聚合物分散液晶(PDLC)是将低分子液晶(liquidcrystal,缩写为LC)与预聚物相混合,在一定条件下经聚合反应,形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中,再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料,它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。聚合物分散液晶膜是将液晶和聚合物结合得到的一种综合性能优异的膜材料。液晶分子赋予了聚合物分散液晶膜显著的电光特性,使其受到了广泛的关注,并有着广阔的应用前景。相对于传统显示器件来说,聚合物分散型液晶显示器具有很多优点,例如不需偏振片和取向层,制备工艺简单,易于制成大面积柔性显示器等,目前已在光学调制器、热敏及压敏器件、电控玻璃、光阀、投影显示、电子书等方面获得广泛应用。
PDLC的制备方法大体可分为相分离法和微胶囊封装法,现在应用较多的是相分离法。相分离法主要包括聚合引发相分离(PIPS)、热引发相分离(TIPS)和溶剂引发相分离(SIPS)。其中聚合相分离方法由于具有工艺简单易控制,固化速度快,毒性小等优点而受到重视,在工业生产中得到广泛应用。按照固化条件的不同,聚合相分离方法又分为热固化、紫外光(UV)固化和电子束(EB)固化3种。
聚合引发相分离法(PIPS)
PISP法是制备PDLC最简便的一种方法。它是将预聚物与液晶混合均匀的均相溶液,通过缩聚反应、自由基聚合或直接光引发聚合,使预聚物分子量增加,当达到临界分子尺寸时,两者的相互溶解性降低,直至发生相分离,形成液晶微滴,并逐渐长大,最后液晶形态被固化的聚合物所固定。液滴的尺寸和形貌取决与从液滴成核到聚合物固化时它的生长时间,它可由聚合速度来控制。而聚合速度可由热固化的温度或光固化的光强来控制。此外,原材料的比例,所选液晶与预聚物的物理参数,如粘度、扩散速度和液晶在聚合物中的溶解性等也是影响LC液滴尺寸和形貌的重要因素。
高聚物预聚体和LC按比例混合均匀,在固化过程中,随着高聚物基质分子量的增长,LC在高聚物中的溶解度不断减小,最终实现相分离形成LC微粒。这个过程中使用的高聚物可是热塑性的,也可是热固性的。影响LC微粒的尺寸及其分布的主要因素是固化速度,以及固化温度,当超过一定速度固化时可能不会形成LC微粒,温度主要通过影响溶解度,反应速度及反应动力学参数来影响链扩散机理和链结构以致影响到LC微粒的尺寸和分布。
热引发相分离法(TIPS)
在TIPS过程中,热塑性树脂首先被加热至熔点以上,然后加入所需含量的LC,使两者混合均匀,把均匀溶液在保温状态涂于导电玻璃上,然后按所需的速度冷却到室温,当混合物温度低于一定程度即发生相分离,LC微粒即可形成。在这个过程中,控制冷却速度可以控制LC微粒的尺寸大小及分布,而这最终要影响到PDLC膜的电光性能。
由于PDLC是集光电薄膜和液晶为一体的有机结合,而液晶是强的光学各向异性和介电各向异性材料,因此,PDLC表现出的电光特性尤为显著。