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第37卷第8期2022年8月Vol.37No.8Aug.2022液晶与显示Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays聚合物稳定胆甾相液晶的低压致反射带隙展宽高文慧，郭瑞彩，李小帅，张美珊，孙玉宝*（河北工业大学应用物理系，天津300401）摘要：胆甾相液晶（CLC）的反射带隙通常在50~100nm之间，为增强胆甾相液晶的实用性，可通过施加外部刺激拓宽其反射带隙。
具有负介电各向异性的聚合物稳定胆甾相液晶（PSCLC）在直流电压作用下聚合物网络会发生运动，导致反射带隙展宽，而此过程通常需要较大的驱动电压。
本文研究了聚合物单体浓度、液晶盒厚度和紫外吸收染料含量对反射带隙展宽程度的影响，制备得到的PSCLC反射带隙最高可实现3倍展宽效果，所需驱动电压低至7.5V，且撤掉驱动电压后，PSCLC系统会迅速恢复其原始光学特性，呈现出良好的可逆性变化。
关键词：聚合物稳定胆甾相液晶；电调谐；反射带隙；低电压中图分类号：O753+.2文献标识码：A doi：10.37188/CJLCD.2022-0164Reflection band gap broadening of polymer-stabilized cholestericliquid crystal by low voltageGAO Wen-hui，GUO Rui-cai，LI Xiao-shuai，ZHANG Mei-shan，SUN Yu-bao*（Department of Applied Physics，Hebei University of Technology，Tianjin300401，China）Abstract：The reflection band gap of cholesteric liquid crystal（CLC）is usually between50and100nm. To enhance the usefulness of CLC，the external stimulation can be applied to broaden the reflection bad gap.The polymer network can be moved by the action of direct current voltage in polymer-stabilized cho⁃lesteric liquid crystal（PSCLC）with negative dielectric anisotropy，results in broadening the reflection band gap，which is usually driven by a large voltage.In this paper，the influence of polymer monomer’s concentration，cell thickness of liquid crystal，and ultraviolet absorption dye on the reflection band was studied.The reflection band of PSCLC is broadened by3times，and the required driving voltage is low⁃ered to7.5V.After the driving voltage is removed，PSCLC system quickly returns to the original optical performance，shows the good reversible change.Key words：polymer-stabilized cholesteric liquid crystal；electrical tuning；reflection band gap；low voltage1引言胆甾相液晶（CLCs）的分子排列呈现为周期性的螺旋状结构［1］，使得CLCs具有独特的选择性反射的光学特性，因此被广泛应用于反射显示器［2-3］、可调谐彩色滤光片［4-5］和无镜激光器［6-7］等文章编号：1007-2780（2022）08-0997-11收稿日期：2022-05-12；修订日期：2022-06-05.基金项目：国家重点研发计划（No.2018YFB0703701）；国家自然科学基金（No.61475042）Supported by National Key R&D Program of China（No.2018YFB0703701）；National Natural ScienceFoundation of China（No.61475042）*通信联系人，E-mail：sun_yubao@第37卷液晶与显示领域。
螺旋扭曲力常数对常黑聚合物稳定胆甾液晶光电性能的影响徐超;初宇天;胡金良;陆红波【摘要】本文研究了螺旋扭曲力常数(HTP)对常黑模式聚合物稳定的胆甾相液晶(NB-PSCT)网络形貌和光电性能的影响.选用3种不同HTP值的手性剂,通过紫外光聚合诱导相分离法(PIPS)制备了具有相同螺距的常黑模式聚合物稳定的胆甾相液晶.结果表明:随着手性剂的螺旋扭曲力常数增大,聚合物网络变得致密,网络和液晶分子之间的弹性作用力增大,阈值饱和电压减小,响应过程中的关闭时间增加,迟滞宽度增大.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】5页(P358-362)【关键词】聚合物稳定的胆甾相液晶;螺旋扭曲力;聚合物网络形貌;光电性能【作者】徐超;初宇天;胡金良;陆红波【作者单位】合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009;合肥工业大学光电技术研究院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】O753+.2近年来，聚合物稳定胆甾相液晶(Polymer-Stabilized Cholesteric Texture，PSCT)获得了飞速的发展[1-3]。
根据工作状态的不同，PSCT可分为常黑和常白两种模式。
常黑PSCT因为具有高对比度、宽视角以及快速响应等优点，在光电器件中被广泛应用，如光衰减器、光开关、智能窗、立体显示等领域[4-5]。
将含有单体、引发剂和手性剂的液晶混合物灌入液晶盒中，然后在紫外光下聚合得到常黑模式PSCT。
由于在加电时液晶分子垂直排列，诱导聚合物垂直于基板排列，从而形成垂直网络。
制备完整的PSCT在不加电场时，液晶分子松弛趋于平面态(P 态，Planar state)，而聚合物网络的锚定作用促使液晶分子保持垂直排列(H 态，Homeotropic state)。
在二者共同作用下，液晶分子最终呈现多畴的焦锥态(FC 态，Focal Conic state)，此时PSCT呈现散射态[6-8]。
聚合物稳定胆甾相滤色液晶光阀的显示研究胡金良;徐超;吴少君;陆红波【摘要】本文研究了在平面态和场致向列相之间快速切换的聚合物稳定胆甾相(PSCT)液晶光阀的彩色显示.采用紫外光诱导相分离法(PIPS)制备具有染料掺杂的聚合物稳定胆甾相液晶光阀,通过3种染料在可见光区的吸收作用,对入射白光进行选择性吸收过滤,得到不同颜色的出射光.结果表明:当PSCT处在平面态下,分子螺旋排列,染料对入射光波的吸收不受光波偏振方向的影响,器件具有很强的吸收作用,呈现有色态;当处于场致向列相,染料的吸收作用微小,器件呈透明态,因此器件具有一定的对比度,且不需要偏振片;器件在平面态和场致向列相之间快速切换的响应时间短于7 ms. PSCT光阀可以用作滤色器,在多种染料的共同作用下,快速选择滤色得到多种彩色可见光,组成彩色显示平面.【期刊名称】《液晶与显示》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】6页(P347-352)【关键词】聚合物稳定胆甾相液晶;滤色;快速响应【作者】胡金良;徐超;吴少君;陆红波【作者单位】特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室,现代特种显示技术省部共建重点实验室培育基地,安徽合肥230009;合肥工业大学化学与化工学院,安徽合肥230009;特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室,现代特种显示技术省部共建重点实验室培育基地,安徽合肥230009;特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室,现代特种显示技术省部共建重点实验室培育基地,安徽合肥230009;合肥工业大学化学与化工学院,安徽合肥230009;特种显示技术教育部重点实验室特种显示技术国家工程实验室,现代特种显示技术省部共建重点实验室培育基地,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】O753+.2宾主型液晶是少量二色性染料和向列相液晶的混合物，棒状染料分子会沿液晶指向矢取向排列，在电场的作用下，染料分子的取向会发生变化，从而颜色的改变，达到显示效果。
高分子液晶的物理性质及其应用PB02206287 丁蕾禹川物质的液晶态物质通常分为气态、液态和固态三态。
它们在一定条件下可以相互转化。
自然界的固体多为晶态。
在晶态下，原子或分子紧密排列成晶格，其物理性质多为各向异性，有固定熔点，晶面间夹角相等。
晶体熔化时由于晶格解体，出现流动性，此时的液体不再具有规则外形和各向异性特征。
一些物质的结晶结构熔融或溶解之后虽然变为了具有流动性的液态物质，但结构上仍保存一维或二维有序排列，在物理性质上呈现各向异性，形成兼有部分晶体和液体性质的过渡状态，称为液晶态，而这种状态下的物质称为液晶。
形成液晶的物质通常具有刚性分子结构，分子呈棒状，同时还具有在液态下维持分子的某种有序排列所必须的结构因素。
这种结构特征常与分子中含对位苯撑、强极性基团和高度可极化基团或氢键相联系。
如4,4’-二甲氧基氧化偶氮苯：分子上两极性基团间相互作用有利于形成线性结构，从而有利于液晶有序态结构的稳定。
由固态到液晶态和液晶态到液态的过程都是热力学一级转变过程。
液晶分近晶型、向列型、胆甾型三种结构类型。
近晶型：棒状分子互相平行排列为层状结构，长轴垂直于层平面。
层间可相对滑动，而垂直层面方向的流动困难。
这是最接近结晶结构的一类液晶。
其粘性较大。
向列型：棒状分子互相平行排列，但其重心排列是无序的，只保存一维有序性。
分子易沿流动方向取向和互相穿越。
故向列型液晶流动性较大。
胆甾型：扁平的长形分子靠端基相互作用彼此平行排列为层状结构，长轴在平面内。
相邻层间分子长轴取向由于伸出面外的光学活性基团相互作用，依次规则扭转一定角度，而成螺旋面结构。
两取向相同的分子层之间的距离称胆甾液晶的螺距。
这类液晶有极高的旋光特性。
液晶高分子高分子液晶按其液晶原所处位置不同而分为主链型和侧链型液晶。
主链液晶的主链即由液晶原和柔性链节相间组成。
侧链液晶的主链为柔性，刚性的液晶原接在侧链上。
主链类溶致型高分子液晶中，刚性基团为一些环状单元，其分解温度往往低于其熔点，故不能成为热致型液晶。
液晶电光效应实验报告——应物02陈忠旺一：基本要求1、了解液晶的特性和基本工作原理；2、掌握一些特性的常用测试方法；3、了解液晶的应用和局限。
二：实验原理：液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。
一般的液体内部分子排列是无序的，而液晶既具有液体的流动性，其分子又按一定规律有序排列，使它呈现晶体的各向异性。
当光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应。
液晶分子的形状如同火柴一样，为棍状。
棍的长度在十几埃，直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。
列方式和天然胆甾(音同淄)相液晶的主要区别是：扭曲向列的扭曲角是人为可控的，且“螺距”与两个基片的间距和扭曲角有关。
而天然胆甾相液晶的螺距一般不足1um，不能人为控制。
扭曲向列排列的液晶对入射光会有一个重要的作用，他会使入射的线偏振光的偏振方向顺着分子的扭曲方向旋转，类似于物质的旋光效应。
在一般条件下旋转的角度(扭曲角)等于两基片之间的取向夹角。
由于液晶分子的结构特性,其极化率和电导率等都具有各向异性的特点，当大量液晶分子有规律的排列时,其总体的电学和光学特性,如介电常数、折射率也将呈现出各向异性的特点。
如果我们对液晶物质施加电场，就可能改变分子排列的规律。
从而使液晶材料的光学特性发生改变，1963年有人发现了这种现象。
这就是液晶的的电光效应。
为了对液晶施加电场，我们在两个玻璃基片的内侧镀了一层透明电极。
我们将这个由基片电极、取向膜、液晶和密封结构组成的结构叫做液晶盒。
当我们在液晶盒的两个电极之间加上一个适当的电压时我们来看一下液晶分子会发生什么变化。
根据液晶分子的结构特点。
我们假定液晶分子没有固定的电极。
但可被外电场极化形成一种感生电极矩。
这个感生电极矩也会有一个自己的方向，当这个方向以外电场的方向不同时，外电场就会使液晶分子发生转动，直到各种互相作用力达到平衡。
液晶分子在外电场作用下的变化，也将引起液晶合中液晶分子的总体排列规律发生变化。
当外电场足够强时，两电极之间的液晶分子将会变成如图2中的排列形式。
胆甾相液晶织构光谱特性王佳菱;杜鑫;吕加;于天池;范志新【摘要】胆甾相液晶具有特殊的光学性质,因此在液晶显示和光电子器件方面有特殊的应用.实验制备出稳定的平面态和焦锥态织构样品,用偏光显微镜观察织构并拍摄了各个织构的照片,用分光光度计测试了不同织构时的透射光谱,发现大晶畴焦锥态样品也有比较好的透光性,这对胆甾相液晶光学性质的进一步研究及应用具有重要的意义.【期刊名称】《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(026)002【总页数】5页(P235-239)【关键词】胆甾相液晶;平面织构;焦锥织构;透射光谱【作者】王佳菱;杜鑫;吕加;于天池;范志新【作者单位】哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;哈尔滨商业大学,基础科学学院,哈尔滨,150028;大连交通大学,数理系,辽宁,大连,116028;河北工业大学,应用物理系,天津,300130【正文语种】中文【中图分类】O436胆甾相液晶是向列相液晶的一种特殊形式,现在还常用手性向列相来称呼它.把胆甾相液晶装在液晶盒内,一般说来会呈现平面织构、焦锥织构和场致向列相三种状态的织构[1-5].由于胆甾相液晶特殊的分子结构以及光学的各向异性,决定了它具有晶体的旋光性、偏振光二色性和它本身特有的可见光布拉格选择性反射等性质,因为胆甾相液晶具有特殊的光学性质使其在显示领域和光电子器件方面具有特殊的应用[6].研究胆甾相液晶的织构和光学性质无论是对于液晶物理理论和显示应用都具有一定的基础意义和实用价值.平面织构最容易实现,人们对胆甾相液晶的了解基本上是从对平面织构的研究中认识到的,对焦锥织构的认识是不清楚的,有些结论是联想过来的.这是由于制备大晶畴焦锥织构稳定样品的困难,小晶畴样品散射现象严重掩盖了其他性质,因而对于胆甾相液晶焦锥织构光学性质研究的报道不多.本文制备出了大晶畴焦锥态稳定样品,因此有条件进行胆甾相液晶织构光学性质的实验研究.1 胆甾相液晶织构胆甾相液晶处于哪种织构通常由螺距和边界条件等决定.一般条件下平面织构为稳定状态,施加电场可使液晶盒进入方格栅织构、焦锥织构和场致向列相以及一些瞬态等状态.胆甾相液晶的平面织构是在液晶盒中,螺旋轴方向平均而言垂直于基板表面,而液晶分子的指向矢总是垂直于螺旋轴,平行于基板表面.对于胆甾相液晶的平面织构,当可见光垂直入射到液晶盒表面时,发生选择波长的布拉格反射,反射波长与胆甾相液晶双折射率的平均值和胆甾相液晶的螺距P的关系是:波长带宽为:如果不是垂直入射,入射角和反射角同为θ时,反射波长为在正交偏光场中观察平面态液晶盒呈布拉格反射光的补色.当增加电场时胆甾相可以排列成方格栅织构:胆甾相液晶每一层平面的互相垂直的方向指向矢有周期性.缓慢的小幅度变化的波纹,叠加结果形成方格栅状图案.外电场电压小的UH扰动的结果,使螺旋平面微倾斜.焦锥织构同平面织构一样,也有其固有的扭转螺距,但是在液晶盒中,螺旋轴方向在液晶盒内呈二维(或三维)随机分布,且液晶分子的指向矢方向总是与螺旋轴相垂直.由于在液晶盒中焦锥态总是多畴结构,晶畴又很小,一般仅有微米尺寸大小,光在晶界处因折射率的突变而造成光散射,使得焦锥态液晶盒看上去如同一片“毛玻璃”.在正交偏光场中观察焦锥态液晶盒,呈现一定的双折射干涉着色.偏光显微镜观察,会发现不同螺旋轴方向的液晶晶畴呈现不同的颜色,有非常丰富多彩又奇特的织构图案. 场致向列相只有在液晶盒处在外电场中才能看到,这种状态时没有了扭转,螺旋轴被解旋,而液晶分子的指向矢都垂直于基板表面.在正交偏光场中观察场致向列相液晶盒呈完全黑场.电场引起织构突变的相变电压值,可以根据液晶的弹性形变的连续体理论进行计算,结果如下[5].平面织构到方格栅织构:方格栅织构到焦锥织构焦锥织构到场致向列相其中:k11、k22、k33分别为展曲、扭曲、弯曲弹性常数,d为盒厚,P0为胆甾相液晶固有螺距,Δε为介电常数各向异性值.长螺距的胆甾相液晶在电场作用下容易进入指纹织构,其条状指纹织构是很自然的电控光栅元件,用激光束入射会看到有规律的衍射效应.2 实验部分胆甾相液晶盒的盒厚d=6μm,液晶盒边界条件分2种,一种是采用低预倾角取向材料,以制备平面织构液晶盒;另一种是高预倾角取向材料,以制备焦锥织构液晶盒.灌注向列相液晶加手性剂配置的胆甾相液晶,螺距分别有P=3μm、P=0.44 μm和0.36μm,双折射差Δn=0.15,平面织构时布拉格反射红光波长λ=0.66μm和绿光λ=0.66 μm.样品先经过热处理,放到干燥箱中升温到液晶清亮点温度,之后以不同的降温速度冷却到室温,快速降温得到小晶畴焦锥织构样品和平面织构样品,在比清亮点温度低几度温度下恒温数小时再降温到室温,得到大晶畴焦锥织构样品.用偏光显微镜观察样品的液晶织构,用数码相机拍摄各种织构的照片.用紫外可见光分光光度计测试样品的透射光谱.对几种样品施加电场,观测织构变化过程并测试不同电压下的透射光谱.3 实验结果和讨论图1给出胆甾相液晶平面织构与焦锥织构的偏光显微镜照片.图2给出用分光光度计测试的螺距P=0.44μm的几种胆甾相液晶不同织构的透射光谱.图3给出的是加电场螺距P=0.36μm的胆甾相液晶平面织构向场致向列相转变过程呈现不同织构的透射光谱.图1 胆甾相液晶平面结构与焦锥织构的偏光显微镜照片由于照片是用透射光拍摄的,所以平面织构呈补色颜色.从图1(A)可以看到平面织构晶畴很大,晶界向错线为细线条,起保持盒厚均匀作用的衬垫料小珠子往往是晶界线的起点和终点.从图1(B)可以看到,小晶畴的焦锥织构样品,晶畴尺寸很小,在微米水平.图1(C)表现的是大晶畴的焦锥织构样品,晶畴尺寸在数十到上百微米水平.图1(D)表现的是场致向列相照片,正交偏光场则会看到的是完全暗场.图1(E)表现的是长螺距电致指纹织构样品,不加电场时是平面织构,加电场看到指纹线一条接一条地生成,直到充满整个视场.这种指纹线的宽度等于半个螺距,是直接测试胆甾相液晶螺距的一种方法.继续增加电场会看到指纹线再一条接一条地消失,原地转变为场致向列相,没有螺距随电压增加而变长的现象.图1(F)表现的是大晶畴的焦锥织构样品加电压,原来光滑均匀的织构上出现了随电压变化的条纹.从图2(A)的透射光谱曲线可以看到,平面织构时,由于布拉格反射现象,透射光谱在(0.660±0.035)μm范围出现最低值,表明布拉格选择反射光波长满足关系,反射光波长带宽满足关系Δλ=ΔnP.另外最低值不为零,原因是胆甾相液晶的螺旋结构有左手性和右手性之分,使可见光布拉格选择反射还有左旋光和右旋光之分,只有把左旋光和右旋光都反射掉透射光最低值才会很低.从图2(B)可以看出,小晶畴的焦锥织构样品由于散射严重,透射光谱强度比较弱,但也不是一致的弱,在兰光450 nm波长处却有比较高的透光率,对红光的透光率比较低.图2(C)表明,大晶畴的焦锥织构样品在可见光范围是还比较透明的,这一点与以往人们对焦锥织构光学性质的认识是不同的.在以往的研究报道中提起焦锥织构,认为就是光的散射[2-3].其实大晶畴焦锥织构还具有双折射等光学性质,有待于人们进一步深入研究并加以应用.图2(D)表明,进入完全场致向列相的胆甾相液晶盒样品的透光性已经很好,没有多少散射损失.图2 几种胆甾相液晶不同织构光谱图3 胆甾相液晶平面织构向场致向列相转变过程透射光谱图3(A)表明螺距P=0.36μm的胆甾相液晶平面织构时具有布拉格反射现象,与图2(A)的区别在于反射波长中心位置不同.图3(B)表明,加电场平面织构被破坏,大的平面织构晶畴变成细碎的三维焦锥织构小晶畴,对光的散射很严重,透射光谱强度比较弱.图3(C)表明,继续增加电压焦锥织构晶畴有所长大,变成二维性的焦锥织构,但电场短时间内驱动生成的晶畴仍然不够大,对光的散射现象仍然很严重.在对液晶盒直接观察就能看到一加上电场,原来呈绿色的液晶盒马上变成了“毛玻璃”.图3(D)表明,当外加电场达到场致向列相电压时,液晶盒又变得比较透明,这时的透射光谱强度比较高.4 结语胆甾相液晶具有特殊的光学性质,在液晶显示和光电子器件领域有十分特殊的应用.晶畴焦锥织构样品以光散射为主要特点,大晶畴焦锥织构样品和场致向列相样品却有比较好的透光性.对于研究其电光性质具有重要的意义.参考文献:[1]李昌立,孙晶,蔡红星,等.胆甾相液晶的光学特性[J].液晶与显示,2002,17(3):193-198.[2]杨登科.双稳态螺旋相液晶显示器[J].现代显示,1994(1):17-23.[3]才勇,黄锡珉,马凯.双稳反射式螺旋相液晶显示器[J].液晶与显示,1997,12(3),196-205.[4]产启林.胆甾相液晶在彩色显示技术中的应用[J].现代显示,2004(5):17-22.[5]施善定.液晶与显示应用[M].上海:华东华工学院出版社,1993:119-120.[6]AKSENOVA E V,YU A,VALKOV.LightScattering in Cholesteric Liquid Crystals with a Large Pitch[J].Journal of experimental and theoretical physics,2004,98(1):62-92.。
