CN102354081A - 一种应变液晶透明投影屏幕及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应变液晶透明投影屏幕，它包括两片透明基板(如玻璃或亚克力或胶片)夹一层聚合物分散液晶层构成，聚合物分散液晶层是由可聚合单体、链转移剂和光引发剂组成的紫外光固化预聚物、向列相液晶材料及衬垫材料塑料微球制成，预聚物与向列相液晶的质量比为1∶1。制造方法是紫外光固化工艺，紫外光倾斜照射，聚合物定向聚合，适时施加应力使液晶分子定向排列并被固定下来，使制品具有比较透明的外观。本发明制备出的应变液晶透明投影屏幕投影成像清晰，玻璃制品适用于商场橱窗等固定透明投影屏幕；亚克力制品适用于展会，剧场舞台和卡拉OK等移动或悬吊透明投影屏幕；而胶片制品适用于便携式透明投影屏幕，与微型投影机(LCOS)配合应用更广。应变液晶透明投影屏幕，观众即能看到投影图像，又能隔着屏幕清晰看到幕后景物，具有空中悬物魔幻效果。

Description

一种应变液晶透明投影屏幕及其制备方法和应用

技术领域

本发明的技术方案涉及基于聚合物分散液晶应变效应的透明投影屏幕。

背景技术

聚合物分散液晶(简称PDLC)膜是20世纪80年代发明的高科技产品，在调光玻璃，大屏幕显示，全息光栅等许多领域具有应用价值，现在也还是液晶器件研究者关注的课题。在聚合物分散液晶研究中发现，对由玻璃基板制备的聚合物分散液晶制品或聚合物网络液晶制品的上下基板施加剪切应力会引起透光现象，这是聚合物分散液晶的剪切效应(Sheared Liquid Crystal)，它是应变液晶(Stressed Liquid Crystal)的一种，美国肯特大学液晶研究所对应变液晶有比较多的研究。对应变液晶的研究近年来在制备大相位延迟片等液晶器件上受到重视，但聚合物分散液晶剪切效应的应用还未得到广泛的研发。本专利发明者在前期研究中已经获得发明专利“聚合物分散液晶压光效应膜及其制造方法和应用(ZL200810154177.1)”和“聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及其制备方法(ZL200910070975.0)”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种应变液晶透明投影屏幕制造方法，它是由两张透明材料基板，如平板玻璃(或亚克力或胶片)，夹一层应变液晶膜构成，聚合物被定向聚合，聚合物所分散包裹的液晶分子有取向，制品为透明开态，进而成为能获得清晰成像的透明投影屏幕，在商场橱窗，剧场舞台，展馆广告，招聘推销等处得到特殊的应用。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：应变液晶透明投影屏幕，由两张透明材料基板，如平板玻璃或亚克力板或胶片，夹一层应变液晶膜构成。所述应变液晶膜主要是由预聚物∶向列相液晶材料＝1∶1的比例混合组成，所述预聚物是由10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，5～10％链转移剂和2～10％的光引发剂TPO，1～3％硫嗡盐组成，折射率为n_p＝1.517，所述比例均为质量百分比，所述向列相液晶材料的寻常光折射率为n_o＝1.517，非常光折射率为n_e＝1.717，双折射率差为0.2。

上述应变液晶透明投影屏幕，其中所述应变液晶膜的组成中还加有直径是20～30μm的衬垫料塑料微球，其用量在制品中平均少于25粒/cm²。上述应变液晶透明投影屏幕，其中所述玻璃为浮法平板玻璃，其厚度为3～8mm；亚克力为透明亚克力板，其厚度为2～5mm；胶片为透明胶片，其厚度为0.2～0.5mm；。上述应变液晶透明投影屏幕，其中所述应变液晶膜的厚度为20～30μm。

应变液晶透明投影屏幕的制备方法，步骤是：

第一步，配制液晶胶

用10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，5～10％链转移剂和2～10％的光引发剂TPO，1～3％硫嗡盐配制成预聚物，将该预聚物、向列相液晶材料按1∶1的比例搅拌均匀混合，配制成液晶胶混合溶液，所述比例均为质量百分比；

第二步，清洗基板

在水槽中清洗基板，清洗过的基板用洁净布擦干净，保证基板上无污渍和水渍；上下基板尺寸有差异，如下基板比上基板宽6～8cm；

第三步，撒布微球

在喷雾器中装上加入了塑料微球的溶剂挥发性胶，向一张基板上均匀喷雾，溶剂挥发掉，留下塑料微球粘结在基板上；

第四步，合基板

以上面撒布了塑料微球的基板为下基板，在其上铺另一张基板为上基板，这两张上下基板大部分平行重合，留小部分错开；

第五步，灌注液晶胶

用注射器将第一步配制成的液晶胶混合溶液注射到有错位台阶处下基板上，依靠毛细现象使液晶胶被吸进两片基板的缝隙中，适当控制注射剂量，不使液晶胶溢流到基板侧面，当液晶胶被吸光要及时补充，出现气泡要设法排除，等液晶胶完全充满基板重合区间，一边推动上基板与下基板更多重合，一边补充液晶胶，直到上下基板中间完全重合，下基板在宽度方向两侧各多出3～4cm，液晶胶也完全充满整个缝隙；

第六步，紫外光曝光

把已经灌注好液晶胶的这两片基板放到紫外光曝光台上进行曝光，紫外光灯与待曝光基板之间安装有导光格栅，使光束都是从侧面倾斜照射到基板上，避免垂直照射的光束，紫外光灯由大量灯管排列组成；

第七步，应变处理

在进行上步曝光过程中，当发生反应出现固化现象时，即看到基板由透明无色变化成有白雾时，不等完全固化，关闭紫外光灯，把两片基板上下翻转掉换方向，而且使宽片基板被支撑起来，让窄片基板依靠自重下垂，并在其下面贴上胶皮吸盘挂上重物对液晶胶层施加下拉应力，如液晶胶层厚度增加面积缩小，可以补充液晶胶，重新开启紫外光灯继续曝光使液晶胶完全固化。

本发明应变液晶透明投影屏幕的有益效果是：聚合物是定向聚合，成为连接上下玻璃基板的交叉编织光纤，束缚液晶分子基本上垂面取向，使聚合物分散液晶层处于通透状态，而不是其他制备方法得到的散射状态。

本发明应变液晶透明投影屏幕的原理在于：所述的紫外光固化胶，有按照光偏振方向聚合的特点，如光垂直照射，S光和P光均等，聚合物在玻璃夹层平面内混乱聚合，束缚液晶分子水平面内混乱排列，处于散射态；如光倾斜照射，在玻璃与空气界面，S光反射多，P光透射多，聚合物在玻璃夹层平面内受到部分偏振光照射而较多倾斜聚合，不等完全固化，对其施加下拉应力再继续曝光，将形变固化住，故称这种方法制备的状态为应变液晶。应变液晶透明投影屏幕，常态下是光通透态，呈透明外观。应变使液晶微滴由圆球变成垂面竖立长椭球，液晶分子大部分将沿椭球长轴方向排列，液晶微滴呈现为各向异性单轴晶体，液晶寻常光折射率与聚合物折射率相等，因此透明。本发明应变液晶透明投影屏幕呈现这样一种功能，正面直视比较透明，侧面斜视有白雾，投影机从侧面把图像投影上去，能够清晰成像，与现有聚合物分散液晶电控调光膜在施加电场通透态相比，透光率有所不及，但成像效果相当甚至更胜一筹。

本发明应变液晶透明投影屏幕与现有技术相比，具有如下的优点：

本发明的应变液晶透明投影屏幕在制备后就处在透明状态，不再需要施加应力，也不用外加电场，有很好的成像效果。对生产环境和原料的洁净与纯度都没有高要求，工艺简单，设备投资小，原材料和生产成本都很低，玻璃应变液晶透明投影屏幕原材料成本在200元每平米以下，售价千元每平米以上，利润500元每平米以上，具有实用性，新颖性，绝对具有价格优势和节能优势。现有的聚合物分散液晶调光玻璃在通透态可以做透明投影屏幕用，效果很好，其生产过程对车间洁净程度有极高的要求，是用透明导电胶片先制造出聚合物分散液晶复合膜，再把膜夹到两片玻璃之间，技术难度大，成本高，原材料成本在千元每平米以上，工程完毕造价5千元每平米左右，而且使用中是耗电不节能的。常见的透明投影屏幕是简单的把光学功能薄膜粘贴到透明材料上，透明性好，则成像效果不佳，成像效果好，则透明性不佳。另有所谓的全息透明投影屏幕和自发光透明投影屏幕等，原理不详，效果较好，但肯定价格昂贵。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1，本发明紫外光曝光装置示意图。

图2，本发明应变液晶透明投影屏幕结构示意图。

图中，101.紫外光灯管阵列，102，倾斜入射导光格栅，103，宽片基板，104，液晶胶层，105，窄片基板，106，基板支撑架。201.基板，202.聚合物，203，液晶微滴，204，微球。

具体实施方式

实施例1，玻璃基板应变液晶透明投影屏幕

第一步，配制液晶胶

用30％的环氧树脂DCL3000，60％聚脂丙烯酸酯MR100，4％链转移剂和4％的光引发剂TPO，2％硫嗡盐配制成预聚物，将该预聚物、向列相液晶材料按1∶1的比例搅拌均匀混合，配制成液晶胶混合材料，所述比例均为质量百分比；

第二步，清洗基板

在水槽中清洗平板玻璃基板，清洗过的玻璃用洁净布擦干净，保证玻璃上无污渍和水渍，下玻璃基板比上玻璃基板宽8cm；

第三步，撒布微球

在喷雾器中装上加入了塑料微球的溶剂挥发性胶(如乙酸丁脂)，向一张玻璃基板上均匀喷雾，溶剂挥发掉，留下塑料微球粘结在玻璃基板上；

第四步，合基板

以上面撒布了塑料微球的玻璃基板为下基板，在其上铺另一张玻璃基板为上基板，这两张上下玻璃基板大部分平行重合，留小部分错开；

第五步，灌注液晶胶

用注射器将第一步配制成的液晶胶混合材料注射到有错位台阶处下基板玻璃上，依靠毛细现象使液晶胶被吸进两片玻璃的缝隙中，适当控制注射剂量，不使液晶胶溢流到玻璃侧面，当液晶胶被吸光要及时补充，等液晶胶完全充满玻璃重合区间，一边推动上基板与下基板更多重合，一边补充液晶胶，直到上下玻璃基板中间完全重合，下玻璃基板在宽度方向两侧各多出4cm，液晶胶也完全充满整个缝隙；

第六步，紫外光曝光

把已经灌注好液晶胶的这两片玻璃放到紫外光曝光台上进行曝光，紫外光灯与待曝光玻璃之间安装有导光孔洞，使光束都是从侧面倾斜照射到玻璃上，避免垂直照射的光束，紫外光灯由大量灯管排列组成；

第七步，应变处理

如图1，在进行上步曝光过程中，当发生反应出现固化现象时，即看到玻璃由透明无色变化成有白雾时，不等完全固化，关闭紫外光灯，把两片玻璃基板上下翻转掉换方向，而且使宽片玻璃被支撑起来，让窄片玻璃依靠自重下垂，对液晶胶层施加下拉应力，重新开启紫外光灯继续曝光使液晶胶完全固化，得到制品结构如图2；

第八步，后处理

把宽片玻璃多出部分切割掉，使上下玻璃整齐，对玻璃进行边角打磨包装等。

实施例2，亚克力基板应变液晶透明投影屏幕

第一步，配制液晶胶混合材料

用30％的环氧树脂DCL3000，60％聚脂丙烯酸酯MR100，4％链转移剂和4％的光引发剂TPO，2％硫嗡盐配制成预聚物，将该预聚物、向列相液晶材料按1∶1的比例搅拌均匀混合，配制成液晶胶混合溶液，所述比例均为质量百分比；

第二步，清洗基板

在水槽中清洗亚克力基板，清洗过的亚克力基板用洁净布擦干净，保证亚克力基板上无污渍和水渍，下亚克力基板比上亚克力基板宽6cm；

第三步，撒布微球

在喷雾器中装上加入了塑料微球的溶剂挥发性胶(如乙酸丁脂)，向一张亚克力基板上均匀喷雾，溶剂挥发掉，留下塑料微球粘结在亚克力基板上；

第四步，合亚克力基板

以上面撒布了塑料微球的亚克力基板为下基板，在其上铺另一张亚克力基板为上基板，这两张上下亚克力基板大部分平行重合，留小部分错开；

第五步，灌注液晶胶

用注射器将第一步配制成的液晶胶混合材料注射到有错位台阶处亚克力基板上，依靠毛细现象使液晶胶被吸进两片亚克力基板的缝隙中，适当控制注射剂量，不使液晶胶溢流到亚克力基板侧面，当液晶胶被吸光要及时补充，等液晶胶完全充满亚克力基板重合区间，一边推动上基板与下基板更多重合，一边补充液晶胶，直到上下亚克力基板中间完全重合，下亚克力基板在宽度方向两侧各多出3cm，液晶胶也完全充满整个缝隙；

第六步，紫外光曝光

把已经灌注好液晶胶的这两片亚克力基板放到紫外光曝光台上进行曝光，紫外光灯与待曝光亚克力基板之间安装有导光格栅，使光束都是从侧面倾斜照射到亚克力基板上，避免垂直照射的光束，紫外光灯由大量灯管排列组成；

第七步，应变处理

如图1，在进行上步曝光过程中，当发生反应出现固化现象时，即看到亚克力基板由透明无色变化成有白雾时，不等完全固化，关闭紫外光灯，把两片亚克力基板上下翻转掉换方向，而且使宽片亚克力基板被支撑起来，让窄片亚克力基板依靠自重下垂，并在下面的窄片亚克力基板合理安装胶皮吸盘加载重物增加拉力，对液晶胶层施加下拉应力，重新开启紫外光灯继续曝光使液晶胶完全固化，得到制品结构如图2；

第八步，后处理

把宽片亚克力多出部分切割掉，使上下亚克力基板整齐，对亚克力进行边角打磨。实施例3，胶片基板应变液晶透明投影屏幕

第一步，配制液晶胶混合材料

用30％的环氧树脂DCL3000，60％聚脂丙烯酸酯MR100，4％链转移剂和4％的光引发剂TPO，2％硫嗡盐配制成预聚物，将该预聚物、向列相液晶材料按1∶1的比例搅拌均匀混合，配制成液晶胶混合材料，所述百分比均为质量百分比；

第二步，清洗基板

在水槽中清洗胶片基板，清洗过的胶片用洁净布擦干净，保证胶片上无污渍和水渍；上下胶片基板尺寸相同；

第三步，撒布微球

在喷雾器中装上加入了塑料微球的溶剂挥发性胶(如乙酸丁脂)，向一张胶片上均匀喷雾，溶剂挥发掉，留下塑料微球粘结在胶片基板上；

第四步，合胶片基板

以上面撒布了塑料微球的胶片基板为下基板，在其上铺另一张胶片基板为上基板，这两张上下胶片基板大部分平行重合，留小部分错开；

第五步，灌注液晶胶

用注射器将第一步配制成的液晶胶混合材料注射到有错位台阶处下基板胶片上，依靠毛细现象使液晶胶被吸进两片胶片的缝隙中，适当控制注射剂量，不使液晶胶溢流到胶片侧面，当液晶胶被吸光要及时补充，等液晶胶完全充满胶片重合区间，一边拉动上基板与下基板更多重合，一边补充液晶胶，直到上下胶片基板中间重合，上下各留出1cm位错，液晶胶完全充满整个重合缝隙；

第六步，覆膜机压膜

把灌注了液晶胶的两张胶片转移到宽幅覆膜机上进行压膜，使液晶胶层厚度均匀；

第七步，紫外光曝光

把已经灌注好液晶胶的这两张胶片基板放到紫外光曝光台上进行曝光，紫外光灯与待曝光胶片之间不用导光格栅，使光束垂直照射，紫外光灯由大量灯管排列组成；

第八步，应变处理

在进行上步曝光过程中，当发生反应出现固化现象时，即看到胶片由透明无色变化成有白雾时，不等完全固化，关闭紫外光灯，把两张胶片基板上下翻转掉换方向，向相反方向拉动上下胶片对液晶胶层施加剪切应力直到使上下胶片对整齐，重新开启紫外光灯继续曝光使液晶胶完全固化。

上述实施例中，玻璃和亚克力产品是施加下拉应力，效果是长椭球形液晶微滴长轴沿垂面方向，所以液晶分子是垂面排列，透光率比较高，而胶片产品不适合施加下拉应力，只适合施加剪切应力，效果是长椭球形液晶微滴长轴沿剪切方向，所以液晶分子是沿面排列，透光率接近50％，是半透明效果。

上述实施例中所用环氧树脂是北京奥泰利新技术有限公司产品，所用的聚脂丙烯酸酯是上海金贸泰化工有限公司产品，所用的链转移剂是上海试剂研究所产品，所用的光引发剂是天津天骄化工产品光引发剂TPO，所用的硫嗡盐是武汉市合中生化制造有限公司产品，预聚合物折射率是1.517，所用液晶材料是大双折射率各向异性的向列相液晶产品，液晶寻常光折射率为n_o＝1.517，液晶非常光折射率为n_e＝1.717以上，是河北鹿泉新型电子材料厂产品，所用塑料微球是深圳纳微科技公司产品，均通过商购获得。

上述实施例中，紫外光固化胶为特殊配方，紫外光曝光台及导光格栅为特殊设计，其他所用原材料可通过公知的商购途径获得，所涉及的玻璃清洗为普通公知简单方法，其他步骤是特殊工艺，实施例3用到宽幅覆膜机为普通公知的机械。上述实施例中所述百分比均为质量百分比。

本发明制造的应变液晶透明投影屏幕，玻璃产品适用于商场橱窗等固定透明投影屏幕；亚克力产品适用于展会，剧场舞台和卡拉OK等移动或悬吊透明投影屏幕；而胶片产品适用于便携式透明投影屏幕，与微型投影机(LCOS)配合应用更广。应变液晶透明投影屏幕，观众即能看到投影图像，又能隔着屏幕清晰看到幕后景物，具有空中悬物魔幻效果，特别吸引游客观众眼球，因此市场前景十分广阔。

Claims (5)

1.一种应变液晶透明投影屏幕，其特征在于它由两张透明基板夹一层聚合物分散液晶层构成，聚合物分散液晶层是以可聚合单体、链转移剂和光引发剂组成的紫外光固化预聚物、向列相液晶材料为原料，按照预聚物与向列相液晶的质量比为1∶1的比例制成，具体制备步骤为：将预聚物、向列相液晶材料混合后灌注到两张透明基板之间，紫外光倾斜照射，使聚合物定向聚合，在应力作用下，液晶微滴形成长椭球形状，制品具有透明性。

2.根据权利要求1所述的应变液晶透明投影屏幕，其特征在于所述的预聚物原料的质量组成：所述预聚物是由10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，5～10％链转移剂和2～10％的光引发剂TPO，1～3％硫嗡盐组成，折射率为n_p＝1.517，所述百分比均为质量百分比。所述向列相液晶材料的折射率为n_o＝1.517，折射率为n_e＝1.717，双折射率差为0.2。上述应变液晶透明投影屏幕，其中所述应变液晶膜的组成中还加有直径是20～30μm的塑料微球，其用量在制品中少于3粒/mm²。

3.根据权利要求1所述的应变液晶透明投影屏幕，其特征在于所述的透明基板可以是浮法平板玻璃，可以是亚克力板，也可以是胶片。

4.权利要求1所述的聚合物分散液晶压光效应膜的制造方法，其特征在于包括的步骤：

第一步，配制液晶胶

用10～30％的环氧树脂DCL3000，35～65％聚脂丙烯酸酯MR100，5～10％链转移剂和2～10％的光引发剂TPO，1～3％硫嗡盐配制成预聚物，将该预聚物、向列相液晶材料按1∶1的比例搅拌均匀混合，配制成液晶胶混合溶液，所述百分比均为质量百分比；

第二步，清洗基板

在水槽中清洗基板，清洗过的基板用洁净布擦干净，保证基板上无污渍和水渍；

第三步，撒布微球

在喷雾器中装上加入了塑料微球的溶剂挥发性胶，向一张基板上均匀喷雾，溶剂挥发掉，留下塑料微球粘结在基板上；

第四步，合基板

以上面撒布了塑料微球的基板为下基板，在其上铺另一张基板为上基板，这两张上下基板大部分平行重合，留小部分错开；

第五步，灌注液晶胶

用去掉针管的注射器将第一步配制成的液晶胶混合材料注射到有错位台阶处下基板上，依靠毛细现象使液晶胶被吸进两片基板的缝隙中，适当控制注射剂量，不使液晶胶溢流到基板侧面，当液晶胶被吸光要及时补充，等液晶胶完全充满基板重合区间，一边推动上基板与下基板更多重合，一边补充液晶胶，直到上下基板中间完全重合，液晶胶也完全充满整个缝隙；

第六步，紫外光曝光

把已经灌注好液晶胶的这两片基板放到紫外光曝光台上进行曝光，紫外光灯与待曝光基板之间安装有导光格栅，使光束都是从侧面倾斜照射到基板上，避免垂直照射的光束，紫外光灯由大量灯管排列组成；

第七步，应变处理

在进行上步曝光过程中，当发生反应出现固化现象时，即看到基板由透明无色变化成有白雾时，不等完全固化，关闭紫外光灯，把两片基板上下翻转掉换方向，而且使宽片基板被支撑起来，让窄片基板依靠自重下垂，对液晶胶层施加下拉应力，重新开启紫外光灯继续曝光使液晶胶完全固化。

5.权利要求1所述的应变液晶透明投影屏幕投影成像清晰，玻璃制品适用于固定透明投影屏幕；亚克力制品适用于移动或悬吊透明投影屏幕；而胶片制品适用于便携式透明投影屏幕。

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