不同單體配比對聚合物網絡及聚合物穩定膽甾相液晶器件光電性能的影響

張姍娜，張 俊，陸紅波

(合肥工業大學 光電技術研究院，安徽 合肥 230009)

1 引 言

聚合物穩定膽甾相液晶(Polymer Stabilized Cholesteric Liquid Crystal，PSCLC)是將膽甾相液晶材料和可聚合液晶性單體的混合材料注入液晶盒中，在平面排列態(Planar Texture，P態)或垂直排列態(Homeotropic Texture，H態)用紫外光誘導單體聚合形成的復合材料[1]，廣泛應用于電光窗、紅外光調節器、可調光學衰減器等領域，近年來成為液晶器件研究的熱點[2]。PSCLC 器件的光電性能強烈依賴于聚合物網絡，而聚合物網絡結構主要由單體決定。BAB6與RM257是兩種常用的單體，BAB6與液晶相容性較差，形成疏松不規整的交聯狀網絡形貌，對液晶分子的錨定作用力較小；而RM257與液晶相容性較好，形成取向排列的纖維狀網絡形貌，對液晶分子的錨定作用力較強。本文通過調節BAB6和RM257 2種單體含量來控制聚合物網絡結構，進而調節聚合物網絡與液晶分子之間的錨定作用力，改善液晶器件的性能[3]。該方法無需合成新的單體，且操作簡潔、高效，可大大降低研究成本，具有廣闊的應用前景。

2 實驗部分

將向列相液晶材料P0616A(誠志永華)，手性劑R6N(江蘇和成)，單體(RM257與BAB6，自制)，光引發劑(BME)按質量比92.5%，2.7%，4.5%，0.3%混合均勻，在50 ℃下0.15 mW/cm2的UV光照射2 h制備常白模式PSCLC器件。單體結構式如圖1所示，RM257與BAB6質量配比見表1。

表1 單體RM257與BAB6配比

圖1 單體BAB6與RM257的結構式Fig.1 Chemical structures of BAB6 and RM257

用液晶參數測試儀(LCT-5406E，中科院長春物理研究所)研究PSCLC器件的光電性能；用掃描電子顯微鏡(SEM，JSM-6490LV)觀察聚合物網絡形貌[4]。

3 結果與討論

掃描電子顯微鏡可以研究聚合物的網絡形貌(如圖2所示)，當RM257含量較大時(圖2(a)、(b))，聚合物網絡由取向排列的纖維組成；當單體RM257含量低于60%時，聚合物網絡形貌發生變化(圖2(c)、(d)、(e))，逐漸轉變為疏松不規整的交聯狀結構；當聚合物單體全為BAB6時(圖2(f))，形成的聚合物網絡呈球形顆粒狀。

圖2 不同單體配比形成的聚合物網絡掃描電鏡圖Fig.2 SEM images of polymer network formed in samples with different monomer ratio

圖3是PSCLC的光電性能曲線。關態時，PSCLC處于P態，透過率最高約為85%；隨著驅動電壓的增加，PSCLC逐步向FC態轉變，透過率逐漸降低；當驅動電壓大于飽和電壓，液晶分子呈FC態排列，此時PSCLC的透過率最低[5]，約為16%。由圖3可知，當聚合物單體全為RM257時，形成取向排列的纖維狀聚合物網絡結構，此時光電性能曲線較平緩，隨著RM257的減少，聚合物網絡轉變為疏松不規整的交聯狀網絡結構時，光電性能曲線變的陡峭，整體向低電壓區域移動。圖4是PSCLC器件的動態響應曲線，加電壓時，液晶分子由P態向FC態轉變，撤電壓時，液晶分子要回復到P態。開啟時間主要受外加電場的影響，與聚合物網絡關系不大[1]，而關閉時間是由聚合物網絡對液晶分子的錨定作用力決定的，從圖4中可以看出，隨著RM257含量的增加，由于聚合物網絡對液晶分子的錨定作用增強，因此toff逐漸減小。

圖3 不同樣品的光電性能曲線Fig.3 Electric-transmittance curves of the cells

常白模式PSCLC中，聚合物網絡的錨定力有利于液晶分子處于P態[6-8]，當聚合物網絡為取向排列的纖維狀時，閾值電壓(Vth)較大，約為14 V；當聚合物網絡由于RM257含量的減少而變為疏松不規整的交聯狀時，閾值電壓減小，當聚合物單體全為BAB6時，此時聚合物網絡為球型顆粒狀[9]，此時閾值電壓最小，為4.4 V；而飽和電壓(Vsat)逐漸降低，由27.2 V降低到7.1 V。PSCLC的開態透過率受單體配比影響不大，而RM257與BAB6比例對PSCLC關態透過率產生了重大的影響，當RM257與BAB6比例為1：4時，關態透過率最低，因此對比度最大。

圖4 不同樣品的動態響應曲線Fig.4 Dynamic response curves of the cells

不同單體配比的PSCLC器件光電性能參數見表2，當聚合物單體全為RM257時，關閉時間為1.88 ms，當聚合物單體全為BAB6時，關閉時間增加到163.48 ms。

表2 不同樣品的光電性能參數

4 結 論

本文通過調節不同單體比例來控制聚合物的網絡結構，從而改善聚合物穩定膽甾相液晶器件的光電性能[10]。研究結果表明：聚合物單體組分中RM257含量減小時，聚合物網絡逐漸由取向排的纖維狀網絡向疏松不規整的交聯狀網絡轉變，聚合物網絡對液晶分子的錨定作用減弱，因此toff增大，飽和電壓減小；當RM257與BAB6比例為1∶4時，器件的對比度較高。通過調節RM257與BAB6配比，可調節液晶器件的性能，為制備性能優良的光電器件提供了一種新的研究方法。

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