胆甾相液晶光谱带宽与手性掺加剂的关系

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。

关键词：手征性掺杂剂；光谱带宽；HTP值

中图分类号：O753+.2 文献标识码：A

引 言

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。

1 手征性掺加剂

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。

2 实验

2.1 样品的制备

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。

2.2 结果与讨论

在C5向列相液晶中加入手征性掺加剂，调配成相同反射波长的胆甾相液晶，各成分比例如表2所示。

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。

3 结 论

本文从胆甾相液晶的反射率和波长的关系出发，并利用DMS-501光谱测试仪进行对比测试，得出：相同反射光谱波长的胆甾相液晶，其光谱带宽不同，HTP值越大的手征性掺杂剂，制备成的胆甾相液晶反射光谱带宽越宽，开口越大；反之，HTP值越小的手征性掺杂剂，制备成的胆甾相液晶反射光谱带宽越窄，开口越小。

参考文献

[1]刘永智，杨开愚等. 液晶显示技术[M]. 成都：电子科技大学出版社，2000，92-115.

[2] [日]松本正一，角田市良 著. 王殿福，孙红军 译. 液晶的最新技术[M]. 北京：化学工业出版社，1991，1-90.

[3] 杨文君，王继眠. 纳米粒网络对于手性液晶反射光谱的展宽效应[J]. 液晶与显示，2006，21：l-5.

[4] 肖 炼，黄子强. 手性添加剂浓度对液晶反射光谱的影响[J]. 现代显示，2009，10，总第105期：33-35.

[5] 张智勇，陈元模等. 显示用胆甾相液晶材料发展现状[J]. 液晶与显示，2003，18（5）：318.

作者简介：高红茹（1983-），女，河北石家庄人，学士双学位，主要从事液晶显示材料的开发研究工作，