聚合物分散液晶器件概述、发展趋势及应用研究进展

本文概述了聚合物分散液晶器件的基本结构、原理和制备方法,重点介绍了目前聚合物分散液晶器件(包括基于二色性染料的彩色器件以及基于柔性透明电极的柔性器件)的发展现状和趋势,总结了聚合物分散液晶在智能窗、防窥和传感器等方面的应用,最后对聚合物分散液晶器件色彩和柔性化方面的问题进行陈述,并对其研究方向进行了展望。

聚氨酯丙烯酸酯的分子结构对聚合物分散液晶形貌和性能的影响

聚合物分散液晶(PDLC)是液晶畴均匀地分散在聚合物基体内形成的一种复合材料,因其制备简单、无需偏振片和取向层,在智能窗、柔性显示和可穿戴设备等领域具有广泛的应用前景。为了拓宽其在柔性显示器件上的应用,本文以聚氨酯丙烯酸酯(PUA)低聚物作为聚合物基体,采用紫外光聚合法制备PDLC器件,研究PUA的分子结构对聚合物分散液晶的形貌和性能的影响。实验结果表明,以丙烯酸酯基团进行封端的聚合物单体聚合速率快,形成了聚合物网孔状结构,且随着分子结构由脂肪族到芳香族的变化,聚合物网孔尺寸逐渐减小,使PDLC的驱动电压增高。利用聚氨酯中氨基甲酸酯键在分子链间形成的氢键增强与塑料基板的粘附性,获得了具有优异综合性能的PDLC器件。对比芳香族PUA,脂肪族PUA制备的PDLC样品具有较低的驱动电压(V_(th)=9.14 V,V_(sat)=35.50 V)、较高的对比度(CR=73.25)、较好的粘附性(20.11 N/cm^(2))以及在弯曲曲率半径为4 cm下弯曲前后光电性能变化幅度较小的特点,基本满足柔性PDLC在安全隐私保护以及弯曲表面的使用要求。

不同温度下溶剂诱导相分离法对聚合分散液晶膜的光学性能影响

采用不同温度下溶剂诱导相分离法制备聚合物分散液晶膜(PDLC),用SEM表征了样品的形貌,用紫外可见分光光度计研究了样品的光学性能,用振动样品磁强计研究了样品的磁化曲线。结果表明:固化温度控制在液晶5CB的相变序Cr-24℃-N-35.5℃-I范围内时,能显著抑制相分离过程中液晶微滴的汇聚。其中,当固化温度在25~35.5℃缓慢变化过程时,形成的液晶微滴尺寸细小均匀。PDLC膜的阈值电压(Vth)、饱和电压(Vsat)和对比度(CR)上升,关态透过率(Toff)下降,开态透过率(Ton)上升。平均磁矩显著增加,电光性能和磁光性能显著提高。

晶畴尺寸对聚合物分散液晶电光性能影响分析

聚合物分散液晶(PDLC)的透光率可以由电压和温度控制,并在显示领域取得了一定的应用。深入进行PDLC理论研究对扩大其应用具有积极意义。通过聚焦聚合引发相分离法(PIPS),研究实验过程变量对聚合体系显微结构的影响,量化聚合体系显微结构与电光性能的关系。综述了国内外关于晶畴尺寸对液晶膜电光性能(对比度、阈值电压、饱和电压)的影响,总结了PIPS法中主要过程变量,例如,固化条件(固化时间、紫外光强度等)、聚合物单体分子结构、纳米掺杂、液晶分子结构及物理参数(介电常数)等对膜材料形貌与电光性能的影响,推进液晶膜材料的更广泛研究与应用。

聚合物分散液晶调光膜工作电压分析

聚合物分散液晶调光膜是一种可电控调节遮蔽效果的复合薄膜。其性能、尺寸可根据使用场景进行定制。合理的输入电压不仅可以保证不同型号、不同尺寸的聚合物分散液晶调光膜达到清透的效果,同时确保薄膜不会出现击穿。该文通过试验验证了聚合物分散液晶(PDLC)调光膜中PDLC层厚度、导电层电阻以及样品长度对电极远端电压Uout的影响,确认了液晶调光膜通电过程中的电压衰减情况。通过仿真分析推导出液晶调光膜工作电压的推算公式。

聚合物分散液晶膜中液晶分子的电场取向效应

制备了液晶微滴在聚合物基体中呈独立分散且具有不同尺度的ＰＤＬＣ复合膜，利用偏光显微镜实时地观察了微滴内液晶织构在适度电场作用下的变化特性，获得了有关微滴内液晶分子的动态取向信息。实验发现，当施加的电压由饱合值降低时，不同尺度的微滴内液晶分子呈不同的电场取向效应，对直径大于十几微米的微滴，液晶分子易呈现较强的取向滞后效应，而直径在微米量级的液滴其液晶分子的电场取向滞后效应相对减少。微滴内液晶分子的这种取向滞后效应正是ＰＤＬＣ膜在宏观上呈现光透过率滞后现象的反映。从作用能的角度出发，讨论了影响微滴内液晶分子取向滞后效应的因素，如微滴与基体的界面作用、液晶微滴的形状、电容效应以及工作温度等。

含氟单体材料对全息聚合物分散液晶Bragg光栅电光特性的影响

在全息聚合物分散液晶的预聚物体系中添加含氟的单丙烯酸酯单体,制备全息聚合物分散液晶Bragg光栅,通过AFM、He-Ne激光器观察分析,发现甲基丙烯酸十二氟庚酯(Actyflon-G04)的添加不仅改善聚合物基质的形貌,同时也影响光栅的电光特性。实验结果表明,光栅的衍射效率从78%上升到90%,驱动电压V90大幅降低。分析认为,Actyflon-G04的添加降低了聚合物界面的表面张力,影响液晶微滴的分子取向,从而实现了光栅电光特性的改善。

低阈值电压聚合物分散性液晶膜的电光特性

采用聚合物诱导相分离(PIPS)方法制备了PDLC膜,研究了不同单体材料、温度、光强等对PDLC膜电光特性的影响。发现Bi-EMA-2和EHMA混合单体(质量组分为1∶9)与液晶C70/02CN在折射率方面匹配较好,且在偏光显微镜下液晶微滴与聚合物单体的晶相边界清晰,易制备成对比度较高、阈值电压和饱和驱动电压较低的PDLC膜。温度和光强是控制和维持液晶与单体之间相分离速度平衡的重要工艺因素,直接影响到相分离过程中的液晶微滴形貌尺寸及其分布均一性,进而影响PDLC膜电光性能的优劣。通过工艺条件的优化,最终制备出了阈值电压为0.18 V/μm、饱和驱动电压为0.4 V/μm的PDLC膜。

基于聚合物分散液晶全息光栅的可调增益均衡器

从理论和实验两方面分析研究了聚合物分散液晶全息光栅在632.8nm光波的入射下的衍射谱特性和电压可调特性,实验结果与耦合波理论的计算结果具有很好的一致性,从实验上验证了用耦合波理论来描述聚合物分散液晶全息光栅的衍射特性是恰当的.并且提出了利用聚合物分散液晶全息光栅对掺饵光纤放大器增益谱进行平坦化的方法,利用聚合物分散液晶全息光栅的电压可调特性可实现动态增益均衡.运用该方法,可使掺饵光纤放大器在C波段1530～1560 nm内,温度在0℃～65℃范围内变化,掺饵光纤放大器自发辐射谱的不平坦度从3.3dB降到0.2dBp-p(峰-峰值).

剪切聚合物分散液晶散射偏光特性

介绍了拉伸聚合物分散液晶和散射偏光片概念,实验制备了剪切聚合物分散液晶样品,给出了对聚合物分散液晶样品施加剪切应力的偏光特性光谱分析。实验结果表明,吸收偏光片前置和后置样品的散射偏光效果相同,样品在绿光550nm波长处最大透光率T∥～60%,最小透光率T⊥～10%,偏振度P～70%。实验结果对于其他散射偏光片具有普遍参考意义。

聚合物分散液晶膜

聚合物分散液晶膜是将液晶和聚合物结合得到的一种综合性能优异的膜材料。液晶分子赋予了聚合物分散液晶膜显著的电光特性,使其受到了广泛的关注,并有着广阔的应用前景。聚合物作为成膜材料,起着辅助但是重要的作用,其结构和固化过程是影响聚合物分散液晶膜电光特性的重要因素。本文简要综述了聚合物分散液晶膜的制备方法、电光特性的影响因素及研究手段。

聚合物分散液晶的电场诱导定向聚合实验研究

实验研究了聚合物分散正性和负性向列相液晶的电场诱导定向聚合,给出样品实物照片和偏光显微镜照片。实验结果表明,样品在施加电场和不施加电场的不同区域具有明显区别,在制备聚合物分散液晶样品时施加电场有诱导定向聚合作用。实验结果对于研究聚合物边界条件对液晶微滴构型的影响,对于设计新型液晶显示器件具有一定的启示意义。

表面活性剂对聚合物分散液晶光电性能的影响

为了调控聚合物分散液晶(PDLC)中聚合物基体和液晶微滴的界面作用,降低锚定能,以聚丙烯酸甲酯(PMA)为基体,E7为分散相,并加入了不同含量的硬脂酸(SA)表面活性剂,采用聚合物诱导相分离法制备了PDLC,并对PDLC的光电性能进行了测试。研究发现,PDLC的电光性能随着SA含量的增加而改善,但当SA的含量达到一定值后,液晶微滴出现"岛聚"现象,光电曲线出现一个转折点。实验结果表明,表面活性剂可以调控聚合物和液晶微滴的界面作用,降低锚定能,从而改善PDLC的光电性能。

稀土氧化物纳米粒子调制聚合物分散液晶电光特性的研究

通过对聚合物分散液晶(PDLC)掺杂稀土氧化物纳米粒子Gd2O3,Eu2O3和Nd2O3,测试可见光范围内PDLC掺杂前后的透射率随驱动电压的变化,进而研究稀土氧化物对PDLC电光特性的调制作用。实验结果表明:掺杂Gd2O3的PDLC样品透射率在驱动电压低于10V时,随驱动电压升高而降低,当驱动电压达到为15V时,样品对光感应出现了弛豫现象,使得其透射率围绕10V时的透射率做微小的上下波动,当驱动电压达到20V时,样品透射率迅速升高,并出现了滤光现象;掺杂Eu2O3的PDLC样品透射率随驱动电压升高而下降,下降的幅度较小;掺杂Nd2O3的PDLC样品透射率随驱动电压的变化不明显。

高对比度低压驱动全息聚合物分散液晶光栅

为了降低全息聚合物分散液晶光栅的驱动电压并提高其对比度,基于偏振原理设计了一种新型电调谐光栅。对传统的全息聚合物分散液晶(HPDLC)光栅进行了基板表面取向处理,加强液晶的均一排列程度,消除了液晶区域内的散射;然后,在光栅前面放置扭曲向列(TN)偏振调谐器,通过调节入射光的偏振方向,实现光栅内液晶折射率的变化,进而改变与聚合物折射率的差别,实现衍射强度的调谐。实验结果表明:光栅的阈值电压降低到了0.75～0.8V,对比度提高到了245:1,是传统HPDLC光栅的6～7倍,同时也大幅降低了散射损失且稳定性良好,可满足高端光学设备及显示产品方面的需求。

聚合物分散液晶(PMMA∶5CB∶C_(60))光折变特性的实验研究

用溶致相分离方法制备了3种不同组分的聚合物分散液晶薄膜(PMMA∶5CB∶C60),C60作为敏化剂。利用二波耦合实验测量了不同样品的衍射效率和响应时间等光折变特性,实验发现,液晶含量不同的薄膜光学性质有很大的不同。

聚氨酯基聚合物分散液晶的制备及电光性能研究

采用热聚合分相法制备了聚氨酯基聚合物分散液晶(PDLC)薄膜,研究了不同聚合温度及不同单体浓度下制备的PDLC薄膜的电光性能,并结合扫描电镜探讨了聚合物网络形貌与电光性能之间的关系。研究发现:当单体质量分数为30%,聚合温度为343.2K,制备的PDLC电光性能较为理想。

新型聚合物分散液晶光栅的研制及其电光特性研究

采用激光全息方法诱导预聚物和液晶混合物相分离、形成光栅器件的新方法。分析了制作机理并与已有的制作方法进行了比较。该光栅同样具有电场可调性 ,当给器件施加一定的电压时 ,衍射光的强度和衍射斑的可见级次能被电场调制 ,最终实现光栅衍射特性的连续可调。

大分子引发剂的分子量对聚合物分散液晶的微观形貌影响

采用可逆加成-断裂链转移(RAFT)活性自由基聚合法制备了不同分子量的苯乙烯大分子引发剂(RAFT-PS),并通过紫外光聚合诱导相分离法制备聚合物分散液晶(PDLC)膜。研究了不同分子量的RAFT-PS对PDLC的微观形貌、光聚合动力学、液晶向列取向程度以及电光性能等方面的影响。研究表明,影响PDLC的微观形貌的关键因素是RAFT-PS的分子量,而不是聚合物基体分子量。通过调整RAFT-PS的分子量,能够有效控制液晶微滴粒径,进而改善PDLC的电光性能。

聚合物分散液晶体系的相分离结构对温度依赖性的研究

在不同温度下采用紫外光引发相分离法制备了聚合物分散液晶样品．用光学显微镜及扫描电镜研究了样品的相分离结构．采用对样品施加电压观察其微结构轮廓，或测量液晶微粒相变点的简单方法研究了聚合温度对相分离结果的影响．结果表明，在一定温度范围内，随着温度的增高，液晶微粒的平均尺寸趋于减小，而且形成的液晶微粒也逐渐变纯．作者给出了这些测试结果并进行了讨论．