EHC KCRK-07測(cè)試液晶盒在膽甾相液晶顯示材料研發(fā)中的應(yīng)用

研究背景與意義：

膽甾相液晶的 “光學(xué)天賦" 與 “排隊(duì)難題"

你可能沒(méi)聽(tīng)過(guò) “膽甾相液晶（ChLC）"，但它的 “特殊技能" 早已藏在生活細(xì)節(jié)里 —— 它像一位精準(zhǔn)的 “光篩選師"，能選擇性反射特定波長(zhǎng)的圓偏振光，這種特性讓它成為反射式顯示屏、光增亮膜、防偽標(biāo)簽甚至建筑節(jié)能玻璃的 “核心材料"。

不過(guò)，ChLC 的 “天賦" 能否發(fā)揮，全看分子是否 “排好隊(duì)"：當(dāng)它的螺旋軸垂直于基板時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)均一的 “平面織構(gòu)（P 態(tài)）"，此時(shí)光學(xué)性能較優(yōu)可一旦螺旋軸混亂排列，就會(huì)變成 “焦錐織構(gòu)（FC 態(tài)）"，像蒙了一層霧，不僅透光度差（僅 10% 左右），還會(huì)失去選擇性反射能力。

過(guò)去，科研人員嘗試用物理摩擦、加熱、光敏聚合物等方法讓液晶分子 “排隊(duì)"，但這些方法要么操作復(fù)雜、損傷基板，要么無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)控制。“光驅(qū)動(dòng)" 是理想方案 —— 用光照就能調(diào)節(jié)分子取向，既靈活又高效。但傳統(tǒng)光響應(yīng)材料（如偶氮苯染料）存在 “響應(yīng)慢、穩(wěn)定性差" 的問(wèn)題，難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用需求。

這時(shí)，“手性螺烯化合物" 進(jìn)入視野：它的分子像個(gè) “可調(diào)控的小轉(zhuǎn)子"，在紫外光與熱能交替作用下，能?chē)@ “定子" 單向旋轉(zhuǎn)，改變自身光學(xué)手性，進(jìn)而調(diào)控液晶的螺旋結(jié)構(gòu)。于是研究團(tuán)隊(duì)提出設(shè)想：將手性螺烯化合物摻入普通向列相液晶，能否制備出 “響應(yīng)快、穩(wěn)定性高" 的光響應(yīng) ChLC？而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，精準(zhǔn)測(cè)量液晶螺距變化是關(guān)鍵 ——楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 正是解決這一問(wèn)題的重要工具。

研究設(shè)備與過(guò)程：

從 “材料調(diào)配" 到 “光控實(shí)驗(yàn)" 的全流程

要解開(kāi) “光如何指揮液晶分子排隊(duì)" 的謎題，研究團(tuán)隊(duì)分三步搭建實(shí)驗(yàn)體系，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 貫穿測(cè)量環(huán)節(jié)，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性：

1. 材料制備：打造 “光響應(yīng) ChLC" 體系

實(shí)驗(yàn)的 “主角團(tuán)" 由三類(lèi)材料組成：

· 手性螺烯化合物 OA：實(shí)驗(yàn)室合成的黃色固體，純度達(dá) 99.1%，是液晶的 “光響應(yīng)開(kāi)關(guān)"，能在紫外光下改變手性；

· 小分子向列相液晶 SLC1717：提供液晶基底，自身具有明確的相變溫度（91.8℃）與光學(xué)參數(shù)（折射率 1.720，雙折射率 0.201）；

· 右旋手性化合物 R811：輔助調(diào)節(jié)液晶螺旋結(jié)構(gòu)，讓 ChLC 的初始螺距更易測(cè)量。

按 “94.0∶5.0∶1.0" 的質(zhì)量比，將三者混合均勻，制成光響應(yīng) ChLC。隨后將其分為兩部分：一部分注入楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） —— 這個(gè)盒子的特殊之處在于 “楔形結(jié)構(gòu)"（tanθ=0.0196），能通過(guò)光的干涉現(xiàn)象精準(zhǔn)測(cè)量液晶螺距；另一部分注入普通液晶盒（膜厚 20±1.0μm），用于后續(xù)分子取向?qū)嶒?yàn)。

楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司）

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程：用紫外光 “調(diào)控" 液晶，楔劈盒全程 “監(jiān)工"

實(shí)驗(yàn)的 “指揮棒" 是 FUV-6BK LED 紫外輻照燈（365nm 波長(zhǎng)，廣州邦沃電子），可輸出 0.5-20mW/cm2 的不同光強(qiáng)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)兩類(lèi)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)：

· 單光強(qiáng)調(diào)控實(shí)驗(yàn)：用固定光強(qiáng)持續(xù)照射 ChLC，通過(guò)楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺距變化。例如，用 20mW/cm2 強(qiáng)光照射時(shí)，楔劈盒顯示螺距從初始 1.0μm 快速增長(zhǎng)，100 秒后穩(wěn)定；而用 1mW/cm2 弱光照射，螺距需 300 秒才穩(wěn)定，且變化幅度僅為強(qiáng)光的 1/3。同時(shí)觀(guān)察到，螺距增長(zhǎng)會(huì)推動(dòng)液晶從 FC 態(tài)向 P 態(tài)轉(zhuǎn)變，20mW/cm2 光照 60 秒即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，透過(guò)率達(dá) 96%。

· 多階段調(diào)控實(shí)驗(yàn)：針對(duì) “強(qiáng)光后不穩(wěn)定" 的問(wèn)題，設(shè)計(jì) “先強(qiáng)后弱" 的光照方案。第一階段用 20mW/cm2 強(qiáng)光（60 秒），借助楔劈盒確認(rèn)螺距快速增長(zhǎng)至目標(biāo)值，液晶轉(zhuǎn)變?yōu)?P 態(tài)；第二階段換 2mW/cm2 弱光（60 秒），通過(guò)楔劈盒觀(guān)察到螺距緩慢微調(diào)，避免劇烈波動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn) “60 秒快速取向 + 關(guān)燈后穩(wěn)定 P 態(tài)" 的效果。

· 

3. 輔助設(shè)備：為實(shí)驗(yàn)結(jié)果 “保駕護(hù)航"

· ZEISS Axio Scope A1pol 偏光顯微鏡（POM）：觀(guān)察液晶織構(gòu)變化，清晰捕捉 FC 態(tài)的混亂條紋與 P 態(tài)的均一亮場(chǎng)，直觀(guān)驗(yàn)證取向效果；

· PerkinElmer Lambda 950 分光光度計(jì)：測(cè)定 633nm 波長(zhǎng)下的透過(guò)率，用數(shù)據(jù)量化取向程度（如 FC 態(tài)透過(guò)率 10%、P 態(tài)透過(guò)率 96%）。

表征作用：

四類(lèi)手段分工協(xié)作，楔劈盒成 “螺距測(cè)量"數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

研究中用到的四類(lèi)表征方法各有側(cè)重，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 是測(cè)量液晶螺距的 “黃金標(biāo)準(zhǔn)"，為其他表征提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐：

例如，在單光強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，楔劈盒先測(cè)得 “20mW/cm2 光照 100 秒后螺距穩(wěn)定"，隨后 POM 觀(guān)察到液晶轉(zhuǎn)為 P 態(tài)，分光光度計(jì)同步測(cè)得透過(guò)率達(dá) 96%—— 三類(lèi)設(shè)備數(shù)據(jù)相互印證，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性。

研究結(jié)果與價(jià)值：三大突破 + 楔劈盒的 “貢獻(xiàn)"

經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)，研究團(tuán)隊(duì)不僅揭示了光控液晶的規(guī)律，更提供了可落地的技術(shù)方案，其中楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 作為 “螺距測(cè)量核心"，為成果突破奠定基礎(chǔ)：

1. 突破一：紫外光強(qiáng) “精準(zhǔn)控螺距"，楔劈盒提供量化依據(jù)

借助楔劈盒的精準(zhǔn)測(cè)量，團(tuán)隊(duì)明確 “紫外光強(qiáng) - 螺距變化" 的定量關(guān)系：光強(qiáng)每提升 10mW/cm2，螺距變化速率提升 2-3 倍，變化幅度增加 1.5 倍。這意味著我們可以像 “調(diào)水龍頭" 一樣，通過(guò)調(diào)節(jié)光強(qiáng)精準(zhǔn)控制液晶螺旋結(jié)構(gòu) —— 這是實(shí)現(xiàn)光驅(qū)動(dòng)取向的核心前提，而楔劈盒的楔形結(jié)構(gòu)與高精度參數(shù)（tanθ=0.0196），確保了每一組螺距數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

2. 突破二：多階段光照解決 “快與穩(wěn)" 的矛盾

單光強(qiáng)方案存在 “兩難"：強(qiáng)光雖能讓液晶 60 秒內(nèi)變 P 態(tài)，但楔劈盒顯示關(guān)燈后螺距劇烈收縮（波動(dòng)幅度是弱光組的 4 倍），導(dǎo)致 P 態(tài)變回 FC 態(tài)；弱光雖穩(wěn)定，但螺距增長(zhǎng)慢，需 600 秒才變 P 態(tài)。

團(tuán)隊(duì)基于楔劈盒測(cè)得的 “螺距 - 光強(qiáng)" 曲線(xiàn)，設(shè)計(jì) “20mW/cm2（60 秒）→2mW/cm2（60 秒）" 的多階段方案：第一階段用強(qiáng)光讓螺距快速增長(zhǎng)至目標(biāo)值（楔劈盒實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)），第二階段用弱光讓螺距平緩穩(wěn)定。最終實(shí)現(xiàn) “60 秒快速取向 + 關(guān)燈后透過(guò)率穩(wěn)定 90% 以上"，解決了傳統(tǒng)光驅(qū)動(dòng)液晶 “快而不穩(wěn)" 的痛點(diǎn)。

3. 突破三：為光驅(qū)動(dòng)器件研發(fā) “鋪路"，楔劈盒成標(biāo)準(zhǔn)化工具

這項(xiàng)研究的價(jià)值不止于實(shí)驗(yàn)室，更為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供關(guān)鍵支撐：

· 顯示領(lǐng)域：未來(lái)柔性屏可通過(guò)多階段光照調(diào)節(jié)液晶取向，無(wú)需復(fù)雜電極，更輕薄省電；

· 傳感領(lǐng)域：基于 “光強(qiáng) - 螺距 - 透過(guò)率" 的定量關(guān)系，可開(kāi)發(fā)高精度紫外光傳感器，楔劈盒可作為校準(zhǔn)工具；

· 防偽領(lǐng)域：多階段光照后的液晶能穩(wěn)定保持 P 態(tài)，可制作 “光控防偽標(biāo)簽"，只有特定光照序列才能顯示圖案。

而楔劈盒（KCRK-07，日本 EHC 公司） 在其中扮演 “標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量工具" 的角色 —— 其明確的結(jié)構(gòu)參數(shù)（tanθ=0.0196）與可靠的螺距測(cè)量能力，讓不同實(shí)驗(yàn)室的研究數(shù)據(jù)可對(duì)比、可復(fù)現(xiàn)，為該領(lǐng)域的技術(shù)推廣奠定基礎(chǔ)。

總的來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)研究以 “手性螺烯化合物 + 楔劈盒精準(zhǔn)測(cè)量" 解開(kāi)了光控液晶分子取向的關(guān)鍵謎題，為下一代智能光學(xué)器件打開(kāi)了新大門(mén)。

參考文獻(xiàn)：

［１］ ＢＡＨＲＣ，ＫＩＴＺＥＲＯＷ Ｈ－Ｓ．ＣｈｉｒａｌｉｔｙｉｎＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ［Ｍ］．Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ：Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００１．

［２］ ＳＬＵＣＫＩＮ ＴＪ，ＤＵＮＭＵＲ Ｄ Ａ，ＳＴＥＧＥＭＥＹＥＲ Ｈ．Ｃｒｙｓｔａｌｓｔｈａｔｆｌｏｗ：ＣｌａｓｓｉｃＰａｐｅｒｓＦｒｏｍｔｈｅＨｉｓｔｏｒｙｏｆ

ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌｓ［Ｍ］．Ｌｏｎｄｏｎ：Ｔａｙｌｏｒ＆ Ｆｒａｎｃｉｓ，２００４．

［３］ ＷＵＳＴ，ＹＡＮＧＤＫ．ＲｅｆｌｅｃｔｉｖｅＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙｓ ［Ｍ］．ＵＫ：Ｗｉｌｅｙ，２００１．

［４］ ＳＵＮＪ，ＺＨＡＮＧ Ｗ，ＷＡＮＧ Ｍ，ｅｔａｌ．ＢａｎｄｗｉｄｔｈＴｕｎａｂｌｅＣｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ［Ｍ］．ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＳｅｎ－

ｓｏｒｓ，ＣＲＣＰｒｅｓｓ．２０１７：１－３２．