一種膽甾相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶材料技術(shù)，具體涉及一種膽留相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]偏振片是指選擇性地讓特定振動(dòng)方向的光通過(guò)的光學(xué)膜片，主要用于將一般非偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)槠窆狻Ｆ渥饔梅绞绞钱?dāng)非偏振光從光源發(fā)出后，通過(guò)偏振片時(shí)，只允許從兩正交線性光軸其中一個(gè)方向通過(guò)。目前被廣泛應(yīng)用的偏振片是上世紀(jì)20年代發(fā)展起來(lái)的吸收式偏振片。盡管該類偏振片價(jià)格低廉，但仍存在許多缺點(diǎn)和不足，例如光損耗大，工作環(huán)境受限等。而反射式偏振片由于其優(yōu)異的性能而具有廣闊的應(yīng)用前景。這類偏振片可由具有膽留相的有序液晶復(fù)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(jié)能/隱私窗以及節(jié)能的反射式涂層。
[0003]眾所周知，膽留相液晶由于具有特殊的螺旋結(jié)構(gòu)使其具備許多獨(dú)特的光學(xué)性能，如圓二色性、選擇反射和旋光性。正是這些光學(xué)性能，使得膽留相液晶材料在全彩色顯示、信息顯示及存儲(chǔ)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(fā)展?jié)摿Α?br>[0004]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，目前這是制備膽留相液晶的主要方法，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 =ηΡ0其中，λ為反射光波長(zhǎng)，η為液晶的折射率，Ρ為膽留相液晶的螺距，其與膽留相液晶中手性分子的濃度成反比。反射帶寬Δ λ = Amax- Amin= (n eP-nDP) = Α ηΡ，其中ι和η。分別為液晶的非尋常光折射指數(shù)和尋常光折射指數(shù)，An = r^-nci，為液晶材料的雙折射率。在反射帶寬內(nèi)，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(guò)。在反射帶外，所有旋向的圓偏振光均正常通過(guò)。本發(fā)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(dá)到最大反射率50%的相應(yīng)波長(zhǎng)之差。一般而言，由于大部分透明液晶材料的雙折射率Δη不超過(guò)0.3，在可見(jiàn)光區(qū)，膽留相液晶的反射帶寬相應(yīng)地不超過(guò)lOOnm。若想進(jìn)一步增加反射帶寬，只能從螺距P上著手。因此出現(xiàn)了各種各樣的實(shí)現(xiàn)螺距不均勻或梯度分布的方法。如何通過(guò)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(yōu)良光學(xué)性能的寬帶液晶圓偏振片的關(guān)鍵所在。目前的國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明，交聯(lián)的高分子網(wǎng)絡(luò)對(duì)膽留相液晶體系內(nèi)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(fù)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(yùn)用弱的紫外線進(jìn)行照射，由于紫外吸收色素的存在，在復(fù)合材料中形成紫外光強(qiáng)度梯度。在紫外光強(qiáng)度較高的一側(cè)，手性單體的分子間較易發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，手性單體濃度減小。在紫外光強(qiáng)度較低的一側(cè)，手性單體的分子間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)較難，手性單體濃度較高。在紫外光引發(fā)手性單體發(fā)生分子間交聯(lián)反應(yīng)的過(guò)程中，手性單體由濃度較高一側(cè)(紫外光強(qiáng)度較低)向濃度較低一側(cè)(紫外光強(qiáng)度較高)進(jìn)行擴(kuò)散。因此，在復(fù)合材料中紫外光強(qiáng)度較高的一側(cè)液晶復(fù)合材料分子所形成的螺旋排列的螺距較小，而在相對(duì)一側(cè)分子螺旋排列的螺距較大。由于在復(fù)合材料中形成分子螺旋排列的螺距梯度，從而得到對(duì)整個(gè)可見(jiàn)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(guò))。
[0005]但該種制備選擇反射圓偏振片的方法存在較大缺陷，導(dǎo)致難以規(guī)?；a(chǎn)。主要是液晶需經(jīng)傳統(tǒng)的如摩擦等方法的取向處理；另外，要實(shí)現(xiàn)液晶的螺距梯度，則需要極緩慢地聚合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種膽留相液晶及其反射式圓偏振片和制備方法。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種膽留相液晶。
[0008]本發(fā)明的膽留相液晶包括:非手性可聚合單體、手性可聚合單體和溶劑，通過(guò)聚合成為交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)；其中，非手性可聚合單體的組分的質(zhì)量百分比在5?90% wt之間；手性可聚合單體的組分質(zhì)量百分比在5?90wt%之間；溶劑的組分的質(zhì)量百分比在5?90%之間；進(jìn)一步，加入組分的質(zhì)量百分比在0?10wt%之間的引發(fā)劑，加快聚合速度；加入組分的質(zhì)量百分比在0.0001?5wt%之間的潤(rùn)濕流平劑，改善膽留相液晶與基材的結(jié)合能力及成膜性。
[0009]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提出一種基于膽留相液晶的反射式圓偏振片。
[0010]本發(fā)明的基于膽甾相液晶的反射式圓偏振片包括:基材、引導(dǎo)層和膽甾相液晶；其中，基材采用高分子材料；在基材之上涂布引導(dǎo)層；在引導(dǎo)層之上涂布膽留相液晶；引導(dǎo)層為氫鍵給體，或者為氫鍵受體；若引導(dǎo)層為氫鍵受體，則膽留相液晶為氫鍵給體；若引導(dǎo)層為氫鍵給體，則膽留相液晶為氫鍵受體；引導(dǎo)層與膽留相液晶互不相容，在分子間氫鍵作用下，氫鍵受體將向引導(dǎo)層和膽留相液晶的界面迀移，產(chǎn)生手性分子的濃度梯度，螺距梯度與手性分子的濃度梯度成反比，經(jīng)聚合將螺距梯度固定下來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)反射式圓偏振片的寬波反射。
[0011]本發(fā)明的又一個(gè)目的在于提出一種基于膽留相液晶的反射式圓偏振片的制備方法。
[0012]本發(fā)明的基于膽甾相液晶的反射式圓偏振片的制備方法，包括以下步驟:
[0013]1)提供尚分子材料的基材；
[0014]2)在基材上涂布引導(dǎo)層，作為氫鍵給體，或氫鍵受體；
[0015]3)在引導(dǎo)層上涂布一層膽留相液晶，與引導(dǎo)層互不相容，若引導(dǎo)層為氫鍵受體，則膽留相液晶為氫鍵給體，若引導(dǎo)層為氫鍵給體，則膽留相液晶為氫鍵受體；膽留相液晶包括:非手性可聚合單體、手性可聚合單體和溶劑，通過(guò)聚合成為交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)；其中，非手性可聚合單體的組分的質(zhì)量百分比在5?90% wt之間；手性可聚合單體的組分質(zhì)量百分比在5?90wt %之間；溶劑的組分的質(zhì)量百分比在5?90 %之間；進(jìn)一步，加入組分的質(zhì)量百分比在0?10wt%之間的引發(fā)劑，加快聚合速度；加入組分的質(zhì)量百分比在0.0001?5wt%之間的潤(rùn)濕流平劑，改善膽留相液晶與基材的結(jié)合能力及成膜性；
[0016]4)在分子間氫鍵作用下，氫鍵受體將向引導(dǎo)層和膽留相液晶的界面迀移，產(chǎn)生手性分子的濃度梯度，螺距梯度與手性分子的濃度梯度成反比；
[0017]5)經(jīng)聚合將螺距梯度固定下來(lái)，從而拓寬反射式圓偏振片的寬波反射，完成反射式圓偏振片的制備。
[0018]其中，在步驟1)中，基材采用聚酯樹(shù)脂、聚碳酸酯樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、聚丙烯酸酯樹(shù)脂、聚甲基丙烯酸酯樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、聚乙烯樹(shù)脂和聚氯乙烯樹(shù)脂中的一種或幾種的混合物，較佳為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹(shù)脂PET ;基材的厚度在5?300 μ m，優(yōu)選20?200 μ m，進(jìn)一步地優(yōu)選20?100 μ m。
[0019]在步驟2)中，引導(dǎo)層的涂布方法采用旋轉(zhuǎn)涂布、絲網(wǎng)印刷、絲棒涂布或刮刀涂布?？紤]到工藝成熟性及低的加工成本，優(yōu)選絲棒涂布。引導(dǎo)層作為氫鍵的給體或者受體