PDLC制备过程中聚合物和液晶的选择

摘要

本文主要介绍了使用聚合引发相分离(包括热固化,紫外光固化和电子束固化)制作聚合物分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)的工艺和原材料,对不同聚合物与液晶的匹配进行了简单分析,并整体评价了这些方法,指出了在实际应用过程中容易遇到的各种问题. 聚合物分散型液晶(PDLC)是将低分子液晶与预聚物相混合,在一定条件下经聚合反应,形成微米级的液晶微滴均匀的分散在高分子网络中,再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料,它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度.相对于传统显示器件来说,聚合物分散型液晶显示器具有很多优点,例如不需偏振片和取向层,制备工艺简单,易于制成大面积柔性显示器等等,目前已在光学调制器,热敏及压敏器件,电控玻璃,光阀,投影显示,电子书等方面获得广泛应用. PDLC的制备方法大体可分为相分离法和微胶囊封装法,现在应用较多的是相分离法.相分离法主要包括聚合引发相分离(PIPS)、热引发相分离(TIPS)和溶剂引发相分离(SIPS).其中聚合相分离方法由于具有工艺简单易控制,固化速度快,毒性小等优点而受到重视,在工业生产中得到广泛应用.按照固化条件的不同,聚合相分离方法又分为热固化,紫外光(UV)固化和电子束(EB)固化三种.美国的RCA公司和日本的九州大学最早对热固化PDLC进行了研究,美国的Bell实验室和Kent State University对紫外光固化PDLC进行了深入研究,美国的General Motors Research Laboratories和英国的BDH Ltd曾将电子束固化PDLC实现工业化生产.最近几年来,韩国和中国有不少公司实现了紫外光固化PDLC的量产,产品主要应用于电控玻璃等领域.在PDLC显示中,为了获得足够大的散射效果,一般要求混合液晶的△n大于0.2,但是△n过大,对视角的改善不利.为了获得足够好的透过态,要求聚合物材料固化后的折射率np与混合液晶的寻常折射率no相匹配.实际上,在聚合物固化后,混合液晶并不能完全析出,而是与聚合物存在一定的混溶;此外,混合液晶的各个单体组份在聚合物中的溶解度也不一致,这样,很难预料固化后聚合物和液晶微滴的折射率变化情况.一般来说,将混合液晶与预聚物混合时,应该选择那些在聚合物中有一定的溶解度,但是溶解度不是很大的液晶单体,并使聚合物与混合液晶的比例尽量接近最大的溶解度,以保证固化前混合液晶能够很好的溶解在聚合物中,固化后又能最大限度的从聚合物中析出.为了获得整体性能优异的PDLC,对聚合物和混合液晶的组分以及成膜固化条件进行细致考察是必要的. 在工业生产中,把聚合物和混合液晶的混合物涂附在基材之后,在完全固化之前,涂膜不能有收缩,以免影响PDLC成品的均匀性,这就需要选择表面张力小的聚合物和液晶.我们尝试开发了聚合引发相分离的PDLC体系,在聚合物的性能改进,混合液晶的选择以及整体性能的改进方面取得了一些经验.