[發明專利]一種膽甾相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法

有效

• 申請號: 201510909752.4
• 申請日: 2015-12-10
• 公開（公告）號: CN105425327B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 張立培
• 申請（專利權）人: 北京海川利元材料科技有限公司
• 主分類號: G02B1/04
• 分類號: G02B1/04
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 王巖

本發明公開了一種膽甾相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法。本發明在基材上涂布引導層和膽甾相液晶，在分子間氫鍵作用下，氫鍵受體將向引導層和膽甾相液晶的界面遷移，產生手性分子的濃度梯度，經聚合將螺距梯度固定下來，從而實現反射式圓偏振片的寬波反射；本發明的制備方法省去了傳統的液晶取向工藝，通過形成氫鍵提高了實現螺距梯度的效率，不再需要緩慢的聚合而實現螺距梯度，有利于實現產業化及規模化；本發明優選使用可聚合單體材料，通過聚合成為交聯聚合物網絡，具有良好的熱機械穩定性和良好的耐侯性；運用本發明的制備方法，通過反復的多層涂布，可大大拓寬膽甾相液晶的選擇反射帶寬，可制備超寬波反射的圓偏振片。

技術領域

本發明涉及液晶材料技術，具體涉及一種膽甾相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法。

背景技術

偏振片是指選擇性地讓特定振動方向的光通過的光學膜片，主要用于將一般非偏振光轉變為偏振光。其作用方式是當非偏振光從光源發出后，通過偏振片時，只允許從兩正交線性光軸其中一個方向通過。目前被廣泛應用的偏振片是上世紀20年代發展起來的吸收式偏振片。盡管該類偏振片價格低廉，但仍存在許多缺點和不足，例如光損耗大，工作環境受限等。而反射式偏振片由于其優異的性能而具有廣闊的應用前景。這類偏振片可由具有膽甾相的有序液晶復合材料制備而成，可用作防偽材料、液晶顯示器的光增亮膜、可切換的節能/隱私窗以及節能的反射式涂層。

眾所周知，膽甾相液晶由于具有特殊的螺旋結構使其具備許多獨特的光學性能，如圓二色性、選擇反射和旋光性。正是這些光學性能，使得膽甾相液晶材料在全彩色顯示、信息顯示及存儲材料、反射式偏振片、裝飾材料及反射顏料方面具有廣闊的發展潛力。

膽甾相液晶可以由手性液晶性分子組成，典型的例子為苯甲酸膽固醇酯。也可以由向列相液晶中添加手性分子組成，目前這是制備膽甾相液晶的主要方法，這種液晶也被稱為手征向列相液晶。膽甾相液晶的選擇性反射遵循布拉格公式：λ＝nP。其中，λ為反射光波長，n為液晶的折射率，P為膽甾相液晶的螺距，其與膽甾相液晶中手性分子的濃度成反比。反射帶寬Δλ＝λ_max-λ_min＝(n_eP-n_oP)＝ΔnP，其中n_e和n_o分別為液晶的非尋常光折射指數和尋常光折射指數，Δn＝n_e-n_o，為液晶材料的雙折射率。在反射帶寬內，右旋圓偏振光被右螺旋所反射，而左旋圓偏振光則被左螺旋所反射，與其旋向相反的圓偏振光則透過。在反射帶外，所有旋向的圓偏振光均正常通過。本發明中所指“寬波”就是反射帶的寬度，其具體定義為反射譜帶中達到最大反射率50％的相應波長之差。一般而言，由于大部分透明液晶材料的雙折射率Δn不超過0.3，在可見光區，膽甾相液晶的反射帶寬相應地不超過100nm。若想進一步增加反射帶寬，只能從螺距P上著手。因此出現了各種各樣的實現螺距不均勻或梯度分布的方法。如何通過改變液晶材料的配比和加工工藝，以精確地控制所形成的液晶基元的螺旋排列和螺距梯度分布，是獲得具有優良光學性能的寬帶液晶圓偏振片的關鍵所在。目前的國內外研究結果表明，交聯的高分子網絡對膽甾相液晶體系內螺距梯度的形成具有重要意義。D.J.Broer等人(CN97191106.1)使用光可聚合的復合材料體系(包括光可聚合手性丙烯酸酯、光可聚合向列相丙烯酸酯、染料等)，運用弱的紫外線進行照射，由于紫外吸收色素的存在，在復合材料中形成紫外光強度梯度。在紫外光強度較高的一側，手性單體的分子間較易發生交聯反應，手性單體濃度減小。在紫外光強度較低的一側，手性單體的分子間發生交聯反應較難，手性單體濃度較高。在紫外光引發手性單體發生分子間交聯反應的過程中，手性單體由濃度較高一側(紫外光強度較低)向濃度較低一側(紫外光強度較高)進行擴散。因此，在復合材料中紫外光強度較高的一側液晶復合材料分子所形成的螺旋排列的螺距較小，而在相對一側分子螺旋排列的螺距較大。由于在復合材料中形成分子螺旋排列的螺距梯度，從而得到對整個可見光波段(帶寬300nm以上)選擇性反射的圓偏振片(即反射與其螺旋方式相同的入射光，而使與其螺旋方向相反的圓偏振光通過)。