一种聚合物分散液晶调光器件的制作方法

本发明属于电控调光技术领域，具体涉及一种聚合物分散液晶调光器件。

背景技术：

聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal)是将低分子液晶与预聚物相混合，在一定工艺条件下经聚合反应，形成微米量级的液晶微粒均匀分散在固态聚合物基体中。所获得的液晶微粒具有介电各向异性，在外加电场的情况下，聚合物分散液晶可以实现在透明和不透明之间的转变，使薄膜的透光率可调。

聚合物分散液晶技术已经广泛应用于电控调光玻璃，全息光栅等诸多技术领域。聚合物分散液晶其制品具有雾态毛玻璃外观，施加电场变成透明状态，这称为聚合物分散液晶正式电控调光玻璃。实用中人们也期待有外观是透明态，当施加电场时呈现散射态，这被称之为聚合物分散液晶反式电控调光玻璃。已有反式电控调光玻璃专利技术是采用双频液晶材料，即介电转换液晶材料，在低频时是正型液晶，高频时是负性液晶，制备过程中，边施加低频电场边进行紫外光曝光，电场诱导下形成垂面定向聚合，液晶分子垂直排列，制品具有透明外观；当施加高频电压时，液晶分子沿面二维混乱分布，制品就呈现散射毛玻璃态。但是由于高频电压下电介质都成了导体，这种模式功耗大，驱动困难，仅仅停留在小尺寸样品，没有实用产品，其它反式电控调光玻璃如采用负性液晶，但是都需要在导电玻璃或者薄膜表面进行定向处理，或者采用外加拉伸应力使聚合物垂直定向聚合等，各类设想也都由于各种原因无法产业化或者效果不够理想。

中国专利CN101770106B揭示了一种颜色为非白色的聚合物分散液晶层或薄膜，该非白色的聚合物分散液晶层或聚合物分散薄膜可以同时达到驱动电压小于等于40W，开态透过率达75％以上。发明专利CN103197459A揭示了利用负性液晶通过对聚合物分散负性液晶胶进行预固化并施加拉伸应力使聚合物垂直定向聚合，从而使负性液晶分子垂直排列，得到反式电控调光玻璃。另外还有发明专利如CN103278959A也是通过应力的变化改变液晶偏转实现调光目的。发明专利CN105158958A也是通过负性液晶材料通过PI溶液进行配向从而实现调光玻璃由透明态到雾态转化。

在公开号为CN201540423U的中国专利中，公开了一种调光玻璃，采用PDLC层叠体与玻璃进行层叠的形式形成调光玻璃，使得该调光玻璃没有对玻璃的吻合度的要求，且相对现有技术来说，该调光玻璃相对于普通的玻璃来说，其厚度改变量很小，因此当将其应用于汽车车窗上时，不需要对车门导轨的结构和相应的部件进行相应的改变。且该调光玻璃相对于现有的调光玻璃来说，其结构相对简单，且成本较低。在公开专利号为CN204086734U的中国专利中，公开了一种光伏智能液晶调光玻璃窗，由光伏电池板、控制器、锂电池和液晶调光玻璃组成，通过结构件将各部件组装为窗户形式。

由上可知，现有技术中关于调光玻璃，多采用负性液晶材料利用PI溶液进行表面定向，或者通过拉伸外力使聚合物生长时定向聚合方式得到反式PDLC，但是大多任务艺复杂，效果欠佳。目前，人们迫切需要一种能够易于生产又有较好的转化效果，透时透过率高、雾时雾度大，并且可以随意调节的聚合物分散液晶调光器件。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种聚合物分散液晶调光器件，能够实现调光器件由透明态到雾态转化。本发明的聚合物分散液晶调光器件结构简单，易于工业生产，又有较好的转化效果，透时透过率高、雾时雾度大，并且可以根据需要随意调节雾度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种聚合物分散液晶调光器件，包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11，所述第一功能层20和第二功能层21包括导电层40，且第一功能层20和第二功能层21中的至少一层含有微结构层50，所述聚合物分散液晶层30具有在电压驱动下光学折射率从n1到n2转变的能力，且所述聚合物分散液晶层30中液晶微粒的粒径小于100nm，所述微结构层50的折射率为n，n＝n1或n＝n2，当施加第一电压时，微结构层50与聚合物分散液晶层30的折射率相同，表现为透明态；当施加第二电压时，微结构层50与聚合物分散液晶层30的折射率不相同，表现为雾态。

进一步地，当第一电压为0V时，聚合物分散液晶调光器件为透明态，所述聚合物分散液晶调光器件为反式调光器件；或者，当第一电压不为0V，聚合物分散液晶调光器件为透明态，所述聚合物分散液晶调光器件为正式调光器件。

进一步地，上、下透明基材为透明玻璃或透明塑料。

进一步地，液晶微粒的粒径小于50nm。

进一步地，聚合物分散液晶层折射率n1为1.42～1.56，折射率n2为1.60～1.78。

进一步地，微结构层的形状为弧形、梯形、锯齿形或凸形

进一步地，微结构层能使入射光线透过后雾度为65～99％。

进一步地，导电层为透明导电层。

进一步地，微结构层设置在上透明基材和/或下透明基材的表面，导电层设置在微结构层表面；或者导电层设置在上透明基材或下透明基材的表面，微结构层设置在导电层表面。

进一步地，导电层厚度为0～1μm，聚合物分散液晶层厚度为3～50μm，微结构的高度为2～15μm。

进一步地，聚合物分散液晶调光器件还包括电源组件，电源组件与两导电层连接。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设置微结构层，利用微结构层与聚合物分散液晶层的折射率相同或不同，来实现调光目的，而无需在导电玻璃或者薄膜表面进行定向处理，或者采用外加拉伸应力使聚合物垂直定向聚合。本发明的结构简单，易于工业生产，转化效果好。

2、本发明通过设置能够实现光线雾度65～99％的微结构，通过调控聚合物分散液晶器件，能够实现透明态时透过率高、雾态时雾度大，并且可以根据需要随意调节雾度的聚合物分散液晶调光器件。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1～图6为本发明聚合物分散液晶调光器件不同实施方式的结构示意图；

其中，10为上透明基材，11为下透明基材，20为第一功能层，21为第二功能层，30为聚合物分散液晶层，40为导电层，50为微结构层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

由背景技术可知，现有技术中关于调光玻璃，多采用负性液晶材料利用PI溶液进行表面定向，或者通过拉伸外力使聚合物生长时定向聚合方式得到反式PDLC，但是大多任务艺复杂，效果欠佳。本发明的发明人针对上述问题进行研究，提出一种聚合物分散液晶调光器件，如图1～6所示，聚合物分散液晶调光器件包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11。第一功能层20和第二功能层21包括导电层40，且第一功能层20和第二功能层21中的至少一层含有微结构层50，所述聚合物分散液晶层30具有在电压驱动下光学折射率从n1到n2转变的能力，且聚合物分散液晶层30中液晶微粒的粒径小于100nm，微结构层50的折射率为n，n＝n1或n2，当施加第一电压时，微结构层50与聚合物分散液晶层30的折射率相同，表现为透明态；当施加第二电压时，微结构层50与聚合物分散液晶层30的折射率不相同，表现为雾态

在上述聚合物分散液晶调光器件结构中，上透明基材和下透明基材起到保护与支撑的作用，可以对基材种类进行选择，可以为透明塑料基材、透明玻璃，例如PET、TAC、有机玻璃、无机玻璃等，上述透明基材还包括有颜色的透明基材，对基材的厚度可以不做限制。

上述聚合物分散液晶层不同于一般的PDLC层，一般的PDLC层在一定工艺条件下经聚合反应，形成微米量级的液晶微粒均匀分散在固态聚合物基体中，其关态时为雾面，通电后变透明。而本发明的聚合物分散液晶层，由于液晶微粒的粒径小于100nm，更优选的粒径小于50nm，光线通过聚合物分散液晶层时能够正常穿过，其开态和关态下均为透明态，但是折射率会发生转变由关态时1.42-1.56左右转变为1.60-1.78左右。

上述聚合物分散液晶层中的聚合物可以为聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯、纯丙烯酸酯中的一种或几种。

上述微结构层，能够通过表面的结构改变光的通过形式，能够将入射的一束平行光转化为发射光。该微结构的形状可以为弧形、梯形、锯齿形或凸形等，但不限于这样的结构，只要其微结构能够实现入射光线通过后雾度值为65％～99％的任一微结构均可。

本发明的第一功能层和第二功能层中至少有一层含有微结构层，微结构层可以单层存在，也可以多层方式存在，各层微结构层可以相同也可以不同。本发明的微结构层可以设置在基材表面，导电层设置在微结构层表面，或者导电层设置在基材表面，微结构层设置在导电层表面。本发明第一功能层与第二功能层的结构可以相同也可以不同形式组合使用。

上述聚合物分散液晶调光器件可以为正式调光器件也可以为反式调光器件。所述正式调光器件是指初始未通电状态时表现为雾态，施加电压后转换为透明态；所述反式调光器件是指初始状态为透明态，施加电压后转换为雾态。

在一种优选的实施方式中，上述微结构的折射率n＝n1，聚合物分散液晶层具有双折射率，未通电时折射率为n1，通电后折射率转变为n2。当施加的第一电压为0V，即调光器件处于未通电状态，微结构的折射率n＝n1，光线正常通过，表现为透明态；第二电压为通电时电压，由于微结构折射率n＝n1≠n2，表现为雾态，雾度值haze≥65％。即通过控制电源的开与关，实现了一种反式调光器件。另外，还可根据需要，通过调节电压大小来调节雾度值变化。

在另一种优选的实施方式中，上述微结构的折射率n＝n2，聚合物分散液晶层具有双折射率，未通电时折射率为n1，通电后折射率转变为n2。当施加的第二电压为0V，即调光器件处于未通电状态，由于微结构的折射率n＝n2≠n1，入射光线发生散射，表现为雾态，雾度值haze≥65％；第一电压为通电时电压，由于微结构的折射率n＝n2，光线正常通过，表现为透明态。即通过控制电源的开与关，实现了一种正式调光器件。另外，还可根据需要，通过调节电压大小来调节雾度值变化。

以下将结合实施例和对比例，进一步说明本发明的有益效果。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种反式聚合物分散液晶调光器件，包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11。第一功能层20中所述导电层40设置于上透明基材表面，微结构层50设置在导电层表面；第二功能层21中所述导电层40设置于下透明基材表面，微结构层50依次设置在导电层表面。

优选的，导电层为透明的ITO导电层，厚度为0.2μm，聚合物分散液晶层厚度为3μm，液晶微粒的粒径为20nm，微结构高度为2μm，入射光线通过微结构后雾度为65％。聚合物分散液晶层不通电时折射率为n1，通电时折射率为n2，微结构的折射率为n＝n1。将两导电层通过电源连接，在不通电状态下，n＝n1，表现为透明状态；通电时微结构折射率n与n2不同，表现为雾态。并且通过调节电压大小，可随意调节雾度。

实施例2

如图1所示，本发明提供了一种正式聚合物分散液晶调光器件，包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11。第一功能层20中所述导电层40设置于上透明基材表面，微结构层50设置在导电层表面；第二功能层21中所述导电层40设置于下透明基材表面，微结构层50依次设置在导电层表面。

优选的，所述导电层为透明的ITO导电层，厚度为0.2μm，聚合物分散液晶层厚度为3μm，液晶微粒的粒径为100nm，微结构高度为2μm，入射光线通过微结构后雾度为65％。聚合物分散液晶层不通电时折射率为n1，通电时折射率为n2，微结构的折射率为n＝n2。将两导电层通过电源连接，在不通电状态下，微结构折射率n＝n2≠n1，表现为雾态；通电时微结构折射率n＝n2，表现为透明态。并且通过调节电压大小，可随意调节雾度。

实施例3

如图2所示，本发明提供了一种反式聚合物分散液晶调光器件，包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11。第一功能层20中所述微结构层50设置于上透明基材表面，导电层40设置在微结构层表面；第二功能层21中所述微结构层50设置于下透明基材表面，导电层40依次设置在微结构层表面。

优选的，所述导电层为透明的ITO导电层，厚度为1μm，聚合物分散液晶层厚度为50μm，液晶微粒的粒径为50nm微结构高度为15μm，入射光线通过微结构后雾度为99％。聚合物分散液晶层不通电时折射率为n1，通电时折射率为n2，微结构的折射率为n＝n1。将两导电层通过电源连接，在不通电状态下，n＝n1，表现为透明状态；通电时微结构折射率n与n2不同，表现为雾态。并且通过调节电压大小，可随意调节雾度。

实施例4

如图3所示，本发明提供了一种反式聚合物分散液晶调光器件，包括依次设置的上透明基材10、第一功能层20、聚合物分散液晶层30、第二功能层21、下透明基材11。第一功能层20中所述微结构层50设置于上透明基材表面，导电层40设置在微结构层表面；第二功能层21中所述导电层40设置于下透明基材表面，微结构层50依次设置在导电层表面。

优选的，所述导电层为透明的ITO导电层，厚度为0.5μm，聚合物分散液晶层厚度为30μm，液晶微粒的粒径为30nm，微结构高度为8μm，入射光线通过微结构后雾度为80％。聚合物分散液晶层不通电时折射率为n1，通电时折射率为n2，微结构的折射率为n＝n1。将两导电层通过电源连接，在不通电状态下，n＝n1，表现为透明状态；通电时微结构折射率n与n2不同，表现为雾态。并且通过调节电压大小，可随意调节雾度。

实施例5

如图4所示，与实施例1的区别是：第二功能层为导电层，不含微结构层。

实施例6

如图5所示，与实施例1的区别是：第一功能层为导电层，不含微结构层。

实施例7

如图6所示，与实施例1的区别是：第一功能层20中所述微结构层50设置于上透明基材表面，导电层40设置在微结构层表面；第二功能层21为导电层40，不含微结构层。

本发明提供了一种聚合物分散液晶调光器件，通过控制电源的开关，来改变聚合物分散液晶层的折射率，利用微结构层与聚合物分散液晶层折射率的差异，当折射率相同时，表现为透态，当折射率不同时表现为雾态，从而实现透态到雾态的切换，达到调光目的，而无需在导电玻璃或者薄膜表面进行定向处理，或者采用外加拉伸应力使聚合物垂直定向聚合。本发明的结构简单，易于工业生产，转化效果好，并且可以根据需要随意调节雾度的聚合物液晶调光器件。

需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释说明，不应将其理解为对本发明技术方案的限定，任何采用本发明实质发明内容而仅作局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。