CN110320687A - 电控双稳态调光器件的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电控双稳态调光器件的驱动方法。所述电控双稳态调光器件包括零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，所述驱动方法包括步骤：电控双稳态调光器件为透过态，在上下透明电极之间施加第一交流电压信号，驱动液晶组合物至焦锥态，所述电控双稳态调光器件转换为雾态；或电控双稳态调光器件为雾态，在上下透明电极之间施加第二交流电压信号，使第二交流电压信号的幅值降至0V，降至0V的时间不大于0.1s，液晶组合物弛豫至平面态，电控双稳态调光器件转换为透过态。本发明可使调光器件实现透过态和雾态两种稳态的快速转化，降低透过态的雾度，提高雾态的雾度，同时可增加雾态和透过态的稳定性。

Description

电控双稳态调光器件的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种电控双稳态调光器件的驱动方法，特别涉及一种由胆甾相液晶制成的双稳态调光器件的交流电驱动方法。

背景技术

调光玻璃，作为最常用的建筑材料之一，具有安全耐用、清澈透光等传统的特点，同时，还具有根据需要调节光透过率的功能，从而赋予玻璃新的功能，如隔绝紫外线、隔绝红外线、增加隐私性等。因此电控调光技术在很多领域都有很大的应用需求，而其中液晶基调光技术更是其中发展迅速的一种技术。

最早期也是最常用的液晶基调光技术为采用聚合物分散液晶(PDLC)技术，利用向列相液晶与聚合物形成PDLC，控制液晶的排列状态，实现透过态与散射态之间的转换，从而实现电控调光的功能。但是这种电控调光技术在维持透过态的时候必须持续加电，无法实现双稳态功能，同时具有透过态雾度较高且受可视角限制等缺点。

胆甾相液晶具有可反射特定波长入射光的平面织构和散射入射光的焦锥织构两个稳态，应用在电控调光器件上，可实现零电场下的双稳态，在提升性能的同时更加节能。而其双稳态特性受驱动信号的电压幅值、驱动时长、波形、频率等因素影响。现有技术中，胆甾相液晶技术主要应用在反射显示器上，它的驱动方案注重对比度，要求散射越低越好，如专利CN100561558C所公开的，通过驱动方式降低胆甾相液晶在焦锥态的光散射，从而提高显示器的对比度。而胆甾相液晶技术应用在调光器件上，尤其在调光玻璃上，更注重调光器件的雾度、稳定性、均一性以及功耗，要求散射越高越好。

因此，需要提供一种针对胆甾相双稳态调光器件的驱动方法，可实现调光器件透过态和雾态之间的转换，同时可提高雾态的雾度、稳定性和均一性。

发明内容

为满足上述需求，本发明提出一种电控双稳态调光器件的驱动方法。所述电控双稳态调光器件包括上透明基板和下透明基板，所述上透明基板和所述下透明基板各自的内表面设置有上透明电极和下透明电极，以及夹在所述上透明基板和所述下透明基板之间的液晶层，所述液晶层由包括双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物的液晶组合物组成，所述上透明电极和所述下透明电极二者与驱动控制装置相连接，所述电控双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，所述驱动方法包括以下步骤：所述电控双稳态调光器件为所述透过态时，通过所述动控制装置在所述上透明电极和所述下透明电极之间施加第一交流电压信号，驱动所述液晶组合物至焦锥态，所述电控双稳态调光器件由所述透过态转换为所述雾态；或，所述电控双稳态调光器件为所述雾态时，通过所述动控制装置在所述上透明电极和所述下透明电极之间施加第二交流电压信号，并且使第二交流电压信号的幅值降至0V，使得所述液晶组合物弛豫至平面态，所述电控双稳态调光器件由所述雾态转换为所述透过态；其中在使所述第二交流电压信号的幅值降至0V的步骤中，所述第二交流电压信号的幅值降至0V的时间不大于0.1s。

在一些实施方案中，所述上透明基板与所述液晶层之间和/或所述下透明基板与所述液晶层之间设置至少一个配向层。在优选实施方案中，所述液晶层的厚度为5-60微米。

在一些实施方案中，所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号中的任一个的波形包括正弦波、方波、梯形波、三角波或阶梯波。在优选实施方案中，所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号中的任一个的频率范围为20-10000Hz。更优选地，所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号中的任一个的频率范围为30-2000Hz。

在一些实施方案中，所述第一交流电压信号的幅值范围为10-100V。在优选实施方案中，所述第一交流电压信号的驱动时长为0.01-100s。

在一些实施方案中，所述第二交流电压信号的幅值范围为20-500V。在优选实施方案中，所述第二交流电压信号的驱动时长不小于0.01s。

本发明公开的电控双稳态调光器件的驱动方法，利用各种波形的交流电，通过选择合适的电压幅值、频率及驱动时长范围，可使调光器件实现透过态和雾态两种稳态的快速转化，并降低透过态的雾度，提高雾态的雾度和均一性，同时可增加雾态和透过态的稳定性。

附图说明

通过参照对本发明的实施方案的图示说明可以更好地理解本发明，在附图中：

图1是本发明公开的电控双稳态调光器件的结构示意图。

图2是本发明公开的电控双稳态调光器件的两个稳态的原理示意图。

图3是本发明公开的驱动方法的示意图。

图4是用于驱动的交流电压的可选波形：(a)梯形波；(b)阶梯波。

图5是本发明实施例中驱动时长对透过态雾度影响的曲线示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，为了达到解释说明的目的以对本发明有一个全面的认识，阐述了大量的具体细节，然而，很明显的，对本领域技术人员而言，无需这些具体细节也可以实现本发明。在其他示例中，公知的结构和装置在方框图表中示出。在这方面，所举的说明性的示例实施方案仅为了说明，并不对本发明造成限制。因此，本发明的保护范围并不受具体实施方案所限，仅以所附的权利要求书的范围为准。

本发明所公开的驱动方法是针对电控双稳态调光器件的，其结构如图1所示。该电控双稳态调光器件包括上透明基板101和下透明基板102，在这两个透明基板内表面分别设置有上透明电极103和下透明电极104，上透明电极103和下透明电极104与驱动控制装置106相连接。在上透明基板101和下透明基板102之间设有液晶层105。上透明基板101和下透明基板102的材质可为玻璃和/或硬性或柔性的聚合物材料(如PET、PEN、PC等，然而本发明不限于此，亦可以采用透光率符合要求的其他材料)。上透明电极103和下透明电极104可以如图1所示形成透明导电薄膜覆盖在上透明基板101和下透明基板102的整个内表面，也可以根据需要进一步刻蚀形成特定形状的电极，或分割成相应的若干电极。透明导电薄膜的材质包括氧化铟锡(ITO)、氧化铟、氧化锡、氧化锌或其他符合要求的材料。

液晶层105包含液晶组合物，液晶组合物包括双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物。其中双介晶化合物指分子中包含两个介晶基元的液晶化合物，即具有两个可诱导液晶相能力的基团。由于手性化合物的存在，液晶组合物形成胆甾相液晶(手性向列相)状态，具有双稳态的特性。液晶层105的厚度可通过在上下透明基板之间添加间隔子来控制，厚度范围为5-60微米。

本发明的电控双稳态调光器件还可以包括配向层(未在图上显示)，配向层可位于上透明基板101和液晶层105之间，也可位于下透明基板102和液晶层105之间，或位于上透明基板101和液晶层105之间以及下透明基板102和液晶层105之间。配向层一般由取向剂固化形成，根据预倾角(即液晶分子在配向层上排列时，分子长轴方向与配向层表面所形成的的夹角)不同，配向层可分为IPS、TN、STN或VA型。

如图2所示，上述电控双稳态调光器件具有两种稳定状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，其具体驱动方法如图3所示，包括以下步骤：当调光器件为透过态，液晶层105中的液晶组合物呈平面态(如图2(a)所示)，液晶分子基本上平行于器件基板，其螺旋轴与器件基板相互垂直。在此状态下，入射光基本上不受影响地透射通过调光器件，调光器件呈现雾度很小的透过态。在上下透明电极之间施加第一交流电压信号，驱动液晶组合物至焦锥态(如图2(b)所示)，此时入射光基本上被散射，调光器件呈现雾度较大的雾态，从而实现透过态到雾态的转换。或者，当调光器件为雾态，液晶层105中的液晶组合物呈平面态，在上下透明电极之间施加第二交流电压信号，驱动液晶组合物转化至中间态，此时液晶组合物处于亚稳态状态；然后快速使电压降至0V，此时液晶组合物从中间亚稳定状态弛豫至稳定的平面态，调光器件呈现稳态的透过态，从而实现雾态至透过态的转换。其中电压降至0V的时间不能大于0.1s，否则液晶组合物会直接变为焦锥态，调光器件又会回到起始状态，将不能实现雾态到透过态的转换。弛豫时长受液晶层105的厚度和组成影响。调光器件的两种稳定状态不需要外加电场来维持，可实现零电场下的双稳态。

在实际应用中，第一交流电压信号和第二交流电压信号的波形包括正弦波(如图3所示)、方波、梯形波(如图4(a)所示)、三角波或阶梯波(如图4(b)所示)。第一交流电压信号和第二交流电压信号的频率在驱动过程中是一设定值，该设定值的范围由调光器件液晶层105的厚度和组成决定。对于本发明的液晶组合物的组成和调光器件的结构，电压信号频率的范围可为20-10000Hz，频率太低会引起调光器件的闪烁现象，频率太高会增加驱动功耗，更严重会无法驱动调光器件。更优选地，电压信号的频率范围为30-2000Hz。

第一交流电压信号和第二交流电压信号的幅值受液晶组合物的组成及调光器件的结构影响，对于本发明的条件，第一交流电压信号的幅值V1范围为10-100V，驱动时长t1为0.01-100s，此时调光器件的雾态的雾度均可达到88％以上。如果驱动时长过低，雾态的稳定性较差；如果驱动时长过高，雾态的雾度会降低。第二交流电压信号的幅值V2范围为20-500V，驱动时长t2不小于0.01s，此时调光器件的透过态的雾度不大于3％。当驱动时长过小，液晶层105的液晶组合物进入中间态不完全，易出现局部雾化现象，从而增加透过态的雾度，使透过态的清澈度不够。

下面通过具体实施例来描述本发明的驱动方法。其中透过态和雾态的雾度使用WGT-S型雾度仪来测量。

以下各实施例中，液晶组合物的配方如表1所示。

表1：液晶组合物配方

实施例1

本实施例中调光器件的结构包括上下透明基板、上下透明电极、上下配向层及液晶层。其中透明基板为透明玻璃，透明电极为ITO电极，配向层为VA型配向层，且通过摩擦取向法进行取向。液晶层中液晶组合物的配方如表1所示，液晶层的厚度为22微米。通过驱动控制装置在两个ITO电极之间施加频率100Hz正弦波电压信号，调节电压幅值和驱动时长控制玻璃在透过态、雾态之间切换。

在雾态下，驱动电压是幅值为135V的驱动电压，液晶层中液晶组合物转变为中间态，驱动一段时间，调光玻璃变得完全透明，此时的透明度比平面态更高，几乎没有雾度，但是为亚稳态状态；当调光器件完全进入中间态后，电压快速降为0V，液晶组合物将从中间态弛豫到平面态，此时调光器件为稳定的透过态。图5显示在不同驱动时长下，透过态的雾度随时间的变化，可以看出当驱动时间不小于0.4s，透过态的雾度比较稳定并可达到较低的值。

在透过态下，施加电压幅值为65V的驱动电压，液晶层中的液晶组合物开始波动，持续一段时间断电，液晶组合物转变为焦锥态，此时调光器件为雾态。表2是以不同驱动时长交替驱动并测试在本实施例的条件下制备的两个调光器件样品所得到的雾态雾度，从数据可以看出，本实施例的驱动条件下，雾态的雾度均＞90％。

表2：雾态的雾度

实施例2

本实施例中调光器件的结构包括上下透明基板、上下透明电极及液晶层。其中透明基板为透明玻璃，透明电极为ITO电极，通过摩擦取向法进行取向。液晶层中液晶组合物的配方如表1所示，液晶层的厚度为20微米。通过驱动控制装置在两个ITO电极之间施加频率100Hz正弦波电压信号，调节电压幅值和驱动时长控制玻璃在透过态、雾态之间切换。

在雾态下，驱动电压幅值为130V的驱动电压，液晶层中液晶组合物转变为中间态，驱动时长为1s，调光玻璃变得完全透明，此时的透明度比平面态更高，几乎没有雾度，但是为亚稳态状态；当调光器件完全进入中间态后，电压快速降为0V，液晶组合物将从中间态弛豫到平面态，此时调光器件为稳定的透过态，各处的雾度均≤3％。

在透过态下，施加电压幅值为60V的驱动电压，液晶层中的液晶组合物开始波动，持续一段时间断电，液晶组合物转变为焦锥态，此时调光器件为雾态。表3是用不同驱动时长交替驱动后，所测试的调光器件各处的雾态雾度，从数据可以看出，本实施例的驱动条件下，雾态的雾度均＞91％。

表3：雾态的雾度

实施例3

本实施例中调光器件的结构包括上下透明基板、上下透明电极、上下配向层及液晶层。其中透明基板为透明玻璃，透明电极为ITO电极，配向层为VA型配向层，通过摩擦取向法进行取向。液晶层中液晶组合物的配方如表1所示，液晶层的厚度为15微米。通过驱动控制装置在两个ITO电极之间施加频率100Hz正弦波电压信号，调节电压幅值和驱动时长控制玻璃在透过态、雾态之间切换。

在雾态下，驱动电压幅值为100V的驱动电压，液晶层中液晶组合物转变为中间态，驱动时长为1s，调光玻璃变得完全透明，此时的透明度比平面态更高，几乎没有雾度，但是为亚稳态状态；当调光器件完全进入中间态后，电压快速降为0V，液晶组合物将从中间态弛豫到平面态，此时调光器件为稳定的透过态，其雾度为0.81％。

在透过态下，施加电压幅值为45V的驱动电压，液晶层中的液晶组合物开始波动，持续0.6s断电，液晶组合物转变为焦锥态，此时调光器件为雾态，其雾度为88.70％。

实施例4

本实施例中调光器件的结构包括上下透明基板、上下透明电极、上下配向层及液晶层。其中透明基板为透明玻璃，透明电极为ITO电极，配向层为VA型配向层，通过摩擦取向法进行取向。液晶层中液晶组合物的配方如表1所示，液晶层的厚度为50微米。通过驱动控制装置在两个ITO电极之间施加频率100Hz正弦波电压信号，调节电压幅值和驱动时长控制玻璃在透过态、雾态之间切换。

在雾态下，驱动电压幅值为300V的驱动电压，液晶层中液晶组合物转变为中间态，驱动时长为3s，调光玻璃变得完全透明，此时的透明度比平面态更高，几乎没有雾度，但是为亚稳态状态；当调光器件完全进入中间态后，电压快速降为0V，液晶组合物将从中间态弛豫到平面态，此时调光器件为稳定的透过态，其雾度为2.51％。

在透过态下，施加电压幅值为100V的驱动电压，液晶层中的液晶组合物开始波动，持续1s断电，液晶组合物转变为焦锥态，此时调光器件为雾态，其雾度为92.87％。

本发明所公开的双稳态调光器件中第一交流电压信号和第二交流电压信号除了幅值、驱动时长不同之外，两者的频率和波形也可以不同，只要能够达到本发明的效果，在实际驱动过程中不受限制。

本发明所公开的双稳态调光器件中的液晶组合物包括本领域技术人员熟知的双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物。应当理解的是，本发明公开的液晶组合物的配方仅是示例性而非限制性的。

尽管已经在上面以细节描述了数个示例性实施方案，但是所公开的实施方案仅是示例性而非限制性的，并且本领域技术人员将容易意识到，在示例性实施方案中很多其他修改、改动和/或替换是可能的，而不实质偏离本公开的新颖性教导和优点。因此，所有这些修改、改动和/或替换意图被包括在如所附权利要求书所限定的本公开的范围内。

Claims (9)

1.一种电控双稳态调光器件的驱动方法，所述电控双稳态调光器件包括上透明基板和下透明基板，所述上透明基板和所述下透明基板各自的内表面设置有上透明电极和下透明电极，以及夹在所述上透明基板和所述下透明基板之间的液晶层，所述液晶层由包括双介晶化合物、向列相液晶化合物和手性化合物的液晶组合物组成，所述上透明电极和所述下透明电极二者与驱动控制装置相连接，所述电控双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态，所述驱动方法包括以下步骤：

所述电控双稳态调光器件为所述透过态时，通过所述动控制装置在所述上透明电极和所述下透明电极之间施加第一交流电压信号，驱动所述液晶组合物至焦锥态，所述电控双稳态调光器件由所述透过态转换为所述雾态；

或

所述电控双稳态调光器件为所述雾态时，通过所述动控制装置在所述上透明电极和所述下透明电极之间施加第二交流电压信号，并且使第二交流电压信号的幅值降至0V，使得所述液晶组合物弛豫至平面态，所述电控双稳态调光器件由所述雾态转换为所述透过态；

其中在使所述第二交流电压信号的幅值降至0V的步骤中，所述第二交流电压信号的幅值降至0V的时间不大于0.1s。

2.如权利要求1所述的驱动方法，所述上透明基板与所述液晶层之间和/或所述下透明基板与所述液晶层之间设置至少一层配向层。

3.如权利要求1或2所述的驱动方法，所述液晶层的厚度为5-60微米。

4.如权利要求1或2所述的驱动方法，所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号中的任一个的波形包括正弦波、方波、梯形波、三角波或阶梯波。

5.如权利要求4所述的驱动方法，所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号中的任一个的频率范围为20-10000Hz。

6.如权利要求1或2所述的驱动方法，所述第一交流电压信号的幅值范围为10-100V。

7.如权利要求6所述的驱动方法，所述第一交流电压信号的驱动时长为0.01-100秒。

8.如权利要求1或2所述的驱动方法，所述第二交流电压信号的幅值范围为20-500V。

9.如权利要求8所述的驱动方法，所述第二交流电压信号的驱动时长不小于0.01秒。