CN103592716B - 一种散射偏光片及其制造方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚合物分散液晶拉伸效应定向聚合散射偏光片，它包括两片三醋酸纤维素膜和聚乙烯醇膜透明复合胶片夹一层聚合物分散液晶层构成，聚合物分散液晶层的聚合物是光固化胶粘剂，液晶是向列相液晶材料。散射偏光片存在透光轴，透光轴沿垂直拉伸方向，自然光入射，一半光透射，一半光散射，两张散射偏光片成对使用时是新型调光窗技术，透光轴方向平行，一半光透射，一半光散射，呈朦胧半透明态外观；透光轴方向正交时光全散射呈白色雾态外观。一张散射偏光片与一张吸收偏光片组合使用时是新型透明投影屏幕胶片技术，单片液晶投影机或单片硅上液晶投影机自带吸收偏光片，出射光是完全偏振光，投影光偏振方向与散射偏光片透光轴正交，没有透射光浪费，发生全散射，背投影成像超清晰，比其他透明投影屏幕胶片技术具有成像原理性技术优势。
Description
技术领域
本发明的技术方案涉及基于聚合物分散液晶拉伸效应的散射偏光片及其制造方法和应用。
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。但聚合物分散液晶的应用还未得到广泛的研发，本专利发明者在前期已经获得授权发明专利“聚合物分散液晶压光效应膜制造和应用”(专利号：ZL200810154177.1)和“聚合物分散液晶剪切效应调光玻璃及其制造和应用”(专利号：ZL200910070975.0)，也已经公开发明专利“一种散射偏光玻璃及其制备方法和应用”(申请公布号：CN103033970A)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种散射偏光片制造方法和应用，即聚合物分散液晶拉伸效应定向聚合制造散射偏光片方法。制品是由两张三醋酸纤维素和聚乙烯醇透明复合胶片夹一层聚合物分散液晶膜构成，制品在制备过程中经过施加拉伸应力聚合物被沿面定向聚合，聚合物所分散包裹的液晶分子有沿拉伸方向大致取向，制品为半透明开态，具有使入射的沿拉伸方向偏振的光散射，沿垂直拉伸方向偏振的光透射的散射偏光器件功能，当这种散射偏光片成对使用时是调光窗技术，透光轴平行光透射，透光轴正交光散射，散射偏光片与吸收偏光片组合也是透明投影屏幕新技术。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片——一种多层复合薄膜胶片制品，由两张透明三醋酸纤维素和聚乙烯醇复合胶片夹一层聚合物分散液晶膜构成。所述聚合物分散液晶膜主要是由LCD-100光固化预聚物：向列相液晶材料1：1的比例混合组成，所述预聚物主要组成有光敏树脂、活性稀释剂、光敏剂和助剂等组成，折射率约为np=1.5，粘度约为v=1000cps，所述向列相液晶材料的双折射率约为no=1.5，ne=1.7，双折射率差约为0.2，聚合物与液晶质量百分比约为1比1。
本发明散射偏光片制造方法采用紫外光固化相分离技术，核心技术是触发聚合相分离后施加拉伸应力，液晶微滴的形变被固化保留下来的制造方法。拉伸效应定向聚合制造散射偏光片方法，步骤是：
第一步，配制液晶胶，将商品LCD-100光固化胶粘剂与向列相液晶材料以约1：1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌数分钟伎其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较大，加热排除气泡待用。
第二步，印刷液晶胶，把聚乙烯醇原膜开卷，把液晶胶滴注到宽幅胶辊印刷机转印胶辊上，向一面聚乙烯醇薄膜印刷液晶胶，液晶胶层厚度100～60(m。
第三步，覆膜，用宽幅粗辊覆膜机在印刷了液晶胶的聚乙烯醇膜上再覆盖另一张聚乙烯醇薄膜。
第四步，曝光，对聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜通过紫外光箱曝光，紫外光强度约800～1000W/m2，薄膜从紫外光灯箱中移动速度约1～2m/min，使液晶从聚合物中析出，制品变成散射雾态。
第五步，拉伸，用拉伸压延设备对已经紫外光曝光相分离的聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层进行拉伸，拉伸比4～5倍，制品从雾态变朦胧半透明态。
第六步，复合固定，将前述拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜用宽幅粗辊覆膜机复合设备复合上三醋酸纤维素固定保护膜。
第七步，收卷，将前述复合三醋酸纤维素固定保护膜的拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶胶片收卷。
上述散射偏光片制备方法中所用到的原材料均为市场上已知商品，所涉及搅拌器、胶辊印刷涂布设备、紫外光灯曝光设备、薄膜拉伸及复合设备均为公知的塑料成型加工设备，聚乙烯醇和三醋酸纤维素原膜为现有制造吸收性偏光片的原材料。
本发明所依据的理论和实验基础参考文献是本发明人发表的论文：《光学技术》2012年第4期“应变液晶散射偏光片的试制”，《光学技术》2011年第1期“剪切聚合物分散液晶散射偏光特性”，《玻璃》2011年第12期“应变液晶调光玻璃的试制”及《现代显示》2012年第4期“偏光片知识讲座——第三讲偏光元件原理”等。
本发明散射偏光片的原理：所述聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片在常态下呈朦胧半透明状态，液晶微滴可设想简化为沿面方向的长椭球体，椭球长短轴比约4比1，液晶微滴中液晶分子沿椭球长轴方向大致取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，如选择聚合物折射率np与液晶寻常光折射率no相等，光线正入射通过聚合物分散液晶薄层时，偏振方向沿拉伸方向的光散射，偏振方向垂直拉伸方向的光透射，即垂直拉伸方向为透光轴方向。这是由于液晶微滴中液晶分子大致沿拉伸方向取向，而入射自然光线总可以分解成沿拉伸方向和垂直拉伸方向的两个分量，即平行液晶分子和垂直液晶分子两个分量，液晶是双折射材料，则平行液晶分子的折射率ne与聚合物折射率np不相等造成光散射，而垂直液晶分子的折射率no与聚合物折射率np相等造成光透射，即具备了散射偏光器件的奇特性质。
本发明的聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片的特性，通过调节聚合物与液晶的比例，能达到透光率40～60％，雾度50％以下，偏振度80～98％。散射偏光片可以实现这样一种功能：两张散射偏光片成对使用时是调光窗技术，透光轴方向平行光透射呈朦胧半透明，透光轴方向垂直正交时光散射呈白色雾态外观；一张散射偏光片与一张吸收偏光片搭配使用时是透明投影屏幕技术，单片液晶投影机或单片硅上液晶投影机自带吸收偏光片，出射光是完全偏振光，散射偏光片用作屏幕，投影光偏振方向与散射偏光片透光轴正交，没有透射光浪费，发生全散射，背投影成像超清晰，比其他透明投影屏幕胶片技术(如全息膜)具有成像原理性技术优势。
本发明聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片与现有大量应用的吸收型偏光片相比，具有新特点：
典型吸收型碘系偏光片是暗灰色制品，一半光透射，一半光吸收，成对使用时，透光轴平行光透射呈半透明暗灰色，透光轴正交光全吸收成黑色外观；而散射型偏光片是淡白色朦胧半透明胶片制品，一半光透射，一半光散射，因散射光干扰，通过散射偏光片看景物不如吸收型偏光片清晰，外观是淡白色。散射偏光片概念虽然早已经有了，但因为人们以往没设想出它有什么用途，也就没有人加以投入研制，甚至写偏振光学专著的专家也不曾提及这个概念，大多数光学专业工作者都不知散射偏光片为何物。
本发明聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片与发明人之前已经公开的“一种散射偏光玻璃及其制备方法和应用”相比，具有新特征：
本发明人先发明了散射偏光玻璃，并发现了其作透明投影屏幕的特殊应用，致力于将散射偏光玻璃产业化，进而再发明散射偏光片。散射偏光玻璃是玻璃夹胶制品，自然具有玻璃产品的优点和缺点，散射偏光片是多层膜复合胶片制品，当然又有胶片产品显然的优点和缺点。
本发明聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片作透明投影屏幕用与现有全息膜等透明投影屏幕相比，具有新特征：透明投影屏幕是能使观众隔着屏幕看到屏幕后面的景物，又能在屏幕上看到清晰的投影视频图像，具有隔空悬物的魔幻效果，在舞台剧场，商业广告等诸多领域都有很广阔的市场前景。现有的透明投影屏幕，最一般但也还是很少见的就是光学功能胶片，贴到玻璃上或亚克力有机玻璃上，成像清楚则透明性差；透明好则成像又差，偏光显微镜下观察这种胶片有双折射现象。有全息透明投影屏幕胶片产品，原理玄虚深奥，效果较好，很透明，成像也较清楚。全息透明幕胶片产品，投影光入射，大致50％光透过损失掉，30％光前散射背投影比较清晰，20％光背散射前投影也比较清晰，偏光显微镜下观察这种全息胶片有微米尺度密度适当油滴般的光滑圆坑，也有双折射现象。所谓全息透明投影屏幕，我们猜想不过是其在制造过程中采用激光扩束散斑灼烧胶片表面，如同激光刻录光盘一般，在胶片表面留下微观坑点，使入射光束通过其表面时透射、折射、散射和反射光强有个合理分配，透明性超好的全息屏幕必须有流明数超高的强大投影机支持。我们通过对比试验，找到稍有雾度的拉杆活页夹塑料书皮，其成像效果也与全息透明投影屏幕胶片效果相当，因此我们大胆直言，所谓全息透明投影屏幕，就是个炒作噱头，并没有什么实质性技术优势。
本发明散射偏光片作为透明投影屏幕技术国际首创，是透明投影屏幕产业一项技术革命，具有成像原理性的绝对优势，即散射偏光片存在透光轴，自然光入射，一半光透射，一半光散射；把单片LCD投影机或单片LCOS投影机，或者在DLP投影机加偏光镜头把出射光改造成偏振光，而偏振方向与散射偏光片透光轴正交，则没有透射光浪费，在屏幕处发生全散射，因此即使是较亮环境下，背投影成像也超清晰。虽然光源起偏损失了一半光强，但观众隔着屏幕看到的投影机光源已经不再刺眼夺目。如果DLP不起偏，自然光入射，保证有一半光透射，另一半光散射，背投影成像不仅清晰而且亮度高，效果与全息透明投影屏幕效果不分伯仲。
本发明聚合物分散液晶拉伸效应散射偏光片制造工艺设备可以是现有吸收型偏光片生产线简单改进获得，去掉液体槽中染料浸润工艺，代之以胶辊印刷涂布液晶胶、聚乙烯醇两张薄膜复合、紫外光曝光等工艺，后面拉伸和复合三醋酸纤维素薄膜等工艺基本与吸收型偏光片干法制程工艺相同。
附图说明
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释。
图1本发明拉伸效应诱导定向聚合制造聚合物分散液晶散射偏光片结构示意图。图中，101三醋酸纤维素薄膜层，102聚乙烯醇薄膜层，103拉伸液晶微滴形状，104光固化胶粘剂层。
具体实施方式
第一步，配制液晶胶，将商品LCD-100光固化胶粘剂(山东青岛海洋化工研究院商品)与向列相液晶材料(河北鹿泉新型电子材料厂产品)以1：1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌数分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较大。
第二步，印刷液晶胶，把聚乙烯醇原膜开卷，把液晶胶滴注到宽幅胶辊印刷机转印胶辊上，向一面聚乙烯醇薄膜印刷液晶胶，液晶胶层厚度～80(m。
第三步，覆膜，用宽幅粗辊覆膜机在印刷了液晶胶的聚乙烯醇膜上再覆盖另一张聚乙烯醇薄膜。
第四步，曝光，对聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜通过紫外光箱曝光，紫外光强度约800W/m2，薄膜从紫外光灯箱中移动速度约1m/min，使液晶从聚合物中析出，制品变成散射雾态。
第五步，拉伸，用拉伸压延设备对已经紫外光曝光相分离的聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层进行拉伸，拉伸比约4倍，聚合物分散液晶层厚度约20(m，制品从雾态变朦胧半透明态。
第六步，复合固定，将前述拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜用宽幅粗辊覆膜机复合设备复合上三醋酸纤维素固定保护膜。
第七步，收卷，将前述复合三醋酸纤维素固定保护膜的拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶胶片收卷。
Claims (4)
1.一种散射偏光片，其特征在于它由两张三醋酸纤维素与聚乙烯醇透明复合胶片夹一层聚合物分散液晶薄膜经紫外光曝光相分离后拉伸固定制成；所述的聚合物是LCD-100光固化胶粘剂；所述液晶为向列相液晶，双折射率差为0.2；
该散射偏光片是经过以下步骤制备而成的：
第一步，配制液晶胶，将商品LCD-100光固化胶粘剂与向列相液晶材料以1：1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态；
第二步，印刷液晶胶，把聚乙烯醇开卷，用宽幅胶辊印刷机向一面聚乙烯醇薄膜印刷液晶胶；
第三步，覆膜，用宽幅粗辊覆膜机在印刷了液晶胶的聚乙烯醇膜上再覆盖另一张聚乙烯醇薄膜；
第四步，曝光，对聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜通过紫外光箱曝光，使液晶从聚合物中析出，制品变成散射雾态；
第五步，拉伸，用拉伸压延设备对已经紫外光曝光相分离的聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层进行拉伸，制品从雾态变朦胧半透明态；
第六步，复合固定，将前述拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶层薄膜在复合设备复合上三醋酸纤维素固定保护膜；
第七步，收卷，将前述复合三醋酸纤维素固定保护膜的拉伸聚乙烯醇夹聚合物分散液晶胶片收卷。
2.根据权利要求1所述的散射偏光片，其特征在于，所述的聚合物包括以下组分：光敏树脂、活性稀释剂、光敏剂和助剂，折射率为np＝1.5，粘度为v＝1000cps，所述向列相液晶材料的双折射率为no＝1.5，ne＝1.7，聚合物与液晶质量百分比为1比1。
3.根据权利要求1所述的散射偏光片，其特征在于，所述的透明复合胶片是制造吸收偏光片用聚乙烯醇和三醋酸纤维素的复合薄膜。
4.根据权利要求1所述的散射偏光片在投影技术上的应用。
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