PDLC膜的光学特性

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摘要：应用光学基本原理对聚合物分散液晶（pdlc）膜的光学特性进行描述，分析聚合物分散液晶微滴中液晶分子排列方式与液晶折射率的关系，并介绍表征PDLC膜散射本领的重要参数的雾度概念及雾度测试方法和表征PDLC膜透光本领的重要参数的透光率概念及透光率的测试方法。

关键词：聚合物分散液晶；微滴；双折射；雾度；透光率

中图分类号：TP391 文献标识码：A

引言

聚合物分散液晶（PDLC：Polymer Dispersed Liquid Crystal）膜是20世纪80年明的高科技产品，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[1～10]。此外由于是固态膜，使液晶的防泄和膜厚的控制很方便，有利于制作大面积或可弯曲的柔性显示器，因此在未来一代显示器――电子纸的研制中也占有一席之地。

PDLC膜是把预聚物与向列相液晶及衬垫料以某个比例混合起来，夹在两片柔性透明导电薄膜之间，经过相分离法（Phase Separation Method）制得，一般为聚合相分离法（Polymerization Induced Phase Separation-PIPS）、热致相分离法（Thermally Induced Phase Separation-TIPS）、溶剂蒸发引发相分离法等（Solvent Induced Phase Separation- SIPS）。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。其工作原理为：不加电场时，无规则分布于聚合物材料中的液晶微滴的指向矢自由取向，此时由于液晶的寻常光折射率no与聚合物的折射率np不匹配，所以微粒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"off state"（关态）；当施加外电场作用后，由于正介电各向异性，所以液晶微粒的指向矢将沿外电场方向排列，如果液晶的寻常光折射率no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"on state"（开态）。若撤去外电场作用，则膜又恢复到"off state"。

液晶微滴中液晶分子的排列形态对PDLC膜的性质有很大影响，本文用光学基本原理来讨论液晶微滴中液晶分子的不同排列方式和液晶微滴的折射率的关系，并介绍了表征PDLC膜散射本领的重要参数的雾度概念及其测试方法和表征透光本领的重要参数的透光率的概念及其测试方法。

1PDLC膜的光学特性

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），西瓜状双极沿面排列（Bipolar）以及其他一些可能排列，这三种构形对应着不同的双折射率，如图1所示。

PDLC膜的原理是不加电场时聚合物与液晶微滴的折射率不匹配，造成光散射；施加电场时聚合物与液晶微滴的折射率相匹配，造成光透射。要使散射增强，聚合物与液晶微滴的平均折射率相差越大越好，液晶微滴尺寸越小越好，微滴中液晶分子排列在辐射状径向垂面排列或西瓜状双极沿面排列。要使透射态更亮，聚合物折射率np与液晶微滴的折射率no相差越小越好，液晶分子转向电场方向，一定是处在轴向平行排列的方式。

2结论

影响PDLC膜光学性质的因素诸多,其关断散射态的雾度与膜的薄厚、液晶与聚合物的混合比、制备工艺过程、液晶微滴中液晶分子排列方式等因素密切相关；开通透光态的透光率与液晶折射率和聚合物折射率的匹配程度、聚合物与液晶微滴界面相互作用，即锚定强度，及驱动电压等因素密切相关。充分认识上述PDLC膜液晶微滴中液晶分子排列方式与液晶折射率的关系的光学特性，对于制备出关断散射态很白而开通透明态很透亮高对比度的PDLC膜具有一定的理论指导意义。表征PDLC膜关断态散射本领的重要参数是雾度，一般PDLC膜关断态的雾度值H(%)＞75；表征PDLC膜开通态透光本领的参数是透光率，一般PDLC膜开通态的透光率T(%)＞75。

参考文献

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作者简介：李永谦（1983-），男，在读硕士研究生.

范志新，（1960-），男，吉林人，博士，河北工业大学教授，从事大学物理教学与液晶物理研究，E-mail: .