PDLC器件顯示原理及性能分析

引言

　　近年來，高分子分散型液晶顯示器(polymerdispersed liquid crystal，PDLC) 的一些特殊性能得到了很大的應用。本文基于當前對PDLC 的理論研究成果，探討和研究了PDLC 器件的顯示原理，同時制作了基于玻璃基材的PDLC，并對其性能進行了討論。

　　1 理論基礎研究

　　高分子分散型顯示器就是用高分子預聚合物和向列相液晶按照一定的比例混合在一起，由于兩者的分子結構比較相似，所以很容易混合在一起，再通過涂布或灌注到液晶盒里，然后進行聚合反應，就完成了制作。聚合方式可分為熱聚合相分離、光聚合相分離、溶劑型聚合反應等，本文采用光聚合相分離的辦法制作。其原理就是當高分子預聚合物發生聚合相反應后，高分子聚合物將和液晶分子發生分離，液晶分子彼此靠攏形成液晶滴，它們分散在高分子中間，其結構和工作原理如圖1 所示。

　　在不加電場時，液晶分子在微滴中自由排列，所有微滴也是無序的排列。由于液晶分子是強的光學各向異性和介電各向異性材料，其有效的折射率不與基體折射率匹配，也就是說它們和高分子聚合物之間互相發生散射，這樣就形成了霧態。當加上電場時，液晶分子將會呈現一致的平行排列，這樣高分子的折射率與液晶的尋常光折射率一致時，高分子聚合物和液晶分子之間沒有散射，液晶盒將呈現亮態。現在的應用就是基于霧態和亮態二者轉換，以獲取相應的顯示內容。因為它不需要偏光片、定向層，所以制作工序相對普通的TN 和STN 等簡單很多，但是它能有特殊的顯示效果，所以在實際應用中還是有很大的發展空間的。

　　采用Rayleigh- Gans 的散射理論，對雙極排列液晶的微滴，高分子分散型液晶滴顯示的散射截面由式(1)表示：

　　其中，R 是球形液滴的半徑，np 是高分子的折射系數。

　　液晶微滴的定量討論表明，閾值電壓與液晶分子在微滴內的排列狀態有關。對于從雙極排列到平行排列的轉變電壓由式(2)表示：

　　其中， l=a/b ，是液晶微滴長短之比，ρp 和ρLC 分別是高分子和液晶的電導率。

　　所以從以上可以看出，PDLC 的驅動電壓比較高，雖然可以通過降低盒厚來解決，但降低盒厚會造成對比度下降很多，這個在后文實驗中有所對比。還有就是減小高分子和液晶的電導率之比ρp/ρLC，這也是一個方法。國外現在已研發出能夠使用在手表上的PDLC，其電壓可以滿足手表的要求，顯示效果也得到了很多消費者的認可。

　　2 實驗方案及其制作

　　首先是進行空盒工序的制作，從制作工序上講，光刻的工藝和材料同TN 產品沒有差別，用同樣的制作工藝即可。因不需要定向層，所以直接進行絲印邊框和噴灑所需粒徑的襯墊料，然后進行熱壓制盒。通過使用玻璃的基板，可以較容易地制作圖案，還有就是可以獲得想要的膜厚，而且膜厚的精度可以控制在0.5μm 以內，這樣實驗時受外界因素影響小，實驗的結果也會較為準確。

　　然后進行灌液晶的操作，因PDLC 液晶的粘度偏大，所以在制作封口時可以大一些和多一些，以利于灌液晶。