专利名称：散射型线偏振片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种线偏振片及其制备方法，尤其涉及一种散射型线偏振片及其制备方法。
背景技术：
偏振片由光学功能多层膜层压组合而成，生产成本约占液晶显示器用材料成本的11％，是液晶显示器用三大材料(偏振片、液晶和透明导电玻璃)之一。偏振片产业的主导产品是碘素和染料偏振片。偏振片除用于液晶显示器，也用于遮光太阳镜、防眩护目镜、照相机和摄影机镜前的偏振滤光片、汽车头灯防眩目装置以及各种偏振显微镜或检测仪器中。作为液晶显示器的必备部分——偏振片，面临着进一步大发展的机遇。由于要满足LCD显示器明亮和易识别等要求，偏振膜需要尽可能高的透过率、偏振度等性能。而现有商用的偏振片的偏振原理多基于光的吸收，光的透过率不超过原有的50％，因此，新型的基于非吸收性的偏振片成为当今偏振光学研究的热点之一。而非吸收性的散射型偏振片以其制备方法简单而受到广泛关注。
当光通过偏振物质时，物质中的电子在光波电磁场的作用下发生受迫振动，成为次波源，当微粒的大小为透过光波长的1/5时，散射光的一部分为偏振光。散射型线偏振片就是利用上述光的强烈散射或全反射原理制成的。散射型线偏振片对可见光波段光的透过率较高，适用于要求真实反映自然光的偏振仪器，以及需要线偏振控制的平板显示中，是20世纪末开始兴起的技术，是多学科交叉综合发展的产物，其原理是在光学各向异性的连续相中分散折射率各向同性的分散相材料，使分散相的折射率和连续相的寻常光或非寻常光折射率相匹配，而与另一折射率失配，即可获得线偏振光。在折射率均一的连续相中分散光学各向异性的分散相，基于相同的原理，也可制得线偏振片。由于散射型偏振技术光的高透过率，制作简单等特点，近几年备受关注，并被预言将取代现有商用的光吸收型偏振片，在平板显示中获得长足的应用，以提高屏幕亮度和光源的使用率。然而迄今为止，散射型偏振片多是利用热拉伸法制得。其中多数偏振片的厚度在几百微米。过高的厚度不仅降低了背光源的光透过率，而且当应用到平板显示时，过厚的偏振片会增加显示屏的质量和集成负担。同时，机械拉伸法的拉伸率最大在4到5，因此分散相微粒的长宽比有限，且大小在几微米。这使得各项异性材料的非寻常与寻常折射率差异不大，从而导致偏振片分散相与连续相的折射率错配显得有限，偏振度无法进一步提高。
有序纳米级或亚微米级纤维是一维纳米材料的制备和应用中，当前极为活跃的领域和发展前沿，是本世纪初刚刚兴起的研究领域。它可以通过模板法、自组装法、刻蚀法以及静电纺丝等技术制得，并已被证实在合成材料、纳米器件、防护支架、组织工程以及电化学传感等方面存在巨大的应用潜力。相关研究也已成为当前一维纳米材料发展的一个重要方向。但是目前有序纤维很少有应用于光学研究的例子。其原因在于缺少一种提供有序度好，厚度均一的制备大面积导向纳米纤维的手段。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种厚度小、光透过率和偏振度高，且制备方法简单的散射型线偏振片及其制备方法。
技术方案一种散射型线偏振片，该线偏振片由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由无色透明材料制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中，上述无色透明材料为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物。
一种散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将无色透明材料用静电纺丝方法制备直径为10nm～10μm的纤维，上述无色透明材料为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为1～100μm的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～10μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
有益效果与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)本发明的散射型线偏振片厚度薄由于纤维的直径及其间隙仅在纳米级或亚微米级，因此组成高偏振度的均匀排布的纤维膜厚度均一且仅在1～100μm之间。
(2)本发明的散射型线偏振片光透过率高由于有序纤维的膜厚仅有1～100微米，因此线偏振片本身对光的散射、反射等消光作用很小，当偏振方向与纤维轴向相垂直时，绝大部分光可以透过线偏振片。
(3)本发明的散射型线偏振片偏振度高由于大大提高了透明状态的光透过率，因此线偏振片的偏振度也相应得以提高。
(4)制备方法简单通过简便的液晶装填纳米或亚微米级的有序纤维膜即可。
具体实施例方式
实施例1本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由二氧化硅制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为10nm～172nm，其间距为10nm～172nm，纤维膜的厚度为1～10μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比24％聚乙烯吡咯烷酮的乙酸溶液和正硅酸乙酯按体积以体积比1∶1混融，用静电纺丝和灼烧后处理的方法制备直径为10nm～172nm的二氧化硅纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为1～10μm的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～172nm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；
步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例2本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由二氧化钛制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为172～389nm，其间距为172～389nm，纤维膜的厚度为10～20μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比24％的聚乙烯吡咯烷酮的乙酸溶液和钛酸丁酯按体积以体积比1∶1混融，用静电纺丝和灼烧后处理方法制备直径为172～389nm的二氧化钛纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为10～20μm的纤维膜，且纤维之间的间距为172～389nm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例3本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由氧化锌制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为389～569nm，其间距为389～569nm，纤维膜的厚度为20～30μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比9％的聚乙烯醇和2.5％的硝酸锌混合融入水溶液，用静电纺丝和灼烧后处理方法制备直径为389～569nm的氧化锌纤维；
步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为20～30μm的纤维膜，且纤维之间的间距为389～569nm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例4本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由聚乙烯制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为569～921nm，其间距为569～921nm，纤维膜的厚度为30～40μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将聚乙烯在氮气环境下加热至145℃熔融状态，再用静电纺丝方法制备直径为569～921nm的聚乙烯纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为30～40μm的纤维膜，且纤维之间的间距为569～921nm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例5本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由聚甲基丙烯酸甲酯制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为921nm～1.92μm，其间距为921nm～1.92μm，纤维膜的厚度为40～50μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比17％聚甲基丙烯酸甲酯溶入甲酸中，再用静电纺丝方法制备直径为921nm～1.92μm的聚甲基丙烯酸甲酯纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为40～50μm的纤维膜，且纤维之间的间距为921nm～1.92μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例6本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由聚苯乙烯制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为1.92～3.53μm，其间距为1.92～3.53μm，纤维膜的厚度为50～60μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将7％聚苯乙烯溶入体积比7∶3的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂中，再用静电纺丝方法制备直径为1.92～3.53μm的聚苯乙烯纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为50～60μm的纤维膜，且纤维之间的间距为1.92～3.53μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例7
本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由热塑性聚氨酯制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为3.53～5.45μm，其间距为3.53～5.45μm，纤维膜的厚度为60～70μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比8％热塑性聚氨酯溶入N，N-二甲基甲酰胺中，再用静电纺丝方法制备直径为3.53～5.45μm的热塑性聚氨酯纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为60～70μm的纤维膜，且纤维之间的间距为3.53～5.45μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例8本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由热塑性聚醚聚酯制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为5.45～6.96μm，及其间距为5.45～6.96μm，纤维膜的厚度为70～80μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比17％热塑性聚醚聚酯溶入苯酚中，再用静电纺丝方法制备直径为5.45～6.96μm的纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为70～80μm的纤维膜，且纤维之间的间距为5.45～6.96μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例9本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由二氧化钛与二氧化硅混合制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为6.96～8.05μm，其间距为6.96～8.05μm，纤维膜的厚度为80～90μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比24％的聚乙烯吡咯烷酮的乙酸溶液和钛酸丁酯、正硅酸乙酯以体积比2∶1∶1混融，用静电纺丝和灼烧后处理方法制备直径为6.96～8.05μm的二氧化钛和二氧化硅纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为80～90μm的纤维膜，且纤维之间的间距为6.96～8.05μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例10本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由聚甲基丙烯酸甲酯与聚苯乙烯混合制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为8.05～8.98μm，其间距为8.05～8.98μm，纤维膜的厚度为90～95μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比10％聚甲基丙烯酸甲酯与5％聚苯乙烯融入体积比7∶3的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂，用静电纺丝方法制备直径为8.05～8.98μm的聚甲基丙烯酸甲酯和聚苯乙烯混合纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为90～95μm的纤维膜，且纤维之间的间距为8.05～8.98μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
实施例11本发明的散射型线偏振片，由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由聚甲基丙烯酸甲酯与热塑性聚氨酯混合制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中。液晶具有大光学各向异性，且双折射率差大于0.12，纤维的直径为8.98～10μm，其间距为8.98～10μm，纤维膜的厚度为95～100μm。
本发明的散射型线偏振片的制备方法，该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将质量比10％聚甲基丙烯酸甲酯与5％热塑性聚氨酯融入体积比7∶3的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶剂，用静电纺丝方法制备直径为8.98～10μm的聚甲基丙烯酸甲酯和热塑性聚氨酯混合纤维；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为95～100μm的纤维膜，且纤维之间的间距为8.98～10μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
在制备过程中也可以将纤维膜独立固定将纤维膜的两端固定在已制好的空心支架两端，使其中央悬空，同时在装填液晶时可以先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
权利要求
1.一种散射型线偏振片，其特征在于该线偏振片由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由无色透明材料制备，且纤维定向排列成定向纤维膜，液晶填充在纤维膜中，上述无色透明材料为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的散射型线偏振片，其特征在于所述的液晶具有大的光学各向异性，且双折射率差大于0.12。
3.根据权利要求1所述的散射型线偏振片，其特征在于所述的纤维的直径及其间距为10nm～10μm，纤维膜的厚度为1～100μm。
4.一种如权利要求1所述的散射型线偏振片的制备方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤步骤①制备纤维将无色透明材料用静电纺丝方法制备直径为10nm～10μm的纤维，上述无色透明材料为二氧化硅、二氧化钛、氧化锌、聚烯烃类高分子、聚酯类高分子、聚苯烯类高分子、橡胶或弹性体中的一种或任意几种的混合物；步骤②制备纤维膜用步骤①得到的纤维制备成厚度为1～100μm的纤维膜，且纤维之间的间距为10nm～10μm；步骤③固定纤维膜将纤维膜固定在光滑透明的基板上；步骤④装填液晶在纤维膜中逐量加入液晶，使液晶渗入纤维膜中，直至恰好覆盖整个纤维膜。
5.根据权利要求4所述的散射型线偏振片的制备方法，其特征在于在固定纤维膜时纤维膜独立固定。
6.根据权利要求4或5所述的散射型线偏振片的制备方法，其特征在于在装填液晶时先将液晶过量填充在纤维膜中，再将过量液晶逐量吸走。
全文摘要
本发明公开了一种散射型线偏振片及其制备方法，该线偏振片由作为分散相的纤维和作为连续相的液晶组成，其中纤维由无色透明材料制备，且纤维定向排列成有序纤维膜，液晶填充在纤维膜中，利用有序的纳米或亚微米级纤维锚定大光学各向异性的液晶，使得本发明的线偏振片厚度薄、光透过率和偏振度高，同时本发明的制备方法简单通过简便的液晶装填纳米或亚微米级的有序纤维膜即可。
文档编号G02F1/13GK1975472SQ20061009837
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者顾忠泽, 姚颖方 申请人:东南大学