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基于玻璃基材的PDLC设计

导读: 近年来,高分子分散型液晶显示器的一些特殊性能得到了很大的应用,例如在手表、电控玻璃等方面,虽然应用的范围还不是很大,但这些产品的使用进一步拓宽了液晶的使用范围,也带动了相关产业的发展。

  引言

  近年来,高分子分散型液晶显示器(polymerdispersed liquid crystal,PDLC) 的一些特殊性能得到了很大的应用,例如在手表、电控玻璃等方面,虽然应用的范围还不是很大,但这些产品的使用进一步拓宽了液晶的使用范围,也带动了相关产业的发展。本文基于当前对PDLC 的理论研究成果,探讨和研究了PDLC 器件的显示原理,同时制作了基于玻璃基材的PDLC,并对其性能进行了讨论。

  1 理论基础研究

  高分子分散型显示器就是用高分子预聚合物和向列相液晶按照一定的比例混合在一起,由于两者的分子结构比较相似,所以很容易混合在一起,再通过涂布或灌注到液晶盒里,然后进行聚合反应,就完成了制作。聚合方式可分为热聚合相分离、光聚合相分离、溶剂型聚合反应等,本文采用光聚合相分离的办法制作。其原理就是当高分子预聚合物发生聚合相反应后,高分子聚合物将和液晶分子发生分离,液晶分子彼此靠拢形成液晶滴,它们分散在高分子中间,其结构和工作原理如图1 所示。

 

  在不加电场时,液晶分子在微滴中自由排列,所有微滴也是无序的排列。由于液晶分子是强的光学各向异性和介电各向异性材料,其有效的折射率不与基体折射率匹配,也就是说它们和高分子聚合物之间互相发生散射,这样就形成了雾态。当加上电场时,液晶分子将会呈现一致的平行排列,这样高分子的折射率与液晶的寻常光折射率一致时,高分子聚合物和液晶分子之间没有散射,液晶盒将呈现亮态。现在的应用就是基于雾态和亮态二者转换,以获取相应的显示内容。因为它不需要偏光片、定向层,所以制作工序相对普通的TN 和STN 等简单很多,但是它能有特殊的显示效果,所以在实际应用中还是有很大的发展空间的。

  采用Rayleigh- Gans 的散射理论,对双极排列液晶的微滴,高分子分散型液晶滴显示的散射截面由式(1)表示:

  

  其中,R 是球形液滴的半径,np 是高分子的折射系数。

  液晶微滴的定量讨论表明,阈值电压与液晶分子在微滴内的排列状态有关。对于从双极排列到平行排列的转变电压由式(2)表示:

  

  其中, l=a/b ,是液晶微滴长短之比,ρp 和ρLC 分别是高分子和液晶的电导率。

  所以从以上可以看出,PDLC 的驱动电压比较高,虽然可以通过降低盒厚来解决,但降低盒厚会造成对比度下降很多,这个在后文实验中有所对比。还有就是减小高分子和液晶的电导率之比ρp/ρLC,这也是一个方法。国外现在已研发出能够使用在手表上的PDLC,其电压可以满足手表的要求,显示效果也得到了很多消费者的认可。

  2 实验方案及其制作

  首先是进行空盒工序的制作,从制作工序上讲,光刻的工艺和材料同TN 产品没有差别,用同样的制作工艺即可。因不需要定向层,所以直接进行丝印边框和喷洒所需粒径的衬垫料,然后进行热压制盒。通过使用玻璃的基板,可以较容易地制作图案,还有就是可以获得想要的膜厚,而且膜厚的精度可以控制在0.5μm 以内,这样实验时受外界因素影响小,实验的结果也会较为准确。

 

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