液晶調光膜生產工藝及其性能研究

摘要：液晶調光膜是一種新型功能性光電薄膜，應用廣泛，相比國外產品，國內液晶調光膜產品的綜合性能仍略遜一籌。文章探討一種卷對卷調光膜生產工藝，通過優化生產工藝，即選取最適合的光強和溫度，使液晶調光膜產品的綜合性能最優，為客戶提供高品質的液晶調光膜產品。

關鍵詞：液晶調光膜；生產工藝；光強；溫度；功能性光電薄膜 文獻標識碼：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間快速切換。液晶調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域的高端材料，在商業、零售、醫療衛生、政府機關、安保等諸多方面有廣泛的應用前景。隨著我國高端地產、商業以及各級醫療衛生的公共設施的快速發展，液晶調光膜產品需求量將迎來快速的增長。

20世紀90年代，液晶調光膜產品最先在美國問世。由于成本高昂，調光膜產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，隨著液晶顯示產業的蓬勃發展以及其他相關產業的發展突破，調光膜產品價格得以下降到能被市場接受的水平。此時，率先涌現出美國寶創（Polytronix）、日本板硝子等一批液晶調光膜生產商，我國最早的調光膜制造企業也在此時出現。隨后，調光膜生產商在各地涌現，韓國DMDisplay、美國Scienstry、西班牙圣戈班等公司是這些企業中的代表。這些公司多與建筑玻璃公司聯合，將調光膜推向建筑裝飾的廣袤市場。在2008年以前，大多數液晶調光膜生產商年出貨量不過寥寥幾百上千平米；2008年金融危機后，隨著各國政府大力振興經濟，建筑、裝修行業對液晶調光膜/智能玻璃的需求猛增。另外，在調光膜銷售火爆的同時，國產膜數量稀少、質量不佳的問題卻一直得不到有效改善。面對產業和市場現狀，國內的液晶調光膜生產商須快速調整，強化技術研發和生產工藝優化，迎頭趕上國外同行。本文針對國產膜數量稀少、質量不佳的問題，探討一種卷對卷調光膜制備工藝，通過優化生產工藝，即選取最適合的光強和固化溫度，使液晶調光膜產品的綜合性能最優，為客戶提供高品質的液晶調光膜產品。

1 實驗

1.1 生產設備

本實驗所用設備為珠海興業應用材料科技有限公司自主研發的卷對卷連續式貼合固化設備，即貼合固化一體式高精密全自動生產設備，可卷對卷連續生產2000mm寬幅的調光膜。

1.2 PDLC（聚合物分散液晶）

本實驗所用PDLC為興業獨家配方的液晶復合材料。

1.3 試樣的準備

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

2 測試與分析

首先將六組試樣按正常的成品測試進行檢驗，測試結果見表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#樣的各項性能最優，對比度最好。

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

圖1 溫度對液晶調光膜光電特性的研究

圖2 光強對液晶調光膜光電特性的研究

3 實驗結果與討論

3.1 溫度對液晶調光膜光電特性的研究

從表1可以看出，1#、2#和3#樣的各項性能均合格，隨著溫度的升高，開關態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#樣開態的霧度均為5%左右，開態的霧度主要與ITO薄膜的性能有關，通常開態霧度越低，顯示越清晰。隨著溫度的升高，關態的霧度逐漸升高，關態霧度越高，隱私效果越好，若將高霧的調光膜應用于投影顯示，將會呈現極佳的顯示效果。從圖1可以看出，隨著溫度的升高，液晶調光膜的閾值電壓和飽和驅動電壓變大。1#和2#樣閾值電壓和飽和驅動電壓接近，3#樣的閾值電壓和飽和驅動電壓相對較大。液晶調光膜是由兩層柔性透明導電薄膜和一層聚合物分散液晶材料（PDLC）構成。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，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生吞噬現象，導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，關態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，因此液晶調光膜的閾值電壓和飽和驅動電壓相對較低。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，溫度的升高也會引起單體聚合的速度增加，當液晶分子從單體中析出的速度與單體的聚合速度達到平衡時，易形成尺寸均勻的液晶微滴，并均勻分布于聚合物網絡中，因此PDLC薄膜對光的散射作用強，關態的平行光透過率相對較高；另外，此時的液晶分子由于受到聚合物的錨定力強，最終導致PDLC膜的閾值電壓和飽和驅動電壓變大。因此，在其他工藝參數一致的情況下，液晶調光膜卷狀生產時應選擇合適的溫度，使其綜合性能最優，從1#、2#和3#樣可看出，2#樣的綜合性能最好，開態透過率比1#樣略低，但從視覺上基本分辨不出，關態透過率比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動電壓也較低。

3.2 光強對調光膜光電特性的研究

從表2可以看出，4#、5#和6#樣的各項性能均合格，且開關態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據來看，5#樣各項性能最佳。從圖2可以看出，隨著光強的增強，液晶調光膜的閾值電壓和飽和驅動電壓變大，4#和5#樣閾值電壓和飽和驅動電壓接近，6#樣的閾值電壓和飽和驅動電壓相對較大。

PDLC材料在聚合物誘導相分離的過程中，紫外光的強弱對液晶微滴尺寸的控制起著極其重要的作用。光強過低時，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，液晶微滴之間易發生相互吞噬現象而長大，甚至會形成較大尺寸的液晶疇區，且聚合物膜中的液晶微滴尺寸分布不均勻，雖然液晶調光膜的閾值電壓和飽和驅動電壓降低了，但是削弱了PDLC薄膜對光的散射作用，因此，關態的平行光透過率相對較高；隨著光強的增大，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象得到有效的抑制，液晶微滴尺寸變得均勻細小，因此PDLC薄膜對光的散射作用強，關態的平行光透過率相對較低，關態霧度相對較高，但其閾值電壓和飽和驅動電壓則會有所增大；當光強過高時，則會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，進而導致PDLC膜的閾值電壓和驅動電壓升高。因此，在其他工藝參數一致的情況下，液晶調光膜卷狀生產時應選擇合適的光強，使其綜合性能最優，從4#、5#和6#樣可看出，5#樣的綜合性能最好，由此紫外光強控制在12mw/cm?比較適宜。

4 結語

液晶調光膜的光電性能與生產工藝有很大的關系，在不斷優化PDLC配方的前提下，需根據PDLC性能選取最適合的溫度和光強，得到綜合性能最優異的液晶調光膜產品。從上述研究可看出，溫度和光強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。溫度和光強過低時，易形成較大尺寸的微滴或液晶疇區，且液晶微滴在聚合物分布不均勻，使液晶調光膜對光的散射作用較弱；溫度和光強過高時，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，進而導致液晶調光膜的閾值電壓和驅動電壓升高。本文通過對液晶調光膜生產工藝及其性能的研究，最終確定了優化的生產條件：在PDLC配方不變且走速一致的情況下，溫度為25℃、光強為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動電壓的液晶調光膜產品。

參考文獻

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

（責任編輯：周 瓊）