混合磺化还原染料偏振薄膜的偏振性能研究|偏振发光薄膜

　　摘要：将磺化还原蓝RSN、磺化还原艳紫2R以及磺化还原猩红HRR以不同比例混合并配成0.5%的溶液，然后旋转蒸发得到浓度为20％的溶致液晶，使其在载玻片上涂布成膜，经过稳定化处理后该种混合磺化还原染料偏振薄膜的偏振性能在可见光全波段范围得到了较一致的偏振效率，可以实现薄膜在可见光全波段的偏振需要。
　　关键词：混合磺化还原染料；偏振薄膜；偏振效率
　　中图分类号：TQ619.9；O484文献标识码：Ｂ
　　
　　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
　　
　　应用在LCD上的一对偏振片是决定显示器显示质量和可靠性能的关键因素。偏振片的性能主要取决于产生偏振的材料，现在有两种偏振材料，一种是碘素偏振材料，另外一种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别好,其偏光度通常大于95 % , 是目前LCD 中普遍使用的偏光膜。
　　随着LCD 技术的发展,特别是在户外条件下使用的偏光膜,如车载LCD 仪表,不仅要求在室温状态下的偏光性能好,还要保证在高温高湿条件下能长时间保持优良的偏光性能。传统的碘素偏振片有优良的偏光性能，但是它的耐高温性能差，只能在90℃以内的环境下工作。为了提高偏光膜耐高温的能力,人们进行了深入而广泛的研究,其中用二色性有机染料(如偶氮、吡唑酮、蒽醌类染料等) 制备的偏光膜具有优良的耐高温及湿热性能,是目前研究的重点方向。
　　本研究以选择适当结构的二向色性有机染料配合使用，分析改性处理后的还原染料和混合还原染料形成的偏振膜的偏振性能和耐高温性能。
　　
　　1试验部分
　　
　　1.1试验材料与仪器
　　材料：磺化还原蓝RSN、磺化还原艳紫2R和磺化还原猩红GG（自制）。
　　仪器：Gold S53/54型紫外可见分光光度计（上海棱光技术有限公司生产），GZX-9030型电热恒温干燥箱（上海博讯实业有限公司制造），磁力搅拌器JB-3，旋转蒸发器R201-B等。
　　
　　1.2涂布取向
　　将磺化还原蓝RSN、磺化还原艳紫2R以及磺化还原猩红HRR以不同比例混合并配成0.5%的溶液，然后旋转蒸发得到浓度为20％的溶致液晶。将导电玻璃(载玻片大小)用去离子水清洗干净，用玻璃棒蘸取适量的溶致液晶溶液滴在玻片上，并在其上覆盖另一玻片，摩擦涂膜并剪切取向，干燥后进行稳定化处理，再经清洗、干燥，留待检测。
　　2分析与讨论
　　
　　经过磺化改性处理后的各还原染料如图1所示，其中还原染料猩红HRR有两种同素异构体结构共存。由图1可以看出，所有的还原染料经过磺化后，引入了磺酸基成为双亲性分子，双亲性的染料分子的水溶液蒸发到一定浓度时，磺化还原染料分子将会自组装，其结果是在溶液里形成局部区域呈结构有序性的聚集体，即溶致液晶。该溶致液晶相在剪切作用下会呈现明显的方向性分布。由于溶致液晶相的刚性较好，当受到剪切力作用时，液晶相沿着剪切应力方向旋转而定向排列，具有二向色性的磺化染料分子的发色团会按照一定的方向分布,从而使涂布薄膜具有光学偏振性能。
　　
　　
　　2.1偏振性能分析
　　偏振片性能从外观和光学性能等几个方面考察。外观主要是指偏振片的表面状况和颜色,常见的颜色有灰色、浅蓝灰色和中灰色。为了满足人们个性化的需求,偏振片正向彩色方向发展,如红色、绿色、蓝色、紫色等。光学特性包括二向色性比R、有序度S、透过率TSP和偏振度P等。偏振性能用偏振度和二向色性比来表示,偏振度称为偏振膜的偏振效率。其定义为:
　　P=■
　　式中T∥、T⊥分别表示两偏振片组合时光轴平行和垂直时的透过率。当T⊥=0 时, P=1,偏振度最好。
　　二向色性比 R=■
　　有序度 S=■
　　透过率T■=■(T■+T■)
　　偏光膜的透过率和透过光强用紫外分光光度计来测量。
　　单一磺化还原染料的偏振性能如图2~4所示，磺化还原蓝RSN偏振薄膜在620～780nm的波段范围内，平均偏振度达到91.7％，最高可达96.4％，它的偏振效率非常接近传统碘素偏振片，除光学透过率略低，其他性能均已达到或者超过商用蓝色高温染料偏振片。磺化还原GG偏振薄膜在380～500nm的波段范围内，偏振度较好，平均偏振度可达90.3％，最高可达94.4％，T⊥方向的透过率过低，综合偏振性能差，而在之后的波段T//方向的光学透过率过大，造成在此波段的偏振性能差。但它的粘度低，成膜性能好。可利用它的优点来改善其它光学性能虽好但成膜性能差的磺化还原染料。磺化还原艳紫2R偏振薄膜在500~630nm的波段范围内，偏振度较好，平均偏振度可达92.3%，最高可达97.2%。
　　由此可以得出，单一磺化还原染料的偏振度P都只是在某一波段范围内的偏振效率好，不能实现薄膜在可见光全波段的偏振需要。为了达到在全波段的都有良好的偏振性能的要求，将上述三种染料按照不同的比例进行混合涂布成膜。测得混合后所得偏振薄膜的偏振性能如图5~8所示。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 　　按照不同的比例进行混合后，所得的偏振薄膜的偏振性能随着三者的比例不同而变化，其各种参数如表1所示。当三种磺化还原染料以2R:RSN:HRR=1:2:1混合后，所制得的偏振薄膜的偏振性能最好，基本实现了全波段范围的偏振需求，平均偏振度达到94.95%，最大偏振度与最小偏振度之间相差仅0.09，且平行和垂直偏振光方向的光学透过率也较好。另外，用磺化后的还原染料制成的偏振薄膜的颜色范围宽于传统的偏振片，可以实现由红到蓝到紫的变化。
　　2.2耐高温性能分析
　　将制得的混合偏振薄膜置于电热恒温干燥箱中，在200℃下恒温放置100hr，冷却后用紫外可见分光光度计测量薄膜的偏振性能。由表2可知，溶致液晶薄膜的各项性能变化都比较小，表明溶致液晶薄膜具有良好的热稳定性，而覆盖了保护膜后的商用碘素偏振片的最高耐热温度不超过90℃，高温染料偏振片的最高耐热温度不超过108℃。磺化还原染料混合偏振薄膜的耐热性远远高于目前此二种商业偏振片，这对开发适用于高温下的液晶显示器件用偏振片具有重要意义。
　　3结论
　　
　　单一还原染料偏振薄膜的吸收光谱波段范围较窄，无法满足薄膜在可见光全波段的偏振需要，而混合几种不同颜色的结构相近的磺化染料，由于分子结构影响其自组装过程，从而使薄膜的结构改变，可以弥补单一染料吸收光谱窄的缺陷，实现薄膜在可见光全波段的偏振需要。
　　
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