CN102914898B - 一种pdlc膜结构、其制备及使用方法 - Google Patents

一种pdlc膜结构、其制备及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种PDLC膜结构、其制备及使用方法，该PDLC膜结构包括：相向放置的第一基板和第二基板，以及第一基板和第二基板之间填充的PDLC层；第一基板面向第二基板的一面设有透明电极，第二基板面向第一基板一面设有多个控制单元，每个控制单元包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极，和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极，解决了现有PDLC膜结构中，当对PDLC膜停止施加电压时，其中的液晶分子从电场方向回复到上电前状态慢的问题。本发明涉及高分子功能膜材料技术领域。

Description

一种PDLC膜结构、其制备及使用方法
技术领域
本发明涉及高分子功能膜材料领域，尤其涉及一种PDLC膜结构、其制备及使用方法。
背景技术
高分子分散液晶（PDLC，Polymer Dispersed Liquid Crystal）是将低分子液晶与预聚物相混合，在一定条件下经聚合反应，形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子基体中，再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料，且不需要偏振板和取向层。PDLC膜的光学特性很大程度上依赖于液晶分子的有效折射率与高分子基体的匹配。
使用正性液晶制备的普通的PDLC膜在没有施加电压时，液晶分子是无序排列的，因此入射光照射进来以后在液晶分子与高分子基体的界面上多次发生折射与反射，显示乳白色的散射态。当施加电压的时候，液晶分子会沿着电场的方向排列，从而入射光进来以后不会发生反射和折射而是直接透射出来。
通常将液晶分子当前位置的光透过量占液晶分子转换到最终位置时的光透过量的百分比称为透过率。将液晶设备上电时透过率从10%变化到90%所需的时间称作上升时间，将液晶设备断电时透过率从90%变化到10%所需要的时间称作下降时间，而液晶的全响应时间为两者之和。对PDLC膜来说，影响其响应时间的因素很多，不仅和聚合前材料选择，浓度配比，聚合过程中工艺条件有关，甚至跟成膜后正常工作时的驱动脉冲的形状、频率、幅度大小都有关，一定程度上造成了各种材料中响应时间的长、短的差异。但是从根本上说，PDLC膜中高分子基体对液晶分子的锚定能及液晶所在电场的强度决定了响应时间。一般来说，由于高分子基体对液晶分子的锚定能低的时候，PDLC膜有上升时间越快下降时间越慢（反之亦然）的矛盾关系。
在现有技术中，常用的PDLC膜的液晶配比较大，而液晶网孔较大，PDLC膜的高分子基体对液晶分子的锚定能低，也就是说这种PDLC膜的上升时间很快而下降时间较慢，即当对PDLC膜施加电压时，其中的液晶分子旋转到电场方向比较快，而当停止施加电压时，液晶分子从电场的方向回复到上电前状态比较慢。
发明内容
本发明实施例提供了一种PDLC膜结构、其制备及使用方法，用以解决现有PDLC膜结构中，当对PDLC膜停止施加电压时，其中的液晶分子的取向从电场方向回复到上电前状态慢的问题。
基于上述问题，本发明实施例提供的一种PDLC膜结构，包括：
相向放置的第一基板和第二基板，以及第一基板和第二基板之间填充的PDLC层；上述第一基板面向第二基板的一面设有透明电极，上述第二基板面向第一基板的一面设有多个控制单元，每个控制单元包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极，和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；
上述控制单元，用于当所述结构上电时，利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制第一透明电极和第二透明电极产生相同的极性且与第一基板上的透明电极的极性相反；以及当第一基板断电时，利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管控制第一透明电极和第二透明电极产生相反的极性，使得所述PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
本发明实施例提供的一种PDLC膜结构的制备方法，包括：
在第一基板上生成透明电极；
在第二基板上生成多个控制单元，每个控制单元中包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；
将第一基板设有透明电极的一面与第二基板设有控制单元的一面相向放置，并在第一基板和第二基板之间填充PDLC层。
本发明实施例提供的一种上述PDLC膜结构的使用方法，包括：
当上述结构上电时，对所述第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性；对所述第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第一极性，且对所述第一基板施加电，使得其连接的透明电极产生第二极性，所述第一极性与所述第二极性相反；
当所述第一基板断电时，对所述第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性，且对所述第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第二极性，以使所述PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种PDLC膜结构、其制备及使用方法，通过在PDLC膜结构的第二基板的每一个控制单元中，增加第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极，在PDLC膜结构上电时，第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制其连接的第一透明电极和第二透明电极产生相同并与第一基板的透明电极相反的极性；在第一基板断电时，第一薄膜场效应晶体管控制的第一电极与第二薄膜场效应晶体管控制的第二电极产生相反的极性，使得PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。在第一基板断电时，通过第二基板上增加的第二薄膜场效应晶体管，与第一薄膜场效应晶体管产生电场，使得下降时间较慢的PDLC层能够更快地回复到上电前的状态，进一步降低了PDLC膜整体响应时间，解决了现有PDLC膜结构中，当对PDLC膜停止施加电压时，其中的液晶分子的取向从电场方向回复到上电前状态慢的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的PDLC膜结构的控制单元的截面图；
图2为本发明实施例提供的PDLC膜结构的控制单元布线图；
图3为本发明实施例提供的PDLC膜结构上电时控制单元的工作原理图；
图4为本发明实施例提供的PDLC膜结构断电时控制单元的工作原理图；
图5为本发明实施例提供的PDLC膜结构未通电时控制单元原始状态图；
图6为本发明实施例提供的一种PDLC膜结构的制备方法流程图；
图7为本发明实施例提供的PDLC膜结构的使用方法流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明实施例提供的一种PDLC膜结构、其制备及使用方法的具体实施方式进行说明。
本发明实施例提供的一种PDLC膜结构，与现有PDLC膜结构相似的部分是该结构设有第一基板和第二基板，且两基板相向放置并在二者之间填充了PDLC层；第一基板面向第二基板的一面设有透明电极，本发明实施例对现有PDLC膜结构进行了进一步的改进，在该结构的第二基板面向第一基板的一面设置了多个控制单元，每个控制单元包括第一薄膜场效应晶体管（TFT，ThinFilm Transistor）及其连接的第一透明电极，和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；上述控制单元，用于当所述结构上电时，利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制第一透明电极和第二透明电极产生相同的极性且与第一基板上的透明电极的极性相反；以及当所述第一基板断电时，利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管控制第一透明电极和第二透明电极产生相反的极性，使得PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
较佳地，上述第一透明电极和第二透明电极为梳状电极，且相对布置；第一透明电极和第二透明电极中作为梳齿的电极线相互间隔布置。
进一步地，上述结构还可以包括配向膜，该配向膜设置在第一基板和PDLC层之间，以及第二基板和PDLC层之间。
为了更好地说明本发明实施例提供的上述PDLC膜的结构，下面以一个具体的实施例进行说明。
图1为本实施例提供的PDLC膜结构的截面图，从该图中可以看出，本发明实施例提供的PDLC膜结构，具体包括：第一基板101、第二基板102、PDLC层103、透明电极104、第一透明电极105、第二透明电极106和配向膜107。
如图1所示，第一基板101和第二基板102相向放置，在二者之间填充有PDLC层103；第一基板上设有透明电极104；在第二基板102上设置了多个控制单元，每个控制单元包括两个薄膜场效应晶体管（即第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管，图1中未示意出）以及其分别连接的电极，第一薄膜场效应晶体管连接第一透明电极105，第二薄膜场效应晶体管连接第二透明电极106；
在设置了透明电极104的第一基板101和PDLC膜103之间，以及设置了控制单元的第二基板102和PDLC层103之间，均设有配向膜107。
图1所示的截面图，即图2中标记A的位置处的截面图。图2为每个控制单元内部的布线图。
如图2所示，每个控制单元，具体包括：第一薄膜场效应晶体管201、第一薄膜场效应晶体管连接的第一透明电极105、第二薄膜场效应晶体管202和第二薄膜场效应晶体管连接的第二透明电极106；第一透明电极105和第二透明电极106均为梳状电极，且二者作为梳齿的电极线相互间隔布置。第一薄膜场效应晶体管201控制着第一透明电极105的极性，第二薄膜场效应晶体管202控制着第二透明电极106的极性。当第一透明电极和第二透明电极产生相反极性时（如第一透明电极产生正电，第二透明电极产生负电），间隔排列的梳齿部分的第一透明电极105的电极线和第二透明电极106的电极线中，每两根相邻电极线之间能够产生横向电场。
下面对本发明实施例提供的PDLC膜结构的工作原理进行简单说明：
当PDLC膜结构上电时，如图3所示，控制单元利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制第一透明电极105和第二透明电极106产生相同的极性，例如在本实施例中第一透明电极105和第二透明电极106均为负极，且第一基板上的透明电极104为正极。此时在控制单元中形成纵向电场301（由第一基板的透明电极指向第二基板的第一透明电极和第二透明电极），在纵向电场的作用下，PDLC层103中的液晶分子302发生偏转，偏转后的方向为与第一基板101和第二基板102垂直的方向，使PDLC膜结构开始工作。
当PDLC膜结构断电时，如图4所示，第一基板上的透明电极首先断电，然后利用第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制第一透明电极105和第二透明电极106产生相反的极性，本实施例中，第一透明电极105为正极，第二透明电极106为负极，此时在第一透明电极和第二透明电极之间，产出横向电场401，使得液晶层即PDLC层103的液晶分子302在横向电场的作用下回复到上电前状态，即与第一基板101和第二基板102平行的方向，如图5所示，此后第一透明电极和第二透明电极断电。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种PDLC膜结构的制备方法，如图6所示，该方法包括如下步骤：
S601、在第一基板上生成透明电极；
S602、在第二基板上生成多个控制单元，每个控制单元中包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；
S603、将第一基板设有透明电极的一面与第二基板设有控制单元的一面相向放置，并在第一基板和第二基板之间填充PDLC层。
较佳地，上述步骤S602中，在第二基板上生成控制单元，具体可以通过下述步骤实现：在第二基板上每个控制单元的区域内，生成两个相对放置的梳状电极，这两个梳状电极中作为梳齿的电极线相互间隔布置；将这两个梳状电极分别作为第一透明电极和第二透明电极；在该区域内分别生成与第一透明电极连接的第一薄膜场效应晶体管以及和第二透明电极连接的第二薄膜场效应晶体管。
进一步地，在步骤S603之前，还可以包括：在第一基板设置有透明电极的一面，及第二基板设置有控制单元的一面，均涂覆聚亚酰胺（PI，Polyimide）液，并使PI固化形成PI膜，对PI膜表面进行与第一基板或者第二基板平行方向的摩擦形成配向膜。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种本发明实施例中提供的PDLC膜结构的使用方法，如图7所示，该方法包括如下步骤：
S701、当本发明实施例提供的一种PDLC膜结构上电时，对第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性；对第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第一极性，且对第一基板施加电，使得其连接的透明电极产生第二极性，上述第一极性与所述第二极性相反；
S702、当第一基板断电时，对第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性，且对第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第二极性，以使PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
本发明实施例提供的一种PDLC膜结构、其制备及使用方法，通过在PDLC膜结构的第二基板的每一个控制单元中，增加第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极，在PDLC膜结构上电时，第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制其连接的第一透明电极和第二透明电极产生相同并与第一基板的透明电极相反的极性；在第一基板断电时，第一薄膜场效应晶体管控制的第一电极与第二薄膜场效应晶体管控制的第二电极产生相反的极性，使得PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。在第一基板断电时，通过第二基板上增加的第二薄膜场效应晶体管，与第一薄膜场效应晶体管产生电场，使得下降时间较慢的液晶层能够更快地回复到上电前的状态，进一步降低了液晶的整体响应时间，解决了现有PDLC膜结构中，当对PDLC膜停止施加电压时，其中的液晶分子从电场方向回复到上电前状态慢的问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种高分子分散液晶PDLC膜结构，所述结构包括：相向放置的第一基板和第二基板，以及第一基板和第二基板之间填充的PDLC层；所述第一基板面向第二基板的一面设有透明电极，其特征在于，所述第二基板面向第一基板一面设有多个控制单元，每个控制单元包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极，和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；
所述控制单元，用于当所述结构上电时，利用所述第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管分别控制第一透明电极和第二透明电极产生相同的极性且与第一基板上的透明电极的极性相反；以及当所述第一基板断电时，利用所述第一薄膜场效应晶体管和第二薄膜场效应晶体管控制第一透明电极和第二透明电极产生相反的极性，使得所述PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，
所述第一透明电极和所述第二透明电极为梳状电极，且相对布置；
所述第一透明电极和所述第二透明电极中作为梳齿的电极线相互间隔布置。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，还包括：配向膜；
所述配向膜设置在第一基板和PDLC层之间，以及第二基板和PDLC层之间。
4.一种高分子分散液晶PDLC膜结构的制备方法，其特征在于，包括：
在第一基板上生成透明电极；
在第二基板上生成多个控制单元，每个控制单元中包括：第一薄膜场效应晶体管及其连接的第一透明电极和第二薄膜场效应晶体管及其连接的第二透明电极；
将第一基板设有透明电极的一面与第二基板设有控制单元的一面相向放置，并在第一基板和第二基板之间填充PDLC层。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在第二基板上生成多个控制单元，具体包括：
在所述第二基板上每个控制单元的区域内，生成两个相对放置的梳状电极，所述两个梳状电极中作为梳齿的电极线相互间隔布置；将所述两个梳状电极分别作为第一透明电极和第二透明电极；在所述区域内分别生成与所述第一透明电极连接的第一薄膜场效应晶体管以及和第二透明电极连接的第二薄膜场效应晶体管。
6.如权利要求4所述制备方法，其特征在于，在所述第一基板和第二基板之间填充PDLC层之前，还包括：
在所述第一基板设置有透明电极的一面，及所述第二基板设置有控制单元的一面，均涂覆聚亚酰胺PI液，并使PI固化形成PI膜；
对PI膜表面进行摩擦形成配向膜。
7.一种如权利要求1所述的高分子分散液晶PDLC膜结构的使用方法，其特征在于，包括：
当所述结构上电时，对所述第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性；对所述第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第一极性，且对所述第一基板施加电，使得其连接的透明电极产生第二极性，所述第一极性与所述第二极性相反；
当所述第一基板断电时，对所述第一薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第一透明电极产生第一极性，且对所述第二薄膜场效应晶体管施加电，使得其连接的第二透明电极产生第二极性，以使所述PDLC层的液晶分子回复到上电前的状态。
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