CN109445219A - 滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗、一种滤光膜，该滤光膜包括：第一导电透明基板；形成在所述第一导电透明基板上的第一取向层；形成在所述第一取向层上的固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。本发明实施例的技术方案，该滤光膜包含固态聚合物液晶，固态聚合物液晶为一维光子晶体，其内部有的折射率周期性的发生变化，用于反射第一预选波长范围的光。

Description

滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗
技术领域
本发明实施例涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗。
背景技术
液晶是一种物质状态介于固态晶体和传统液体的特殊物质形态。如今，液晶已经被广泛应用于显示和各类光学光子器件当中。
在目前的电致变色器件中，以电控变色智能窗为例，大多数采用电致变色的化学材料实现其变色功能，然而其变色的颜色种类以及响应速度很难满足人们对现实生活的需求。开发电致变色的快响应器件成为现今应用和研究的热点，其研究具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗，以解决现有技术中采用电致变色的化学材料实现其变色功能，然而其变色的颜色种类以及响应速度很难满足人们对现实生活的需求的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种滤光膜，包括：
第一导电透明基板；
形成在所述第一导电透明基板上的第一取向层；
形成在所述第一取向层上的固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。
可选的，所述固态聚合物液晶包括至少一层胆甾相液晶层，所述胆甾相液晶层由向列相液晶分子经过聚合反应形成，所述向列相液晶分子排列成层状，每一层内所述向列相液晶分子的长轴平行排列，相邻层的所述向列相液晶分子的取向相差预设角度，在所述胆甾相液晶层的法线方向形成具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光。
可选的，所述螺旋结构包括左旋结构或者右旋结构。
可选的，所述胆甾相液晶层还包括手性剂和光引发剂，所述向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具有第一预设质量配比；
所述手性剂和所述光引发剂分别掺杂在所述向列相液晶分子之间；
所述手性剂用于使所述向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；
所述光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使所述向列相液晶分子发生聚合反应。
可选的，所述滤光膜的厚度大于或等于所述滤光膜中心位置反射波波长的N倍，所述N为大于或等于5且小于或等于100的整数。
第二方面，本发明实施例提供了一种滤光膜的制备方法，包括：
提供第一透明导电基板；
在所述第一透明导电基板上形成第一取向层；
在所述第一取向层上形成固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。
可选的，所述在所述第一取向层上形成固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光具体包括：
提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物；
将所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物均匀分散在所述第一取向层上；
使用紫外灯照射所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物，所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物固化成所述固态聚合物液晶；
所述手性剂和所述光引发剂分别掺杂在所述向列相液晶分子之间；
所述手性剂用于使所述向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；
所述光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使所述向列相液晶分子发生聚合反应。
可选的，所述提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具体包括：
将所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物加热预设时间，加热温度大于或等于60℃。
可选的，所述紫外灯的照射时间大于或等于8分钟，且小于或等于10分钟。
第三方面，本发明实施例提供了一种电控变色智能窗，包括：
第二透明导电基板，所述第二透明导电基板包括第一方面任一所述的滤光膜；
形成在所述第二透明导电基板上的第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物，所述第二手性剂的手性方向与第一手性剂的手性相反；
形成在所述第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物上的绝缘隔垫；
形成在所述绝缘隔垫上的第三透明导电基板；
所述第二透明导电基板和所述第三透明导电基板之间施加方波电压信号；
在所述方波电压信号下，所述用于双频液晶和第二手性剂用于反射第二预选波长范围的光，所述二向色染料用于吸收第三预选波长范围的光，所述第二预选波长范围与所述第一预选波长范围相同，所述第三预选波长范围与所述第一预选波长范围不相同。
本发明实施例提供了一种滤光膜、滤光膜的制备方法以及电控变色智能窗，将包含聚合物液晶的滤光膜用作电控变色智能窗的一个基板，以解决现有技术中采用电致变色的化学材料实现其变色功能，然而其变色的颜色种类以及响应速度很难满足人们对现实生活的需求的技术问题。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种滤光膜的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种滤光膜的制备方法的流程示意图；
图3为本发明实施例二提供的又一种滤光膜的制备方法的流程示意图；
图4为本发明实施例三提供的一种电控变色智能窗的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
本发明实施例提供了一种滤光膜，图1为本发明实施例提供的一种滤光膜的结构示意图，参见图1，该滤光膜包括：第一导电透明基板10；形成在第一导电透明基板10上的第一取向层11；形成在第一取向层11上的固态聚合物液晶12，固态聚合物液晶12为一维光子晶体，固态聚合物液晶12用于反射第一预选波长范围的光。
光子晶体是指具有光子带隙(PhotonicBand-Gap，简称为PBG)特性的人造周期性电介质结构，有时也称为PBG光子晶体结构。
本发明实施例提供了一种滤光膜，该滤光膜包含固态聚合物液晶，固态聚合物液晶12为一维光子晶体，其内部有的折射率周期性的发生变化，用于反射第一预选波长范围的光。
第一预设波长范围可以根据一维光子晶体的固态聚合物液晶12的结构所决定。
可选的，在上述技术方案的基础上，固态聚合物液晶12包括至少一层胆甾相液晶层，胆甾相液晶层由向列相液晶分子经过聚合反应形成，向列相液晶分子排列成层状，每一层内向列相液晶分子的长轴平行排列，相邻层的向列相液晶分子的取向相差预设角度，在胆甾相液晶层的法线方向形成具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光。
在本实施例中，胆甾相液晶在反平行液晶盒中自组装形成一维光子晶体结构，其对外界环境比较敏感，例如：温度、电磁场、光场、应力等。因此胆甾相液晶被广泛应用于动态光栅、电控光开关、宽带偏振片、液晶激光器以及双稳态反射式液晶显示器等一系列可调谐器件。但当应用其他器件时，比如滤波器、防护镜等性能稳定的状态，此时就需要其性能和特性对环境无依赖。
可选的，在上述技术方案的基础上，螺旋结构包括左旋结构或者右旋结构。
可选的，在上述技术方案的基础上，胆甾相液晶层还包括手性剂和光引发剂，向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具有第一预设质量配比；手性剂和光引发剂分别掺杂在向列相液晶分子之间；手性剂用于使向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使向列相液晶分子发生聚合反应。
在本实施例中，固态聚合物液晶12包括至少一层胆甾相液晶层，胆甾相液晶层由向列相液晶分子经过聚合反应形成，胆甾相液晶层还包括手性剂和光引发剂，向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具有第一预设质量配比，手性剂和光引发剂分别掺杂在向列相液晶分子之间；手性剂用于使向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使向列相液晶分子发生聚合反应。固态聚合物液晶12具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光，其中，螺旋结构包括左旋结构或者右旋结构。
在本实施例中，固态螺旋微结构的固态聚合物液晶12形成稳定的光子晶体微结构，微腔具有方向性，在液晶分子螺旋轴的方向形成了折射率周期变化的微腔，即一维光子晶体。微腔的形成是由于向列相液晶分子在取向的作用下自组装形成的，经过聚合作用把这种螺旋结构在紫外光下固化形成固态薄膜。
固态聚合物液晶12具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光，反射率通常不高于50％。
在本实施例中，手性剂的作用是使液晶材料按一定的方向扭曲。不同手性方向的手性剂可以使得液晶分子按照不同的方向扭曲。示例性的，可以使得液晶分子左旋或者右旋。本发明中，对手性剂的具体型号不作限定，例如可以是手性剂R5011和S5011等。
光引发剂，包括Darocur 1173、Irgacure 2100或Irgacure 2959中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：Darocur 1173和Irgacure 2100的组合、Irgacure 2100和Irgacure 2959的组合、Irgacure 2959和Darocur 1173的组合或Darocur 1173、Irgacure 2100和Irgacure 2959的组合等。
不同类型的液晶显示器，其液晶材料所要添加手性剂的浓度也就不同，手性剂的添加浓度对液晶显示品质有着重要的影响。即使是同类型的液晶显示器，因工艺条件、结构参数设计的不同，液晶材料的手性剂添加浓度也就不同。同时，胆甾相液晶螺距的调节也是通过添加不同含量的手性剂。由公式(1)我们看出二者之间的关系：
其中P为液晶的螺距，HTP(Helical Twisting Power)为手性剂的螺旋扭曲力常数，Xc为手性剂的质量百分比，即浓度。由公式(1)可知，当P的值一定时，手性剂的扭曲力常数的值越大，手性剂在液晶材料中的百分含量就相对越少，这样也越利于改变胆甾相液晶的特性。手性剂的浓度越小，形成的液晶分子的畴越大，光的透过率就越高。
胆甾相液晶反射与其手型相同的圆偏振光，反射中心波长见公式(2)：
λ＝nav×p 公式(2)
其中nav是液晶分子平均折射率，p是螺距，λ为波长。
可选的，在上述技术方案的基础上，滤光膜的厚度大于或等于滤光膜中心位置反射波波长的N倍，N为大于或等于5且小于或等于100的整数。示例性的N可以为5倍、6倍、8倍、10倍、15倍、20倍、50倍或100倍等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本实施例中滤光膜的反射禁带宽度(也可称为反射禁带线宽)可调。反射禁带宽度取决于固态聚合物液晶12的折射率差以及固态聚合物液晶12的螺距的值。
实施例二
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种滤光膜的制备方法，图2为本发明实施例提供的一种滤光膜的制备方法的流程示意图。以图1为例，参见图2，该方法包括如下步骤：
步骤110、提供第一透明导电基板。
在本实施例中，第一透明导电基板可以选择透明的氧化铟锡(ITO)玻璃或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。
参见图1，提供第一透明导电基板10。
步骤120、在第一透明导电基板上形成第一取向层。
参见图1，在第一透明导电基板10上形成第一取向层11。
具体的，在第一透明导电基板上涂布取向剂，之后退火处理，得到第一取向层。可选的，取向剂可以为聚酰亚胺或者光取向剂。退火的温度可以为为150～250℃，如150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃、210℃、220℃、230℃、240℃或250℃等，但本发明实施例中并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，另外光取向剂无需退火处理。
第一透明导电基板的厚度可以为80～200nm，如80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
步骤130、在第一取向层上形成固态聚合物液晶，固态聚合物液晶为一维光子晶体，固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。
参见图1，在第一取向层11上形成固态聚合物液晶12。
可选的，参见图3，步骤130在第一取向层上形成固态聚合物液晶，固态聚合物液晶为一维光子晶体，固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光具体包括：
步骤1301、提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物。
步骤1302、将第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物均匀分散在第一取向层上。具体的，通过匀胶机将第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物均匀分散在第一取向层上，通过控制旋转速度来控制混合物的厚度。
步骤1303、使用紫外灯照射第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物，第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物固化成固态聚合物液晶。
在本实施例中，混合物固化成固态聚合物液晶与第一透明导电基板紧密连接。
手性剂和光引发剂分别掺杂在向列相液晶分子之间；手性剂用于使向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使向列相液晶分子发生聚合反应。
可选的，在上述技术方案的基础上，紫外灯的照射时间大于或等于8分钟，且小于或等于10分钟。
可选的，步骤1301中提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具体包括：
将第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物加热预设时间，加热温度大于或等于60℃。
实施例三
在上述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种电控变色智能窗。图4为本发明实施例提供的一种电控变色智能窗的结构示意图，参见图4，该电控变色智能窗包括：第二透明导电基板20，第二透明导电基板20包括上述实施例中涉及的滤光膜；形成在第二透明导电基板20上的第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物30，第二手性剂的手性方向与第一手性剂的手性相反；形成在第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物30上的绝缘隔垫40；形成在绝缘隔垫40上的第三透明导电基板50；第二透明导电基板和第三透明导电基板之间施加方波电压信号；在方波电压信号下，用于双频液晶和第二手性剂用于反射第二预选波长范围的光，二向色染料用于吸收第三预选波长范围的光，第二预选波长范围与第一预选波长范围相同，第三预选波长范围与第一预选波长范围不相同。
在本实施例中，绝缘隔垫40可以使用透明硅球或者透明的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。通过调节绝缘隔垫40的厚度可以调节第二透明导电基板20以及第三透明导电基板50组成的液晶盒的厚度。
在本实施例中，第二预设质量配比可以为：双频液晶、第二手性剂和二向色染料按质量比96.9：2.1：1。
示例性的，第一预选波长范围和第二预选波长范围可以为580nm～670nm，第三预选波长范围可以为400nm～580nm，这样在初始状态，器件表现为准黑态；通过电场调节双频液晶，使液晶分子和染料分子转动，从而让某些波段的可见光透过，在人的感官上实现器件变色。
本发明实施例中，对二向色染料的具体种类不作限定，只要所选二向色染料选择吸收波段与第一预选波长范围不要重叠即可，本领域技术人员可以根据需要选择合适的二向色染料掺杂。所述二向性染料可以吸收偏振方向与自身长轴方向相同的光，而垂直于长轴的光吸收很少。
在本实施例中，双频液晶(Dual-Frequency Liquid Crystal)又叫做介电转换液。通过改变外加电场的频率来改变液晶的介电各向异性，从而改变液晶的取向，进而改变光线透过时的透过率。
在本实施例中，固态聚合物液晶12具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光，反射率通常不高于50％，该固态聚合物液晶12与第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物30相结合，第二手性剂的手性方向与第一手性剂的手性相反，反射率达到90％以上(理论值为100％)。其中二向色染料作为吸收物质，具有吸收某一波段光谱的功能。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种滤光膜，其特征在于，包括：
第一导电透明基板；
形成在所述第一导电透明基板上的第一取向层；
形成在所述第一取向层上的固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。
2.根据权利要求1所述的滤光膜，其特征在于，
所述固态聚合物液晶包括至少一层胆甾相液晶层，所述胆甾相液晶层由向列相液晶分子经过聚合反应形成，所述向列相液晶分子排列成层状，每一层内所述向列相液晶分子的长轴平行排列，相邻层的所述向列相液晶分子的取向相差预设角度，在所述胆甾相液晶层的法线方向形成具有预设螺距的螺旋结构，用于反射第一预选波长范围的光。
3.根据权利要求2所述的滤光膜，其特征在于，
所述螺旋结构包括左旋结构或者右旋结构。
4.根据权利要求2所述的滤光膜，其特征在于，
所述胆甾相液晶层还包括手性剂和光引发剂，所述向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具有第一预设质量配比；
所述手性剂和所述光引发剂分别掺杂在所述向列相液晶分子之间；
所述手性剂用于使所述向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；
所述光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使所述向列相液晶分子发生聚合反应。
5.根据权利要求1所述的滤光膜，其特征在于，
所述滤光膜的厚度大于或等于所述滤光膜中心位置反射波波长的N倍，所述N为大于或等于5且小于或等于100的整数。
6.一种滤光膜的制备方法，其特征在于，包括：
提供第一透明导电基板；
在所述第一透明导电基板上形成第一取向层；
在所述第一取向层上形成固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光。
7.根据权利要求6所述的滤光膜的制备方法，其特征在于，
所述在所述第一取向层上形成固态聚合物液晶，所述固态聚合物液晶为一维光子晶体，所述固态聚合物液晶用于反射第一预选波长范围的光具体包括：
提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物；
将所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物均匀分散在所述第一取向层上；
使用紫外灯照射所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物，所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物固化成所述固态聚合物液晶；
所述手性剂和所述光引发剂分别掺杂在所述向列相液晶分子之间；
所述手性剂用于使所述向列相液晶分子进行旋转，自组装形成一维光子晶体；
所述光引发剂的吸收峰在紫外线波段，用于在紫外光的作用下促使所述向列相液晶分子发生聚合反应。
8.根据权利要求7所述的滤光膜的制备方法，其特征在于，
所述提供第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物具体包括：
将所述第一预设质量配比的向列相液晶分子、手性剂和光引发剂组成的混合物加热预设时间，加热温度大于或等于60℃。
9.根据权利要求7所述的滤光膜的制备方法，其特征在于，
所述紫外灯的照射时间大于或等于8分钟，且小于或等于10分钟。
10.一种电控变色智能窗，其特征在于，包括：
第二透明导电基板，所述第二透明导电基板包括权利要求1-5任一所述的滤光膜；
形成在所述第二透明导电基板上的第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物，所述第二手性剂的手性方向与第一手性剂的手性相反；
形成在所述第二预设质量配比的二向色染料、双频液晶和第二手性剂的混合物上的绝缘隔垫；
形成在所述绝缘隔垫上的第三透明导电基板；
所述第二透明导电基板和所述第三透明导电基板之间施加方波电压信号；
在所述方波电压信号下，所述用于双频液晶和第二手性剂用于反射第二预选波长范围的光，所述二向色染料用于吸收第三预选波长范围的光，所述第二预选波长范围与所述第一预选波长范围相同，所述第三预选波长范围与所述第一预选波长范围不相同。
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