液晶调光玻璃的发展Word格式.docx
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其六，最后的复合，在上下两层ITO基膜之间产生不同的附着力和应力，留下脱胶的隐患。
虽然这些工艺问题已经相当严重了，但是比起化学稳定性的系统问题，还是小巫见大巫。
在化学方面，NCAP系统存在一些严重问题，即通过普通的化学反应，液晶分子就能被轻易地破坏掉。
用于NCAP体系的液晶属于晴类，通常含有晴基（-C≡N）。
NCAP系统是由聚乙烯醇组成，含有许多羟基（OH）和水分子。
同体系中的晴基，羟基和水容易产生化学反应，从而改变液晶的原有化学性质。
这就是为什么NCAP薄膜的光学性能容易衰变，寿命能由通断电操作急剧缩短，以及颜色容易变黄变暗的原因。
这个体系为下列化学反应提供了良好的环境：
首先，NCAP体系中的液晶晴类将经历水解反应。
液晶与水反应生成相应的羧酸及氨：
R1C≡N+H2O→R1CO2H+NH3
这里R1C≡N代表液晶分子，R1CO2H代表羧酸类。
晴类水解是非常典型的化学反应，可以发生在通常条件下，尤其在较高的温度下。
其次，该体系也包含酯化反应，即羧酸与聚乙烯醇中羟基的反应，生成酯类衍生物，而这些衍生物通常是黄色的或深色的：
R1CO2H+R2OH→R1CO2R2+H2O
这里R2OH代表聚乙烯中的羟基，R1CO2R2代表酯。
值得注意的是，第一个反应，即晴的水解，耗用水，而第二个反应，即酯化反应生成水。
整个过程水既不损失又不增加。
这意味着只要体系中含有水份，它就促使液晶的分解进行到底。
由于这些化学反应存在于体系中，具有光学活性的液晶分子被分解为无活性的化合物，于是造成NCAP薄膜发黄，变暗和透明度降低，丧失了它的光学性能。
化学不稳定是严重的系统问题，因为液体相和固体相都被它自己的组分所摧毁。
另外，脱水后的水溶性高分子都有很强的吸湿性，它们能从环境中吸收水分，因此，非常有必要密封所有的边缘，以防止这种高分子的吸湿溶胀和减少它的内部化学反应。
实际上，在运输和储存过程中，完全的密封防湿几乎是不可能的。
从环境中吸湿常常导致丧失光学活性，电路失灵和脱胶。
更有甚者，开关电源引起液晶分子的运动，从而促进物质迁移，如同搅拌一样。
因此，对NCAP而言，象开关电源和升高温度这样的正常操作倒属于有害行为了，因为通电促进分子运动从而促进化学反应，升温增加化学反应速度，两者都导致薄膜提前损坏。
操作条件能极大地影响NCAP薄膜的寿命。
总之，第一代微粒显示器具有短寿命，因为不稳定的体系，具有高成本，因为复杂的加工工艺和低效率的能源利用。
显然，对NCAP薄膜而言，提高质量和降低成本是最重要的任务。
可是，要想在旧的原理和体系之内做出重大改进，是极其困难的。
实际上，在理论上不可能从该系统获得理想的清晰度，也许，这正是多年来LCD工业界很少有人来研发NCAP的原因。
目前只有一家日本公司在使用该技术进行生产。
第二章.第二代PDLC
第二代微粒显示器由多恩Doane博士的小组于1984年发明,美国专利4688900。
该项技术利用相分离技术形成液晶微粒，技术上称之为高分子分散的液晶技术，或PDLC技术。
在此之前，没人能解释这样一种现象，即用来封液晶瓶口的环氧树脂常常由透明变乳白的现象。
PDLC简化了生产工艺。
这项技术使用不溶于水的聚合物单体，如环氧树脂和固化剂，与液晶混合而形成一个透明的溶液。
当固化发生时，由于溶解度减小，液晶微粒会自动析出来，并悬浮在高分子相中。
该工艺包括
（1）配制液晶，环氧树脂和固化剂的溶液，
（2）在固化之前，将该溶液复合在两层导电薄膜之间，（3）加热固化复合好的薄膜。
PDLC工艺只能生产出正型产品。
正型PDLC产品在不通电时是乳白色的，通电后变为透明。
将PDLC技术与NCAP技术加以比较，PDLC技术显示出一些主要优点。
它们包括
（1）从原理上说，PDLC体系比NCAP体系要稳定，因为它使用了不溶于水的高分子，从而避免了吸收水份，不需要对边缘密封了，
（2）微粒大小的均匀性得到改进，（3）大大简化和缩短了生产工艺，同时节约了70%以上的能耗，这些对降低成本贡献很大，（4）相对封闭的工艺有效地降低了灰尘污染的几率，从而提高了产率。
与NCAP比较，简洁并易于操作的工艺是PDLC最明显的优点。
我们知道，任何在工艺或系统设计方面的改进最终都将反映在产品质量和价格上。
比较NCAP和PDLC两种薄膜，在价格方面的差别是明显的，PDLC成功地降低了大约50%的成本。
可是在质量方面，却没有多大的差异。
面对这样的情形，人们一定会问，为什么PDLC在原理上具备较好的体系，却没有较好的质量呢？
质量改进直接与系统设计有关，而系统设计又牵涉到高深的化学，物理和材料学知识。
也许是行业性质的关系，LCD领域中的绝大多数研究人员在从事光学，电子学和物理学方面的研究。
从已发表的论文中，人们也可以知道，在液晶微粒显示器工业分支中，许多光学，电子学和物理学方面的研究已经进行，却很少有关化学和材料学方面的研究报道。
PDLC体系中的一些化学反应尚未被该领域中的物理学家所认识和报道。
虽然PDLC避免了液晶与高分子之间的水解和酯化反应，似乎有一个稳定的体系，其实，存在着太多不理想的细节问题，而这些问题则彻底摧毁了改进质量的希望。
事实上，PDLC的原理也造成许多光学，物理和化学要求间的矛盾。
情形是：
一方面一种化学稳定体系可能存在，但是获得极为困难，另一方面，在理论上该体系并不能给出理想的透明度，即零雾浊度。
在PDLC系统中，高分子是均匀相。
为了获得一个透明态，关键的机理是将高分子的折光系数np与液晶的折光系数no匹配起来。
通常匹配精度需要达到0.0005的精度。
可是，由于光学要求和化学要求之间相互矛盾，这种匹配根本达不到这样的精度。
为了便于讨论，可以认为混合物的折光系数遵循加权平均规则，即混合物的折光系数取决于它的组份的折光系数以及各组份的百分比。
例如，两份的环氧树脂（假设n环氧树脂=1.5000）与一份的固化剂相（假设n固化剂=1.4000）相混合，混合物的折光系数n混合物将是：
n混合物=2/3n环氧树脂+1/3n固化剂=2/3x1.5000+1/3x1.4000=1.4667
在化学上，环氧树脂对固化剂的比例完全取决于它的化学方程式。
化学方程式通常只有简单的比例，如1:
1，1:
2,，1:
3或2:
3。
这样的简单比例实际上来自于体系中不同种类的活性基团的比例，所以称为“最佳比例”。
要使一个体系的化学反应完全进行，遵循这个比例非常重要。
可是，这样的简单比例不能满足精确匹配液晶的光学要求。
匹配误差将导致非常差的透明度，通常达不到工业界的接受标准。
为了解决透明度差的问题，PDLC制造商只好将配比偏移化学反应方程式要求的最佳比例。
虽然这种偏移补偿仍然能够固化环氧树脂，但是它使得化学反应发生在不理想的条件下。
换言之，过量的环氧树脂或者过量的固化剂总要残留在体系中。
更严重地是，过量的反应物对PDLC造成一系列的问题。
首先，改变环氧树脂对固化剂的用量比例只能在很小的范围进行，否则整个体系就被摧毁而不能固化形成液晶微粒。
换言之，改进折光率np匹配no的水平是很有限的。
因此，PDLC总有相对低的透明度。
其次，因为多余的环氧树脂或固化剂反应物，残留在液晶相中，也就残留了它们的活性基团,它们的作用相当于杂质，只是含量要大得多。
这些极性基团严重地影响了液晶相的纯度。
这种状态有时比NCAP体系还要严重，因为这些活性基团，如氨基（–NH2），硫醇（-SH）或环氧基（–CHOCH2），对电化学反应非常活泼。
当有极性分子存在时，电化学反应很容易发生于极性分子。
这些极性分子首先通过电极的氧化还原反应离子化。
离子化的分子又去诱导其它分子离子化，尤其是具有共轭结构的分子更容易被诱导离子化。
用于PDLC（和NCAP）系统的液晶具有典型的共轭结构，因此，它们非常容易遭到离子化的杂质的攻击。
体系越不纯，电流就越大；
电压越高，诱导氧化还原反应速度就越快。
通过这样的电化学反应，尤其在高压驱动或频繁开关的条件下，液晶分子容易被破坏，导致PDLC薄膜的短寿命。
正是如此，对PDLC和NCAP而言，静置寿命和操作寿命是完全不同的概念。
另一方面，这种污染增加了液晶的黏度，从而导致PDLC的慢响应速度。
其三，多余的反应物也残留在高分子相中，受污染的高分子减弱了薄膜的绝缘程度，导致大电流产生。
大电流不仅增加功耗，浪费能量，而且进一步缩短了PDLC薄膜的寿命，因为它增加了对液晶分子的电解趋势，也产生更多的热量。
除了因偏移最佳比例所造成的问题以外，PDLC和NCAP光学原理也有问题，从而使其产品质量难以达到高水准。
首先，液晶分子在微粒中的取向排列取决于表面能和电能的合力，在无电场状态，如图1A所示，液晶分子平行于微粒表面排列。
由于固化收缩和微粒形成时的加热工艺收缩，微粒形成一点椭圆形状。
对正型的液晶微粒显示器，有一个重要特征，即液晶倾向于沿微粒长轴方向，平行于表面排列，因为高分子的表面张力大于液晶。
在无外力的状态下，液晶沿长轴方向排列可以保持自身内能最小。
当逐渐给微粒加电压直到电能影响大于表面张力的影响时（例如15伏），液晶的趋向排列就改变为垂直排列，如图1B所示。
可是此时液晶仍然倾向于平行于微粒表面排列，于是导致与薄膜表面倾斜，尤其在两极附近。
这样倾斜的排列产生雾浊。
这种倾斜的排列是受电压控制的，升高电压就能增大垂直排列的区域，从而增加透明度，如图1C所示。
所加电压越高，透明度就越好，当然，这个电压必须控制在ITO薄膜的忍耐极限以内。
因此，PDLC和NCAP需要高电压来驱动，通常需要加3到5倍的过电压（例如70-100伏）才能达到图1C所示取向排列状态，这时的透明度才能被接受。
无电场
A
低电压
B
不变的np
ne
no
V
想象的取向排列
D
高电压
C
图1.
其次，表面张力总是存在的，并总是影响着液晶使其平行于微粒表面排列，在微粒两极附近，实际排列总是倾斜的。
如果一个想象取向排列可以存在的话，如图1D所示，情况就能大有改观。
在这种取向排列中，所有的液晶分子都是垂直于薄膜表面排列的，所以不变的高分子折光系数np就能匹配唯一的液晶折光系数no。
可惜这种状态的取向排列在PDLC和NCAP中是不可能存在的。
在实际情况下，在微粒中部的液晶分子垂直于薄膜表面排列，而在两极附近的液晶倾斜于薄膜表面排列，如图1B和图1C所示，于是在PDLC中折光系数的匹配就只能满足中间部分。
在两极附近的液晶总是处于不匹配状态，所以产生雾浊。
换句话说，绝不可能用不变的高分子折光系数np去匹配变化的液晶折光系数no。
这种状态在理论上决定了PDLC不可能对整个微粒进行折光系数匹配。
NCAP有完全相同的情形。
所以，PDLC和NCAP不可能有零雾浊度状态和广视角状态。
于是，对20多年来PDLC和NCAP的低透明度和窄视角的状态无法改进的事实，也就可以理解了。
多年来，信息显示器界也完全知道这些问题的原理，但就是无法解决。
上述解释简单地揭示了PDLC原理和它的物理性质之间的关系。
由于这些矛盾和限制，为PDLC寻找好配方是极其困难的。
理论上说，似乎不可能同时满足光学，物理和化学条件，即便找这样的条件，也完全不可能获得非常透明和广角状态。
这种情形，实际上否定了PDLC有任何重大改进的可能。
第三章.第三代NPD-LCD
NPD-LCD技术的发明是源于对NCAP和PDLC的问题的深入研究。
其主要目的是为了解决旧体系中的问题,拓展LCMD的用途和为正型和反型液晶微粒显示器建立一个统一的体系和理论。
技术发展的一般途径是，起始于受自然界启发的想法，然后发展到非常复杂的设计，就像从滑翔机到现代飞机。
如果说，第一和第二个发明有自然现象的启迪和参考，那么，第三个发明就必须基于智慧的设计和千百次试验。
由于主要任务是解决NCAP和PDLC的问题，就必须首先研究它们，理解它们，特别是化学稳定问题和雾浊形成机制。
如果说，第一和第二个发明的价值在于成功地将基础产品引入市场的话，那么，第三个发明的价值就在于解决现有的问题，使LCMD系统最佳化。
NPD-LCD保留了PDLC的所有优点，但是克服了PDLC的许多问题。
例如，NPD-LCD薄膜使用不溶于水的环氧树脂为基本高分子，所以它能被切割成任意的形状，或在上面打孔，而不需密封边缘，同时，NPD-LCD薄膜有与PDLC相似的生产工艺，而且产率很高。
NPD-LCD克服了许多PDLC的问题，例如，低透明度，高驱动电压，狭窄视角和短寿命。
所有这些问题都是由PDLC的原理引起的，属于内在问题。
既然是内在问题不突破PDLC的原理就无法得到解决。
下表列出了NCAP，PDLC和NPD-LCD之间的差别。
NCAP，PDLC和NPD-LCD的性能比较
性能
NCAP
PDLC
NPD-LCD
雾浊度
（透明态）
6–9%
0–3%
（小于2%,对人眼不敏感）
驱动电压
（伏）
100
70
15
（小于36伏，为安全电压）
能源消耗
（瓦/平方米）
3.5
7
1
（年耗电约1度/平方米）
操作寿命
（开关次数）
1到2百万
大于8千万
在上表中，NPD-LCD的每一项性能都明显的好于NCAP和PDLC。
仅凭直觉就知道，如果没有新理论新基础，全方位改进一个体系是非常困难的。
人们必然要问：
什么原因造成这样大的差别？
对这些差别有什么解释吗？
性能数据和它们的原理之间存在什么联系吗？
是的，所有这些问题都可以得到清楚地解释。
多年前，NPD-LCD的发明人王建生博士就已经认识到PDLC和NCAP的问题和局限性，并发明了非线性体系来克服它们，美国专利5270843（1993）。
在这个新系统中，多组环氧树脂和固化剂（或其它类型的聚合单体）同时被使用，而且它们的反应速度被精心挑选，以便能够形成一个非线性高分子体系。
自上世纪90年代以来，非线性高分子是被广泛关注和研究的一类新型材料。
赢视科技率先将非线性高分子引入LCD领域。
这个新体系被称为非线性高分子分散的液晶显示器。
在NPD-LCD体系中，高分子形成一个非线性的固态相，也称非均匀相。
一种象洋葱一样的多层微粒结构被形成，它不同于PDLC那种单层结构。
从外层到内层，非线性相的折光系数是逐渐变化的，但保持着完全透明。
液晶高分子可以被用来做内层材料。
NPD-LCD工艺不仅可以生产正型产品，也可以生产反型产品。
反型NPD-LCD产品在无电场时是透明的，通电后变成乳白色。
这个系统具有非常重要的优越性，凭借这些优越性可以克服PDLC原理造成的所有问题。
首先，只需要将微粒内层高分子的折光系数与液晶的折光系数no相匹配，就可以了。
如果用液晶高分子或梳形高分子做内层材料，这种匹配就会成为一个“自动”过程，因为液晶和液晶高分子具有相似的分子结构，所以它们总是能相互匹配；
梳形高分子可以让液晶分子卡在里面，具有液晶高分子同样的功能。
这种自动匹配发生在分子水平上，所以很容易获得高度透明，几乎毫无雾浊。
其次，光线以直线透过普通的透明体，却以曲线穿过非线性介质。
一旦光线能在非线性介质中转弯，入射角就失去了意义。
这是极其重要的拓宽视角的方法。
当液晶高分子或梳形高分子被用做内层材料时，固相和液相的边界在分子结构上就非常相似。
这种高度的相似性允许光线透过，而不产生散射。
这是另一个拓宽视角的重要方法。
这个技术不仅可以拓宽视角，而且可以完全消除雾浊。
20多年来，该领域面对着艰难的局面，即在NCAP和PDLC体系中，不变的高分子折光系数np无法完全匹配微粒中变化的液晶折光系数no,从而不能完全除去雾浊。
为了创造一个绝对透明的零雾浊度状态，微粒两极附近的液晶和高分子也必须相互匹配。
以往雾浊必定存在的状态在引入NPD-LCD新技术之后已经改变了。
如图2所示，在第三个发明中，NPD-LCD创造了一个高度相似的界面，包括在微粒两极附近。
这个界面允许液晶分子沿梳形高分子的侧链排列，从而达到匹配整个微粒的目的。
在这样的状态下，虽然有界面存在，但界面上没有折光系数的突变，所以光线能够通过界面，而不散射。
这项技术利用变化的高分子折光系数np去匹配变化的液晶折光系数no。
理论上，这样的体系能使整个微粒匹配，从而可以提供零雾浊清晰度和绝对广角。
另一方面，不必去扩大微粒中的垂直排列区域来增加透明度，NPD-LCD不需要过压驱动，所以低电压，如15伏，就足以获得非常好的透明度。
低压驱动不仅节省能源，也延长了寿命，因为它将电化学反应降到最低限度。
应当足够地认识这个新理论的意义。
没有它，将不可能在NPD-LCD产品中实现零雾浊度，广视角和低压驱动。
现在，该理论不仅在光学上公认成立，也被NPD-LCD产品所证实。
极高透明，低压驱动和长寿命已成为NPD-LCD产品显著特征。
这一成功结束了液晶微粒显示器界持续多年的不清晰，过压驱动和短寿命的历史，展现的是全新的零雾浊度，广视角和低压驱动的NPD-LCD产品，如同普通玻璃一样。
液晶在高度相似的界面沿高分子支链排列
变化的np
图2.
其三，不需要将高分子主体的折光系数与液晶的折光系数no相匹配，因此，允许将环氧树脂与固化剂的用量按化学方程式的要求精确配置。
这种理想配置保证了完全固化，从而产生清洁的高分子相和液晶相。
理论上固液两相中都没有残留的反应物，因此液晶分子不再受到离子杂质的攻击。
这种状况大大地改善了液晶分子的工作环境，造就了NPD-LCD薄膜的长寿命。
清洁的高分子相提供高绝缘水平或小电流，而清洁的液晶微粒提供快响应速度。
其四，附着力取决于附着在基膜（聚酯薄膜）上第一层分子的强度。
有机材料间的不相容是大部分有机高分子不能相互粘合的原因。
NPD-LCD体系体为聚酯薄膜和环氧树脂提供了多重选择，提供了广阔范围的表面张力。
高分子的分子对聚酯薄膜附着越好，显示器的附着力就越强。
NPD-LCD体系中的非线性材料和高分子液晶材料起着粘结促进剂的作用。
因此，NPD-LCD对基膜有较强附着力，从而很好地防止了脱胶。
如将NPD-LCD撕开，得到的是两片均匀涂有环氧树脂的乳白色的薄膜，而将PDLC撕开，得到的却是两片带有透明斑块的薄膜，这透明部位正是附着力差的地方。
通过智慧的设计，NPD-LCD技术消除了所有物理，光学和化学之间的矛盾，这就赋予该新体系极大的自由度，可向各个方向改进。
该自由度极为重要。
它使原来相互制约相互矛盾的旧体系，松动起来灵活起来。
许多新功能，如抗紫外线和高级多路驱动等功能，所需的材料，都可以直接加入NPD-LCD体系，而不会影响它的光学性能。
实际上，它拓展了一个巨大的发展空间，使NPD-LCD的主要用途，不仅限于调光玻璃领域，可在室内外大面积信息显示方面大展身手。
对不断推出新产品而言，自由度变大是有利的，但变量增多，试验次数也会增多，研发成本就会升高。
新颖或复杂材料使用的多，产品成本也会相应提高。
不过这些面对制造商的困难，是暂时的，随着NPD-LCD的推广，这些困难和缺点很快都会被克服掉。
液晶微粒显示器LCMD属于散射型显示器，LCD界至今还没有测量散射型显示器反差的标准，所以实物对比显得相对重要。
尽管新理论和方法已备受推崇，使用还是认识新一代液晶微粒显示器产品的最好方法。
不用NPD-LCD，就不知道错过什么。
NPD-LCD不仅在调光玻璃工业中，也在室外显示器方面代表新的一代。
它在信息显示工业中有着许多其它优点，例如，较好的驱动曲线，多路驱动能力，反型显示器，以及薄膜和玻璃型产品的高效大规模生产工艺。
第四章．怎样鉴别液晶微粒显示器和理解它们的差异
以上说道三种微粒显示器，代表三代产品。
不用专业仪器，用户可否自行鉴别和评价这些产品？
对于这个问题，答案是肯定的，行，而且不难。
因为检测的目的是要区分这些产品，所以比较法最有效。
利用比较后评分的方法就很容易得到综合评价。
评分方法采用1，2，3代表低，中，高质量。
由于这是非精确检测，在结果相差不大时，可用同样的评分来表达。
采用这种方法容易得到总分，即综合评分，这是我们真正想要获取的。
这种检测仅需一个变压器和一个万用表。
一下面就将液晶微粒显示器的简易鉴别方法和评价方法描述如下。
液晶微粒显示器用户简易检测法
序号
项目
检测方法
结果与评分
1
最大宽度
简单地测量
宽度小于
1米，
尺寸：
0.99x2.5
0.98x2.5
宽度
1.1-1.2米，
1.2x2.7
3
2
透明度
用一变压器给薄膜通电，慢慢升压，直到最佳透明度，垂直观察雾浊度。
有雾浊
零雾浊度或超级透明（如小于2%，对人眼
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