本發(fā)明屬于光子晶體反射薄膜領(lǐng)域，尤其涉及一種反射薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

液晶是一種物質(zhì)狀態(tài)介于固態(tài)晶體和傳統(tǒng)液體的特殊物質(zhì)形態(tài)。如今，液晶已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于顯示和各類光學(xué)光子器件當(dāng)中。膽甾相液晶在反平行液晶盒中自組裝形成一維光子晶體結(jié)構(gòu)，其對(duì)外界環(huán)境比較敏感，例如：溫度、電磁場(chǎng)、光場(chǎng)、應(yīng)力等。因此膽甾相液晶被廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)光柵、電控光開(kāi)關(guān)、寬帶偏振片、液晶激光器以及雙穩(wěn)態(tài)反射式液晶顯示器。

膽甾相液晶反射與其手型相同的圓偏振光，反射中心波長(zhǎng)為：λ₀＝n_av*p，其中n_av是液晶分子平均折射率，p是螺距。反射禁帶的線寬：Δn*p＝(n_e-n₀)*p(n_e非常光折射率，n₀是常光折射率)。利用上述特性可以制備出很多如上述的光學(xué)器件。但是由于某些場(chǎng)合的需要，聚合物膽甾相液晶被廣泛研究。在聚合物的研究中許多偏向于降低驅(qū)動(dòng)電壓以及響應(yīng)時(shí)間。

利用聚合物形成薄膜，這些研究早以實(shí)現(xiàn)，但是在薄膜中制備有序的微腔結(jié)構(gòu)具有很好的研究?jī)r(jià)值以及使用價(jià)值。本發(fā)明利用膽甾相液晶的自組裝性與聚合物成膜的特性相結(jié)合，通過(guò)溶解填充物，最終獲得微腔薄膜。在現(xiàn)實(shí)的需求中，即需要窄線寬反射薄膜也需要寬線寬反射薄膜。本發(fā)明提出置換填充物以及控制溫度的方法實(shí)現(xiàn)窄線寬與寬線寬反射薄膜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種反射薄膜。本發(fā)明的反射薄膜可以達(dá)到減小禁帶寬度，提高在薄膜色彩飽和度，為顯示器提供更好的色彩還原能力。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種反射薄膜，包括：聚合物納米微腔結(jié)構(gòu)以及微腔內(nèi)填充介質(zhì)；

其中，所述聚合物納米微腔結(jié)構(gòu)由聚合物形成右旋或左旋結(jié)構(gòu)，在反射薄膜中既可以是單手型微腔也可以是左右旋混合型微腔。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)一種光子晶體型的反射薄膜，通過(guò)聚合物和液晶自組裝形成光子晶體，聚合后形成穩(wěn)定的光子晶體微腔結(jié)構(gòu)。此薄膜可填充不同介質(zhì)來(lái)適應(yīng)不用的應(yīng)用環(huán)境。此類薄膜可用于薄膜激光器、反射式顯示器以及其他光學(xué)器件。

所述填充介質(zhì)為一切可填充的物質(zhì)，反射禁帶線寬取決于聚合物和填充介質(zhì)之間的折射率差。

本發(fā)明提供的反射薄膜的禁帶線寬和位置具有調(diào)諧性，可通過(guò)改變填充物種類和溫度來(lái)調(diào)諧。

本發(fā)明的目的之一還在提供的反射薄膜的制備方法，根據(jù)單手性和雙手性的不同，分為如下兩種制備方法。

一種單手性反射薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將光取向劑聚乙烯肉桂酸酯(PVCin)或者聚酰亞胺(PI)取向劑作為第一取向?qū)樱?/p>

將第一取向?qū)釉O(shè)置在第一透明基板內(nèi)側(cè)；

將聚酰亞胺取向劑作為第二取向?qū)樱?/p>

將第二取向?qū)釉O(shè)置在第二透明基板內(nèi)側(cè)；

將膽甾相液晶以及聚合物注入所述第一透明基板與第二透明基板形成的液晶盒中；

從所述第一透明基板側(cè)進(jìn)行偏振紫外光曝光，與所述第一透明基板相鄰的聚合物以及光取向劑經(jīng)過(guò)所述偏振紫外光觸發(fā)，所述聚合物基端圍繞所述第一膽甾相液晶進(jìn)行聚合；所述光取向劑對(duì)液晶分子進(jìn)行取向并與聚合物交聯(lián)；

將未反應(yīng)的所述聚合物以及所述膽甾相液晶浸泡溶解；

最后向所述液晶盒內(nèi)注入填充物，可根據(jù)應(yīng)用要求填充不同折射率的物質(zhì)。

作為優(yōu)選，在聚合物中添加紫外吸收劑，從而實(shí)現(xiàn)螺距梯度變化，進(jìn)而達(dá)到更寬的禁帶。

優(yōu)選地，所述膽甾相液晶為左旋和/或右旋膽甾相液晶。

大多數(shù)活性介晶都可以用作聚合物。優(yōu)選地，所述聚合物為RM257、RM82、RM010、RM021或RM006中的1種或2種以上的組合。

優(yōu)選地，所述填充物包含非極性物質(zhì)，優(yōu)選為絕大部分非極性物質(zhì)，例如為50-90重量％的非極性物質(zhì)，優(yōu)選為60-80重量％的非極性物質(zhì)。

優(yōu)選地，所述非極性物質(zhì)為甲苯、液晶或硅油中的1種或2種以上的組合。

上述方案利用膽甾相液晶的自組裝性與聚合物成膜的特性相結(jié)合，通過(guò)溶解填充物，最終獲得微腔薄膜。在現(xiàn)實(shí)的需求中，即需要窄線寬反射薄膜也需要寬線寬反射薄膜。本發(fā)明提出置換填充物以及控制溫度的方法實(shí)現(xiàn)窄線寬與寬線寬反射薄膜。

一種雙手性反射薄膜的制備方法，包括以下步驟：

將光取向劑(PVCin)作為第一取向?qū)樱?/p>

將第一取向?qū)釉O(shè)置在第一透明基板內(nèi)側(cè)；

將PI取向劑作為第一取向?qū)樱?/p>

將第二取向?qū)釉O(shè)置在第二透明基板內(nèi)側(cè)；

將第一膽甾相液晶以及第一聚合物注入所述第一透明基板與第二透明基板形成的液晶盒中；

從所述第一透明基板側(cè)進(jìn)行偏振紫外光曝光，與所述第一透明基板相鄰的第一聚合物以及光取向劑經(jīng)過(guò)所述偏振紫外光觸發(fā)，所述聚合物基端圍繞所述第一膽甾相液晶進(jìn)行聚合；所述光取向劑對(duì)液晶分子進(jìn)行取向并與聚合物交聯(lián)；

將未反應(yīng)的所述第一聚合物以及所述第一膽甾相液晶浸泡溶解、烘干；

將第二膽甾相液晶、光引發(fā)劑以及第二聚合物注入所述液晶盒中；

繼續(xù)從所述第一透明基板側(cè)進(jìn)行紫外光曝光，通過(guò)進(jìn)行紫外光曝光使與所述第二透明基板側(cè)相鄰的所述第二聚合物聚合，所述第二聚合物聚合后與所述第一聚合物聚合后無(wú)縫對(duì)接；

將未反應(yīng)的所述第二膽甾相液晶以及所述第二聚合物進(jìn)行溶解去除；

最后向所述液晶盒內(nèi)注入填充物，根據(jù)應(yīng)用要求填充不同折射率的物質(zhì)。

作為優(yōu)選，在聚合物中添加紫外吸收劑，從而實(shí)現(xiàn)螺距梯度變化，進(jìn)而達(dá)到更寬的禁帶。

優(yōu)選地，所述第一膽甾相液晶為左旋膽甾相液晶(右旋膽甾相液晶)，所述第二膽甾相液晶為右旋膽甾相液晶(左旋膽甾相液晶)。

優(yōu)選地，第一聚合物和第二聚合物相同。

優(yōu)選地，所述第一和第二聚合物為RM257、RM82、RM010、RM021或RM006中的1種或2種以上的組合。第一聚合物和第二聚合物的配比可以相同，也可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員合理進(jìn)行選擇。

優(yōu)選地，所述光引發(fā)劑為Darocur 1173。

本發(fā)明的制備方法中材料的量的選擇可由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇。

上述方案利用膽甾相液晶的自組裝性與聚合物成膜的特性相結(jié)合，通過(guò)溶解填充物，最終獲得微腔薄膜。在現(xiàn)實(shí)的需求中，即需要窄線寬反射薄膜也需要寬線寬反射薄膜。本發(fā)明提出置換填充物以及控制溫度的方法實(shí)現(xiàn)窄線寬與寬線寬反射薄膜。方案之二的薄膜相對(duì)方案之一的薄膜具有更高的反射率。

另外本發(fā)明制備的薄膜可用不同顏色陣列化制備，在配制膽甾相液晶時(shí)使用光敏手型劑，在進(jìn)行所述紫外光曝光聚合前，利用具有三種灰階的遮光板進(jìn)行曝光，使得所述膽甾相液晶層產(chǎn)生三種不同的螺距的膽甾相液晶單元。最后再進(jìn)行聚合，從而形成具有色彩陣列的薄膜。

本發(fā)明提供的反射薄膜禁帶線寬和位置具有調(diào)諧性，通過(guò)改變填充物種類和溫度來(lái)調(diào)諧。此薄膜將廣泛應(yīng)用于一系列光學(xué)器件產(chǎn)品，例如：反射顯示器、電子紙、智能窗等。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種單手型反射薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種高反射雙手型薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種矩陣化圖案制備裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中提供的一種聚合物單體化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實(shí)施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實(shí)施例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的具體限制。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種反射薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單層反射薄膜，主要包括：

聚合物微腔和填充介質(zhì)。

其中聚合物微腔由膽甾相液晶以及聚合物制備而成。膽甾相液晶在反平行的液晶盒中自組裝形成一維光子晶體結(jié)構(gòu)，聚合物單體在聚合前隨著液晶分子排列，穩(wěn)定后，利用光聚合或者其他方式的聚合物引發(fā)劑實(shí)施聚合活動(dòng)，最后基于膽甾相液晶形成具有微腔結(jié)構(gòu)的聚合物結(jié)構(gòu)。

在此實(shí)例中，選用聚合物單體為：RM257\RM82\RM006\RM021\RM010化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖4所示。選用光引發(fā)劑Irgacure 2959或Darocur1173等。選用常用的紫外燈作為固化光源，中心波長(zhǎng)為365nm(也可選用290nm～365nm)。在此實(shí)例中聚合物混合物各質(zhì)量比例為:30：15：20：20：15。將混合好的聚合物與膽甾相液晶混合。其中膽甾相液晶由向列相E7與手型劑R5011組成，質(zhì)量比為:96.9：3.1。聚合物、膽甾相液晶和光引發(fā)劑比例為：74：25：1。加熱到70℃，攪拌10分鐘，使之混合均勻。最后將混合物注入反平行取向的液晶盒。聚合后將未聚合的單體以及膽甾相液晶浸出，此處選用甲苯作為溶劑。待溶解完全后，只剩下聚合物微腔。此微腔薄膜可以脫離基本而獨(dú)立存在。通過(guò)填充不同的介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同禁帶位置和寬度的反射薄膜。在此選用向列相液晶(DYX8013-00)和甲苯作為填充介質(zhì)。分別實(shí)現(xiàn)了反射薄膜。

對(duì)于填充DYX8013-00的薄膜，禁帶位置和寬度分別在450nm和40nm。對(duì)于填充甲苯的薄膜，禁帶位置和寬度分別在480nm和25nm。反射率為45％。

本實(shí)施例提供的一種膽甾相液晶顯示裝置的工作原理如下所示：

首先，膽甾相液晶的反射原理如下：由于液晶分子具有的各向異性，所以不同的偏振光入射后折射率存在差異。膽甾相液晶分子呈周期性螺旋狀排列，對(duì)于偏振光而言，液晶分子折射率呈周期性分布，相當(dāng)于一種一維光子晶體，即光柵結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能提供分布式反饋光子禁帶，這意味著部分特定頻率波長(zhǎng)的光不能夠通過(guò)該光子晶體結(jié)構(gòu)，或者說(shuō)這部分光將被反射。其中，反射中心波長(zhǎng)(λ)與帶寬(△λ)可以分別由λ＝n_ave*p以及△λ＝△n*p表示。這里n_ave是液晶的平均折射率，△n是液晶折射率差，p是螺旋結(jié)構(gòu)周期長(zhǎng)度。

實(shí)施例二

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種反射薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種雙層反射薄膜，主要包括：

與實(shí)施例一一樣，聚合物與膽甾相液晶。

在此實(shí)例中，選用聚合物單體為：RM257\RM82\RM006\RM021\RM010。選用光引發(fā)劑Irgacure 2959或Darocur1173等。選用常用的紫外燈作為固化光源，中心波長(zhǎng)為365nm(也可選用290nm～365nm)。在此實(shí)例中聚合物混合物各質(zhì)量比例為:30：15：20：20：15。將混合好的聚合物與膽甾相液晶混合。第一反射層此處選用的膽甾相液晶由向列相E7與手型劑R5011組成，質(zhì)量比為:96.9：3.1。為右旋一維光子晶體。聚合物、膽甾相液晶和光引發(fā)劑比例為：74：25：1。加熱到70℃，攪拌10分鐘，使之混合均勻。最后將混合物注入反平行取向的液晶盒。此處的反平行盒上下基板內(nèi)表面分別由光取向劑PVCin和PI分別取向。聚合時(shí)，紫外光從PVCin面入射，聚合后將未聚合的單體以及膽甾相液晶浸出，此處選用甲苯作為溶劑。待溶解完全后，只剩下聚合物微腔。此時(shí)聚合物和PVCin鏈接在一起，由于PVCin在紫外光下也與聚合物發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。之后將同一禁帶位置的左旋的聚合物膽甾相液晶混合物注入此液晶盒，待穩(wěn)定，繼續(xù)使紫外光通過(guò)PVCin面進(jìn)行聚合，使左旋和右旋聚合物交聯(lián)在一起形成一體化的薄膜。最后浸泡出未聚合的單體以及膽甾相液晶。此微腔薄膜可以脫離基本而獨(dú)立存在。通過(guò)填充不同的介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同禁帶位置和寬度的反射薄膜。在此選用向列相液晶(DYX8013-00)作為填充介質(zhì)。實(shí)現(xiàn)了反射薄膜。

對(duì)于填充DYX8013-00的薄膜，禁帶位置和寬度分別在450nm和38nm。反射率高達(dá)90％。

實(shí)施例三

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種矩陣化反射薄膜的制備示意圖。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種單層反射薄膜制備方法，主要包括：

矩陣圖案寫(xiě)入和聚合。

其中聚合物微腔由膽甾相液晶以及聚合物制備而成。膽甾相液晶在反平行的液晶盒中自組裝形成一維光子晶體結(jié)構(gòu)，聚合物單體在聚合前隨著液晶分子排列，穩(wěn)定后，利用光聚合或者其他方式的聚合物引發(fā)劑實(shí)施聚合活動(dòng)，最后基于膽甾相液晶形成具有微腔結(jié)構(gòu)的聚合物結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)示意與圖一相同。

在此實(shí)例中，選用聚合物單體為：RM257\RM82\RM006\RM021\RM010。選用光引發(fā)劑Irgacure 2100。選用常用的紫外燈作為固化光源，中心波長(zhǎng)為365nm。另外選用290nm的紫外燈作為螺距選擇光源。在此實(shí)例中聚合物混合物各質(zhì)量比例為:30：15：20：20：15。將混合好的聚合物與膽甾相液晶混合。其中膽甾相液晶由向列相E7與手型劑ZLI-811組成，質(zhì)量比為:76：24。ZLI-811為光敏手性劑，在290nm照射下HTP值逐漸減小。聚合物、膽甾相液晶和光引發(fā)劑比例為：74：25：1。加熱到70℃，攪拌10分鐘，使之混合均勻。最后將混合物注入反平行取向的液晶盒。先選用290nm光源對(duì)螺距進(jìn)行選擇，利用三個(gè)灰階曝光實(shí)現(xiàn)矩陣化圖案，之后再用365nm光源對(duì)聚合物進(jìn)行聚合，聚合后將未聚合的單體以及膽甾相液晶浸出，此處選用甲苯作為溶劑。待溶解完全后，只剩下聚合物微腔。此微腔薄膜可以脫離基本而獨(dú)立存在。通過(guò)填充不同的介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同禁帶位置和寬度的反射薄膜。在此選用向列相液晶(DYX8013-00)作為填充介質(zhì)。實(shí)現(xiàn)了反射薄膜。

對(duì)于填充DYX8013-00的薄膜，禁帶位置和寬度分別在450nm和40nm；541nm和46nm；630nm和60nm。

申請(qǐng)人聲明，本發(fā)明通過(guò)上述實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，但本發(fā)明并不局限于上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程，即不意味著本發(fā)明必須依賴上述詳細(xì)工藝設(shè)備和工藝流程才能實(shí)施。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明了，對(duì)本發(fā)明的任何改進(jìn)，對(duì)本發(fā)明產(chǎn)品各原料的等效替換及輔助成分的添加、具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍和公開(kāi)范圍之內(nèi)。