專利名稱：一種使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光敏材料和液晶材料領(lǐng)域，利用偶氮苯光場可逆來控制液晶光學(xué)性 能。
背景技術(shù)：
偶氮苯類化合物由于具有紫外光照射進(jìn)行反式到順式異構(gòu)化和可見光照射進(jìn)行 順式到反式異構(gòu)化回復(fù)反應(yīng)的特殊性質(zhì)，而成為一種良好的光控材料。當(dāng)偶氮苯分子 發(fā)生光致異構(gòu)時，其分子形狀也隨之改變。偶氮苯分子處于反式結(jié)構(gòu)時，形狀為棒狀結(jié) 構(gòu)；偶氮苯分子處于順式結(jié)構(gòu)時，形狀為彎曲結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在以偶氮苯為基礎(chǔ)的光控材料， 已經(jīng)在光存儲，光開關(guān)，光顯示等方面有了大量的基礎(chǔ)研究，為偶氮苯在光控材料方面 提供了廣闊的應(yīng)用前景。液晶既具有液體的各向同性，又具有晶體的有序性，它是由棒狀分子、盤形分 子等不具有球?qū)ΨQ性的分子組成的部分有序的物質(zhì)。液晶不僅具有流體的流動特性，而 且能夠呈現(xiàn)出晶體固有的空間各向異性，包括介電、磁極化、光折射系數(shù)等的空間各向 異性。正是由于具有這些特殊的性能，使得液晶在光存儲，光顯示，光開關(guān)等領(lǐng)域得到 廣泛的應(yīng)用。液晶的分子排列并不像晶體結(jié)構(gòu)那樣三維有序，是一種遠(yuǎn)程有序排列，這種排 列方式使液晶分子受電場、磁場、溫度、分子間作用力等力的作用時，比較容易重新排 列，從而改變液晶的各種光學(xué)特性。近年來，液晶顯示器(LCD)憑借其機(jī)身薄，省電，無輻射等優(yōu)良的性能，受到 用戶的廣泛青睞。LCD的核心技術(shù)就是使用電場控制液晶的光學(xué)性能。傳統(tǒng)的液晶控制 體系由光、電組合，雖然能夠使液晶材料在光存儲，光顯示，光開關(guān)等光學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng) 用，但耗能較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，該 方法利用偶氮苯的光場可逆性能很好地調(diào)控液晶光學(xué)性能。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基本構(gòu)思是通過將偶氮苯分子加入到液晶 材料中，由于偶氮苯分子順式結(jié)構(gòu)為棒狀，反式為彎曲狀，這兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換相當(dāng)于對 液晶分子施加了一個外力，從而很容易實現(xiàn)對液晶分子排列的調(diào)控，例如向列相或者膽 甾相與各向同性相之間的可逆轉(zhuǎn)變等。由于膽留相液晶的螺距與其反射光的波長相當(dāng)， 因此可以利用偶氮苯順反異構(gòu)調(diào)控膽留相液晶的螺距，進(jìn)而可以實現(xiàn)對膽留相液晶的光 透射性能及光反射性能的調(diào)控。這是一種分子水平的光學(xué)控制，將偶氮苯分子均勻的混 入液晶分子間，利用的光敏材料光致異構(gòu)后分子構(gòu)型發(fā)生變化的特性控制液晶的分子排 列。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是，一種使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)
3性能的方法，其特征在于，將液晶化合物、手性化合物和偶氮苯混合均勻后，灌入液晶 盒之中組成混合體系；使用紫外光照射所述混合體系，所述偶氮苯由反式結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖?結(jié)構(gòu)；使用可見光照射所述混合體系，所述偶氮苯由順式結(jié)構(gòu)變?yōu)榉词浇Y(jié)構(gòu)；所述混合 體系的光透過性和反射性隨所述偶氮苯的光致異構(gòu)發(fā)生可逆變化。當(dāng)偶氮苯和手性化合物質(zhì)量之和在混合體系中的比重超過20%時，則偶氮苯和 手性化合物無法在液晶化合物中完全溶解。因此，手性化合物和偶氮苯的質(zhì)量之和在混 合體系中所占的比重小于20%。在所述混合體系中各組分的質(zhì)量百分比分別為偶氮苯占-10% ；手性化合 物占-10% ；剩余組成為液晶化合物。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述手性化合物為聯(lián)萘二酚。作為本發(fā)明的另一種優(yōu)選方案，所述液晶化合物為對辛基聯(lián)苯氰。作為本發(fā)明的又一種優(yōu)選方案，所述液晶化合物為對戊基聯(lián)苯氰。本發(fā)明所使用的液晶是近晶相或向列相液晶，對液晶材料沒有其他特殊要求。對于其他手性分子，只要混入液晶后不破壞液晶的光學(xué)性能均可滿足要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點在于，將光敏材料_偶氮苯混入液晶中，利用偶 氮苯的光致異構(gòu)特性對液晶分子的光學(xué)性能進(jìn)行可逆調(diào)控。相對于傳統(tǒng)的電場、磁場 和溫度調(diào)控，利用光進(jìn)行調(diào)控更加節(jié)能高效，可以使液晶材料在光存儲、光顯示、光開 關(guān)、光控涂層、光快門等等領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。


圖1為偶氮苯，聯(lián)萘二酚和對辛基聯(lián)苯氰(8CB)的分子式。圖2為偶氮苯光致異構(gòu)特性過程。圖3a為實例1中的混合體系未經(jīng)過紫外光照的POM圖像。圖3b為實例1中的混合體系經(jīng)紫外光照120秒后的POM圖像。
圖3c為實例1中的混合體系經(jīng)紫外光照480秒后的POM圖像。圖3d為實例1中的混合體系經(jīng)可見光照3小時后的POM圖像。圖4為實例1中的混合體系的紫外_可見吸收光譜隨紫外_可見光照的變化。圖5為實例2中的混合體系的透過率隨紫外光照的變化。圖6為實例3中的混合體系隨紫外-可見光照POM圖像的變化。圖7為實例4中的混合體系隨紫外-可見光照POM圖像的變化。
具體實施例方式實施例1將偶氮苯，聯(lián)萘二酚和對辛基聯(lián)苯氰(8CB)按照質(zhì)量比10% 1% 89%混合 均勻，灌入平行取向的液晶盒中，在21攝氏度的室溫條件下，用波長365nm的紫外光 (10毫瓦/平方厘米)照射液晶盒480秒，置于自然光下恢復(fù)3小時。在偏光顯微鏡下觀察液晶織構(gòu)隨紫外-可見光照所發(fā)生的變化①紫外光照 前，混合體系的織構(gòu)是近晶相的扇形織構(gòu)(如圖3a所示)，此時液晶盒的透光度較低； ②，使用365納米紫外光照120秒后，具有光致異構(gòu)特性的偶氮苯發(fā)生順反異構(gòu)(如圖2所示)，受偶氮苯分子異構(gòu)化的影響，混合體系由有序度較高的近晶相轉(zhuǎn)化為有序度較低 的膽甾相，其織構(gòu)也變?yōu)槟戠尴嗟钠矫婵棙?gòu)(如圖3b所示)，此時液晶盒的透光度很高； ③使用365納米紫外光照射480秒后，混合體系失去液晶相，變?yōu)楦飨蛲?如圖3c所 示)；④在自然光下照射3小時后，混合體系恢復(fù)初始的近晶相(如圖3d所示)。圖4 顯示，用紫外-可見分光光度計測試混合體系對應(yīng)時間點的紫外-可見吸收光譜的變化。實施例2將偶氮苯，聯(lián)萘二酚和8CB按照質(zhì)量比5% 4% 91%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21攝氏度的室溫條件下，用波長365納米的紫外光照射液晶盒480 秒，圖5顯示，使用紫外-可見分光光度計測試其透過率光譜隨紫外光照所變化。測試結(jié)果顯示，紫外光照60秒后，混合體系的透過峰從1250納米左右紅移至 1400納米左右；繼續(xù)光照至180秒，透過峰消失，說明少量偶氮苯的光致異構(gòu)使其兩側(cè) 的液晶分子間距增大，從而改變了膽留相液晶的螺距；當(dāng)發(fā)生光致異構(gòu)的偶氮苯達(dá)到一 定數(shù)量，液晶分子的有序性被完全破壞，轉(zhuǎn)化為各向同性相。實施例3將偶氮苯，聯(lián)萘二酚和8CB按照質(zhì)量比2% 8% 90%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21攝氏度的室溫條件下，用波長365納米的紫外光照射液晶盒480 秒，然后置于自然光下恢復(fù)3小時。圖6所示，混合體系初始狀態(tài)為近晶相，紫外光照120秒后變?yōu)橄蛄邢?，偶氮?的光致異構(gòu)使液晶從高有序度的近晶相轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚨容^低的向列相，而液晶織構(gòu)也由近 晶相的扇形織構(gòu)變?yōu)槟懥粝嗟钠矫婵棙?gòu)，光透過性隨之提高。由于偶氮苯含量較低，繼 續(xù)光照仍保持膽留相，無法達(dá)到各向同性。當(dāng)使用可見光照時，發(fā)生逆向變化，直至恢 復(fù)初始狀態(tài)。實施例4將偶氮苯，聯(lián)萘二酚和8CB按照質(zhì)量比 10% 89%混合均勻，灌入平行 取向的液晶盒中，在21攝氏度的室溫條件下，用波長365納米的紫外光照射液晶盒480 秒，然后置于自然光下恢復(fù)3小時。圖7所示，混合體系初始狀態(tài)為近晶相，紫外光照180秒后變?yōu)槟懥粝啵嫉?的光致異構(gòu)使液晶從高有序度的近晶相轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚨容^低的膽留相，而液晶織構(gòu)也由近 晶相的扇形織構(gòu)變?yōu)槟懥粝嗟钠矫婵棙?gòu)，光透過性隨之提高。由于偶氮苯含量較低，繼 續(xù)光照仍保持膽留相，無法達(dá)到各向同性。當(dāng)使用可見光照時，發(fā)生逆向變化，直至恢 復(fù)初始狀態(tài)。實驗結(jié)果表明，實例3為最佳實例，以加入最少比例的偶氮苯和聯(lián)萘二酚，達(dá) 到控制混合體系的相態(tài)及光透過性的目的。當(dāng)然，本發(fā)明不僅限于手性化合物不僅限于聯(lián)萘二酚，其它手性化合物只要混 入液晶后不破壞液晶的光學(xué)性能，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，將液晶化合物、手性化 合物和偶氮苯混合均勻后，灌入液晶盒之中組成混合體系；使用紫外光照射所述混合體 系，所述偶氮苯由反式結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖浇Y(jié)構(gòu)；使用可見光照射所述混合體系，所述偶氮苯 由順式結(jié)構(gòu)變?yōu)榉词浇Y(jié)構(gòu)；所述混合體系的光透過性和反射性隨所述偶氮苯的光致異構(gòu) 發(fā)生可逆變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，所述手 性化合物和所述偶氮苯的質(zhì)量之和在混合體系中所占的比重小于20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，在所述 混合體系中各組分的質(zhì)量百分比分別為偶氮苯占-10%;手性化合物占-10%; 剩余組成為液晶化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，所述 手性化合物為聯(lián)萘二酚。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物為近晶相液晶化合物或向列相液晶化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物為對辛基聯(lián)苯氰。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，其特征在于，所述 液晶化合物為對戊基聯(lián)苯氰。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用偶氮苯調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，屬于光敏材料和液晶材料應(yīng)用領(lǐng)域。基體材料由液晶分子，手性分子和光響應(yīng)性偶氮苯分子組成。本發(fā)明將液晶分子，手性分子和偶氮苯分子按照一定比例混合均勻后，灌入液晶盒之中。通過調(diào)控體系中手性分子和偶氮苯分子的含量，可實現(xiàn)光場控制液晶復(fù)合物的光學(xué)性能。本發(fā)明是一種不同于傳統(tǒng)的電場、磁場和溫度調(diào)控液晶光學(xué)性能的方法，利用光照誘導(dǎo)偶氮苯順發(fā)異構(gòu)，可實現(xiàn)光場可逆調(diào)控液晶盒的光透過性及反射性。本發(fā)明可以使液晶材料在光存儲，光顯示，光開關(guān)等領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用。
文檔編號C09K19/56GK102010720SQ20101054148
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月11日
發(fā)明者張婷婷, 張明智, 楊強(qiáng), 楊槐, 王國杰 申請人:北京科技大學(xué)