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▌NIR2500 在液晶显示研究中的应用
对一种基于光致三稳态手性开关及分段调控胆甾相液晶的色彩显示的宽谱段反射光谱表征


   手性分子      胆甾相液晶      反射光谱      光致形变液晶高分子材料      液晶显示   

【概述】大量研究表明,对具有自组织螺旋结构的 胆甾相液晶(CLCs) 的动态调控可以实现颜色的调节。现有的基于光敏双稳态手性开关的调控具有螺旋扭转力(HTP)变化不足的缺陷,这限制了反射光谱的波长调控范围。同时,由于现有调控需要牺牲一种可见光谱颜色作为背景,因而无法实现真正的全色显示。
      
基于光致三稳态手性开关的胆甾相液晶分段调控 RGBB 色彩显示
图1,基于光致三稳态手性开关的胆甾相液晶分段调控 RGBB 色彩显示

近期,复旦大学材料科学系俞燕蕾教授课题组突破上述限制,设计开发了一种基于光致三稳态手性开关的分段调控胆甾相液晶,实现 RGB 色彩与黑色背景的显示,为 RGBB (RGB and Black) 色彩的显示提供了一种新的概念及方法,其研究成果以《Piecewise Phototuning of Self-Organized Helical Superstructures》为题发表在 Advanced Materials 杂志上。
      
      【样品 & 测试】为实现可见到近红外波段反射光谱的调谐,作者将两种偶氮苯(Azo 和 F-Azo)连接在联萘手性中心上,构造出一种新型的光敏三稳态手性开关(图1c)。三稳态手性开关在 HTP 上变化显著,使 CLCs 具有两个相邻且连续的反射周期,实现宽谱段的分段光谱调控(图1a)。借此方法,作者不仅实现了可见光谱的 RGB 反射颜色调制,并进一步调优近红外波段内的反射光谱以实现黑色背景的显示(图1b)。
      
在光控制下光致三稳态手性开关的构型变化
图2,在光控制下光致三稳态手性开关的构型变化

光致三稳态手性开关在 3 个光固化状态(PSSs)显示了 3 个主构型(图2a-b)。在 530nm 光照射下(PSS-530),F-Azo 发生 trans-cis 异构化过程,手性开关转换为构型 Ⅱ,旋转位移线之间的距离增加,HTP 值为 112μm-1。在 365nm 光照射下,Azo 和 F-Azo 发生 trans-cis 异构化,手性开关转换为构型 Ⅲ,旋转位移线进一步向外移动,HTP 减小至 36μm-1。在 470nm 光照射下(PSS-470),Azo 和 F-Azo 发生 cis-trans 恢复过程,手性开关转换为构型 Ⅰ,旋转位移线之间的距离变得更短,HTP 增加为 160μm-1。利用三个波长的光连续曝光 50 个周期(图2c),手性开关在每个 PSS 上始的 HTP 值没有明显变化。
      
分段调控反射光谱方法产生 RGB 色彩与黑色背景图像及其光谱表征
图3,分段调控反射光谱方法产生 RGB 色彩与黑色背景图像及其光谱表征

在强度较低的光刺激下,该手性分子可以在构型 Ⅰ、Ⅱ 和 Ⅲ 之间转变,引起胆甾相液晶的反射光谱波长可逆变化,图3a 为在 530nm 光照下的调控结果。将少量的三稳态手性开关被掺杂到商业可用的主向列液晶材料 E7 中,形成右手性的 CLCs 混合物。CLCs 具有两个相邻的连续协调周期,分别在可见光谱波段提供 470nm 和 530nm 的光照射,在近红外波段提供 530nm 和 365nm 的光照射。通过优化调控条件,理论上最宽可实现 500~3760nm 的反射光谱调控,图3c 为调控的部分反射光谱实际测量结果。对合成 CLCs 的反射光谱波长进行分段控制,可以创造出带有黑色背景的丰富多彩的图案(图3b)。
      
文章对复享光学光纤光谱仪相关产品的标注
图4,文章对复享光学光纤光谱仪相关产品的标注

【总结】作者通过将 Azo 和 F-Azo 的精细结构连接到一个手性结构中,设计并开发了一种新型光响应超分子材料-分段调控胆甾相液晶。利用该材料可实现可见光谱及近红外光谱的分段调控,从而展示了一种开发可光调谐 RGBB 反射显示的新策略,实现自带黑色背景的 RGB 色彩的图像显示。该材料在防伪、彩色电子书、光擦写显示器等领域具有良好的应用前景。
      文中,由复享光学提供的 光纤光谱仪(PG2000-Pro-EX、NIR2500),在可见到近红外反射光谱表征中起到了重要的作用,为胆甾相液晶的分段光谱调控提供了有利的论证。
      
【参考文献】
       Qin, Lang, et al. "Piecewise Phototuning of Self‐Organized Helical Superstructures." Advanced Materials (2017).  Link 
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