CN106154618A - 调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件 - Google Patents

调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件 Download PDF

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CN106154618A CN201610793530.5A CN201610793530A CN106154618A CN 106154618 A CN106154618 A CN 106154618A CN 201610793530 A CN201610793530 A CN 201610793530A CN 106154618 A CN106154618 A CN 106154618A
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丁清华
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Abstract

本发明公开了一种调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件。调光功能膜由上至下包括上电极层，调光功能层以及下电极层，调光功能层包括聚合物分散液晶基材和分散在聚合物分散液晶基材中的UV阻隔功能化合物，UV阻隔功能化合物选自紫罗精类化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物、吡唑啉及其衍生物中的一种或多种。上述调光功能膜中，将这些化合物分散于聚合物分散液晶基材中形成调光功能层。在实际操作过程中，通过控制直流电源可以促使这些化合物发生反应，从而实现紫外线的可控制通过。通过控制交流电压大小来控制PDLC基层中的液晶分子转向，从而实现明暗转变。

Description

调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件
技术领域
本发明涉及调光功能膜制造领域，具体而言，涉及一种调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件。
背景技术
聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal，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各向异性，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，使具有其的薄膜的透光率可调。由于其独特的透光率可调性，被广泛用于调光功能膜中。
目前，调光功能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：
在公开号为CN201540423U的中国专利中，公开了一种调光玻璃，采用PDLC层叠体与玻璃进行层叠的形式形成调光玻璃，使得该调光玻璃没有对玻璃的吻合度的要求，且相对现有技术来说，该调光玻璃相对于普通的玻璃来说，其厚度改变量很小，因此当将其应用于汽车车窗上时，不需要对车门导轨的结构和相应的部件进行相应的改变。且该调光玻璃相对于现有的调光玻璃来说，其结构相对简单，且成本较低。
在公开专利号为CN204086734U的中国专利中，公开了一种光伏智能液晶调光玻璃窗，由光伏电池板、控制器、锂电池和液晶调光玻璃组成，通过结构件将各部件组装为窗户形式。中国专利CN103278959A，公开了一种具备电控调光玻璃、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。
然而，目前调光功能膜一般通过PDLC功能层调节来改变入射光的路径，基本调节电压开关来控制调光功能膜(或者玻璃)的明暗，从而控制可见光的透过率，而UV光即紫外线在此膜(或者功能层)中，是无法有效的阻挡。人们为了阻挡过量紫外线的射入对人体造成的伤害，一般作法是通过在聚合物分散液晶中添加紫外吸收剂，或者在PDLC层表面基材涂布一层UV-CUT，以便起到阻挡紫外线的效果。日常生活中，太阳是极强的紫外线源，过量的紫外线会对人体机能产生危害，但是适量的紫外线对人类及植物有益的。通过已知的上述方法，不是无法阻挡紫外线就是完全屏蔽紫外线，没有更好效地利用这一宝贵资源。
基于此，有必要提供一种能够有效地控制UV透过情况的功能薄膜或者器件，从而实现可选择性屏蔽紫外线，使这一宝贵资源得以更有效地利用。
发明内容
本发明旨在提供一种调光功能膜、调光功能组件及调光功能器件，以解决现有技术中的调光功能膜无法有效控制紫外线通过情况的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种调光功能膜，其由上至下包括：上电极层；调光功能层，调光功能层包括聚合物分散液晶基材和分散在聚合物分散液晶基材中的UV阻隔功能化合物，其中UV阻隔功能化合物选自紫罗精类化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物和吡唑啉及其衍生物中的一种或多种；以及下电极层。
进一步地，紫罗精类化合物具有如下所示结构：
其中，R1选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11的烷基苯中的一种；R2选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11烷基苯中的一种。
进一步地，形成聚合物分散液晶基材的原料包括预聚物、液晶、引发剂及间隔粒子。
进一步地，按重量份计，预聚物为20～70份，液晶为28～75份，引发剂为1～10份，UV阻隔功能化合物为0.1～10份，间隔粒子为0.01～2份。
进一步地，预聚物选自丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、羧乙基丙烯酸酯、季戊四醇四(3—巯基丙酸酯)、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和羧丙基丙烯酸酯、环氧基丙烯酸酯、聚酯型丙烯酸中的一种或多种。
进一步地，液晶的分子量为200～500，优选液晶的折射率为1.35～1.75，进一步优选液晶的介电系数为8～30。
进一步地，液晶的清亮点为80～125℃，优选液晶的光学各向异性Δn为0.1～0.4，进一步优选液晶的运动粘度为30～150mm2/s。
进一步地，引发剂为光引发剂；优选地，光引发剂选自(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯甲酮、安息香双甲醚及2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或几种。
进一步地，上电极层和/或下电极层为ITO膜，优选ITO膜的方阻值为5～300Ω/口，进一步优选ITO膜的光透过率为75～95％，更优选ITO膜的雾度值＜1.5％。
根据本发明的另一方面，还提供了一种调光功能组件，包括调光功能膜和可调节电源器，其中，调光功能膜为上述的调光功能膜。
进一步地，可调节电源器为交直流可调节电源器，可调节电源器的正极与调光功能膜的上电极层相连接，可调节电源器的负极与调光功能膜的下电极层相连接。
进一步地，交直流可调节电源器中，交流电的调节范围为10～110V，直流电的调节范围为1～60V。
根据本发明的另一方面，还提供了一种调光功能器件，包括调光功能组件，其中，调光功能组件为上述的调光功能组件。
本发明提供的上述调光功能膜中，将紫罗精化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物和吡唑啉及其衍生物中的一种或多种分散于聚合物分散液晶基材中形成调光功能层。在实际操作过程中，通过控制直流电源可以促使UV阻隔功能化合物发生反应，从而实现紫外线的可控制通过。通过控制交流电压大小来控制PDLC基层中的液晶分子转向，从而实现明暗转变。总而言之，本发明所提供的调光功能膜，能够分别控制明暗及紫外线的阻隔。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一种实施方式中的调光功能膜；
图2示出了根据本发明一种实施方式中的调光功能组件；以及
图3示出了本发明实施例1中调光功能膜的UV阻隔特性图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
正如背景技术部分所介绍的，现有的调光功能膜存在无法有效控制紫外线通过情况的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种调光功能膜，如图1所示，其由上至下包括上电极层110、调光功能层200以及下电极层120；其中，调光功能层200包括聚合物分散液晶基材和分散在聚合物分散液晶基材中的UV阻隔功能化合物，UV阻隔功能化合物选自紫罗精类化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物和吡唑啉及其衍生物中的一种或多种。
紫罗精类化合物，该类物质在氧化还原过程中会出现颜色变换，所以又属于氧化还原型化合物。中性态紫罗精类化合物由于自身结构特殊性、分子内部电子迁移受到禁阻，因此颜色较浅。随着施加电位的提高，中性态结构逐渐向部分氧化态转变，最终生成稳定的二价阳离子形式，该状态下呈现无色。由于分子间存在强烈的光电转移，使得单价阳离子颜色最深。与紫罗精类化合物类似，联吡啶、蒽醌、四噻富瓦烯、吡唑啉及他们的衍生物同样具备上述类似性能。
本发明提供的上述调光功能膜中，将紫罗精化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物和吡唑啉及其衍生物中的一种或多种分散于聚合物分散液晶基材(PDLC基材)中形成调光功能层。在实际操作过程中，通过控制直流电源可以促使这些化合物发生反应，从而实现紫外线的可控制通过。通过控制交流电压大小来控制PDLC基材中的液晶分子转向，从而实现明暗转变。总而言之，本发明所提供的调光功能膜，能够分别控制明暗及紫外线的阻隔。
具体地：①当只通交流电(10～110V)时，调光功能膜的全光透过率在70％以上；②当只通直流电(1～60V)时，某些波长的光会被吸收，其中，UV光将被吸收掉80％左右；③随着直流电压的不断增加，UV光的透过率可在0～100％的范围内进行连续性调节。
本发明提供的上述调光功能膜中，只要将上述化合物分散于聚合物分散液晶基材中，即可实现对于调光功能膜的明暗及紫外线阻隔的控制。在一种优选的实施方式中，选用紫罗精类化合物进行添加，紫罗精类化合物具有如下所示结构：
其中，R1选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11烷基苯中的一种；所述R2选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11烷基苯中的一种。
上述化合物添加至聚合物分散液晶基材中后，得到的调光功能膜在直流电状态下能够更好地阻隔紫外线。以紫罗精化合物为例说明具体原理如下：
其中A是无色的，也最稳定，是二价离子形式；B为单价阳离子，颜色最深；C为中性分子，颜色较浅。
对于上述调光功能膜而言，不通直流电压时，紫罗精化合物处于A态。此状态下，紫罗精化合物处于稳定状态，对于UV光没有阻隔效果。此时通过调节交流电源，可以有效控制液晶分子的偏转，可以使调光功能膜处于透明状态(如交流电60V)或不透明态(无交流电)。当调光功能膜处于直流电压开启状态时(如1～25V)，紫罗精化合物会处在B或C态，此状态下，该紫罗精化合物会有效的阻挡紫外线射入。与此同时，通过调节交流电源控制器，可以进一步实现调光功能膜的透明态或者不透明状态。
上述聚合物分散液晶基材的原料，选用本领域的常用原料即可。在一种优选的实施方式中，形成聚合物分散液晶基材的原料包括预聚物、液晶、引发剂及间隔粒子。间隔粒子能够提高层厚度及均一性。可用的间隔粒子包括但不限于塑料球如PMMA球、PS球或硅球，优选间隔粒子的粒径为8～40微米。
在一种优选的实施方式中，按重量份计，预聚物为20～70份，液晶为28～75份，引发剂为1～10份，UV阻隔功能化合物为0.1～10份，间隔粒子为0.01～2份。按照上述用量关系得到的调光功能层200具有更佳的明暗、紫外线屏蔽可控性能。此外，将各组分的用量控制在上述范围内，形成的调光功能层200具有更低的驱动电压、更高的开态平行光透过率和更低的关态雾度。更优选地，按重量份计，预聚物为20～70份，液晶为28～75份，引发剂为1～10份，UV阻隔功能化合物为0.1～10份，间隔粒子为0.1～1份。
上述预聚物可以选择常用的PDLC用预聚物。在一种优选的实施方式中，预聚物选自丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、羧乙基丙烯酸酯、季戊四醇四(3—巯基丙酸酯)、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和羧丙基丙烯酸酯、环氧基丙烯酸酯、聚酯型丙烯酸中的一种或多种。上述几种聚合物与液晶之间具有较高的界面相容性，能促使液晶在预聚物中形成良好的分散，从而提高调光功能膜的综合使用性能。
本发明调光功能膜中可以采用本领域惯用的液晶材料。在一种优选的实施方式中，形成上述液晶的分子量为200～500，优选其折射率为1.35～1.75，进一步优选其介电系数为8～30。此处的介电系数是指液晶在25℃温度及1.0kHz频率下的介电系数。采用上述液晶形成的调光功能膜，其具有更低的驱动电压合更高的开态平行光透过率。更优选地，液晶的清亮点为80～125℃，优选其光学各向异性Δn为0.1～0.4，进一步优选其运动粘度为30～150mm2/s。此处的光学各向异性Δn为[589.3nm,20℃]下的光学各向异性Δn，粘度为20℃下的粘度。将液晶的各参数性能控制在上述范围，能够进一步提高液晶的分散性能及所制备的调光功能膜的光电性能。上述液晶包括但不限于德国默克Merck公司的液晶E7-4030、液晶E7-91、液晶E7-216、液晶E7-92或液晶E7-9023。
在一种优选的实施方式中，引发剂为光引发剂；优选地，光引发剂选自(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯甲酮、安息香双甲醚及2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或几种。
本发明所提供的上述调光功能膜中，采用的上电极层110和下电极层120可以是本领域技术人员所惯用的电极层，如氧化铟锡、纳米银线、锑掺杂的氧化锡(ATO)、氧化氟锡电极层等。在一种优选的实施方式中，上电极层110和下电极层120均为ITO膜，优选ITO膜的方阻值为5～300Ω/口，进一步优选其透过率为75～95％，更优选其雾度值＜1.5％。采用ITO膜，特别是将ITO膜的各参数控制在上述范围内，能够进一步降低调光功能膜的驱动电压、提高其开态平行光透过率并降低其关态雾度。
本发明所提供的上述调光功能膜，可以采用本领域惯用的涂布、固化工艺进行制备。比如：首先将单片ITO膜固定在半自动涂布机上，注意透明导电层向上；其次将事先已配制完成的调光功能层的待固化料浆进行涂布固化，形成调光功能层。本领域技术人员能够进行具体制备工艺的选择，在此不再赘述。
另外，本发明还提供了一种调光功能组件，如图2所示，其包括上述的调光功能膜10和可调节电源器20。在一种优选的实施方式中，可调节电源器20为交直流可调节电源器，可调节电源器20的正极与调光功能膜10的上电极层相连接，可调节电源器20的负极与调光功能膜10的下电极层相连接。通过控制交直流可调节电源器中的直流电源，可以促使紫罗精化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物、吡唑啉及其衍生物发生反应，从而实现紫外线的可控制通过。通过控制交直流可调节电源器中的交流电源能够使PDLC基材中的液晶分子转向，从而实现明暗转变。总而言之，本发明所提供的调光功能组件，能够分别控制明暗及紫外线的阻隔。
优选地，交直流可调节电源器中，交流电的调节范围为10～110V，直流电的调节范围为1～60V。具体可实现以下效果：①当只通交流电(10～110V)时，调光功能膜的全光透过率在70％以上；②当只通直流电(1～60V)时，某些波长的光会被吸收，其中，UV光将被吸收掉80％左右；③随着直流电压的不断增加，UV光的透过率可在0～100％的范围内进行连续性调节。
另外，本发明还提供了一种调光功能器件，包括调光功能组件，其中，调光功能组件为上述的调光功能组件。基于调光功能组件的明暗及紫外线阻隔性能可调节，该调光功能器件同样具有明暗及紫外线阻隔的可控性。
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。
实施例1
该实施例制备了调光功能膜，其制备方法如下：
将两卷ITO膜固定在涂布机上；其次将事先已配制完成的含有紫罗精化合物的聚合物分散液晶基材待固化料浆，均匀地滴在两层ITO膜之间，调节辊压轮压力值，以1m/min速度，匀速涂布完成，最后通过紫外固化机台，经光强(100～500mj/cm2)紫外照射固化成型，形成调光功能层。
调光功能层的原料组分和用量如下：
上述液晶的分子量为280，折射率为1.435，介电系数为10，清亮点为80℃，光学各向异性Δn为0.261，粘度53；ITO膜的方阻值为350Ω/口，透过率为83.6％，雾度值＜1.9％。
对上述实施例1中制备的调光功能膜的性能进行表征。
表征方法：
通过交直流可调节电源控制调光功能膜如下：
不通直流电压时，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；
通入1～25V直流电压后，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；结果如下：
(1)开态下，全光透过率65％以上，对UV无阻隔。
(2)开态下，透明，可阻挡99％的UV光。
(3)关态下，全光透过率5％以下，对UV无阻隔。
(4)关态下，全光透过率5％以下，可阻挡99％的UV光。
实施例1中所制备的调光功能膜的UV阻隔特性图如图3所示。
实施例2
该实施例制备了调光功能膜，其制备方法如下：
将两卷ITO膜固定在涂布机上；其次将事先已配制完成的含有紫罗精化合物的聚合物分散液晶基材待固化料浆，均匀地滴在两层ITO膜之间，调节辊压轮压力值，以1m/min速度，匀速涂布完成，最后通过紫外固化机台，经光强(100～500mj/cm2)紫外照射固化成型，形成调光功能层。
调光功能层的原料组分和用量如下：
上述液晶的分子量为280，折射率为1.435，介电系数为10，清亮点为80℃，光学各向异性Δn为0.261，粘度53；ITO膜的方阻值为350Ω/口，透过率为83.6％，雾度值＜1.9％。
对上述实施例1中制备的调光功能膜的性能进行表征。
表征方法：
通过交直流可调节电源控制调光功能膜如下：
不通直流电压时，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；
通入1～25V直流电压后，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；结果如下：
(1)开态下，全光透过率75％以上，对UV无阻隔。
(2)开态下，透明，可阻挡80％的UV光。
(3)关态下，全光透过率5％以下，对UV无阻隔。
(4)关态下，全光透过率5％以下，可阻挡80％的UV光。
实施例3
该实施例制备了调光功能膜，其制备方法如下：
将两卷ITO膜固定在涂布机上；其次将事先已配制完成的含有紫罗精化合物的聚合物分散液晶基材待固化料浆，均匀地滴在两层ITO膜之间，调节辊压轮压力值，以1m/min速度，匀速涂布完成，最后通过紫外固化机台，经光强(100～500mj/cm2)紫外照射固化成型，形成调光功能层。
调光功能层的原料组分和用量如下：
上述液晶的分子量为280，折射率为1.435，介电系数为10，清亮点为80℃，光学各向异性Δn为0.261，粘度53；ITO膜的方阻值为350Ω/口，透过率为83.6％，雾度值＜1.9％。
对上述实施例1中制备的调光功能膜的性能进行表征。
表征方法：
通过交直流可调节电源控制调光功能膜如下：
不通直流电压时，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；
通入1～30V直流电压后，通过交流电60V和无交流电控制其明暗变化；结果如下：
(1)开态下，全光透过率75％以上，对UV无阻隔。
(2)开态下，全光透过率60％以上，可阻挡20％的UV光。
(3)关态下，全光透过率5％以下，对UV无阻隔。
(4)关态下，全光透过率5％以下，可阻挡80％的UV光。
从以上的数据，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明所提供的调光功能膜，将紫罗精化合物、联吡啶、蒽醌、四噻富瓦烯、吡唑啉及其衍生物中的一种或多种分散于聚合物分散液晶基材层(PDLC基层)中形成调光功能层。在实际操作过程中，通过控制直流电源可以使这些UV阻隔功能化合物发生反应，从而实现紫外线的可控制通过。通过控制交流电压大小来控制PDLC基层中的液晶分子转向，从而实现明暗转变。总而言之，本发明所提供的调光功能膜，能够分别控制明暗及紫外线的阻隔。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种调光功能膜，其特征在于，由上至下包括：
上电极层(110)；
调光功能层(200)，所述调光功能层(200)包括聚合物分散液晶基材和分散在所述聚合物分散液晶基材中的UV阻隔功能化合物，其中所述UV阻隔功能化合物选自紫罗精类化合物、联吡啶及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四噻富瓦烯及其衍生物和吡唑啉及其衍生物中的一种或多种；以及
下电极层(120)。
2.根据权利要求1所述的调光功能膜，其特征在于，所述紫罗精类化合物具有如下所示结构：
其中，所述R1选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11的烷基苯中的一种；所述R2选自碳原子数为1～10的烷基、碳原子数为6～11烷基苯中的一种。
3.根据权利要求1或2所述的调光功能膜，其特征在于，形成所述聚合物分散液晶基材的原料包括预聚物、液晶、引发剂及间隔粒子。
4.根据权利要求3所述的调光功能膜，其特征在于，按重量份计，所述预聚物为20～70份，所述液晶为28～75份，所述引发剂为1～10份，所述UV阻隔功能化合物为0.1～10份，所述间隔粒子为0.01～2份。
5.根据权利要求4所述的调光功能膜，其特征在于，所述预聚物选自丙烯酸酯、己二醇二丙烯酸酯、羧乙基丙烯酸酯、季戊四醇四(3—巯基丙酸酯)、脂肪族聚氨酯丙烯酸酯和羧丙基丙烯酸酯、环氧基丙烯酸酯、聚酯型丙烯酸中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的调光功能膜，其特征在于，所述液晶的分子量为200～500，优选所述液晶的折射率为1.35～1.75，进一步优选所述液晶的介电系数为8～30。
7.根据权利要求6所述的调光功能膜，其特征在于，所述液晶的清亮点为80～125℃，优选所述液晶的光学各向异性Δn为0.1～0.4，进一步优选所述液晶的运动粘度为30～150mm2/s。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的调光功能膜，其特征在于，所述引发剂为光引发剂；优选地，所述光引发剂选自(2,4,6-三甲基苯甲酰基)二苯基氧化膦、1-羟基环己基苯甲酮、安息香双甲醚及2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮中的一种或几种。
9.根据权利要求1或2所述的调光功能膜，其特征在于，所述上电极层(110)和/或所述下电极层(120)为ITO膜，优选所述ITO膜的方阻值为5～300Ω/口，进一步优选所述ITO膜的光透过率为75～95％，更优选所述ITO膜的雾度值＜1.5％。
10.一种调光功能组件，包括调光功能膜(10)和可调节电源器(20)，其特征在于，所述调光功能膜(10)为权利要求1至9中任一项所述的调光功能膜。
11.根据权利要求10所述的调光功能组件，其特征在于，所述可调节电源器(20)为交直流可调节电源器，所述可调节电源器(20)的正极与所述调光功能膜(10)的上电极层相连接，所述可调节电源器(20)的负极与所述调光功能膜(10)的下电极层相连接。
12.根据权利要求11所述的调光功能组件，其特征在于，所述交直流可调节电源器中，交流电的调节范围为10～110V，直流电的调节范围为1～60V。
13.一种调光功能器件，包括调光功能组件，其特征在于，所述调光功能组件为权利要求10至12中任一项所述的调光功能组件。
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