一种兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜及其制备方法与流程

文档序号：22128041发布日期：2020-09-08 12:26阅读：438来源：国知局

本发明属于柔性光电器件技术领域，具体涉及一种兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜及其制备方法。

背景技术：

智能聚合物分散液晶调光膜(pdlc)是将聚合物和液晶颗粒的混合物夹于两块透明电极之间，通过电场来调控液晶的排列顺序，实现调光膜在透明和不透明之间转换。因其安全、节能、低功耗、智能调光和使用方便等优点，调光膜已被应用于隐私保护、户外显示、节能窗户等领域。目前，商品化的调光膜采用ito透明导电薄膜作为电极，智能液晶调光膜的三明治结构决定其需要两块pet或者玻璃做为上下导电电极的基底。由于每块基底与空气之间的反射损失，以及基底、电极和液晶各层之间折射率不匹配带来的界面反射损失，导致目前商业化的pdlc器件通电条件下的透过率最高只能达到75％左右。以调光膜行业的领跑者polytronix公司为例，上个世纪八十年代末，pdlc技术由美国肯特大学发明并授权美国polytronix,inc.商业化量产液晶调光膜产品，polytronix,inc.旗下的品牌polyvisionprivacyglass也被当做液晶调光玻璃的代名词。根据polytronix,inc.公司网页中的调光膜技术指标，其开态透过率给出的数值为>75％(https://polytronixglass.com/products/polyvision/polyvision-technical)。因此，为获得产品在开态及关态状态下的更优的对比度和更好的视觉效果，开态透过率仍有待于进一步提高。

此外，基于传统ito导电电极的调光膜还存在诸多问题。第一，ito材料受限于in元素的稀缺，原材料成本价格波动较大；第二，ito作为氧化物材料，材料本身特性导致其机械柔韧性较差，不适合于反复弯折的场合；第三，智能调光膜除了对太阳光中的可见光部分进行调节外，对红外线部分的调控也尤为重要。因为太阳光中具有加热作用的主要是红外线部分，以人体温度34℃为例，人体辐射的红外波长在7-14μm范围内，峰值在9.5μm。因此对红外线部分的光管理将直接影响到环境温度及人体舒适度。而ito电极受限于材料本身的载流子浓度，对红外光部分的调控能力十分有限。因此研究兼具柔性及对近红外光具有调节功能的智能调光膜显得十分重要。

目前在学术界，研究人员已经尝试了采用纳米银线、石墨烯、金属网格等新型透明电极来取代ito薄膜。这些基于新型透明电极的器件展示出了优于ito的弯曲表现，但是调光膜通电时的透过率和大面积均匀性仍低于商用的ito基器件，有待进一步提高。此外，这些电极在红外光区域具有很高的透过率，无法遮蔽红外线从而实现隔热的功能。因而，一种兼具高通电透过率和高效隔热的柔性智能调光膜仍有待开发。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜及其制备方法，本发明提供的柔性智能调光膜具有良好的可见光高透过率的同时，还具有高效的隔热性能。

本发明提供了一种兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜，包括聚合物分散液晶层，以及对称设置于所述聚合物分散液晶层两侧的柔性透明导电电极；

所述柔性透明导电电极为依次叠加的氧化物层、超薄金属层和氧化物层，所述氧化物层选自tio2或nb2o5。

优选的，所述氧化物层的厚度为20～60nm。

优选的，所述超薄金属层为银膜或者银合金膜。

优选的，所述银合金膜选自ag-cu、ag-al、ag-zno或ag-sno。

优选的，所述超薄金属层的厚度为6～15nm。

优选的，所述柔性智能调光膜的上下两侧复合有透明基底。

优选的，所述柔性智能调光膜在通电状态下，可见光透过率大于80％，红外线阻隔率大于70％。

本发明还提供了一种上述柔性智能调光膜的制备方法，包括以下步骤：

a)分别准备两个透明基底，在所述透明基底表面依次复合氧化物层、超薄金属层和氧化物层，得到两个柔性透明导电电极；

b)在所述两个柔性透明导电电极的氧化物层表面分别涂布聚合物分散液晶后叠加，进行固化反应，得到兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜。

优选的，所述固化反应为紫外光固化。

与现有技术相比，本发明提供了一种兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜，包括聚合物分散液晶层，以及对称设置于所述聚合物分散液晶层两侧的柔性透明导电电极；所述柔性透明导电电极为依次叠加的氧化物层、超薄金属层和氧化物层，所述氧化物层选自tio2或nb2o5。本发明采用氧化物层/超薄金属层/氧化物层叠层结构作为透明电极，利用该电极优异的机械弯曲性能来实现柔性调光膜；其次，利用等效介质理论，可以将氧化物层/超薄金属层/氧化物层叠层结构近似等效为单独一膜层，该膜层的等效介电常数为ε＝f×εm+(1-f)×εd，其中εm和εd分别为ag和氧化物的介电常数，填充因子f＝dm/(dm+dd)，dm和dd分别为ag和氧化物的厚度。设定ag层和氧化物层厚度厚度分别为13nm和30nm，选取不同折射率氧化物，包括tio2(2.5)、nb2o5(2.3)、zno(2.0)和ito(1.9)(括号内为550nm处折射率值)，计算可得四种氧化物所构成的叠层结构的等效折射率分别为1.65、1.54、1.35和1.14。高折射率氧化物所构成的叠层结构的等效折射率与液晶层的折射率(1.5-1.6)差别较小，能够有效抑制两者之间的界面反射，提高调光膜通电状态下的可见光透过率。通过选择tio2或nb2o5，结合调光膜内部光学优化设计，降低透明电极与聚合物分散液晶层之间的界面反射，以提高调光膜通电状态下的可见光透过率；最后，利用ag层高的红外线反射率，来实现并调控调光膜的隔热性能。

附图说明

图1为本发明提供的兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜的结构示意图；

图2为实施例1中调光膜通电和断电状态下的实物照片。

具体实施方式

所述柔性透明导电电极为依次叠加的氧化物层、超薄金属层和氧化物层，所述氧化物层选自tio2或nb2o5。

本发明提供的柔性智能调光膜包括聚合物分散液晶层，本发明选用可紫外光固化的聚合物分散液晶，包括紫外固化胶、液晶以及填充物。

在本发明的一些具体实施方式中，所述聚合物分散液晶包括noa65紫外固化胶、lce7液晶和二氧化硅小球。

本发明提供的柔性智能调光膜还包括对称设置于所述聚合物分散液晶层两侧的柔性透明导电电极。

其中，所述柔性透明导电电极为依次叠加的氧化物层、超薄金属层和氧化物层。

在本发明中，所述超薄金属层两侧的氧化物层的种类相同。

所述氧化物层选自tio2或nb2o5，优选为nb2o5。

所述氧化物层的厚度为20～60nm，优选为30～50nm。

所述超薄金属层为银膜或者银合金膜。其中，所述银合金膜选自ag-cu、ag-al、ag-zno或ag-sno。在本发明的一些具体实施方式中，所述超薄金属层为银膜、ag-cu合金膜或ag-sno合金膜。

所述超薄金属层的厚度为6～15nm，优选为8～13nm。

所述柔性智能调光膜的上下两侧复合有透明基底。在本发明中，所述透明基底选自pet基底。

参见图1，图1为本发明提供的兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜的结构示意图。图1中，1,9为透明基底，2,4,6,8为氧化物层，3,7为超薄金属层，5为聚合物分散液晶层。

在本发明中，所述柔性智能调光膜在通电状态下，可见光透过率大于80％，红外线阻隔率大于70％。

本发明还提供了一种上述柔性智能调光膜的制备方法，包括以下步骤：

a)分别准备两个透明基底，在所述透明基底表面依次复合氧化物层、超薄金属层和氧化物层，得到两个柔性透明导电电极；

b)在所述两个柔性透明导电电极的氧化物层表面涂布聚合物分散液晶后叠加，进行固化反应，得到兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜。

本发明首先准备两个透明基底，然后在所述透明基底表面依次复合氧化物层、超薄金属层和氧化物层。其中，复合方法并没有特殊限制，可以采用卷绕式磁控溅射方式。

复合后，得到两个柔性透明导电电极，结构为透明基底/氧化物层/超薄金属层/氧化物层。

然后，在所述两个柔性透明导电电极的氧化物层表面涂布聚合物分散液晶后叠加，进行固化反应，得到兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜。在本发明中，所述固化反应为紫外光固化。

本发明采用氧化物层/超薄金属层/氧化物层叠层结构作为透明电极，利用该电极优异的机械弯曲性能来实现柔性调光膜；其次，通过选择tio2或nb2o5，结合调光膜内部光学优化设计，降低透明电极与聚合物分散液晶层之间的界面反射，以提高调光膜通电状态下的可见光透过率；最后，利用ag层高的红外线反射率，来实现并调控调光膜的隔热性能。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的兼具可见光高透过和隔热的柔性智能调光膜及其制备方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

步骤一：选用厚度为125μm的柔性透明pet作为基底层；

步骤二：采用卷绕式磁控溅射方式在pet基底上沉积叠层电极。底部和顶部氧化物均为nb2o5，厚度为20-60nm，优选厚度为35nm；金属层为cu掺杂的ag层，厚度为6-18nm，优选厚度为13nm，其中，cu和ag的原子比例为1:99-10:90，优选配比为5:95。所得pet/nb2o5/ag-cu/tio2叠层电极的方块电阻为5.2ω/sq，可见光平均透过率(400-800nm)为85.1％(包含基底)，且该叠层电极机械柔韧性优异；