分布，呈现为平面织构状态即P态;采用光强为〇.4mW/cm 2的365nm的紫外光照射时， 由于负性向列相液晶粘度较大，发生顺反异构后的光敏手性大环分子在负性向列相液晶中 的相对运动缓慢，从而在整个液晶器件中形成沿光照方向上的浓度梯度，胆留相液晶层的 螺距为梯度式分布，呈现为宽波段显示状态即宽带。
【文档编号】G02F1/137GK106094384SQ201610634336
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月4日 公开号201610634336.2, CN 106094384 A, CN 106094384A, CN 201610634336, CN-A-106094384, CN106094384 A, CN106094384A, CN201610634336, CN201610634336.2
【发明人】陆红波, 谢欣燕, 吴宗铨, 张国兵, 邱龙臻, 吕国强
【申请人】合肥工业大学