电控调光介质的制作方法

专利名称：电控调光介质的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电控调光介质，具体地说，是涉及一种通过控制施加在导 电电极层上的电信号，而在雾状散射遮光与全透明间或有色遮光与全透明间进 行切换的电控调光介质。
背景技术：
目前，具有调光效果的介质主要是通过电致变色、光致变色、温致变色和 压致变色四种技术来实现的。其中，光致变色、温致变色和压致变色技术制出 的调光介质受环境因素影响非常大，不是完全意义上的自主控制的调光介质。
公知的韩国人发明的调光介质是一种可悬浮粒子类调光玻璃，该种玻璃是 使用电致变色技术做出的。该种玻璃是在调光玻璃的两层玻璃之间，通过控制 悬浮的粒子数量来调整光线的透射和散射程度的，该调光玻璃的缺点是造价不 菲，且为了防止粒子泄漏，对操作和使用环境的要求较高。除了使用电致变色 技术外，还可通过机械方法来完成调光(参阅中国实用新型专利
ZL200320116206.8)。这种机械方法主要是在中空的夹层玻璃的两端放置两个 巻轴，巻轴上面裹有多种彩色薄膜来实现，需要遮光时，将一种颜色的薄膜旋 转出来遮光，而需要透光的时候，可以利用控制巻轴的电机把遮光的彩色薄膜 收起来，可见，它类似于日常生活中的路边旋转广告画载体，不同的是它的厚 度可控制的比较薄。这种机械方法的最大缺点就是需要手动操作，十分不方便。 另外，如图8至图10所示，公知的一种调光介质是采用液晶聚合物技术 (PDLC)实现的电致调光玻璃。这种液晶聚合物技术主要是将向列态液晶与 分子聚合物混合后，通过控制液晶的排列态，使内部产生不同的折射系数，而 呈现出透光与散光之间的宏观状态变换。具体来说，这种技术为选择适量的 向列态液晶与一定量的分子单合物进行混合，将混合物灌制在两层玻璃IOI(玻 璃具有一定厚度)或两层塑料基板101的夹缝中而形成一混合层103，在两层 玻璃或塑料基板101相对应的表面镀有透明电极102，如图8所示，通过一定 波长和强度的紫外光线进行照射处理，从而使这些分子单合物发生化学变化， 凝聚在一起而变成分子聚合物，这些聚合物是透明的。由于液晶分子是与分子 聚合物均匀混合在一起的，在这些分子聚合物形成的过程中，液晶分子被均匀 地分割成一个个小的泡状空间(即分子聚合物与液晶分子从融合变成分离，分子聚合物好像网状一样承载了无数的小液晶泡)。如图9所示，在无电压情况
下，对于这些不同的液晶泡220，液晶分子201的排列并没有很强的方向性， 总体上是一种相对杂乱的状态，故由于液晶分子201的各向相异性和大面积的 分子聚合物载体202的折射率差异，在这些液晶泡220与分子聚合物载体202 交界的边缘，形成了光折射率剧烈地、不规则地变化，因而从玻璃或塑料基板 101 —侧入射的光线210将在混合层内被散射掉，散射的光线211朝着不同的 方向射出。因为这些液晶泡220的体积很小，与聚合物载体202接触的面积又 很大，所以散射现象非常明显，产生不透光状态，像磨砂玻璃一样。如图10 所示，通过控制施加在玻璃或塑料基板101上的两侧电极的电压，可控制液晶 分子201的排列形态发生变化。例如，通过电源300施加一定频率的交流电压 信号(30V至200V左右)时，液晶分子201便从杂乱的排列态变成了有序的 排列态。由于液晶分子201的同向排列和分子聚合物载体202内部液晶泡220 的均匀分布，入射光线210透过混合层时，光线的折射率在光线直射方向上并 没有太大变化，所以没有产生强烈的散光，而是自然的光线211射出，呈现出 了一定的透明效果。这种应用了液晶聚合物技术的电致调光玻璃的透明度较 强，但是，这种液晶聚合物技术不是"多稳态"的，需要持续的供电来维持透 明状态。

发明内容
本发明的目的在于提供一种电控调光介质，通过电路驱动控制装置控制施 加在导电电极层上的电压大小、频率和作用时间，而使该介质在全透明与雾状 散射遮光之间进行切换。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案
一种电控调光介质，其特征在于它包括两个塑料薄膜层，在该两个塑料 薄膜层中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶、聚合分子材料和添加物组 成，在该两个塑料薄膜层朝向混合层的一侧设有导电电极层，该导电电极层与 电路驱动控制装置连接。
在所述混合层中均匀混有隔离球或隔离棒，以控制所述混合层的厚度，所 述混合层的厚度为5微米 20微米，所述电控调光介质的厚度为100微米 400 微米。所述聚合分子材料是由单分子体材料通过热固化或紫外固化而形成的。
所述单分子体材料与所述近晶态液晶的重量比为小于3: 10，所述添加物与所 述近晶态液晶的重量比为小于1: 100。
所述近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，所述单分子体材料为NOA65材料、NOA63材料、NOA68材料、NOA7x材料中的任一种，所述添 加物为带导电特性的化合物。所述近晶态液晶为带硅氧烷基的化合物。
i 2 -^
其中/ ,为4烯氧基一4氰基联苯单体，^为烷烃基链。对于所述近晶态 液晶，m的取值为l 4， i ,中的碳个数为3 15。
所述添加物为十六烷基三甲基溴化铵或十六垸基三甲基高氯酸铵。 所述混合层还混合有二色性染料。
使用时，通过合理控制施加在导电电极层上的电压大小、频率和作用时间， 使液晶分子呈现不同排列形态，从而在宏观上，使介质在雾状散射遮光与全透 明状态间切换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。若近晶态液晶中添 加有二色性染料，则可通过合理控制施加在导电电极层上的电压大小、频率和 作用时间，使液晶分子和染料分子呈现不同排列形态，从而在宏观上，使介质 在全透明与有色遮光状态间进行切换。
本发明的优点是
1、 由于通过控制施加在导电电极层上的电信号，近晶态液晶分子可呈现 出不同的排列形态，因而本发明介质可在雾状散射遮光与全透明状态间切换， 甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。本发明介质处于全透明状态时的透 光率可达到80%以上，处于雾状散射遮光状态时的散光性十分稳定，可达到遮 光要求。
2、 由于添加物的导电特性，使得撤去电信号后，本发明介质仍能保持加 载电压时产生的光效应，具有很好的"多稳态"特性。且由于这种"多稳态" 特性，本发明介质所需的工作电流小，只有在改变近晶态液晶分子排列形态的 瞬间时才需要加电，能耗低。而且由于该"多稳态"特性，本发明介质几乎没
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所述近晶态液晶为有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何毒害作用，所以本发明介质健康 环保。
3、 雾状散射遮光与全透明状态间的切换时间很短， 一般为几个到几十个 毫秒，若在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，则切换速度更快。
4、 本发明由极薄的混合层与塑料薄膜层组成，所以本发明十分轻薄，且 由于本发明通过热固化或紫外固化将单分子体材料变为聚合分子材料，聚合分 子材料可使两塑料薄膜层很好地粘合在一起，所以本发明可任意贴附在平面或 曲面的玻璃、硬塑料、墙体等物体上，耐压抗碎。
5、 若本发明介质中混合有二色性染料，则介质可呈现出不同颜色。且若 将电极层分割成若干平行排列的条状电极，且两个电极层之间形成一像素点阵 列，则可通过电信号的控制而在介质上呈现出各种的花纹、图案或文字，以提 升美观性，甚至作为显示器使用。
本发明电控调光介质可广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车 电子等领域。


图1是本发明电控调光介质的结构组成示意图； 图2是低频电压作用下的混合层形态示意图3是近晶态液晶的第一实例在高频电压作用下的排列形态示意图4是近晶态液晶的第二实例在高频电压作用下的排列形态示意图5是掺有二色性染料时低频电压作用下的混合层形态示意图6是掺有二色性染料时高频电压作用下的混合层形态示意图7是被分割成横竖阵列状的导电电极层示意图8是公知的液晶聚合物的结构组成示意图9是在无电压情况下的液晶排列形态示意图io是在一定电场情况下的液晶排列形态示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
如图1至图4所示，本发明电控调光介质包括两个塑料薄膜层1和2，在 两个塑料薄膜层1和2中间设有一混合层3，该混合层3由近晶态液晶、聚合 分子材料和添加物组成。塑料薄膜层1和2可为透明塑料薄膜。通常地，室温 -20°。至+70°。时，近晶态液晶的分子集群为层状排列结构，呈现出粘稠的浆糊 状。在两个塑料薄膜层1和2朝向混合层3的一侧设有导电电极层4，该导电电极层4与电路驱动控制装置5连接，两个导电电极层4与中间的混合层3形 成了一个面积很大的电容结构。该导电电极层4是透明的，如IT0(氧化铟锡) 等，且可根据需要使用辅助的金属电极，如铝、铜、银等。
在混合层3中，聚合分子材料是由单分子体(monomer)材料通过热固化 或紫外固化而形成的。单分子体材料为NOA65材料、NOA63材料、NOA68 材料、NOA7x材料中的任一种(NOA65等材料是Norland公司研制的产品， 可在市场上购买)。近晶态液晶为A类近晶态液晶(Smectic-A)有机化合物，如 带硅氧垸基的化合物。添加物为带导电特性的化合物，如十六烷基三甲基溴化 铵(CTAB: cetyl trimethyl ammonium bromide)或十六烷基三甲基高氯酸铵 (HMAP: hexadecyl trimethyl ammonium perchlorate)。 帝lj作混合层3时，由 于聚合分子材料是起到粘合两个塑料薄膜层作用的，而近晶态液晶是起到调光 作用的，所以单分子体材料的用量不用很大， 一般，单分子体材料与近晶态液
晶的重量比控制在小于3: 10，且单分子体材料越多散射效果越差。添加物主 要是增加混合层的导电性，在电压作用下添加物被驱动产生运动而改变近晶态 液晶的排列形态，所以添加物的用量应很少，否则很难驱动， 一般，添加物与 近晶态液晶的重量比控制在小于1: 100。为了使本发明介质达到更好的效果， 单分子体材料与近晶态液晶的重量比可进一步控制在小于15: 100，添加物与 近晶态液晶的重量比可进一步控制在小于0.1: 100。
实际应用中，本发明介质的制作过程为将近晶态液晶、单分子体材料和 添加物按上述比重混合，然后灌制到塑料薄膜层1和2间的夹缝中，然后在小
于150度的温度下对单分子体材料进行3到10分钟左右的热固化或紫外固化 (例如，NOA65材料在365nm紫外光的作用下发生聚合反应)，从而将单分 子体材料变成聚合分子材料，由于单分子体材料在聚合前是与近晶态液晶均匀 分布的，所以聚合物分子链有规则地均匀分布在近晶态液晶中，最终形成本发 明介质。其中的灌制过程与传统的STN (Super Twisted Nematic，加强扭曲的 向列态液晶)灌制过程(STN灌制属于公知技术，不在此赘述)相类似，不同 的是本发明使用的灌制过程没有传统STN灌制过程中的PI (polyimide，聚 酰亚胺)取向层的刷制、偏光膜的贴片和彩色滤片的贴片三个环节。而且因为 近晶态液晶材料本身粘稠度的问题，在灌制掺有单分子体材料和添加物的近晶 态液晶前，需要将其加热到一定温度， 一般为6(TC以上，直到掺有单分子体材 料和添加物的近晶态液晶表现为流动的液态时，才可使用传统的STN灌制过 程进行真空灌制。在混合层3中，当近晶态液晶分子规则排列时，由于聚合分子的光折射系 数与近晶态液晶分子的光折射系数非常相近，所以聚合分子不会影响光线的透 射性，近晶态液晶分子的光学属性不会受到影响，即不会影响调光能力(指透 光能力和散光能力)，当近晶态液晶分子不规则排列时，光线不会透射过本发 明介质是因为近晶态液晶分子本身的分子轴两个方向上的光折射系数不同而 形成的，与聚合分子无关。而本发明介质的多稳态性是近晶态液晶分子的属性， 与聚合物无关。但是，聚合分子形成的网状结构会增加近晶态液晶分子运动时 的摩擦力，所以聚合分子越多，所需的驱动电压越大，驱动的响应时间越慢， 而且散射效果相应会变差。一般，电控调光介质的厚度控制在100微米 400微米。混合层3的厚度 控制在5微米 20微米，如果混合层3的厚度小于5微米或大于20微米，则 散光效果降低，不能满足本发明介质所需的散光性能。在本发明中，混合层3 的厚度是通过加入一定量(如数个、数十个、数百个……)的隔离球或隔离棒 (图中未示出)来控制的，隔离球或隔离棒的直径即是混合层3的厚度。若将 混合层3的厚度控制在5微米 20微米，那么， 一般地，隔离球或隔离棒的数 量应控制在每平方厘米50 150个。当然，隔离球或隔离棒的数量应根据预达 到的混合层3厚度和采用球或棒的选择而适当确定。例如，预将混合层3的厚 度控制在10微米，那么需要在每平方厘米加入60 80个隔离球或隔离棒，该 隔离球的直径为10微米左右，该隔离棒的横截面直径为10微米左右。加入隔 离球或隔离棒方法为在灌制前，将一定量的隔离球或隔离棒与近晶态液晶、 单分子体材料和添加物均匀地混合，然后再将它们灌制到塑料薄膜层1和2间 的夹缝中，或者，在灌制前，在塑料薄膜层1和/或2朝向混合层3的表面上均 匀喷有一定量的隔离球或隔离棒，然后再将近晶态液晶、单分子体材料和添加 物混合成的混合物灌制到喷有隔离球或隔离棒的塑料薄膜层1和2间的夹缝 中。隔离球或隔离棒的材质为聚酯类材料或玻璃，当近晶态液晶分子规则排列 时，由于隔离球或隔离棒的光折射系数与近晶态液晶分子的光折射系数非常相 近，所以隔离球或隔离棒不会影响光线的透射性，近晶态液晶分子的光学属性 不会受到影响，而且隔离球或隔离棒也不会影响本发明介质的散光性和多稳态 性。对于近晶态液晶，可以选择下面式(1)、式(2)中的任一种带硅氧烷基 (siloxane)的化合物。在这里，将式(1)称为AB型液晶，将式(2)称为 ABA型液晶。<formula>formula see original document page 10</formula> 在式(1)和式(2)中，^为4烯氧基一4氰基联苯(4一alkenoxy — 4'cyanobiphenyl)单体，i^为垸烃基链。根据工作温度指标，m的取值为小于 8， 一般为1 4， ^中的碳个数为3 15。例如对于式(1)的AB型液晶分 子，当^中的碳个数取10， m取l时，本发明介质的最高工作温度为60.8°C， 即在60.8。C以下，介质均可正常工作，表现出很好的多稳态性和透光性等；当 ^中的碳个数取6， m取l时，介质的最高工作温度为52.7。C;当/ 2中的碳个 数取3， m取l时，介质的最高工作温度为35.7°C。对于式(2)的ABA型液 晶分子，当^中的碳个数取10， m取4时，介质的最高工作温度为62.8。C; 当^中的碳个数取6， m取4时，介质的最高工作温度为55.3。C;当^中的碳 个数取3， m取4时，介质的最高工作温度为30.1。C;当^中的碳个数取3， m取3时，介质的最高工作温度为32.5°C。由此可见，^中的碳个数越多，介 质的工作温度范围越大，但是驱动介质工作的电压和响应时间会随^中的碳个 数增多而增大。而m值对工作电压和响应时间也会有一定的影响，但是为非线 性的。使用本发明介质时，通过控制施加在两个导电电极层4上的电压大小、频 率和作用时间，来改变混合层3中的近晶态液晶的排列形态，从而使光线在透 射与散射之间进行切换，在宏观上表现为本发明介质在全透明与雾状遮光之间 切换。下面对本发明介质的工作原理进行详述。如图2所示，该混合层3为10微米，添加物与近晶态液晶的重量比小于 0.1: 100，聚合前的单分子体材料与近晶态液晶的重量比小于15: 100。通过 电路驱动控制装置5输出控制电压，在两个导电电极层4上施加180v、 50Hz 左右的交流电压(实际中，电压值控制在50v至250v，电压频率控制在50Hz 至200Hz即可)，当电压作用时间不到1秒钟的时候，混合层3中的近晶态液晶分子31在运动的添加物分子32的带动下发生扭转，形成图2所示的乱序排 列形态。因为近晶态液晶分子31的各向相异性(即由于入射光线通过各液晶 的长光轴不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的折射率不同)，使得 入射各近晶态液晶分子31的光线的折射存在着很大的差异，即在该微薄厚度 的混合层3内，光折射率产生着剧烈的变化，因而光线发生了强烈的散射，从 宏观上看，此时的本发明介质为一种散光效应，呈现雾状遮光状态，如磨砂毛 玻璃一般。如图3和图4所示，该混合层3为2微米，添加物与近晶态液晶的重量比 小于0.01: 100,聚合前的单分子体材料与近晶态液晶的重量比小于1: 10。通 过电路驱动控制装置5输出控制电压，在两个导电电极层4上施加180v、1000Hz 的交流电压(实际中，电压值控制在50v至250v，电压频率控制在1000Hz以 上即可)，当电压作用时间不到l秒钟的时候，混合层3中的近晶态液晶分子 31在电场的作用下变为规则排列形态，此时，近晶态液晶分子31的长光轴垂 直于导电电极层平面，入射各近晶态液晶分子31的光线的折射不产生剧烈变 化，光线可以自由透过混合层3，而且由于聚合分子33和隔离球或隔离棒的光 折射系数均与近晶态液晶分子31的光折射系数非常相近，聚合分子33和隔离 球或隔离棒不会影响光线的透射性，因此，从宏观上看，此时本发明介质呈现 出全透明状态。对于AB型和ABA型液晶分子，它们的调光原理基本相同，不同的是 当近晶态液晶分子31规则排列后，形成的液晶层长度与液晶分子长度的比例 不同。如图3所示，ABA型液晶分子规则排列后形成的液晶层长度d与液晶 分子31本身长度几乎相等，而如图4所示，AB型液晶分子规则排列后形成的 液晶层长度d是液晶分子31本身长度的1.7倍左右。当给导电电极层4加载电压、本发明介质产生散射或透射等光效应后，便 可撤去电压。这种光效应的保持是不需要电压来维持的，即撤去电压后，本发 明介质仍然能够保持加载电压时产生的光效应，而作用的电压信号只是为了改 变近晶态液晶分子31的排列形态。在本发明中，将这种不需要电驱动而维持 光效应的状态称为"多稳态"或"准静态"。而这种"多稳态"是因为混合层 3中的添加物采用了带导电特性的化合物，当电信号施加在两个导电电极层4 上时，带导电特性的化合物中的离子根据电势差变化产生往复运动，这种运动 可以改变液晶分子31的排列形态，而变化后的液晶分子31排列形态并不需要 离子的持续运动来维持，是稳定的。这种近晶态液晶与添加物产生的"多稳态"效果与液晶聚合物技术产生的维持效果不同，液晶聚合物技术中添加了高分子 聚合物的液晶是靠大量聚合物网络中的表面力、分子间力和摩擦力来维持的。 当然，通过合理控制施加在导电电极层4上的电压大小、频率和作用时间， 可使近晶态液晶分子31的排列形态变为部分扭曲，以产生不同程度的散光效 应，从而在宏观上，使本发明介质在雾状遮光与全透明两个状态间产生具有不 同灰度阶的多种渐进状态，如半透明状态等。在实际应用中，单分子体材料和添加物可随混合层3的厚度而适当添加， 如当混合层厚度为IO微米时，添加物与近晶态液晶的重量比为0.05: 100，聚合前的单分子体材料与近晶态液晶的重量比为12: 100。当然，这种厚度范围和单分子体材料、添加物掺杂含量比例并没有很严的规定，只要本发明介质可 实现所需的调光等特性就可以了。例如，A类近晶态液晶选用AB型，且m取l， A中的碳个数取IO，添加 物选用HMAP，单分子体材料选用NOA65，添加物与液晶的重量比为0.04: 100，单分子体材料与液晶的重量比为8: 100 10: 100，隔离球的直径为10 微米，且隔离球的数量控制在每平方厘米60 80个。将该液晶、HMAP、NOA65 材料、隔离球均匀混合，灌装在两个塑料薄膜层间，混合层的厚度为10 12 微米，然后在140度的温度下进行紫外固化，便可实现介质。这种介质可在60 'C以下工作，通过180v、 50Hz左右的交流电压驱动，响应时间不到l秒，介 质的透光率到达0.8以上，通过180v、 1000Hz的交流电压驱动，响应时间不 到1秒，可达到很好的散光效果，散光状态十分稳定，多稳态性很好，两薄膜 层的粘接度很好，聚合后的聚合分子和隔离球不会明显改变介质的调光效果。 类似地，A类近晶态液晶选用ABA型，且m取4， ^中的碳个数取10，其它 条件(如添加物等的选取、混合层厚度、配比等)不变，则也可实现透光率大 于0.8、散光状态稳定、多稳态性好、粘接度好的介质。又如，A类近晶态液晶选用AB型，且m取2， A中的碳个数取IO，添加 物选用CTAB，单分子体材料选用NOA65，添加物与液晶的重量比为0.05:100， 单分子体材料与液晶的重量比为1: 10。将该液晶、CTAB、 NOA65材料混合， 灌装在两个塑料薄膜层间，该塑料薄膜层表面上均匀喷有直径为IO微米的隔 离球，隔离球数量为每平方厘米60 80个，混合层的厚度为10 12微米，然 后在140度的温度下进行紫外固化，便可实现介质。这种介质可在6(TC以下工 作，通过180v、 50Hz左右的交流电压驱动，响应时间不到l秒，介质的透光 率到达0.8以上，通过180v、 1000Hz的交流电压驱动，响应时间不到1秒，可达到很好的散光效果，散光状态十分稳定，多稳态性很好，两薄膜层的粘接 度很好，聚合后的聚合分子和隔离球不会明显改变介质的调光效果。类似地，A类近晶态液晶选用ABA型，且m取6，及2中的碳个数取10，其它条件(如 添加物等的选取、混合层厚度、配比等)不变，则也可实现透光率大于0.8、 散光状态稳定、多稳态性好、粘接度好的介质。如图5至图6所示，在混合层3内还可混合有一定量的二色性染料，如淡 黄色的偶氮基二色性染料。 一般，染料占混合总重量的1% 3%之间。通过将 适量的二色性染料混合入混合层3，可使本发明介质实现全透明与有色遮光之 间的切换。在本发明中，二色性染料选用呈长分子状的二色性染料，该二色性 染料与近晶态液晶的光轴结构类似。在沿长光轴的平行方向，该二色性染料分 子34对光的吸收非常弱，而沿长光轴的垂直方向，该二色性染料分子34会极 大程度地吸收一定波段的光线。如图5所示，在两个导电电极层4上施加50v 250v、 50Hz 200Hz的交流 电压时，当作用时间不到1秒钟的时候，混合层3中的近晶态液晶分子31变 为扭转的乱序排列形态，而由于二色性染料分子34与近晶态液晶分子31间距 很小，故当近晶态液晶分子31扭转时，二色性染料分子34也随之变得杂乱无 章，甚至大量染料分子34的长光轴平行于导电电极层平面。当光线6射入混 合层3时，由于各近晶态液晶分子31的光线的折射差异，光线发生强烈的散 射。在近晶态液晶分子31产生的散射下，大量光线沿染料分子34长光轴的垂 直方向射入染料分子34，因而一定波段的光线被染料分子34极大地吸收，散 射出的光线7呈现出染料分子的颜色(呈现的颜色随二色性染料结构的不同而 不同)，这样，从宏观上看，此时的本发明介质呈现出某种颜色，保持在雾状 模糊的有色遮光状态。实际应用中，可将不同颜色的染料与近晶态液晶混合， 从而使本发明介质显现出不同颜色，甚至可通过使染料分子34均匀吸收可见 光光谱而形成黑灰色。如图6所示，在两个导电电极层4上施加50v 250v、 1000Hz以上的交流 电压时，当作用时间不到1秒钟的时候，混合层3中的近晶态液晶分子31和 二色性染料分子34均变为规则排列形态，此时，液晶分子31的长光轴和二色 性染料分子34的长光轴均垂直于导电电极层平面，因此，入射各近晶态液晶 分子31的光线的折射不产生剧烈变化，且由于二色性染料分子34的长光轴垂 直于导电电极层平面，光线沿二色性染料分子34长光轴的平行方向入射，二 色性染料分子34只吸收微小的光(该光吸收量取决于染料分子34相对于液晶1分子31的规则排列度和溶解度)，故入射光线6经过混合层3后，只有少量 光线被吸收，最终自由透过混合层3 (如图6中的光线7)，因此，从宏观上 看，此时的本发明介质呈现出全透明状态。上述近晶态液晶分子31呈长分子状，该长分子状的近晶态液晶分子31具 有很强的双折射率。实际应用中，可以调整近晶态液晶分子31的分子链，降 低近晶态液晶分子31的双折射率，这样，在平行于近晶态液晶分子31长光轴 方向和垂直于近晶态液晶分子31长光轴方向上，光线通过的折射率十分接近， 由此扭曲状态时的液晶分子31的散射效应会随之减弱，加入了染料的混合层3 不会出现强散光现象，而是染料分子34大量吸收一定波长范围的光线，像带 有颜色的过滤片一样，此时本发明介质不会出现雾状模糊的感觉，而是呈现出 不模糊的有色遮光状态。当然，上述混入染料的混合层3同样是通过添加物分 子32来实现"多稳态"特性，以及通过聚合分子33来粘接两个塑料薄膜层的。实际实施中，根据本发明介质上显示图案或文字的需要，导电电极层4可 被分割成若干平行排列的条状电极，如图7所示， 一个导电电极层4被分割成 若干平行排列的条状电极8，另一个导电电极层4被分割成若干平行排列的条 状电极9，两个电极层之间形成一像素点阵列，通过控制条状电极8和条状电 极9上的电信号来控制横竖电极交叉位置上的像素点10的亮暗，从而显示出 各种花纹、图案，甚至文字。例如，通过施加低频电压，先令整个混合层3呈 现雾状遮光或有色遮光状态，然后，通过高频电压信号驱动一行条状电极8时， 相应驱动一行条状电极9 (驱动条状电极9的电压一般为驱动条状电极8的两 倍)，其余行的条状电极的驱动信号为0，使被驱动的横竖阵列电极交叉位置 上的像素点10呈现透明状，完成像素点的明暗控制，这样，逐行驱动每个条 状电极8，并相应驱动条状电极9，以使本发明介质上形成花纹、图案或文字。根据电极层分割的疏密，像素点可大可小。如果每个像素点较小，那么本 发明介质便可当显示屏使用，用于显示丰富的图案文字信息。这时，可在本发 明介质一侧贴附一反射板，如各种颜色的纸张、塑料、纤维制品、木制品或金 属制品等，这样可以有效地提高显示内容的对比度。另外，在实际使用本发明介质时，可在塑料薄膜层l和2的外表面上贴一 层保护膜，以防止薄膜被划伤。本发明中的电信号控制可通过电线直连、遥控 或光线自感应方式来实现，这些控制方式均属公知技术，在此不赘述。本发明的优点是1、由于通过控制施加在导电电极层上的电信号，近晶态液晶分子可呈现出不同的排列形态，因而本发明介质可在雾状散射遮光与全透明状态间切换， 甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。本发明介质处于全透明状态时的透 光率可达到80%以上，处于雾状散射遮光状态时的散光性十分稳定，可达到遮光要求。2、 由于添加物的导电特性，使得撤去电信号后，本发明介质仍能保持加 载电压时产生的光效应，具有很好的"多稳态"特性。且由于这种"多稳态" 特性，本发明介质所需的工作电流小，只有在改变近晶态液晶分子排列形态的 瞬间时才需要加电，能耗低。而且由于该"多稳态"特性，本发明介质几乎没 有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何毒害作用，所以本发明介质健康 环保。3、 雾状散射遮光与全透明状态间的切换时间很短， 一般为几个到几十个毫秒，若在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，则切换速度更快。4、 本发明由极薄的混合层与塑料薄膜层组成，所以本发明十分轻薄，且 由于本发明通过热固化或紫外固化将单分子体材料变为聚合分子材料，聚合分 子材料可使两塑料薄膜层很好地粘合在一起，所以本发明可任意贴附在平面或 曲面的玻璃、硬塑料、墙体等物体上，耐压抗碎。5、 若本发明介质中混合有二色性染料，则介质可呈现出不同颜色。且若 将电极层分割成若干平行排列的条状电极，且两个电极层之间形成一像素点阵 列，则可通过电信号的控制而在介质上呈现出各种的花纹、图案或文字，以提 升美观性，甚至作为显示器使用。另外，还可在薄膜层上蚀刻图案，控制图案 部分的透光性，而使图案呈现出亮暗效果。本发明电控调光介质可广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车 电子等领域。
权利要求
1、一种电控调光介质，其特征在于它包括两个塑料薄膜层，在该两个塑料薄膜层中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶、聚合分子材料和添加物组成，在该两个塑料薄膜层朝向混合层的一侧设有导电电极层，该导电电极层与电路驱动控制装置连接。
2、 根据权利要求1所述的电控调光介质，其特征在于在所述混合层中 均匀混有隔离球或隔离棒，以控制所述混合层的厚度，所述混合层的厚度为5微米 20微米，所述电控调光介质的厚度为100微米 400微米。
3、 根据权利要求1或2所述的电控调光介质，其特征在于所述聚合分子材料是由单分子体材料通过热固化或紫外固化而形成的。
4、 根据权利要求3所述的电控调光介质，其特征在于所述单分子体材 料与所述近晶态液晶的重量比为小于3: 10，所述添加物与所述近晶态液晶的 重量比为小于1: 100。
5、 根据权利要求4所述的电控调光介质，其特征在于所述近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，所述单分子体材料为NOA65材料、NOA63 材料、NOA68材料、NOA7x材料中的任一种，所述添加物为带导电特性的化 合物。
6、 根据权利要求5所述的电控调光介质，其特征在于所述近晶态液晶 为带硅氧垸基的化合物。
7、 根据权利要求6所述的电控调光介质，其特征在于所述近晶态液晶为<formula>formula see original document page 2</formula>其中i ,为4烯氧基一4氰基联苯单体，^为烷烃基链,
8、 根据权利要求7所述的电控调光介质，其特征在于对于所述近晶态液晶，m的取值为l 4， ^中的碳个数为3 15。
9、 根据权利要求5所述的电控调光介质，其特征在于所述添加物为十 六垸基三甲基溴化铵或十六垸基三甲基高氯酸铵。
10、 根据权利要求1或2所述的电控调光介质，其特征在于所述混合层还混合有二色性染料。
全文摘要
本发明公开了一种电控调光介质，它包括两个塑料薄膜层，在该两个塑料薄膜层中间设有一混合层，该混合层由近晶态液晶、聚合分子材料和添加物组成，在该两个塑料薄膜层朝向混合层的一侧设有导电电极层，该导电电极层与电路驱动控制装置连接。通过合理控制施加在导电电极层上的电压大小、频率和作用时间，使液晶分子呈现不同排列形态，从而在宏观上，使介质在雾状遮光与全透明状态间切换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。本发明介质健康环保、耐压抗碎、切换速度快，可广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车电子等领域。
文档编号B32B27/06GK101533162SQ200810102000
公开日2009年9月16日 申请日期2008年3月14日 优先权日2008年3月14日
发明者刚 孙 申请人:汉朗科技(北京)有限责任公司