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聚合物分散液晶的电场诱导定向聚合实验研究

编辑:chinafpd 2012-05-22 17:50 浏览 评论 2 赞    来源:  平板显示协会

  1,引  言

  在液晶显示器件主流技术中都广泛使用偏光片获得光的透射和遮断,然而偏光片的使用对显示器的亮度和对比度以及视角等都有很大影响,不采用偏光片的液晶显示模式也受到研究者重视。聚合物分散液晶(Polymer dispersed liquid crystal, PDLC)把高亮度,宽视角作为显示特长,作为具有更好功能的下一代显示技术受到关注。现阶段PDLC调光玻璃不是双稳,开发双稳态驱动电压低且廉价的PDLC调光玻璃显然也具有实用意义[1-5]。显然聚合物边界对液晶微滴构型有决定性的影响,制备PDLC技术中,热固化工艺,温度场没有方向性,聚合没有方向性,最后相分离容易形成球腔。球腔的边界条件只能使微滴中液晶分子取向不一致,不利于透光态稳定。非圆球形微滴,如立方形微滴,有可能使液晶分子沿面,垂面和混乱排列都稳定。聚合过程施加电场或者偏振光场,聚合物沿特定方向吸收电振动矢量或光偏振矢量的能量而发生聚合,即电场诱导或光场诱导定向聚合,这是有一定理论和实验依据的。如果是紫外光固化工艺,在水平方向,由横波光场矢量诱导横向聚合;在竖直方向,由电场矢量诱导垂直聚合,光场和电场交替施加,有可能获得液晶微滴新构型。为此目的设计施加电场诱导定向聚合实验。

  2,实  验

  2.1,实验材料

  实验所用的液晶为向列型液晶,正性液晶是PDLC005,由石家庄市鹿泉新型电子材料厂提供;负性液晶由江苏合成化学提供。选用的聚合物单体材料是烷氧基壬苯基丙烯酸酯(20%)、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(70%)、链转移剂2-巯基乙醇(5%)和光引发剂1173(5%)等的混合物。液晶与预聚合物以大约1.5:1的质量百分比进行混合,用汕头超声电子提供的重叠面积为36cm,间隙为6m的已经光刻出ITO电极的液晶空盒,剖开得到保留边框胶痕迹的玻璃。

  2.2,样品制备

  将一片ITO玻璃的导电面向上放置,将混合好的聚合物与液晶的混合物滴于其上,盖上另一片ITO玻璃,静置两分钟使混合物均匀的充满整个间隙。将灌注好混合物的玻璃盒置于紫外光灯下,在玻璃盒两端加上导电夹,然后通过调压器施加交流电压诱导控制相分离,电压为25V或是50V。边加电压边进行紫外光曝光固化,紫外光灯40W,样品与灯距离约20cm,曝光时间约10分钟。

  3,实验结果

  3.1,正性液晶

  正性液晶在25V电场诱导下相分离制备的PDLC样品照片如图1所示,图1(a)加电压,图1(b)无电压,图1(c)放置60天后状态。正性液晶在50V电场诱导下相分离制备的PDLC样品照片如图2所示,图2(a)加电压,图2(b)无电压,图2(c)放置60天后状态。正性PDLC样品在有外加电场紫外光固化的区域,比较透光;没有施加电压区域比较白,散射强。在电压撤掉之后,样品依然保持在施加电压的外观状态。表明聚合物分散液晶在交流电场25V和50V的诱导下,在聚合物发生聚合的过程中,交流电场会使聚合物沿着电场方向聚合生长,正性液晶分子在电压的驱动下,也会垂面排列。去掉电场后,液晶分子仍呈垂面排列状态,电极图案部分仍然保持透光状态。正性液晶样品在放置两个月之后,电极图案部分几乎没有变化,状态能够保持比较长的时间。

  图1  25V电压诱导正性PDLC照片,(a)加电压,(b)无电压,(c)放置60天后

  Fig. 1  Picture of 25V induced PDLC

  (a) electric field applied, (b) electric field unapplied, (c) 60 days after

  对比图1和图2,样品外观上看25V与50V电压诱导聚合的差别不大。聚合物分散正性液晶在电场诱导下的聚合过程中,聚合物沿电场方向生长做定向聚合。聚合完成后,聚合物形同竖直方向的丝链,束缚液晶分子垂面排列,对应透光态稳定。

  图2  50V电压诱导正性PDLC照片,(a)加电压,(b)无电压,(c)放置60天后

  Fig. 2  Picture of 50V induced positive PDLC

  (a) electric field applied, (b) electric field unapplied, (c) 60 days after

  3.2,负性液晶

  负性液晶在25V电场诱导下相分离制备的PDLC样品照片如3所示,图3(a)加电压,图3(b)无电压,图3(c)放置60天后状态。负性液晶在50V电场诱导下相分离制备的PDLC样品照片如图4所示,图4(a)加电压,图4(b)无电压,图4(c)放置60天后状态。

  图3  25V电压诱导负性PDLC照片,(a)加电压,(b)无电压,(c)放置60天后

  Fig. 3  Picture of 50V induced negative PDLC

  (a) electric field applied, (b) electric field unapplied, (c) 60 days after

  图4  50V电压诱导负性PDLC照片,(a)加电压,(b)无电压,(c)放置60天后

  Fig。 4  Picture of 50V induced negative PDLC

  (a) electric field applied, (b) electric field unapplied, (c) 60 days after

  对比图3和图4,样品外观上看25V与50V电压诱导聚合的差别不大。

  在文献[2]中我们做过正性液晶PDLC在水平电场作用下的透光率实验,表明正性液晶水平方向一致排列对应PDLC透光态。聚合物分散负性液晶在电场诱导下的聚合过程中,聚合物有沿电场方向聚合的倾向,但又会受到负性液晶分子沿面排列的影响,液晶分子对聚合物丝链可能有水平方向的冲撞干扰,使得最后聚合物聚合的方向比较杂乱。在撤去外加电场之后,负性液晶分子既要服从水平排列的初始条件,又要服从混乱倾斜的聚合物丝链的边界条件,使得最后大部分液晶分子处于水平混乱排列状态,散射比较强。施加电场时,液晶微滴混合二维等效折射率与聚合物折射率最不匹配,相差最大,所以施加电场时负性液晶样品散射最强。而没有施加过电场的区域,液晶分子在空间三维分布,其三维等效折射率与聚合物折射率相差比二维等效折射率与聚合物折射率差小点,因此散射不如施加过电场的区域散射强。

  4,结  论

  实验研究聚合物分散液晶电场诱导定向聚合相分离问题,正性液晶样品施加电场区域明显比没有施加电场的区域透光;负性液晶样品施加电场的区域明显比没有施加电场的区域更散射。实验结果表明,施加电场对于聚合物有诱导定向聚合影响。在获得紫外偏振光实验条件下可以进一步研究聚合物分散液晶偏振光场诱导定向聚合问题,这种研究对于明确聚合物边界条件对于液晶微滴稳定形态的影响具有重要意义。

  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

  [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

  [3] 王新久,液晶光学和液晶显示[M],北京,科学出版社,2006,297-298

  [4] 曾勃,聚合物分散液晶的制备及电光特性研究,电子科技大学硕士学位论文,2006年1月

  [5] 窦艳丽,聚合物分散液晶膜的制备与研究,吉林大学博士学位论文,2007年4月

  Experiment Research on Electric Field Induced Stereo Regular Polymerization of Polymer Dispersed Liquid Crystal

  Fan Zhixin,Yang Yuying, Liu Yang, Yang Lei, Zheng Yonglei, Gao Pan

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

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

  Abstract: The field induced stereo regular polymerization of polymer dispersed nematic liquid crystal both positive and negative dielectric character are experimental studied, the picture in kind and polarizing microscope photograph of samples are given. The experiment results show that there are obvious distinguish with in different area of electric field applied or not, the electric field have the induced stereo regular polymerization action under the polymer dispersed liquid crystal sample preparation process. The experiment results are useful to understand the influence of polymer border condition to liquid crystal micro drop configuration, and are in a sense of gain a good deal of to design a new type liquid crystal display device.

  Keywords: polymer dispersed liquid crystal; electric field induced; stereo regular polymerization;

  bi-stable; liquid crystal display mode

  作者简介:范志新,(1960-),男,汉族,吉林市人,博士,河北工业大学应用物理系教授,南京晶多新材料科技有限公司经理,从事液晶器件物理专业教学与科研和产品开发,发表论文80余篇。联系电话:022-60435662,15122826801,E-mail: zxfan@hebut.edu.cn,通信地址:天津市北辰区双口镇河北工业大学理学院应用物理系,邮政编码:300401

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