CN105158959B - 一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏及其制备方法，所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏是将液晶物理凝胶涂覆于导电可拉伸膜表面，再在液晶物理凝胶表面覆盖一层导电可拉伸膜制得；所述液晶物理凝胶质量组成为：98.3‑99.9％的液晶基体化合物和0.1‑1.7％的凝胶因子；所述导电可拉伸膜为含导电材料的聚氨酯膜或含导电材料的PDMS膜；本发明的电响应可拉伸液晶光散射显示屏制备工艺简单，有电响应，电阻值低，可拉伸性能良好，抗疲劳性能较好，可反复使用，具有视野宽、亮度高、图像对比度高等特点。

Description

一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏及其制备方法
(一)技术领域
本发明涉及一种液晶光散射显示屏及制备方法，特别涉及一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏及制备方法。
(二)背景技术
液晶物理凝胶是将液晶化合物作为基体分子，利用凝胶因子的自组装特性获得的一类具有多功能的新型软物质，既保留了液晶化合物特有的光、电、磁、热等的刺激-响应特性，又赋予液晶化合物一定的形状。因此，液晶物理凝胶广泛应用于光散射显示、光栅、半导体材料等领域。
通常，应用于可拉伸液晶光散射显示器件的凝胶因子含量较高。如果能通过添加少量的凝胶因子即可实现可拉伸液晶光散射显示器件所需的凝胶强度，就可以获得含低含量凝胶因子的可拉伸液晶光散射显示器件。
同时，传统液晶显示器存在器件结构相对复杂，不可拉伸，亮度和对比度有待进一步提升等问题。这是由于显示器中必须存在相互正交的偏振片以提供暗场，但偏振片的存在又会导致显示器视野范围变窄，亮度变暗。如果能在仅添加微量凝胶因子且不使用偏振片的情况下，利用导电柔性基底制得一种高对比度且可拉伸、有电响应的液晶光散射显示屏，就可以拓展液晶显示器的功能和应用领域。
本发明提供了一种通过添加微量凝胶因子且不使用偏振片，具有较大拉伸比和较高对比度，有电响应的可拉伸液晶光散射显示屏，克服了液晶凝胶中凝胶因子含量高、传统液晶显示器对偏振片的需要及对比度低且不可拉伸等缺点，制备工艺简单，可应用于可拉伸液晶光散射显示领域。
(三)发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明制备得到了一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏。
为了实现以上目标，本发明的技术方案如下：
本发明提供一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏，所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏是将液晶物理凝胶涂覆于导电可拉伸膜表面，再在液晶物理凝胶表面覆盖一层导电可拉伸膜制得；所述导电可拉伸膜为含导电材料的聚氨酯膜或含导电材料的硅橡胶膜；所述导电材料为纳米银线AgNWs(diam.×L30nm×L20-50μm，5mg/mL(glyceroldispersion)，购自济宁利特纳米技术有限责任公司)；所述液晶物理凝胶质量组成为：98.3-99.9％的液晶基体化合物和0.1-1.7％的凝胶因子；所述液晶基体化合物为5CB(4-正戊基-4’-氰基联苯，购自石家庄城志永华显示材料有限公司)或E7液晶(E7由50wt％5CB，27wt％7CB，15wt％8CB，8wt％5CT混合而成，购自石家庄城志永华显示材料有限公司)；所述凝胶因子为下列式(I)～(IX)所示化合物中的一种或两种以上任意比例的组合：
进一步，优选所述凝胶因子为式(I)、(II)和(III)所示的化合物中的一种或三种化合物按质量比1:1:1～1:2:3的混合。
进一步，优选所述凝胶因子为式(IV)所示化合物和式(V)所示化合物中的一种或两者按质量比1:0.2～5混合组成(更优选1：1的混合)。
进一步，优选所述凝胶因子为式(VI)、(VII)和(VIII)所示化合物中的一种或三种化合物按质量比1:1:1～1:2:3的混合。
进一步，优选所述凝胶因子为式(IX)的化合物。
进一步，优选所述液晶物理凝胶由如下质量配比的物质构成：99-99.5％的液晶基体化合物以及0.5-1％凝胶因子。
进一步，所述的导电可拉伸膜按如下方法制备：(1)将5～10mg/mL的纳米银线AgNWs与甲醇、异丙醇以体积比1:1:2～1:4:8混合成AgNWs溶液，将AgNWs溶液平铺于载玻片上，待溶剂完全挥发后，继续取相同体积的AgNWs溶液平铺于同一块载玻片表面，重复10～30次，然后将载玻片于140～200℃加热8～15min，加热完成后，于去离子水中浸泡8～15min，取出载玻片再于140～200℃加热8～15min，筛选电阻值为5～500Ω的载玻片，获得含导电层的载玻片；(2)将聚氨酯的无泡预聚物或硅橡胶的无泡预聚物加入由步骤(1)制备的含导电层的载玻片制成的模具中(所述模具利用双面胶厚度控制模具厚度3～4mm)，膜厚度0.5～1.5mm，转移完成后，在150℃下加热固化10～15min，随后趁热将模具剥离(优选利用刀片将其剥离)，得到导电可拉伸膜；所述聚氨酯的无泡预聚物是将聚氨酯95A和聚氨酯95B以质量比1:1.5混合均匀后，利用真空干燥器脱泡制成无泡预聚物，即在25℃、真空条件下放置10min，获得聚氨酯的无泡预聚物；所述硅橡胶的无泡预聚物是将硅橡胶道康宁SYLGARD 184A和硅橡胶道康宁SYLGARD 184 B以质量比10:1混合均匀后，利用真空干燥器脱泡制成无泡预聚物，即在25℃、真空条件下放置20min，获得硅橡胶的无泡预聚物。
进一步，所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏的制备方法为：在140～260℃温度下，按配方量将液晶基体化合物和凝胶因子充分混匀10～20min，溶解完成后，获得液晶物理凝胶；趁热将液晶物理凝胶置于150～180℃烘箱内，均匀涂覆于导电可拉伸膜表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5～1mm，冷却室温，再将另一层导电可拉伸膜置于凝胶表面，利用无泡预聚物在可拉伸膜周围进行封装，获得所述电响应可拉伸液晶光散射显示屏。
进一步，所述封装是利用聚氨酯的无泡预聚物或硅橡胶的无泡预聚物在导电可拉伸膜周围(即将无泡预聚物涂在两层导电可拉伸膜周围)，在25-100℃下加热固化35min-4h进行封装；所述聚氨酯的无泡预聚物是将聚氨酯95A和聚氨酯95B以质量比1:1.5混合均匀后，在25℃、真空条件下放置10min，获得聚氨酯的无泡预聚物；所述硅橡胶的无泡预聚物是将硅橡胶道康宁SYLGARD 184 A和硅橡胶道康宁SYLGARD 184B以质量比10:1混合均匀后，在25℃、真空条件下放置20min，获得硅橡胶的无泡预聚物。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：本发明提供一种拉伸比可达130～155％的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，且显示屏对比度达到50：1～70:1，抗疲劳性能好，可反复使用数十次，仅含微量凝胶因子的同时无偏振片存在，具有电响应性质，电阻仅在5～500Ω，可应用于可拉伸光散射显示领域。这类有较大拉伸比的可拉伸液晶光散射显示屏，不仅制备工艺简单，而且电阻值低，具有视野范围宽、亮度高、图像对比度高等特点。
(四)附图说明
图1实施例5制备的液晶物理凝胶在导电液晶盒中通电前后成像图，(a)是未通电时的成像示意图；(b)是加120V直流电时的成像示意图。
(五)具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1：聚氨酯电响应可拉伸液晶光散射显示屏
(1)导电层的制备
将5mg/mL的AgNWs(济宁利特纳米技术有限责任公司)1mL与2mL甲醇和4mL异丙醇混合，制成7.8×10-2mg/mL的AgNWs溶液。取0.25mL的AgNWs溶液(7.8×10-2mg/mL)平铺于载玻片，待溶剂完全挥发后，继续取相同体积的AgNWs溶液平铺于同一块载玻片表面，重复10～30次。将平铺好AgNWs的载玻片放于热台150℃加热10min，加热完成后，于去离子水中浸泡10min。浸泡完成后取出载玻片再放于热台上165℃加热8min，获得表面涂覆导电层的载玻片。加热完成后，测其电阻。电阻值在5～70Ω。
(2)导电聚氨酯膜的制备
将95A 1g和95B 1.5g在25℃下充分混匀，利用真空干燥器脱泡制成无泡预聚物，即在25℃、真空条件下放置10min，获得聚氨酯的无泡预聚物，取出后迅速将其引入至一个由步骤(1)制备的表面涂覆导电层的载玻片制成的模具中(导电层朝内，76mm×25mm×3mm)，利用双面胶厚度控制模具厚度3mm，膜厚度1mm。转移完成后，在150℃下固化10～15min，随后趁热利用刀片将其剥离，得到导电聚氨酯膜，并将其裁剪成65mm×24mm×1mm导电聚氨酯膜，测其电阻值10～100Ω。
(3)电响应可拉伸液晶光散射显示屏
在250℃下，向98.4wt％E7液晶中掺入1.6wt％的凝胶因子((VI)：(VII)：(VIII)质量比为1：2：3)，250℃油浴下充分混匀待其互溶，溶解完成后获得液晶物理凝胶，趁热将其置于150℃烘箱内，均匀涂覆于步骤(2)制备的导电聚氨酯膜(65mm×24mm×1mm)表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5mm，待其冷却至室温，再将另一层步骤(2)制备的导电聚氨酯膜盖在液晶物理凝胶层表面，利用步骤(2)得到的聚氨酯无泡预聚物在聚氨酯膜周围进行封装，常温(25℃)固化24h，两侧引出银线，得到一个内含有液晶物理凝胶，隔绝空气、水的导电“三明治”结构的电响应可拉伸液晶光散射显示屏。将其固定于利用6寸台钳制成的拉伸台，测其初始长度为4.5cm，通电后拉伸，拉伸后长度为6.5cm，拉伸比为144％，由不透明状态变为透明状态。
结果表明，本发明制备得到的电响应可拉伸液晶光散射显示屏可拉伸性能良好，图像显示清晰，肉眼可见，对比度高，可达30:1～50:1。
实施例2：硅橡胶电响应可拉伸液晶光散射显示屏
(1)导电PDMS膜
将道康宁SYLGARD 184A(购自深圳市特普斯科技有限公司)10g和道康宁SYLGARD184B(购自深圳市特普斯科技有限公司)1g混合均匀后，利用真空干燥器脱泡制成无泡预聚物，即在25℃、真空条件下放置20min，获得硅橡胶的无泡预聚物。随后倒入至一个由实施例1步骤(1)制得的模具中(导电层朝内，76mm×25mm×3mm)，再在150℃真空干燥箱中高温固化15min，取出后利用刀片将其剥离，得到导电硅橡胶PDMS膜，并将其裁剪成65mm×24mm×1mm导电PDMS膜，测其电阻值10～80Ω。
(2)在150℃下，向98.4wt％5CB液晶中掺入1.6wt％的凝胶因子(式(IX)的化合物)，150℃油浴下充分混匀待其互溶，溶解完成后趁热将其置于150℃烘箱内，均匀涂覆于步骤(1)制备的导电PDMS膜(65mm×24mm×1mm)表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5mm，待其冷却至室温，再将另一层步骤(1)制备的导电PDMS膜盖在液晶物理凝胶层表面，利用步骤(1)得到的PDMS无泡预聚物在硅橡胶膜周围进行封装，100℃固化35min，两侧引出银线，得到一个内含有液晶物理凝胶，隔绝空气、水的导电“三明治”结构的电响应可拉伸液晶光散射显示屏。将其固定于利用6寸台钳制成的拉伸台，测其初始长度为4.3cm，通电后拉伸，拉伸后长度为6.6cm，拉伸比为153％，由不透明状态变为透明状态，反复拉伸30次。
结果表明，本发明制备得到的电响应可拉伸液晶光散射显示器件可拉伸性能良好，能保持拉伸比140～155％的前提下，反复拉伸30次，图像显示清晰，对比度高，可达30:1～50:1，可反复使用。
实施例3：电响应可拉伸液晶光散射显示屏测试
在250℃下，向98.4wt％E7液晶中掺入1.6wt％的凝胶因子((I)：(II)：(III)质量比为1：1：1)，250℃油浴下充分混匀待其互溶，溶解完成后获得液晶物理凝胶，趁热将其置于150℃烘箱内，均匀涂覆于实施例1步骤(2)制备的导电聚氨酯膜(65mm×24mm×1mm)表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5mm，待其冷却至室温，再将另一层实施例2步骤(1)制备的导电PDMS膜(65mm×24mm×1mm)盖在液晶物理凝胶层表面，利用实施例2步骤(1)得到的PDMS无泡预聚物在硅橡胶膜周围进行封装，100℃固化35min，两侧引出银线，并接上小灯泡，得到一个内含有液晶物理凝胶，隔绝空气、水的导电“三明治”结构的电响应可拉伸液晶光散射显示屏。将其固定于利用6寸台钳制成的拉伸台，测其初始长度为4.5cm，通电后拉伸，拉伸后长度为6.5cm，拉伸比为144％，由不透明状态变为透明状态，且在拉伸过程中小灯泡一直保持亮度。
结果表明，本发明制备得到的电响应可拉伸液晶光散射显示屏能保持拉伸比130～150％的前提下，拉伸30～50次，在拉伸过程中显示屏有不透明状态变为透明状态，小灯泡一直保持初始亮度。
实施例4：电响应可拉伸液晶光散射显示屏测试
在150℃下，向98.4wt％E7液晶中掺入1.6wt％的凝胶因子(III)，150℃油浴下充分混匀待其互溶，溶解完成后获得液晶物理凝胶，趁热将其置于150℃烘箱内，均匀涂覆于实施例1步骤(2)制备的导电聚氨酯膜(65mm×24mm×1mm)表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5mm，待其冷却至室温，再将另一层实施例2步骤(1)制备的导电PDMS膜(65mm×24mm×1mm)盖在液晶物理凝胶层表面，利用实施例2步骤(1)得到的PDMS无泡预聚物在硅橡胶膜周围进行封装，100℃固化35min，两侧引出银线，并接上开关和响铃，得到一个内含有液晶物理凝胶，隔绝空气、水的导电“三明治”结构的电响应可拉伸液晶光散射显示屏。将其固定于利用6寸台钳制成的拉伸台，测其初始长度为4.5cm，通电后拉伸，拉伸后长度为6.5cm，拉伸比为144％，由不透明状态变为透明状态，且在反复拉伸30次过程中响铃能一直保持声音，开关断掉之后，显示屏又从透明状态变为不透明状态，响铃不响。
结果表明，本发明制备得到的电响应可拉伸液晶光散射显示屏能保持拉伸比130～150％的前提下，拉伸30次，在拉伸过程中显示屏有不透明状态变为透明状态，响铃能一直保持音量，断电后，显示屏又恢复至初始不透明状态。
实施例5：液晶物理凝胶在导电液晶盒中的测试
在150℃下，向98.4wt％5CB液晶中掺入1.6wt％的凝胶因子(式(IX)的化合物)，150℃油浴下充分混匀待其互溶。利用2片ITO导电玻璃(2cm×2cm)制成导电液晶盒(2.5cm×2cm×3mm)，利用双面胶厚度控制液晶层厚度为1mm。将液晶物理凝胶灌入液晶盒后冷却，得到不透明的液晶盒，看不见“浙江工业大学”校标。将导电液晶盒通120V直流电压后，得到透明的液晶盒，能看见“浙江工业大学”校标。结果见图1所示。
结果表明，本发明制备得到的电响应可拉伸液晶光散射显示屏中用到的液晶物理凝胶在120V直流电作用下，能从不透明状态变为透明状态。
实施例6：
在250℃下，向E7液晶中掺入不同质量比的凝胶因子(各组分质量分数见表1)，250℃油浴下充分混匀待其互溶，溶解完成后获得液晶物理凝胶，趁热将其置于150℃烘箱内，均匀涂覆于实施例1步骤(2)制备的导电聚氨酯膜(65mm×24mm×1mm)表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5mm，待其冷却至室温，再将另一层实施例1步骤(2)制备的导电聚氨酯膜盖在液晶物理凝胶层表面，利用实施例1步骤(2)得到的聚氨酯无泡预聚物在聚氨酯膜周围进行封装，常温(25℃)固化24h，两侧引出银线，得到一个内含有液晶物理凝胶，隔绝空气、水的导电“三明治”结构的电响应可拉伸液晶光散射显示屏。将其固定于利用6寸台钳制成的拉伸台，测其初始长度，通电后拉伸，拉伸后长度，拉伸比，透明状态(见表2)。
表1由不同凝胶因子(IV)、(V)质量分数构成的液晶物理凝胶
表2不同凝胶因子(IV)、(V)质量分数下显示屏拉伸比、透明状态
序号 初始长度/cm 拉伸后长度/cm 拉伸比/％ 透明状态(通电后)
1 3.2 4.7 147 由透明变为不透明
2 3.4 4.8 141 由透明变为不透明
3 3.5 4.9 140 由透明变为不透明
4 3.5 4.8 137 由透明变为不透明
5 3.4 5.1 150 由透明变为不透明
6 3.5 4.9 140 由透明变为不透明
7 3.4 4.9 144 由透明变为不透明
8 3.4 5.1 150 由透明变为不透明
9 3.5 5.0 143 由透明变为不透明
10 3.3 5.0 152 由透明变为不透明
11 3.5 4.8 137 由透明变为不透明
12 3.5 4.7 134 由透明变为不透明
13 3.4 4.9 144 由透明变为不透明
14 3.6 5.0 139 由透明变为不透明
15 3.4 5.1 150 由透明变为不透明
16 3.3 5.0 152 由透明变为不透明
17 3.5 4.9 140 由透明变为不透明
18 3.4 4.7 138 由透明变为不透明
19 3.5 4.8 137 由透明变为不透明
20 3.6 4.7 131 由透明变为不透明
21 3.4 5.0 147 由透明变为不透明
22 3.3 4.9 148 由透明变为不透明
23 3.5 5.0 143 由透明变为不透明
24 3.6 5.0 139 由透明变为不透明
25 3.3 4.9 148 由透明变为不透明
26 3.4 4.8 141 由透明变为不透明
27 3.5 4.7 134 由透明变为不透明
28 3.5 5.0 143 由透明变为不透明
29 3.4 4.9 144 由透明变为不透明
30 3.6 4.9 136 由透明变为不透明
结果表明，凝胶因子(IV)、(V)质量分数在一定范围内对液晶光散射显示屏的可拉伸比，透明状态等没有特别大的影响，可拉伸比基本一致，保持在140±10％，通电后均由透明状态变为不透明状态，均能实现电响应光散射显示屏的要求。
以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变化。本领域的普通技术人员从本发明公开的内容直接导出的变化，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏是将液晶物理凝胶涂覆于导电可拉伸膜表面，再在液晶物理凝胶表面覆盖一层导电可拉伸膜制得；所述导电可拉伸膜为含导电材料的聚氨酯膜或含导电材料的硅橡胶膜；所述导电材料为纳米银线AgNWs；所述液晶物理凝胶质量组成为：98.3-99.9％的液晶基体化合物和0.1-1.7％的凝胶因子；所述液晶基体化合物为5CB或E7液晶；所述凝胶因子为下列式(I)～(IX)所示化合物中的一种或两种以上任意比例的组合：
2.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述凝胶因子为式(I)、(II)和(III)所示的化合物中的一种或三种化合物按质量比1:1～2:1～3的混合。
3.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述凝胶因子为式(IV)所示化合物和式(V)所示化合物中的一种或两者按质量比1:0.2～5的混合。
4.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述凝胶因子为式(VI)、(VII)和(VIII)所示化合物中的一种或三种化合物按质量比1:1～2:1～3的混合。
5.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述凝胶因子为式(IX)的化合物。
6.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述液晶物理凝胶由如下质量配比的物质构成：99-99.5％的液晶基体化合物以及0.5-1％凝胶因子。
7.如权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏，其特征在于所述的导电可拉伸膜按如下方法制备：(1)将5～10mg/mL的纳米银线AgNWs与甲醇、异丙醇以体积比1:1～4:2～8混合成AgNWs溶液，将AgNWs溶液平铺于载玻片上，待溶剂完全挥发后，继续取相同体积的AgNWs溶液平铺于同一块载玻片表面，重复10～30次，然后将载玻片于140～200℃加热8～15min，加热完成后，于去离子水中浸泡8～15min，取出载玻片再于140～200℃加热8～15min，筛选电阻值为5～500Ω的载玻片，获得含导电层的载玻片；(2)将聚氨酯的无泡预聚物或硅橡胶的无泡预聚物加入由步骤(1)制备的含导电层的载玻片制备的模具中，控制膜厚度0.5～1.5mm，转移完成后，在150℃下加热固化10～15min，随后趁热将模具剥离，得到导电可拉伸膜；所述聚氨酯的无泡预聚物是将聚氨酯Clear95A和聚氨酯Clear95B以质量比1:1.5混合均匀后，在25℃、真空条件下放置10min，获得聚氨酯的无泡预聚物；所述硅橡胶的无泡预聚物是将硅橡胶道康宁SYLGARD 184 A和硅橡胶道康宁SYLGARD 184B以质量比10:1混合均匀后，在25℃、真空条件下放置20min，获得硅橡胶的无泡预聚物。
8.一种权利要求1所述的电响应可拉伸液晶光散射显示屏的制备方法，其特征在于所述方法为：在140～260℃温度下，按配方量将液晶基体化合物和凝胶因子充分混匀10～20min，溶解完成后，获得液晶物理凝胶；趁热将液晶物理凝胶置于150～180℃烘箱内，均匀涂覆于导电可拉伸膜表面，液晶物理凝胶层厚度控制在0.5～1mm，冷却室温，再将另一层导电可拉伸膜置于凝胶表面，封装，获得所述电响应可拉伸液晶光散射显示屏。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述封装是利用聚氨酯的无泡预聚物或硅橡胶的无泡预聚物在导电可拉伸膜周围，在25-100℃下加热固化35min-24h进行封装；所述聚氨酯的无泡预聚物是将聚氨酯Clear95A和聚氨酯Clear95B以质量比1:1.5混合均匀后，在25℃、真空条件下放置10min，获得聚氨酯的无泡预聚物；所述硅橡胶的无泡预聚物是将硅橡胶道康宁SYLGARD 184 A和硅橡胶道康宁SYLGARD 184 B以质量比10:1混合均匀后，在25℃、真空条件下放置20min，获得硅橡胶的无泡预聚物。
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