液晶調(diào)光膜生產(chǎn)工藝及其性能研究

摘要：液晶調(diào)光膜是一種新型功能性光電薄膜，應(yīng)用廣泛，相比國外產(chǎn)品，國內(nèi)液晶調(diào)光膜產(chǎn)品的綜合性能仍略遜一籌。文章探討一種卷對卷調(diào)光膜生產(chǎn)工藝，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，即選取最適合的光強(qiáng)和溫度，使液晶調(diào)光膜產(chǎn)品的綜合性能最優(yōu)，為客戶提供高品質(zhì)的液晶調(diào)光膜產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：液晶調(diào)光膜；生產(chǎn)工藝；光強(qiáng)；溫度；功能性光電薄膜 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號：TN142 文章編號：1009-2374（2016）01-0009-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.005

液晶調(diào)光膜是一種新型功能性光電薄膜，可通過外加電壓的控制，在透明與磨砂兩種外觀狀態(tài)間快速切換。液晶調(diào)光膜目前被廣泛用于制造智能（隱私）玻璃。智能（隱私）玻璃是目前建筑裝飾裝潢領(lǐng)域的高端材料，在商業(yè)、零售、醫(yī)療衛(wèi)生、政府機(jī)關(guān)、安保等諸多方面有廣泛的應(yīng)用前景。隨著我國高端地產(chǎn)、商業(yè)以及各級醫(yī)療衛(wèi)生的公共設(shè)施的快速發(fā)展，液晶調(diào)光膜產(chǎn)品需求量將迎來快速的增長。

20世紀(jì)90年代，液晶調(diào)光膜產(chǎn)品最先在美國問世。由于成本高昂，調(diào)光膜產(chǎn)品長期處于市場邊緣地帶，用戶群稀少，且難于推廣。2000年以后，隨著液晶顯示產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展以及其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展突破，調(diào)光膜產(chǎn)品價(jià)格得以下降到能被市場接受的水平。此時(shí)，率先涌現(xiàn)出美國寶創(chuàng)（Polytronix）、日本板硝子等一批液晶調(diào)光膜生產(chǎn)商，我國最早的調(diào)光膜制造企業(yè)也在此時(shí)出現(xiàn)。隨后，調(diào)光膜生產(chǎn)商在各地涌現(xiàn)，韓國DMDisplay、美國Scienstry、西班牙圣戈班等公司是這些企業(yè)中的代表。這些公司多與建筑玻璃公司聯(lián)合，將調(diào)光膜推向建筑裝飾的廣袤市場。在2008年以前，大多數(shù)液晶調(diào)光膜生產(chǎn)商年出貨量不過寥寥幾百上千平米；2008年金融危機(jī)后，隨著各國政府大力振興經(jīng)濟(jì)，建筑、裝修行業(yè)對液晶調(diào)光膜/智能玻璃的需求猛增。另外，在調(diào)光膜銷售火爆的同時(shí)，國產(chǎn)膜數(shù)量稀少、質(zhì)量不佳的問題卻一直得不到有效改善。面對產(chǎn)業(yè)和市場現(xiàn)狀，國內(nèi)的液晶調(diào)光膜生產(chǎn)商須快速調(diào)整，強(qiáng)化技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)工藝優(yōu)化，迎頭趕上國外同行。本文針對國產(chǎn)膜數(shù)量稀少、質(zhì)量不佳的問題，探討一種卷對卷調(diào)光膜制備工藝，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，即選取最適合的光強(qiáng)和固化溫度，使液晶調(diào)光膜產(chǎn)品的綜合性能最優(yōu)，為客戶提供高品質(zhì)的液晶調(diào)光膜產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 生產(chǎn)設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備為珠海興業(yè)應(yīng)用材料科技有限公司自主研發(fā)的卷對卷連續(xù)式貼合固化設(shè)備，即貼合固化一體式高精密全自動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備，可卷對卷連續(xù)生產(chǎn)2000mm寬幅的調(diào)光膜。

1.2 PDLC（聚合物分散液晶）

本實(shí)驗(yàn)所用PDLC為興業(yè)獨(dú)家配方的液晶復(fù)合材料。

1.3 試樣的準(zhǔn)備

本文的試樣分六組，是在一定走速的情況下，在不同光強(qiáng)和固化溫度下制得，具體工藝參數(shù)見表1：

2 測試與分析

首先將六組試樣按正常的成品測試進(jìn)行檢驗(yàn)，測試結(jié)果見表2。從表2可以看出，六組試樣的工作電壓均為48V，功耗均在2W/㎡左右，相差不大。六組試樣的平行光透過率和霧度有所差別，相比較而言，2#和4#樣的各項(xiàng)性能最優(yōu)，對比度最好。

然后將六組試樣從0～110V，每隔5V測試透過率數(shù)據(jù)，并描出電壓和透過率的曲線圖，溫度對液晶調(diào)光膜光電特性的研究見圖1，光強(qiáng)對液晶調(diào)光膜光電特性的研究見圖2。

圖1 溫度對液晶調(diào)光膜光電特性的研究

圖2 光強(qiáng)對液晶調(diào)光膜光電特性的研究

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 溫度對液晶調(diào)光膜光電特性的研究

從表1可以看出，1#、2#和3#樣的各項(xiàng)性能均合格，隨著溫度的升高，開關(guān)態(tài)平行光透過率逐漸降低，由于選取的溫度范圍適中，因此整體降低幅度較小。1#、2#和3#樣開態(tài)的霧度均為5%左右，開態(tài)的霧度主要與ITO薄膜的性能有關(guān)，通常開態(tài)霧度越低，顯示越清晰。隨著溫度的升高，關(guān)態(tài)的霧度逐漸升高，關(guān)態(tài)霧度越高，隱私效果越好，若將高霧的調(diào)光膜應(yīng)用于投影顯示，將會(huì)呈現(xiàn)極佳的顯示效果。從圖1可以看出，隨著溫度的升高，液晶調(diào)光膜的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓變大。1#和2#樣閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓接近，3#樣的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓相對較大。液晶調(diào)光膜是由兩層柔性透明導(dǎo)電薄膜和一層聚合物分散液晶材料（PDLC）構(gòu)成。PDLC材料中聚合物單體的聚合速度和液晶與單體之間的溶解性都受到溫度條件的限制，因此，溫度對相分離的過程的控制起著決定性的作用。溫度較低時(shí)，單體的聚合速度較慢，液晶從單體中析出快，因此液晶迅速從單體中析出，形成很多納米尺寸的微滴，納米尺寸的微滴容易發(fā)生吞噬現(xiàn)象，導(dǎo)致了液晶微滴尺寸增大，削弱了PDLC薄膜對光的散射作用，因此，關(guān)態(tài)的平行光透過率相對較高；另外，液晶微滴粒徑增大，受到聚合物的錨定力相對減弱，因此液晶調(diào)光膜的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓相對較低。聚合溫度的升高將增加液晶與聚合物單體之間的相溶性，從而使液晶分子從單體中析出的速度減弱，抑制液晶微滴之間的相互吞噬，溫度的升高也會(huì)引起單體聚合的速度增加，當(dāng)液晶分子從單體中析出的速度與單體的聚合速度達(dá)到平衡時(shí)，易形成尺寸均勻的液晶微滴，并均勻分布于聚合物網(wǎng)絡(luò)中，因此PDLC薄膜對光的散射作用強(qiáng)，關(guān)態(tài)的平行光透過率相對較高；另外，此時(shí)的液晶分子由于受到聚合物的錨定力強(qiáng)，最終導(dǎo)致PDLC膜的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓變大。因此，在其他工藝參數(shù)一致的情況下，液晶調(diào)光膜卷狀生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選擇合適的溫度，使其綜合性能最優(yōu)，從1#、2#和3#樣可看出，2#樣的綜合性能最好，開態(tài)透過率比1#樣略低，但從視覺上基本分辨不出，關(guān)態(tài)透過率比1#樣低2%，這從視覺上有很明顯的變化，因此相比較而言，2#樣的對比度較好，另外2#樣的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓也較低。

3.2 光強(qiáng)對調(diào)光膜光電特性的研究

從表2可以看出，4#、5#和6#樣的各項(xiàng)性能均合格，且開關(guān)態(tài)平行光透過率雖略有變化，但相差不大。從平行光透過率和霧度數(shù)據(jù)來看，5#樣各項(xiàng)性能最佳。從圖2可以看出，隨著光強(qiáng)的增強(qiáng)，液晶調(diào)光膜的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓變大，4#和5#樣閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓接近，6#樣的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓相對較大。

PDLC材料在聚合物誘導(dǎo)相分離的過程中，紫外光的強(qiáng)弱對液晶微滴尺寸的控制起著極其重要的作用。光強(qiáng)過低時(shí)，在相分離過程中，液晶分子從聚合物中的析出速度大于單體聚合速度，液晶微滴之間易發(fā)生相互吞噬現(xiàn)象而長大，甚至?xí)纬奢^大尺寸的液晶疇區(qū)，且聚合物膜中的液晶微滴尺寸分布不均勻，雖然液晶調(diào)光膜的閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓降低了，但是削弱了PDLC薄膜對光的散射作用，因此，關(guān)態(tài)的平行光透過率相對較高；隨著光強(qiáng)的增大，單體的聚合速度加快，液晶與聚合物之間的相分離的速度逐漸趨于平衡，液晶微滴之間的相互吞噬現(xiàn)象得到有效的抑制，液晶微滴尺寸變得均勻細(xì)小，因此PDLC薄膜對光的散射作用強(qiáng)，關(guān)態(tài)的平行光透過率相對較低，關(guān)態(tài)霧度相對較高，但其閾值電壓和飽和驅(qū)動(dòng)電壓則會(huì)有所增大；當(dāng)光強(qiáng)過高時(shí)，則會(huì)使液晶與單體之間的相分離不徹底，液晶與單體間的晶相邊界變得模糊，且部分被滯留在單體中的液晶分子所受的錨定力強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致PDLC膜的閾值電壓和驅(qū)動(dòng)電壓升高。因此，在其他工藝參數(shù)一致的情況下，液晶調(diào)光膜卷狀生產(chǎn)時(shí)應(yīng)選擇合適的光強(qiáng)，使其綜合性能最優(yōu)，從4#、5#和6#樣可看出，5#樣的綜合性能最好，由此紫外光強(qiáng)控制在12mw/cm?比較適宜。

4 結(jié)語

液晶調(diào)光膜的光電性能與生產(chǎn)工藝有很大的關(guān)系，在不斷優(yōu)化PDLC配方的前提下，需根據(jù)PDLC性能選取最適合的溫度和光強(qiáng)，得到綜合性能最優(yōu)異的液晶調(diào)光膜產(chǎn)品。從上述研究可看出，溫度和光強(qiáng)是控制和維持液晶與單體之間相分離速度平衡的重要工藝因素。溫度和光強(qiáng)過低時(shí)，易形成較大尺寸的微滴或液晶疇區(qū)，且液晶微滴在聚合物分布不均勻，使液晶調(diào)光膜對光的散射作用較弱；溫度和光強(qiáng)過高時(shí)，液晶與單體之間的相分離不徹底，液晶與單體之間的晶相邊界不清晰，且部分被滯留在單體中的液晶分子所受的錨定力強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致液晶調(diào)光膜的閾值電壓和驅(qū)動(dòng)電壓升高。本文通過對液晶調(diào)光膜生產(chǎn)工藝及其性能的研究，最終確定了優(yōu)化的生產(chǎn)條件：在PDLC配方不變且走速一致的情況下，溫度為25℃、光強(qiáng)為10～12mw/cm2的工藝條件下能制備出具有較好光電性能、低閾值電壓和低飽和驅(qū)動(dòng)電壓的液晶調(diào)光膜產(chǎn)品。

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作者簡介：吳琴（1984-），女，湖南郴州人，珠海興業(yè)應(yīng)用材料科技有限公司材料工程師，碩士，研究方向：應(yīng)用材料及器件研發(fā)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）