聚合物分散液晶(PDLC：Polymer Dispersed Liquid Crystal)膜是20世纪80年代发明的高科技产 品，在调光玻璃、大屏幕显示、全息光栅、可调滤 波器、可调衰减器等很多领域已经有实际应用”卅。 调光玻璃是一种智能型高档功能玻璃，也称作电子 窗帘，通过电压控制调光玻璃在散射(透光不透 明)态和透射(透明)态之间变化。这一变化实现 了玻璃的通透性和保护隐私的双重要求。利用这一 特性，调光玻璃广泛应用在高档办公室、机房、住 宅、医疗机构、商业展示等领域。目前国内已经有 几家公司具备聚合物分散液晶调光玻璃生产能力， 应用调光玻璃的工程案例也越来越多。本文简单介 绍聚合物分散液晶调光玻璃的原理与制备，以及彩 色PDLC样品的试制。 2聚合物分散液晶膜的原理与特性 聚合物分散液晶(PDLC)膜是把预聚物与向列相 液晶以某个比例(例如1：1)混合起来，夹在两片柔 性透明导电薄膜之间，经过相分离，液晶从聚合物中 析出形成微滴，聚合物固化把液晶微滴包裹在其中的 一种复合膜。PDLC的工作原理为：不加电场时，聚合 物中的液晶微滴的指向矢随机杂乱取向，此时由于液 晶的寻常光折射率玩与聚合物的折射率％不匹配，所以 液晶微滴对光有较强的散射作用，PDLC外观呈现不透 明或半透明乳白状，此时处于关态；当施加外电场作 用后，由于正介电各向异性，所以微滴中液晶分子的 指向矢将沿外电场方向排列，如果液晶的寻常光折射 率玩与聚合物的折射率匹配的话，光可以通过PDLc 膜，从而PDLC膜将呈现透明状，～此时处于开态。若撤 去外场作用，则膜又恢复到关态。实践上选择液晶材 料的寻常光折射率no=1．517，非常光折射率舻1．7以 上，调节聚合物折射率no=1．517，折射率差比较大，则 PDLC样品就有比较好的散射态；施加电场液晶沿电场 方向一致取向，折射率匹配，PDLC样品就有比较好的 透明态。原理上讲，PDLC膜厚度一定情况下，液晶微 滴越小，则光束经过PDI￡膜层散射越强，样品越白。 一般PDLC产品膜厚20 m，驱动电压交流75 V。 PDLC的实验制备方法一般分为聚合引发相分 离法、热过程引发相分离法、溶剂挥发引发相分离 法及微空穴法等。实际生产上只有热固化和紫外固 化两种技术，热固化相分离膜层比较结实不易开 裂，紫外固化相分离工艺也具有一定优势。 表征PDLC膜关断态散射本领的重要参数是雾 度，雾度是透明或半透明材料的内部或表面由于光 散射造成云雾状或混浊的外观。以散射的光通量与 透过材料的光通量之比的百分率表示，用标准 “C”光源的一束平行光垂直照射至IJPDLC膜上，以 部分平行光偏离入射方向大于2．5的散射光通量瓦与 透过膜的光通量疋之比的百分率，它是通过测量无 试样时入射光通量正与仪器造成的散射光通量乃， 有试样时通过试样的光通量T，与散射光通量瓦，按 7’ 7' 计算式得到雾度值H(％)=(詈一詈)×100，测试 』2 厶 仪器为雾度计，对样品表面要求无污染和擦伤。不 7 全国性建材科技期刊——《玻璃》 2009年 第1 0期 总第217期 同厚度，测试结果不可比较。一般PDLC膜关断态的 雾度值月(％)>95。 表征PDLC膜开通态透光本领的参数是透光 率，透光率是透明或半透明材料的光线的透过率。 以透过材料的光通量}孑入射光通量之比的百分率表 示，用标准“C”光源的一束平行光垂直照射到 PDLC膜上，透过试样的光通量乃与照射到样品L：的 入射光通量L之比的百分率，透光率t(％)=粤』l ×100，测试仪器为雾度计或光度计。对于用某一 单一波长的单色光测量的透光率称之为单色光透光 率，测试仪器为分光光度计。样品表面应平整光 滑，厚度均匀，不同厚度测试结果不能比较。一般 PDLC膜开通态的透光率Z(％)>75。 3彩色聚合物分散液晶玻璃样品的试制 现在已经产业化的聚合物分散液晶产品是白色 毛玻璃，研制彩色毛玻璃样品可能会丰富PDLC品 种。液晶显示元件中用到的色素通常指溶解于液晶 中的二色性色素，使液晶起到彩色显示的效果。实 用上，这种二色性原理的液晶显示器被称为宾主效 应液晶显示器(GH—LCD)，即色素为宾，液晶为 主。液晶色素必须为高纯度，实用的液晶色素主要 是偶氮系和蒽醌系，现在还是价格十分昂贵的国外 专利产品，很难采购到。本实验采用把普通油溶性 染料掺杂到预聚合物和液晶中达到制备彩色PDLC的 目的。染料在纺织，塑料，橡胶等多种工业上都有 大量应用，有油溶性和水溶性之分。而液晶是脂类 材料，因此向PDLC中掺杂染料应该使用油溶性的。 实验中使用了彩色油笔中的染料。使用永生华清公 司配置的PDLC原料，加入6 m衬垫料粉，分别掺杂 少量(约2％)红色，绿色，蓝色等彩色油溶性染 料，把预聚合物，液晶及衬垫料粉和染料混合均匀 后涂覆到ITO玻璃片之间，经紫外光照射2 min相分 离固化，分别制备出白，红，绿，蓝等无色和彩色 PDLC膜夹层玻璃样品。样品照片如图1所示，用奥 林巴斯偏光显微镜观察样品，如图2照片。用紫外 分光光度计测试各样品施加电场时的透光率，红色 PDLC样品透光率实验曲线如图3所示。几种颜色的 样品施加电压后调光效果如图4所示。 图2彩色PDLc样品偏光显微镜照片(300×) 8 研究与研制 蔷 聋 谚哆7 ∥／1／ I磅眵乞／／ 圣矿‘．／／ 广 l／‘／ ／． 壹}／。／／
图3红色PDLC样品透光率随电压变化实验曲线
实验表明样品具有彩色PDLC调光玻璃特点，油 溶性彩色染料可以改善PDLC膜的视觉效果。一般 PDLC调光玻璃仅是白色毛玻璃和透明玻璃的之间的 变换，而彩色PDLC调光玻璃却可以是彩色毛玻璃和 彩色透明玻璃的之间的变换。实验也发现，不加彩色 染料的PDLC样品，不加电场时散射更强，雾度比较 大。而添加彩色染料对聚合物分散液晶状态有一定影 响，使PDLC膜在不加电场时就有些漏光，雾度值有 所降低。本实验样品是在液晶物理实验室环境下制 备，房间不够洁净，因此样品中有灰尘，施加电压后 有导通的斑点，如图4中e，￡照片中黑点所示。 图4彩色PDLC调光效果 4结论 聚合物分散液晶调光玻璃是一种功能玻璃，在 现代高档建筑装修上有越来越多的应用。把油溶性 彩色染料添加到PDLC原料中，可以试制出彩色 PDLC样品，不加电压是彩色毛玻璃，施加电压变成 彩色透明玻璃。彩色PDLC电控调光玻璃是PDLC的 新品种，可以在电子窗帘建筑装修行业具有应用前 景。 参考文献 [1]B．G．Wu，J．H．Erdmann，J．W．Doane，Liq．Cryst．5(1989) 1453． E2]王新久．液晶光学和液晶显示【M】，北京，科学出版社， 2006年，150—152，182—184，297—305． [33王庆兵，田颜青。高岩，孙睿鹏，黄锡珉．聚合物分散 型液晶薄膜中折射率匹配的优化，现代显示，1997年 第2期，15—17． F43任烘文。黄锡珉，凌志华，等．聚合物分散液晶膜中液 晶分子的电场取向效应【J】．液晶与显示．1998年3月。33— 39． E53于天池，范志新，张翠云，李婧．聚合物分散液晶增强 散射理想模型【J】．光学学报．2008年9月，第9期，1757— 1760． [6]李永谦，武永鑫．范志新．PDLC膜的光学特性【J】．现代显 示．2009年1月，48—50． Preparation of Color-PDLC Electronic-Controlled Switchable Windows Cheng Cheng，Liu Weiwei，Chen Yang，Tian Yuan，Fan Zhixin (Department ofApplied Physics,Hebei University of Technology, T}anjin，30040 1) Abstract： An outline of the preparation，properties and application ofpolymer dispersed liquid crystal(PDLC)films are given．Doping the oil—dissolved dye into the PDLC films，the eolor-PDLC electro—controlled switchable windows are prepared． The haze and transmittance of sample are tested．The experimeut shows that the sample can be applied in the field of electronic curtain． Key words：polymer dispersed liquid crystal，colorful and switchable windows，oil-dissolved dye，haze，light transmittance
