CN105158958B - 一种电响应调光玻璃 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电响应调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板、电源组件及填充在所述两块透光基板之间的聚合物分散液晶层，所述聚合物分散液晶层为不具有电响应特性的物料分子和负性液晶分子的混合物，可见光从所述聚合物分散液晶层透射，所述两块透光基板分别于所述电源组件的两极电性连接；所述透光基板接入电压后，可以控制所述负性液晶转向，由于所述物料分子不具有电响应特性不会发生转向，所述物料分子会妨碍所述负性液晶转向，使得所述反性液晶分子多畴排列，使得电响应调光玻璃从光透射状态转为光散射状态，所述电响应调光玻璃通过通电和非通电即可实现玻璃明暗的调节。

Description

一种电响应调光玻璃

技术领域

本发明涉及玻璃材料，尤其涉及一种电响应调光玻璃。

背景技术

大部分的调光玻璃是采用在玻璃表面上镀膜的方法，根据不同的反光和透光需求，可以采用不同材质的膜使光线中某段波长的光可以被玻璃窗反射或透射，从而实现阳光透射和反射的目的。例如，有些车窗玻璃在玻璃表面有镀膜层，该镀膜层对可见光具有高度阻断的效果，因而对车内有较好的隐蔽效果。但该镀膜玻璃同时在车内的人员对车外的可视性能有着较大影响，而且该镀膜玻璃一旦在结构形成之后，其光学性能就不随环境变化或个人喜好进行可逆的明暗调节，难以满足民众随时改变车内明暗环境的需求。同理，现有的窗户采用的镀膜玻璃在成型后可满足对可见光中某段波长的光进行反射的前提下，一旦镀膜玻璃成型，无法实现明暗调节。此外，镀膜玻璃所采用的反光材料大多是基于金属和金属氧化物掺杂的离子晶体，构成这种玻璃的反光材料容易干扰导航和通信系统，这个缺点使得镀膜玻璃难以用于建筑家居和生活中，也难以在世界范围内进行普及与广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是一种基于负性液晶的电响应调光玻璃。

本发明所采取的技术方案是：

一种电响应调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板、电源组件及填充在所述两块透光基板之间的聚合物分散液晶层，所述聚合物分散液晶层为不具有电响应特性的物料分子和负性液晶分子的混合物，可见光从所述聚合物分散液晶层透射，所述两块透光基板分别于所述电源组件的两极电性连接。

优选地，所述两块透光基板平行相对设置，所述负性液晶分子单畴排列，所述负性液晶分子垂直于所述透光基板。

进一步优选地，所述两块透光基板在相对的表面上涂覆有诱导所述负性液晶分子形成垂直于所述透光基板的单畴排列的聚酰亚胺垂直配向层。

优选地，所述物料分子尺寸小于所述反性液晶分子。

优选地，所述物料分子为使玻璃具有颜色的染料分子。

进一步优选地，所述染料分子为偶氮染料、蒽醌衍生物中的至少一种。

优选地，所述两块透光基板之间设有将所述聚合物分散液晶层密封的边框。

优选地，所述两块透光基板包括玻璃和涂覆在玻璃表面的透明电极，所述电极连接所述电源组件，所述两块透光基板的透明电极相对设置。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种电响应调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板、电源组件及填充在所述两块透光基板之间的聚合物分散液晶层，所述聚合物分散液晶层为不具有电响应特性的物料分子和负性液晶分子的混合物，可见光从所述聚合物分散液晶层透射，所述两块透光基板分别于所述电源组件的两极电性连接。所述透光基板接入电压后，可以控制所述负性液晶转向，由于所述物料分子不具有电响应特性不会发生转向，所述物料分子会妨碍所述负性液晶朝同一方向转向，使得所述反性液晶分子朝不同的方向转至平行于所述透光基板的平面，虽然都转至同一平面，但由于所述物料分子的妨碍，所述反性液晶分子的长轴方向各异，所述反性液晶分子多畴排列，光散射较强，使得电响应调光玻璃从光透射状态转为光散射状态。所述电响应调光玻璃通过通电和非通电即可实现玻璃明暗的调节，一定程度上可代替窗帘的作用，突破了镀膜玻璃局限性，在车窗玻璃，家居玻璃窗等方面有着良好的应用前景。

附图说明

图1为调光玻璃的结构示意图；

图2为不加驱动电压时调光玻璃截面示意图；

图3为加驱动电压时调光玻璃的截面示意图；

图4为加驱动电压时调光玻璃的俯视图；

图5为不加驱动电压时调光玻璃可见光透射示意图；

图6为加驱动电压时调光玻璃可见光散射示意图；

图7为掺杂染料分子的调光玻璃在未加电压及加电压时的透射光谱图；

图8为未掺杂染料分子的调光玻璃在未加电压及加电压时的透射光谱图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

参照图1，本发明提供了一种电响应调光玻璃，包括相对设置的两块透光基板、电源组件3及填充在所述两块透光基板之间的聚合物分散液晶层2，所述聚合物分散液晶层2为不具有电响应特性的物料分子6和负性液晶分子7的混合物，可见光从所述聚合物分散液晶层2透射，所述两块透光基板分别于所述电源组件3的两极电性连接。所述两块透光基板平行相对设置，所述两块透光基板包括玻璃1和涂覆在玻璃表面的ITO电极5，所述ITO电极5与所述玻璃1的大小大致相同，这两个ITO电极5相对设置并分别连接电源组件3的两极，所述ITO电极5与所述电源组件3之间串联有一个开关4，闭合所述开关4时，两个ITO电极5通电，两块玻璃基板1之间会形成一个电场，该电场的大小与ITO电极5的接入电压有关。所述两块透光基板之间设有将所述聚合物分散液晶层2密封的边框8，所述边框8将所述负性液晶分子7和所述物料分子6包围封闭在内，从而形成夹层。所述电源组件3包括交流电源和与所述交流电源串联的电压控制器。

参照图2，所述负性液晶7和所述物料分子6混合填充在两块透光基板之间，所述负性液晶分子7具有负介电性，常温下可被电压驱动。所述两块透光基板在相对的表面上涂覆有聚酰亚胺垂直配向层，在所述透光基板未通电的状态下，在聚酰亚胺垂直配向层的作用下，诱导所述物料分子6与负性液晶分子7形成垂直于所述透光基板的单畴排列，此时光线可以透过所述透光基板，当连接电源时，负性液晶分子7转动形成多畴态，入射光线散射掉从而无法透过。所述物料分子6尺寸小于所述反性液晶分子，所述物料分子6无规则地分散地混合在所述负性液晶7中，形成多层物料分子层。在优选的实施例中，所述物料分子6可为使玻璃具有颜色的染料分子。在进一步优选的实施例中，所述染料分子为偶氮染料、蒽醌衍生物中的至少一种。

参照图3和图4，图3为加驱动电压时调光玻璃的截面示意图，图4为加驱动电压时调光玻璃的俯视图。在所述透光基板通电的状态下，即加驱动电压的状态下，所述物料分子6由于不具有电响应性能不会发生转向，而所述负性液晶分子7在电场作用下，会向平行于所述透光基板的平面转动，但是由于所述物料分子6妨碍所述负性液晶分子7转向，因此所述反性液晶分子7虽然转为在平行于所述透光基板的平面，但是各分子的长轴方向各异，所述负性液晶分子7由垂直于所述透光基板的有序单畴排列转为平行于所述透光基板的多畴排列，其多畴排列状态如图3和图4中所示。

参照图5和图6，图5为不加驱动电压时调光玻璃可见光透射示意图，图6为加驱动电压时调光玻璃可见光散射示意图。在不加驱动电压时，所述反性液晶分子7一致取向，入射的可见光9经过所述负性液晶7与所述物料分子6的混合物时，由于混合物的单畴结构，使得入射光9直接透过，调光玻璃可实现可见光的透射，此时所述聚合物分散液晶层2成透明态。在加驱动电压时，所述反性液晶分子7混乱排列，光散射较强，调光玻璃可实现光的散射，此时所述聚合物分散液晶层2成雾态。调光玻璃通过施加或不施加驱动电压实现玻璃的透明和不透明的转换，即实现玻璃明暗的切换。以往电响应调光玻璃是断电呈不透明态，通电时透明态，而本发明所述电响应调光玻璃是断电时呈透明态，通电时呈不透明态，相比较以往的电响应调光玻璃更为节能。

实施例1：

1）清洗玻璃基板。

依次采用丙酮、去离子水、异丙醇在超声清洗机中清洗透光的玻璃基板各10min；最后置于烘箱中，于120˚C温度下烘干30min。

2）制备聚酰亚胺垂直配向层。

利用N-甲基吡咯烷酮（NMP）与乙二醇丁醚（BCS）按照4：1的比例稀释DL-4018型聚酰亚胺溶液至其固含量为2%。然后将稀释后的聚酰亚胺溶液旋涂至30mm×30mm的玻璃基板上，旋涂转速为2500r/min，时间为1min，从而在玻璃基板上形成一层聚酰亚胺薄膜；再将玻璃基板进行预烘烤和固化，预烘烤温度为90˚C，烘烤时间为90s；固化分为两步：先设定烘箱温度105˚C，烘烤30min，再将温度升至250˚C，恒温1.5h。经过以上步骤可在玻璃基板上形成一层厚度大约40 nm聚酰亚胺取向层，最后利用天鹅绒布沿特定方向来摩擦玻璃基板上的聚酰亚胺取向层，从而在聚酰亚胺取向层上形成沿特定方向排列的取向沟槽，利于诱导液晶分子沿这一方向水平排列。

3）液晶盒的制备

将已涂覆并形成特定沟槽的聚酰亚胺垂直配向层的玻璃基板相对排列，利用厚度为90μm的丙烯酸酯类压敏胶进行压合，并形成封闭空间，从而得到厚度为90μm的液晶盒。

4）负性液晶及染料分子填充，器件制备

将负性液晶与染料分子按质量比，液晶：染料=100:5混合，所述负性液晶和染料分子均为市场上购买得到的常用材料，将混合物填充到液晶盒中，得到智能调光玻璃器件，负性液晶在聚酰亚胺垂直配向层的作用下形成垂直于玻璃基板的单畴排列，可见光透射，智能调光玻璃处于透明态（开态）。加电后，负性液晶分子在电场的作用下由垂直于玻璃基板方向向平行于玻璃基板转向，由于染料无规则的分散，使得液晶分子在由垂直取向转向平行于衬底的平面过程中，朝不同的方向转动，因此液晶分子虽然都转向同一平面，但各自的长轴方向各异，因此形成多畴态，可见光散射，智能调光玻璃处于散射态（关态），由于染料分子具有一定颜色，可通过选择染料分子来控制玻璃的颜色。分别在未加电压及加电压时对掺杂染料分子调光玻璃进行透射光谱分析，得到掺杂染料分子的调光玻璃在未加电压及加电压时的透射光谱图如图7，可以看出加20V电压后比未加电压的调光玻璃的透光度降低40%-60%。

实施例2：

1）清洗玻璃基板

依次采用丙酮、去离子水、异丙醇在超声清洗机中各清洗10min；最后烘箱120˚C，30min烘干。

2）制备聚酰亚胺垂直配向层

利用N-甲基吡咯烷酮（NMP）与乙二醇丁醚（BCS）按照4：1的比例稀释DL-4018型聚酰亚胺溶液至其固含量为2%。然后将稀释后的聚酰亚胺溶液旋涂至30mm×30mm的玻璃基板上，旋涂转速为2500r/min，时间为1min，从而在玻璃基板上形成一层聚酰亚胺薄膜；再将玻璃基板进行预烘烤和固化，预烘烤温度为90˚C，烘烤时间为90s；固化分为两步：先设定烘箱温度105˚C，烘烤30min，再将温度升至250˚C，恒温1.5h。经过以上步骤可在玻璃基板上形成一层厚度大约40nm聚酰亚胺取向层，最后利用天鹅绒布沿特定方向来摩擦玻璃基板上的聚酰亚胺取向层，从而在聚酰亚胺取向层上形成沿特定方向排列的取向沟槽，利于诱导液晶分子沿这一方向水平排列。

3）液晶盒的制备

将已涂覆并形成特定沟槽的聚酰亚胺垂直配向层的玻璃基板相对排列，利用厚度为90μm的丙烯酸酯类压敏胶进行压合，并形成封闭空间，从而得到厚度为90μm的液晶盒。

4）负性液晶填充，器件制备

将负性液晶填充到液晶盒中，所述负性液晶为市场上购买得到的常用材料，得到智能玻璃器件，负性液晶在聚酰亚胺垂直配向层的作用下形成垂直于玻璃基板的单畴排列，可见光透射，智能玻璃处于透明态，即开态。加电后，负性液晶分子在电场的作用下由垂直于玻璃基板方向向平行于玻璃基板转向，由于没有染料分子存在，负性液晶在电场作用下，从垂直于玻璃基板的单畴状态转变为平行于玻璃基板的单畴状态，不会产生多畴态，玻璃不具有没有明暗切换特性。分别在未加电压及加电压时对未掺杂染料分子调光玻璃进行透射光谱分析，得到未掺杂染料分子的调光玻璃在未加电压及加电压时的透射光谱图如图8，可以看出加电压和未加电压调光玻璃的透光度没有区别。

Claims (7)

1.一种电响应调光玻璃，其特征在于，包括相对设置的两块透光基板、电源组件及填充在所述两块透光基板之间的聚合物分散液晶层，所述聚合物分散液晶层为不具有电响应特性的物料分子和负性液晶分子的混合物，所述物料分子为使玻璃具有颜色的染料分子，可见光从所述聚合物分散液晶层透射，所述两块透光基板分别与所述电源组件的两极电性连接，所述透光基板接入电压后，所述物料分子无规则地分散混合在所述负性液晶分子中，形成多层物料分子层。

2.根据权利要求1所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述两块透光基板平行相对设置，所述负性液晶分子单畴排列，所述负性液晶分子垂直于所述透光基板。

3.根据权利要求2所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述两块透光基板在相对的表面上涂覆有诱导所述负性液晶分子形成垂直于所述透光基板的单畴排列的聚酰亚胺垂直配向层。

4.根据权利要求1所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述物料分子尺寸小于所述负性液晶分子。

5.根据权利要求1所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述染料分子为偶氮染料、蒽醌衍生物中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述两块透光基板之间设有将所述聚合物分散液晶层密封的边框。

7.根据权利要求1所述的电响应调光玻璃，其特征在于，所述两块透光基板包括玻璃和涂覆在玻璃表面的透明电极，所述电极连接所述电源组件，所述两块透光基板的透明电极相对设置。