高分子分散型液晶顯示器

1、周宏峰（11272026）熊民良（11272021）概念概念技術(shù)背景技術(shù)背景聚合物分散液晶，又稱為PDLC (polymer dispersed liquid crystal) ，是液晶以微米量級(jí)的小微滴分散在有機(jī)固態(tài)聚合物基體內(nèi)，由于由液晶分子構(gòu)成的小微滴的光軸處于自由取向，其折射率與基體的折射率不匹配，當(dāng)光通過(guò)基體時(shí)被微滴強(qiáng)烈散射而呈不透明的乳白狀態(tài)或半透明狀態(tài)。施加電場(chǎng)可調(diào)節(jié)液晶微滴的光軸取向，當(dāng)兩者折射率相匹配時(shí)，呈現(xiàn)透明態(tài)。除去電場(chǎng)，液晶微滴又恢復(fù)最初的散光狀態(tài)，從而進(jìn)行顯示。聚合物分散液晶是由多恩Doane博士的小組于1984年發(fā)明, 美國(guó)專利4688900。該項(xiàng)技術(shù)利用相分離技術(shù)

2、形成液晶微粒，技術(shù)上稱之為高分子分散的液晶技術(shù)或PDLC技術(shù)。在此之前，沒(méi)人能解釋這樣一種現(xiàn)象，即用來(lái)封液晶瓶口的環(huán)氧樹脂常常由透明變?nèi)榘椎默F(xiàn)象。PDLC簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝。這項(xiàng)技術(shù)使用不溶于水的聚合物單體，如環(huán)氧樹脂和固化劑，與液晶混合而形成一個(gè)透明的溶液。當(dāng)固化發(fā)生時(shí)，由于溶解度減小，液晶微粒會(huì)自動(dòng)析出來(lái)，并懸浮在高分子相中。 近年來(lái),有關(guān)將高分子(聚合物)材料與液晶復(fù)合體的光散射效應(yīng)用于顯示及調(diào)光器件方面的研究極為活躍。此種聚合物液晶復(fù)合體是采用將直徑幾m 以下的液晶球狀小滴(微滴)分散在聚合物中,或在網(wǎng)狀聚合物中充填液晶構(gòu)成的,通過(guò)施加電壓使液晶分子的排列方向同電場(chǎng)方向相一致,從而使聚合物

3、與液晶的折射率互相配合而達(dá)到使用的。例如,在無(wú)電場(chǎng)的狀態(tài)下,液晶小滴的光軸是無(wú)規(guī)則的,液晶的有效折射率同聚合物的折射率不一致,因光散射效應(yīng)而呈現(xiàn)不透明的白色狀態(tài)。H PDL C 的工作原理遵從多層結(jié)構(gòu)的布拉格 (B ra gg) 反射 。根據(jù) B ra gg 定律 , 只有波長(zhǎng)符合 : = 2n p 的光被反射 , 而其他波長(zhǎng)的光均被透過(guò) 。上式中 n 代表平均折射指數(shù) ; p 是 B ra gg 層的厚度 ;為反射峰的波長(zhǎng) 。這就使得不同色彩層的疊加成為可能 。外加電壓可以改變液晶的取向 ,從而改變其折射指數(shù) ,可使顯示器完全透明 。其工作原理如下圖 所示 。通過(guò)選擇不同的液晶材料和改變每種

4、材料的濃度 , 對(duì) H PDL C 進(jìn)行了很多優(yōu)化實(shí) 。下圖表示了由改變液晶濃度來(lái)優(yōu)化 H PDL C 的一個(gè)例子 。圖中每個(gè)點(diǎn)都代表對(duì)不同液晶 濃度的 H PDL C 樣品測(cè)得的峰值反射率 。 以前表面鍍鋁的反射率為 99. 9 %的反射鏡為參考 。所有樣品的厚度都是 4m 。決定 H PDL C 驅(qū)動(dòng)電壓的主要因素有 : 液晶和高分子材料的介電及黏度性質(zhì) ; 液晶與高 分子材料的表面相互作用 ; 液晶小球的大小和樣品厚度等 。所以嚴(yán)格地選擇材料和制作條 件是很重要的 。添加了表面活性劑來(lái)降低驅(qū)動(dòng)電壓 。很多表面活性劑沒(méi)有明顯 的作用 , 或者在降低驅(qū)動(dòng)電壓的同時(shí)也降低了反射率 。研究發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)幾種表面活性劑既可以降低驅(qū)動(dòng)電壓又不影響反射率 。迄今為止 ,所有報(bào)導(dǎo)過(guò)的 H PDL C 都有視角窄的問(wèn)題 。我們查閱資料發(fā)現(xiàn)了一種增大視角的新技 術(shù) 。采用這項(xiàng)新技術(shù) ,把一個(gè)具有特定視角的散射片放在兩束激光之一的光路中 ,然后用這 樣的光學(xué)體系來(lái)引發(fā) H PDL C 盒中的化學(xué)材料高分子化 。用這種方法制作散射 H PDL C 與 制作標(biāo)準(zhǔn) H PDL C 的