Small Structures:从分子非手性到介观螺旋性,向圆偏振发光液晶显示技术进发

手性是生命体中不可或缺的,它在自然界中的应用主要基于高度有序的超分子螺旋结构。为了实现许多常见的生物学功能,例如结构色和生物识别,需要依靠这些超分子组装体的宏观效应。然而,构建这些手性超分子螺旋通常需要引入成本较高的手性组分。近年来,随着对称性破缺概念的发展,人们发现许多介观手性组装体可以完全由非手性分子组成。另一方面,含发光单元的手性材料在特定条件下能产生圆偏振发光(CPL)。这些材料在手性光学,通信材料和3D显示等领域有广泛的应用前景。为了满足与日俱增的显示技术需求,近年来关于CPL显示材料的报道不断增加。当前主流显示技术主要有发光二极管(LED)和液晶显示(LCD)两种,后者是更为成熟稳定的技术。但LCD的结构较为复杂,除液晶层外,尚需额外的背光单元。此外,聚集导致发光猝灭现象,也是LCD显示材料通常难以作为活性发光层的一个重要原因。然而聚集诱导发光材料(AIEgen)的出现,避免了因发光单元聚集而令发光强度减弱的缺点,为LCD结构的进一步应用提供了可能性。

近日,香港科技大学唐本忠院士团队将具有螺旋性的扭曲向列型液晶(TN-LC)与AIEgen进行结合,制备出了具有高效率CPL发射的液晶材料。在TN-LC中,向列性液晶以螺旋型层状结构的形式存在于垂直排列的取向层之间,故其是一种潜在的手性结构,因此其可作为手性的模板,诱导AIEgen分子产生手性。该研究工作的创新点在于:所用的液晶分子和AIE单元均为非手性分子,并且成功实现了从分子非手性到介观手性的转化。相关成果发表在Small Structures(DOI: 10.1002/sstr.202000014)上。

该研究团队发现,TN-LC可以充当手性模板,进一步诱导AIEgen产生手性,进一步使体系具有CPL活性。通过掺杂不同发光颜色的AIEgen,可获得全谱发射的液晶体系,这就很好地证明了从TN-LC到AIEgen手性诱导的普适性。此外,TN-LC呈现了垂直于基底的轴向螺旋性,故在该掺杂体系中从正面和背面可检测到相反的手性信号,因而从同一个样品中可以同时获得相反的CPL信号。这种利用简单的液晶材料和AIEgen实现较高性能CPL的方法,可为进一步发展具有圆偏振发光性能的液晶显示技术提供新的思路。