CN102702548A - 一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法及性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法及性能测试装置，该制备方法首先混合向列相液晶和紫外胶得到混合物，然后将混合物均匀涂抹于一片ITO导电玻璃的导电面上，接着待混合物凝固成半固化状态时向其掺入与向列相液晶和紫外胶均不相溶的透明液体，再将另一片ITO导电玻璃以其导电面朝下缓慢盖在半固化状态的聚合物分散液晶层上，并使透明液体将半固化状态的聚合物分散液晶层挤开，最后对压平的半固化状态的聚合物分散液晶层进行光照固化，得到含孔聚合物分散液晶薄膜，优点在于通过在聚合物分散液晶层中引入一个大小可控的透明的通光孔，使得初始透过率值可控，并且透过率变化随施加于聚合物分散液晶薄膜上的电压变化缓慢。

Description

一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法及性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种液晶薄膜的制备技术与性能测试技术，尤其是涉及一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法及性能测试装置。

背景技术

聚合物分散液晶（PDLC，Polymer Dispersed Liquid Crystal）是一种新颖的液晶功能材料，其是通过将液晶微滴分散在固态高分子聚合物基质中，并用电场控制液晶微滴的指向，从而达到光开关的效果。由于聚合物分散液晶制备简便、响应时间短、无需偏振器件，并且物理、化学性能稳定，因此近年来一直受到人们的关注，并被应用于大面积显示、可调全息光栅、光衰减器等多种光电器件的制作与研究。目前，制备聚合物分散液晶的方法主要有：热致诱导相分离法（TIPS）、溶致诱导相分离法（SIPS）、聚合诱导相分离法（PIPS）等多种。其中，聚合诱导相分离法即利用紫外聚合固化法制备聚合物分散液晶的方法是研究较多的一种，其原理是首先将紫外胶等对紫外光敏感的聚合物材料与液晶分子均匀混合，形成溶液，之后采用紫外光照射诱导，使得液晶在聚合物分子中的溶解度随曝光时间逐渐降低，从而导致液晶相分离而形成液晶微滴。采用这种原理制备的聚合物分散液晶薄膜在关态是不透光的，且对电压敏感，在施加电场后透过率变化迅速，对为获得特定透过率值就需要精确的电压控制，虽然能够适用于显示、通信等对响应速度要求较高的领域，但是对如光强衰减等需要较高光强调制精度等应用带来了较大的不便。

另一方面，当前绝大多数聚合物分散液晶光开关器件为获得较高的开关比，其在关态透过率一般为零值，如果要获得初始透过率则必需施加一定电压，不适用于需要一定起始光强与光强缓变的情况；例如，当前激光显示技术已被较为广泛的应用，但激光由于其高相干性使其极易产生散斑而严重影响图像质量，而从原理上消散斑的方法主要有“消相干”和“多幅独立散斑图样的平均”，譬如可通过施加高频率的交变电压来快速实现聚合物分散液晶光开关以破坏时间相干性从而消散斑，但此类方法通过快速的实现聚合物分散液晶光开关的开、闭，会明显降低光斑亮度，光强损耗大，在实际生产、生活的应用中会明显增加能耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的、成本低、易制作，且初始透过率可控，透过率随电压变化可精确缓慢调谐的含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法及性能测试装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①量取体积比为1：1的向列相液晶和紫外胶，混合并搅拌均匀，得到液晶与紫外胶的混合物；

②裁取两片表面积大小相同的ITO导电玻璃；

③将第一片ITO导电玻璃置放于平整的操作台上，并使其导电面朝上，然后将液晶与紫外胶的混合物均匀涂抹于第一片ITO导电玻璃的导电面上，再静置8～12s后，向呈粘稠液态的聚合物分散液晶层中掺入与向列相液晶和紫外胶均不相溶的透明液体；

④即刻将第二片ITO导电玻璃以其导电面朝下缓慢盖在呈粘稠液态的聚合物分散液晶层上，并使透明液体将呈粘稠液态的聚合物分散液晶层挤开；

⑤在第二片ITO导电玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层被压平，随即对压平的仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层进行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。

所述的透明液体为食用油脂或机油。

所述的光照固化采用紫外灯照射，照射时间为3～4min；或所述的光照固化采用紫外激光照射，照射时间为2～3min；或所述的光照固化采用日光照射，照射时间为4～6min。

所述的透明液体的掺入量根据需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小自行设定，当需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小要求为2×3cm时，所述的透明液体的掺入量为大于0μL且小于或等于2μL。

所述的通光孔的孔径大小由所述的透明液体的掺入量决定。

所述的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透过率的大小由所述的通光孔的孔径大小决定。

一种上述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法制得的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，其特征在于包括激光器及依次设置于所述的激光器发出的激光的传播路径上的斩波器、第一透镜、第二透镜、第三透镜和硅光二极管，所述的斩波器连接有斩波器控制器，待测试的聚合物分散液晶薄膜置放于所述的第二透镜与所述的第三透镜之间，所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜的两侧面通过ITO薄膜连接有可调谐交流变压器，所述的硅光二极管的电压输出端连接有锁相放大器，所述的锁相放大器与所述的斩波器控制器相连接；所述的激光器发出的激光经所述的斩波器、所述的第一透镜和所述的第二透镜后被扩束成平行光，平行光垂直入射到所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上，且平行光的中心与所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的中心对准，透过所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜的平行光经所述的第三透镜后被汇聚，所述的硅光二极管接收被所述的第三透镜汇聚的激光，并将光能转换成电能，所述的锁相放大器测量所述的硅光二极管的电压。

所述的激光器采用He-Ne激光器。

所述的第一透镜的焦距小于所述的第二透镜的焦距。

所述的第一透镜的焦距为4.5mm，所述的第二透镜的焦距为45mm。

所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的孔径小于入射到所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的平行光的光束直径。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明方法制备得到的聚合物分散液晶薄膜通过在聚合物分散液晶层中引入一个大小可控的透明的通光孔，使得初始透过率值可控，并且透过率变化随施加于聚合物分散液晶薄膜上的电压变化缓慢，因此能够精确调节光强透过率变化，可应用于一些需要特定初始光照光强且光强缓变的场合，即作为一种简单高效的光强微调器件，通过设计合适的电控电路以及光路，利用本发明的聚合物分散液晶薄膜有可能实现激光投影成像时的多幅独立散斑图样的叠加和平均，从而实现对激光投影显示中出现的散斑进行抑制或消除。

2）本发明方法在制备过程中是在未聚合固化前即呈粘稠液态的聚合分散液晶层中掺入少量与聚合物分散液晶互不相溶的透明液体形成通光孔的，制作过程简单，且成本低。

附图说明

图1为本发明的含孔聚合物分散液晶薄膜的结构示意图；

图2为本发明的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置的结构示意图；

图3为含小孔径（孔径约为3mm）的通光孔的聚合物分散液晶薄膜和含大孔径（孔径约为8mm）的通光孔的聚合物分散液晶薄膜在不同调制电压（0、10、20、30、40、50、60、70、80V）下的透射光强值。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

本发明提出的一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

①量取体积比为1：1的向列相液晶和紫外胶，混合并搅拌均匀，得到液晶与紫外胶的混合物。如利用移液管分别量取5ml的向列相液晶（TEB30A）和5ml的紫外胶（BBC UV GLUE 102），然后将两者置入体积为25ml的烧杯中并混合搅拌均匀。

②裁取两片表面积大小均为2×3cm的ITO导电玻璃。

③将第一片ITO导电玻璃置放于平整的操作台上，并使其导电面朝上，且用万用表探测第一片ITO导电玻璃的导电面，然后量取液晶与紫外胶的混合物0.02～0.03ml，并将其均匀涂抹于第一片ITO导电玻璃的导电面上，再静置8～12s，此时液晶与紫外胶的混合物凝固成呈粘稠液态的聚合物分散液晶层。在静置结束后再利用滴管向呈粘稠液态的聚合物分散液晶层中的中间位置附近掺入与向列相液晶和紫外胶均不相溶的透明液体，在此透明液体的掺入量为大于0μL且小于或等于2μL。

④即刻将第二片ITO导电玻璃以其导电面朝下缓慢盖在呈粘稠液态的聚合物分散液晶层上，并使透明液体将呈粘稠液态的聚合物分散液晶层挤开，即将其四周的聚合物分散液晶均匀挤开。

⑤在第二片ITO导电玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层被压平，然后对压平的仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层进行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。在此，光照固化可采用普通紫外灯照射，照射时间一般为3～4min；或可采用紫外激光照射，照射时间一般为2～3min；或可采用日光照射，照射时间一般为4～6min。

在此具体实施例中，透明液体的掺入量是根据需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小自行设定的，如在本实施例中当需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小要求为2×3cm时，透明液体的掺入量一般不大于2μL左右；而透明液体的掺入量决定了通光孔的孔径大小，如掺入1μL的透明液体形成的通光孔的孔径小于掺入2μL的透明液体形成的通光孔的孔径，但在实际操作过程中还需确保通光孔的孔径大小小于需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的最小边长；同时需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透过率的大小由通光孔的孔径大小决定，一般地有通光孔的孔径越大时，初始透过率就越大。

利用上述制备方法制备得到的含孔聚合物分散液晶薄膜如图1所示，其包括聚合物分散液晶层51，聚合物分散液晶层51中设置有通光孔52，聚合物分散液晶层51主要由体积比为1：1的向列相液晶和紫外胶充分搅拌均匀混合制成，通光孔52为通过向呈粘稠液态的聚合物分散液晶层中均匀掺入与向列相液晶和紫外胶均不相溶的透明液体形成；此外，当需要在含孔聚合物分散液晶薄膜上施加电场时，需通过ITO薄膜53来实现，即在含孔聚合物分散液晶薄膜的两侧面加上ITO薄膜53。

在此具体实施例中，透明液体可采用食用油脂或机油，在实际操作过程中透明液体可选用含脂肪烃或环烃类等且与所述的向列相液晶和所述的紫外胶均不相溶的溶液。

实施例二：

本实施例为实施例一所述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法制备得到的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，如图2所示，其包括He-Ne激光器1及依次设置于He-Ne激光器1发出的激光的传播路径上的斩波器21、焦距为4.5mm的第一透镜3、焦距为45mm的第二透镜4、第三透镜7和硅光二极管8，斩波器21连接有斩波器控制器22，待测试的聚合物分散液晶薄膜5置放于第二透镜4与第三透镜7之间，待测试的聚合物分散液晶薄膜5的两侧面通过ITO薄膜连接有可调谐交流变压器6，硅光二极管8的电压输出端连接有锁相放大器9，锁相放大器9与斩波器控制器22相连接。

在此具体实施例中，要求第一透镜3的焦距小于第二透镜4的焦距，在实际操作过程中可选用任何一组能够保证出射的光为平行光的透镜即可；要求平行光的中心与待测试的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的中心对准，且待测试的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的孔径小于入射到待测试的聚合物分散液晶薄膜5上的平行光的光束宽度。

利用该性能测试装置对实施例一所述的聚合物分散液晶薄膜进行性能测试的过程为：He-Ne激光器1发出的激光经斩波器2、第一透镜3和第二透镜4后被扩束成平行光，即将光束宽度约为1cm的激光扩束成光束宽度约为1.5cm的平行光，平行光垂直入射到待测试的聚合物分散液晶薄膜5上，且平行光的中心与待测试的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的中心对准，透过待测试的聚合物分散液晶薄膜5的平行光经第三透镜7后被汇聚，硅光二极管8接收被第三透镜7汇聚的激光，并将光能转换成电能，锁相放大器9测量硅光二极管8的电压。连接于待测试的聚合物分散液晶薄膜5的两侧面的ITO薄膜上的可调谐交流变压器6从0～80V以间隔10V向待测试的聚合物分散液晶薄膜5施加电压，每隔10V记录下锁相放大器9测量得到的硅光二极管8的电压，即硅光二极管8探测到的透过待测试的聚合物分散液晶薄膜5后的激光的光强，得到待测试的聚合物分散液晶薄膜5在不同调制电压下的电光特性。

图3分别给出了含小孔径（孔径约为3mm）的通光孔的聚合物分散液晶薄膜和含大孔径（孔径约为8mm）的通光孔的聚合物分散液晶薄膜在不同调制电压（0、10、20、30、40、50、60、70、80V）下的透射光强值。从图3中可以看出，通过在聚合物分散液晶薄膜中引入通光孔，可使得聚合物分散液晶薄膜具有初始透过率，且随着通光孔的孔径的增加，初始透过率会随着增大，即初始透过率可控，同时在保证通过外加电场透过率可调的特性下，透过率随电压变化趋缓可精确缓慢调谐。

Claims (10)

1.一种含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

①量取体积比为1：1的向列相液晶和紫外胶，混合并搅拌均匀，得到液晶与紫外胶的混合物；

②裁取两片表面积大小相同的ITO导电玻璃；

③将第一片ITO导电玻璃置放于平整的操作台上，并使其导电面朝上，然后将液晶与紫外胶的混合物均匀涂抹于第一片ITO导电玻璃的导电面上，再静置8～12s后，向呈粘稠液态的聚合物分散液晶层中掺入与向列相液晶和紫外胶均不相溶的透明液体；

④即刻将第二片ITO导电玻璃以其导电面朝下缓慢盖在呈粘稠液态的聚合物分散液晶层上，并使透明液体将呈粘稠液态的聚合物分散液晶层挤开；

⑤在第二片ITO导电玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层被压平，随即对压平的仍呈粘稠液态的聚合物分散液晶层进行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的透明液体为食用油脂或机油。

3.根据权利要求1或2所述的一种聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的光照固化采用紫外灯照射，照射时间为3～4min；或所述的光照固化采用紫外激光照射，照射时间为2～3min；或所述的光照固化采用日光照射，照射时间为4～6min。

4.根据权利要求3所述的一种聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的透明液体的掺入量根据需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小自行设定，当需制备的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面积大小要求为2×3cm时，所述的透明液体的掺入量为大于0μL且小于或等于2μL。

5.根据权利要求4所述的一种聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的通光孔的孔径大小由所述的透明液体的掺入量决定。

6.根据权利要求5所述的一种聚合物分散液晶薄膜的制备方法，其特征在于所述的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透过率的大小由所述的通光孔的孔径大小决定。

7.一种权利要求1所述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制备方法制得的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，其特征在于包括激光器及依次设置于所述的激光器发出的激光的传播路径上的斩波器、第一透镜、第二透镜、第三透镜和硅光二极管，所述的斩波器连接有斩波器控制器，待测试的聚合物分散液晶薄膜置放于所述的第二透镜与所述的第三透镜之间，所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜的两侧面通过ITO薄膜连接有可调谐交流变压器，所述的硅光二极管的电压输出端连接有锁相放大器，所述的锁相放大器与所述的斩波器控制器相连接；所述的激光器发出的激光经所述的斩波器、所述的第一透镜和所述的第二透镜后被扩束成平行光，平行光垂直入射到所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上，且平行光的中心与所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的中心对准，透过所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜的平行光经所述的第三透镜后被汇聚，所述的硅光二极管接收被所述的第三透镜汇聚的激光，并将光能转换成电能，所述的锁相放大器测量所述的硅光二极管的电压。

8.根据权利要求7所述的一种含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，其特征在于所述的激光器采用He-Ne激光器。

9.根据权利要求7或8所述的一种含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，其特征在于所述的第一透镜的焦距小于所述的第二透镜的焦距，所述的第一透镜的焦距为4.5mm，所述的第二透镜的焦距为45mm。

10.根据权利要求9所述的一种含孔聚合物分散液晶薄膜的性能测试装置，其特征在于所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的孔径小于入射到所述的待测试的聚合物分散液晶薄膜上的平行光的光束直径。

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