CN103246102A

CN103246102A - 反式应变液晶多功能调光玻璃及其制造方法和应用

Info

Publication number: CN103246102A
Application number: CN2013102164567A
Authority: CN
Inventors: 范志新; 冯昌喜; 焦龙; 葛学芳; 夏春
Original assignee: NANJING JINGDUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING JINGDUO NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2013-08-14

Abstract

本发明涉及一种兼备电控调光玻璃、应变调光玻璃和散射偏光玻璃三种功能于一体的反式应变液晶多功能调光玻璃，它由两片浮法超平透明导电厚玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜并带不锈钢边框和电源导线所构成。反式应变液晶多功能调光玻璃具有朦胧半透明态外观，当施加电压时，该调光玻璃变成透明全透明态；不加电而施加剪切应力，该调光玻璃变成全散射雾态。处在常态半透明态时具有散射偏光玻璃功能，与单片液晶投影机配套使用是背投影成像效果超好的透明投影屏幕。本发明反式应变液晶多功能玻璃适用于办公室、商场、酒店的室内装修制作活动门窗、商品柜台、艺术玻璃屏风和改装车内装修等产品。

Description

反式应变液晶多功能调光玻璃及其制造方法和应用

技术领域

本发明技术方案涉及一种兼备电控调光玻璃、应变调光玻璃和散射偏光玻璃三种功能于一体的多功能调光玻璃产品。

背景技术

聚合物分散液晶(PDLC)和聚合物网络液晶(PNLC)是聚合物与液晶复合体系，在对聚合物分散液晶和聚合物网络液晶研究中发现，施加应力对聚合物的聚合以及液晶分子排列状态有影响，即应力诱导液晶取向作用，这个研究领域称为应变液晶(SLC)。聚合物分散液晶电控调光膜其制品具有毛玻璃雾态外观，施加电场变成透明状态，我们采用应变液晶技术制备出了正反式应变调光玻璃、散射偏光玻璃和反式电控调光玻璃，获得授权专利“聚合物分散液晶压光效应膜及其制造方法和应用”(200810154177.1)、“聚合物分散液晶剪切效应光玻璃及其制造方法和应用”(200910070975.0)；已经公开专利“反式结构压光效应调光玻璃”(201210324128.4)、“反式结构剪切效应调光玻璃”(201210324127.X)和“一种散射偏光玻璃及其制造方法和应用”(201310013345.6)；得到受理专利“一种反式电控调光玻璃及其制造方法和应用”(201310135804.8)和“一种制造散射偏光玻璃专用剪切装置”(201310135805.2)，在这些工作基础上进一步根据产品研制和产业化过程中发现的新实验现象产生了发明正式多功能调光玻璃和反式多功能调光玻璃的灵感。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：一种调光玻璃兼备电控调光玻璃、反式应变调光玻璃和散射偏光玻璃三种功能，不加电场也不加剪切应力时制品处在朦胧半透明态，在透明导电玻璃间施加电场，制品变成全透明态；不加电场，扳动手柄对两片玻璃施加剪切应力，制品处在全散射雾态；制品在常态即半透明态时具有散射偏光玻璃功能，透光轴垂直制备过程中所施加的剪切应力方向。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：反式应变液晶多功能调光玻璃，由两片超平透明导电厚玻璃和中间夹层聚合物分散液晶薄膜构成带不锈钢边框和焊接导线的夹层玻璃制品。本发明使用的聚合物分散液晶材料由紫外光固化预聚物与向列相液晶材料混合而成，预聚物与向列相液晶材料以大约1∶1的质量比组成。所述预聚物是由15～25％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～75％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、3～5％的增韧剂丁腈橡胶、3～5％的链转移剂2-巯基乙醇和3～5％的光引发剂1173组成，所述百分比均为质量百分比，预聚物固化后折射率可以大致为n_p～1.5。所述向列相液晶材料的介电各向异性约为Δε＞4，寻常光折射率大致为n_o～1.5，非常光折射率大致为n_e～1.7，双折射率差为Δn～0.2以上。本发明应变液晶多功能调光玻璃所用相分离技术采用紫外光固化相分离技术，其中聚合物分散液晶薄膜的构成还包括直径为10～30μm的衬垫材料塑料微球，其用量以玻璃制品面积计算小于100粒/cm²。其中所述透明导电玻璃为超平浮法平板厚玻璃镀氧化锡或氧化銦锡透明导电膜，方电阻40～60Ω，其玻璃厚度为3～5mm，其中所述聚合物分散液晶薄膜夹层的厚度10～30μm。

反式应变液晶多功能调光玻璃的制造需要在洁净车间进行，制备方法基本步骤是：

第一步，配制预聚物，用15～25％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、65～75％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、1～3％的增韧剂丁腈橡胶、3～5％的链转移剂2-巯基乙醇和3～5％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟充分混合均匀。

第二步，配制液晶胶，将第一步配制的预聚物与向列相液晶材料以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，清洁玻璃基板，把厚度3～5mm的透明导电玻璃切割成需要的尺寸，在去离子纯净水中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用纯净水冲洗干净，再用清洁无尘干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料，在喷雾器中注入稀释溶剂挥发性胶粘剂(如502瞬干胶粘剂兑无水酒精或乙酸丁酯试剂)，溶剂中加入10～30μm的衬垫料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃，在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，倾斜放到专用搪瓷盘槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住，上端插进注射器针头，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙，且两片玻璃留出焊接导线和方便施加剪切应力的位错。

第六步，灌注液晶胶，将适量的前述配置好的液晶胶用注射器灌注到两片玻璃的空隙中，待液晶胶留到玻璃下方，渐渐抽出注射器针头，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满玻璃空隙。

第七步，压盒，把夹胶玻璃从槽池中取出放到铺有厚玻璃的水平桌面上，在玻璃上加放两张厚玻璃重物对液晶胶层施加压力挤出多余液晶胶使液晶胶层厚度均匀，并用洁净无尘纸擦净多余液晶胶。

第八步，紫外曝光，将前述灌注了液晶胶的两片玻璃在紫外光灯下初步曝光，触发预聚物与向列相液晶的混合物发生相分离，紫外光灯强度适中(如光强通量400W/m²)，曝光时间大约半分钟，预聚物发生聚合反应但远没有充分固化，向列相液晶从聚合物中析出，形成直径小于1μm的液晶微滴，制品外观为散射雾态。

第九步，施加剪切应力，把经过初步曝光的制品迅速移进特制专用玻璃吸盘阵列剪切装置中，在避光(无紫外光杂散光)环境中对上下两片玻璃施加反向推搓剪切应力，持续施加应力数小时，聚合物充分固化后把剪切形变保留下来，从剪切装置取下制品处在半透明态外观。

第十步，焊接导线，在预留的两侧位错边上压实粘贴上导电铜箔胶带，在导电铜箔胶带上焊接上导线，导线连接到电源控制器上。

第十一步，安装边框，在粘贴导电铜箔的玻璃两侧边包上塑料条，插进用0.8～1.5mm壁厚的不锈钢U形槽焊接成的窗框中，窗框的一侧中间加工有φ形孔洞，孔洞可以插进φ形扁凸轮手柄，扁凸轮一边顶贴着钢板，钢板和玻璃侧边之间有橡胶皮缓冲隔垫，由此制得由两片透明导电玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜的带不锈钢边框和导线的反式多功能调光玻璃。

上述反式应变液晶多功能调光玻璃，常态为朦胧半透明态，施加电场后变为全透明态，不加电而施加相向剪切应力变为全散射态，通过施加和去掉电压或剪切应力可实现调光玻璃的半透明、全透明与散射三个状态转换，具有电控调光玻璃、应变调光玻璃和散射偏光玻璃三种功能。

上述应变液晶多功能调光玻璃制备方法中所用到的原材料均为市场上已知商品，所涉及搅拌器、喷雾器、紫外光灯和玻璃切割机均为公知的工具设备。所涉及的紫外光灯曝光台和专用玻璃吸盘阵列剪切装置为特殊设计安装，液晶胶为特殊配方。

本发明的有益效果：所述反式多功能调光玻璃在常态下呈朦胧半透明态，液晶微滴为倾斜长椭球形状，液晶分子有沿在制备过程中施加反向剪切应力方向的大致取向，液晶微滴具有光学各向异性单轴晶体性质，沿剪切方向折射率是n_e和聚合物折射率n_p不相等且相差较大，垂直剪切方向是折射率n_o与聚合物折射率n_p相等，但是入射自然光可以分解成沿剪切方向和垂直剪切方向两个偏振分量，于是沿剪切方向的一半光散射，沿垂直剪切方向的一半光透射，这时调光玻璃就具有散射偏光玻璃功能。当对聚合物分散液晶层施加电场时，液晶微滴中液晶分子沿电场方向大致取向，因此液晶微滴表现为各向异性单轴晶体的性质，而聚合物折射率n_p与液晶寻常光折射率n_o相等，光线垂直通过聚合物分散液晶薄层时，没有双折射效应，光透射，当然视角不好，侧面看有双折射效应，薄膜有淡雾。当扳动手柄转动扁凸轮顶挤两片玻璃对聚合物分散液晶层施加与制备过程中所施加剪切应力方向相反的相向剪切应力时，液晶微滴形状从倾斜长椭球形变成圆球形，这时液晶微滴即不是各向同性普通液体，也不是各向异性单轴晶体，光束在液晶微滴中不沿直线传播，在液晶与聚合物界面处又因折射率突变而发生反射和折射，因此发生强烈光散射。

本发明反式应变液晶多功能调光玻璃可以实现这样三种功能：通过对其两片透明导电玻璃间施加电压就能实现调光玻璃的半透明态与全透明态变化，通过对两片玻璃施加相向剪切应力就能实现调光玻璃半透明态与全散射雾态变化，撤掉电压或剪切应力制品又恢复到朦胧半透明态常态，处在半透明态时是散射偏光玻璃，与单片液晶(LCD)投影机或单片硅上液晶(LCOS)投影机配套，投影光偏振方向与透光轴正交，在玻璃上没有透射光浪费，发生全散射，背投影成像十分清晰。即反式应变液晶多功能调光玻璃是集散射偏光玻璃、电控调光玻璃和反式应变调光玻璃三种功能于一身调光玻璃产品。

本发明反式应变液晶多功能调光玻璃与现有钢化玻璃夹电控调光膜产品相比，具有新特征：现有电控调光膜制造技术要求高，无论是热固化还是光固化工艺，除同样要求液晶等原材料电子级纯，生产车间环境要求万级净化等外，其生产设备覆膜机等要求高精密度，首先在洁净车间制作出透明导电胶片夹聚合物分散液晶薄层的胶片制品，然后再将胶片制品夹到两张钢化玻璃之间，直接用透明导电玻璃做电控调光玻璃就比用透明导电胶片做容易些。电控调光膜生产线投资巨大(数千万元)，生产成本高，产品价格昂贵，每平米数千元，产品只能应用到超豪华装修领域。本发明反式应变液晶多功能调光玻璃，投资小(数百万元，仅是洁净车间的投资，设备只是数千元的紫外光灯曝光台和特制专用玻璃吸盘阵列剪切装置)，工艺简单，产品成本低(原材料成本低于每平米480元)，应用广泛。反式应变液晶多功能调光玻璃，常态时处在朦胧浪漫的半透明态，在使用者需要看得清楚全透明时，可以电控调光；在需要保护隐私时，可以应变调光全散射雾态，透光不透明，且节能不耗电；在常态时能当透明投影屏幕用，把单片LCD投影机或单片LCOS投影机播放的视频图像投射上去，投影光偏振方向与透光轴正交，就没有透射光浪费，发生全散射，光能量大致90％前散射背投影成像超清晰，10％背散射前投影成像不清晰。电控调光膜虽然可以通过施加电压强弱高低改变钢化玻璃夹电控调光膜的透光率，因为界面多，有全透明(透光率接近70％)、半透明(透光率70％～5％电压可调)和全散射(透光率小于5％，雾度接近95％)的电控调光透光率变化，但是常态是散射态，透明与半透明态都需要消耗电能。反式电控调光玻璃常态是透明态，施加电场变散射态，虽然有专利技术但还没有实用产品。电控调光膜在半透明态可以当作透明投影屏幕用，但其效果与全息透明投影屏幕成像效果相当，没有散射偏光玻璃功能，投影光能量大致50％透射过去浪费掉，30％前散射背投影成像清晰，20％背散射前投影也比较清晰。本发明产品不宜使用薄透明导电玻璃，薄玻璃太软，使用中施加剪切应力会受力不均匀，调光效果不好。受透明导电玻璃平整度和面积限制，本发明反式多功能调光玻璃也不适合制作大面积产品。

与本发明人已经申报的发明专利，包括各种正反式应变调光玻璃和散射偏光玻璃等多项发明专利比较而言，本发明具有集电控调光玻璃、反式应变调光玻璃和散射偏光玻璃功能于一体的特性，具有多功能调光玻璃的突出优点。与本发明人同时申报的另一项正式应变液晶多功能调光玻璃发明专利比较而言，正式应变液晶多功能调光玻璃常态是全散射雾态，制备过程中不需要施加剪切应力这一步工艺。但反式应变液晶多功能调光玻璃常态是朦胧半透明态，可能更受客户青睐。

附图说明

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步解释。

图1本发明反式应变液晶多功能调光玻璃工作原理示意图，图101常态半透明态，倾斜椭球液晶微滴中液晶分子大致沿剪切方向近似沿面取向；图102电控调光全透明态，倾斜长椭球形液晶微滴中液晶分子大致沿电场方向垂面取向；图103反式应变调光全散射雾态，球形液晶微滴中液晶分子无一致取向。

图2本发明反式应变液晶多功能调光玻璃结构示意图，图2中，201不锈钢边框，202透明导电玻璃夹聚合物分散液晶层，203施加剪切应力扁凸轮，204钢板与塑料条及橡胶皮垫，205手柄，206铜箔胶带与导线焊接。

具体实施方式

实施例1，反式应变液晶多功能调光玻璃在洁净车间制造，制备方法步骤是：

第一步，配制预聚物，用20％的烷氧基壬苯基丙烯酸酯、70％的三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、2％的增韧剂丁腈橡胶、3％的链转移剂2-巯基乙醇和5％的光引发剂1173配制预聚物，将混合物在室温条件下搅拌2分钟混合均匀，预聚物固化后折射率为n_p＝1.517。

第二步，配制液晶胶，将第一步配置的预聚物与向列相正性液晶材料(液晶PDLC005由鹿泉新型电子材料厂提供)以1∶1的质量比混合，室温下用搅拌器搅拌2分钟使其充分混合形成液晶胶，液晶胶呈无色透明状态，且粘度较小。

第三步，清洁玻璃基板，把3mm厚方电阻50Ω的透明导电玻璃(江阴兴劲特种玻璃有限公司提供)切割成400X300mm的尺寸，在纯净水槽中加入清洁剂对玻璃基板进行清洗，使玻璃表面洁净无污物，用纯净水冲洗干净，再用洁净无尘干布擦拭去除水渍。

第四步，撒布衬垫料，在喷雾器中注入502瞬干胶粘剂兑乙酸丁酯试剂，溶剂中加入直径为20μm的衬垫料塑料微球粉，向一片玻璃上适量喷洒该溶剂，待溶剂挥发掉，衬垫料塑料微球粘结在玻璃表面。

第五步，合玻璃，在湿法撒布了衬垫料的一片玻璃上合上另一片玻璃，倾斜放到专用搪瓷盘槽池中，下端于侧边用不锈钢铁夹子夹住靠在搪瓷盘里，上端靠在搪瓷盘边沿，插进注射器针头，使两片玻璃中间形成极薄的楔形空隙。

第六步，灌注液晶胶，将适量的前述配制好的液晶胶以20g/m²的用量注射到两片玻璃的空隙中，待液晶胶流到玻璃下方，渐渐抽出注射器针头，合拢玻璃，取下铁夹子，使液晶胶均匀充满透明导电玻璃空隙。

第七步，压盒，把夹胶玻璃从搪瓷盘中取下平放在铺着厚玻璃桌面上，玻璃上叠加放上另外两张玻璃重物压盒使液晶胶层均匀，并用洁净无尘纸擦净挤出的多余液晶胶。

第八步，紫外曝光，将前述灌注了液晶胶的两张玻璃留有5mm等宽错位，以便焊接导电引线，在紫外光灯下短暂曝光，触发预聚物与向列相液晶的混合物发生相分离，紫外光灯光通量400W/m²，曝光时间半分钟，制品由透明变为散射雾态。

第九步，施加剪切应力，把经过初步曝光的制品迅速移进特制专用玻璃吸盘阵列剪切装置中，在无紫外光杂散光暗环境中对两片玻璃施加反向推搓剪切应力，持续施加应力数小时，聚合物充分固化后把剪切形变保留下来，从剪切装置取下制品处在半透明态外观。

第十步，焊接导线，在预留的两侧位错边上压实粘贴上导电铜箔胶带，在导电铜箔胶带上焊接上导线。

第十一步，安装边框，在粘贴导电铜箔的玻璃两侧边包上塑料条，插进用1mm壁厚的不锈钢U形槽焊接成的窗框中，U形槽窗框内壁间距10mm，槽深20mm，一侧中间加工有φ形孔洞，孔洞直径8mm，豁口长12mm，可以插进扁φ形凸轮，凸轮与手柄一体，扁凸轮一边顶贴着钢板，钢板和玻璃侧边之间有缓冲橡胶皮垫和塑料条，由此制得由两片透明导电玻璃夹层聚合物分散液晶薄膜的带不锈钢边框和导线的反式多功能调光玻璃。

Claims

1.一种反式应变液晶多功能调光玻璃，其特征在于其是由两片透明导电厚玻璃夹聚合物分散液晶层构成的带不锈钢边框和焊接电源导线的夹层玻璃制品。

2.根据权利要求1所述的反式应变液晶多功能调光玻璃，其特征在于聚合物分散液晶层是由预聚物和液晶的混合物以约1∶1的质量比混合后在一定条件下经紫外光固化而制成。

3.根据权利要求1所述的应变液晶多功能调光玻璃制备过程为：将预聚物与向列相液晶的混合物灌注到两片透明导电厚玻璃之间，经紫外光初步曝光发生相分离，制品外观是散射雾态，马上把制品移进特制玻璃吸盘阵列剪切装置中施加反向剪切应力，制品再变成半透明态，持续施加剪切应力数小时，充分聚合把聚合物剪切形变保留下来，从玻璃吸盘阵列装置取下制品，制品外观保持在半透明态，焊接上电源导线，插进不锈钢窗框中，就得到本多功能调光玻璃制品。

4.根据权利要求1所述的应变液晶多功能调光玻璃，其制品特征在于透明导电玻璃焊接导线连接上电源，对调光玻璃施加电场，聚合物分散液晶薄膜中的液晶分子沿电场方向排列，调光玻璃在电场作用下变成全透明态。

5.根据权利要求1所述的应变液晶多功能调光玻璃，其制品特征在于不锈钢边框上安装有手柄装置，扳动手柄对调光玻璃施加与制备过程相反向的相向剪切应力，聚合物分散液晶薄膜中的液晶微滴从倾斜长椭球形状被推回变成圆球形状，液晶分子从大致沿剪切方向排列变成无大致取向混乱排列，调光玻璃在剪切应力作用下变成全散射态。

6.根据权利要求3所述的多更能调光玻璃常态是朦胧半透明态，具有散射偏光玻璃功能，透光轴垂直剪切方向，自然光入射，一半光透射，一半光散射。

7.根据权利要求1所述的应变液晶多功能调光玻璃，其应用在于它是一种集电控调光玻璃、应变调光玻璃和散射偏光玻璃三种功能于一身的产品，应变调光全散射态雾度90％以上，电控调光全透明态透光率接近80％，撤掉电压和撤掉剪切应力制品恢复到朦胧半透明态，透光率接近40％，具有透明投影屏幕功能，单片液晶投影机投影光偏振方向与透光轴正交，无透射光损失，发生全散射，背投影成像超清晰。