CN107577067A - 一种调光器件及其光调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调光器件及其光调节方法，在相对设置的基板形成的调节区之间填充有主体液晶和可电离离子的盐，未通电状态下主体液晶在取向层的诱导下呈特定取向排列，通电状态下主体液晶发生再取向，同时可电离离子的盐电离出的离子在形成的电场作用下快速移动打乱了主体液晶的特定取向排列，使主体液晶分子随着电离离子的快速移动发生无规则运动，从而散射可见光波段的入射光，进而调节可见光的透射与散射，从而实现光线的调节。本发明提供的液晶器件由于不含聚合物网络的存在，不需要利用反应单体，不需要聚合过程且不存在聚合物老化现象，降低了生产成本，增加了调光器件的使用寿命。

Description

一种调光器件及其光调节方法
技术领域
本发明涉及显示技术领域，具体涉及一种调光液晶器件及其驱动方法。
背景技术
近年来，调光的智能窗因其可在透明与不透明状态间任意切换，引起了科学家们的兴趣和关注。日常情况下，智能窗为透明的自然状态，保持室内的透亮采光；通电情况下，可调节为不透明状态，但依然有光线能够穿过，保持室内的亮度。因而，智能窗可取代窗帘，起到隔断和保护隐私的功能，并已经渐渐进入中国市场。
现有的智能窗户大都基于聚合物网络体系，由于其所用的聚合物材料成本较高，故智能窗的价格相对而言一直居高不下，其价格目前为每平方米数千元人民币。目前使用的主要为聚合物分散液晶(PDLC)体系，又叫调光液晶膜。PDLC是将小分子液晶单体通过与光引发剂混合后，在紫外光照下发生聚合反应，从而形成微米级的液晶微滴并均匀分散在聚合物网络中，然后通过外加电场的刺激，具有介电各向异性的液晶分子发生电光响应性，使得体系在宏观上达到对入射光在散射态和透明态之间切换的效果。但是PDLC体系由于需要液晶单体进行聚合后形成聚合物网络，故耗时久，生产成本很高，并且由于有机聚合物的老化现象，大大减少了智能窗的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不含聚合物的调光器件，以解决现有技术中因使用聚合物网络导致的成本高、使用寿命低的问题。
本发明所采取的技术方案是：
本发明提供一种调光器件，包括相对设置的两块基板，所述基板包括由内到外依次设置的透光基板、导电层和取向层，两块所述基板的取向层相对设置，在两块所述基板之间形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括主体液晶与可电离离子的盐，所述主体液晶具有介电各向异性。
在一些实施例中，所述主体液晶为负性液晶，所述取向层为垂直取向层。
在另一些实施例中，所述主体液晶为正性液晶，所述取向层为平行取向层。
进一步地，所述取向层为聚酰亚胺取向层。
优选地，所述可电解离子的盐为季铵盐表面活性剂。
进一步地，所述可电解离子的盐为季铵盐阳离子表面活性剂。
进一步地，所述季铵盐为四丁基六氟磷酸铵、四丁基高氯酸铵、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
优选地，所述液晶混合物中包括90.0wt％-99.99wt％的主体液晶和0.01wt％-10.0wt％的可电解离子的盐。
优选地，所述调节区的高度为5μm～50μm。
优选地，所述调节区内还填充有用于支撑所述调节区高度的间隔子。
优选地，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与两个所述导电层电性连接。
进一步地，所述电源组件的工作电压为7V～50V。
进一步地，所述电源组件的工作频率为50Hz～1000Hz。
本发明还提供一种上述的调光器件的光调节方法，通过施加的交流电压控制主体液晶从垂直于基板的取向排列转变为平行于基板的取向排列，可电离离子的盐在形成的交流电场中移动打乱主体液晶的取向排列，进而调节可见光的透射与散射，从而实现光线的调节。
本发明的有益效果是：
本发明提供一种调光器件，在未通电状态下主体液晶在取向层的诱导下呈特定取向排列，在通电状态下，主体液晶发生再取向排列，同时可电离离子的盐电离出的离子在形成的电场作用下快速移动打乱了主体液晶的再取向排列，使主体液晶分子随着电离的离子的快速移动发生无规则运动，主体液晶本身含有的极少量杂质也能够伴随着主体液晶再取向排列发生电动学不稳定现象，取向层被电场激发形成的离子也能参与到电动学不稳定现象中，进而加剧了主体液晶由特定取向排列转变成无规则排列，从而散射可见光波段的入射光，进而调节可见光的透射与散射，从而实现光线的调节。本发明提供的调光液晶器件在达到光调节的前提下，由于体系中没有聚合物网络的存在，直接将主体液晶与可电离离子的盐混合后灌入液晶盒中即可，制备过程简单，不需要利用反应单体，不需要聚合过程且不存在聚合物老化现象，降低了生产成本，增加了调光液晶器件的使用寿命。
附图说明
图1为未通电状态下的调光器件；
图2为通电状态下的调光器件。
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。
实施例1
参见图1，本发明提供了一种调光器件，包括相对设置的基板一和基板二，所述基板一包括依次设置的透明玻璃基板一10、ITO导电层一11和聚酰亚胺垂直取向层一12，所述基板二包括依次设置有透明玻璃基板二20、ITO导电层二21和聚酰亚胺垂直取向层二22，所述基板一的聚酰亚胺垂直取向层一12与所述基板二的聚酰亚胺垂直取向层二22相对设置，所述基板一与基板二之间形成调节区3，所述调节区3的高度为5μm，所述调节区3内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括负性液晶4和四丁基高氯酸铵5，所述四丁基高氯酸铵5在液晶混合物中的质量分数为0.01％，在未通电状态下，所述负性液晶4在聚酰亚胺垂直取向层的诱导下呈垂直于透明玻璃基板的取向排列，可见光6能够从透明玻璃基板中透射出来，从而呈现透光状态。
本发明还提供一种上述调光器件的光调节方法，如图2所示，当所述调光液晶组件接入电压为30V频率为50Hz的电源组件处于通电状态时，通过施加的交流电压控制负性液晶发生再取向，由垂直于透明玻璃基板的取向排列转变成平行于透明玻璃基板的取向排列，四丁基高氯酸根离子和氨根离子在形成的交流电场作用下快速移动打乱了负性液晶的再取向排列，使负性液晶分子随着四丁基高氯酸根离子和氨根离子的快速移动发生无规则运动，同时负性液晶本身含有的极少量杂质也能够伴随着负性液晶再取向排列发生电动学不稳定现象，取向层被电场激发形成的离子也能参与到电动学不稳定现象中，进而加剧了负性液晶由特定取向排列转变成无规则排列，从而控制可见光的透过与散射，实现光线的调节，在本实施例通电状态下上述调光液晶器件在500nm的透光率为8％。由于填充的液晶混合物由于只有小分子，因此本发明提供的驱动调光器件工作的电压要比基于聚合物网络的器件要小，采用生活中家用电器的交流电即可，不需要特殊频率的设备进行驱动，方便投入到家用。由于不会存在聚合过程中反应单体迁移打乱分子排列的现象，该体系中主体液晶分子和季铵盐分子的混合物分子取向规整，在自然状态下，调光液晶器件呈现透光状态，通电后调光液晶器件的透过率可小于10％。
本实施例以四丁基高氯酸铵为例进行说明，实际可以加入四丁基六氟磷酸铵、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基三甲基溴化铵等季铵盐。季铵盐粉末呈现纯白色，避免了杂质颜色而影响调光器件透明性的问题，能够使主体液晶均匀混合不会发生相分离，避免了因发生相分离而导致调光器件出现气泡等问题，季铵盐性质稳定，不与电极发生电化学反应，避免了因发生电化学反应而降低调光器件使用寿命的问题。本发明提供的调光液晶器件可以应用在但不限于住宅应用的智能窗或商务应用的投影硬屏。
实施例2
本实施例提供一种调光器件，其结构与实施例1相同，不同之处在于：所述调节区之间的高度为50μm，所述液晶混合物为负性液晶和十六烷基三甲基溴化铵，所述十六烷基三甲基溴化铵在液晶混合物中的质量分数为10％，所述调光液晶器件接入电压为7V频率为50Hz的电源组件而处于通电状态。
实施例3
本实施例提供一种调光器件，其结构与实施例1相同，不同之处在于，所述调节区之间的高度为25μm，所述液晶混合物为正液晶和十二烷基三甲基溴化铵，所述十二烷基三甲基溴化铵在液晶混合物中的质量分数为5％，所述取向层为聚酰亚胺平行取向层，所述调光液晶器件接入电压为25V频率为1000Hz的电源组件而处于通电状态。本实施例提供的调光器件在未通电状态下，正性液晶在聚酰亚胺平行取向层的诱导作用下发生平行于基板的取向排列，在接入电源组件而处于通电状态时，通过施加的交流电压控制正性液晶发生再取向，由平行于透明玻璃基板的取向排列转变成垂直于透明玻璃基板的取向排列，同时十二烷基三甲基溴化铵电离出的阴阳离子在形成的交流电场作用下快速移动打乱了正性液晶的再取向排列，使正性液晶分子随着阴阳离子的快速移动发生无规则运动，同时正性液晶本身含有的极少量杂质也能够伴随着正性液晶再取向排列发生电动学不稳定现象，取向层被电场激发形成的离子也能参与到电动学不稳定现象中，进而加剧了正性液晶由特定取向排列转变成无规则排列，从而控制可见光的透过与散射，实现光线的调节。
实施例4
本实施例提供一种调光器件，其结构与实施例1相同，不同之处在于，所述调节区之间的高度为10μm，所述液晶混合物为负性液晶和四丁基六氟磷酸铵，所述四丁基六氟磷酸铵在液晶混合物中的质量分数为1％，所述调光液晶器件接入电压为50V频率为100Hz的电源组件而处于通电状态。

Claims (10)

1.一种调光器件，其特征在于，包括相对设置的两块基板，所述基板包括由内到外依次设置的透光基板、导电层和取向层，两块所述基板的取向层相对设置，在两块所述基板之间形成调节区，所述调节区内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括主体液晶与可电离离子的盐，所述主体液晶具有介电各向异性。
2.根据权利要求1所述的调光器件，其特征在于，所述主体液晶为负性液晶，所述取向层为垂直取向层。
3.根据权利要求1所述的调光器件，其特征在于，所述主体液晶为正性液晶，所述取向层为平行取向层。
4.根据权利要求1所述的调光器件，其特征在于，所述可电解离子的盐为季铵盐表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的调光器件，其特征在于，所述季铵盐为四丁基六氟磷酸铵、四丁基高氯酸铵、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基三甲基溴化铵中的至少一种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的调光器件，其特征在于，所述液晶混合物中包括90.0wt％-99.99wt％的主体液晶和0.01wt％-10.0wt％的可电解离子的盐。
7.根据权利要求1-5任一项所述的调光器件，其特征在于，所述调节区的高度为5μm～50μm。
8.根据权利要求1-5任一项所述的调光器件，其特征在于，所述调节区内还填充有用于支撑所述调节区高度的间隔子。
9.根据权利要求1-5任一项所述的调光器件，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与两个所述导电层电性连接。
10.权利要求1-9任一项所述的调光器件的光调节方法，其特征在于，通过施加的交流电压控制主体液晶从垂直于基板的取向排列转变为平行于基板的取向排列，可电离离子的盐在形成的交流电场中移动打乱主体液晶的取向排列，进而调节可见光的透射与散射，从而实现光线的调节。
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