專利名稱：包含有彌散在雙折射聚合基體中的液晶微滴的光調(diào)制材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶光調(diào)制材料，特別是含有彌散在雙折射的、光能透射的合成樹脂基體中的液晶微滴的光調(diào)制材料。
在透明合成樹脂基體中分相彌散液晶微滴而得到的光調(diào)制材料所具有的優(yōu)點(diǎn)已在作為參考文獻(xiàn)的美國專利4，671，618;4，673，255;4，685，771;和4，688，900中進(jìn)行了討論。這類材料被稱為聚合物彌散的液晶(PDLC)材料。
分相的方法可由聚合(PIPS)，熱感應(yīng)(TIPS)或溶劑蒸發(fā)(SIPS)來實(shí)現(xiàn)。如在美國專利4，685，771和4，688，900中所公開的，在這些技術(shù)里采用了環(huán)氧樹脂。對于PIPS法，采用附加的固化劑，例如脂肪胺、或者用紫外光，對含液晶的基體組分和未固化的環(huán)氧樹脂進(jìn)行聚合以在熱固化聚合環(huán)氧樹脂中獲得液晶微滴。對于TIPS法，含液晶的基體組分，和經(jīng)過一元烷基胺之類的非交聯(lián)固化劑固化改性以產(chǎn)生熱塑性的環(huán)氧樹脂被加熱，然后冷卻，以在熱塑性聚合環(huán)氧樹脂中產(chǎn)生液晶微滴。
用分相技術(shù)獲得的在電學(xué)上可編址的光調(diào)制材料采用呈現(xiàn)正介電各向異性的液晶。這類材料在不加電場時(shí)對入射光是不透明的，在有電場時(shí)對入射光透明。
機(jī)械封裝技術(shù)被用來制造采用液晶的呈正介電各向異性(見美國專利4，435，047)和負(fù)介電各向異性的裝置(見法國專利2，139，537)。采用負(fù)介電各向異性液晶的裝置在無場時(shí)基本透明，在有場時(shí)隨所加電壓的作用而增加其不透明度。
各種制作在透明樹脂基體中含有液晶微滴的光調(diào)制材料的技術(shù)，都可同時(shí)采用將微滴的有效折射率與基體折射率匹配和失配的技術(shù)以獲得合適的觀察角，其中，滲入這種材料的顯示器、窗口等，可使之做得易觀察到或者透明。例如，在PDLC材料是由具有正介電各向異性的液晶制成時(shí)，其o光折射率一般與基體折射率匹配，這樣，由于微滴折射的光軸平行于電場且垂直于觀測表面而排列，則在有場條件下顯示器或窗口可被看到、或顯得透明。在無場條件下，光軸不平行排列或隨意取向，則入射光被散射而使顯示器或窗口顯得不透明。
當(dāng)液晶的o光折射率與基體折射率匹配時(shí)，在上述的窗口或顯示器中，在正對著通常垂直于觀測表面的電場方向上觀測時(shí)裝置顯得最為透明(在有場條件下)。加大傾角就會增加“光霧”而減小透明度，在傾角足夠大時(shí)變成基本上不透明。這種光霧的產(chǎn)生是由于觀測角度越偏離垂直方向，看見的液晶微滴的e光折射率與基體折射率的失配就越大。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以制造一種上述類型的液晶光調(diào)制材料，它基本上無光霧且在所有觀測角度上都透明。這通過采用雙折射材料作為基體并使微滴的o光和e光折射率與基體的o光和e光折射率相匹配來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)微滴和基體的光軸排列成一線或平行時(shí)，材料是透明的，且無論觀測角度如何也沒有見到折射率的失配。無光霧的觀測角從觀測表面垂線起為±90°。由于表面的反射，例如在基板內(nèi)表面和外表面可能產(chǎn)生的反射，實(shí)際上的視場約為±60°。
新材料可以以普通的方式工作，則它在有場條件下透明而在無場條件下不透明。另外，還發(fā)現(xiàn)新材料也可做成以相反的或“故障保險(xiǎn)”方式工作，則材料在無場時(shí)透明而在有場時(shí)不透明。
本發(fā)明包括一種含有新型PDLC材料的光調(diào)制液晶裝置。新材料包括彌散在一種雙折射的能透光的基體中的液晶微滴，微滴與基體的有效折射率在入射光的所有方向上匹配，從而在有場條件或無場條件之中的一種情況下器件透明且無光霧，而在有場條件或無場條件之中的另一種情況下有效折射率失配，從而器件不透明。在下面將要敘述的本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例中，微滴和基體的液晶之一為一種液晶聚合物。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例更具體地包括一種光調(diào)制液晶器件，它含有一種由彌散在透明液晶聚合基體中的低分子量液晶微滴構(gòu)成的材料，液晶聚合基體有相對于該材料表面定位的光軸，液晶微滴的o光和e光折射率分別與基體的o光和e光折射率相匹配，從而在微滴的光軸平行于基體光軸排列時(shí)該材料在所有入射光方向上透明且無光霧，而在微滴與基體的有效折射率失配時(shí)材料不透明。一種特別適用的基體是液晶側(cè)基聚合物。
按照本發(fā)明的另一方面，給出了一種制造可以入射光的所有方向上顯示無光霧透明性的光調(diào)制液晶材料的方法，它包括在一種雙折射的可透光的聚合基體中形成相控彌散的液晶微滴的步驟，微滴與基體具有相匹配的o光和e光折射率，以及將基體光軸相對于材料觀測表面定位的步驟，這樣通過將微滴光軸平行于基體光軸定位就可獲得無光霧的透明度，而通過使微滴和基體的有效折射率失配就使材料變得不透明。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，該方法是通過在一種液晶聚合物基體中形成相控彌散的低分子量液滴來實(shí)現(xiàn)的，基體中的中介單元具有正的介電各向異性，選擇液晶滴和基體以使之有匹配的o光和e光的折射率。
正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，單軸液晶的e光折射率ne可作為電矢量平行于其光軸的線偏振光測出。這樣，雙折射基體的光軸和新的PDLC材料液晶微滴的光軸相對于各自的e光折射率應(yīng)處在同一方向上。同樣，應(yīng)當(dāng)明白，雙折射基體和微滴的o光折射率方向是由垂直于各自光軸振動的電矢量來確定的。
聚合的液晶在已有技術(shù)中是已知的。聚合的液晶或液晶聚合物是中介單元和聚合物主鏈的結(jié)合。中介單元和聚合物主鏈可由兩種方式結(jié)合而產(chǎn)生兩種液晶聚合物一種是中介單元包含在聚合物主鏈中，一種是中介單元附在聚合物主鏈的側(cè)基(側(cè)鏈)上。液晶聚合物的結(jié)構(gòu)，性能和一般的合成方法在“Pure&ApplChem.”，57卷，1009(1985)和“PolymerLiquidCrystals”，學(xué)術(shù)通訊1982年增刊中已經(jīng)討論過。
本發(fā)明采用主鏈或側(cè)鏈聚合物作為微滴或基體。液晶最好是側(cè)鏈聚合物，因?yàn)閭?cè)鏈中介單元在場的作用下比主鏈單元更易于定位。與已有的PDLC材料相比，本發(fā)明中采用適當(dāng)?shù)囊壕Ь€狀側(cè)基聚合物的新PDLC材料的特點(diǎn)是無光霧全視場(無角相關(guān)性)，可選的相反或“故障保險(xiǎn)”的工作方式，以及改善了的需要較小驅(qū)動電壓的電響應(yīng)特性。
選用的液晶聚合物基體可由經(jīng)中介固化劑固化的任何合適的合成預(yù)聚物制成，或由含有中介單元的未固化的樹脂制成，樹脂由適當(dāng)?shù)墓袒瘎┕袒?。例如，一種液晶側(cè)基PDLC材料是用PIPS法將液晶與中介固化劑和未固化的合成樹脂混合，再固化以促使基體的聚合并伴生微滴的形成而制得的。液晶側(cè)鏈PDLC材料是用PIPS法將液晶與固化劑和含有中介側(cè)鏈的，未固化的合成樹脂混合，再固化以促使基體的聚合并伴生微滴的形成而制得的。液晶側(cè)鏈PDLC材料也可用TIPS法將液晶和含有液晶側(cè)鏈的聚合合成樹脂的混合物加熱到一定溫度，在此溫度下樹脂和液晶形成均質(zhì)溶液，再將該溶液冷卻以形成微滴來制得。液晶側(cè)鏈PDLC材料還可用SIPS法將溶劑從液晶與含有中介單元的樹脂的溶液中去除以促使微滴形成來制得。
選用的基體包括改性的熱塑性液晶側(cè)基合成聚合物，例如環(huán)氧樹脂，聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯基乙酸酯，聚乙烯醇縮甲醛，聚碳酸酯，聚乙烯基甲基酮，聚丙烯酸甲酯，聚環(huán)己基異丁烯酸酯，聚異丁基異丁烯酸酯，和聚甲基丙烯酸甲酯，或其它等同物。液晶側(cè)基最好包括一個(gè)氰化聯(lián)苯基。氰化聯(lián)苯基部分最好由一個(gè)足夠長的軟的烴基間隔單元與聚合物主鏈隔開以使中介部分在一個(gè)共同方向上定位。合適的中介固化劑的一個(gè)例子為氰化聯(lián)苯基烷氧胺。
液晶聚合物基體的中介單元可以以不同的方式定位。在中介單元具有正的介電各向異性時(shí)，一個(gè)交流電場或磁場會使光軸平行于場而定位，即通常在垂直于觀察表面的方向定位。通過交聯(lián)聚合基體，使材料工作在玻璃化溫度以下，或?qū)ρb有材料的玻璃基板進(jìn)行表面處理就可在場消失后使這種定位情況仍然保持。
在上述裝置由透明變?yōu)椴煌该鲿r(shí)，微滴的有效折射率改變。這可能發(fā)生在數(shù)種不同的狀況中。其一是取向構(gòu)造的改變，例如變成一種徑向結(jié)構(gòu)，它改變微滴有效折射率的數(shù)值。文獻(xiàn)中已經(jīng)列出了各種類型的微滴取向構(gòu)造。應(yīng)當(dāng)清楚，在無場狀態(tài)下微滴的取向構(gòu)造與微滴的大小、液晶的彈性、以及聚合物產(chǎn)生的表面條件有關(guān)。另一種改變微滴折射率的機(jī)理是受非球面或微滴邊壁的表面約束條件的影響，而造成微滴光軸取向的改變。在分相過程中時(shí)常產(chǎn)生隨機(jī)取向的非球形微滴，而在無場時(shí)造成微滴光軸的隨機(jī)取向。這種情況使微滴有效折射率相對于聚合物基體折射率發(fā)生變化。而在無場條件下使材料變得不透明。
一種采用本發(fā)明的新型無光霧PDLC材料的光調(diào)劑裝置，如窗口或光開關(guān)，可以作成以普通方式工作的，它在無場條件下不透明，而在有場條件下則成透明或透光的。這是通過使雙折射基體的光軸垂直于觀測表面取向來實(shí)現(xiàn)的。在有場條件下，交流電場使具有正介電各向異性的液晶微滴的光軸平行于基體的光軸而定位，即垂直于觀察表面。由于微滴和基體的o光和e光折射率分別相匹配，在有場狀態(tài)下材料對所有的入射光方向均無光霧。在無場狀態(tài)下，微滴的取向構(gòu)造改變，則微滴的有效折射率對于所有的入射光方向都與基體的有效折射率失配，從而入射光被散射、材料不透明。
本發(fā)明的新PDLC材料也可做成以相反的方式或故障保險(xiǎn)方式工作，使材料在無場狀態(tài)下透明，而在有場狀態(tài)下不透明。在一個(gè)新型的以相反的方式工作的材料的實(shí)施例中，采用上述的任一種技術(shù)使液晶微滴分相彌散在雙折射透光的基體，最好是液晶聚合物基體中。與本發(fā)明其它實(shí)施例一樣，微滴的o光和e光折射率分別與基體的o光和e光折射率相匹配。在材料制成之后，施加方向相反的切向力以使基體的光軸傾斜于觀察表面定位。切向力也使微滴拉長并使其光軸平行于基體的光軸定位。這樣使得微滴和基體的有效折射率匹配以使在無場條件下材料對所有的入射光方向透明且無光霧。當(dāng)材料被裝成一個(gè)光開關(guān)裝置而在垂直于觀察表面的方向上加一個(gè)場時(shí)，根據(jù)微滴是具有正介電各向異性還是負(fù)介電各向異性，微滴將分別平行或垂直于場的方向定位。在任一種情況下，場引起微滴的有效折射率與基體的有效折射率失配，從而材料散射光線而不透明。
另一個(gè)相反形式或以故障保險(xiǎn)方式工作的材料的實(shí)施例中，液晶微滴具有雙極結(jié)構(gòu)并具有負(fù)的介電各向異性。液晶微滴分相彌散在雙折射基體中，基體中最好是其中介單元具有正的介電各向異性的液晶聚合物基體。在基體形成過程中，通過施加交流電場使基體光軸排列定位。雙極液晶微滴自然地與基體排齊，以使微滴和基體的光軸垂直于材料的觀察表面。由于微滴的o光和e光折射率與基體的o光和e光折射率分別相匹配，所形成的材料在無場條件下對所有的入射光方向均透明且無光霧。在有場條件下，負(fù)介電各向異性的液晶微滴在電場作用下沿垂直于場的方向排列定位，從而在所有的觀察角度上引起基體和微滴的折射率失配。相反方式工作的材料可使用SIPS，TIPS或PIPS等各種分相方法，用具有負(fù)介電各向異性的低分子量液晶制成，且聚合物基體的液晶側(cè)基在交流電場的作用下垂直于材料的觀察表面排列。
按照本發(fā)明制造的使用在全視場PDLC材料或裝置中的低分子量液晶可以是根據(jù)所加的頻率將其介電各向異性從正的切換為負(fù)的類型。例如，這類液晶在高頻時(shí)呈現(xiàn)負(fù)的介電各向異性，而在低頻時(shí)為正的介電各向異性。類似地，聚合物液晶也可以是根據(jù)頻率改變其介電各向異性符號的類型。
在微滴中使用這類所謂的分隔頻率液晶使得制成的窗口或裝置具有增強(qiáng)的反差，并使液晶微滴易于相對基體液晶側(cè)基排列定位。這是由于在一給定頻率下，基體中的液晶成份會沿某一方向排列，而在同一頻率下微滴中的液晶成份會沿與第一方向垂直的方向排列。
由下面給出的附圖和發(fā)明最佳實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以得出本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)和對本發(fā)明的進(jìn)一步理解。


圖1(A)和1(B)分別是在有場和無場條件下光開關(guān)裝置的部分截面簡圖，裝置包含一層本發(fā)明的光調(diào)節(jié)材料，它由含于液晶聚合物基體中的幾個(gè)示意性的液晶微滴表示。
圖2(A)是一個(gè)沿不同的入射方向測量圖1(A)裝置透明度的設(shè)備示意圖。
圖2(B)是與光學(xué)各向同性的聚合物制成的PDLC光開關(guān)裝置在透明態(tài)時(shí)的一類似曲線相比，本發(fā)明的PDLC光開關(guān)裝置隨入射角變化的透光率的曲線圖。
圖3(A)和圖3(B)畫出了一種相反工作方式或故障保險(xiǎn)型的光開關(guān)裝置，其中微滴和基體的光軸由切向力作用而傾斜排列，圖中裝置分別為有場和無場的情況。
圖1表示本發(fā)明的液晶PDLC光調(diào)制材料如何制成，以使之在有場條件下材料對所有入射光的方向透明，而因此與具有各向同性的光學(xué)性質(zhì)的、采用普通熱固性或熱塑性合成樹脂制成的PDLC材料相比沒有光霧。已有的用各向同性聚合物制成的PDLC材料的視場由于不可避免的在有場條件下寬的視角范圍內(nèi)折射率失配而受到限制。這是由于液晶的e光折射率通常垂直于材料表面排列以使得在有場時(shí)獲得透明性。而在與垂直方向的觀察角增大時(shí)，在基體的折射率與微滴的e光折射率之間可覺察的失配增加了。采用液晶聚合物樹脂之類的雙折射透光基體的本發(fā)明的PDLC材料所具有的全視場是由于含液晶微滴的基體本身是與微滴有相同光學(xué)性質(zhì)的液晶，所以微滴的有效折射率可能在所有入射光方向上和基體的折射率相匹配，因此在任何方向都無光散射和光霧。在微滴的o光和e光折射率分別與聚合物基體的o光和e光折射率匹配時(shí)，基體和微滴的有效折射率就在所有入射光方向上相匹配，且微滴的光軸平行于基體的光軸排列。
在圖1(A)中，含有本發(fā)明新型無光霧PDLC材料的光開關(guān)裝置總的用數(shù)字10表示。裝置10包括一對玻璃或塑料基板11，以及一種含有分相彌散液晶微滴16的雙折射聚合物基體14。在玻璃基板11的內(nèi)表面有接在電壓為V的交流電源上的透明電極涂層12。按照本發(fā)明的最佳實(shí)施例，基體14是具有正介電各向異性的含有液晶側(cè)基的聚合物。微滴16的o光折射率no和e光折射率ne分別與雙折射基體14的o光折射率no’和e光折射率ne’相匹配。
如圖1(A)所示，與各自的e光折射率處于同一方向的基體14和微滴16的光軸平行地排列。由于微滴的光軸平行于聚合物基體的光軸，且微滴和基體的o光和e光折射率分別匹配，則微滴的有效折射率在所有方向上與基體折射率相匹配。這樣，在圖1(A)的有場條件下，裝置10除了基板11的內(nèi)表面和外表面存在表面反射外，對所有方向的入射光無散射而透明。
通過對側(cè)鏈聚合物基體14的液晶側(cè)基進(jìn)行選擇，使之與微滴16的低分子量液晶為類似的物質(zhì)，就可以使微滴的折射率與基體折射率相匹配。在需要較大的正介電各向異性時(shí)最好采用氰化聯(lián)苯基材料。在裝置10的制造過程中，可通過施加電場或磁場來使微滴和基體的光軸排列定位。例如，在基體14是正介電各向異性的具有液晶側(cè)基聚合物時(shí)，通過在聚合物液晶處于向列相的較高溫度的同時(shí)向電極12加上適當(dāng)?shù)慕涣麟妷?，就可使?cè)基的光軸垂直于裝置10的觀測表面而排列。通過用已知方法處理基板12的表面，或冷卻并使裝置工作在該排列的聚合物液晶的玻璃化溫度以下，和/或通過使該聚合物交聯(lián)就可使基體的單向排列狀態(tài)在去掉交流電壓之后仍然保持。交聯(lián)是通過賦予聚合物側(cè)基一個(gè)不穩(wěn)定的部分，最好是雙鍵的，由紫外輻射、熱輻射、自由基聚合反應(yīng)等或類似的方法使其與另一個(gè)相似的部分產(chǎn)生交聯(lián)而實(shí)現(xiàn)的。
圖1(A)的裝置10的光開關(guān)性能在電源斷路以得到圖1(B)所示的微滴結(jié)構(gòu)時(shí)可得到解釋。在圖1(B)的裝置10’中，無場條件下基體14保持其排列狀態(tài)，其有效折射率不變。而微滴16’的向列相取向結(jié)構(gòu)改變，從而改變了有效折射率而與基體折射率失配。這種失配造成在所有入射光方向中光的散射。圖1(B)中微滴16’的取向結(jié)構(gòu)被畫成是徑向的，但應(yīng)當(dāng)清楚，該結(jié)構(gòu)可以是任何其它同樣可以改變有效折射率的類型。例如，如果微滴形狀不是球狀，當(dāng)裝置被切換到無場條件時(shí)導(dǎo)致光軸取向會有變化，從而引起微滴有效折射率改變而與基體折射率失配。
現(xiàn)在參照圖2(A)，其中示出一種沿不同的入射光方向來測量裝置10一類的PDLC光開關(guān)裝置透過率的布置。激光器15發(fā)射光束通過裝置10到達(dá)測量透光率的檢測器16處。裝置10安置成與激光光束成不同的角度θ。入射角θ以垂直于裝置10表面的方向來測量。
圖2(B)為各種入射角θF的透射率T的曲線。當(dāng)樣品從垂直入射方向轉(zhuǎn)動給定的角度時(shí)，測量其百分透射率。曲線(a)是按本發(fā)明制作的，折射率匹配的液晶側(cè)基環(huán)氧樹脂PDLC材料的曲線。曲線(b)是美國專利4，671，618;4，673，255;4，685，771和4，688，900中所公開的各向同性環(huán)氧樹脂制成的PDLC材料的曲線。長劃線和點(diǎn)線用來進(jìn)行比較。曲線(b)顯示具有光學(xué)各向同性的基體材料透光率百分?jǐn)?shù)在垂直入射的兩側(cè)幾度范圍內(nèi)銳減。而曲線(a)顯示，本發(fā)明采用雙折射透明基體制成的材料從垂直方向約±60°時(shí)才開始由于玻璃基板內(nèi)表面和外表面的反射而銳減。如果沒有這種反射，曲線(a)將基本為一直線，表示出從垂直入射±90°角的范圍內(nèi)透光率無變化。
圖3示出一種相反工作方式或故障保險(xiǎn)方式的光開關(guān)裝置。在圖3(A)中采用本發(fā)明的新型無光霧PDLC材料在無場狀態(tài)或透明狀態(tài)下的光開關(guān)裝置總的用數(shù)字20表示。裝置20包括一對涂有透明電極22的玻璃或塑料基板21，以及含有彌散的液晶微滴26的雙折射聚合物基體24。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，基體為一種聚合物液晶，它在由箭頭23和23’所示的切向力作用下沿著傾斜于基板21表面垂線的方向排列定位。切向作用力也使液晶微滴26拉長并排列定位。微滴26的o光折射率no和e光折射率ne分別與雙折射基體24的o光折射率no’和e光折射率ne’相匹配。從圖3(A)中還可看出，基體24和微滴26的光軸相互平行排列。由于微滴光軸平行于聚合樹脂基體的光軸，且微滴與基體的o光和e光折射率分別相互匹配，則在所有方向上微滴的有效折射率與基體的有效折射率相互匹配。這樣，在圖3(A)的無場條件下，裝置20除了在玻璃或塑料基板21的內(nèi)表面和外表面存在表面反射外，對所有方向的入射光均無散射而透明。
在微滴是由圖3(A)中數(shù)字標(biāo)號26所示的雙極結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過切向作用力來使微滴光軸相應(yīng)于基體光軸排列定位，但是應(yīng)當(dāng)清楚，微滴也可以是其它任何在基板的切向力作用下可導(dǎo)致微滴的有效折射率在所有的入射光方向均與基體折射率匹配的結(jié)構(gòu)。
還應(yīng)當(dāng)明白，也可能存在這種材料，其中即使不向基板加切向力，雙極微滴的光軸也可局部地自然與聚合物基體局部的光軸一樣的排列起來。在這種情況下，微滴的有效折射率將對所有方向的入射光與雙折射聚合物基體的有效折射率相匹配，這樣得到的材料對于所有視角方向是透明的，而與光軸相對于垂直入射光的排列方向無關(guān)。
當(dāng)電壓為V的電源接到透明電極22上產(chǎn)生圖3(B)的微滴構(gòu)圖時(shí)，說明了圖3(A)中裝置20的開關(guān)性能。在圖3(B)所示的裝置20’中，基體24保持導(dǎo)通狀態(tài)下的取向不變，其有效折射率也不變。微滴26’的向列相取向結(jié)構(gòu)變?yōu)槠涔廨S平行于電場排列，由此改變其有效折射率使之與基體折射率失配。這種失配引起對所有方向入射光的散射。
實(shí)例一一種液晶環(huán)氧聚合物由將等重量比1∶1的未固化環(huán)氧樹脂(MK-107，WilmingtonChem，出品)和一種中介醚鍵的固化劑B9-10混合來制備，它的分子式為
混合物加熱至固化劑的熔化溫度(110℃)以上，在混合一分鐘后獲得清澈均勻的溶液。然后使溶液在約90℃下被固化約48小時(shí)。固化了的環(huán)氧樹脂液晶聚合物再與低分子量液晶(E-7，由EMChem出品)以重量比1∶1混合并溶于三氯甲烷中(三氯甲烷以重量計(jì)約占85%)。將溶液置于旋轉(zhuǎn)型混合器中混合幾分鐘，再吸移到帶氧化銦錫電極的基板上的一個(gè)26μm襯墊上形成均勻的一層。在室溫下再使溶劑蒸發(fā)直到所得到的材料成為不透明，通過在一個(gè)約125℃的加熱板上加熱5分鐘使殘留的溶劑蒸發(fā)。再將一個(gè)經(jīng)預(yù)熱的導(dǎo)電極玻璃基板放在混合物之上形成一夾層結(jié)構(gòu)，用約5分鐘的時(shí)間使樣品冷卻至室溫。樣品外觀成半透明的白色狀。在電極上加85V60Hz的交流電壓使樣品在幾分鐘后變成清澈或透明。采用偏光顯微鏡在錐光偏振圖形下可以看出聚合物液晶和彌散的液晶微滴在電場作用下單向的排列起來。去掉電壓則樣品在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)變成不透明的白色狀。再加上交流電壓則樣品在不到一秒鐘之內(nèi)又變成透明的。在加85V電壓期間，樣品保持清澈，即使在傾斜的視角下也無光霧。通過將氦/氖激光器發(fā)出的光透過樣品，射到當(dāng)樣品朝激光束的方向改變時(shí)以測量樣品透光率的檢測器上，就可以測出樣品在透明狀態(tài)下透光率的角相關(guān)性。激光束方向與玻璃基板垂線間的角度在從垂直入射方向±85°范圍內(nèi)變化，除了玻璃基板表面的反射外，透光率沒有任何減少(結(jié)果見圖2)。
實(shí)例2一種液晶環(huán)氧樹脂聚合物通過將等重的環(huán)氧樹脂和連醚的胺固化劑混合來制備。低分子量液晶按重量比1∶1加到混合物中，所得的混合物放在涂有氧化銦錫的玻璃基板上加熱至110℃以上而形成均勻溶液。在混合約2分鐘后，將幾個(gè)26μm的襯墊安放在溶液上，再將一個(gè)經(jīng)預(yù)熱的涂有氧化銦錫的玻璃基板安放到樣品上。樣品在90℃下固化約48小時(shí)。然后再經(jīng)過約30分鐘慢慢冷卻至室溫。在偏光顯微鏡下可以觀察到直徑約為3-5μm的大的向列相微滴，且可觀察到微滴的向列相取向結(jié)構(gòu)為徑向結(jié)構(gòu)。
實(shí)例3
稱出等重的環(huán)氧樹脂和胺固化化合物并與低分子量液晶以1∶1比例結(jié)合涂到ITO涂層的玻璃片上。整個(gè)玻璃片在115℃-120℃下加熱并使材料混合約1.5至3分鐘。將一個(gè)經(jīng)預(yù)熱的ITO玻璃片安放到樣品上，樣品在90℃下退火48小時(shí)。
在加60Hz，85V的交流電壓時(shí)，所得的PDLC呈現(xiàn)出無光霧的寬視覺。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述公開的內(nèi)容可對本發(fā)明作出各種改進(jìn)。應(yīng)當(dāng)清楚，在所提的權(quán)利要求范圍內(nèi)，本發(fā)明也可按上述以外的方式來實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制液晶材料，包括在雙折射透光基體中彌散的液晶微滴，在有場或無場條件之一的狀態(tài)下微滴和基體的有效折射率在所有入射光方向上被匹配，所以材料是透明并無光霧的；而在有場或無場條件之一的另一種狀態(tài)下有效折射率失配，從而材料是不透明的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中液晶微滴具有分別與基體的o光和e光折射率匹配的o光和e光折射率，當(dāng)微滴光軸與基體光軸平行時(shí)材料為透明且無光霧，當(dāng)微滴和基體的光軸不平行時(shí)材料不透明。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2的材料，其中雙折射基體是液晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的材料，其中微滴和基體至少有一種是液晶聚合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的材料，其中聚合物包括液晶側(cè)基。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2，4或5的材料，其中微滴與基體的有效折射率是失配的，所以該材料不透明，而微滴在一個(gè)場的作用下其光軸與基體的光軸平行排列，因此材料在有場存在時(shí)變?yōu)橥该鳌?br> 7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，4或5的材料，其中微滴光軸與基體光軸平行，因此材料是透明的，而在一個(gè)場的作用下微滴的光軸不與基體光軸平行，則在有場存在時(shí)材料變?yōu)椴煌该鳌?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求1的材料，其中微滴包括低分子量液晶，而基體為一種液晶側(cè)基聚合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的材料，其中基體由液晶側(cè)基聚合環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的材料，其中液晶側(cè)基包括氰化聯(lián)苯基。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的材料，其中低分子量液晶呈現(xiàn)正介電各向異性。
12.根據(jù)權(quán)利要求8或9的材料，其中低分子量液晶呈現(xiàn)負(fù)介電各向異性。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9的材料，其中低分子量液晶呈現(xiàn)依賴頻率的介電各向異性。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的材料，其中液晶側(cè)基的光軸相對于材料觀測表面排列成行，且其中低分子量液晶在一個(gè)外場作用下與液晶側(cè)基平行排列，所以材料在所有視角下透明無光霧。
15.一種光調(diào)制液晶材料，包括彌散在由第二種液晶構(gòu)成的雙折射透光基體中的第一種液晶微滴，兩種液晶之一為其液晶側(cè)基的光軸與材料表面相對應(yīng)排列的液晶側(cè)基聚合物，另一種液晶為低分子量液晶，且微滴與基體的o光和e光折射率分別匹配，因此在微滴和基體光軸平行時(shí)材料對所有的視場角透明而無光霧，在微滴與基體的有效折射率失配時(shí)材料不透明。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的材料，其中基體由液晶側(cè)基聚合物構(gòu)成，而微滴由低分子量液晶構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的材料，其中在場的作用存在以使微滴與基體的光軸平行排列時(shí)，材料透明，而在無場時(shí)材料不透明。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16的材料，其中在場的作用存在使微滴與基體的光軸不平行時(shí)，材料不透明，而在無場時(shí)材料透明。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的材料，其中低分子量液晶是與基體組分分相的，以在透光的液晶側(cè)基聚合物基體中形成液晶微滴彌散。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的材料，其中低分子量液晶在一個(gè)外場作用下分相以促使液晶側(cè)基光軸的排列。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的材料，其中液晶側(cè)基包括一種能與其它相同部分交聯(lián)的不穩(wěn)定部分。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的材料，其中各部分互相交聯(lián)，以使液晶側(cè)基永久的排列定位。
23.根據(jù)權(quán)利要求21的材料，其中的不穩(wěn)定部分包括肉桂酸鹽。
24.一種全視場光調(diào)制材料，包括彌散在透光的液晶側(cè)基聚合物基體中的液晶微滴，其中液晶側(cè)基相對于材料表面定位排列，從而在無場條件下基體有效折射率不與微滴的有效折射率匹配，而在有場條件下基體有效折射率與微滴有效折射率在所有入射光方向都相匹配，從而材料透明無光霧。
25.一種全視場光調(diào)制材料，包括彌散在透光液晶側(cè)基聚合物基體中的液晶微滴，其中微滴的有效折射率與基體的有效折射率對所有的入射光方向均相匹配，從而材料在無場條件下透明，而在有場條件下，微滴的有效折射率與基體的有效折射率失配，從而材料不透明。
26.一種故障保險(xiǎn)型光調(diào)制液晶材料，包括彌散在能透光的液晶側(cè)基聚合合成樹脂的基體中的，呈現(xiàn)負(fù)介電各向異性的微滴，微滴的o光和e光折射率與基體的o光和e光折射率分別相匹配、液晶側(cè)基呈現(xiàn)正介電各向異性，且基體和微滴的光軸與材料的觀察表面垂直，從而材料在無場時(shí)透明而有場時(shí)不透明。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的故障保險(xiǎn)型材料，其中基體由一種液晶側(cè)基聚合環(huán)氧樹脂基體構(gòu)成。
28.一種故障保險(xiǎn)型光調(diào)制液晶材料，包括含有相位彌散的低分子量液晶微滴的可透光的液晶聚合合成樹脂基體，微滴與基體的o光折射率和e光折射率分別匹配，且微滴和基體的光軸在傾斜于材料觀察表面的方向上平行排列，從而材料在無場條件下在寬的視角范圍內(nèi)透明而無光霧，無外加場作用下微滴的光軸不與材料的光軸平行排列，所以在有場條件下材料不透明。
29.一種制造對所有入射光方向均具有無光霧透明性的光調(diào)制液晶材料的方法，包括在雙折射的能透光的聚合物基體中分相彌散液晶微滴的步驟，微滴和基體具有匹配的o光和e光折射率，通過使微滴光軸平行于基體光軸排列而可獲得無光霧透明度，而通過使微滴和基體的有效折射率失配而使材料變?yōu)椴煌该鳌?br> 30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中包括進(jìn)行對基體光軸排列的步驟，以使光軸垂直于材料表面。
31.根據(jù)權(quán)利要求29或30的方法，其中使基體光軸排列的步驟通過對材料加一電場或磁場來進(jìn)行。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，包括使基體光軸排列方式固定的步驟，以使其在電場或磁場消除之后仍保持其排列方式。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，其中固定的步驟是通過交聯(lián)聚合物基體來進(jìn)行的。
34.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中使基體光軸排列的步驟是通過向材料相對的表面施加切向力以使光軸傾斜地伸向材料觀測表面而進(jìn)行的。
35.一種制造液晶光調(diào)制材料的方法，包括形成液晶、固化劑和未固化的合成樹脂溶液的步驟，固化劑和樹脂兩者之一具有中介單元，以及隨后將溶液固化以促使在液晶側(cè)基聚合合成樹脂基體中自發(fā)的產(chǎn)生液晶微滴的步驟，選擇液晶微滴和中介單元以使其在基體固化后具有相匹配的o光和e光折射率。
36.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中固化步驟是在外電場或磁場作用下使液晶側(cè)基排列起來而實(shí)現(xiàn)的。
37.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，包括使液晶側(cè)基交聯(lián)以造成相對于材料觀測表面的永久性排列的步驟。
38.根據(jù)權(quán)利要求36的方法，其中交聯(lián)步驟是通過光化學(xué)、熱學(xué)，自由基或X射線誘導(dǎo)的方法來實(shí)現(xiàn)的。
39.一種制造液晶光調(diào)制材料的方法，包括將低分子量液晶和由中介固化劑固化的合成樹脂基體混合起來的步驟，對混合物加熱的步驟、及隨后將混合物冷卻以促使在液晶側(cè)基聚合合成樹脂基體中自發(fā)的產(chǎn)生液晶微滴的步驟，液態(tài)的微滴和基體有相匹配的o光和e光折射率。
40.根據(jù)權(quán)利要求39的方法，其中冷卻步驟是在外電場或磁場作用下使液晶側(cè)基排列起來而完成的。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的方法，包括使液晶側(cè)基交聯(lián)以使之相對于材料觀測表面永久性的排列的步驟。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的方法，其中交聯(lián)的步驟是通過光化學(xué)、熱、自由基或X射線誘導(dǎo)的方式來實(shí)現(xiàn)的。
43.根據(jù)權(quán)利要求42的方法，其中交聯(lián)的熱誘導(dǎo)步驟是在合成樹脂基體被中介固化劑固化的溫度之上的溫度進(jìn)行的。
44.一種制造液晶光調(diào)制材料的方法，包括形成液晶、合成樹脂中介基體材料和溶劑的溶液，以及隨后除去溶劑以促使液晶側(cè)基聚合合成樹脂基體中自發(fā)的產(chǎn)生液晶微滴的步驟，微滴和基體具有相匹配的o光和e光折射率。
45.根據(jù)權(quán)利要求44的方法，其中除去溶劑的步驟是在外電場或磁場之下進(jìn)行的。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的方法，包括使液晶側(cè)基交聯(lián)以產(chǎn)生相對于材料觀測表面永久性排列的步驟。
47.根據(jù)權(quán)利要求46的方法，其中交聯(lián)步驟是通過光化學(xué)、熱、自由基或X射線誘導(dǎo)的方法來實(shí)現(xiàn)的。
48.一種制造液晶光調(diào)制材料的方法，包括將一種液晶聚合物和一種低分子量液晶加熱以形成均勻溶液的步驟，以及隨后將該溶液冷卻以在液晶合成樹脂基體中產(chǎn)生分相彌散的微滴、液態(tài)的微滴和基體具有相匹配的o光和e光折射率的步驟。
全文摘要
一種無光霧的光調(diào)制聚合物彌散液晶(PDLC)材料，包括一個(gè)具有與彌散的液晶的微滴類似的各局異性的光學(xué)性質(zhì)的雙折射的聚合物基體，這樣在透明狀態(tài)下PDLC材料對各個(gè)入射光方向均呈現(xiàn)匹配的折射率，產(chǎn)生對所有視角均透明無散射的膜層。根據(jù)微滴的結(jié)構(gòu)和光開關(guān)裝置的構(gòu)造，采用在無場條件下透明而在有場條件下不透明的，或者相反方式的材料可制成電光光開關(guān)。
文檔編號C09K19/12GK1040213SQ8910357
公開日1990年3月7日 申請日期1989年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月11日
發(fā)明者約瑟夫·W·多恩, 約翰·L·韋斯特 申請人:肯特州大學(xué)