PDLC膜的电光特性实验

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文章编号：1006-6268(2009)03-0051-03

摘要：设计对面/共面两用电极，制备聚合物分散液晶（pdlc）膜样品，用偏光显微镜观察液晶微滴形态，在不加电场的关态测试雾度，在施加电场的开态测试透光率随电压变化的电光特性。实验测得雾度约为H=93%，对面电极电场下透光率最大约为T=84%，共面电极电场下透光率最大约为T=82%。对PDLC膜电光特性给出新的认识。

关键词：聚合物分散液晶；微滴；双折射；对面电极；共面电极；电光特性

中图分类号：TP391 文献标识码：A

Experiment of Elector-Optical Characters of PDLC Films

JIN Yu-liang, JI Ying, FAN Zhi-xin

(Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401,China)

Abstract：In this paper, the opposite electrode and in plane electrode are designed, the polymer dispersed liquid crystal films are prepared, the state of liquid crystal micro droplet is observed by polarizing microscope, the haze is tested in off state without electric field is applied, the transmittance change with the voltage is tested in on state when electric field is applied. Testing results are the haze is large than 95%, the transmittance is large than 85% with the opposite electrode and is large than 65% with the in plane electrode. A new recognizes to PDLC optical characters is obtained.

Keywords：polymer dispersed liquid crystal；micro-droplet；birefringence；opposite electrode; in plane electrode; electro-optical characters

引 言

聚合物分散液晶（PDLC）膜是液晶微滴均匀分散在聚合物中的复合材料。这种材料在电场的开关作用下显示出透明与散射两种状态，不需要偏光片，在调光玻璃、大面积显示屏、位相光栅、可调滤波器、可调衰减器等很多领域具有实际应用与开发前景，是液晶器件研究者长期以来关注的一个课题[1~10]。在对PDLC电光特性的经典描述中，人们通常都能看到这样的讲法，说PDLC膜液晶微滴中液晶分子排列有几种方式，如轴向平行排列（Axial），辐射状径向垂面排列（Radial）和西瓜状双极沿球面排列（Bipolar）等。不妨可以理解为，当聚合物与液晶界面是强锚定时，液晶分子的垂面取向生成辐射分布，液晶分子的沿面取向生成双极分布，当施加电场时液晶分子沿电场方向排列生成轴向排列。但是对于电光特性描述，人们常看到，说不加电场时，虽然每个液晶微滴内的指向矢双极分布，但还用一个指向矢表示，各个不同的液晶微滴中指向矢散乱分布，所以造成光散射。而当施加电场后，不同液晶微滴的指向矢都转到电场方向，于是液晶折射率与聚合物折射率相匹配，造成光透射。这样的描述虽然比较通俗地解答了PDLC的工作原理，但可能容易引起人们的误解，与实验事实并不符合，本文报导我们设计的新实验所发现的现象，以及对PDLC电光特性的新认识。

1 实 验

电极设计：在上下ITO玻璃上都刻蚀出梳状电极，如图1所示，制备出对面/共面两用电极，当共面电极短路时，可得到对面纵向电场；当在共面电极加电场时，形成在液晶盒平面内的横向电场，如图2所示。

使用永生华清公司配置的PDLC原料，加入6μm衬垫料粉，制备PDLC膜液晶盒。用奥林巴斯偏光显微镜观察样品，如图3照片。用紫外分光光度计测试无电场时、施加纵向和横向电场的透光率，分别如图4曲线和图5曲线。

2 分 析

从实验结果可以看出，本实验制备的PDLC液晶微滴直径比较小，具有较强的散射效果。雾度在550nm波长时约为H=93%。透光率结果表明，对面电极纵向电场时透光率随电压变化，50V基本达到饱和，在550nm波长时最大约为T=84%。共面电极横向电场时透光率随电压变化，250V时550nm波长处约为T=82%。PDLC设计是要在纵向电场时液晶折射率与聚合物折射率匹配，这时最透光。在横向电场时，液晶折射率与聚合物折射率最不匹配，但是也有很好的透光率。说明只要液晶微滴的指向矢轴向分布，就会透光。进一步推想，认为，如果每个微滴内指向矢方向一致，即使不同微滴的指向矢方向不一致，PDLC膜也会是透光的。只有如辐射分布和双极分布等时，液晶微滴既不是各向异性的单轴晶体，也不是各向同性的普通液体，指向矢不能用一个双箭头代表，必然是光散射。而如果是轴向分布，可以用一个指向矢代表整个微滴内液晶分子构形时，就是相当于一个单轴晶体，虽然聚合物与液晶界面处折射率发生突变，有光反射和折射，但都有很强的光透射。在PDLC制备的过程中，有的样品如果配方不合适，就得到非常漏光的膜，即遮光能力差，说明无电场时，每个液晶微滴中指向矢都已经有各自的一致取向，只是不同微滴取向不同而已，施加电场时不同微滴指向矢取向一致起来，就会更加透明。

3 结 论

设计对面/共面两用电极，制备聚合物分散液晶（PDLC）膜样品，用偏光显微镜观察液晶微滴形态，在不加电场的关态测试雾度，在施加电场的开态测试透光率随电压变化的电光特性。实验测得样品在550nm处雾度约为H=93%，对面电极电场下透光率约为T=84%，共面电极电场下透光率约为T=82%。通过PDLC膜在对面/共面电极产生纵向/横向电场下透光率的测试实验，认为液晶微滴中液晶分子双极排列和轴向排列的构形对应光散射，每个液晶微滴不能用一个指向矢描述液晶分子排列取向。而液晶微滴中液晶分子轴向分布时才可看作是一个单轴晶体微粒，无论不同微滴指向矢方向怎样分布，都必然导致不同程度的光透射。以往人们对PDLC工作原理描述存在误解，有必要重新认识。

参考文献

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作者简介：靳玉亮（1983-），男，河北工业大学研究生院理论物理2007级研究生；范志新（1960-），男，博士，河北工业大学教授，从事液晶器件物理教学与科研，E-mail:。