一种热响应红外全反射器件及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种热响应红外全反射器件及其制备方法，包括三块透光基材，三块透光基材中相邻两块之间分别封装形成第一调节区和第二调节区，第一调节区和第二调节区均填充有液晶层，液晶层包括混合液晶材料和用于控制所述液晶层厚度的间隔子，混合液晶材料中包含热响应液晶材料和手性添加剂，间隔子分散在所述混合液晶材料中，在红外反射薄膜的使用温度范围内，混合液晶材料呈手性向列相，第一调节区的混合液晶材料的螺旋方向与第二调节区的混合液晶材料的螺旋方向相反，随着温度改变，所述混合液晶材料的螺距发生变化。通过在红外全反射器件中相对设置螺旋方向相反的手性向列相混合液晶材料，从而实现不同偏振旋转方向的红外光的反射。
【专利说明】
-种热响应红外全反射器件及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及光学器件技术领域，尤其设及一种热响应红外全反射器件及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 为了实现阳光的透射和反射，通常的作法是在玻璃上锻膜，使得光线中某段波长 的光可W被玻璃窗反射或透射。可W根据不同的反光和透光需求，采用不同材质的膜，比如 需要隔热保溫的效果时，可W选用对远红外福射热有较高反射率的膜。但是采用运种方式 调节阳光的反射和透射只能实现某一固定波段的反射，因为锻膜玻璃形成后，其光学性能 不能够随着需求改变而调整，但是随着季节、天气的变化、个人喜好的变化，人们的需求会 不断的发生改变，而锻膜玻璃难W适应人们需求的变化，无法实现冬暖夏凉。
[0003] 开发一种红外反射波段可调节的红外反射薄膜，能够更好地适应人们的需求的变 化，将能够更好地在市场上推广使用。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种热响应红外全反射器件及其制备方法。
[0005] 本发明所采取的技术方案是：
[0006] 一种热响应红外全反射器件，其特征在于，包括=块透光基材，所述=块透光基材 中相邻两块透光基材之间分别封装形成第一调节区和第二调节区，所述第一调节区和所述 第二调节区均填充有液晶层，所述液晶层包括混合液晶材料和用于控制所述液晶层厚度的 间隔子，所述混合液晶材料中包含热响应液晶材料和手性添加剂，所述间隔子分散在所述 混合液晶材料中，在所述红外反射薄膜的使用溫度范围内，所述混合液晶材料呈手性向列 相，所述第一调节区的所述混合液晶材料的螺旋方向与所述第二调节区的所述混合液晶材 料的螺旋方向相反，随着溫度改变，所述混合液晶材料的螺距发生变化。
[0007] 在一些具体的实施方式中，所述透光基材与相邻的另一透光基材相对的表面上设 有平行配向层，所述热响应液晶材料在所述平行配向层的作用下形成平行于所述透光基材 的定向排列。
[000引在一些具体的实施方式中，所述第一调节区的所述混合液晶材料的螺距与所述第 二调节区的所述混合液晶材料的螺距相同。
[0009] 在一些具体的实施方式中，所述第一调节区的所述混合液晶材料包含70~100质 量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的右旋手性添加剂，所述第二调节区的所述混合液 晶材料包含70~100质量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的左旋手性添加剂。
[0010] 在一些具体的实施方式中，所述间隔子的高度等于所述液晶层的厚度。
[0011] 在进一步优选的实施方式中，所述间隔子的材料为压克力树脂、玻璃、娃氧树脂中 的任一种。
[0012] 在一些具体的实施方式中，设于所述热响应红外全反射器件的外侧的所述透光基 材中至少一个所述透光基材的外表面上贴附有保护膜。
[0013] 在进一步优选的实施方式中，在所述热响应红外全反射器件的外侧的所述透光基 材与所述保护膜之间设有一层自黏胶。
[0014] 本发明还提供了一种如上所述的热响应红外全反射器件的制备方法，包括W下步 骤：
[0015] SI:制备S块透光基材；
[0016] S2:分别在第一透光基材的一个表面和第=透光基材的一个表面上制备配向层， 在第二透光基材的两个表面上均制备配向层；
[0017] S3:取多个间隔子放置于所述第一透光基材设有配向层的表面上，将所述第二透 光基材放置在所述间隔子上，将所述第一透光基材和所述第二透光基材封装成第一层液晶 盒，再在所述第二透光基材上放置多个间隔子，将第=透光基材放置在所述间隔子上，所述 第=透光基材设有配向层的表面朝向所述第二透光基材设置，将所述第二透光基材和所述 第=透光基材封装成第二层液晶盒；
[0018] S4:取热响应液晶材料和右旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料A，取热响应液 晶材料和左旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料B，将所述混合液晶材料A和所述混合液 晶材料B分别注入所述第一层液晶盒和所述第二层液晶盒。
[0019] 在一些具体的实施方式中，所述S2制备的配向层为平行配向层。
[0020] 本发明的有益效果是：
[0021 ]手性向列相液晶在螺旋轴方向上的螺旋结构呈周期性排列，手性向列相液晶的指 向矢在螺旋轴方向上旋转如的间距称为一个螺距，用P表示。根据W下公式:A = PXn，其中， 入为单一螺距的手性向列相液晶反射波长，n为液晶的平均光折射率；AA= (ne-no) XP= A n X P，其中，A A为反射光谱带宽，A n为双折射率之差；当P值改变时，液晶所反射的波长W 及反射的频宽也会随之改变，故我们可W通过调节溫度，调节混合液晶材料中呈手性向列 相的液晶材料的比例，使得混合液晶材料的螺距发生改变，从而调节红外反射薄膜的反射 波段，W适应光反射和透射的需求。由于一种手性方向的手性向列相液晶只能发射与其相 应的偏振光，对于另一种偏振旋转方向的偏振光具有完全透过性，所W对于普通的自然光 来说，单一螺旋方向的混合液晶材料的红外光的反射率最高只能达到50%，而本发明通过 在红外全反射器件中设置将第一调节区和第二调节区，分别在其中填充螺旋方向相反的手 性向列相混合液晶材料，从而实现不同偏振旋转方向的红外光的反射，即实现红外全反射， 将反射率从50 %提升至100 %。
【附图说明】
[0022] 图1为红外全反射器件的俯视图；
[0023] 图2为红外全反射器件的截面图；
[0024] 图3为红外全反射器件处于较高的使用溫度时的部分截面图；
[0025] 图4为红外全反射器件处于较低的使用溫度时的部分截面图；
[0026] 图5为红外全反射器件低于使用溫度时的部分截面图；
[0027] 图6为红外全反射器件在不同工作溫度的反射曲线图。
【具体实施方式】
[00%]参照图1-2,图1为红外全反射器件的俯视图；图2为红外全反射器件的截面图；图1 和图2均未按照实际比例绘制，仅为示意图，本发明提供了一种热响应红外全反射器件，包 括=块透光基材，分别为第一透光基材1、第二透光基材2和第=透光基材3，所述=块透光 基材中相邻两块透光基材之间分别通过封装边框8封装形成第一调节区4和第二调节区5， 所述第一调节区4和所述第二调节区5均填充有液晶层，所述液晶层包括混合液晶材料和用 于控制所述液晶层厚度的间隔子6,所述混合液晶材料中包含热响应液晶材料和手性添加 剂，所述间隔子6分散在所述混合液晶材料中，在所述红外反射薄膜的使用溫度范围内，所 述混合液晶材料呈手性向列相，所述混合液晶材料具有螺旋结构，所述第一调节区4的所述 混合液晶材料的螺旋方向与所述第二调节区5的所述混合液晶材料的螺旋方向相反，随着 溫度改变，所述混合液晶材料的螺距发生变化。所述透光基材与相邻的另一透光基材相对 的表面上设有平行配向层7,所述热响应液晶材料在所述平行配向层7的作用下形成平行于 所述透光基材的定向排列。在优选的实施例中，所述第一调节区4的所述混合液晶材料的螺 距与所述第二调节区5的所述混合液晶材料的螺距相同。所述第一调节区4的所述混合液晶 材料包含70~100质量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的右旋手性添加剂，所述第二 调节区5的所述混合液晶材料包含70~100质量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的左 旋手性添加剂。在优选的实施方式中，所述热响应液晶材料可为西安液晶光电科技股份有 限公司的CSV14190S，右旋手性添加剂材料可为结构式如式(I)所示的液晶材料，
[0029]
、I)
[0030] 左旋手性添加剂材料可为结构式如式(II)所示的液晶材料，
[0031]
[0032] 参照图2,所述间隔子6的厚度等于所述液晶层的厚度，所述间隔子6的材料应不影 响液晶性质，比如，所述间隔子6的材料可为压克力树脂、玻璃、娃氧树脂中的任一种，所述 间隔子6的形状可为微型小球或者其他形状，厚度根据红外反射薄膜需要制成的厚度改变， 可W为数微米到数十微米，所述间隔子6用于控制所述液晶层的厚度，防止所述液晶层随着 溫度变化发生厚度的变化。
[0033] 由于一种手性方向只能反射一种偏振方向的圆偏振光，单一螺旋方向的混合液晶 材料的红外光的反射率最高只能达到50%，而本发明通过在红外全反射器件中设置将第一 调节区4和第二调节区5,分别在其中填充螺旋方向相反的手性向列相混合液晶材料，可W 达到反射左旋W及右旋圆偏振光的目的，从而实现不同偏振旋转方向的红外光的反射，即 实现红外全反射，将反射率从50 %提升至100 %。
[0034] 参照图3,所述红外全反射器件的使用溫度范围为-20°C~50°C，当红外全反射器 件处于较高的使用溫度时，即20°C~50°C时，其部分截面图如图3,所述混合液晶材料呈手 性向列相，所述混合液晶材料的螺距较小。根据W下公式A = PXn,其中，A为单一螺距的手 性向列相液晶反射波长，n为液晶的平均光折射率；AA=(ne-no)XP= AnXP,其中，AA为 反射光谱带宽，An为双折射率之差，在处于较高的使用溫度时，所述红外全反射器件的反 射波段处于近红外波段，且发射光谱带宽较窄，远红外波段和可见光可W透过所述红外反 射薄膜。
[0035] 参照图4,当红外全反射器件处于较低的使用溫度时，即-20°C~20°C时，其部分截 面图如图4,部分混合液晶材料由手性向列相向近晶相转变，使得所述混合液晶材料的螺距 增大，同样根据^ = PXn和A A= (ne-no) XP= AnXP,在处于较低的使用溫度时，所述红外 全反射器件的反射波段处于远红外波段，且发射光谱带宽较宽，近红外波段和可见光可W 透过所述红外反射薄膜。
[0036] 参照图5,当红外全反射器件低于使用溫度时，即低于-20°C时，所述混合液晶材料 全部转变为近晶相排列，红外光和可见光均可从红外全反射器件透射。当红外全反射器件 高于使用溫度时，即高于50°C时，所述混合液晶材料转变为液态。所述混合液晶材料随着溫 度改变，发生从近晶相-手性向列相-液态的改变，W及在使用溫度范围内，所述混合液晶材 料的螺距改变，上述改变均为可逆改变，所W可W通过调节溫度，改变所述混合液晶材料的 螺距，从而实现所述红外反射薄膜的反射波段的调节。
[0037] 在优选的实施例中，在进一步优选的实施例中，设于热响应红外全反射器件的外 侧的透光基材中至少一个透光基材的外表面上贴附有保护膜，用于放置红外反射器件磨伤 或受损。设于热响应红外全反射器件的外侧的透光基材与所述保护膜之间设有一层自黏 胶，将所述保护膜撕除后，可W通过自黏胶将红外反射器件粘贴在某处使用，更加方便使 用。
[0038] 本发明还提供了如上所述的热响应红外全反射器件的制备方法，包括W下步骤： Sl:制备=块透光基材;S2:分别在第一透光基材1的一个表面和第=透光基材3的一个表面 上制备平行配向层7,在第二透光基材2的两个表面上均制备平行配向层7;S3:取多个间隔 子6放置于所述第一透光基材1设有平行配向层7的表面上，将所述第二透光基材2放置在所 述间隔子6上，将所述第一透光基材1和所述第二透光基材2封装成第一层液晶盒，再在所述 第二透光基材2上放置多个间隔子6，将第=透光基材3放置在所述间隔子6上，所述第=透 光基材3设有平行配向层7的表面朝向所述第二透光基材2设置，将所述第二透光基材2和所 述第=透光基材3封装成第二层液晶盒;S4:取70~100质量份的热响应液晶材料和0.5~3 质量份右旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料A，取70~100质量份的热响应液晶材料和 0.5~3质量份左旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料B，将所述混合液晶材料A和所述混 合液晶材料B分别注入所述第一层液晶盒和所述第二层液晶盒。
[0039] 实施例1:
[0040] 按照W下步骤制备热响应红外全反射率器件：制备S块透光基材;分别在第一透 光基材的一个表面和第=透光基材的一个表面上制备平行配向层，在第二透光基材的两个 表面上均制备平行配向层;取多个间隔子放置于所述第一透光基材设有平行配向层的表面 上，将所述第二透光基材放置在所述间隔子上，将所述第一透光基材和所述第二透光基材 封装成第一层液晶盒，再在所述第二透光基材上放置多个间隔子，将第=透光基材放置在 所述间隔子上，所述第=透光基材设有平行配向层的表面朝向所述第二透光基材设置，将 所述第二透光基材和所述第=透光基材封装成第二层液晶盒;取70质量份的热响应液晶材 料和0.5质量份的手性添加剂Al混合，得到混合液晶材料A，所述热响应液晶材料可为西安 液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Al为结构式如下的材料： 「nrui 1
[0042] 取70质量份的热响应液晶材料和0.5质量份的手性添加剂BI混合，所述热响应液 晶材料可为西安液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Bl材料为结构 式如下的材料：
[0043]
[0044] 得到混合液晶材料B。将所述混合液晶材料A和所述混合液晶材料B分别注入所述 第一层液晶盒和所述第二层液晶盒，然而通过边框封装成密闭的液晶盒。
[0045] 实施例2:
[0046] 按照W下步骤制备热响应红外全反射率器件：制备S块透光基材;分别在第一透 光基材的一个表面和第=透光基材的一个表面上制备平行配向层，在第二透光基材的两个 表面上均制备平行配向层;取多个间隔子放置于所述第一透光基材设有平行配向层的表面 上，将所述第二透光基材放置在所述间隔子上，将所述第一透光基材和所述第二透光基材 封装成第一层液晶盒，再在所述第二透光基材上放置多个间隔子，将第=透光基材放置在 所述间隔子上，所述第=透光基材设有平行配向层的表面朝向所述第二透光基材设置，将 所述第二透光基材和所述第=透光基材封装成第二层液晶盒;取100质量份的热响应液晶 材料和3质量份的手性添加剂Al混合，得到混合液晶材料A，所述热响应液晶材料可为西安 液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Al为结构式如下的材料：
[0047]
[0048] 取100质量份的热响应液晶材料和3质量份的手性添加剂Bl混合，所述热响应液晶 材料可为西安液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Bl材料为结构式 如下的材料：
[0049]
[0050] 得到混合液晶材料B。将所述混合液晶材料A和所述混合液晶材料B分别注入所述 第一层液晶盒和所述第二层液晶盒，然而通过边框封装成密闭的液晶盒。
[0化1]实施例3:
[0052]按照W下步骤制备热响应红外全反射率器件：制备S块透光基材;分别在第一透 光基材的一个表面和第=透光基材的一个表面上制备平行配向层，在第二透光基材的两个 表面上均制备平行配向层;取多个间隔子放置于所述第一透光基材设有平行配向层的表面 上，将所述第二透光基材放置在所述间隔子上，将所述第一透光基材和所述第二透光基材 封装成第一层液晶盒，再在所述第二透光基材上放置多个间隔子，将第=透光基材放置在 所述间隔子上，所述第=透光基材设有平行配向层的表面朝向所述第二透光基材设置，将 所述第二透光基材和所述第=透光基材封装成第二层液晶盒;取85质量份的热响应液晶材 料和1.5质量份的手性添加剂Al混合，得到混合液晶材料A，所述热响应液晶材料可为西安 液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Al为结构式如下的材料：
[0化3]
[0054]取85质量份的热响应液晶材料和1.5质量份的手性添加剂Bl混合，所述热响应液 晶材料可为西安液晶光电科技股份有限公司的CSV14190S，所述手性添加剂Bl材料为结构 式如下的材料：
[0化5]
[0056] 得到混合液晶材料B。将所述混合液晶材料A和所述混合液晶材料B分别注入所述 第一层液晶盒和所述第二层液晶盒，然而通过边框封装成密闭的液晶盒。
[0057] 将制备实施例3制备得到的热响应红外全反射率器件，分别置于-20°C、20°C、50°C 下，进行红外反射实验，测量其反射光谱，得到实验结果如图6,图中A、B、C分别为50°C、20 °(：、-20°(：下的红外反射曲线，可^看到-20°(：下红外反射薄膜的反射带宽为120011111- 1350皿，20°C下热响应红外全反射率器件的反射带宽为900nm-105化m，50°C下热响应红外 全反射率器件的反射带宽为770nm-850nm，在热响应红外全反射率器件的使用溫度范围内， 随着溫度的降低，所述热响应红外全反射率的反射波段自近红外波段向远红外波段迁移， 且反射率接近100%。手性添加剂和热响应液晶材料的不同比例混合形成的混合液晶材料 反射波段不同且对溫度的响应不同。
【主权项】
1. 一种热响应红外全反射器件，其特征在于，包括三块透光基材，所述三块透光基材中 相邻两块透光基材之间分别封装形成第一调节区和第二调节区，所述第一调节区和所述第 二调节区均填充有液晶层，所述液晶层包括混合液晶材料和用于控制所述液晶层厚度的间 隔子，所述混合液晶材料中包含热响应液晶材料和手性添加剂，所述间隔子分散在所述混 合液晶材料中，在所述红外反射薄膜的使用温度范围内，所述混合液晶材料呈手性向列相， 所述第一调节区的所述混合液晶材料的螺旋方向与所述第二调节区的所述混合液晶材料 的螺旋方向相反，随着温度改变，所述混合液晶材料的螺距发生变化。2. 根据权利要求1所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，所述透光基材与相邻的 另一透光基材相对的表面上设有平行配向层。3. 根据权利要求1所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，所述第一调节区的所述 混合液晶材料的螺距与所述第二调节区的所述混合液晶材料的螺距相同。4. 根据权利要求1所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，所述第一调节区的所述 混合液晶材料包含70~100质量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的右旋手性添加剂，所 述第二调节区的所述混合液晶材料包含70~1〇〇质量份的热响应液晶材料和0.5~3质量份的 左旋手性添加剂。5. 根据权利要求1所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，所述间隔子的高度等于 所述液晶层的厚度。6. 根据权利要求5所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，所述间隔子的材料为压 克力树脂、玻璃、硅氧树脂中的任一种。7. 根据权利要求1所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，设于所述热响应红外全 反射器件的外侧的所述透光基材中至少一个所述透光基材的外表面上贴附有保护膜。8. 根据权利要求7所述的热响应红外全反射器件，其特征在于，在所述热响应红外全反 射器件的外侧的所述透光基材与所述保护膜之间设有一层自黏胶。9. 一种权利要求1-8任一项所述的热响应红外全反射器件的制备方法，其特征在于，包 括以下步骤： S1:制备三块透光基材； S2:分别在第一透光基材的一个表面和第三透光基材的一个表面上制备配向层，在第 二透光基材的两个表面上均制备配向层； S3:取多个间隔子放置于所述第一透光基材设有配向层的表面上，将所述第二透光基 材放置在所述间隔子上，将所述第一透光基材和所述第二透光基材封装成第一层液晶盒， 再在所述第二透光基材上放置多个间隔子，将第三透光基材放置在所述间隔子上，所述第 三透光基材设有配向层的表面朝向所述第二透光基材设置，将所述第二透光基材和所述第 三透光基材封装成第二层液晶盒； S4:取热响应液晶材料和右旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料A，取热响应液晶材 料和左旋手性添加剂混合，得到混合液晶材料B，将所述混合液晶材料A和所述混合液晶材 料B分别注入所述第一层液晶盒和所述第二层液晶盒。10. 根据权利要求9所述的热响应红外全反射器件的制备方法，其特征在于，所述S2制 备的配向层为平行配向层。
【文档编号】G02F1/1347GK106019754SQ201610415276
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月14日
【发明人】袁冬, 林显裕, 周冠清, 李楠, 周国富
【申请人】深圳市国华光电科技有限公司, 华南师范大学, 深圳市国华光电研究院