[发明专利]一种聚合物分散液晶元件的形成方法、通过该方法形成的元件以及这些元件的用途

说明书

本发明涉及聚合物分散液晶元件的形成方法。本发明还涉及通过这种方法产生的元件以及这些元件的用途。

自从其在1976年第一次证实以来，可能将液晶复合材料从不透明转变为透明状态，已经投入大量研究工作来实现改进并将这种现象适于电子元件。将液晶由不透明转变为透明状态的原理应用于多孔聚合物基质(Craighead et al.，1982，Appl.Phys.Lett.40，22)，这种基质充满液晶。将液晶环绕在基质内的理念在Craighead试验中显示出较差的性能，这进一步被Fergason在1985年(1985，SID Int.Symp.Digest of Tech.Papers，16，68)和Drzaic(1986，J.Appl.Phys.，60，2142)发展，Drzaic报道了在聚乙烯醇水溶液中通过干燥液晶乳液得到液晶-聚合物复合材料。这种材料被称为“向列曲线校准相”(NCAP)，发现可用于智能窗口应用。在NCAP应用中，液晶通过标准微囊法或将其悬浮在固态聚合物薄膜的乳化工艺封装。

另一根据Craighead试验将液晶嵌入聚合基质的理念发展的方法为所谓的PDLC法(聚合物分散液晶)。所述方法如下实现：制备液晶和预聚物的均匀混合物，然后通过使预聚物形成固体网格而产生相分离，由此引发液晶形成嵌入聚合物网格的液滴。

已经研发了形成这种聚合物网格的不同方法，这些方法的选用取决于具体情况。例如，当预聚物材料与液晶化合物混合时，使用通过聚合反应的相分离。这种方法被称为聚合引发的相分离(PIPS)。通过将预聚物与液晶混合形成均匀溶液。然后聚合反应通过例如与环氧树脂的缩合反应、例如使用例如过氧化苯甲酰的自由基引发剂催化的自由基聚合，或通过光引发聚合反应进行。在聚合进行中，由于聚合物延长，液晶的溶解度降低，直到液晶在聚合物网格中形成液滴，或者互连液晶网格在生长的聚合物网格中形成，或者聚合物在液晶内形成小球。当聚合物开始凝胶合/或互联时，其将锁定生长的液滴或互连液晶网格，由此将其停止在那时的状态。液滴尺寸和液滴形态或液晶网格的尺寸在液滴成核/网格形成的引发和聚合物胶凝之间的时间。重要因素是聚合速率、材料的相对浓度、温度、使用的液晶和聚合物的类型以及其他物理参数，例如粘度和液晶在聚合物中的溶解度。通过该方法可得到适度均匀尺寸的液滴。过去制备的尺寸为0.01-30微米。聚合诱发的相分离(PIPS)为形成PDLC薄膜的优选方法。该方法始于液晶和单体或预聚物的均匀混合物。引发聚合以产生相分离。液滴尺寸和形态将取决于聚合速率和持续时间、液晶和聚合物的种类以及其在混合物中的比例、粘度、扩散速率、温度和液晶在中的溶解度(West，J.L.，Phase-separation of liquid-crystals in pilymer.Molecular Crystals and Liquid Crystals，1988.157：p.427-441，Golemme，A.，Zumer，S.，Doane，J.W.，and Neubert，M.E.，Deuterium mnr of polymer dispersed liquid crystals.PhysicalReview a，1988.37(2)：p.599-569，Smith，G.W.and Vaz，N.A.，The relationship between formation kinetics and mi-crodroplet size of epoxy based polymer-dispersed liquid-crystals.Liquid Crystals，1988.3(5)：p.543-571，Vaz，N.A.and Montgomery，G.P.，Refractive-indexes of polymer-dispersed liquid-crystal film materials-epoxy based system.Journal of Applied Physics，1987.62(8)：p 3161-3172)。在紫外光(UV)引发的聚合中，可通过改变光的强度来改变固化速率(Whitehead Jr，J.B.，Gill，N.L.，and Adams，C，Characterization of the phase separation of the E7 liquidcrystal component mixtures in a thiol-ene based polymer.Proc.SPIE，2000.4107：p.189)。最常研究的是使用自由基聚合的PIPS法，大多数自由基聚合体系通过紫外线引发。与其他已知方法相比该方法具有几种优点，例如更好的相分离、均匀的液滴尺寸和液滴尺寸更好的控制。然而，混合物中吸收紫外线和可见光的染料的存在在固化之前可导致成功固化不完全或完全的预防。此外，染料可在固化时分解。此外，相分离通常没有完全彻底，并且在固化后部分染料和液晶可能保留在聚合物中，这种染料在聚合物中的存在通常导致薄膜光学性能的降低。