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试析光谱胆甾相液晶光谱带宽与手性掺加剂的合

来源:AG旗舰厅在线,AG旗舰厅国际日期:2018/08/03 浏览:

  摘 要:文章从胆甾相液晶的反射波长和螺距的关系出发,按照λ0=np,n=(2no+ne)/3,可以得出布拉格反射波长,其中λ0是一个定值,p=1/(c×HTP)。在向列相C5中添加不同HTP值的手征性掺加剂,通过调节手征性掺加剂的添加浓度,能够得到相同螺距的胆甾相液晶。利用DMS-501光谱测试仪测试制备的胆甾相液晶,可明显得出:相同的反射波长,其光谱带宽却不同,结果为:添加HTP值越大的手征性掺杂剂,胆甾相液晶光谱带宽越宽,开口越大;反之,添加HTP值越小的手征性掺杂剂,胆甾相液晶光谱带宽越窄,开口越小。

  胆甾相液晶显示有着其它类型显示器无法取代的优点:零场双稳态显示特性、易实现彩色化显示、视角大、造价便宜、适用于户外显示等。胆甾相液晶有很强的光学活性,并且有天然的螺旋结构,其螺旋结构用螺距P表征,螺距的长度是可见光波长的数量级。胆甾相液晶的光波导效应、布拉格反射和旋光性等光学性质,就是由这种特殊的螺旋结构引起的。螺旋结构的螺距由诸多因素决定,一般随着手性基团数目增加而减小,另外,胆甾相的螺距对温度、电场、磁场、压力等比较敏感。正是因为胆甾相的这些特性,其已被广泛用于测量物体表面的温度分布、无损探测及测量压力等方面[1,2]。

  胆甾相的光学螺距λ0=np,n=(2no+ne)/3,当光学螺距与光波长相同时,这样的螺旋周期结构会导致胆甾相液晶对光的强烈的布拉格(Bragg)反射,其反射波长仅仅围绕反射中心波长的一个比较窄的范围,因此,胆甾相液晶看起来是颜色鲜艳的液体[3]。肖炼,黄子强在手性添加剂浓度对液晶反射光谱的影响中写到:随着手性添加剂浓度的增加,液晶材料的螺距减小,从而使反射中心波长和反射带宽也减小[4]。本文通过在向列相液晶C5中添加不同HTP值的手征性掺杂剂,得出一个结论:相同的反射波长,若手征性掺加剂不同,反射光谱带宽是不同,HTP值越大的手征性掺杂剂,胆甾相液晶光谱带宽越宽,开口越大;反之,HTP值越小的手征性掺杂剂,胆甾相液晶光谱带宽越窄,开口越小。

  目前,常用的手征性掺加剂有CN、CB15、S811和R1011等,但CN、CB15、S811和R1011的HTP值较小,而且它们大都是没有液晶相态的酯类化合物,其分子的极性较小、Δε值低、粘度大,在多稳态液晶材料中手征性化合物含量高于10%,导致液晶材料的体积粘度和旋转粘度大幅度增加、清亮点下降、工作温度范围变窄、响应速度变慢等负面影响。只有高HTP值的手性物质才有利于减少所需要的手性添加剂的量,以达到降低粘度、扩大工作温度范围、提高响应速度的目的。表1列出了一些手性掺加剂的结构和性能[5],本实验(只选择了其中三个手性剂CB15/R1011/R6)发现,相同的反射波长条件下,HTP值越大的手征性掺杂剂,胆甾相液晶光谱带宽越宽,开口越大。

  实验选用石家庄诚志永华显示材料有限公司开发的向列相液晶C5(Δn=0.20),选择右旋手征性掺杂剂CB15/R1011/R6作为添加剂,50~60℃的温度范围内搅拌2h混合均匀,配制了不同的胆甾相液晶。将上述制备的胆甾相液晶材料利用毛细力的作用灌注于盒厚5μm的ITO玻璃液晶盒中,液晶盒的上下表面无PI且无摩擦处理,然后利用DMS-501的光谱测试仪进行测试。

  对样品A~C的反射光谱测试结果如图1所示。测试出样品A、B、C的中心反射波长为545nm,反射光谱带宽随着HTP值的增大逐渐变大,如图1所示。从图1可以看出,相同的反射波长,其反射光谱带宽是不同的,添加高HTP值手性掺加剂的胆甾相液晶要比添加低HTP值手性掺加剂的胆甾相液晶的光谱带宽开口大,即样品C的带宽

  样品B的带宽

  样品A的带宽。另外,使用高HTP值的手性掺加剂,可以达到降低粘度、扩大工作温度范围、提高响应速度等性能,很大程度上解决了胆甾相液晶的缺点。

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