随着显示设备日益融入工作、学习与日常生活，人们在追求清晰画质与丰富色彩的同时，也更加关注长时间观看的视觉舒适性与用眼健康。在此背景下，利用环境光成像、无需持续背光照明的反射式显示技术受到广泛关注。其中，倾斜螺旋胆甾相液晶（Ch_OH）能够通过电场调节螺旋结构，实现反射颜色的连续变化，为可调结构色显示提供了重要的材料平台。然而，现有部分图案化方法涉及复杂的加工过程，一些光响应体系则依赖紫外光或较长时间的照射，限制了显示图案的灵活更新。因此，如何将可见光寻址与连续电控调色相结合，实现显示图案的可重复擦写与灵活重构，是推动这类液晶材料应用于动态反射式显示需要解决的关键问题。

  针对上述问题，北京化工大学郭金宝教授团队设计并合成了一种可见光响应手性偶氮苯分子开关Azo-MX，并将其引入Ch_OH体系，构建了光电协同寻址的多模式可重构反射式显示器件。该体系利用520 nm绿光诱导 Azo-MX 发生局部光异构化，使曝光与未曝光区域产生不同的电光响应，30 s曝光后即可形成能够通过电场连续调色的显示图案。借助分子开关的热回复特性，原有图案可经加热90 s内擦除，并通过再次曝光实现显示内容的更新。经过40次连续写入—擦除循环，体系仍保持稳定的图案显示性能。在此基础上，团队利用可控LED光源阵列验证了无掩膜光寻址的可行性，并展示了会议室状态信息的可重写显示，为可重写液晶标签、动态室内标牌及信息终端提供了新的材料与器件设计思路。

  2026年10月7日，该工作以“Multi-Mode Reconfigurable Information Displays Based on Optically and Electrically Co-Addressed Oblique Helicoidal Cholesterics”为题发表在Advanced Functional Materials上。文章共同第一作者为北京化工大学材料科学与工程学院博士生邢永斌和孟宪宇，通讯作者为北京化工大学材料科学与工程学院郭金宝教授。

图1.（a）光电协同寻址Ch_OH反射式显示器件的设计示意；（b）液晶材料体系的组成；（c）电场调控红、绿、蓝反射颜色的原理示意；（d）智能标签与教室课程信息显示等潜在应用场景。

  研究团队通过氟取代策略赋予Azo-MX可见光响应能力，使其能够在520 nm绿光照射下发生光异构化。在溶液中，Azo-MX约30 s即可接近光稳态，并可通过加热恢复至初始状态。光照与热回复过程中，溶液的外观颜色基本保持不变，有助于减少分子开关自身颜色变化对液晶结构色显示的干扰。多次光—热循环后，其特征吸收峰未出现明显衰减，表明该分子具有较好的循环响应稳定性。核磁共振与计算结果进一步显示，尽管总体光异构化程度有限，生成的异构体仍伴随明显的分子构象重组，为后续调节液晶体系的状态与电光响应提供了分子基础。

图2.（a）Azo-MX的光异构化过程及对应分子构象；（b）Azo-MX在二氯甲烷溶液中的紫外—可见吸收光谱及光照、热回复前后的实物照片；（c）光—热循环稳定性测试；（d）trans-trans向cis-cis异构化的能量示意图。

  在材料配方方面，研究团队采用5CB与不同链长液晶二聚体组成混合主体，并比较了不同Azo-MX掺杂量的影响。其中，5 wt.% Azo-MX体系在反射性能与相容性之间取得了较好的平衡，因此被用于后续研究。利用520 nm光进行区域选择性曝光后，图案可在外加电场下呈现清晰的反射颜色。随着电场增强，反射光谱向短波方向移动，实现由红到绿再到蓝的连续调节。进一步研究表明，Azo-MX在液晶基体中约60 s接近光稳态，但无需等待完全饱和，30 s曝光形成的图案已能够通过电场调节呈现不同颜色。利用热回复过程，原有图案可被擦除，并在再次曝光后写入新的内容。首次写入与擦除后再次写入所得的反射光谱、电光响应曲线整体接近，说明器件在改写后能够较好地保持原有调色性能。

图3. （a）液晶样品在零电场与高电场下的雾度变化；（b）光寻址过程示意；（c）30 °C下图案的电控反射颜色及热擦除后重新写入的过程；（d、e）首次与再次写入后的电场调控反射光谱；（f）前两次使用循环中，不同反射颜色对应的电场与温度关系；（g）不同曝光时间对光寻址显示效果的影响。

  该研究的另一重要发现，是曝光区域的显色行为难以仅用手性分子螺旋扭曲力（HTP）的变化来解释。研究团队测得，Azo-MX光异构化后的HTP明显降低；但在所构建的Ch_OH体系中，曝光区域却能够在更低的外加电场下出现反射颜色。为理解这一现象，团队结合偏光显微观察与变温实验，系统比较了曝光前后的液晶态及其转变行为。结果表明，光异构化改变了液晶结构态的稳定性，使曝光区域的转变边界向更高温度移动，并降低了反射颜色出现所需的临界电场。基于上述实验结果，研究团队提出了“异构化诱导结构态转变调控”（IISTM）机制。代表性分子聚集构型的相互作用分析，也为光生异构体可能改善局部堆积、增强弱相互作用提供了定性支持。这一机制认识为利用分子光开关调节液晶显色阈值、构建可重写图案提供了新的思路。

图4. （a）曝光与未曝光区域在低、高电场下的显色对比；（b）基于HTP变化的预期调色趋势与实验现象的比较；（c）光异构化与电场共同作用下的IISTM机制示意，插图为初始态与光稳态的Cano线测量结果；（d）25 °C、0.5 V·μm?1条件下初始区域与曝光区域的光学照片及偏光显微图像；（e）不同Azo-MX掺杂量体系在指定电场下的状态转变温度。

  为拓展单一图案调色之外的显示功能，研究团队构建了分区液晶器件，实现不同区域的独立颜色调节、选择性显示以及反射态与非反射态之间的切换。这种分区控制使同一器件能够同时呈现不同颜色，为多信息并行显示提供了基础。进一步地，团队提出由加热单元、可寻址520 nm LED光源阵列和功能液晶层组成的器件架构，通过控制光源的空间分布直接写入图案，减少图案更新对实体掩膜的依赖。

图5. （a）分区液晶器件的显示开关、独立调色与区域选择性控制；（b）无掩膜光电协同寻址Ch_OH显示架构及概念验证，展示光写入、热擦除与图案重写；（c）面向室内动态标牌的可重写反射式信息显示演示。

  原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.78868