剪切液晶调光玻璃的试制

３ 应用展望
ＰＤＬＣ电控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。用应变液晶原理可 以试制出调光玻璃样品，不加应力是毛玻璃，施加应 力变成半透明玻璃。应变液晶调光玻璃是ＰＤＬＣ的新 品种，可以在装修行业和投影领域具有应用前景。现 有的ＰＤＬＣ电控调光玻璃产品已经获得广泛应用，是 将ＰＤＬＣ层夹到两张透明导电胶片之间，再夹到玻璃 之间构成夹层玻璃，价格昂贵，市场需求很大，生产
［５］范志新，韦卫星，何燕和．剪切聚合物分散液晶散射偏光特 性［Ｊ］． 光学技术，２０１１年１月，第３７卷第１期，７１－７５．
［６］范志新，解一军，魏向东，解会杰，宋新华，王丹，孙玉宝． 聚合 物分散液晶膜的压光效应［Ｊ］． 光学学报，２０１１年１月，第 ３１卷第１期，０１３１００５．
［７］黎振远，范志新，李金炜，赵永芳，孙玉宝． 用偏光显微术研 究聚合物分散液晶压光效应膜［Ｊ］． 光学学报，２０１１年８月， 第３１卷第８期，０８１６００１．
（ａ）０°
（ａ）环玻璃加工简易施加剪切应力的小型装 置，将小样品放进紫外可见光分光光度计中测试样 品透光率曲线，如图５所示。由实验曲线可知，剪 切前样品透光率很低，对绿光（５５０ ｎｍ）而言，雾 度约为９５％，剪切后样品透光率在５０％左右，是半 透明状态。
实验方法是在对样品施加剪切应力观察样品透 光情况，通过样品观察液晶显示器画面，用样品作 透明投影屏幕观察投影效果，用偏光显微镜观察样 品在施加剪切应力前后的织构，用紫外可见光分光 光度计测试样品施加剪切应力前后的透光率曲线。
２ 实验结果与分析
用手对样品上下玻璃对向进行挤压以施加剪切 应力，观察到样品有透光和散射的变化。用不锈钢 方管制作了玻璃包框，在玻璃包框上打出孔安装了 钥匙，拧转钥匙就可以方便施加剪切应力，如图１所 示。图１（ａ）是样品散射态，照片下方的钥匙处在水 平位置，图１（ｂ）是样品透光态，钥匙处在竖直位 置。由图１可以看出，在近距离内散射态时看不清楚
研究与综论
剪切液晶调光玻璃的试制
范志新 陈亮 刘磊
（河北工业大学 天津市 ３００４０１）
摘 要 介绍聚合物分散液晶（ＰＤＬＣ）和应变液晶（ＳＬＣ）概念，试制出剪切应变液晶调光玻璃样品，样品外观是散射 毛玻璃态，对样品施加剪切应力则变成半透明态。给出样品的调光效果照片，半透明态时用样品观察液晶显示器屏幕照 片，用样品作屏幕投影效果照片，对样品在散射态的雾度和半透明态的透光率进行测试，对实验现象做出合理解释。剪 切液晶调光玻璃是一种新型功能玻璃，在许多领域具有应用前景。 关键词 聚合物分散液晶 应变液晶 调光玻璃 雾度 透光率 中图分类号：ＴＱ１７１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３－１９８７（２０１１）１２－００２３－０４
［８］范志新，张志东，解一军．聚合物分散液晶压光效应膜及其 制造方法和应用［Ｓ］． ＺＬ２００８１０１５４１７７．１．
［９］范志新，张志东，等． 聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及 其制造方法和应用［Ｓ］． ＺＬ２００９１００７０９７５．０．
Preparation of Sheared Liquid Crystal Switchable Windows
Fan Zhixin, Chen Liang, Liu Lei (Department of Applied Physics, Hebei University of Technology, Tianjin, 300401） Abstract： The concept of polymer dispersed liquid crystal (PDLC) and stressed liquid crystal (SLC) are introduced, the samples of shared liquid crystal switch-able windows are prepared, and it is look like a frosted glass in scattering state and tune to translucent state after sheared. The photographs of samples with light tune up effect are given, the photographs that using the sample in translucent state to observe liquid crystal display screen are given too, the photographs that take the sample in translucent state as a screen for projection effect are given in addition, the haze in scattering state and the transmittance in translucent state of the sample are tested, the explanation for experiment phenomenon is proposed. The sheared liquid crystal switch-able windows is a kind of new type functional glass, it is applicable in many fields. Key words： polymer dispersed liquid crystal； stressed liquid crystal; switch-able windows；haze；light transmittance
（ａ）剪切前
（ｂ）剪切后
图４ 剪切液晶调光玻璃样品偏光显微镜照片 （７５０×）
图５ 剪切液晶调光玻璃样品光谱特性
上述实验现象的合理解释是剪切应力使液晶微 滴由圆球变斜长椭球，液晶分子沿长轴取向一致排 列使ＰＤＬＣ由散射变透明。因为垂直入射光可以分解 为沿剪切方向和垂直剪切方向的偏振，由于垂直剪 切方向液晶折射率与聚合物折射率匹配，偏振光会 有一半左右透射过去；平行剪切方向液晶折射率与 聚合物折射率不匹配，偏振光会有另一半左右发生 很强的散射。而散射光中将有部分进入探测器，使 得透光率可能高于５０％。剪切液晶调光玻璃具有散 射偏光片功能，吸收型偏光片外观比较黑，而散射 型偏光片看上去比较白。
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全国性建材科技期刊——《玻璃》 ２０１１年 第１２期 总第２４３期
需要有洁净车间、高精密度覆膜机、热固化箱装置 等，技术和投资门槛比较高。而本文所述剪切液晶调 光玻璃，不用透明导电胶片覆膜工艺，代之以透明浮 法玻璃夹层工艺，技术和投资门槛低，不需要洁净车 间，仅需要自行设计安装大型紫外光灯曝光箱装置及 简单的玻璃切割加工条件，需要把夹层玻璃包上不锈 钢外框，利用钥匙施加应力。剪切液晶调光玻璃适用 于制造节能不费电的调光玻璃，应用于贵重商品柜 台、推拉门窗、折叠门窗和茶几桌案以及高档礼品盒 等。ＰＤＬＣ电控调光玻璃在通透状态可以当作效果极 佳的透明投影屏幕，剪切液晶调光玻璃在半透明态也 可以当作效果极佳的半透明投影屏幕，适用于商场橱 窗、展会、剧场舞台等场合，使观者即能看到屏幕后 的情景，又能看到屏幕上的图像。
１ 样品制备与实验方法
样品制备实验中使用的向列相液晶材料是 ＰＤＬＣ００５（石家庄鹿泉新型电子材料厂提供），其 双 折 射 nｏ＝１．５１７， nｅ＝１．７２３。 使 用 的 预 聚 合 物 是 ３０％的 环 氧 树 脂 ＤＣＬ３０００、 ６０％聚 脂 丙 烯 酸 酯
ＭＲ１００、４％链转移剂和４％的光引发剂ＴＰＯ、２％硫 嗡盐配制而成的。将液晶与预聚合物以１∶１的质量 百分比混合成液晶胶。使用的玻璃是３ ｍｍ厚浮法玻 璃（河北南玻公司提供）。使用的衬垫料微球直径 为２０ µｍ（深圳纳微科技公司提供）。将玻璃清洗 干净，在一张玻璃上撒布２０ µｍ衬垫粉微球，之后 盖上另一张玻璃，两张玻璃大部分重合，上下留出 小部分不重合的台阶边（方便后续施加应力实 验）。用注射器将液晶胶滴在台阶处下面玻璃上， 靠毛细现象使液晶胶充满在两张玻璃间重合部分。 把夹着液晶胶的两张玻璃放置于２４ Ｗ紫外灯下进行 紫外固化，样品距离灯在３０ ｃｍ，曝光５ ｍｉｎ，样品 由固化前透明变成固化后散射毛玻璃。
（ｃ）背投 图３ 用剪切液晶调光玻璃作投影屏幕 在明亮环境中，在施加剪切应力作用下把样品 当作透明投影屏幕，用微型投影机把图片投影上 去，如图３所示。图３（ａ）是环境，图３（ｂ）是前投 效果，图３（ｃ）是背投效果。由图３可以看出，样品 具有透明投影屏幕功能，背投效果比较清晰，而前 投有“鬼影”，图像比较模糊。 用偏光显微镜在正交偏光场中观察样品织构，如 图４所示。图４（ａ）是剪切前样品散射态，图４（ｂ） 是剪切后样品透光态。由图４可以看到，液晶微滴变 形由圆球微滴变成椭球微滴，同时可以看出，偏光显 微镜下样品的半透明态在正交偏光场中也没有黑态。
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全国性建材科技期刊——《玻璃》 ２０１１年 第１２期 总第２４３期
样品后面月饼包装盒盖，透光态能看到样品后面的 盒盖，说明剪切液晶样品具有调光功能。
（ａ）散射态
（ｂ）透明态
图１ 剪切液晶调光玻璃样品照片
（ｃ）９０° 图２ 用剪切液晶调光玻璃观察液晶显示器屏幕
在施加剪切应力作用下用样品观测笔记本电脑 液晶显示器屏幕，有透明与散射的变化，如图２所 示。图２（ａ）是样品透光轴与液晶显示器表面偏光 片透光轴重合，图２（ｂ）是样品透光轴与液晶显示 器表面偏光片透光轴夹角为４５°，图２（ｃ）是样品 透光轴与液晶显示器表面偏光片透光轴相垂直。由 图２可以看出，应变液晶样品具有散射偏光片作用， 样品透光轴与液晶显示器表面偏光片透光轴方向一 致时透明，样品透光轴与液晶显示器表面偏光片透 光轴方向正交时散射，透光但不透明。
０ 引言
聚 合 物 分 散 液 晶 （ ＰＤＬＣ： Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）和聚合物网络液晶（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ，ＰＮＬＣ）是液晶器件领域重要的研究 课题，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。调光 玻璃是一种智能型高档功能玻璃，通过电压控制调光 玻璃在散射（透光不透明）态和透明态之间变化。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。在近一步研 究中人们还发现了应变效应，对ＰＤＬＣ膜或ＰＮＬＣ膜施 加 剪 切 （ Ｓｈｅａｒｅｄ） 、 拉 伸 （ Ｓｔｒｅｔｃｈｅｄ） 或 压 缩 （Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ）应力时能对液晶有定向排列作用，使 样品有散射态与透明态的变化，引起新的电光特性， 这 些 效 应 称 作 应 变 液 晶 （ ＳＬＣ： Ｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）。ＳＬＣ在快速响应大相位延迟片、光栅常数 随压力变化的全息光栅、散射滤光片和散射偏光片等 器件上具有特殊应用而引起人们关注［１－９］。本文介绍 剪切液晶调光玻璃的制备与应用展望。