CN109828403A - 一种电响应反射器件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电响应反射器件及其制备方法，该电响应反射器件包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板朝向第二透光导电基板的表面设有经平行取向且掺杂光引发剂的配向层材料层，第二透光导电基板朝向第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层，第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间封装形成液晶盒；液晶盒内填充有液晶混合物，液晶混合物包括负性液晶和可聚合液晶单体；可聚合液晶单体包括手性可聚合液晶单体，和/或液晶混合物还包括手性掺杂剂。通过以上方式，本发明电响应反射器件通过调节直流电压的大小可实现在在一定宽带的近红外光及可见光范围内颜色连续可调控。

Description

一种电响应反射器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学反射液晶器件技术领域，具体涉及一种电响应反射器件及其制备方法。

背景技术

目前反射智能玻璃的应用非常广泛，例如，反射波段在红外的反射智能玻璃可以应用在建筑上，实现了室内的冬暖夏凉从而达到节能的目的；反射波段在可见波段的反射智能玻璃可以应用在彩色显示，但是目前反射波段在可见波段的反射智能玻璃实现的都是单一颜色，较为单一，灵活性不强。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种电响应反射器件及其制备方法。

本发明所采用的技术方案是：一种电响应反射器件，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，所述第一透光导电基板朝向所述第二透光导电基板的表面设有经平行取向且掺杂光引发剂的配向层材料层，所述第二透光导电基板朝向所述第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间封装形成液晶盒；所述液晶盒内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括负性液晶和可聚合液晶单体；所述可聚合液晶单体包括手性可聚合液晶单体，和/或所述液晶混合物还包括手性掺杂剂。

例如，以上电响应反射器件中，液晶盒内填充的液晶混合物可包含负性液晶和手性可聚合液晶单体，此外，还可包含非手性可聚合单体；或者，液晶混合物包含负性液晶、非手性可聚合液晶单体和手性掺杂剂；又或者，液晶混合物包含负性液晶、手性可聚合液晶单体和手性掺杂剂，此外，还可包含非手性可聚合单体。另外，可聚合液晶单体通常为双官能度可聚合液晶单体，手性可聚合液晶单体为双官能度手性可聚合液晶单体(优先HCM-006)；非手性可聚合液晶单体为双官能度非手性可聚合液晶单体。

优选地，所述可聚合液晶单体包括手性可聚合液晶单体和非手性可聚合液晶单体；所述液晶混合液包括85～95质量份的负性液晶、1～10质量份的手性可聚合液晶单体和3～5质量份的非手性可聚合液晶单体。其中，手性可聚合液晶单体一般选用双官能团度手性可聚合液晶单体，非手性可聚合液晶单体也通常选用双官能度非手性可聚合液晶单体。光引发剂的用量优先为0.5～2质量份，每质量份的具体重量与液晶混合物中各组分每质量份的重量统一，每质量份的重量可为1g、2g、4g等。采用手性可聚合液晶单体相比于添加手性掺杂剂，可增加所形成的手性聚合物网络的强度。

优选地，所述非手性可聚合液晶单体选自HCM-009、HCM-002、HCM-008和其他具有类似效果的液晶单体中的至少一种。

优选地，所述负性液晶选自HNG-30400-200、MLC-2079中的至少一种。

优选地，光引发剂选自Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369和Irgacure-2959中的至少一种。

所述配向层材料层的材料采用常规的配向层材料，例如聚乙烯醇、聚酰亚胺中的至少一种。第一透光导电基板和第二透光导电基板具体可选用透光导电玻璃基板。

在使用时，以上电响应反射器件需与电源组件配合使用，以通过电源组件为电响应反射器件供电；并且电源组件的负极需电连接所述第一透光导电基板，则电源组件的正极电连接所述第二透光导电基板。电响应反射器件可借助外部的电源组件来使用，当然，也可将电源组件设置为电响应反射器件本身的一个部件，即电响应反射器件还包括电源组件，所述电源组件包括正极和负极，所述负极电连接所述第一透光导电基板，所述正极电连接所述第二透光导电基板。

本发明还提供了一种上述电响应反射器件的制备方法，包括以下步骤：

S1、取或制备第一透光导电基板和第二透光导电基板；

S2、将光引发剂掺杂入配向层材料，在所述第一透光导电基板的表面设置掺杂光引发剂的配向层材料层，并摩擦平行取向，形成第一平行取向层；在所述第二透光导电基板的表面设置配向层材料层，并摩擦平行取向，形成第二平行取向层；

S3、将所述第一透光导电基板上设有第一平行取向层的表面与所述第二透光导电基板上设有第二平行取向层的表面相对设置，制备液晶盒；

S4、取液晶混合物填充于所述液晶盒内，而后在紫外光照射下固化。

优选地，步骤S4具体包括：取液晶混合物，加热使液晶混合物转变为各向同性的液态，而后填充于所述液晶盒内，降温至室温，再在紫外光照射下固化。一般从第一透光导电基板一侧进行紫外光照射。

本发明的有益技术效果是：本发明提供一种电响应反射器件及其制备方法，该电响应反射器件基于聚合物稳定性液晶材料体系，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板朝向第二透光导电基板的表面设有经平行取向且掺杂光引发剂的配向层材料层，第二透光导电基板朝向第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向材料层，第一透光导电基板和第二透光导电基板之间封装形成液晶盒，液晶盒内填充有液晶混合物，液晶混合物包括负性液晶和可聚合液晶单体；可聚合液晶单体包括手性可聚合液晶单体，和/或液晶混合物还包括手性掺杂剂。通过以上方式，在紫外光的照射下，由于手性可聚合液晶单体和/或手性掺杂剂的存在，第一透光导电基板上配向层材料层中的光引发剂引发液晶盒中靠近第一透光基板一侧的可聚合液晶单体形成手性聚合物网络，第一透光导电基板一侧的负性液晶分散于手性聚合物网络中并呈具有螺距的胆甾相螺旋结构，且在配向层材料层的平行取向作用下，该胆甾相螺旋结构的轴垂直于第一透光导电基板和第二透光导电基板，能够反射一定带宽的近红外光和可见光，而靠近第二透光导电基板一端的负性液晶则呈向列相结构；另外，在紫外光的照射下，可聚合液晶单体聚合形成手性聚合物网络，并残留下杂质离子，由于杂质离子的存在，在直流电的作用下液晶盒内会形成一个内置电场，而手性聚合物网络能够捕捉液晶混合物中的杂质阳离子，透光导电基板在通电状态下，杂质阳离子带动手性聚合物网络朝着连接电源组件负极的第一透光导电基板移动、聚合，靠近第一透光导电基板一侧的负性液晶的胆甾相螺旋结构被压缩，且由于靠近第二透光导电基板一端的负性液晶则呈向列相结构，使得胆甾相螺旋结构的螺距整体变小；通过调节直流电压的大小，使靠近第一透光导电基板一侧的负性液晶的胆甾相螺旋结构螺距随着手性聚合物网络不同程度的压缩，进而使得反射波段发生不同程度的蓝移，从而实现所呈现的颜色连续可调。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图做简单说明。

图1是本发明电响应反射器件一实施例的结构示意图；

图2是图1所示电响应反射器件在未通电状态下的截面图；

图3是图1所示电响应反射器件的原理示意图；

图4(a)、图(b)、图4(c)分别为图1所示电响应反射器件在电压为0、30V和50V时对应的透射光谱图；

图5是图1所示电响应反射器件在不同电压(30V、40V、50V和60V)下的透射光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种电响应反射器件，其制备方法包括以下步骤：

S1、取第一透光导电基板和第二透光导电基板，在本实施例中，第一透光导电基板和第二透光导电基板采用透光导电玻璃基板；

S2、称取聚乙烯醇溶解于去离子水中，加入1质量份(每质量份为1g)的光引发剂Irgacure-651混合，配制成浓度为5wt％的溶液，60℃条件下搅拌直至完全溶解；而后旋涂于第一透光导电基板的一表面制备配向层材料层，通过控制旋涂的转速及时间来控制膜厚度约为75纳米，然后摩擦平行取向，形成第一平行取向层；同样称取聚乙烯醇溶解于去离子水中，配制成浓度为5wt％的溶液，60℃条件下搅拌直至完全溶解；而后旋涂于第二透光导电基板的一表面制备配向层材料层，通过控制旋涂的转速及时间来控制膜厚度约为75纳米，然后摩擦平行取向，形成第二平行取向层；

S3、取间隔子放置于第一透光导电基板设有第一平行取向层的表面边缘上，将第二透光导电基板放置在间隔子上，将第一透光导电基板上设有第一平行取向层的表面与第二透光导电基板上设有第二平行取向层的表面相对设置，制成液晶盒；

S4、按每质量份为1g计，取82.84质量份的负性混合液晶HNG30400-200、5质量份的可聚合液晶单体HCM009和11.16质量份的右旋手性可聚合液晶单体HCM-006，一同置于棕色瓶中，而后将棕色瓶加热至60℃，同时以40r/s的转速搅拌均匀，使液晶混合物转变为各相同性的液态并降低其粘性；

其中，所采用的负性混合液晶HNG30400-200(购于德国默克公司)；

非手性聚合单体HCM009(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：

手性单体HCM-006(购于江苏和成显示科技股份有限公司)的化学结构式为：

光引发剂Irgacure-651(购于德国默克公司)的化学结构式为：

聚乙烯醇PVA(购于探索平台)的化学结构式为：

S5、将步骤S4处理所得的液晶混合物注入到液晶盒内，填充完成后，使其自然降至室温；再从第一透光导电基板一侧进行紫外光照射下固化，制得电响应反射器件。

请参阅图1，图1是本实施例所制得电响应反射器件的结构示意图。如图1所示，本实施例电响应反射器件包括相对设置的第一透光导电基板11和第二透光导电基板12；第一透光导电基板11朝向第二透光导电基板12的表面设有第一平行取向层131，即经平行取向且掺杂光引发剂Irgacure-651的配向层材料层；第二透光导电基板12朝向第一透光导电基板11的表面设有第二平行取向层132，即经平行取向的配向材料层；第一透光导电基板11和第二透光导电基板12之间封装形成液晶盒，液晶盒内填充有液晶混合14，液晶混合物包括负性液晶HNG30400-200、手性可聚合液晶单体HCM-006和可聚合液晶单体HCM009。

请参阅图2，图2是图1所示电响应反射器件在未通电状态下的截面图。如图2所示，通过紫外光的照射，液晶盒中靠近第一透光导电基板11一侧的负性液晶形成胆甾相螺旋结构141，在第一平行取向层131的作用下，该胆甾相螺旋结构141的轴垂直于第一透光导电基板11和第二透光导电基板12；由于手性可聚合液晶单体HCM-006的存在，第一透光导电基板11上第一平行取向层131中的光引发剂Irgacure-651在紫外光的作用下引发可聚液晶单体HCM009、手性可聚合液晶单体HCM-006聚合形成手性聚合物网络142，负性液晶HNG30400-200分散于手性聚合物网络142中，此时手性聚合物网络142密度分布较为均匀；而靠近第二透光导电基板12一侧的负性液晶则呈向列相结构；另外，通过紫外光照射，光引发剂Irgacure-651引发可聚液晶单体HCM009、手性可聚合液晶单体HCM-006形成手性聚合物网络142，并残留下杂质离子，包括杂质阳离子143和杂质阴离子144。

在使用时，以上电响应反射器件与电源组件配合使用，以通过电源组件为电响应反射器件供电。该电响应反射器件可借助外部的电源组件来使用，当然，在其他实施例中，也可将电源组件设置为电响应反射器件本身的一个部件。电源组件的负极电性连接第一透光导电基板，负极电性连接第二透光导电基板。

请参阅图3，图3是图1所示电响应反射器件的原理示意图。如图3中(a)所示，在未通电状态下，液晶盒中靠近第一透光导电基板11一侧的负性液晶呈胆甾相螺旋结构，而靠近第二透光导电基板12一侧的液晶呈向列相结构；将电响应反射器件连接直流电源时，如图3中(b)所示，电响应反射器件的第一透光导电基板与直流电源的负极电性连接，第二透光导电基板与直流电源的正极电性连接，并施加电压至V₁＝30V，由于杂质离子的存在，在直流电的作用下液晶盒内会形成一个内置电场，手性聚合物网络能够捕捉液晶混合物中的杂质阳离子，杂质阳离子带动手性聚合物网络朝着连接直流电源负极的第一透光导电基板移动、聚合，负性液晶的胆甾相螺旋结构被压缩，且由于液晶盒内靠近第二透光导电基板一端的液晶则呈向列相结构，使得靠近第一透光导电基板一侧胆甾相螺旋结构液晶的螺距整体几近均匀地变小；将直流电源的电压调节至V₂＝50V，V₂＞V₁，如图3中(c)所示，负性液晶的胆甾相螺旋结构进一步被压缩，螺距进一步减小。由此可见，通过调整直流电压的大小，可以改变液晶盒中负性液晶的胆甾相螺旋结构的整体螺距大小，电压越大，负性液晶的螺旋结构被压缩程度越大，其螺距越小。

相应地，取本实施例的电响应反射器件测试其在以上不同电压(0、30V、50V)下的透射光谱图，所得结果如图4(a)、图(b)和图4(c)所示，4(a)、图(b)和图4(c)分别为本实施例电响应反射器件在电压为0、30V和50V对应的透射光谱图。结果显示，在未通电状态下，即电压为O V时，本实施例电响应反射器件的反射波段在900～960nm左右，如图4(a)所示；当电压为30V时，其反射波段在700～800nm左右，如图4(b)所示；当电压调整为50V时，其反射波段在600～670nm左右，如图4(c)所示。由此可知，通过调整直流电压的大小，可以改变液晶盒中负性液晶的胆甾相螺旋结构的整体螺距大小，进而改变电响应反射器件的反射波段。

另外，分别在不同电压(30V、40V、50V和60V)下测试本实施例电响应反射器件的透射光谱图，并观察反射器件所呈现颜色的变化，所得透射光谱图如图5所示。结果显示，当电压为30V时，电响应反射器件的反射波段为870～930左右，电响应反射器件呈绿色；当电压为40V时，电响应反射器件的反射波段为720～770左右，电响应反射器件呈黄色；当电压为50V时，电响应反射器件的反射波段为620～700左右，电响应反射器件呈桃红色；当电压为60V时，电响应反射器件的反射波段为560～620左右，电响应反射器件呈暗红色；由此可知，在不同压力下，电响应反射器件的反射波段发生蓝移，并呈现不同的颜色。因此，可通过调节直流电压的大小，使负性液晶的胆甾相螺旋结构螺距随着手性聚合物网络不同程度的压缩，进而使得反射波段发生不同程度的蓝移，从而实现颜色连续可调。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括80质量份的负性液晶MLC-2079、16.5质量份的手性可聚合液晶单体HCM-006和3质量份的可聚合液晶单体HCM-002；第一平行取向层中配向层材料掺杂0.5质量份的光引发剂Irgacure-819；每质量份为1g。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括85质量份的负性液晶HNG-30400-200、8质量份的手性可聚合液晶单体HCM-006、5质量份的可聚合液晶单体HCM-008；另外，本实施例中，配向层材料采用聚酰亚胺；第一平行取向层中配向层材料掺杂2质量份的光引发剂Irgacure-369；每质量份为1g。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：液晶混合物包括82质量份的负性液晶MLC-2079、14质量份的手性掺杂剂R811和2质量份的非手性可聚合液晶单体HCM-002；第一平行取向层中配向层材料掺杂2质量份的光引发剂Irgacure-2959；每质量份为1g。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所述权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电响应反射器件，其特征在于，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，所述第一透光导电基板朝向所述第二透光导电基板的表面设有经平行取向且掺杂光引发剂的配向层材料层，所述第二透光导电基板朝向所述第一透光导电基板的表面设有经平行取向的配向层材料层，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间封装形成液晶盒；所述液晶盒内填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括负性液晶和可聚合液晶单体；所述可聚合液晶单体包括手性可聚合液晶单体，和/或所述液晶混合物还包括手性掺杂剂。

2.根据权利要求1所述的电响应反射器件，其特征在于，所述液晶混合液包括85～95质量份的负性液晶、1～10质量份的手性可聚合液晶单体和3～5质量份的非手性可聚合液晶单体。

3.根据权利要求2所述的电响应反射器件，其特征在于，所述非手性可聚合液晶单体选自HCM-009、HCM-002和HCM-008中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的电响应反射器件，其特征在于，所述负性液晶选自HNG-30400-200、MLC-2079中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电响应反射器件，其特征在于，所述光引发剂选自Irgacure-819、Irgacure-651、Irgacure-369和Irgacure-2959中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的电响应反射器件，其特征在于，所述配向层材料层的材料选自聚乙烯醇、聚酰亚胺中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电响应反射器件，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件包括正极和负极，所述负极电连接所述第一透光导电基板，所述正极电连接所述第二透光导电基板。

8.权利要求1-7任一项所述的电响应反射器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取或制备第一透光导电基板和第二透光导电基板；

S2、将光引发剂掺杂入配向层材料，在所述第一透光导电基板的表面设置掺杂光引发剂的配向层材料层，并摩擦平行取向，形成第一平行取向层；在所述第二透光导电基板的表面设置配向层材料层，并摩擦平行取向，形成第二平行取向层；

S3、将所述第一透光导电基板上设有第一平行取向层的表面与所述第二透光导电基板上设有第二平行取向层的表面相对设置，制备液晶盒；

S4、取液晶混合物填充于所述液晶盒内，而后在紫外光照射下固化。

9.根据权利要求8所述的电响应反射器件的制备方法，其特征在于，步骤S4具体包括：取液晶混合物，加热使液晶混合物转变为各向同性的液态，而后填充于所述液晶盒内，降温至室温，再在紫外光照射下固化。