CN105259679A - 电控调光薄膜、其制备方法及显示器件 - Google Patents

电控调光薄膜、其制备方法及显示器件 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电控调光薄膜的制备方法为：将小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂按比例混合，制得近晶相-胆甾相复合体系；将近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合，得到液晶复合体系；所述纳米粒子为ZnS、BaTiO3和Fe3O4中的一种或多种；将所述液晶复合体系在液晶盒内进行紫外辐照，得到电控调光薄膜。通过施加不同频率的交流电压，导致纳米粒子在液晶复合体系内震动频率也不同，由于震动的纳米粒子会放热，使液晶体系在不透明、半透明及透明状态之间发生相变。而且，由于纳米粒子的加入，使体系中胆甾相液晶相态得以实现，从而实现彩色的半透明半反显示。

Description

电控调光薄膜、其制备方法及显示器件
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别涉及电控调光薄膜、其制备方法及显示器件。
背景技术
聚合物分散液晶(polymerdispersedliquidcrystal，简称PDLC)是将低分子液晶与预聚物相混合，在一定工艺条件下经聚合反应而成的。微米量级的液晶微粒均匀分散在固态聚合物基体中，加之液晶微粒具有介电特异性，在外加电场的情况下，聚合物分散液晶可以实现在透明和不透明之间的转变，使薄膜的透光率可调。由于其独特的透光率可调性，被广泛用于电控调光膜中。
目前，电控调光膜的结构主要由上下两层透明导电膜(或玻璃)和中间的数层PDLC层组成。
在没有电场作用的情况下，电控调光膜处于不透明状态；当通入交流电时，液晶分子实现有序排列，这时电控调光膜便从不透明态(OFF态)转换为透明态(ON态)。通过电场作用，能够实现从开态-关态，关态→开态之间的快速转换。
发明人希望研究一种新的电控调光薄膜，能够能过施加不同电压实现不透明状态、半透明状态以及透明状态之间的转变，制备工艺简单，满足多种需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电控调光薄膜、其制备方法及显示器件，能够能过施加不同电压实现不透明状态、半透明状态以及透明状态之间的转变，制备工艺简单。
本发明提供了一种电控调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(A)将小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂按比例混合，制得近晶相-胆甾相复合体系；
(B)将近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合，得到液晶复合体系；
所述纳米粒子为ZnS、BaTiO3和Fe3O4中的一种或多种；
(C)将所述液晶复合体系在液晶盒内进行紫外辐照，得到电控调光薄膜。
优选的，所述小分子相列相液晶为SLC1717。
优选的，所述光引发剂为IRG651、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯。
优选的，所述近晶相液晶为8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物，所述8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物的质量比为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。
优选的，所述手性添加剂为以下化合物中一种或多种：
优选的，所述小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂的质量比为(25％～63.9％)：(28％～42％)：(8％～31％)：(0.1％～2％)。
优选的，所述纳米粒子的粒径为12～90nm。
优选的，所述纳米粒子的质量为液晶复合体系质量的0.1％～15％。
优选的，所述液晶性光可聚合单体为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、LA、EGDE和TMPTGE中的一种或多种。
优选的，所述液晶性光可聚合单体为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物，所述丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的质量比为(40～45):(35～40):(20～25)。
优选的，所述液晶性光可聚合单体与近晶相-胆甾相复合体系的质量比为(20～30)：(70～80)。
优选的，所述紫外辐照条件为紫外光波长为365nm，光强为0.01～10mW/cm2，辐照时间为10～60min。
本发明提供了一种上述技术方案所述方法制备的电控调光薄膜。
本发明还提供了一种显示器件，包括上述技术方案所述的电控调光薄膜。
与现有技术相比，本发明将液晶性光可聚合单体与具有近晶相-胆甾相复合体系混合，并加入电场响应的纳米粒子。经过紫外辐照后，液晶性光可聚合单体发生聚合，在体系内形成聚合物网络及液晶微滴。通过施加不同频率的交流电压，导致纳米粒子在液晶复合体系内震动频率也不同，由于震动的纳米粒子会放热，使液晶体系发生相变。初始状态，液晶复合体系处于近晶相，为不透明的光散射状态；施加交流电压220V，750HZ，液晶体系发生相态转变由近晶相变为胆甾相，为半透半反状态；施加交流电压220V，5000HZ，液晶体系清亮，呈现透明状态。
而且，由于纳米粒子的加入，使体系中胆甾相液晶相态得以实现，从而实现彩色的半透明半反显示。
附图说明
图1为本发明电控调光薄膜的工作原理示意图；
图2为不透明状态电控调光薄膜的透光率；
图3为半透半反状态电控调光薄膜的透光率；
图4为透明状态电控调光薄膜的透光率；
图5为不透明近晶相偏光显微镜照片；
图6为半透半反胆甾相偏光显微镜照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种电控调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(A)将小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂按比例混合，制得近晶相-胆甾相复合体系；
(B)将近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合，得到液晶复合体系；
所述纳米粒子为ZnS、BaTiO3和Fe3O4中的一种或多种；
(C)将所述液晶复合体系在液晶盒内进行紫外辐照，得到电控调光薄膜。
按照本发明，首先将小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂按比例混合，制得近晶相-胆甾相转变的复合体系。
所述小分子向列相液晶为向列相液晶温度范围在-30℃～130℃之间的小分子向列相液晶混合物，优选为SLC1717。所述小分子向列相液晶选用市售产品即可。
所述近晶相液晶的结构近似于晶体，由液晶棒状分子聚集一起，形成一层一层的结构。其每一层的分子的长轴方向相互平行，且此长轴的方向对于每一层平面是垂直或有一倾斜角。棒状分子依靠官能团提供的垂直于分子长轴方向的相互作用，相互平行排列成层状结构，分子的长轴垂直于层面。分子可以在层内运动，不能来往于各层间。所述近晶相液晶优选为8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物，所述8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物的质量比优选为(20％～25％)：(15％～20％)：(20％～25％)：(35％～40％)，更优选为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。所述8CB、9CB、10CB和8OCB的分子式如式(I)～(IV)所示：
所述手性添加剂优选为CN、C15、C815、S811、R811、ZLI-4572或ZLI-4571中的一种或多种，所述CN、C15、C815、S811、R811、ZLI-4572及ZLI-4571的分子式如下所示：
所述光引发剂优选为为IRG651、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯。
按照本发明，所述小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂的质量比优选为(25％～63.9％)：(28％～42％)：(8％～31％)：(0.1％～2％)。各组分按比例混合后，可采用本领域常规方法制备近晶相-胆甾相复合体系，优选为溶剂挥发法或加热熔融法。溶剂挥发法为将各组分在有机溶剂中溶解，然后在40℃热台上加热24小时以上，使溶剂完全挥发；所述有机溶剂为四氢呋喃、丙酮等。加热熔融为将各组分混合后加热至熔融状态，所述加热温度为各组分混合物的清亮点。
按照本发明，得到所述近晶相-胆甾相复合体系后，将近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合，得到液晶复合体系。所述液晶性光可聚合单体优选为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、LA、EGDE和TMPTGE中的一种或多种，更优选为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物，所述丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的质量比为(40～45)：(35～40)：(20～25)。所述丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的质量比优选为43:36:21。所述液晶性光可聚合单体与近晶相-胆甾相相转变体系的质量比优选为(20～30)：(70～80)，更优选为23:77。
所述纳米粒子为ZnS、BaTiO3和Fe3O4中的一种或多种。所述纳米粒子的粒径优选为12～90nm。所述纳米粒子的质量优选为液晶复合体系质量的0.1％～15％，更优选为0.7％。通过施加交流电压，使纳米粒子在液晶复合体系内震动，纳米粒子的震动放热，使液晶体系发生相变。
在制备液晶复合体系的过程中，近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合也可采用溶剂挥发法或加热熔融法。
按照本发明，得到所述液晶复合体系后，将所述液晶复合体系在液晶盒内进行紫外辐照，得到电控调光薄膜。所述紫外辐照条件为紫外光波长优选为365nm，光强优选为0.01～10mW/cm2，辐照时间优选为10～60min。
本发明制备电控调光薄膜的方法简单，可以大规模生产，满足多种需求。
本发明中，经过紫外辐照后，液晶性光可聚合单体发生聚合，在体系内形成聚合物网络及液晶微滴。通过施加不同频率的交流电压，导致纳米粒子在液晶复合体系内震动频率也不同，由于震动的纳米粒子会放热，使液晶体系发生相变。初始状态，液晶复合体系处于近晶相，为不透明的光散射状态；施加交流电压220V，750HZ，液晶体系发生相态转变由近晶相变为胆甾相，为半透半反状态；施加交流电压220V，5000HZ，液晶体系清亮，呈现透明状态。
而且，由于纳米粒子的加入，使体系中胆甾相液晶相态得以实现，从而实现彩色的半透明半反显示。
图1为本发明电控调光薄膜的工作原理示意图。图1中，state1为不透明状态，state2为半透明状态，stata3为透明状态，a为纳米粒子，b为聚合物网络。
本发明公开了一种上述技术方案所述方法制备的电控调光薄膜。
本发明还公开了一种显示器件，包括上述技术方案所述的电控调光薄膜。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的电控调光薄膜、其制备方法及显示器件行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
(1)将44.5wt％小分子向列相液晶SLC1717，20.5wt％手性添加剂ZLI-4572，34.5wt％近晶相液晶(8CB/10CB/11CB/12CB)，0.5wt％光引发剂IRG651按比例混合，溶解于丙酮中，通过丙酮溶解使个组分充分混匀，然后放置在真空干燥箱中在40℃下干燥24小时，当丙酮完全挥发后，制得近晶相-胆甾相复合体系。其中近晶相液晶体系中四种组分8CB/9CB/10CB/8OCB的质量比为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。
(2)将制得的77wt％近晶相-胆甾相复合体系于23wt％液晶性光可聚合单体加热熔融，然后加入粒径为50纳米的ZnS，得到液晶复合体系。
液晶性光可聚合单体为质量比为43:36:21的丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物。
纳米粒子的添加量为液晶复合体系的0.7wt％。
(3)将所述液晶复合体系在波长为365nm，光强为5mW/cm2的紫外光下辐照30min，得到电控调光薄膜。
初始状态，测试电控调光薄膜的透光率，结果参见图,2，液晶复合体系处于近晶相，为不透明的光散射状态；
施加交流电压220V，750HZ，测试电控调光薄膜的透光率，结果参见图3，液晶体系发生相态转变由近晶相变为胆甾相，为半透半反状态；而且其为彩色的半透半反状态。
施加交流电压220V，5000HZ，测试电控调光薄膜的透光率，结果参见图4，液晶体系清亮，呈现透明状态。
实施例2
(1)将43wt％小分子向列相液晶SLC1717，28wt％手性添加剂ZLI-4571，28wt％近晶相液晶(8CB/10CB/11CB/12CB)，1wt％光引发剂过氧化二苯甲酰按比例混合，溶解于四氢呋喃中，通过四氢呋喃溶解使个组分充分混匀，然后放置在真空干燥箱中在40℃下干燥24小时，当四氢呋喃完全挥发后，制得近晶相-胆甾相复合体系。其中近晶相液晶体系中四种组分8CB/9CB/10CB/8OCB的质量比为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。
(2)将制得的77wt％近晶相-胆甾相复合体系于21.5wt％液晶性光可聚合单体加热熔融，然后加入粒径为12纳米的ZnS和BaTiO3，得到液晶复合体系。
液晶性光可聚合单体为质量比为43:36:21的丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物。
纳米粒子的添加量为液晶复合体系的1.5wt％。
(3)将所述液晶复合体系在波长为365nm，光强为0.1mW/cm2的紫外光下辐照60min，得到电控调光薄膜。
实施例3
(1)将43wt％小分子向列相液晶SLC1717，15wt％手性添加剂CN，40wt％近晶相液晶(8CB/10CB/11CB/12CB)，2wt％光引发剂偶氮二异丁腈按比例混合，溶解于丙酮中，通过丙酮溶解使个组分充分混匀，然后放置在真空干燥箱中在40℃下干燥24小时，当丙酮完全挥发后，制得近晶相-胆甾相复合体系。其中近晶相液晶体系中四种组分8CB/9CB/10CB/8OCB的质量比为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。
(2)将制得的70wt％近晶相-胆甾相复合体系于30wt％液晶性光可聚合单体加热熔融，然后加入粒径为12纳米的Fe3O4，得到液晶复合体系。
液晶性光可聚合单体为质量比为43:36:21的丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物。
纳米粒子的添加量为液晶复合体系的15wt％。
(3)将所述液晶复合体系在波长为365nm，光强为10mW/cm2的紫外光下辐照10min，得到电控调光薄膜。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种电控调光薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(A)将小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂按比例混合，制得近晶相-胆甾相复合体系；
(B)将近晶相-胆甾相复合体系、液晶性光可聚合单体及纳米粒子混合，得到液晶复合体系；
所述纳米粒子为ZnS、BaTiO3和Fe3O4中的一种或多种；
(C)将所述液晶复合体系在液晶盒内进行紫外辐照，得到电控调光薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述小分子相列相液晶为SLC1717。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为IRG651、过氧化二苯甲酰、过氧化十二酰、偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化二碳酸二异丙酯或过氧化二碳酸二环己酯。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述近晶相液晶为8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物，所述8CB、9CB、10CB和8OCB的混合物的质量比为23.8％：16.3％：21.5％：38.4％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述手性添加剂为以下化合物中一种或多种：
6.根据权利要求1～5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述小分子向列相液晶、近晶相液晶、手性添加剂、光引发剂的质量比为(25％～63.9％)：(28％～42％)：(8％～31％)：(0.1％～2％)。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述纳米粒子的粒径为12～90nm。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述纳米粒子的质量为液晶复合体系质量的0.1％～15％。
9.根据权利要求7～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述液晶性光可聚合单体为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、LA、EGDE和TMPTGE中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述液晶性光可聚合单体为丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的混合物，所述丙烯酸-3-(三甲氧硅烷基)丙酯、甲基丙烯酸异冰片酯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯的质量比为(40～45):(35～40):(20～25)。
11.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液晶性光可聚合单体与近晶相-胆甾相复合体系的质量比为(20～30)：(70～80)。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述紫外辐照条件为紫外光波长为365nm，光强为0.01～10mW/cm2，辐照时间为10～60min。
13.一种权利要求1～12任意一项所述方法制备的电控调光薄膜。
14.一种显示器件，包括权利要求12所述的电控调光薄膜。
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