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应变液晶调光玻璃的另类显示

编辑:chinafpd 2012-05-22 17:54 浏览 评论 评论 1 赞    来源:  平板显示协会

  1 引  言

  聚合物分散液晶(Polymer Dispersed Liquid Crystal,PDLC)是用向列相液晶和高分子材料按一定比例混合,再利用热固化或紫外光固化等引发相分离,从而形成微米量级的液晶微滴分散在固态聚合物基体内的结构。30年来PDLC的电光特性已被深入研究过,并且在许多领域具有应用前景,最显而易见的应用是正在成为投资热门的电控调光玻璃产品[1-3]。应变液晶(Stressed liquid crystal,SLC)是通过对PDLC制品施加拉伸、剪切或按压等应力引起光学性质的改变所得到的新型电光器件的一个研究领域,在快速响应大相位延迟片、光栅常数随压力变化的全息光栅、散射滤光片和散射偏光片等器件上具有特殊应用而引起人们关注[4-8]。然而应变液晶显然也可以开发成为不用耗电的调光玻璃[9-10],这种调光玻璃还可以开发出一种另类显示板。

  2  SLC调光玻璃的特性和应用

  PDLC电控调光玻璃产品的结构是把PDLC夹到ITO透明导电胶片之间,再把胶片夹到玻璃之间。SLC调光玻璃的结构是把PDLC直接夹在浮法平板玻璃之间,聚合物是十分柔软的高分子黏合剂。从两侧相向或反向推挤或拉伸上下两片玻璃,就能出现从散射状态变成半透明状态的现象。之所以是半透明状态,是由于液晶微滴由圆球形状在应力作用下变成长椭球形状,液晶分子呈现沿剪切方向,即椭球长轴方向取向排列的构形,这时就可以当作单轴晶体,具有双折射性质,沿平行剪切方向表现为非常光折射率,沿垂直剪切方向表现为寻常光折射率。设计寻常光折射率no与聚合物折射率np相等,非常光折射率ne却与聚合物折射率np不相等,因此这时PDLC膜层就是一张散射偏光片,入射光有一半光透射,另一半光散射。SLC调光玻璃具有散射偏光现象,在半透明状态也具备透明投影屏幕功能,背投效果比前投效果好。

  PDLC电控调光玻璃适合制作大面积的固定空间隔断,应用工程案例都是大机关,大酒店,大公司的豪华装修。PDLC膜产品价格价格十分昂贵,但是现在市场需求越来越大,成为特种玻璃行业的投资热点。相比之下,新型SLC调光玻璃适合制作小面积的活动空间隔断,可以在更广泛的领域得到应用。在商场里,SLC调光玻璃可以用来制作贵重商品柜台;在公司里,SLC调光玻璃可以用来代替电动百叶窗;在装修领域,SLC调光玻璃可以用来制作推拉门窗,折叠门窗。SLC调光玻璃也可以用来制造高档礼品盒,如珠宝,钻戒,名表,奖牌,人参,冬虫夏草等包装盒。现有的透明投影屏幕主要是光学功能膜贴到玻璃橱窗上面,SLC调光玻璃也可以当半透明投影屏幕在商场等场合得到应用,效果也比较好。

  3  SLC调光显示玻璃的制备和应用

  SLC调光玻璃技术是紫外光固化生产工艺,把浮法平板玻璃清洗干净,撒布上衬垫料,合上两张玻璃,灌注进预聚合物与液晶混合物,经过紫外光曝光固化,安装好不锈钢边框和能施加剪切应力的装置,就成了SLC调光玻璃产品。

  样品制备实验中使用的向列相液晶材料是PDLC005(石家庄鹿泉新型电子材料厂提供),其双折射no=1.517,ne=1.723;使用的预聚合物是30%的环氧树脂DCL3000,60%聚脂丙烯酸酯MR100,4%链转移剂和4%的光引发剂TPO,2%硫嗡盐配制成预聚物;将液晶与预聚合物以11的质量百分比混合成液晶胶。使用的玻璃是3mm厚浮法玻璃(河北南玻公司提供);使用的衬垫料微球直径20m(深圳纳微科技公司提供)。将玻璃清洗干净,在一张玻璃上撒布20m衬垫粉微球,之后盖上另一张玻璃,两张玻璃大部分重合,上下留出小部分不重合的台阶边(方便后续施加应力实验)。用注射器将液晶胶滴在台阶处下面玻璃上,靠毛细现象使液晶胶充满在两张玻璃间重合部分。把夹着液晶胶的两张玻璃放置于24W紫外灯下进行紫外固化,采用打字复印胶片作为掩膜进行选择曝光,样品距离灯约在30cm左右,曝光5分钟,样品由固化前透明变成固化后散射毛玻璃, 得到带有图案的制品。用不锈钢方管制作了玻璃框,在玻璃框上安装了钥匙孔,拧转钥匙就可以方便施加剪切应力,如图1照片所示。图1(a)是样品散射显示状态,钥匙处于竖直位置。图1(b)是样品透光消隐状态,钥匙处于水平位置。对制品施加剪切应力时,制品变成半透明状态,字符图案被消隐不清楚。

  图1  应变液晶调光显示,(a)显示状态,(b)消隐状态

  Fig. 1  SLC tunable glass display, (a) display state, (b) disappear state

  众所周知,现代显示主流技术是TFT-LCD,OLED,LED,PDP,E-INK,LCOS等,本文所述SLC调光玻璃自然是十分另类的小品种,可以显示固定字符的,如公司名称,吉祥语句,唐诗宋词等,设想在商场,公司以及酒店等场所装修上具有应用前景。

  4  结  论

  应变液晶(SLC)是具有特殊电光特性的聚合物分散液晶(PDLC)领域在电光器件新应用方面研究课题,而SLC调光玻璃是PDLC电控调光玻璃民用产品的衍生新品种,其结构是由两片玻璃夹一层柔性聚合物分散液晶膜;其特点是不用加电只施加剪切应力就能使其从散射态变成半透明态,散射态透过率5%以下,透明态透光率接近50%;半透明态具有散射偏光片和半透明投影屏幕功能效果;其制备方法是紫外光固化技术。在制备SLC调光玻璃时,采用打字复印胶片作为掩膜进行选择曝光,得到带有图案的制品。当对制品施加剪切应力时,制品变成半透明状态,字符图案被消隐不清楚。这种SLC调光显示玻璃在商场,公司以及酒店等场所装修上具有应用前景。

  参考文献:

  [1] 李永谦,武永鑫,范志新,PDLC膜的光学特性[J],现代显示,2009.1,48-50

  Li Yongqian, Wu Yongxin, Fan Zhixin, Optical characters of PDLC films, Advanced display, Jan., 2009, 96(1), 48-50

  [2] 靳玉亮,纪影,范志新,PDLC 膜的电光特性实验[J],现代显示,2009.3,51-53

  Jin Yuliang, Ji Ying, Fan Zhixin, Experiment of Elector-optical characters of PDLC films, Advanced display, Mar., 2009, 96(3), 51-53

  [3] 于天池,范志新,等,聚合物分散液晶增强散射理想模型,光学学报,2008.9,1757-1760

  Yu Tianchi, Fan Zhixin, Zhang Cuiyun et al., Ideal model of polymer dispersed liquid crystal for enhanced scattering [J] . Acta optica sinica, 2008, 28(9): 1757~ 1760

  [4] 李永谦,邢杨,范志新,应变液晶研究进展[J],现代显示,2009年6月,总第102期,23-29

  Li Yongqian,Xing Yang,Fan Zhixin, Research progress in stressed liquid crystals, Jul, 2009,    102(6), 23-29

  [5] 范志新,解一军,魏向东,解会杰,宋新华,王丹,孙玉宝,聚合物分散液晶膜的压光效应[J],光学学报,2011年1月,第31卷第1期,0131005

  Fan Zhixin, Xie Yijun, Wei Xiangdong, et al., Piezo-optical effect of polymer dispersed liquid crystal films [J], Acta optica sinica, 2011, 31(1): 0131005

  [6] 黎振远,范志新,李金炜,赵永芳,孙玉宝,用偏光显微术研究聚合物分散液晶光效应膜[J],光学学报,2011年8月,第31卷第8期,0816001

  Li Zhengyuan, Fan Zhixin, Li Jinwei, Zhao Yongfang, Sun Yubao, Polarization microscopy study on piezo-optical effect of polymer dispersed liquid crystal films [J], Acta optica sinica, 2011, 31(8): 0131005

  [7] 范志新,韦卫星,何燕和,剪切聚合物分散液晶散射偏光特性[J],光学技术,2011年1月,第37卷第1期,71-75

  Fan Zhixin,Wei Weixin, He Yanhe, Scattering polarization properties of sheared polymer dispersed liquid crystal [J], Optical technique, Jun., 2011, 37(1): 71-75

  [8] 范志新,张志东,解一军,聚合物分散液晶压光效应膜及其制造方法和应用,ZL200810154177.1

  Fan Zhixin, Zhang Zhidong, Xie Yijun, Manufacture and application of piezo-optical effect of polymer dispersed liquid crystal films, Chinese patent, ZL200810154177.1

  [9] 范志新,张志东等,聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及其制造方法和应用,ZL200910070975.0

  Fan Zhixin, Zhang Zhidong, et al, Manufacture and application of polymer dispersed Liquid Crystal sheared effect switch-able windows, Chinese patent, ZL200910070975.0

  [10] 范志新,陈亮,刘磊,剪切液晶调光玻璃的试制[J],玻璃,2011年12月,23-26

  Fan Zhixin, Chen Liang, Liu Lei, Preparation of sheared liquid crystal switch-able windows [J], Journal of glass, Dec., 2011, 23-26

  Other Kind Display by

  Stressed Liquid Crystal Light Tunable Glass

  Fan Zhixin1,2, Yang Yuying1,2, Gao Pan1, Liu Yang1, Yang Lei1, Zheng Yonglei1,2

  (1, Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401

  2, Nanjing Crystaldrops Technology Co., Ltd, Nanjing, 210046)

  Abstract:The properties of polymer dispersed liquid crystal (PDLC) and stressed liquid crystal (SLC) are introduced; the construction and principal and preparation process of stressed liquid crystal tunable glass are introduced. The SLC tunable display glass is prepared under the process of expose with writing pattern, the area be covered becomes transmittance and the other side is changed in to scattering. It looks like a frosted glass in scattering state with pattern display without stress applied, and it can be change into transmittance state and the pattern disappeared at the same time after sheared applied. As a kind of other display, the novel function SLC light tunable glass can be developed the products of moveable windows or doors without power consuming, there will be the application prospect in the fields of construct fit up engineering for the user of company, market, hotel and soon.

  Keywords:polymer dispersed liquid crystal;stressed liquid crystal; light tunable glass; display; construct fit up engineering

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