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聚合物分散液晶的電場誘導定向聚合實驗研究

編輯:chinafpd 2012-05-22 17:50 瀏覽 評論 評論 2 贊    來源:  平板顯示協會

  1,引  言

  在液晶顯示器件主流技術中都廣泛使用偏光片獲得光的透射和遮斷,然而偏光片的使用對顯示器的亮度和對比度以及視角等都有很大影響,不采用偏光片的液晶顯示模式也受到研究者重視。聚合物分散液晶(Polymer dispersed liquid crystal, PDLC)把高亮度,寬視角作為顯示特長,作為具有更好功能的下一代顯示技術受到關注,F階段PDLC調光玻璃不是雙穩,開發雙穩態驅動電壓低且廉價的PDLC調光玻璃顯然也具有實用意義[1-5]。顯然聚合物邊界對液晶微滴構型有決定性的影響,制備PDLC技術中,熱固化工藝,溫度場沒有方向性,聚合沒有方向性,最后相分離容易形成球腔。球腔的邊界條件只能使微滴中液晶分子取向不一致,不利于透光態穩定。非圓球形微滴,如立方形微滴,有可能使液晶分子沿面,垂面和混亂排列都穩定。聚合過程施加電場或者偏振光場,聚合物沿特定方向吸收電振動矢量或光偏振矢量的能量而發生聚合,即電場誘導或光場誘導定向聚合,這是有一定理論和實驗依據的。如果是紫外光固化工藝,在水平方向,由橫波光場矢量誘導橫向聚合;在豎直方向,由電場矢量誘導垂直聚合,光場和電場交替施加,有可能獲得液晶微滴新構型。為此目的設計施加電場誘導定向聚合實驗。

  2,實  驗

  2.1,實驗材料

  實驗所用的液晶為向列型液晶,正性液晶是PDLC005,由石家莊市鹿泉新型電子材料廠提供;負性液晶由江蘇合成化學提供。選用的聚合物單體材料是烷氧基壬苯基丙烯酸酯(20%)、三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(70%)、鏈轉移劑2-巰基乙醇(5%)和光引發劑1173(5%)等的混合物。液晶與預聚合物以大約1.5:1的質量百分比進行混合,用汕頭超聲電子提供的重疊面積為36cm,間隙為6m的已經光刻出ITO電極的液晶空盒,剖開得到保留邊框膠痕跡的玻璃。

  2.2,樣品制備

  將一片ITO玻璃的導電面向上放置,將混合好的聚合物與液晶的混合物滴于其上,蓋上另一片ITO玻璃,靜置兩分鐘使混合物均勻的充滿整個間隙。將灌注好混合物的玻璃盒置于紫外光燈下,在玻璃盒兩端加上導電夾,然后通過調壓器施加交流電壓誘導控制相分離,電壓為25V或是50V。邊加電壓邊進行紫外光曝光固化,紫外光燈40W,樣品與燈距離約20cm,曝光時間約10分鐘。

  3,實驗結果

  3.1,正性液晶

  正性液晶在25V電場誘導下相分離制備的PDLC樣品照片如圖1所示,圖1(a)加電壓,圖1(b)無電壓,圖1(c)放置60天后狀態。正性液晶在50V電場誘導下相分離制備的PDLC樣品照片如圖2所示,圖2(a)加電壓,圖2(b)無電壓,圖2(c)放置60天后狀態。正性PDLC樣品在有外加電場紫外光固化的區域,比較透光;沒有施加電壓區域比較白,散射強。在電壓撤掉之后,樣品依然保持在施加電壓的外觀狀態。表明聚合物分散液晶在交流電場25V和50V的誘導下,在聚合物發生聚合的過程中,交流電場會使聚合物沿著電場方向聚合生長,正性液晶分子在電壓的驅動下,也會垂面排列。去掉電場后,液晶分子仍呈垂面排列狀態,電極圖案部分仍然保持透光狀態。正性液晶樣品在放置兩個月之后,電極圖案部分幾乎沒有變化,狀態能夠保持比較長的時間。

  圖1  25V電壓誘導正性PDLC照片,(a)加電壓,(b)無電壓,(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

  對比圖1和圖2,樣品外觀上看25V與50V電壓誘導聚合的差別不大。聚合物分散正性液晶在電場誘導下的聚合過程中,聚合物沿電場方向生長做定向聚合。聚合完成后,聚合物形同豎直方向的絲鏈,束縛液晶分子垂面排列,對應透光態穩定。

  圖2  50V電壓誘導正性PDLC照片,(a)加電壓,(b)無電壓,(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,負性液晶

  負性液晶在25V電場誘導下相分離制備的PDLC樣品照片如3所示,圖3(a)加電壓,圖3(b)無電壓,圖3(c)放置60天后狀態。負性液晶在50V電場誘導下相分離制備的PDLC樣品照片如圖4所示,圖4(a)加電壓,圖4(b)無電壓,圖4(c)放置60天后狀態。

  圖3  25V電壓誘導負性PDLC照片,(a)加電壓,(b)無電壓,(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

  圖4  50V電壓誘導負性PDLC照片,(a)加電壓,(b)無電壓,(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

  對比圖3和圖4,樣品外觀上看25V與50V電壓誘導聚合的差別不大。

  在文獻[2]中我們做過正性液晶PDLC在水平電場作用下的透光率實驗,表明正性液晶水平方向一致排列對應PDLC透光態。聚合物分散負性液晶在電場誘導下的聚合過程中,聚合物有沿電場方向聚合的傾向,但又會受到負性液晶分子沿面排列的影響,液晶分子對聚合物絲鏈可能有水平方向的沖撞干擾,使得最后聚合物聚合的方向比較雜亂。在撤去外加電場之后,負性液晶分子既要服從水平排列的初始條件,又要服從混亂傾斜的聚合物絲鏈的邊界條件,使得最后大部分液晶分子處于水平混亂排列狀態,散射比較強。施加電場時,液晶微滴混合二維等效折射率與聚合物折射率最不匹配,相差最大,所以施加電場時負性液晶樣品散射最強。而沒有施加過電場的區域,液晶分子在空間三維分布,其三維等效折射率與聚合物折射率相差比二維等效折射率與聚合物折射率差小點,因此散射不如施加過電場的區域散射強。

  4,結  論

  實驗研究聚合物分散液晶電場誘導定向聚合相分離問題,正性液晶樣品施加電場區域明顯比沒有施加電場的區域透光;負性液晶樣品施加電場的區域明顯比沒有施加電場的區域更散射。實驗結果表明,施加電場對于聚合物有誘導定向聚合影響。在獲得紫外偏振光實驗條件下可以進一步研究聚合物分散液晶偏振光場誘導定向聚合問題,這種研究對于明確聚合物邊界條件對于液晶微滴穩定形態的影響具有重要意義。

  參考文獻

  [1] 李永謙,武永鑫,范志新,PDLC膜的光學特性[J],現代顯示,2009.1,48-50

  [2] 靳玉亮,紀影,范志新,PDLC 膜的電光特性實驗[J],現代顯示,2009.3,51-53

  [3] 王新久,液晶光學和液晶顯示[M],北京,科學出版社,2006,297-298

  [4] 曾勃,聚合物分散液晶的制備及電光特性研究,電子科技大學碩士學位論文,2006年1月

  [5] 竇艷麗,聚合物分散液晶膜的制備與研究,吉林大學博士學位論文,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

  作者簡介:范志新,(1960-),男,漢族,吉林市人,博士,河北工業大學應用物理系教授,南京晶多新材料科技有限公司經理,從事液晶器件物理專業教學與科研和產品開發,發表論文80余篇。聯系電話:022-60435662,15122826801,E-mail: [email protected],通信地址:天津市北辰區雙口鎮河北工業大學理學院應用物理系,郵政編碼:300401

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