一种双稳态调光器件的制作方法

本发明涉及液晶基调光领域，特别涉及一种可直接雾态刷新的双稳态调光器件。
背景技术：
：液晶基调光装置作为一种应用光电效应的装置，主要是由透明基材和液晶材料组成，其通过外加电场的方式，调控液晶分子的排列状态，从而实现全透明与不透明之间的转换。由于此独特的调光特性，液晶基调光器件，如智能玻璃，被广泛应用与建筑、家居、汽车等行业，用于实现调节光透过率、增加隐私性及阻隔紫外线或红外线等功能。其中，双稳态或多稳态的调光玻璃由于其无需电场维持的特点，同时又兼具节能安全性，具有更广阔的应用前景。以胆甾相液晶为基础的双稳态调光玻璃一般具有两个零电场稳定的状态：透明的透过态和不透明的雾态，而由于其透过态清澈度高、雾态雾度高、且无视角问题等特点，双稳态胆甾相液晶调光玻璃已成为一种具有市场潜力的调光玻璃。但是此类调光玻璃在使用中受外界环境(如应力、温度等)变化的冲击，雾态的雾度会降低，影响调光玻璃的不透明性，最终影响调光玻璃在隐私性上的应用。为了恢复调光玻璃在雾态时的高雾度，需通过再次施加驱动电压使雾态重新恢复到原始状态。如图1所示，传统的双稳态胆甾相液晶调光玻璃必须先将调光装置从雾态(b)驱动至透明的垂直态(c)后，才能再次驱动回到具有高雾度的雾态。在此过程中必将有一瞬间调光玻璃处于透明的状态，所以容易造成隐私的泄露，限制了调光玻璃的进一步应用。技术实现要素：为解决上述问题，本发明提供一种双稳态调光器件，包括依次层叠设置的第一透明基板、第一透明电极、液晶层、第二透明电极和第二透明基板，液晶层包括液晶混合物，液晶混合物包括双介晶化合物、向列相液晶化合物、手性化合物和有机离子化合物，其中双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上直射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态。在一些实施方案中，有机离子化合物包括胺盐类化合物、硫酸酯盐类化合物、磷酸酯盐类化合物和碘盐类化合物中的一种或更多种。在优选实施方案中，胺盐类化合物包括(二茂铁基甲基)三甲基碘化铵、苯基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基溴化铵、四丁基溴化铵、四(十八烷基)溴化铵、1-丁基-3-甲基咪唑四氯高铁酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑-l-乳酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑-l-乳酸盐、十六烷基三甲基高氯酸铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基溴化吡啶、溴代十六烷基吡啶、氯代十六烷基吡啶、十六烷基三丁基溴化铵、十八烷基三丁基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵中的一种或更多种。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于10％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于9％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于8％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于7％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于6％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于5％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于4％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于3％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于2％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于1％。在一些实施方案中，有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比不大于0.5％。在一些实施方案中，双介晶化合物占液晶混合物的质量百分比为5％-50％。在优选的实施方案中，双介晶化合物占液晶混合物的质量百分比为10％-50％。在一些实施方案中，液晶层的厚度为5-60微米。在优选地实施方案中，液晶层的厚度为10-60微米。在优选实施方案中，第一透明基板和第二透明基板为玻璃或聚合物材料。在一些实施方案中，双稳态调光器件还包括至少一个配向层，配向层设置在第一透明电极与液晶层之间和/或第二透明电极与液晶层之间。在一些实施方案中，配向层包括基本平面取向型和基本垂直取向型。在一些实施方案中，雾态可通过施加一个刷新电压直接进行雾态刷新。在优选实施方案中，刷新电压的频率小于将双稳态调光器件从雾态驱动至透过态的驱动电压的频率。本发明公开的双稳态调光器件，通过加入有机离子化合物，在保持双稳态的基础上，可不经过透明的垂直态进行雾态刷新，恢复高雾度，从而避免了隐私性的丧失。附图说明通过参照本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：图1是现有技术中双稳态胆甾相液晶器件驱动方式的示意图；图2是本发明公开的双稳态调光器件的结构示意图；图3是本发明公开的双稳态调光器件的调光的工作原理示意图；图4是本发明公开的双稳态调光器件的驱动方式的示意图。具体实施方式在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。本发明所列举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。首先参照图2，其中示出一种双稳态调光器件，其结构包括第一透明基板10、第一透明电极20、第二透明电极40、第二透明基板50以及夹在第一透明电极20和第二透明电极40中间的液晶层30，其中液晶层30的厚度为5-60微米。优选地，液晶层30的厚度为10-60微米。双稳态调光器件具有两个零电场稳定的状态：使入射光基本上直射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态。第一透明基板10和第二透明基板50可为透明玻璃，也可为透明的聚合物材料，如pet、pen、pc、pp、pmma、pbt、pvc、pi、纤维素等。但本发明不限于此，亦可采用透过率符合要求的其他材料。第一透明电极20和第一透明电极40可以如图2所示形成薄膜覆盖透明基板的整个内表面，也可根据需要进一步刻蚀成特定形状，或分割成相应的若干电极。透明电极按照其导电材料可包括碳系导电薄膜、金属纳米线导电薄膜、金属氧化物导电薄膜等。碳系导电材料主要有氧化石墨烯和碳纳米管两大类，金属纳米线导电薄膜通常采用银纳米线或铜纳米线，金属氧化物导电薄膜的主要材质为氧化铟锡(ito)、氧化铟、氧化锡、氧化锌以及其他金属氧化物的混合体系。在以下实施例中，透明电极选用ito电极。液晶层30包含有液晶混合物，其中液晶混合物包括双介晶化合物、向列相液晶化合物、手性化合物和有机离子化合物。液晶组合物中的双介晶化合物为分子中包含两个介晶基元的液晶化合物，也就是说双介晶化合物分子中包含两个可诱导液晶相能力的基团。在本发明的实施方案中，双介晶化合物占液晶混合物的质量百分比为5％-50％。优选地，双介晶化合物占液晶混合物的质量百分比为10％-50％。向列相液晶为常用的在一定温度范围内具有向列相的液晶化合物或液晶混合物，如5cb、2cb或e7等。但本发明中的向列相液晶化合物不包括可诱导向列相的双介晶化合物。有机离子化合物为可呈现离子状态的有机化合物，此类化合物由于具有与液晶化合物类似或兼容的分子结构，在液晶化合物中具有一定的溶解度。通常，有机离子化合物的浓度受其在液晶混合物中的溶解度的影响，但过多的有机离子化合物易形成泡沫相，影响由液晶混合物形成的液晶相的稳定性，因此有机离子化合物占液晶混合物的质量百分比应不大于10％、不大于9％、不大于8％、不大于7％、不大于6％、不大于5％、不大于4％、不大于3％、优选地不大于2％、更加优选地不大于1％。有机离子化合物包括胺盐类化合物、硫酸酯盐类化合物、磷酸酯盐类化合物和碘盐类化合物中的一种或更多种。其中胺盐类化合物包括(二茂铁基甲基)三甲基碘化铵、苯基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基溴化铵(ctab)、四丁基溴化铵、四(十八烷基)溴化铵、1-丁基-3-甲基咪唑四氯高铁酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑-l-乳酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑-l-乳酸盐、十六烷基三甲基高氯酸铵、十六烷基二甲基苄基氯化铵、十二烷基溴化吡啶、溴代十六烷基吡啶、氯代十六烷基吡啶、十六烷基三丁基溴化铵、十八烷基三丁基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵(dtab)中的一种或更多种。原理上，如图3所示，双介晶化合物和向列相液晶化合物在手性化合物的作用下可形成手性向列相(即胆甾相)，从而使调光器件具有两个稳定状态：使入射光基本上直射的透过态(图3(a))和使入射光基本上散射的雾态(图3(b))。在透过态时，胆甾相液晶分子301基本上平行于调光器件表面，其螺旋轴与调光器件表面垂直，从而形成胆甾相液晶的平面态织构，在此状态下，入射光基本上不受影响地保持原入射角度通过调光器件；在雾态时，胆甾相液晶分子形成焦锥态织构，此时入射光基本上被散射，形成雾度较大的状态。双介晶化合物由于其特殊的弹性系数，可改善液晶分子平面排列的均一性，减少织构缺陷，从而降低双稳态调光器件在透过态的雾度，同时提高雾态的雾度。而溶解在液晶分子中的有机离子化合物分子302对入射光的传播方向基本上无影响，不会对透过态和雾态的雾度造成影响。如图4所示，通过选取合适的驱动方式，如施加具有合适振幅及频率的驱动电压，双稳态调光器件可在透过态(a)、雾态(b)和垂直态(c)之间转换，实现调光的目的，其中垂直态(c)为非稳定状态。而有机离子化合物溶解在液晶中时可分解成离子，这些离子在一定频率的电压下会发生快速移动，从而扰动液晶分子的取向，使雾度已下降但仍处于雾态的双稳态调光器件不经过垂直态(c)直接恢复至原始的雾态(高雾度)，从而实现雾态刷新。一般用于雾态刷新的刷新电压v3的频率小于将双稳态调光器件从雾态(b)直接驱动至垂直态(c)的驱动电压v2的频率。双稳态调光器件还可以包括配向层。一般液晶器件通过摩擦法，即沿一定的方向摩擦与液晶接触的基层表面，以使液晶分子沿着摩擦方向排列。通过增加配向层后再进行摩擦，可以获得更好的取向效果。配向层可以只有一个，设置在第一透明电极20和第二透明电极40中任意一个的内表面(即与液晶层30接触的表面)；也可具有两个，分别位于第一透明电极20和第二透明电极40的内表面，进一步增强取向效果。配向层一般由取向剂固化形成，其中取向剂为有机高分子材料，如pvb、硅氧烷、聚酰亚胺材料等。根据预倾角(即液晶分子在配向层表面有序排列时，分子长轴方向与配向层表面所形成的夹角)不同，配向层分为基本平面取向型配向层，即配向层表面的液晶分子长轴基本上平行于配向层表面，如ips、tn、stn型；或基本垂直取向型配向层，即液晶分子长轴基本上垂直于配向层表面，如va型。下面将结合具体实施例，对双稳态调光器件的结构、光学性能及雾态刷新方式进行详细说明。在以下实施例中，第一透明基板和第二透明基板的材质均为玻璃，第一透明电极和第二透明电极均为ito电极，透过态和雾态的雾度通过wgt-s型雾度仪进行测量。以下各实施例中，选用的液晶组合物1-3(包括双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物)的配方如表1-3所示。其中，组分比例都采用质量百分比。表1：液晶组合物1的配方表2：液晶组合物2的配方表3：液晶组合物3的配方对比例本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为20μm。液晶层由液晶组合物1组成。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，用60v/100hz的电压进行驱动，。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表4所示。驱动后的双稳态调光器件无法直接恢复至雾态，雾度值比冷热冲击后的雾度值更低。表4各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度驱动后雾度样品190.84％80.87％61.72％样品289.60％80.81％62.75％样品390.20％80.56％60.30％样品489.51％82.41％62.79％实施例1本实施例中，双稳态调光器件采用单va型配向层，液晶层的厚度为20μm。液晶层中的液晶混合物包括99.995％的液晶组合物1和0.005％的ctab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表5所示。表5各稳定状态雾度测试数据实施例2本实施例中，双稳态调光器件采用双ips型配向层，液晶层的厚度为20μm。液晶层中的液晶混合物包括99.5％的液晶组合物1和0.5％的ctab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表6所示。表6各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品190.68％81.96％90.38％样品290.34％81.05％90.11％样品389.95％81.37％89.89％样品490.16％80.58％90.05％实施例3本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为20μm。液晶层中的液晶混合物包括99.995％的液晶组合物1和0.005％的dtab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表7所示。表7各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品189.73％80.64％90.35％样品290.05％81.15％89.82％样品389.43％82.38％89.33％样品489.82％80.10％89.87％实施例4本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为20μm。液晶层中的液晶混合物包括99.5％的液晶组合物1和0.5％的dtab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表8所示。表8各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品190.09％82.40％90.62％样品290.83％82.69％90.25％样品390.36％81.32％90.07％样品489.43％80.34％89.16％实施例5本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为15μm。液晶层中的液晶混合物包括99.5％的液晶组合物2和0.5％的ctab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表9所示。表9各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品161.34％46.80％62.92％样品262.12％47.98％62.17％样品362.29％46.03％62.35％样品461.79％47.89％61.48％实施例6本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为50μm。液晶层中的液晶混合物包括99.5％的液晶组合物1和0.5％的ctab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表10所示。表10各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品193.94％85.65％93.73％样品293.75％85.31％93.82％样品393.83％86.02％93.86％样品493.90％85.86％93.71％实施例7本实施例中，双稳态调光器件采用双va型配向层，液晶层的厚度为15μm。液晶层中的液晶混合物包括99.5％的液晶组合物3和0.5％的ctab。选取合适的电压和驱动方式对双稳态调光器件进行驱动，使其形成不同的雾态和透过态。其中雾态驱动至透过态的电压为130v/1khz，透过态驱动至雾态的电压为60v/100hz。之后，在雾态时对双稳态调光器件进行冷热冲击(温度范围为0-40℃)2小时后，进行雾态刷新，刷新电压为60v/100hz。重复多个样品，分别测量其光学性能，结果如表11所示。表11各稳定状态雾度测试数据原始雾态雾度冷热冲击后雾度雾态刷新后雾度样品182.59％65.46％82.90％样品283.48％66.82％83.34％样品382.91％66.55％83.15％样品482.70％65.53％82.10％本发明所公开的双稳态调光器件中的液晶组合物包括本领域技术人员熟知的双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物。应当理解的是，本发明公开的液晶组合物的仅是示例性而非限制性的。通过以上实施例可知，本发明的双稳态调光器件通过加入有机离子化合物，在保持双稳态的基础上，不经过透明的垂直态即可进行雾态刷新，其雾度可基本上恢复至原始雾态的雾度，从而避免隐私性的丧失。尽管已经在上面以细节描述了数个示例性实施方案，但是所公开的实施方案仅是示例性而非限制性的，并且本领域技术人员将容易意识到，在示例性实施方案中很多其他修改、改动和/或替换是可能的，而不实质偏离本公开的新颖性教导和优点。因此，所有这些修改、改动和/或替换意图被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。当前第1页12