掌性分子在光學膜上的應用

刊登日期:2015/6/5
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光學增亮膜
增亮膜的主要功用是集中背光源的光線,減少反射及散射等不必要的損耗,提高光線利用率。目前市面上增亮膜主有要四種類型,分別是一般稜鏡片(圖三)、多功能稜鏡片、複合型光學膜及偏光反射式增亮膜(圖四)。其中偏光反射式增亮膜的增亮效率最高,是 3M公司的專利產品,市場獨佔,售價昂貴。偏光反射式增亮膜的原理是將背光源分為兩道光,其中一道可以通過偏光反射片,另一道則會反射回到背光源回收再利用,相對於傳統稜鏡片僅能利用透鏡原理將光線集中,偏光反射片的增亮度達 1.6倍,提高背光源的使用效率,達到節能省碳的目的。


圖四、偏光反射式增亮膜

掌性分子
當分子組成結構中含有一個或一個以上的掌性中心( Chiral Center )時,稱為掌性分子(Chiral Molecule)(圖五),掌性分子具有光學活性( Optical Activity ),亦即具有旋光性,能使偏極光產生特定的旋轉(圖六)。對掌性化合物通常會成對存在,即兩分子間具有完全相同的分子式及化學鍵結,只是其構成掌性中心的原子配置在空間中互為鏡像,也就是這兩者間互為鏡像異構物( Enantiomer ),兩鏡像異構物間的物性極為相近,但具有互為反轉的旋光性,因此兩者未分離而為混合物時,其旋光性會互相抵銷成為消旋性混合物( Racemic Mixtures ),所以製備單一鏡像異構物化合物時,其難度除了合成分子外,還需要有特殊分離、純化技術才能得到單一鏡像異構物。


圖六、掌性分子的旋光性

掌性分子選擇
膽固醇液晶主要有兩種組成方式,其一是利用膽固醇液晶(圖十)進行配方取得,另一種方法是利用向列型液晶添加掌性分子得到,前者材料變化性較少,應用範圍有限,後者可藉由改變向列型液晶配方特性影響膽固醇液晶特性,變化性多,因此被廣泛使用,是目前主要的膽固醇液晶來源。掌性分子是膽固醇液晶的關鍵材料,其添加量多寡及分子 HTP 大小會影響反射波長位置,當掌性分子的 HTP 夠大時,使用較少添加量即可達到相同效果,藉此可以增加向列型液晶配方的變化性。

掌性分子設計
掌性中心的結構及位置是影響掌性分子 HTP 大小的關鍵因素,在液晶分子側鏈上的掌性中心通常由三個不同的烷基結構組成,這樣的分子液晶相明顯、合成容易且價格低廉,缺點是 HTP 值低,在使用上需要比較多的添加量,如市售分子 CB15 的 HTP 只有 6.6 μm-1,在膽固醇液晶的使用上,其添加量通常在 10% 以上。

廣波長技術
然而,由液晶材料的雙折射率( Δn )所造成的波長寬度( Δl )只有數十奈米,其偏光反射的範圍狹窄,若直接使用在顯示器上,會使某些波長亮度增加造成色彩失真,這是不樂見的結果,因此許多技術的開發目標在於如何將偏光效果擴大到全可見光範圍
……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者:廖釗鋙、劉仕賢 / 工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」342期,更多資料請見下方附檔。


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