混合磺化還原染料偏振薄膜的偏振性能研究 偏振發(fā)光薄膜

混合磺化還原染料偏振薄膜的偏振性能研究 偏振發(fā)光薄膜 摘要：將磺化還原藍RSN、磺化還原艷紫2R以及磺化還原猩紅HRR以不同比例混合并配成0.5%的溶液，然后旋轉蒸發(fā)得到濃度為20的溶致液晶，使其在載玻片上涂布成膜，經過穩(wěn)定化處理后該種混合磺化還原染料偏振薄膜的偏振性能在可見光全波段范圍得到了較一致的偏振效率，可以實現(xiàn)薄膜在可見光全波段的偏振需要。 關鍵詞：混合磺化還原染料；偏振薄膜；偏振效率 ：TQ619.9；O484： Polarization Performance of Films Prepared from Mixed Sulfonated Vat Dyes ZENG Di-ping1, ZHANG Ya-hui1, QIU Wan-qi1, ZENG De-chang1, WEN Li-shi2 (1.College of Mechanical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510640，China； 2.Institute of Metal Research, Chinese Academy of Science , Shenyang 110015, China) Abstract:Sulfonated vat dyes IBRSN, 2R and ISGG were mixed in various ratios to prepare solutions with a concentration of 0.5%. Lyotropic liquid crystal with 20wt mixed dyes was obtained through rotary-evaporation, then it was spread on glass slide to form a uniform film. After stabilizing process, such films prepared from mixed sulfonated vat dyes have coincident polarizing efficiency through the whole range of visible light waves. Therefore, it can satisfy the polarization demand over the range of visible light waves. Keywords:mixed sulfonated vat dyes； polarizing film；polarizing efficiency 應用在LCD上的一對偏振片是決定顯示器顯示質量和可靠性能的關鍵因素。偏振片的性能主要取決于產生偏振的材料，現(xiàn)在有兩種偏振材料，一種是碘素偏振材料，另外一種是二向色性染料偏振材料。由碘素偏振材料制得的碘聚乙烯醇系的偏光膜的偏光性能特別好,其偏光度通常大于95 % , 是目前LCD 中普遍使用的偏光膜。 隨著LCD 技術的發(fā)展,特別是在戶外條件下使用的偏光膜,如車載LCD 儀表,不僅要求在室溫狀態(tài)下的偏光性能好,還要保證在高溫高濕條件下能長時間保持優(yōu)良的偏光性能。傳統(tǒng)的碘素偏振片有優(yōu)良的偏光性能，但是它的耐高溫性能差，只能在90以內的環(huán)境下工作。為了提高偏光膜耐高溫的能力,人們進行了深入而廣泛的研究,其中用二色性有機染料(如偶氮、吡唑酮、蒽醌類染料等) 制備的偏光膜具有優(yōu)良的耐高溫及濕熱性能,是目前研究的重點方向。 本研究以選擇適當結構的二向色性有機染料配合使用，分析改性處理后的還原染料和混合還原染料形成的偏振膜的偏振性能和耐高溫性能。 1試驗部分 1.1試驗材料與儀器 材料：磺化還原藍RSN、磺化還原艷紫2R和磺化還原猩紅GG（自制）。 儀器：Gold S53/54型紫外可見分光光度計（上海棱光技術有限公司生產），GZX-9030型電熱恒溫干燥箱（上海博訊實業(yè)有限公司制造），磁力攪拌器JB-3，旋轉蒸發(fā)器R201-B等。 1.2涂布取向 將磺化還原藍RSN、磺化還原艷紫2R以及磺化還原猩紅HRR以不同比例混合并配成0.5%的溶液，然后旋轉蒸發(fā)得到濃度為20的溶致液晶。將導電玻璃(載玻片大小)用去離子水清洗干凈，用玻璃棒蘸取適量的溶致液晶溶液滴在玻片上，并在其上覆蓋另一玻片，摩擦涂膜并剪切取向，干燥后進行穩(wěn)定化處理，再經清洗、干燥，留待檢測。 2分析與討論 經過磺化改性處理后的各還原染料如圖1所示，其中還原染料猩紅HRR有兩種同素異構體結構共存。由圖1可以看出，所有的還原染料經過磺化后，引入了磺酸基成為雙親性分子，雙親性的染料分子的水溶液蒸發(fā)到一定濃度時，磺化還原染料分子將會自組裝，其結果是在溶液里形成局部區(qū)域呈結構有序性的聚集體，即溶致液晶。該溶致液晶相在剪切作用下會呈現(xiàn)明顯的方向性分布。由于溶致液晶相的剛性較好，當受到剪切力作用時，液晶相沿著剪切應力方向旋轉而定向排列，具有二向色性的磺化染料分子的發(fā)色團會按照一定的方向分布,從而使涂布薄膜具有光學偏振性能。 2.1偏振性能分析 偏振片性能從外觀和光學性能等幾個方面考察。外觀主要是指偏振片的表面狀況和顏色,常見的顏色有灰色、淺藍灰色和中灰色。為了滿足人們個性化的需求,偏振片正向彩色方向發(fā)展,如紅色、綠色、藍色、紫色等。光學特性包括二向色性比R、有序度S、透過率TSP和偏振度P等。偏振性能用偏振度和二向色性比來表示,偏振度稱為偏振膜的偏振效率。其定義為: P= 式中T、T分別表示兩偏振片組合時光軸平行和垂直時的透過率。當T=0 時, P=1,偏振度最好。 二向色性比 R= 有序度 S= 透過率T=(T+T) 偏光膜的透過率和透過光強用紫外分光光度計來測量。 單一磺化還原染料的偏振性能如圖24所示，磺化還原藍RSN偏振薄膜在620780nm的波段范圍內，平均偏振度達到91.7，最高可達96.4，它的偏振效率非常接近傳統(tǒng)碘素偏振片，除光學透過率略低，其他性能均已達到或者超過商用藍色高溫染料偏振片?；腔€原GG偏振薄膜在380500nm的波段范圍內，偏振度較好，平均偏振度可達90.3，最高可達94.4，T方向的透過率過低，綜合偏振性能差，而在之后的波段T/方向的光學透過率過大，造成在此波段的偏振性能差。但它的粘度低，成膜性能好?？衫盟膬?yōu)點來改善其它光學性能雖好但成膜性能差的磺化還原染料?；腔€原艷紫2R偏振薄膜在500630nm的波段范圍內，偏振度較好，平均偏振度可達92.3%，最高可達97.2%。 由此可以得出，單一磺化還原染料的偏振度P都只是在某一波段范圍內的偏振效率好，不能實現(xiàn)薄膜在可見光全波段的偏振需要。為了達到在全波段的都有良好的偏振性能的要求，將上述三種染料按照不同的比例進行混合涂布成膜。測得混合后所得偏振薄膜的偏振性能如圖58所示。 本文為全文原貌 未安裝PDF瀏覽器用戶請先下載安裝 原版全文 按照不同的比例進行混合后，所得的偏振薄膜的偏振性能隨著三者的比例不同而變化，其各種參數(shù)如表1所示。當三種磺化還原染料以2R:RSN:HRR=1:2:1混合后，所制得的偏振薄膜的偏振性能最好，基本實現(xiàn)了全波段范圍的偏振需求，平均偏振度達到94.95%，最大偏振度與最小偏振度之間相差僅0.09，且平行和垂直偏振光方向的光學透過率也較好。另外，用磺化后的還原染料制成的偏振薄膜的顏色范圍寬于傳統(tǒng)的偏振片，可以實現(xiàn)由紅到藍到紫的變化。 2.2耐高溫性能分析 將制得的混合偏振薄膜置于電熱恒溫干燥箱中，在200下恒溫放置100hr，冷卻后用紫外可見分光光度計測量薄膜的偏振性能。由表2可知，溶致液晶薄膜的各項性能變化都比較小，表明溶致液晶薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性，而覆蓋了保護膜后的商用碘素偏振片的最高耐熱溫度不超過90，高溫染料偏振片的最高耐熱溫度不超過108?；腔€原染料混合偏振薄膜的耐熱性遠遠高于目前此二種商業(yè)偏振片，這對開發(fā)適用于高溫下的液晶顯示器件用偏振片具有重要意義。 3結論 單一還原染料偏振薄膜的吸收光譜波段范圍較窄，無法滿足薄膜在可見光全波段的偏振需要，而混合幾種不同顏色的結構相近的磺化染料，由于分子結構影響其自組裝過程，從而使薄膜的結構改變，可以彌補單一染料吸收光譜窄的缺陷，實現(xiàn)薄膜在可見光全波段的偏振需要。 _ 1張公正.高分子偏光膜的性能及在液晶顯示器上的應用J.電子材料.1995 ,10：1518. 2Vladimir Chigrinov, Elena Prudnikova, Vladimir Kozenkov, Hoikwok1J. Liquid Crystals , xx ,29. 10:13211327. 3Ghanadzadeh A.Zakerhamidi M S J . Journal of Molecular Liquids ,xx ,109:149154. 4龔建勛.偏振片研究進展J.液晶與顯示，xx.8（4）：259265. 5萬博泉,張百哲,高鴻錦等.國內外LCD 發(fā)展動向J.光電子技術,1998 ,11 (1):23-38. 6岡田?和,東浩二等.染料系偏光膜P. JP 632165385 ,1990xx18. 7Satoshi Mohri, Tathshi Matsuo .Highly durable dyed polarizer for use in LCD projectionJ.SPIE Vol . 2407:6272. 8Gong Jianxun, Liu Zhengyi, et al . Polariza