神奇的电控调光膜——
聚合物分散液晶PDLC
大家是否有在生活中见到过调光玻璃？只要按下开关，原本透明的玻璃就会变成像磨砂玻璃一样的半透明状态。这种神奇的现象正是由于玻璃内部含有的聚合物分散液晶(PDLC)造成的。下面就来深入了解一下PDLC吧。
Part 1
PDLC简介
聚合物分散液晶,又称PDLC (polymer dispersed liquid crystal)，是由液晶液滴组成并分散在连续聚合物基质中的一种复合材料。自其在20世纪80年代初被Fergason首次提出后，其独特的光学性质迅速引发了全世界有关科研人员的兴趣。
由PDLC制成的电控调光薄膜与传统的光电材料相比有其独特的光电显示性能。它不需要偏振光和取向层，只需对PDLC施加交流电压，就可以使得玻璃由透明瞬间转成不透明或由不透明瞬间转成透明。此外，PDLC器件有着成本低、设计简单，在高温和高湿度条件下使用寿命长等优点。在三十多年来，PDLC技术不断发展，目前在智能窗口、柔性显示器、传感器、储能、防窥膜、电开关和微透镜等领域均有广泛应用。
含PDLC材料的智能窗
Part 2
PDLC薄膜的结构和原理
PDLC薄膜的结构
PDLC薄膜的结构如下图，最外侧为透明基材，内层为导电材料，中心是PDLC材料。
透明基材主要作为导电层的衬底，对功能层起保护作用，材质可以是光学玻璃或光学塑料膜片。目前实现量产的厂家多采用厚度为50μm～188μm的光学级PET基材。
导电层主要功能是接入电压后在PDLC两侧形成均匀电场，对导电层的主要要求是平整度高、耐弯折且方阻不高于200Ω。
PDLC层主要由聚合物网络骨架与分散其中的液晶微滴构成，视不同的量产工艺可能会添加一定比例的间隔子，厚度在5μm～30μm。一方面，PDLC层作为2层导电膜的黏结层，要求其与导电层具备较好的黏结力；另一方面，作为实现电控调光的主要功能层，为避免产品在加工、装配等环节出现开膜问题，要求聚合物交联固化后自身具备一定的剥离强度。
PDLC薄膜的原理
PDLC的原理如图所示。无外加电场时，LC分子在聚合物基质中随机取向，此时液晶的非寻常光折射率（ne）和寻常光折射率（no）与聚合物折射率（np）不匹配，入射光被液晶重复折射和散射，PDLC呈现乳白色的“不透明”状态。通电后，LC液滴沿着电场的方向重新排列，此时液晶与聚合物折射率相匹配，PDLC能够透过入射光呈现透明状态。
PDLC薄膜的性能参数
PDLC器件的光电性能参数包括关态透过率（Toff）和开态透过率（Ton），阈值电压（Vth）和饱和电压（Vsat）、对比度（CR）、透射率差（∆T），以及包含上升时间（tr）和衰减时间（td）的响应时间。PDLC器件的主要电光特性体现在典型的透射率-电压（T-V）图、强度-时间（I-t）图，以及LC液滴形态上。
PDLC元件的T-V图
Part 3
PDLC的制备方法
制备工艺条件的改变对聚合速度、膜层厚度和LC在聚合物中的分散程度、液滴尺寸以及器件的Vth和CR等都有直接影响。因此制备方法的选择对PDLC器件的性能表现至关重要。PDLC器件主要采用两种制备方法——相分离法和微胶囊法。
相分离是一种传统的PDLC制备方法，均匀且各向同性的LC和预聚物混合溶液通过相分离凝固为聚合物基质，形成有核的LC液滴。为了在PDLC中诱导相分离，通常又采用聚合引发相分离、溶剂引发相分离或热引发相分离三种方法。
微胶囊法是一种利用核壳结构微胶囊材料，通过复杂的凝聚微封装工艺来封装LC液滴的技术。与相分离法相比，微胶囊法源于非均相溶液，将乳液状LC分子快速搅拌，分散在成膜聚合物的水溶液中，再将乳液旋涂或沉积在透明的导电基板如ITO涂层玻璃板上并干燥。由于LC不溶于水溶液，容易实现平衡相分离，防止聚合物塑化，因此在制备稳定均匀的聚合物膜方面具备优势。
Part 4
参考文献
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文章来源：高分子物理学
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