CN103033970A - 一种散射偏光玻璃及其制造方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚合物分散液晶剪切效应定向聚合散射偏光玻璃，它包括两片透明玻璃夹一层聚合物分散液晶层构成，聚合物分散液晶层是由可聚合单体、链转移剂和光引发剂组成的紫外光固化预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料塑料微球制成，预聚物与向列相液晶的质量比为1～3∶1，制造方法是紫外光曝光初步聚合之后，采用特制专用的剪切装置对上下两张玻璃施加剪切应力，并持续数小时充分聚合后使形变固化保留下来，液晶分子大致沿面排列，制品具有半透明的外观。本发明制备出的聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃具有散射偏光器件功能，一半光透射，一半光散射，也可以作为半透明投影屏幕使用，成像效果清晰。

Description

一种散射偏光玻璃及其制造方法和应用

技术领域

本发明的技术方案涉及基于聚合物分散液晶剪切效应的散射偏光玻璃及其制造方法和应用。

背景技术

聚合物分散液晶(简称PDLC)膜是20世纪80年代发明的高科技产品，在调光玻璃，大屏幕显示，全息光栅等许多领域具有应用价值，现在也还是液晶器件研究者关注的课题。但聚合物分散液晶的应用还未得到广泛的研发，本专利发明者在前期已经获得授权发明专利“聚合物分散液晶压光效应膜制造和应用”(专利号：ZL200810154177.1)和“聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及其制造和应用”(专利号：ZL200910070975.0)，已经公开发明专利“一种应变液晶透明投影屏幕及其制备方法和应用”和“反式结构剪切效应调光玻璃”及“反式结构压光效应调光玻璃”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种散射偏光玻璃制造方法和应用，即聚合物分散液晶剪切效应定向聚合制造散射偏光玻璃方法。制品是由两张透明平板浮法玻璃，夹一层聚合物分散液晶膜构成，制品经过施加剪切应力聚合物被沿面定向聚合，聚合物所分散包裹的液晶分子有沿剪切方向大致取向，制品为半透明开态，具有使入射的沿剪切方向偏振的光散射，沿垂直剪切方向偏振的光透射的散射偏光器件功能，当这种散射偏光玻璃成对使用时，透光轴平行光透射，透光轴正交光散射，该散射偏光玻璃也能当作半透明投影屏幕应用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃——一种夹胶玻璃制品，由两张透明平板浮法玻璃，夹一层聚合物分散液晶膜构成。所述聚合物分散液晶膜主要是由预聚物∶向列相液晶材料＝1～3∶1的比例混合组成，所述预聚物是由10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，2～10％链转移剂二丙酮醇和3～10％的光引发剂1173组成，所述比例质量百分比，折射率约为n_p＝1.5，所述向列相液晶材料的寻常光折射率约为n_o＝1.5，非常光折射率约为n_e＝1.7，双折射率差约为0.2。

上述散射偏光玻璃，其中所述聚合物分散液晶膜的组成中还加有直径是10～20μm的衬垫料塑料微球，其用量在制品中大致为20粒/cm²。其中所述玻璃为制镜业用原材料浮法平板玻璃，其厚度为3～6mm。其中所述聚合物分散液晶膜的厚度为10～20μm。

本发明散射偏光玻璃制造方法采用紫外光固化相分离技术，核心技术是初步聚合后即施加剪切应力，充分聚合后液晶微滴的形变被固化保留下来的制造方法。剪切效应定向聚合制造散射偏光玻璃方法，步骤是：

第一步，配制预聚物

用10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，2～10％链转移剂二丙酮醇和3～10％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以1～3∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把玻璃切割成需要的尺寸，在自来水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用清洁干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶黏剂(如502瞬干胶黏剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，把两张玻璃放平，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光初步聚合

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃预留出约2mm相对位错，在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物初步发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量1000W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应但没有充分固化，向列相液晶从聚合物中析出，形成尺寸约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射态。

第八步，施加剪切应力

将前述散射态的制品迅速移到特制专用剪切装置中，该装置用角铁制作，形成框架结构，沿一方向利用螺丝推动顶板对上下两片玻璃预留位错方向施加剪切应力，使之发生数微米位移，此时制品外观半透明，并持续数小时，聚合物发生充分固化把形变保留下来，从剪切装置上取下来，制品仍然保持在半透明态。

上述散射偏光玻璃制备方法中所用到的原材料均为市场上已知商品，所涉及搅拌器、喷雾器、紫外光灯和玻璃切割工具均为公知的工具设备。所涉及的紫外光灯曝光台和施加剪切应力装置为特殊设计安装，所涉及的液晶胶为特殊配方。

本发明所依据的理论和实验基础参考文献都是本发明人发表的论文：《光学技术》2012年第4期“应变液晶散射偏光片的试制”，《光学技术》2011年第1期“剪切聚合物分散液晶散射偏光特性”，《玻璃》2011年第12期“应变液晶调光玻璃的试制”及《现代显示》2012年第4期“偏光片知识讲座——第三讲偏光元件原理”等。

本发明散射偏光玻璃的原理：所述聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃在常态下呈半透明状态，液晶微滴可设想简化为沿面方向的长椭球体，液晶微滴中液晶分子沿椭球长轴方向大致取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，如选择聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o相等，光线正入射通过聚合物分散液晶薄层时，偏振方向沿剪切方向的光散射，偏振方向垂直剪切方向的光透射，即垂直剪切方向为透光轴方向。这是由于液晶微滴中液晶分子大致沿剪切方向取向，而入射自然光线总可以分解成沿剪切方向和垂直剪切方向的两个分量，即平行液晶分子和垂直液晶分子两个分量，液晶是双折射材料，则平行液晶分子的折射率n_e与聚合物折射率n_p不相等造成光散射，而垂直液晶分子的折射率n_o与聚合物折射率n_p相等造成光透射，即具备了散射偏光器件的奇特性质。

本发明的聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃的特性，通过调节聚合物与液晶的比例，能达到透光率50～70％，雾度50％以下，偏振度70～90％。散射偏光玻璃可以实现这样一种功能：两张散射偏光玻璃成对使用时，剪切方向平行光透射，剪切方向垂直时光散射呈白色毛玻璃外观；一张散射偏光玻璃与一张吸收偏光片搭配使用时，也有稍暗半透明和散射呈灰色毛玻璃外观变化功能；一张散射偏光玻璃单独使用时，可以作为半透明投影屏幕使用，投影成像比较清晰。散射偏光玻璃的应用是适用于制作科普展品、贵重商品柜台、旅游景点设施及半透明投影屏幕等。

本发明聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃与现有大量应用的吸收型偏光片相比，具有新特点：

典型吸收型碘系偏光片是黑灰色制品，一半光透射，一半光吸收，成对使用时，透光轴平行光透射，透光轴正交光吸收成黑色外观；而散射型偏光玻璃是淡白色半透明玻璃制品，一半光透射，一半光散射，成对使用时，透光轴平行光透射，透光轴正交光散射成白色毛玻璃外观。

本发明聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃与现有电控调光玻璃透明投影屏幕、其他光学微透镜原理产品、光学功能膜结构产品和发明人之前已经公开的“一种应变液晶透明投影屏幕及其制备方法和应用”相比，具有新特征：

现有电控调光玻璃的制作技术要求高，液晶等原材料要求电子级纯，生产车间环境要求千级净化，生产设备覆膜机等要求高精密度。首先在洁净车间制作出透明导电胶片夹聚合物分散液晶薄层的胶片制品，然后再将胶片制品夹到两片玻璃之间。电控调光玻璃在做透明投影屏幕使用过程需要消耗电力，不符合节能环保理念。电控调光玻璃原材料成本在千元每平米以上，工程完毕造价5千元每平米左右。其他光学功能薄膜透明投影屏幕采用结构复杂的微透镜技术，成本可能较高，产品价格昂贵，这方面专利技术有很多。市场上也常见有简单的透明投影屏幕贴膜产品，价格便宜，原理类似TFT-LCD液晶显示器用改善视角特性的双折射位相差补偿膜，性能并非令人满意，通常都会是透光率较高时则成像较差，成像较清晰时透光率又会大打折扣。另有所谓的高端产品全息透明投影屏幕和自发光透明投影屏幕等，原理不详，效果很好，但肯定价格昂贵，并且是用功率超强大的投影机做投影光源。

本发明非电控的聚合物分散液晶剪切效应散射偏光玻璃制品投资小，工艺简单，产品成本低，不需要电子级纯原材料，不需要超净化厂房，原材料成本在100元每平米以下，具有实用性，新颖性，绝对具有价格优势和节能优势。剪切效应诱导定向聚合制造聚合物分散液晶散射偏光玻璃方法与已经公开的“一种应变液晶透明投影屏幕及其制备方法和应用”相比，透光和成像基本原理是相似的，差别是制造方法不同，预聚物材料选择也可以不同，不受应变液晶柔性胶粘剂限制，凡是适合紫外光曝光相分离固化工艺的，无论是聚氨酯丙烯酸酯系列还是环氧树脂系列的都适用。但不同之处是制品中液晶分子取向不同，已经公开的专利的制造方法是用到光诱导倾向垂面聚合，再施加拉伸应力试图使液晶分子倾向于垂面排列，但实验表明受吸盘工作原理所限制品拉伸应力分布控制难度大，制品均匀性比较差，而新发明本专利的制造方法采用剪切效应定向聚合，液晶分子倾向沿面大致取向一致排列，施加剪切应力装置简单，制品的均匀性得到很大改善。再者，液晶分子垂面取向的制品虽然透光率比液晶分子沿面排列的制品的透光率高，原理上散射偏光玻璃是一半光透射，一半光散射，但如果在不要求偏振度高的情况下可以通过调节聚合物与液晶比例提高制品的透光率。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释。

图1本发明剪切效应诱导定向聚合制造聚合物分散液晶散射偏光玻璃施加剪切应力装置示意图。图中，101固定角铁边框，102待制品夹胶玻璃，103顶丝，104金属活动顶板，105焊接在边框上的螺母，106塑料垫板。

图2本发明剪切效应诱导定向聚合制造聚合物分散液晶散射偏光玻璃结构示意图。图中，201平板玻璃，202定向聚合聚合物纤维丝链，203液晶微滴，204衬垫料微球。

具体实施方式

第一步，配制预聚物

用25％的环氧树脂DCL3000，65％聚脂丙烯酸酯MR100，3％链转移剂二丙酮醇和7％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以2∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把大片3mm厚平板浮法玻璃切割成需要的尺寸，在自来水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用清洁干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入502瞬干胶黏剂兑乙酸丁酯试剂，溶剂中加入衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，把两张玻璃放平，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光初步聚合

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃预留出约2mm相对位错，在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物初步发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量1000W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应但没有充分固化，向列相液晶从聚合物中析出，形成尺寸约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射态。

第八步，施加剪切应力

将前述散射态的制品迅速移到特制专用剪切装置中，该装置用角铁制作，形成框架结构，沿一方向利用螺丝推动顶板对上下两片玻璃预留位错方向施加剪切应力，使之发生数微米位移，此时制品外观半透明，并持续数小时，聚合物发生充分固化把形变保留下来，从剪切装置上取下来，制品仍然保持在半透明态。

上述实施例中所用环氧树脂是北京奥泰利新技术有限公司产品，所用的聚脂丙烯酸酯是上海金贸泰化工有限公司产品，所用的链转移剂是上海试剂研究所产品，所用的光引发剂是天津天骄化工产品光引发剂1173，预聚合物折射率是1.517，所用液晶材料是大双折射率各向异性的向列相液晶产品，液晶寻常光折射率为n_o＝1.517，液晶非常光折射率为n_e＝1.717以上，是河北鹿泉新型电子材料厂产品，所用塑料微球是深圳纳微科技公司产品，紫外光灯是天津市广泽特种光源有限公司产品，均通过商购获得。

Claims (5)

1.一种散射偏光玻璃，其特征在于它由两张透明玻璃夹一层聚合物分散液晶薄膜构成，聚合物分散液晶薄膜是以可聚合单体、链转移剂和光引发剂组成的紫外光固化预聚物及向列相液晶材料为原料，按照预聚物与向列相液晶的质量比为1～3∶1的比例制成，具体制备步骤为：将预聚物、向列相液晶材料混合后灌注到两张透明玻璃之间，进行紫外光曝光，使预聚物初步发生聚合，液晶形成微滴分散在聚合物中，随即对上下两片玻璃施加剪切应力，使液晶微滴发生形变形成沿剪切方向取向的长椭球形状，之后聚合物的充分聚合反应使形变被固化保留下来，制品具有半透明散射偏光特性。

2.根据权利要求1所述的散射偏光玻璃，其特征在于所述的预聚物原料的质量组成：所述预聚物是由10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，2～10％链转移剂二丙酮醇和3～10％的光引发剂1173组成，折射率约为n_p＝1.5，所述百分比均为质量百分比。所述向列相液晶材料的双折射率约为n_o＝1.5，n_e＝1.7，双折射率差约为0.2，其中所述聚合物分散液晶薄膜的组成中还加有直径是10～20μm的塑料微球，其用量在制品中约20粒/cm²。

3.根据权利要求1所述的散射偏光玻璃，其特征在于所述的透明玻璃是制镜业用浮法平板玻璃。

4.权利要求1所述的散射偏光玻璃的制造方法，其特征在于包括的步骤：

第一步，配制预聚物

用10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，5～10％链转移剂二丙酮醇和2～10％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌十分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶

将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以1～3∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌十分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且黏度较小。

第三步，清洁玻璃基板

把玻璃切割成需要的尺寸，在自来水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用清水冲洗干净，再用清洁干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料

在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶黏剂(如502瞬干胶黏剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃

在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，立到专用槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进刀片，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶

将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，抽出刀片，合拢玻璃，取下铁夹子，把两张玻璃放平，使液晶胶均匀充满玻璃空隙，并用洁净布擦净多余液晶胶。

第七步，紫外曝光初步聚合

将前述灌注了液晶胶的两片玻璃预留出约2mm相对位错，在紫外光灯下曝光，使预聚物与向列相液晶的混合物初步发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量1000W/m²)，曝光时间大约1分钟，预聚物发生聚合反应但没有充分固化，向列相液晶从聚合物中析出，形成尺寸约1μm的液晶微滴，此时制品外观为散射态。

第八步，施加剪切应力

将前述散射态的制品迅速移到特制专用剪切装置中，该装置用角铁制作，形成框架结构，沿一方向利用螺丝推动顶板对上下两片玻璃在预留位错边施加剪切应力，使之发生数微米位移，此时制品外观半透明，并持续数小时，聚合物发生充分固化把形变保留下来，从剪切装置上取下来，制品仍然保持在半透明态。

5.权利要求1所述的散射偏光玻璃具备的特性和作用，两张散射偏光玻璃成对使用时，剪切方向平行光透射，剪切方向垂直时光散射呈白色毛玻璃外观，一张散射偏光玻璃与一张吸收偏光片搭配使用时，也有透射和散射呈灰色毛玻璃外观变化功能，一张散射偏光玻璃单独使用时，可以作为半透明投影屏幕使用，投影成像比较清晰，散射偏光玻璃的应用是适用于制作科普展品、贵重商品柜台、旅游景点设施及半透明投影屏幕等。

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