專利名稱：一種可控偏振薄膜的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可控偏振薄膜的制備方法及其應(yīng)用，特別是將高分子材料通 過電紡技術(shù)制備出各向同性的網(wǎng)狀納米纖維薄膜，然后將該納米纖維薄膜與液晶 材料復(fù)合，并沿需要偏振的方向拉伸納米纖維薄膜，使得納米纖維沿拉伸方向取 向并引導(dǎo)液晶沿拉伸方向取向，從而獲得偏振方向可控的薄膜。該薄膜可以應(yīng)用 于顯示及傳感領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
偏振薄膜由于其可以有效地控制光波的傳導(dǎo)，因而目前廣泛應(yīng)用在液晶顯示、 遮光太陽鏡、防眩護目鏡、照相機、攝影機鏡前的偏振濾光片、汽車頭燈防眩目 裝置以及各種偏振顯微鏡或檢測儀器中。
為此，人們開發(fā)了多種多樣的偏振薄膜如反射偏振薄膜、二向色性偏振薄膜、 散射型偏振薄膜、金屬絲光柵型偏振薄膜、活性不拉伸型偏振薄膜及E型偏振薄 膜等。
在眾多的偏振薄膜中光散射型偏振薄膜由于價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、制備方便 而受到人們的高度關(guān)注與廣泛使用。光散射偏振薄膜的原理是將各向異性的聚合 物與具有雙折射指數(shù)的材料混合。各向異性的材料與雙折射指數(shù)材料的一個指數(shù) 匹配，而與另外一個不配。當聚合物混合物單軸拉伸時，根據(jù)入射光的偏振方向， 將發(fā)生散射或者透過。利用光的強烈散射或全反射原理可制造無色散射型偏振薄 膜，它對可見光波段光的透過率較高，特別適用于一些要求真實反映自然光的偏 振儀器。
在過去的數(shù)十年中，人們開發(fā)了多種多樣的光散射型偏振薄膜，主要是基于 拉伸方法，其典型代表為PDLC即液晶分散聚合物薄膜。當PDLC薄膜拉伸時，柔性 聚合物中分散的液晶液滴被拉伸而雙折射指數(shù)的分子與液滴表面平行，從而產(chǎn)生或者檢測偏振光。但是上述的拉伸排列存在一些問題還有待解決。除了復(fù)雜的膜 轉(zhuǎn)移過程外，拉伸排列通常依賴于聚合物在糾纏的鏈段間的拉伸能力。這需要粘 彈性薄膜及適當?shù)睦焖俣?，否則拉伸將導(dǎo)致機械破壞。另一方面，有限的拉伸 率傾向于將液滴變成橢圓，而不能全部在拉伸方向上錨定液晶分子。這些缺點大 大降低了偏振薄膜的效率，因此有必要開發(fā)效率更高的光散射型偏振薄膜。
事實上，在自然界就存在一些性能優(yōu)良的偏振薄膜器件。例如， 一些蜘蛛的
復(fù)眼對偏振光響應(yīng)敏感，其原因就在于其視網(wǎng)膜上ioo納米左右的納米桿的取向排
列。受此啟發(fā)，人們將取向電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合成功地制備出了性能優(yōu) 良的光散射型偏振薄膜。其光學(xué)性能超過了目前已知的各種光散射型偏振薄膜。 其成功的秘訣就在于取向電紡納米纖維薄膜的取向性更高及納米纖維薄膜中的納 米纖維具有更大的比表面積，因此能夠通過其表面導(dǎo)致更多的液晶分子取向排列。 當然，取向型電紡納米纖維薄膜與液晶材料復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜也 存在其使用方面的一些問題。例如，在實際使用過程中，偏振薄膜往往需要調(diào)整 其偏振方向。對于取向型電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜
而言，則只有將整個薄膜旋轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)該功能。而傳統(tǒng)的PDLC則只需沿偏振方向 拉伸即可實現(xiàn)。而通過拉伸實現(xiàn)偏振的傳感器件同樣不適用于取向型電紡納米纖 維薄膜與液晶復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜，因為其取向已經(jīng)固定且一旦變更不
易恢復(fù)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種偏振取向可控的納米纖維與液晶復(fù)合的 光散射型偏振薄膜制備方法及其應(yīng)用，該方法能夠方便廉價地實現(xiàn)對光的控制， 該偏振取向可控薄膜制備簡單，成本低廉，操作方便，可作為新的顯示器件、傳 感器件或者光調(diào)控器件。
技術(shù)方案為此，本發(fā)明將PDLC中的拉伸與納米纖維薄膜中誘導(dǎo)液晶排列的
大的比表面積的納米纖維結(jié)合，以網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合，以制備能 夠具有偏振取向可控的新型光散射型偏振薄膜。
本發(fā)明的可控偏振薄膜其特征在于通過如下步驟進行制備 A、首先通過電紡技術(shù)獲得無序的網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜； B、其次將液晶材料注入網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜而與其復(fù)合；c、將與液晶材料復(fù)合的網(wǎng)狀納米纖維薄膜沿需要取向的方向拉伸使得網(wǎng)狀納
米纖維薄膜上納米纖維沿拉伸方向取向并進而通過其表面誘導(dǎo)液晶材料沿納米纖 維取向方向排列而實現(xiàn)對光的偏振取向的控制。
所述的電紡納米纖維薄膜與液晶材料互不相溶。
所述的液晶材料的尋常光折射指數(shù)與電紡納米纖維材料的折射指數(shù)差別小
于5%。
所述的偏振取向可控薄膜應(yīng)用于顯示、傳感及光譜控制領(lǐng)域。 有益效果偏振薄膜由于其可以有效地控制光波的傳導(dǎo)，因而目前在包括顯 示、檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其中光散射型偏振薄膜由于價格低廉、結(jié)構(gòu) 簡單、制備方便而受到人們的高度關(guān)注。
光散射型偏振薄膜的典型代表為PDLC即液晶分散聚合物薄膜。當PDLC薄膜拉 伸時，柔性聚合物中分散的液晶液滴被拉伸而雙折射指數(shù)的分子與液滴表面平行， 從而產(chǎn)生或者檢測偏振光。但是上述的拉伸排列存在一些問題還有待解決。除了 復(fù)雜的膜轉(zhuǎn)移過程外，拉伸排列通常依賴于聚合物在糾纏的鏈段間的拉伸能力。 這需要粘彈性薄膜及適當?shù)睦焖俣?，否則拉伸將導(dǎo)致機械破壞。另一方面，有 限的拉伸率傾向于將液滴變成橢圓，而不能全部在拉伸方向上錨定液晶分子。這 些缺點大大降低了偏振薄膜的效率，因此有必要開發(fā)效率更高的光散射型偏振薄 膜。
為此，人們將取向電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合成功地制備出了性能優(yōu)良的 光散射型偏振薄膜。其光學(xué)性能超過了目前已知的各種光散射型偏振薄膜。其成 功的秘訣就在于取向電紡納米纖維薄膜的取向性更高及納米纖維薄膜中的納米纖 維具有更大的比表面積，因此能夠通過其表面導(dǎo)致更多的液晶分子取向排列。
但是，取向型電紡納米纖維薄膜與液晶材料復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜也 存在其使用方面的一些問題。例如，在實際使用過程中，偏振薄膜往往需要調(diào)整 其偏振方向。對于取向型電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜 而言，則只有將整個薄膜旋轉(zhuǎn)才能實現(xiàn)該功能。而傳統(tǒng)的PDLC則只需沿偏振方向 拉伸即可實現(xiàn)。而通過拉伸實現(xiàn)偏振的傳感器件同樣不適用于取向型電紡納米纖 維薄膜與液晶復(fù)合而成的光散射型偏振薄膜，因為其取向已經(jīng)固定且一旦變更不 易恢復(fù)。
為此，本發(fā)明將PDLC中的拉伸與納米纖維薄膜中誘導(dǎo)液晶排列的大的比表面積的納米纖維結(jié)合，以網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜與液晶復(fù)合，以制備能夠具有偏振 取向可控的新型光散射型偏振薄膜。
該偏振取向可控薄膜制備簡單，成本低廉，操作方便，有可能作為新的顯示 器件、傳感器件或者光調(diào)控器件。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。 實施例1:
A、 無序網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜的制備
將平均分子量為100000，濃度為20%的聚甲基丙烯酸丁酯與聚甲基丙烯酸甲
酯共聚物的丙酮溶液通過注射器以1毫升/小時的速度由高壓正電源提供的1萬伏
的電壓驅(qū)動而噴射。對電極為15厘米遠固定在銅板上10厘米x10厘米見方，間 距為3毫米的針(直徑為0.5毫米)陣列。電紡2小時后，將針陣列上收集的電 紡納米纖維薄膜取下備用。
B、 光散射型偏振薄膜的制備-
將上述網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜切割成2厘米x2厘米后，通過四個夾子分別固 定其四邊，并將其置于一玻璃片上。往薄膜注入液晶材料PN-001。其上輕壓一蓋 玻片。
C、 光散射型偏振薄膜的光的偏振控制
Cl、將上述光散射型偏振薄膜通過一個夾子往外拉而拉伸薄膜，即可獲得拉伸 方向的偏振光。夾子復(fù)位后即可去除偏振效應(yīng)。
C2、將上述光散射型偏振薄膜通過上述Cl夾子相鄰的夾子往外拉而拉伸薄膜， 即可獲得與上述Cl偏振方向垂直的偏振光。
實施例2:
A、無序網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜的制備
將平均分子量為100000，濃度為20%的聚甲基丙烯酸丁酯甲苯溶液通過注射 器以1毫升/小時的速度由高壓正電源提供的1萬伏的電壓驅(qū)動而噴射。對電極為 15厘米遠10厘米x10厘米見方，孔徑為l毫米的銅網(wǎng)。電紡2小時后，將銅網(wǎng)上 收集的電紡納米纖維薄膜取下備用。B、 光散射型偏振薄膜的制備
將上述網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜切割成2厘米x2厘米后，其上下各放置一塊通 過四個夾子分別固定其四邊，并將其置于一玻璃片上。往薄膜注入液晶材料 SLC-9023。其上輕壓一蓋玻片。
C、 光散射型偏振薄膜的光的偏振控制
Cl、將上述光散射型偏振薄膜通過一個夾子往外拉而拉伸薄膜，即可獲得拉伸 方向的偏振光。夾子復(fù)位后即可去除偏振效應(yīng)。
C2、將上述光散射型偏振薄膜通過上述C1夾子相鄰的夾子往外拉而拉伸薄膜， 即可獲得與上述C1偏振方向垂直的偏振光。
權(quán)利要求
1、一種可控偏振薄膜的制備方法，其特征在于通過如下步驟進行制備A、首先通過電紡技術(shù)獲得無序的網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜；B、其次將液晶材料注入網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜而與其復(fù)合；C、將與液晶材料復(fù)合的網(wǎng)狀納米纖維薄膜沿需要取向的方向拉伸使得網(wǎng)狀納米纖維薄膜上納米纖維沿拉伸方向取向并進而通過其表面誘導(dǎo)液晶材料沿納米纖維取向方向排列而實現(xiàn)對光的偏振取向的控制。
2、 如權(quán)利要求1所述的可控偏振薄膜的制備方法，其特征在于所述的電紡 納米纖維薄膜與液晶材料互不相溶。
3、 如權(quán)利要求1所述的可控偏振薄膜的制備方法，其特征在于所述的液晶 材料的尋常光折射指數(shù)與電紡納米纖維材料的折射指數(shù)差別小于5%。
4. 一種可控偏振薄膜的應(yīng)用，其特征在于所述的偏振取向可控薄膜應(yīng)用于顯 示、傳感及光譜控制領(lǐng)域。
全文摘要
可控偏振薄膜的制備及其應(yīng)用特別是將高分子材料通過電紡技術(shù)制備出各向同性的網(wǎng)狀納米纖維薄膜，然后將該納米纖維薄膜與液晶材料復(fù)合，并沿需要偏振的方向拉伸納米纖維薄膜，使得納米纖維沿拉伸方向取向并引導(dǎo)液晶沿拉伸方向取向，從而獲得偏振方向可控的薄膜。該薄膜可以應(yīng)用于顯示及傳感領(lǐng)域。通過如下步驟進行制備A.首先制備無序的網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜；B.其次將液晶材料注入網(wǎng)狀電紡納米纖維薄膜而與其復(fù)合；C.將與液晶材料復(fù)合的網(wǎng)狀納米纖維薄膜沿需要取向的方向拉伸使得網(wǎng)狀納米纖維薄膜上納米纖維沿拉伸方向取向并進而通過其表面誘導(dǎo)液晶材料沿納米纖維取向方向排列而實現(xiàn)對光的偏振取向的控制。
文檔編號G02B5/30GK101303427SQ200810124190
公開日2008年11月12日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月17日
發(fā)明者張繼中 申請人:東南大學(xué)