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正双折射聚合物薄膜研究

2018-01-19 17:07:00 yh 成果展示

高性能光信息处理技术及器件是支撑高科技产业发展的重要基础。它关系到传统产业特别是支柱产业的更新换代和产业升级以及国防建设等。经过20多年的发展,美国、日本等国家的高性能光信息处理技术已经在总体上和性能上居世界领先地位。

而,目前关于利用聚合物双折射率性能的全新光信息处理技术的研究还远远不能提供满足可实际应用的聚合物材料和技术,因此具有较高双折射率的聚合物分子设计合成与性能研究正受到学术界和工业界的广泛关注。开发高的正双折射率聚合物和器件是这一领域的一个重要课题之一。

高正双折射率聚合物的重要应用之一是作为显示系统的光学补偿膜。补偿膜的补偿原理是将各种显示模式下( TN / STN / TFT ( VA / IPS / OCB ))液晶在各视角产生的相位差做修正,简言之,即是让液晶分子的双折射性质得到对称性的补偿。若要从其功能目的来区分,则可略分为单纯改变相位的位相差膜、色差补偿膜及视角扩大膜。补偿膜能降低液晶显示器暗态时的漏光量,并且在一定视角内能大幅提高影像之对比、色度与克服部分灰阶反转问题。目前液晶显示器( LCD)主要存在两个缺陷:有限的视角锥与视角不对称。光学补偿膜可在各种液晶显示模式下扩大视角范围、提高图像质量、降低成本。光学补偿膜每年增长趋势10%20%2010年市场规模达到31.20亿美元。现阶段就成本方面来看,在32英寸的液晶电视的偏光板材料成本中,补偿膜即占48%,位居首位。另外,高正双折射率聚合物的还可以应用于偏振器件(双折射率棱镜)、波晶片(位相延迟片)。此外,还可构成多层反射镜,获得传统多层膜光学结构难于或不可能得到的光学效应,这使新型多层膜干涉光学件可望具有前所未有的传输、过滤和反射光的能力。这些应用包括远距离传送可见光用的高效率反射镜、均匀发光的小型光显示器、双折射率薄膜滤光片、电光可调滤光片、偏振片及磁性记录器件等。

液晶聚合物的各向异性是导致液晶聚合物各种光学现象的基础,双折射率特性(Δn)即是其中之一。从目前已经广泛使用的正双折射光学补偿膜来看,几乎所有的补偿膜都是需要外力拉伸、光诱导聚合等诱导取向的预处理过程以增加其双折射值。甲壳型液晶聚合物是周其凤院士带领的研究团队于20世纪80年代末最先设计和合成的不同于传统的侧链型液晶聚合物和主链型液晶聚合物的一类新型液晶聚合物,具有自主知识产权,其学术思想已在国际上得到广泛的认同。

甲壳型聚合物薄膜具有以下特点:1)可以通过溶液旋涂得到,并且聚合物的侧基液晶基元可以根据需要任意设计,即其液晶基元的双折射值可以任意调控;2)液晶基元相对于高分子主链的有序性可以按要求调控,如可以设计和控制甲壳型聚合物形成多种相态;3)可以有效调控高分子主链相对于高分子薄膜的取向,使聚合物侧基液晶基元近似垂直主链平躺或垂直于基底;4)聚合物性能具有重现性,即聚合物可以通过自由基可控聚合方法获得。

目前,我们的甲壳型聚合物光学补偿膜的性能已达到Dn=0.030~0.036@633nm,其性能已超过商业应用要求,Dn≥0.020,有望作为C正板光学补偿膜应用于液晶显示中。同时也为新型偏振发光膜和新型光学补偿膜的制备提供了很好的可选用材料。