專利名稱：一種應變液晶透明投影屏幕及其制備方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明的技術方案涉及基于聚合物分散液晶應變效應的透明投影屏幕。
背景技術：
聚合物分散液晶(簡稱PDLC)膜是20世紀80年代發明的高科技產品，在調光玻璃，大屏幕顯示，全息光柵等許多領域具有應用價值，現在也還是液晶器件研究者關注的課題。在聚合物分散液晶研究中發現，對由玻璃基板制備的聚合物分散液晶制品或聚合物網絡液晶制品的上下基板施加剪切應力會引起透光現象，這是聚合物分散液晶的剪切效應(Sheared Liquid Crystal)，它是應變液晶(Stressed Liquid Crystal)的一種，美國肯特大學液晶研究所對應變液晶有比較多的研究。對應變液晶的研究近年來在制備大相位延遲片等液晶器件上受到重視，但聚合物分散液晶剪切效應的應用還未得到廣泛的研發。本專利發明者在前期研究中已經獲得發明專利“聚合物分散液晶壓光效應膜及其制造方法和應用(ZL2008101M177. 1) ”和“聚合物分散液晶剪切效應調光玻璃及其制備方法 (ZL200910070975. 0) ”。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種應變液晶透明投影屏幕制造方法，它是由兩張透明材料基板，如平板玻璃(或亞克力或膠片)，夾一層應變液晶膜構成，聚合物被定向聚合，聚合物所分散包裹的液晶分子有取向，制品為透明開態，進而成為能獲得清晰成像的透明投影屏幕，在商場櫥窗，劇場舞臺，展館廣告，招聘推銷等處得到特殊的應用。本發明解決該技術問題所采用的技術方案是應變液晶透明投影屏幕，由兩張透明材料基板，如平板玻璃或亞克力板或膠片，夾一層應變液晶膜構成。所述應變液晶膜主要是由預聚物向列相液晶材料=1 1的比例混合組成，所述預聚物是由10 30%的環氧樹脂DCL3000,35 65%聚脂丙烯酸酯MR100，5 10%鏈轉移劑和2 10%的光引發劑 ΤΡ0,1 3%硫嗡鹽組成，折射率為np = 1. 517，所述比例均為質量百分比，所述向列相液晶材料的尋常光折射率為n0 = 1. 517，非常光折射率為= 1. 717，雙折射率差為0. 2。上述應變液晶透明投影屏幕，其中所述應變液晶膜的組成中還加有直徑是20 30 μ m的襯墊料塑料微球，其用量在制品中平均少于25粒/cm2。上述應變液晶透明投影屏幕，其中所述玻璃為浮法平板玻璃，其厚度為3 8mm ；亞克力為透明亞克力板，其厚度為 2 5mm ；膠片為透明膠片，其厚度為0. 2 0. 5mm ；。上述應變液晶透明投影屏幕，其中所述應變液晶膜的厚度為20 30 μ m。應變液晶透明投影屏幕的制備方法，步驟是第一步，配制液晶膠用10 30%的環氧樹脂DCL3000，35 65%聚脂丙烯酸酯MR100，5 10%鏈轉移劑和2 10%的光引發劑TP0，1 3%硫嗡鹽配制成預聚物，將該預聚物、向列相液晶材料按1 1的比例攪拌均勻混合，配制成液晶膠混合溶液，所述比例均為質量百分比；
第二步，清洗基板在水槽中清洗基板，清洗過的基板用潔凈布擦干凈，保證基板上無污漬和水漬；上下基板尺寸有差異，如下基板比上基板寬6 8cm ；第三步，撒布微球在噴霧器中裝上加入了塑料微球的溶劑揮發性膠，向一張基板上均勻噴霧，溶劑揮發掉，留下塑料微球粘結在基板上；第四步，合基板以上面撒布了塑料微球的基板為下基板，在其上鋪另一張基板為上基板，這兩張上下基板大部分平行重合，留小部分錯開；第五步，灌注液晶膠用注射器將第一步配制成的液晶膠混合溶液注射到有錯位臺階處下基板上，依靠毛細現象使液晶膠被吸進兩片基板的縫隙中，適當控制注射劑量，不使液晶膠溢流到基板側面，當液晶膠被吸光要及時補充，出現氣泡要設法排除，等液晶膠完全充滿基板重合區間，一邊推動上基板與下基板更多重合，一邊補充液晶膠，直到上下基板中間完全重合，下基板在寬度方向兩側各多出3 km，液晶膠也完全充滿整個縫隙；第六步，紫外光曝光把已經灌注好液晶膠的這兩片基板放到紫外光曝光臺上進行曝光，紫外光燈與待曝光基板之間安裝有導光格柵，使光束都是從側面傾斜照射到基板上，避免垂直照射的光束，紫外光燈由大量燈管排列組成；第七步，應變處理在進行上步曝光過程中，當發生反應出現固化現象時，即看到基板由透明無色變化成有白霧時，不等完全固化，關閉紫外光燈，把兩片基板上下翻轉掉換方向，而且使寬片基板被支撐起來，讓窄片基板依靠自重下垂，并在其下面貼上膠皮吸盤掛上重物對液晶膠層施加下拉應力，如液晶膠層厚度增加面積縮小，可以補充液晶膠，重新開啟紫外光燈繼續曝光使液晶膠完全固化。本發明應變液晶透明投影屏幕的有益效果是聚合物是定向聚合，成為連接上下玻璃基板的交叉編織光纖，束縛液晶分子基本上垂面取向，使聚合物分散液晶層處于通透狀態，而不是其他制備方法得到的散射狀態。本發明應變液晶透明投影屏幕的原理在于所述的紫外光固化膠，有按照光偏振方向聚合的特點，如光垂直照射，S光和P光均等，聚合物在玻璃夾層平面內混亂聚合，束縛液晶分子水平面內混亂排列，處于散射態；如光傾斜照射，在玻璃與空氣界面，S光反射多， P光透射多，聚合物在玻璃夾層平面內受到部分偏振光照射而較多傾斜聚合，不等完全固化，對其施加下拉應力再繼續曝光，將形變固化住，故稱這種方法制備的狀態為應變液晶。 應變液晶透明投影屏幕，常態下是光通透態，呈透明外觀。應變使液晶微滴由圓球變成垂面豎立長橢球，液晶分子大部分將沿橢球長軸方向排列，液晶微滴呈現為各向異性單軸晶體， 液晶尋常光折射率與聚合物折射率相等，因此透明。本發明應變液晶透明投影屏幕呈現這樣一種功能，正面直視比較透明，側面斜視有白霧，投影機從側面把圖像投影上去，能夠清晰成像，與現有聚合物分散液晶電控調光膜在施加電場通透態相比，透光率有所不及，但成像效果相當甚至更勝一籌。
5
本發明應變液晶透明投影屏幕與現有技術相比，具有如下的優點本發明的應變液晶透明投影屏幕在制備后就處在透明狀態，不再需要施加應力， 也不用外加電場，有很好的成像效果。對生產環境和原料的潔凈與純度都沒有高要求，工藝簡單，設備投資小，原材料和生產成本都很低，玻璃應變液晶透明投影屏幕原材料成本在 200元每平米以下，售價千元每平米以上，利潤500元每平米以上，具有實用性，新穎性，絕對具有價格優勢和節能優勢。現有的聚合物分散液晶調光玻璃在通透態可以做透明投影屏幕用，效果很好，其生產過程對車間潔凈程度有極高的要求，是用透明導電膠片先制造出聚合物分散液晶復合膜，再把膜夾到兩片玻璃之間，技術難度大，成本高，原材料成本在千元每平米以上，工程完畢造價5千元每平米左右，而且使用中是耗電不節能的。常見的透明投影屏幕是簡單的把光學功能薄膜粘貼到透明材料上，透明性好，則成像效果不佳，成像效果好，則透明性不佳。另有所謂的全息透明投影屏幕和自發光透明投影屏幕等，原理不詳，效果較好，但肯定價格昂貴。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1，本發明紫外光曝光裝置示意圖。圖2，本發明應變液晶透明投影屏幕結構示意圖。圖中，101.紫外光燈管陣列，102，傾斜入射導光格柵，103，寬片基板，104，液晶膠層，105，窄片基板，106，基板支撐架。201.基板，202.聚合物，203，液晶微滴，204，微球。
具體實施例方式實施例1，玻璃基板應變液晶透明投影屏幕第一步，配制液晶膠 用30 %的環氧樹脂DCL3000，60 %聚脂丙烯酸酯MR100，4 %鏈轉移劑和4 %的光引發劑TP0，2%硫嗡鹽配制成預聚物，將該預聚物、向列相液晶材料按1 1的比例攪拌均勻混合，配制成液晶膠混合材料，所述比例均為質量百分比；第二步，清洗基板在水槽中清洗平板玻璃基板，清洗過的玻璃用潔凈布擦干凈，保證玻璃上無污漬和水漬，下玻璃基板比上玻璃基板寬8cm ；第三步，撒布微球在噴霧器中裝上加入了塑料微球的溶劑揮發性膠(如乙酸丁脂)，向一張玻璃基板上均勻噴霧，溶劑揮發掉，留下塑料微球粘結在玻璃基板上；第四步，合基板以上面撒布了塑料微球的玻璃基板為下基板，在其上鋪另一張玻璃基板為上基板，這兩張上下玻璃基板大部分平行重合，留小部分錯開；第五步，灌注液晶膠用注射器將第一步配制成的液晶膠混合材料注射到有錯位臺階處下基板玻璃上， 依靠毛細現象使液晶膠被吸進兩片玻璃的縫隙中，適當控制注射劑量，不使液晶膠溢流到玻璃側面，當液晶膠被吸光要及時補充，等液晶膠完全充滿玻璃重合區間，一邊推動上基板與下基板更多重合，一邊補充液晶膠，直到上下玻璃基板中間完全重合，下玻璃基板在寬度方向兩側各多出4cm，液晶膠也完全充滿整個縫隙；第六步，紫外光曝光把已經灌注好液晶膠的這兩片玻璃放到紫外光曝光臺上進行曝光，紫外光燈與待曝光玻璃之間安裝有導光孔洞，使光束都是從側面傾斜照射到玻璃上，避免垂直照射的光束，紫外光燈由大量燈管排列組成；第七步，應變處理如圖1，在進行上步曝光過程中，當發生反應出現固化現象時，即看到玻璃由透明無色變化成有白霧時，不等完全固化，關閉紫外光燈，把兩片玻璃基板上下翻轉掉換方向， 而且使寬片玻璃被支撐起來，讓窄片玻璃依靠自重下垂，對液晶膠層施加下拉應力，重新開啟紫外光燈繼續曝光使液晶膠完全固化，得到制品結構如圖2 ；第八步，后處理把寬片玻璃多出部分切割掉，使上下玻璃整齊，對玻璃進行邊角打磨包裝等。實施例2，亞克力基板應變液晶透明投影屏幕第一步，配制液晶膠混合材料用30 %的環氧樹脂DCL3000，60 %聚脂丙烯酸酯MR100，4 %鏈轉移劑和4 %的光引發劑TP0，2%硫嗡鹽配制成預聚物，將該預聚物、向列相液晶材料按1 1的比例攪拌均勻混合，配制成液晶膠混合溶液，所述比例均為質量百分比；第二步，清洗基板在水槽中清洗亞克力基板，清洗過的亞克力基板用潔凈布擦干凈，保證亞克力基板上無污漬和水漬，下亞克力基板比上亞克力基板寬6cm ；第三步，撒布微球在噴霧器中裝上加入了塑料微球的溶劑揮發性膠(如乙酸丁脂)，向一張亞克力基板上均勻噴霧，溶劑揮發掉，留下塑料微球粘結在亞克力基板上；第四步，合亞克力基板以上面撒布了塑料微球的亞克力基板為下基板，在其上鋪另一張亞克力基板為上基板，這兩張上下亞克力基板大部分平行重合，留小部分錯開；第五步，灌注液晶膠用注射器將第一步配制成的液晶膠混合材料注射到有錯位臺階處亞克力基板上， 依靠毛細現象使液晶膠被吸進兩片亞克力基板的縫隙中，適當控制注射劑量，不使液晶膠溢流到亞克力基板側面，當液晶膠被吸光要及時補充，等液晶膠完全充滿亞克力基板重合區間，一邊推動上基板與下基板更多重合，一邊補充液晶膠，直到上下亞克力基板中間完全重合，下亞克力基板在寬度方向兩側各多出3cm，液晶膠也完全充滿整個縫隙；第六步，紫外光曝光把已經灌注好液晶膠的這兩片亞克力基板放到紫外光曝光臺上進行曝光，紫外光燈與待曝光亞克力基板之間安裝有導光格柵，使光束都是從側面傾斜照射到亞克力基板上，避免垂直照射的光束，紫外光燈由大量燈管排列組成；第七步，應變處理如圖1，在進行上步曝光過程中，當發生反應出現固化現象時，即看到亞克力基板由透明無色變化成有白霧時，不等完全固化，關閉紫外光燈，把兩片亞克力基板上下翻轉掉換方向，而且使寬片亞克力基板被支撐起來，讓窄片亞克力基板依靠自重下垂，并在下面的窄片亞克力基板合理安裝膠皮吸盤加載重物增加拉力，對液晶膠層施加下拉應力，重新開啟紫外光燈繼續曝光使液晶膠完全固化，得到制品結構如圖2 ；第八步，后處理把寬片亞克力多出部分切割掉，使上下亞克力基板整齊，對亞克力進行邊角打磨。 實施例3，膠片基板應變液晶透明投影屏幕第一步，配制液晶膠混合材料用30 %的環氧樹脂DCL3000，60 %聚脂丙烯酸酯MR100，4 %鏈轉移劑和4 %的光引發劑TP0，2%硫嗡鹽配制成預聚物，將該預聚物、向列相液晶材料按1 1的比例攪拌均勻混合，配制成液晶膠混合材料，所述百分比均為質量百分比；第二步，清洗基板在水槽中清洗膠片基板，清洗過的膠片用潔凈布擦干凈，保證膠片上無污漬和水漬；上下膠片基板尺寸相同；第三步，撒布微球在噴霧器中裝上加入了塑料微球的溶劑揮發性膠(如乙酸丁脂)，向一張膠片上均勻噴霧，溶劑揮發掉，留下塑料微球粘結在膠片基板上；第四步，合膠片基板以上面撒布了塑料微球的膠片基板為下基板，在其上鋪另一張膠片基板為上基板，這兩張上下膠片基板大部分平行重合，留小部分錯開；第五步，灌注液晶膠用注射器將第一步配制成的液晶膠混合材料注射到有錯位臺階處下基板膠片上， 依靠毛細現象使液晶膠被吸進兩片膠片的縫隙中，適當控制注射劑量，不使液晶膠溢流到膠片側面，當液晶膠被吸光要及時補充，等液晶膠完全充滿膠片重合區間，一邊拉動上基板與下基板更多重合，一邊補充液晶膠，直到上下膠片基板中間重合，上下各留出Icm位錯， 液晶膠完全充滿整個重合縫隙；第六步，覆膜機壓膜把灌注了液晶膠的兩張膠片轉移到寬幅覆膜機上進行壓膜，使液晶膠層厚度均勻；第七步，紫外光曝光把已經灌注好液晶膠的這兩張膠片基板放到紫外光曝光臺上進行曝光，紫外光燈與待曝光膠片之間不用導光格柵，使光束垂直照射，紫外光燈由大量燈管排列組成；第八步，應變處理在進行上步曝光過程中，當發生反應出現固化現象時，即看到膠片由透明無色變化成有白霧時，不等完全固化，關閉紫外光燈，把兩張膠片基板上下翻轉掉換方向，向相反方向拉動上下膠片對液晶膠層施加剪切應力直到使上下膠片對整齊，重新開啟紫外光燈繼續曝光使液晶膠完全固化。上述實施例中，玻璃和亞克力產品是施加下拉應力，效果是長橢球形液晶微滴長軸沿垂面方向，所以液晶分子是垂面排列，透光率比較高，而膠片產品不適合施加下拉應力，只適合施加剪切應力，效果是長橢球形液晶微滴長軸沿剪切方向，所以液晶分子是沿面排列，透光率接近50 %，是半透明效果。上述實施例中所用環氧樹脂是北京奧泰利新技術有限公司產品，所用的聚脂丙烯酸酯是上海金貿泰化工有限公司產品，所用的鏈轉移劑是上海試劑研究所產品，所用的光引發劑是天津天驕化工產品光引發劑ΤΡ0，所用的硫嗡鹽是武漢市合中生化制造有限公司產品，預聚合物折射率是1. 517，所用液晶材料是大雙折射率各向異性的向列相液晶產品， 液晶尋常光折射率為n。= 1. 517，液晶非常光折射率為= 1. 717以上，是河北鹿泉新型電子材料廠產品，所用塑料微球是深圳納微科技公司產品，均通過商購獲得。上述實施例中，紫外光固化膠為特殊配方，紫外光曝光臺及導光格柵為特殊設計， 其他所用原材料可通過公知的商購途徑獲得，所涉及的玻璃清洗為普通公知簡單方法，其他步驟是特殊工藝，實施例3用到寬幅覆膜機為普通公知的機械。上述實施例中所述百分比均為質量百分比。本發明制造的應變液晶透明投影屏幕，玻璃產品適用于商場櫥窗等固定透明投影屏幕；亞克力產品適用于展會，劇場舞臺和卡拉OK等移動或懸吊透明投影屏幕；而膠片產品適用于便攜式透明投影屏幕，與微型投影機(LC0Q配合應用更廣。應變液晶透明投影屏幕，觀眾即能看到投影圖像，又能隔著屏幕清晰看到幕后景物，具有空中懸物魔幻效果，特別吸引游客觀眾眼球，因此市場前景十分廣闊。
權利要求
1.一種應變液晶透明投影屏幕，其特征在于它由兩張透明基板夾一層聚合物分散液晶層構成，聚合物分散液晶層是以可聚合單體、鏈轉移劑和光引發劑組成的紫外光固化預聚物、向列相液晶材料為原料，按照預聚物與向列相液晶的質量比為1 1的比例制成，具體制備步驟為將預聚物、向列相液晶材料混合后灌注到兩張透明基板之間，紫外光傾斜照射，使聚合物定向聚合，在應力作用下，液晶微滴形成長橢球形狀，制品具有透明性。
2.根據權利要求1所述的應變液晶透明投影屏幕，其特征在于所述的預聚物原料的質量組成所述預聚物是由10 30%的環氧樹脂DCL3000，35 65%聚脂丙烯酸酯MR100， 5 10%鏈轉移劑和2 10%的光引發劑ΤΡ0，1 3%硫嗡鹽組成，折射率為np = 1. 517， 所述百分比均為質量百分比。所述向列相液晶材料的折射率為n0 = 1. 517，折射率為ne = 1. 717，雙折射率差為0. 2。上述應變液晶透明投影屏幕，其中所述應變液晶膜的組成中還加有直徑是20 30 μ m的塑料微球，其用量在制品中少于3粒/mm2。
3.根據權利要求1所述的應變液晶透明投影屏幕，其特征在于所述的透明基板可以是浮法平板玻璃，可以是亞克力板，也可以是膠片。
4.權利要求1所述的聚合物分散液晶壓光效應膜的制造方法，其特征在于包括的步驟第一步，配制液晶膠用10 30%的環氧樹脂DCL3000，35 65%聚脂丙烯酸酯MR100，5 10%鏈轉移劑和2 10%的光引發劑ΤΡ0，1 3%硫嗡鹽配制成預聚物，將該預聚物、向列相液晶材料按 1 1的比例攪拌均勻混合，配制成液晶膠混合溶液，所述百分比均為質量百分比；第二步，清洗基板在水槽中清洗基板，清洗過的基板用潔凈布擦干凈，保證基板上無污漬和水漬；第三步，撒布微球在噴霧器中裝上加入了塑料微球的溶劑揮發性膠，向一張基板上均勻噴霧，溶劑揮發掉，留下塑料微球粘結在基板上；第四步，合基板以上面撒布了塑料微球的基板為下基板，在其上鋪另一張基板為上基板，這兩張上下基板大部分平行重合，留小部分錯開；第五步，灌注液晶膠用去掉針管的注射器將第一步配制成的液晶膠混合材料注射到有錯位臺階處下基板上，依靠毛細現象使液晶膠被吸進兩片基板的縫隙中，適當控制注射劑量，不使液晶膠溢流到基板側面，當液晶膠被吸光要及時補充，等液晶膠完全充滿基板重合區間，一邊推動上基板與下基板更多重合，一邊補充液晶膠，直到上下基板中間完全重合，液晶膠也完全充滿整個縫隙；第六步，紫外光曝光把已經灌注好液晶膠的這兩片基板放到紫外光曝光臺上進行曝光，紫外光燈與待曝光基板之間安裝有導光格柵，使光束都是從側面傾斜照射到基板上，避免垂直照射的光束，紫外光燈由大量燈管排列組成；第七步，應變處理在進行上步曝光過程中，當發生反應出現固化現象時，即看到基板由透明無色變化成有白霧時，不等完全固化，關閉紫外光燈，把兩片基板上下翻轉掉換方向，而且使寬片基板被支撐起來，讓窄片基板依靠自重下垂，對液晶膠層施加下拉應力，重新開啟紫外光燈繼續曝光使液晶膠完全固化。
5.權利要求1所述的應變液晶透明投影屏幕投影成像清晰，玻璃制品適用于固定透明投影屏幕；亞克力制品適用于移動或懸吊透明投影屏幕；而膠片制品適用于便攜式透明投影屏幕。
全文摘要
本發明涉及一種應變液晶透明投影屏幕，它包括兩片透明基板(如玻璃或亞克力或膠片)夾一層聚合物分散液晶層構成，聚合物分散液晶層是由可聚合單體、鏈轉移劑和光引發劑組成的紫外光固化預聚物、向列相液晶材料及襯墊材料塑料微球制成，預聚物與向列相液晶的質量比為1∶1。制造方法是紫外光固化工藝，紫外光傾斜照射，聚合物定向聚合，適時施加應力使液晶分子定向排列并被固定下來，使制品具有比較透明的外觀。本發明制備出的應變液晶透明投影屏幕投影成像清晰，玻璃制品適用于商場櫥窗等固定透明投影屏幕；亞克力制品適用于展會，劇場舞臺和卡拉OK等移動或懸吊透明投影屏幕；而膠片制品適用于便攜式透明投影屏幕，與微型投影機(LCOS)配合應用更廣。應變液晶透明投影屏幕，觀眾即能看到投影圖像，又能隔著屏幕清晰看到幕后景物，具有空中懸物魔幻效果。
文檔編號G02F1/1333GK102354081SQ201110353788
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月10日 優先權日2011年11月10日
發明者范志新 申請人:范志新