專利名稱：電控調(diào)光介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電控調(diào)光介質(zhì)，具體地說，是涉及一種通過控制施加在導(dǎo) 電電極層上的電信號，而在霧狀散射遮光與全透明間或有色遮光與全透明間進 行切換的電控調(diào)光介質(zhì)。
背景技術(shù)：
目前，具有調(diào)光效果的介質(zhì)主要是通過電致變色、光致變色、溫致變色和 壓致變色四種技術(shù)來實現(xiàn)的。其中，光致變色、溫致變色和壓致變色技術(shù)制出 的調(diào)光介質(zhì)受環(huán)境因素影響非常大，不是完全意義上的自主控制的調(diào)光介質(zhì)。
公知的韓國人發(fā)明的調(diào)光介質(zhì)是一種可懸浮粒子類調(diào)光玻璃，該種玻璃是 使用電致變色技術(shù)做出的。該種玻璃是在調(diào)光玻璃的兩層玻璃之間，通過控制 懸浮的粒子數(shù)量來調(diào)整光線的透射和散射程度的，該調(diào)光玻璃的缺點是造價不 菲，且為了防止粒子泄漏，對操作和使用環(huán)境的要求較高。除了使用電致變色 技術(shù)外，還可通過機械方法來完成調(diào)光(參閱中國實用新型專利
ZL200320116206.8)。這種機械方法主要是在中空的夾層玻璃的兩端放置兩個 巻軸，巻軸上面裹有多種彩色薄膜來實現(xiàn)，需要遮光時，將一種顏色的薄膜旋 轉(zhuǎn)出來遮光，而需要透光的時候，可以利用控制巻軸的電機把遮光的彩色薄膜 收起來，可見，它類似于日常生活中的路邊旋轉(zhuǎn)廣告畫載體，不同的是它的厚 度可控制的比較薄。這種機械方法的最大缺點就是需要手動操作，十分不方便。 另外，如圖8至圖10所示，公知的一種調(diào)光介質(zhì)是采用液晶聚合物技術(shù) (PDLC)實現(xiàn)的電致調(diào)光玻璃。這種液晶聚合物技術(shù)主要是將向列態(tài)液晶與 分子聚合物混合后，通過控制液晶的排列態(tài)，使內(nèi)部產(chǎn)生不同的折射系數(shù)，而 呈現(xiàn)出透光與散光之間的宏觀狀態(tài)變換。具體來說，這種技術(shù)為選擇適量的 向列態(tài)液晶與一定量的分子單合物進行混合，將混合物灌制在兩層玻璃IOI(玻 璃具有一定厚度)或兩層塑料基板101的夾縫中而形成一混合層103，在兩層 玻璃或塑料基板101相對應(yīng)的表面鍍有透明電極102，如圖8所示，通過一定 波長和強度的紫外光線進行照射處理，從而使這些分子單合物發(fā)生化學(xué)變化， 凝聚在一起而變成分子聚合物，這些聚合物是透明的。由于液晶分子是與分子 聚合物均勻混合在一起的，在這些分子聚合物形成的過程中，液晶分子被均勻 地分割成一個個小的泡狀空間(即分子聚合物與液晶分子從融合變成分離，分子聚合物好像網(wǎng)狀一樣承載了無數(shù)的小液晶泡)。如圖9所示，在無電壓情況
下，對于這些不同的液晶泡220，液晶分子201的排列并沒有很強的方向性， 總體上是一種相對雜亂的狀態(tài)，故由于液晶分子201的各向相異性和大面積的 分子聚合物載體202的折射率差異，在這些液晶泡220與分子聚合物載體202 交界的邊緣，形成了光折射率劇烈地、不規(guī)則地變化，因而從玻璃或塑料基板 101 —側(cè)入射的光線210將在混合層內(nèi)被散射掉，散射的光線211朝著不同的 方向射出。因為這些液晶泡220的體積很小，與聚合物載體202接觸的面積又 很大，所以散射現(xiàn)象非常明顯，產(chǎn)生不透光狀態(tài)，像磨砂玻璃一樣。如圖10 所示，通過控制施加在玻璃或塑料基板101上的兩側(cè)電極的電壓，可控制液晶 分子201的排列形態(tài)發(fā)生變化。例如，通過電源300施加一定頻率的交流電壓 信號(30V至200V左右)時，液晶分子201便從雜亂的排列態(tài)變成了有序的 排列態(tài)。由于液晶分子201的同向排列和分子聚合物載體202內(nèi)部液晶泡220 的均勻分布，入射光線210透過混合層時，光線的折射率在光線直射方向上并 沒有太大變化，所以沒有產(chǎn)生強烈的散光，而是自然的光線211射出，呈現(xiàn)出 了一定的透明效果。這種應(yīng)用了液晶聚合物技術(shù)的電致調(diào)光玻璃的透明度較 強，但是，這種液晶聚合物技術(shù)不是"多穩(wěn)態(tài)"的，需要持續(xù)的供電來維持透 明狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種電控調(diào)光介質(zhì)，通過電路驅(qū)動控制裝置控制施 加在導(dǎo)電電極層上的電壓大小、頻率和作用時間，而使該介質(zhì)在全透明與霧狀 散射遮光之間進行切換。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于它包括兩個塑料薄膜層，在該兩個塑料 薄膜層中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶、聚合分子材料和添加物組 成，在該兩個塑料薄膜層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層，該導(dǎo)電電極層與 電路驅(qū)動控制裝置連接。
在所述混合層中均勻混有隔離球或隔離棒，以控制所述混合層的厚度，所 述混合層的厚度為5微米 20微米，所述電控調(diào)光介質(zhì)的厚度為100微米 400 微米。所述聚合分子材料是由單分子體材料通過熱固化或紫外固化而形成的。
所述單分子體材料與所述近晶態(tài)液晶的重量比為小于3: 10，所述添加物與所 述近晶態(tài)液晶的重量比為小于1: 100。
所述近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶有機化合物，所述單分子體材料為NOA65材料、NOA63材料、NOA68材料、NOA7x材料中的任一種，所述添 加物為帶導(dǎo)電特性的化合物。所述近晶態(tài)液晶為帶硅氧烷基的化合物。
i 2 -^
其中/ ,為4烯氧基一4氰基聯(lián)苯單體，^為烷烴基鏈。對于所述近晶態(tài) 液晶，m的取值為l 4， i ,中的碳個數(shù)為3 15。
所述添加物為十六烷基三甲基溴化銨或十六垸基三甲基高氯酸銨。 所述混合層還混合有二色性染料。
使用時，通過合理控制施加在導(dǎo)電電極層上的電壓大小、頻率和作用時間， 使液晶分子呈現(xiàn)不同排列形態(tài)，從而在宏觀上，使介質(zhì)在霧狀散射遮光與全透 明狀態(tài)間切換，甚至在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換。若近晶態(tài)液晶中添 加有二色性染料，則可通過合理控制施加在導(dǎo)電電極層上的電壓大小、頻率和 作用時間，使液晶分子和染料分子呈現(xiàn)不同排列形態(tài)，從而在宏觀上，使介質(zhì) 在全透明與有色遮光狀態(tài)間進行切換。
本發(fā)明的優(yōu)點是
1、 由于通過控制施加在導(dǎo)電電極層上的電信號，近晶態(tài)液晶分子可呈現(xiàn) 出不同的排列形態(tài)，因而本發(fā)明介質(zhì)可在霧狀散射遮光與全透明狀態(tài)間切換， 甚至在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換。本發(fā)明介質(zhì)處于全透明狀態(tài)時的透 光率可達到80%以上，處于霧狀散射遮光狀態(tài)時的散光性十分穩(wěn)定，可達到遮 光要求。
2、 由于添加物的導(dǎo)電特性，使得撤去電信號后，本發(fā)明介質(zhì)仍能保持加 載電壓時產(chǎn)生的光效應(yīng)，具有很好的"多穩(wěn)態(tài)"特性。且由于這種"多穩(wěn)態(tài)" 特性，本發(fā)明介質(zhì)所需的工作電流小，只有在改變近晶態(tài)液晶分子排列形態(tài)的 瞬間時才需要加電，能耗低。而且由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性，本發(fā)明介質(zhì)幾乎沒
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所述近晶態(tài)液晶為有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無任何毒害作用，所以本發(fā)明介質(zhì)健康 環(huán)保。
3、 霧狀散射遮光與全透明狀態(tài)間的切換時間很短， 一般為幾個到幾十個 毫秒，若在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換，則切換速度更快。
4、 本發(fā)明由極薄的混合層與塑料薄膜層組成，所以本發(fā)明十分輕薄，且 由于本發(fā)明通過熱固化或紫外固化將單分子體材料變?yōu)榫酆戏肿硬牧?，聚合?子材料可使兩塑料薄膜層很好地粘合在一起，所以本發(fā)明可任意貼附在平面或 曲面的玻璃、硬塑料、墻體等物體上，耐壓抗碎。
5、 若本發(fā)明介質(zhì)中混合有二色性染料，則介質(zhì)可呈現(xiàn)出不同顏色。且若 將電極層分割成若干平行排列的條狀電極，且兩個電極層之間形成一像素點陣 列，則可通過電信號的控制而在介質(zhì)上呈現(xiàn)出各種的花紋、圖案或文字，以提 升美觀性，甚至作為顯示器使用。
本發(fā)明電控調(diào)光介質(zhì)可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾裝修、私密性控制區(qū)域、汽車 電子等領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明電控調(diào)光介質(zhì)的結(jié)構(gòu)組成示意圖； 圖2是低頻電壓作用下的混合層形態(tài)示意圖3是近晶態(tài)液晶的第一實例在高頻電壓作用下的排列形態(tài)示意圖4是近晶態(tài)液晶的第二實例在高頻電壓作用下的排列形態(tài)示意圖5是摻有二色性染料時低頻電壓作用下的混合層形態(tài)示意圖6是摻有二色性染料時高頻電壓作用下的混合層形態(tài)示意圖7是被分割成橫豎陣列狀的導(dǎo)電電極層示意圖8是公知的液晶聚合物的結(jié)構(gòu)組成示意圖9是在無電壓情況下的液晶排列形態(tài)示意圖io是在一定電場情況下的液晶排列形態(tài)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
如圖1至圖4所示，本發(fā)明電控調(diào)光介質(zhì)包括兩個塑料薄膜層1和2，在 兩個塑料薄膜層1和2中間設(shè)有一混合層3，該混合層3由近晶態(tài)液晶、聚合 分子材料和添加物組成。塑料薄膜層1和2可為透明塑料薄膜。通常地，室溫 -20°。至+70°。時，近晶態(tài)液晶的分子集群為層狀排列結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出粘稠的漿糊 狀。在兩個塑料薄膜層1和2朝向混合層3的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層4，該導(dǎo)電電極層4與電路驅(qū)動控制裝置5連接，兩個導(dǎo)電電極層4與中間的混合層3形 成了一個面積很大的電容結(jié)構(gòu)。該導(dǎo)電電極層4是透明的，如IT0(氧化銦錫) 等，且可根據(jù)需要使用輔助的金屬電極，如鋁、銅、銀等。
在混合層3中，聚合分子材料是由單分子體(monomer)材料通過熱固化 或紫外固化而形成的。單分子體材料為NOA65材料、NOA63材料、NOA68 材料、NOA7x材料中的任一種(NOA65等材料是Norland公司研制的產(chǎn)品， 可在市場上購買)。近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶(Smectic-A)有機化合物，如 帶硅氧垸基的化合物。添加物為帶導(dǎo)電特性的化合物，如十六烷基三甲基溴化 銨(CTAB: cetyl trimethyl ammonium bromide)或十六烷基三甲基高氯酸銨 (HMAP: hexadecyl trimethyl ammonium perchlorate)。 帝lj作混合層3時，由 于聚合分子材料是起到粘合兩個塑料薄膜層作用的，而近晶態(tài)液晶是起到調(diào)光 作用的，所以單分子體材料的用量不用很大， 一般，單分子體材料與近晶態(tài)液
晶的重量比控制在小于3: 10，且單分子體材料越多散射效果越差。添加物主 要是增加混合層的導(dǎo)電性，在電壓作用下添加物被驅(qū)動產(chǎn)生運動而改變近晶態(tài) 液晶的排列形態(tài)，所以添加物的用量應(yīng)很少，否則很難驅(qū)動， 一般，添加物與 近晶態(tài)液晶的重量比控制在小于1: 100。為了使本發(fā)明介質(zhì)達到更好的效果， 單分子體材料與近晶態(tài)液晶的重量比可進一步控制在小于15: 100，添加物與 近晶態(tài)液晶的重量比可進一步控制在小于0.1: 100。
實際應(yīng)用中，本發(fā)明介質(zhì)的制作過程為將近晶態(tài)液晶、單分子體材料和 添加物按上述比重混合，然后灌制到塑料薄膜層1和2間的夾縫中，然后在小
于150度的溫度下對單分子體材料進行3到10分鐘左右的熱固化或紫外固化 (例如，NOA65材料在365nm紫外光的作用下發(fā)生聚合反應(yīng))，從而將單分 子體材料變成聚合分子材料，由于單分子體材料在聚合前是與近晶態(tài)液晶均勻 分布的，所以聚合物分子鏈有規(guī)則地均勻分布在近晶態(tài)液晶中，最終形成本發(fā) 明介質(zhì)。其中的灌制過程與傳統(tǒng)的STN (Super Twisted Nematic，加強扭曲的 向列態(tài)液晶)灌制過程(STN灌制屬于公知技術(shù)，不在此贅述)相類似，不同 的是本發(fā)明使用的灌制過程沒有傳統(tǒng)STN灌制過程中的PI (polyimide，聚 酰亞胺)取向?qū)拥乃⒅啤⑵饽さ馁N片和彩色濾片的貼片三個環(huán)節(jié)。而且因為 近晶態(tài)液晶材料本身粘稠度的問題，在灌制摻有單分子體材料和添加物的近晶 態(tài)液晶前，需要將其加熱到一定溫度， 一般為6(TC以上，直到摻有單分子體材 料和添加物的近晶態(tài)液晶表現(xiàn)為流動的液態(tài)時，才可使用傳統(tǒng)的STN灌制過 程進行真空灌制。在混合層3中，當近晶態(tài)液晶分子規(guī)則排列時，由于聚合分子的光折射系 數(shù)與近晶態(tài)液晶分子的光折射系數(shù)非常相近，所以聚合分子不會影響光線的透 射性，近晶態(tài)液晶分子的光學(xué)屬性不會受到影響，即不會影響調(diào)光能力(指透 光能力和散光能力)，當近晶態(tài)液晶分子不規(guī)則排列時，光線不會透射過本發(fā) 明介質(zhì)是因為近晶態(tài)液晶分子本身的分子軸兩個方向上的光折射系數(shù)不同而 形成的，與聚合分子無關(guān)。而本發(fā)明介質(zhì)的多穩(wěn)態(tài)性是近晶態(tài)液晶分子的屬性， 與聚合物無關(guān)。但是，聚合分子形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)會增加近晶態(tài)液晶分子運動時 的摩擦力，所以聚合分子越多，所需的驅(qū)動電壓越大，驅(qū)動的響應(yīng)時間越慢， 而且散射效果相應(yīng)會變差。一般，電控調(diào)光介質(zhì)的厚度控制在100微米 400微米?；旌蠈?的厚度 控制在5微米 20微米，如果混合層3的厚度小于5微米或大于20微米，則 散光效果降低，不能滿足本發(fā)明介質(zhì)所需的散光性能。在本發(fā)明中，混合層3 的厚度是通過加入一定量(如數(shù)個、數(shù)十個、數(shù)百個……)的隔離球或隔離棒 (圖中未示出)來控制的，隔離球或隔離棒的直徑即是混合層3的厚度。若將 混合層3的厚度控制在5微米 20微米，那么， 一般地，隔離球或隔離棒的數(shù) 量應(yīng)控制在每平方厘米50 150個。當然，隔離球或隔離棒的數(shù)量應(yīng)根據(jù)預(yù)達 到的混合層3厚度和采用球或棒的選擇而適當確定。例如，預(yù)將混合層3的厚 度控制在10微米，那么需要在每平方厘米加入60 80個隔離球或隔離棒，該 隔離球的直徑為10微米左右，該隔離棒的橫截面直徑為10微米左右。加入隔 離球或隔離棒方法為在灌制前，將一定量的隔離球或隔離棒與近晶態(tài)液晶、 單分子體材料和添加物均勻地混合，然后再將它們灌制到塑料薄膜層1和2間 的夾縫中，或者，在灌制前，在塑料薄膜層1和/或2朝向混合層3的表面上均 勻噴有一定量的隔離球或隔離棒，然后再將近晶態(tài)液晶、單分子體材料和添加 物混合成的混合物灌制到噴有隔離球或隔離棒的塑料薄膜層1和2間的夾縫 中。隔離球或隔離棒的材質(zhì)為聚酯類材料或玻璃，當近晶態(tài)液晶分子規(guī)則排列 時，由于隔離球或隔離棒的光折射系數(shù)與近晶態(tài)液晶分子的光折射系數(shù)非常相 近，所以隔離球或隔離棒不會影響光線的透射性，近晶態(tài)液晶分子的光學(xué)屬性 不會受到影響，而且隔離球或隔離棒也不會影響本發(fā)明介質(zhì)的散光性和多穩(wěn)態(tài) 性。對于近晶態(tài)液晶，可以選擇下面式(1)、式(2)中的任一種帶硅氧烷基 (siloxane)的化合物。在這里，將式(1)稱為AB型液晶，將式(2)稱為 ABA型液晶。<formula>formula see original document page 10</formula> 在式(1)和式(2)中，^為4烯氧基一4氰基聯(lián)苯(4一alkenoxy — 4'cyanobiphenyl)單體，i^為垸烴基鏈。根據(jù)工作溫度指標，m的取值為小于 8， 一般為1 4， ^中的碳個數(shù)為3 15。例如對于式(1)的AB型液晶分 子，當^中的碳個數(shù)取10， m取l時，本發(fā)明介質(zhì)的最高工作溫度為60.8°C， 即在60.8。C以下，介質(zhì)均可正常工作，表現(xiàn)出很好的多穩(wěn)態(tài)性和透光性等；當 ^中的碳個數(shù)取6， m取l時，介質(zhì)的最高工作溫度為52.7。C;當/ 2中的碳個 數(shù)取3， m取l時，介質(zhì)的最高工作溫度為35.7°C。對于式(2)的ABA型液 晶分子，當^中的碳個數(shù)取10， m取4時，介質(zhì)的最高工作溫度為62.8。C; 當^中的碳個數(shù)取6， m取4時，介質(zhì)的最高工作溫度為55.3。C;當^中的碳 個數(shù)取3， m取4時，介質(zhì)的最高工作溫度為30.1。C;當^中的碳個數(shù)取3， m取3時，介質(zhì)的最高工作溫度為32.5°C。由此可見，^中的碳個數(shù)越多，介 質(zhì)的工作溫度范圍越大，但是驅(qū)動介質(zhì)工作的電壓和響應(yīng)時間會隨^中的碳個 數(shù)增多而增大。而m值對工作電壓和響應(yīng)時間也會有一定的影響，但是為非線 性的。使用本發(fā)明介質(zhì)時，通過控制施加在兩個導(dǎo)電電極層4上的電壓大小、頻 率和作用時間，來改變混合層3中的近晶態(tài)液晶的排列形態(tài)，從而使光線在透 射與散射之間進行切換，在宏觀上表現(xiàn)為本發(fā)明介質(zhì)在全透明與霧狀遮光之間 切換。下面對本發(fā)明介質(zhì)的工作原理進行詳述。如圖2所示，該混合層3為10微米，添加物與近晶態(tài)液晶的重量比小于 0.1: 100，聚合前的單分子體材料與近晶態(tài)液晶的重量比小于15: 100。通過 電路驅(qū)動控制裝置5輸出控制電壓，在兩個導(dǎo)電電極層4上施加180v、 50Hz 左右的交流電壓(實際中，電壓值控制在50v至250v，電壓頻率控制在50Hz 至200Hz即可)，當電壓作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態(tài)液晶分子31在運動的添加物分子32的帶動下發(fā)生扭轉(zhuǎn)，形成圖2所示的亂序排 列形態(tài)。因為近晶態(tài)液晶分子31的各向相異性(即由于入射光線通過各液晶 的長光軸不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的折射率不同)，使得 入射各近晶態(tài)液晶分子31的光線的折射存在著很大的差異，即在該微薄厚度 的混合層3內(nèi)，光折射率產(chǎn)生著劇烈的變化，因而光線發(fā)生了強烈的散射，從 宏觀上看，此時的本發(fā)明介質(zhì)為一種散光效應(yīng)，呈現(xiàn)霧狀遮光狀態(tài)，如磨砂毛 玻璃一般。如圖3和圖4所示，該混合層3為2微米，添加物與近晶態(tài)液晶的重量比 小于0.01: 100,聚合前的單分子體材料與近晶態(tài)液晶的重量比小于1: 10。通 過電路驅(qū)動控制裝置5輸出控制電壓，在兩個導(dǎo)電電極層4上施加180v、1000Hz 的交流電壓(實際中，電壓值控制在50v至250v，電壓頻率控制在1000Hz以 上即可)，當電壓作用時間不到l秒鐘的時候，混合層3中的近晶態(tài)液晶分子 31在電場的作用下變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時，近晶態(tài)液晶分子31的長光軸垂 直于導(dǎo)電電極層平面，入射各近晶態(tài)液晶分子31的光線的折射不產(chǎn)生劇烈變 化，光線可以自由透過混合層3，而且由于聚合分子33和隔離球或隔離棒的光 折射系數(shù)均與近晶態(tài)液晶分子31的光折射系數(shù)非常相近，聚合分子33和隔離 球或隔離棒不會影響光線的透射性，因此，從宏觀上看，此時本發(fā)明介質(zhì)呈現(xiàn) 出全透明狀態(tài)。對于AB型和ABA型液晶分子，它們的調(diào)光原理基本相同，不同的是 當近晶態(tài)液晶分子31規(guī)則排列后，形成的液晶層長度與液晶分子長度的比例 不同。如圖3所示，ABA型液晶分子規(guī)則排列后形成的液晶層長度d與液晶 分子31本身長度幾乎相等，而如圖4所示，AB型液晶分子規(guī)則排列后形成的 液晶層長度d是液晶分子31本身長度的1.7倍左右。當給導(dǎo)電電極層4加載電壓、本發(fā)明介質(zhì)產(chǎn)生散射或透射等光效應(yīng)后，便 可撤去電壓。這種光效應(yīng)的保持是不需要電壓來維持的，即撤去電壓后，本發(fā) 明介質(zhì)仍然能夠保持加載電壓時產(chǎn)生的光效應(yīng)，而作用的電壓信號只是為了改 變近晶態(tài)液晶分子31的排列形態(tài)。在本發(fā)明中，將這種不需要電驅(qū)動而維持 光效應(yīng)的狀態(tài)稱為"多穩(wěn)態(tài)"或"準靜態(tài)"。而這種"多穩(wěn)態(tài)"是因為混合層 3中的添加物采用了帶導(dǎo)電特性的化合物，當電信號施加在兩個導(dǎo)電電極層4 上時，帶導(dǎo)電特性的化合物中的離子根據(jù)電勢差變化產(chǎn)生往復(fù)運動，這種運動 可以改變液晶分子31的排列形態(tài)，而變化后的液晶分子31排列形態(tài)并不需要 離子的持續(xù)運動來維持，是穩(wěn)定的。這種近晶態(tài)液晶與添加物產(chǎn)生的"多穩(wěn)態(tài)"效果與液晶聚合物技術(shù)產(chǎn)生的維持效果不同，液晶聚合物技術(shù)中添加了高分子 聚合物的液晶是靠大量聚合物網(wǎng)絡(luò)中的表面力、分子間力和摩擦力來維持的。 當然，通過合理控制施加在導(dǎo)電電極層4上的電壓大小、頻率和作用時間， 可使近晶態(tài)液晶分子31的排列形態(tài)變?yōu)椴糠峙で援a(chǎn)生不同程度的散光效 應(yīng)，從而在宏觀上，使本發(fā)明介質(zhì)在霧狀遮光與全透明兩個狀態(tài)間產(chǎn)生具有不 同灰度階的多種漸進狀態(tài)，如半透明狀態(tài)等。在實際應(yīng)用中，單分子體材料和添加物可隨混合層3的厚度而適當添加， 如當混合層厚度為IO微米時，添加物與近晶態(tài)液晶的重量比為0.05: 100，聚合前的單分子體材料與近晶態(tài)液晶的重量比為12: 100。當然，這種厚度范圍和單分子體材料、添加物摻雜含量比例并沒有很嚴的規(guī)定，只要本發(fā)明介質(zhì)可 實現(xiàn)所需的調(diào)光等特性就可以了。例如，A類近晶態(tài)液晶選用AB型，且m取l， A中的碳個數(shù)取IO，添加 物選用HMAP，單分子體材料選用NOA65，添加物與液晶的重量比為0.04: 100，單分子體材料與液晶的重量比為8: 100 10: 100，隔離球的直徑為10 微米，且隔離球的數(shù)量控制在每平方厘米60 80個。將該液晶、HMAP、NOA65 材料、隔離球均勻混合，灌裝在兩個塑料薄膜層間，混合層的厚度為10 12 微米，然后在140度的溫度下進行紫外固化，便可實現(xiàn)介質(zhì)。這種介質(zhì)可在60 'C以下工作，通過180v、 50Hz左右的交流電壓驅(qū)動，響應(yīng)時間不到l秒，介 質(zhì)的透光率到達0.8以上，通過180v、 1000Hz的交流電壓驅(qū)動，響應(yīng)時間不 到1秒，可達到很好的散光效果，散光狀態(tài)十分穩(wěn)定，多穩(wěn)態(tài)性很好，兩薄膜 層的粘接度很好，聚合后的聚合分子和隔離球不會明顯改變介質(zhì)的調(diào)光效果。 類似地，A類近晶態(tài)液晶選用ABA型，且m取4， ^中的碳個數(shù)取10，其它 條件(如添加物等的選取、混合層厚度、配比等)不變，則也可實現(xiàn)透光率大 于0.8、散光狀態(tài)穩(wěn)定、多穩(wěn)態(tài)性好、粘接度好的介質(zhì)。又如，A類近晶態(tài)液晶選用AB型，且m取2， A中的碳個數(shù)取IO，添加 物選用CTAB，單分子體材料選用NOA65，添加物與液晶的重量比為0.05:100， 單分子體材料與液晶的重量比為1: 10。將該液晶、CTAB、 NOA65材料混合， 灌裝在兩個塑料薄膜層間，該塑料薄膜層表面上均勻噴有直徑為IO微米的隔 離球，隔離球數(shù)量為每平方厘米60 80個，混合層的厚度為10 12微米，然 后在140度的溫度下進行紫外固化，便可實現(xiàn)介質(zhì)。這種介質(zhì)可在6(TC以下工 作，通過180v、 50Hz左右的交流電壓驅(qū)動，響應(yīng)時間不到l秒，介質(zhì)的透光 率到達0.8以上，通過180v、 1000Hz的交流電壓驅(qū)動，響應(yīng)時間不到1秒，可達到很好的散光效果，散光狀態(tài)十分穩(wěn)定，多穩(wěn)態(tài)性很好，兩薄膜層的粘接 度很好，聚合后的聚合分子和隔離球不會明顯改變介質(zhì)的調(diào)光效果。類似地，A類近晶態(tài)液晶選用ABA型，且m取6，及2中的碳個數(shù)取10，其它條件(如 添加物等的選取、混合層厚度、配比等)不變，則也可實現(xiàn)透光率大于0.8、 散光狀態(tài)穩(wěn)定、多穩(wěn)態(tài)性好、粘接度好的介質(zhì)。如圖5至圖6所示，在混合層3內(nèi)還可混合有一定量的二色性染料，如淡 黃色的偶氮基二色性染料。 一般，染料占混合總重量的1% 3%之間。通過將 適量的二色性染料混合入混合層3，可使本發(fā)明介質(zhì)實現(xiàn)全透明與有色遮光之 間的切換。在本發(fā)明中，二色性染料選用呈長分子狀的二色性染料，該二色性 染料與近晶態(tài)液晶的光軸結(jié)構(gòu)類似。在沿長光軸的平行方向，該二色性染料分 子34對光的吸收非常弱，而沿長光軸的垂直方向，該二色性染料分子34會極 大程度地吸收一定波段的光線。如圖5所示，在兩個導(dǎo)電電極層4上施加50v 250v、 50Hz 200Hz的交流 電壓時，當作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態(tài)液晶分子31變 為扭轉(zhuǎn)的亂序排列形態(tài)，而由于二色性染料分子34與近晶態(tài)液晶分子31間距 很小，故當近晶態(tài)液晶分子31扭轉(zhuǎn)時，二色性染料分子34也隨之變得雜亂無 章，甚至大量染料分子34的長光軸平行于導(dǎo)電電極層平面。當光線6射入混 合層3時，由于各近晶態(tài)液晶分子31的光線的折射差異，光線發(fā)生強烈的散 射。在近晶態(tài)液晶分子31產(chǎn)生的散射下，大量光線沿染料分子34長光軸的垂 直方向射入染料分子34，因而一定波段的光線被染料分子34極大地吸收，散 射出的光線7呈現(xiàn)出染料分子的顏色(呈現(xiàn)的顏色隨二色性染料結(jié)構(gòu)的不同而 不同)，這樣，從宏觀上看，此時的本發(fā)明介質(zhì)呈現(xiàn)出某種顏色，保持在霧狀 模糊的有色遮光狀態(tài)。實際應(yīng)用中，可將不同顏色的染料與近晶態(tài)液晶混合， 從而使本發(fā)明介質(zhì)顯現(xiàn)出不同顏色，甚至可通過使染料分子34均勻吸收可見 光光譜而形成黑灰色。如圖6所示，在兩個導(dǎo)電電極層4上施加50v 250v、 1000Hz以上的交流 電壓時，當作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態(tài)液晶分子31和 二色性染料分子34均變?yōu)橐?guī)則排列形態(tài)，此時，液晶分子31的長光軸和二色 性染料分子34的長光軸均垂直于導(dǎo)電電極層平面，因此，入射各近晶態(tài)液晶 分子31的光線的折射不產(chǎn)生劇烈變化，且由于二色性染料分子34的長光軸垂 直于導(dǎo)電電極層平面，光線沿二色性染料分子34長光軸的平行方向入射，二 色性染料分子34只吸收微小的光(該光吸收量取決于染料分子34相對于液晶1分子31的規(guī)則排列度和溶解度)，故入射光線6經(jīng)過混合層3后，只有少量 光線被吸收，最終自由透過混合層3 (如圖6中的光線7)，因此，從宏觀上 看，此時的本發(fā)明介質(zhì)呈現(xiàn)出全透明狀態(tài)。上述近晶態(tài)液晶分子31呈長分子狀，該長分子狀的近晶態(tài)液晶分子31具 有很強的雙折射率。實際應(yīng)用中，可以調(diào)整近晶態(tài)液晶分子31的分子鏈，降 低近晶態(tài)液晶分子31的雙折射率，這樣，在平行于近晶態(tài)液晶分子31長光軸 方向和垂直于近晶態(tài)液晶分子31長光軸方向上，光線通過的折射率十分接近， 由此扭曲狀態(tài)時的液晶分子31的散射效應(yīng)會隨之減弱，加入了染料的混合層3 不會出現(xiàn)強散光現(xiàn)象，而是染料分子34大量吸收一定波長范圍的光線，像帶 有顏色的過濾片一樣，此時本發(fā)明介質(zhì)不會出現(xiàn)霧狀模糊的感覺，而是呈現(xiàn)出 不模糊的有色遮光狀態(tài)。當然，上述混入染料的混合層3同樣是通過添加物分 子32來實現(xiàn)"多穩(wěn)態(tài)"特性，以及通過聚合分子33來粘接兩個塑料薄膜層的。實際實施中，根據(jù)本發(fā)明介質(zhì)上顯示圖案或文字的需要，導(dǎo)電電極層4可 被分割成若干平行排列的條狀電極，如圖7所示， 一個導(dǎo)電電極層4被分割成 若干平行排列的條狀電極8，另一個導(dǎo)電電極層4被分割成若干平行排列的條 狀電極9，兩個電極層之間形成一像素點陣列，通過控制條狀電極8和條狀電 極9上的電信號來控制橫豎電極交叉位置上的像素點10的亮暗，從而顯示出 各種花紋、圖案，甚至文字。例如，通過施加低頻電壓，先令整個混合層3呈 現(xiàn)霧狀遮光或有色遮光狀態(tài)，然后，通過高頻電壓信號驅(qū)動一行條狀電極8時， 相應(yīng)驅(qū)動一行條狀電極9 (驅(qū)動條狀電極9的電壓一般為驅(qū)動條狀電極8的兩 倍)，其余行的條狀電極的驅(qū)動信號為0，使被驅(qū)動的橫豎陣列電極交叉位置 上的像素點10呈現(xiàn)透明狀，完成像素點的明暗控制，這樣，逐行驅(qū)動每個條 狀電極8，并相應(yīng)驅(qū)動條狀電極9，以使本發(fā)明介質(zhì)上形成花紋、圖案或文字。根據(jù)電極層分割的疏密，像素點可大可小。如果每個像素點較小，那么本 發(fā)明介質(zhì)便可當顯示屏使用，用于顯示豐富的圖案文字信息。這時，可在本發(fā) 明介質(zhì)一側(cè)貼附一反射板，如各種顏色的紙張、塑料、纖維制品、木制品或金 屬制品等，這樣可以有效地提高顯示內(nèi)容的對比度。另外，在實際使用本發(fā)明介質(zhì)時，可在塑料薄膜層l和2的外表面上貼一 層保護膜，以防止薄膜被劃傷。本發(fā)明中的電信號控制可通過電線直連、遙控 或光線自感應(yīng)方式來實現(xiàn)，這些控制方式均屬公知技術(shù)，在此不贅述。本發(fā)明的優(yōu)點是1、由于通過控制施加在導(dǎo)電電極層上的電信號，近晶態(tài)液晶分子可呈現(xiàn)出不同的排列形態(tài)，因而本發(fā)明介質(zhì)可在霧狀散射遮光與全透明狀態(tài)間切換， 甚至在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換。本發(fā)明介質(zhì)處于全透明狀態(tài)時的透 光率可達到80%以上，處于霧狀散射遮光狀態(tài)時的散光性十分穩(wěn)定，可達到遮光要求。2、 由于添加物的導(dǎo)電特性，使得撤去電信號后，本發(fā)明介質(zhì)仍能保持加 載電壓時產(chǎn)生的光效應(yīng)，具有很好的"多穩(wěn)態(tài)"特性。且由于這種"多穩(wěn)態(tài)" 特性，本發(fā)明介質(zhì)所需的工作電流小，只有在改變近晶態(tài)液晶分子排列形態(tài)的 瞬間時才需要加電，能耗低。而且由于該"多穩(wěn)態(tài)"特性，本發(fā)明介質(zhì)幾乎沒 有電磁輻射，且近晶態(tài)液晶材料本身便無任何毒害作用，所以本發(fā)明介質(zhì)健康 環(huán)保。3、 霧狀散射遮光與全透明狀態(tài)間的切換時間很短， 一般為幾個到幾十個毫秒，若在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換，則切換速度更快。4、 本發(fā)明由極薄的混合層與塑料薄膜層組成，所以本發(fā)明十分輕薄，且 由于本發(fā)明通過熱固化或紫外固化將單分子體材料變?yōu)榫酆戏肿硬牧?，聚合?子材料可使兩塑料薄膜層很好地粘合在一起，所以本發(fā)明可任意貼附在平面或 曲面的玻璃、硬塑料、墻體等物體上，耐壓抗碎。5、 若本發(fā)明介質(zhì)中混合有二色性染料，則介質(zhì)可呈現(xiàn)出不同顏色。且若 將電極層分割成若干平行排列的條狀電極，且兩個電極層之間形成一像素點陣 列，則可通過電信號的控制而在介質(zhì)上呈現(xiàn)出各種的花紋、圖案或文字，以提 升美觀性，甚至作為顯示器使用。另外，還可在薄膜層上蝕刻圖案，控制圖案 部分的透光性，而使圖案呈現(xiàn)出亮暗效果。本發(fā)明電控調(diào)光介質(zhì)可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾裝修、私密性控制區(qū)域、汽車 電子等領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1、一種電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于它包括兩個塑料薄膜層，在該兩個塑料薄膜層中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶、聚合分子材料和添加物組成，在該兩個塑料薄膜層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層，該導(dǎo)電電極層與電路驅(qū)動控制裝置連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于在所述混合層中 均勻混有隔離球或隔離棒，以控制所述混合層的厚度，所述混合層的厚度為5微米 20微米，所述電控調(diào)光介質(zhì)的厚度為100微米 400微米。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述聚合分子材料是由單分子體材料通過熱固化或紫外固化而形成的。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述單分子體材 料與所述近晶態(tài)液晶的重量比為小于3: 10，所述添加物與所述近晶態(tài)液晶的 重量比為小于1: 100。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述近晶態(tài)液晶為A類近晶態(tài)液晶有機化合物，所述單分子體材料為NOA65材料、NOA63 材料、NOA68材料、NOA7x材料中的任一種，所述添加物為帶導(dǎo)電特性的化 合物。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述近晶態(tài)液晶 為帶硅氧垸基的化合物。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述近晶態(tài)液晶為<formula>formula see original document page 2</formula>其中i ,為4烯氧基一4氰基聯(lián)苯單體，^為烷烴基鏈,
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于對于所述近晶態(tài)液晶，m的取值為l 4， ^中的碳個數(shù)為3 15。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述添加物為十 六垸基三甲基溴化銨或十六垸基三甲基高氯酸銨。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電控調(diào)光介質(zhì)，其特征在于所述混合層還混合有二色性染料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電控調(diào)光介質(zhì)，它包括兩個塑料薄膜層，在該兩個塑料薄膜層中間設(shè)有一混合層，該混合層由近晶態(tài)液晶、聚合分子材料和添加物組成，在該兩個塑料薄膜層朝向混合層的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)電電極層，該導(dǎo)電電極層與電路驅(qū)動控制裝置連接。通過合理控制施加在導(dǎo)電電極層上的電壓大小、頻率和作用時間，使液晶分子呈現(xiàn)不同排列形態(tài)，從而在宏觀上，使介質(zhì)在霧狀遮光與全透明狀態(tài)間切換，甚至在不同灰度階的多種漸進狀態(tài)間切換。本發(fā)明介質(zhì)健康環(huán)保、耐壓抗碎、切換速度快，可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾裝修、私密性控制區(qū)域、汽車電子等領(lǐng)域。
文檔編號B32B27/06GK101533162SQ200810102000
公開日2009年9月16日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者剛 孫 申請人:漢朗科技(北京)有限責(zé)任公司