CN103576353A - 导电电极层开口式电控调光介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导电电极层开口式电控调光介质，它包括两个基体层，在该两个基体层中间设有一个混合层，该混合层由近晶态液晶和添加物混合而成，在每个该基体层朝向该混合层的一侧设有一个导电电极层，每个该导电电极层均与电路驱动控制装置连接，在两个该导电电极层中的至少一个该导电电极层上设有开口。由于开口的设置，与已有电控调光介质相比，本发明电控调光介质可降低近晶态液晶的工作电压，提高全透明状态向雾状遮光状态转换的速度，驱动时间短，节能，雾状遮光状态下不会出现残影，整个介质遮光均匀，显示图像效果好。

Description

导电电极层开口式电控调光介质

技术领域

本发明涉及一种电控调光介质，尤指一种导电电极层设计有开口的电控调光介质。

背景技术

近晶态液晶，又可称为近晶相液晶，具有光学各向异性、多稳态等特性，可以作为电控调光介质中的液晶材料，参见专利号为ZL 200710175959.9的中国发明专利“一种电控调光介质”中公开的内容。

在上述中国发明专利“一种电控调光介质”中，如图1所示，该电控调光介质包括两个基体层1、2，在该两个基体层1、2中间设有一个混合层3，该混合层3由近晶态液晶和添加物混合而成，在该两个基体层1、2朝向混合层3的一侧设有导电电极层4，该导电电极层4与电路驱动控制装置5连接。进一步地，该导电电极层4可按显示图案或文字的需要而分割成若干单元。

实际使用中，该电控调光介质通过电路驱动控制装置5向导电电极层4施加电信号，近晶态液晶分子31可呈现出不同的排列形态，且这些排列状态在无电的情况下保持稳定不变，从而该电控调光介质可在雾状遮光与全透明状态间切换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。这种电控调光介质可以广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车电子和电子公告牌等领域。

举例来说，在两个该导电电极层4上施加100v、1000Hz左右高频交流电压，如图2，混合层3中的近晶态液晶分子31变为规则排列形态，此时，近晶态液晶分子31的长轴垂直于导电电极层平面，入射各近晶态液晶分子31的光线的折射不产生剧烈变化，入射光线可自由透过混合层3，从宏观上看，该电控调光介质呈现全透明状态。如图3，在两个该导电电极层4上施加100v、50Hz左右低频交流电压，混合层3中的添加物分子32在电场作用下产生往复运动，这种运动使近晶态液晶分子31发生扭转，形成乱序排列形态，因近晶态液晶分子31的各向异性，使入射各近晶态液晶分子31的光线的折射存在很大差异，即在微薄厚度的混合层3内，光折射率产生剧烈变化，入射光线发生强烈的散射，从宏观上看，该电控调光介质呈现雾状遮光状态。

但是，在实际制作电控调光介质时，如图1所示，基体层1、2的面积要比导电电极层4的面积略大，两个该导电电极层4之间产生的电场的外边界处的电力线6产生弯曲，如图2中标号6标示的粗虚线箭头所示，因此，在弯曲的电力线6附近的近晶态液晶分子31会顺着电力线弯曲的方向发生一定的倾斜，如图2，与呈竖直状的近晶态液晶分子31所在区域的电阻率相比，呈倾斜状的近晶态液晶分子31会使其所在区域的电阻率降低。因此，当两个导电电极层4上施加低频交流驱动电压信号（如100v、50Hz左右低频交流电压）时，处于电场内、外边界附近的近晶态液晶分子31会优先发生从规则排列形态向乱序排列形态的扭转，也就是说，当上述电信号施加后，从电场外边界到电场内部的近晶态液晶分子31是先后陆续发生扭转的。需要提及的是，电场的外边界外也存在极少量的近晶态液晶分子，这些近晶态液晶分子因无电场作用而不发生形态变化，但这些近晶态液晶分子因数量极少，因而不会影响到介质的显示效果。

那么，当两个导电电极层4上施加的低频交流驱动电压信号存在电压不足或驱动时间不够时，近晶态液晶分子31从规则排列形态向乱序排列形态变化的过程中，便会出现混合层3中部（即电场中部）呈规则排列形态的近晶态液晶分子31未完全转变为乱序排列形态的情况，从宏观上看，电控调光介质表现为雾状遮光状态存在残影，介质中心遮光不足，整体遮光不均匀。换句话说，该电控调光介质需以长时间、高电压驱动来克服残影缺陷，但长时间、高电压又给电控调光介质带来了费电、驱动时间过长、使用不便捷等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导电电极层开口式电控调光介质，该电控调光介质在呈现雾状遮光状态时不会出现残影，整个介质遮光均匀，显示图像效果好。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种导电电极层开口式电控调光介质，它包括两个基体层，在该两个基体层中间设有一个混合层，该混合层由近晶态液晶和添加物混合而成，在每个该基体层朝向该混合层的一侧设有一个导电电极层，每个该导电电极层均与电路驱动控制装置连接，其特征在于：在两个该导电电极层中的至少一个该导电电极层上设有开口。

若在两个所述导电电极层上均设有所述开口，则从垂直于所述导电电极层平面的方向看去，两个所述导电电极层的所述开口相交叠的面积不超过每个所述导电电极层上所述开口的总面积的10%。

每个所述导电电极层分割成相应的若干单元。

所述开口处于所述导电电极层内部或与所述导电电极层边缘相交。

所述开口的形状为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状中的任一种。

对于每个所述导电电极层，所述导电电极层上设有的各个所述开口的形状相同或部分相同或各不相同；若在两个所述导电电极层上均设有所述开口，则两个所述导电电极层上分别设有的所述开口的形状相同或部分相同或各不相同。

所述开口的最小跨度的取值范围为介于混合层厚度的0.1倍至100倍之间；在同一所述导电电极层上，相邻的两个所述开口中心之间间距的取值范围为介于混合层厚度的3倍至100倍之间。

本发明的优点为：

由于开口的设置，与已有电控调光介质相比，本发明电控调光介质可降低近晶态液晶的工作电压，提高全透明状态向雾状遮光状态转换的速度，驱动时间短，节能，雾状遮光状态下不会出现残影，整个介质遮光均匀，显示图像效果好。另一方面，当本发明介质的两个导电电极层上施加的低频交流驱动电压信号存在电压施加不足或驱动时间不够的问题时，本发明电控调光介质不会存在残影问题。

附图说明

图1是已有电控调光介质的结构组成示意图；

图2是已有电控调光介质转换为全透明状态时电场以及近晶态液晶分子的排列形态示意图；

图3是已有电控调光介质转换为雾状遮光状态时近晶态液晶分子的排列形态示意图；

图4是本发明电控调光介质的结构组成示意图；

图5是本发明电控调光介质的导电电极层上开设的开口的第一实施例示意图；

图6是本发明电控调光介质的导电电极层上开设的开口的第二实施例示意图；

图7是本发明电控调光介质的导电电极层上开设的开口的第三实施例示意图；

图8是本发明电控调光介质的导电电极层上开设的开口的第四实施例示意图；

图9是本发明电控调光介质第一实施例转换为全透明状态时电力线分布以及近晶态液晶分子的排列形态示意图；

图10是本发明电控调光介质第一实施例由全透明状态向雾状遮光状态变化的初始时刻，近晶态液晶分子的排列形态示意图；

图11是本发明电控调光介质第二实施例在导电电极层施加电压信号后的电力线分布示意图（未示出近晶态液晶分子）；

图12是本发明电控调光介质第三实施例在导电电极层施加电压信号后的电力线分布示意图（未示出近晶态液晶分子）。

具体实施方式

如图4至图8所示，本发明导电电极层开口式电控调光介质包括两个基体层10、20，在该两个基体层10、20中间设有一个混合层30，该混合层30由近晶态液晶和添加物混合而成，在各个该基体层10、20朝向该混合层30的一侧设有一个导电电极层40，每个该导电电极层40均与电路驱动控制装置50连接，在本发明中，在两个该导电电极层40中的至少一个该导电电极层40上设有开口401。该开口401为制作导电电极层40的同时，在导电电极层40上蚀刻出的通孔，一般，一个导电电极层40上开设有至少一个开口401，当开设多个开口401时，按照需求，该多个开口401可均匀或非均匀布设。

如图，基体层10、20可都为玻璃或者塑料，或者基体层10、20中的一个为玻璃而另一个为塑料，其中，塑料可为透明塑料薄膜、透明硬塑料板。

一般，混合层30的厚度可控制在2微米～30微米，在混合层30中，近晶态液晶占混合总重量的90%～99.999%，添加物占混合总重量的0.001%～10%。通常，室温±50℃之间时，近晶态液晶的分子集群为层状排列结构，呈现出粘稠的浆糊状。在本发明中，近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，如带硅基的化合物、四氰基四辛基联苯、四乙酸癸酯四氰基联苯等，添加物为带导电特性的化合物，如十六烷基三乙基溴化铵等含有导电离子的化合物。另外，在混合层30内还可混合有一定量的二色性染料。

该导电电极层40是透明的，如ITO（氧化铟锡）等，且可根据需要使用辅助的金属电极，如铝、铜、银等。并且，在实际制作电控调光介质时，如图4所示，基体层10、20的面积要比导电电极层40的面积略大。

在实际设计中，若在两个导电电极层40上均设有开口401，则从垂直于导电电极层40平面的方向看去，两个导电电极层40的开口401相交叠的面积不应超过每个导电电极层40上开口401的总面积的10%，这样的开口设计才能实现本发明的效果。如果开口相交叠的面积超过10%，则开口相交叠区域的近晶态液晶分子31在高频交流电压下无法形成规则排列形态，从宏观上看，会降低全透明状态的显示效果。

根据本发明介质上显示图案或文字的需要，每个导电电极层40可分割成相应的若干单元。例如，两个导电电极层40可被条状分割排列成横竖阵列状，具体来说，两个导电电极层40被分别分割成M、N个平行排列的条状电极，两个导电电极层40的M、N个条状电极相正交而形成一个M×N的像素点阵列结构（M、N为正整数）。

不论是上述未分割还是分割的导电电极层40，对开口401均可进行如下设计：

开口401处于导电电极层40内部或与导电电极层40边缘相交。换句话说，开口401可为处于导电电极层40内部的闭合曲面，也可为与导电电极层40的边缘相交形成的不闭合曲面。

开口401的形状可为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状中的任一种，优选圆形。图5示出的是呈圆形的开口401，图6示出的是呈椭圆形的开口401，图7示出的是呈矩形的开口401，图8示出的是呈不规则波浪形的开口401。并且，各个开口之间可按需求布局，例如图5至图8中示出的是规则布局形式。

对于每个导电电极层40，导电电极层40上设有的各个开口401的形状相同或部分相同或各不相同。若在两个导电电极层40上均设有开口401，则两个导电电极层40上分别设有的开口的形状相同或部分相同或各不相同，也就是说，一个导电电极层40上设有的开口401的形状可与另一个导电电极层40上设有的开口401的形状一样或部分一样或完全不一样。

另外，开口401的最小跨度的取值范围为介于混合层30厚度的0.1倍至100倍之间，优选开口401的最小跨度等于混合层30的厚度。在本发明中，开口的最小跨度是指处于开口边缘上、位于相异侧且距离最近的两点之间的距离，开口的最大跨度是指处于开口边缘上、位于相异侧且距离最远的两点之间的距离。举例说明，呈圆形的开口401的最小跨度和最大跨度均为圆形的直径，呈椭圆形的开口的最小跨度为椭圆形的短轴长度而最大跨度为椭圆形的长轴长度，呈矩形的开口的最小跨度为矩形的宽度而最大跨度为矩形的长度，而对于呈其他形状的开口，其最小跨度和最大跨度则依上述定义而相应测量得到。例如，图8示出的开口的最小跨度为L1而最大跨度为L2。在不分割导电电极层40的情况下，开口401的最大跨度可以不受长度限制。在同一导电电极层40上，相邻的两个开口401中心之间间距的取值范围为介于混合层30厚度的3倍至100倍之间，优选10倍。

下面以只有一个导电电极层40上开设有开口401且开口401数量为一个的本发明电控调光介质为例，来说明本发明介质的工作过程和原理。

如图9，当在两个导电电极层40上施加高频交流电压信号（如100v、1000Hz左右高频交流电压）时，混合层30中的近晶态液晶分子301变为规则排列形态。需要提及的是，与已有电控调光介质相同的是，对于介质整体而言，在两个该导电电极层4之间产生的电场的外边界处的电力线60（如图4中用标号60标识出的粗虚线箭头）是弯曲的，因此，处于电场内、弯曲的电力线60附近的近晶态液晶分子301会顺着电力线60弯曲的方向发生一定的倾斜，与呈竖直状的近晶态液晶分子301所在区域的电阻率相比，呈倾斜状的近晶态液晶分子301会使其所在区域的电阻率降低。与已有电控调光介质不同的是，由于开口401的设计，如图9，在开口401边缘处形成的电力线70发生了弯曲，也就是说，开口401使得图9所示的本发明介质被分割成两个独立的电场区域，即图9中处于左边的电场和处于右边的电场，左边的电力线70构成左边电场的内边界，右边的电力线70构成右边电场的内边界。对于左、右各个电场而言，处于电场内、弯曲的电力线70附近的近晶态液晶分子301会顺着电力线70弯曲的方向发生一定的倾斜，如图9，而与呈竖直状的近晶态液晶分子301所在区域的电阻率相比，处于电力线70附近、呈倾斜状的近晶态液晶分子301会使其所在区域的电阻率降低。综上所述，如图9，两个电场各自外边界和内边界处的电力线是弯曲的，而电场内部的电力线是垂直于导电电极层的，因而，处于两个电场各自外边界和内边界附近的近晶态液晶分子301呈倾斜状，不是竖直状的，这些近晶态液晶分子301所在区域的电阻率较其他区域的要小。

当然，不论电控调光介质的导电电极层是否设有开口，当施加高频交流电压信号后，近晶态液晶分子301转变为规则排列形态所用时间是一样的。

如图10，对于处于图9所示规则排列形态的本发明电控调光介质而言，当在两个导电电极层40上施加低频交流电压信号（如100v、50Hz左右低频交流电压）时，混合层30中的添加物分子302在电场作用下产生往复运动。由于从规则排列形态向乱序排列形态转变前，处于两个电场各自外边界和内边界附近的近晶态液晶分子301呈倾斜状，这些近晶态液晶分子301所在区域的电阻率较其他区域的要小，因此，呈倾斜状的近晶态液晶分子301附近的添加物分子302首先开始运动，并在弯曲电力线的作用下，产生平行于导电电极层平面的横向运动分量，扰动其附近的近晶态液晶分子301，优先使其附近的近晶态液晶分子301形成乱序排列状态，换句话说，近晶态液晶分子301的扭转是从处于电场外边界和内边界的近晶态液晶分子301到处于电场内部的近晶态液晶分子301先后依次进行的。与已有电控调光介质所形成的电场相比，开口401的设置分割出了更多的电场边界，因此，与已有电控调光介质相比，对于本发明介质整体而言，近晶态液晶分子301的扭转速度变快，处于电场中部的近晶态液晶分子301不完全转变为乱序排列形态的几率极大降低，本发明电控调光介质在处于雾状遮光状态时不会再存在残影问题。

当然，随着开口数量的增加，分割出的电场数量会增多，每个电场的空间会缩小，向乱序排列形态转变前，处于电场外边界和内边界处、已呈倾斜状的近晶态液晶分子301的数量也会增多，因此，随着开口数量的增加，本发明电控调光介质所需的工作电压值降低，从全透明状态向雾状遮光状态转换的速度加快，即驱动时间缩短，雾状遮光状态下不会出现残影，整个介质遮光均匀性好，显示图像效果好。

还需要提及的是，在本发明介质中，电场的外边界外也会存在极少量的近晶态液晶分子，但这些近晶态液晶分子因无电场作用而几乎不发生形态变化，且这些近晶态液晶分子因数量极少，不会影响到介质的显示效果，人的肉眼是分辨不出来的。

举例：仅在一个导电电极层上刻蚀圆形开口，这些圆形开口呈图5阵列式均布，开口直径10微米，相邻两个开口中心间的间距为100微米，混合层厚度10微米，制作出设置开口的电控调光介质。那么，其与不设置开口，但其他条件均相同的电控调光介质相比，由全透明状态向雾状遮光状态切换时在导电电极层上施加波形为方波的50Hz低频交流电压信号：如果设置开口的电控调光介质和不设置开口的电控调光介质的工作电压值一样，均为100V，则设置开口的电控调光介质由全透明状态向雾状遮光状态切换的完成时间为150ms，而不设置开口的电控调光介质由全透明状态向雾状遮光状态切换的完成时间为200ms，当然，不论是否设置开口，由雾状遮光状态向全透明状态切换的完成时间是一样的，均为10ms；如果设置开口的电控调光介质和不设置开口的电控调光介质的工作时间一样，即均要求由全透明状态向雾状遮光状态切换的完成时间为200ms，则设置开口的电控调光介质的工作电压值为72V，而不设置开口的电控调光介质的工作电压值为100伏，而对于同一介质来说，当由全透明状态向雾状遮光状态切换时在导电电极层上施加的电压信号的电压值与当由雾状遮光状态向全透明状态切换时在导电电极层上施加的电压信号的电压值可以设置为一样。

对于两个导电电极层40上均开设有开口401、但开口401无交叠（此交叠是指从竖向看产生的交叠）的本发明电控调光介质（如图11所示）以及两个导电电极层40上均开设有开口401、且开口401有交叠的本发明电控调光介质（如图12所示），其与图9和图10示出的上述本发明介质第一实施例不同的只是向乱序排列形态转变前，处于电场外边界和内边界处、已呈倾斜状的近晶态液晶分子的数量和位置不同，导致介质的切换速度或工作电压值会不同，但其工作过程和原理与图9和图10示出的上述本发明介质第一实施例是相同的，因此，不在此进行详细描述。

本发明的优点为：

由于开口的设置，与已有电控调光介质相比，本发明电控调光介质可降低近晶态液晶的工作电压，提高全透明状态向雾状遮光状态转换的速度，驱动时间短，节能，雾状遮光状态下不会出现残影，整个介质遮光均匀，显示图像效果好。另一方面，当本发明介质的两个导电电极层上施加的低频交流驱动电压信号存在电压施加不足或驱动时间不够的问题时，本发明电控调光介质不会存在残影问题。

上述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种导电电极层开口式电控调光介质，它包括两个基体层，在该两个基体层中间设有一个混合层，该混合层由近晶态液晶和添加物混合而成，在每个该基体层朝向该混合层的一侧设有一个导电电极层，每个该导电电极层均与电路驱动控制装置连接，其特征在于：在两个该导电电极层中的至少一个该导电电极层上设有开口。

2.如权利要求1所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

若在两个所述导电电极层上均设有所述开口，则从垂直于所述导电电极层平面的方向看去，两个所述导电电极层的所述开口相交叠的面积不超过每个所述导电电极层上所述开口的总面积的10%。

3.如权利要求1所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

每个所述导电电极层分割成相应的若干单元。

4.如权利要求1或3所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

所述开口处于所述导电电极层内部或与所述导电电极层边缘相交。

5.如权利要求1或3所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

所述开口的形状为圆形、椭圆形、多边形或不规则形状中的任一种。

6.如权利要求1所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

对于每个所述导电电极层，所述导电电极层上设有的各个所述开口的形状相同或部分相同或各不相同；

若在两个所述导电电极层上均设有所述开口，则两个所述导电电极层上分别设有的所述开口的形状相同或部分相同或各不相同。

7.如权利要求1所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

所述开口的最小跨度的取值范围为介于混合层厚度的0.1倍至100倍之间；在同一所述导电电极层上，相邻的两个所述开口中心之间间距的取值范围为介于混合层厚度的3倍至100倍之间。

8.如权利要求1所述的导电电极层开口式电控调光介质，其特征在于：

所述近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，所述添加物为带导电特性的化合物。

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