專利名稱：一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法及性能測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液晶薄膜的制備技術(shù)與性能測試技術(shù)，尤其是涉及一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法及性能測試裝置。
背景技術(shù)：
聚合物分散液晶(PDLC,Polymer Dispersed Liquid Crystal)是一種新穎的液晶功能材料，其是通過將液晶微滴分散在固態(tài)高分子聚合物基質(zhì)中，并用電場控制液晶微滴的指向，從而達(dá)到光開關(guān)的效果。由于聚合物分散液晶制備簡便、響應(yīng)時間短、無需偏振器件，并且物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，因此近年來一直受到人們的關(guān)注，并被應(yīng)用于大面積顯示、可調(diào)全息光柵、光衰減器等多種光電器件的制作與研究。目前，制備聚合物分散液晶的方法主要有熱致誘導(dǎo)相分離法(TIPS)、溶致誘導(dǎo)相分離法(SIPS)、聚合誘導(dǎo)相分離法(PIPS)等多種。其中，聚合誘導(dǎo)相分離法即利用紫外聚合固化法制備聚合物分散液晶的方法是研究 較多的一種，其原理是首先將紫外膠等對紫外光敏感的聚合物材料與液晶分子均勻混合，形成溶液，之后采用紫外光照射誘導(dǎo)，使得液晶在聚合物分子中的溶解度隨曝光時間逐漸降低，從而導(dǎo)致液晶相分離而形成液晶微滴。采用這種原理制備的聚合物分散液晶薄膜在關(guān)態(tài)是不透光的，且對電壓敏感，在施加電場后透過率變化迅速，對為獲得特定透過率值就需要精確的電壓控制，雖然能夠適用于顯示、通信等對響應(yīng)速度要求較高的領(lǐng)域，但是對如光強(qiáng)衰減等需要較高光強(qiáng)調(diào)制精度等應(yīng)用帶來了較大的不便。另一方面，當(dāng)前絕大多數(shù)聚合物分散液晶光開關(guān)器件為獲得較高的開關(guān)比，其在關(guān)態(tài)透過率一般為零值，如果要獲得初始透過率則必需施加一定電壓，不適用于需要一定起始光強(qiáng)與光強(qiáng)緩變的情況；例如，當(dāng)前激光顯示技術(shù)已被較為廣泛的應(yīng)用，但激光由于其高相干性使其極易產(chǎn)生散斑而嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量，而從原理上消散斑的方法主要有“消相干”和“多幅獨立散斑圖樣的平均”，譬如可通過施加高頻率的交變電壓來快速實現(xiàn)聚合物分散液晶光開關(guān)以破壞時間相干性從而消散斑，但此類方法通過快速的實現(xiàn)聚合物分散液晶光開關(guān)的開、閉，會明顯降低光斑亮度，光強(qiáng)損耗大，在實際生產(chǎn)、生活的應(yīng)用中會明顯增加能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種新型的、成本低、易制作，且初始透過率可控，透過率隨電壓變化可精確緩慢調(diào)諧的含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法及性能測試
>J-U裝直。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟
①量取體積比為I:1的向列相液晶和紫外膠，混合并攪拌均勻，得到液晶與紫外膠的混合物；
②裁取兩片表面積大小相同的ITO導(dǎo)電玻璃；③將第一片ITO導(dǎo)電玻璃置放于平整的操作臺上，并使其導(dǎo)電面朝上，然后將液晶與紫外膠的混合物均勻涂抹于第一片ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，再靜置8 12s后，向呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層中摻入與向列相液晶和紫外膠均不相溶的透明液體；
④即刻將第二片ITO導(dǎo)電玻璃以其導(dǎo)電面朝下緩慢蓋在呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層上，并使透明液體將呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層擠開；
⑤在第二片ITO導(dǎo)電玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層被壓平，隨即對壓平的仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層進(jìn)行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。 所述的透明液體為食用油脂或機(jī)油。所述的光照固化采用紫外燈照射，照射時間為3 4min ;或所述的光照固化采用紫外激光照射，照射時間為2 3min ;或所述的光照固化采用日光照射，照射時間為4 6min。所述的透明液體的摻入量根據(jù)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小自行設(shè)定，當(dāng)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小要求為2X3cm時，所述的透明液體的摻入量為大于0 y L且小于或等于2 u L。所述的通光孔的孔徑大小由所述的透明液體的摻入量決定。所述的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透過率的大小由所述的通光孔的孔徑大小決定。一種上述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法制得的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，其特征在于包括激光器及依次設(shè)置于所述的激光器發(fā)出的激光的傳播路徑上的斬波器、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和硅光二極管，所述的斬波器連接有斬波器控制器，待測試的聚合物分散液晶薄膜置放于所述的第二透鏡與所述的第三透鏡之間，所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜的兩側(cè)面通過ITO薄膜連接有可調(diào)諧交流變壓器，所述的硅光二極管的電壓輸出端連接有鎖相放大器，所述的鎖相放大器與所述的斬波器控制器相連接；所述的激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述的斬波器、所述的第一透鏡和所述的第二透鏡后被擴(kuò)束成平行光，平行光垂直入射到所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上，且平行光的中心與所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的中心對準(zhǔn)，透過所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜的平行光經(jīng)所述的第三透鏡后被匯聚，所述的硅光二極管接收被所述的第三透鏡匯聚的激光，并將光能轉(zhuǎn)換成電能，所述的鎖相放大器測量所述的硅光二極管的電壓。所述的激光器采用He-Ne激光器。所述的第一透鏡的焦距小于所述的第二透鏡的焦距。所述的第一透鏡的焦距為4. 5mm，所述的第二透鏡的焦距為45mm。所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的孔徑小于入射到所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的平行光的光束直徑。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于
I)本發(fā)明方法制備得到的聚合物分散液晶薄膜通過在聚合物分散液晶層中引入一個大小可控的透明的通光孔，使得初始透過率值可控，并且透過率變化隨施加于聚合物分散液晶薄膜上的電壓變化緩慢，因此能夠精確調(diào)節(jié)光強(qiáng)透過率變化，可應(yīng)用于一些需要特定初始光照光強(qiáng)且光強(qiáng)緩變的場合，即作為一種簡單高效的光強(qiáng)微調(diào)器件，通過設(shè)計合適的電控電路以及光路，利用本發(fā)明的聚合物分散液晶薄膜有可能實現(xiàn)激光投影成像時的多幅獨立散斑圖樣的疊加和平均，從而實現(xiàn)對激光投影顯示中出現(xiàn)的散斑進(jìn)行抑制或消除。2)本發(fā)明方法在制備過程中是在未聚合固化前即呈粘稠液態(tài)的聚合分散液晶層中摻入少量與聚合物分散液晶互不相溶的透明液體形成通光孔的，制作過程簡單，且成本低。


圖I為本發(fā)明的含孔聚合物分散液晶薄膜的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖3為含小孔徑(孔徑約為3mm)的通光孔的聚合物分散液晶薄膜和含大孔徑(孔徑約 為8mm)的通光孔的聚合物分散液晶薄膜在不同調(diào)制電壓(0、10、20、30、40、50、60、70、80V)下的透射光強(qiáng)值。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實施例一
本發(fā)明提出的一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其包括以下步驟
①量取體積比為I :1的向列相液晶和紫外膠，混合并攪拌均勻，得到液晶與紫外膠的混合物。如利用移液管分別量取5ml的向列相液晶(TEB30A)和5ml的紫外膠(BBC UV GLUE102)，然后將兩者置入體積為25ml的燒杯中并混合攪拌均勻。②裁取兩片表面積大小均為2 X 3cm的ITO導(dǎo)電玻璃。③將第一片ITO導(dǎo)電玻璃置放于平整的操作臺上，并使其導(dǎo)電面朝上，且用萬用表探測第一片ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面，然后量取液晶與紫外膠的混合物0. 02 0. 03ml，并將其均勻涂抹于第一片ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，再靜置8 12s，此時液晶與紫外膠的混合物凝固成呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層。在靜置結(jié)束后再利用滴管向呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層中的中間位置附近摻入與向列相液晶和紫外膠均不相溶的透明液體，在此透明液體的摻入量為大于0 y L且小于或等于2 u L。④即刻將第二片ITO導(dǎo)電玻璃以其導(dǎo)電面朝下緩慢蓋在呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層上，并使透明液體將呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層擠開，即將其四周的聚合物分散液晶均勻擠開。⑤在第二片ITO導(dǎo)電玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層被壓平，然后對壓平的仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層進(jìn)行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。在此，光照固化可采用普通紫外燈照射，照射時間一般為3 4min ；或可采用紫外激光照射，照射時間一般為2 3min ;或可采用日光照射，照射時間一般為4 6min。在此具體實施例中，透明液體的摻入量是根據(jù)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小自行設(shè)定的，如在本實施例中當(dāng)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小要求為2 X 3cm時,透明液體的摻入量一般不大于2 V- L左右；而透明液體的摻入量決定了通光孔的孔徑大小，如摻入I U L的透明液體形成的通光孔的孔徑小于摻A2uL的透明液體形成的通光孔的孔徑，但在實際操作過程中還需確保通光孔的孔徑大小小于需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的最小邊長；同時需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透過率的大小由通光孔的孔徑大小決定，一般地有通光孔的孔徑越大時，初始透過率就越大。利用上述制備方法制備得到的含孔聚合物分散液晶薄膜如圖I所示，其包括聚合物分散液晶層51，聚合物分散液晶層51中設(shè)置有通光孔52，聚合物分散液晶層51主要由體積比為I :1的向列相液晶和紫外膠充分?jǐn)嚢杈鶆蚧旌现瞥?，通光?2為通過向呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層中均勻摻入與向列相液晶和紫外膠均不相溶的透明液體形成；此夕卜，當(dāng)需要在含孔聚合物分散液晶薄膜上施加電場時，需通過ITO薄膜53來實現(xiàn)，即在含孔聚合物分散液晶薄膜的兩側(cè)面加上ITO薄膜53。在此具體實施例中，透明液體可采用食用油脂或機(jī)油，在實際操作過程中透明液體可選用含脂肪烴或環(huán)烴類等且與所述的向列相液晶和所述的紫外膠均不相溶的溶液。
實施例二
本實施例為實施例一所述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法制備得到的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，如圖2所示，其包括He-Ne激光器I及依次設(shè)置于He-Ne激光器I發(fā)出的激光的傳播路徑上的斬波器21、焦距為4. 5mm的第一透鏡3、焦距為45mm的第二透鏡4、第三透鏡7和硅光二極管8，斬波器21連接有斬波器控制器22，待測試的聚合物分散液晶薄膜5置放于第二透鏡4與第三透鏡7之間，待測試的聚合物分散液晶薄膜5的兩側(cè)面通過ITO薄膜連接有可調(diào)諧交流變壓器6，硅光二極管8的電壓輸出端連接有鎖相放大器9，鎖相放大器9與斬波器控制器22相連接。在此具體實施例中，要求第一透鏡3的焦距小于第二透鏡4的焦距，在實際操作過程中可選用任何一組能夠保證出射的光為平行光的透鏡即可；要求平行光的中心與待測試的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的中心對準(zhǔn)，且待測試的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的孔徑小于入射到待測試的聚合物分散液晶薄膜5上的平行光的光束寬度。利用該性能測試裝置對實施例一所述的聚合物分散液晶薄膜進(jìn)行性能測試的過程為=He-Ne激光器I發(fā)出的激光經(jīng)斬波器2、第一透鏡3和第二透鏡4后被擴(kuò)束成平行光，即將光束寬度約為Icm的激光擴(kuò)束成光束寬度約為I. 5cm的平行光，平行光垂直入射到待測試的聚合物分散液晶薄膜5上，且平行光的中心與待測試的聚合物分散液晶薄膜5上的通光孔的中心對準(zhǔn)，透過待測試的聚合物分散液晶薄膜5的平行光經(jīng)第三透鏡7后被匯聚，娃光二極管8接收被第三透鏡7匯聚的激光,并將光能轉(zhuǎn)換成電能，鎖相放大器9測量娃光二極管8的電壓。連接于待測試的聚合物分散液晶薄膜5的兩側(cè)面的ITO薄膜上的可調(diào)諧交流變壓器6從0 80V以間隔IOV向待測試的聚合物分散液晶薄膜5施加電壓，每隔IOV記錄下鎖相放大器9測量得到的硅光二極管8的電壓，即硅光二極管8探測到的透過待測試的聚合物分散液晶薄膜5后的激光的光強(qiáng)，得到待測試的聚合物分散液晶薄膜5在不同調(diào)制電壓下的電光特性。圖3分別給出了含小孔徑(孔徑約為3mm)的通光孔的聚合物分散液晶薄膜和含大孔徑(孔徑約為8mm)的通光孔的聚合物分散液晶薄膜在不同調(diào)制電壓(0、10、20、30、40、50、60、70、80V)下的透射光強(qiáng)值。從圖3中可以看出，通過在聚合物分散液晶薄膜中引入通光孔，可 使得聚合物分散液晶薄膜具有初始透過率，且隨著通光孔的孔徑的增加，初始透過率會隨著增大，即初始透過率可控，同時在保證通過外加電場透過率可調(diào)的特性下，透過率隨電壓變化趨緩可精確緩慢調(diào)諧。
權(quán)利要求
1.一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于包括以下步驟 ①量取體積比為1:1的向列相液晶和紫外膠，混合并攪拌均勻，得到液晶與紫外膠的混合物； ②裁取兩片表面積大小相同的ITO導(dǎo)電玻璃； ③將第一片ITO導(dǎo)電玻璃置放于平整的操作臺上，并使其導(dǎo)電面朝上，然后將液晶與紫外膠的混合物均勻涂抹于第一片ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，再靜置8 12s后，向呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層中摻入與向列相液晶和紫外膠均不相溶的透明液體； ④即刻將第二片ITO導(dǎo)電玻璃以其導(dǎo)電面朝下緩慢蓋在呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層上，并使透明液體將呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層擠開； ⑤在第二片ITO導(dǎo)電玻璃的自身重力作用下，仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層被壓平，隨即對壓平的仍呈粘稠液態(tài)的聚合物分散液晶層進(jìn)行光照固化，得到含通光孔的聚合物分散液晶薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的透明液體為食用油脂或機(jī)油。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的光照固化采用紫外燈照射，照射時間為3 4min ;或所述的光照固化采用紫外激光照射，照射時間為2 3min ;或所述的光照固化采用日光照射，照射時間為4 6min。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的透明液體的摻入量根據(jù)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小自行設(shè)定，當(dāng)需制備的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的表面積大小要求為2X3cm時，所述的透明液體的摻入量為大于0 ii L且小于或等于2 ii L。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的通光孔的孔徑大小由所述的透明液體的摻入量決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種聚合物分散液晶薄膜的制備方法，其特征在于所述的含通光孔的聚合物分散液晶薄膜的初始透過率的大小由所述的通光孔的孔徑大小決定。
7.—種權(quán)利要求I所述的含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法制得的含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，其特征在于包括激光器及依次設(shè)置于所述的激光器發(fā)出的激光的傳播路徑上的斬波器、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡和硅光二極管，所述的斬波器連接有斬波器控制器，待測試的聚合物分散液晶薄膜置放于所述的第二透鏡與所述的第三透鏡之間，所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜的兩側(cè)面通過ITO薄膜連接有可調(diào)諧交流變壓器，所述的硅光二極管的電壓輸出端連接有鎖相放大器，所述的鎖相放大器與所述的斬波器控制器相連接；所述的激光器發(fā)出的激光經(jīng)所述的斬波器、所述的第一透鏡和所述的第二透鏡后被擴(kuò)束成平行光，平行光垂直入射到所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上，且平行光的中心與所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的中心對準(zhǔn)，透過所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜的平行光經(jīng)所述的第三透鏡后被匯聚，所述的硅光二極管接收被所述的第三透鏡匯聚的激光，并將光能轉(zhuǎn)換成電能，所述的鎖相放大器測量所述的娃光二極管的電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，其特征在于所述的激光器采用He-Ne激光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的一種含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，其特征在于所述的第一透鏡的焦距小于所述的第二透鏡的焦距，所述的第一透鏡的焦距為4. 5mm,所述的第二透鏡的焦距為45mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種含孔聚合物分散液晶薄膜的性能測試裝置，其特征在于所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的通光孔的孔徑小于入射到所述的待測試的聚合物分散液晶薄膜上的平行光的光束直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含孔聚合物分散液晶薄膜的制備方法及性能測試裝置，該制備方法首先混合向列相液晶和紫外膠得到混合物，然后將混合物均勻涂抹于一片ITO導(dǎo)電玻璃的導(dǎo)電面上，接著待混合物凝固成半固化狀態(tài)時向其摻入與向列相液晶和紫外膠均不相溶的透明液體，再將另一片ITO導(dǎo)電玻璃以其導(dǎo)電面朝下緩慢蓋在半固化狀態(tài)的聚合物分散液晶層上，并使透明液體將半固化狀態(tài)的聚合物分散液晶層擠開，最后對壓平的半固化狀態(tài)的聚合物分散液晶層進(jìn)行光照固化，得到含孔聚合物分散液晶薄膜，優(yōu)點在于通過在聚合物分散液晶層中引入一個大小可控的透明的通光孔，使得初始透過率值可控，并且透過率變化隨施加于聚合物分散液晶薄膜上的電壓變化緩慢。
文檔編號G02F1/1334GK102702548SQ201210169668
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者張斌, 潘雪豐, 董建峰, 陶衛(wèi)東 申請人:寧波大學(xué)