CN110824751A - 液晶调光器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶调光器件及其制备方法，该液晶调光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，第一透光导电基板和第二透光导电基板的相对面上均设有垂直取向层；第一透光导电基板和/或第二透光导电基板上与垂直取向层贴合的表面具有起伏形貌结构；第一透光导电基板和第二透光导电基板之间具有调节区，调节区内填充有负性液晶。通过以上方式，本发明液晶调光器件制备过程简单，耗时短，能够降低生产成本，提高器件的使用寿命。

Description

液晶调光器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其是涉及一种液晶调光器件及其制备方法。
背景技术
目前，智能液晶调光玻璃广泛应用于室内空间隔断，浴室、卫生间隔断和投影屏幕等。现有的智能液晶调光玻璃大都基于聚合物网络体系，主要有聚合物分散液晶(PDLC)或聚合物稳定液晶(PSLC)体系，其通过通电、断电调节液晶分子的转向，进而调节光线的透射、反射和散射，实现模糊态和透光态的转变，然而不管是PDLC还是PSLC都含有聚合物网络，需要使用聚合物材料，由于聚合物材料的价格较高，使得液晶调光玻璃的价格一直居高不下，其价格为每平方米数千元人民币，同时由于存在聚合反应等过程，造成了制备过程耗时久，且伴随着有机聚合物的老化现象，大大降低了调光玻璃的使用寿命。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种液晶调光器件及其制备方法，该电响应液晶调光器件的生产成本低，使用寿命长。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的第一方面，提供一种液晶调光器件，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和所述第二透光导电基板的相对面上均设有垂直取向层；所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板上与所述垂直取向层贴合的表面具有起伏形貌结构；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间具有调节区，所述调节区内填充有负性液晶。
根据本发明的一些实施例，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板上与所述垂直取向层贴合的表面均具有起伏形貌结构。
根据本发明的一些实施例，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板的表面上起伏形貌结构相同。
根据本发明的一些实施例，所述起伏形貌的周期为0.5μm～50μm，高度为100nm～2000nm。
根据本发明的一些实施例，所述调节区的高度为3um～50um。调节区中还可填充用于支撑间隔所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板的间隔体。
根据本发明的一些实施例，所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板包括依次层叠设置透光基板、导电层和起伏形貌结构层。
根据本发明的一些实施例，所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板包括依次层叠设置透光基板和导电层；所述导电层的表面呈起伏形貌结构。
根据本发明的一些实施例，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板电性连接。
另外，负性液晶具体可采用负性液晶HNG30400-200；垂直取向层的材质具体可采用聚酰亚胺；导电层可为ITO导电层。
本发明的第二方面，提供一种第一方面所提供的任一种液晶调光器件的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备第一透光导电基板，包括：在第一透光基板的表面制备第一导电层；而后在所述第一导电层上背离所述第一透光基板的表面制备起伏形貌结构层，形成表面具有起伏形貌结构的第一透光导电基板；
S2、取或制备第二透光导电基板；
S3、在第一透光导电基板上的起伏形貌结构层表面设置第一垂直取向层；以及在第二透光导电基板上设置第二垂直取向层；
S4、将所述第一透光导电基板上设有第一垂直取向层的表面与第二透光导电基板上设有第二垂直取向层的表面相对设置，制备液晶盒；
S5、取负性液晶填充于所述液晶盒内，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间形成调节区。
以上步骤S1中，在第一导电层上背离第一透光基板的表面设置起伏形貌结构层，具体可通过以下方法实现：
a、在第一导电层上背离第一透光基板的表面设置一层树脂聚合物层；树脂聚合物层的原料包括基材聚合物、单体和光引发剂，单体具体可为光致聚合单体或交联单体；基材聚合物可选用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸苄酯(PBMA)中的至少一种；单体可为多官能团丙烯酸酯；具体可将树脂聚合物层的以上原料与适量溶剂混合，形成聚酯树脂溶液，基材聚合物、单体、光引发剂和溶剂的质量比可为(5～10)：(5～10)：(1～3)：(20～30)；
b、在树脂聚合物层上设置具有特定图案的光刻板，进行曝光、固化，形成起伏形貌结构层。光刻板的图案栅距一般为2um～30um。曝光过程具体可选择曝光剂量为100-3000mJ/cm2，最终形成的起伏形貌结构层的高度一般为100nm～2000nm。
以上起伏形貌结构层主要通过使树脂聚合物层发生光致聚合或光致交联反应，即通过接触光刻板进行曝光，可聚合单体或交联单体与被激活的光引发剂的自由基聚合，进而产生起伏形貌结构，所形成的起伏形貌结构稳定。
根据本发明的一些实施例，步骤S2中，所述制备第二透光导电基板包括：在第二透光基板的表面制备第二导电层；而后在所述第二导电层上背离所述第二透光基板的表面制备起伏形貌结构层，形成表面具有起伏形貌结构的第二透光导电基板；
步骤S3中，在所述在第二透光导电基板上设置第二垂直取向层具体为：在第二透光导电基板上的起伏形貌结构层表面设置第二垂直取向层。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供了一种液晶调光器件，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板和第二透光导电基板的相对面上均设有垂直取向层；第一透光导电基板和/或第二透光导电基板上与垂直取向层贴合的表面具有起伏形貌结构；第一透光导电基板和第二透光导电基板之间具有调节区，调节区内填充有负性液晶。通过以上方式，在调节区内填充负性液晶，而不含聚合物网络，可避免由于聚合物网络体系在器件通电、断电过程中不停地进行转化、拉伸，而加重有机聚合物的老化，降低调光器件的使用寿命的问题；其可减少生产耗时，降低生产成本，且器件的使用寿命长。以上液晶调光器件在未通电状态下，负性液晶在垂直取向层的诱导下呈垂直于透光导电基板的单畴排列，可见光能穿透第一透光导电基板和第二透光导电基板透射出来，呈现透光状态；若在第一透光导电基板和第二透光导电基板之间施加电压，在电场作用下，负性液晶会向垂直于电场方向转向，由于第一透光导电基板和/或第二透光导电基板的表面具有起伏形貌结构，使得负性液晶转向后呈平行于透光导电基板的多畴排列，光散射增强，液晶调光器件可从光透射状态转为光散射状态，从而可通过电压调制实现光调节。
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是实施例1液晶调光器件的制备过程示意图；
图2是实施例1液晶调光器件的制备过程所采用条纹光刻板的结构示意图；
图3是实施例1中所制得的起伏形貌结构层的结构示意图；
图4是实施例1液晶调光器件在未通电状态下的结构示意图；
图5是实施例1液晶调光器件在通电状态下的结构示意图；
图6是实施例2液晶调光器件的制备过程所采用格子光刻板的结构示意图；
图7是实施例3液晶调光器件的制备过程所采用棋盘光刻板的结构示意图；
图8是实施例1和对比例1所制得液晶调光器件通电过程光透射率随电压的变化曲线图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思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
一种液晶调光器件，如图1所示，其制备方法包括以下步骤：
S1、配置树脂组合物溶液，包括：按照质量比10:10:1:30取聚合物聚甲基丙烯酸甲酯、二季戊四醇五丙烯酸酯单体、光引发剂Irgacure 819和溶剂丙二醇单甲醚乙酸酯，将以上原料混合，而后加热至100℃，搅拌30min使单体和聚合物溶解，形成树脂聚合物溶液。
S2、如图1中(a)所示，裁剪制备一块透光基板11，透光基板11具体可选用玻璃材料的基板，然后在透光基板11上制备一层导电层12，导电层12可为ITO电极膜层；然后在导电层12上背离透光导电基板11的表面旋涂一层步骤S1所制得的树脂聚合物溶液，旋涂速度为800rpm/min；将样品置于80℃下干燥10min，以去除溶剂，而后冷却至室温，在导电层12上形成一层树脂聚合物薄膜层13’；而后如图1中(b)所示，在树脂聚合物薄膜层13’上设置具有5μm栅距的条纹光刻板14，如图2所示，条纹光刻板14包括透光部分141和不透光部分142，以按条纹光刻板14的结构图案对树脂聚合物薄膜层13’进行覆盖遮挡，将样品暴露于经校准的UV(紫外光)光源进行曝光，曝光剂量为625mJ/cm2；而后将样品在120℃条件下加热10min；从而产生表面起伏形貌，如图1中(c)所示；再如图1中(d)所示，采用UV光在110℃下进行整体曝光，从而固定样品，得到表面设有起伏形貌结构层13(如图3所示)的第一透光导电基板。
S3、按照与步骤S2相同的操作方法，制备表面具有起伏形貌结构层的第二透光导电基板，第一透光导电基板和第二透光导电基板表面的起伏形貌结构层形貌可以相同，也可以不同。
S4、在第一透光导电基板和第二透光导电基板上的起伏形貌结构层表面制备垂直取向层，垂直取向层的材料可采用聚酰亚胺。而后通过UV固化胶以及10μm的间隙子设置封装边框，封装制得液晶盒；
S5、在100℃的加热台上将负性液晶HNG30400-200(购买至江苏和成显示科技股份有限公司)通过毛细管力填充到液晶盒中，保温30min，使得负性液晶能够很好的取向，制得液晶调光器件。
以上所制得液晶调光器件的具体结构如图4所示，包括相对设置的第一透光导电基板和第二透光导电基板，第一透光导电基板包括依次层叠设置的第一透光基板11和第一导电层12，第一导电层12上背离第一透光基板11的表面上设有第一起伏形貌结构层13；第二透光导电基板包括依次层叠设置的第二透光基板21和第二导电层22，第二导电层22上背离第二透光基板21的表面上设有第二起伏形貌结构层23；第一起伏形貌结构层13的表面设有第一垂直取向层14，第二起伏形貌结构层23的表面设有第二垂直取向层24；第一垂直取向层14和第二垂直取向层24相对设置；第一透光导电基板和第二透光导电基板之间设有封装胶框3，封装胶框3将第一透光导电基板和第二透光导电基板之间封装形成调节区4，调节区4内填充有负性液晶5。
以上液晶调光器件，在未通电状态下，负性液晶5在第一垂直取向层14和第二垂直取向层24的诱导下发生垂直于第一透光导电基板和第二透光导电基板的取向排列，可见光能够从穿透第一透光导电基板和第二透光导电基板透射出来，从而呈透光状态。
可采用以上液晶调光器件进行光调节，具体方法包括：参见图5，在液晶调光器件的第一导电层12和第二导电层22之间接入电源组件，电源组件具体采用交流电源，交流电源上集成有电压调节装置，可对电源电压直接进行调节，电源组件的两极分别与第一导电层12和第二导电层22电性连接；通过电源组件向第一导电层12和第二导电层22之间施加电压，由于负性液晶5的分子长轴方向的介电常数小于分子短轴方向的介电常数，在电场作用下，负性液晶5会由未通电状态下垂直于透光导电基板的取向排列向垂直于电场方向转向；由于第一导电层12表面设有第一起伏形貌结构层13，以及第二导电层22表面设有第二起伏形貌结构层23，使得负性液晶5转向后呈平行与透光导电基板的多畴排列，光散射增强，调光器件从光透射状态转为光散射状态，调光器件呈不透明状态，即模糊状态。
实施例2
一种液晶调光器件，其制备方法与实施例1中液晶调光器件的制备方法类似，不同之处在于：本实施例在制备表面具有起伏形貌结构的透光导电基板时采用5μm栅距的格子光刻板，光刻板的具体结构如图6所示；另外，本实施例液晶调光器件还包括电源组件，电源组件具体为交流电源，交流电源上集成有电压调节装置，电源组件的两极分别与两块透光导电基板上的导电层电性连接。
本实施例液晶调光器件与实施例1液晶调光器件的结构大体相同，不同点在于：本实施例液晶调光器件还包括电源组件，电源组件的两级分别与两块透光导电基板上的导电层电性连接；且两块透光导电基板上的伏形貌结构层呈格子形。
实施例3
一种液晶调光器件，其制备方法与实施例1中液晶调光器件的制备方法类似，不同之处在于：本实施例中，采用二季戊四醇六丙烯酸酯代替二季戊四醇五丙烯酸酯单体；且在制备表面具有起伏形貌结构的透光导电基板时采用5μm栅距的棋盘形光刻板，光刻板的具体结构如图7所示。
本实施例液晶调光器件与实施例1液晶调光器件的结构大体相同，不同点在于：本实施例液晶调光器件中两块透光导电基板上的伏形貌结构层呈棋盘形。
实施例4
一种液晶调光器件，其制备方法包括以下步骤：
S1、裁剪制备一块透光基板，透光基板具体可选用玻璃材料的基板，然后在透光基板上制备一层导电层，导电层的表面呈波浪状起伏形貌结构，制得表面具有起伏形貌结构的第一透光导电基板；
S2、裁剪制备另一块透光基板，然后在透光基板上制备一层导电层，制得第二透光导电基板；
S3、在第一透光导电基板和第二透光导电基板上的导电层表面制备垂直取向层；而后将第一透光导电基板和第二透光导电基板上具有垂直取向层的表面相对设置，封装制备液晶盒；
S4、在100℃的加热台上将负性液晶HNG30400-200填充到液晶盒中，保温30min，制得液晶调光器件。
以上所制得的液晶调光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，第一透光导电基板包括层叠设置的第一透光基板和第一导电层，第一导电层的表面具有波浪状起伏形貌结构；第二透光导电基板包括层叠设置的第二透光基板和第二导电层；第二导电层和第二导电层的表面均设有垂直取向层，两垂直取向层相对设置，第一透光导电基板和第二透光导电基板之间形成调节区，调节区内填充有负性液晶。
对比例1
一种液晶调光器件，其制备方法包括以下步骤：
S1、裁剪制备一块透光基板，透光基板具体可选用玻璃材料的基板，然后在透光基板上制备一层ITO导电层，得到第一透光导电基板；
S2、采用与步骤S1相同的方法，制得第二透光导电基板；
S3、在第一透光导电基板和第二透光导电基板上的导电层表面制备聚酰亚胺垂直取向层；而后将第一透光导电基板和第二透光导电基板上具有聚酰亚胺垂直取向层的表面相对设置，通过UV固化胶以及10μm的间隙子设置封装边框封装制备液晶盒；
S4、在100℃的加热台上将负性液晶HNG30400-200(购买至江苏和成显示科技股份有限公司)通过毛细管力填充到液晶盒中，保温30min，制得液晶调光器件。
本对比例所制得的液晶调光器件包括相对设置的两块透光导电基板，两块透光导电基板均包括层叠设置的透光基板、导电层和垂直取向层，两垂直取向层相对设置，两块透光导电基板之间形成调节区，调节区内填充有负性液晶。
采用与实施例1中相同的方法，将液晶调光器件与电源组件连接；分别测试实施例1和对比例1中液晶调光器件在通电过程中光透射率随电压的变化，所得结果如图8所示。由图8可知，透光导电基板表面不具有起伏形貌结构的对比例1液晶调光器件，随着电压的增加，调光器件的光透射率几乎不变；而实施例1液晶调光器件，由于透光导电基板的表面具有表面起伏形貌，其光透射率可随着电压增加而降低，其原因在于透光导电基板表面的起伏形貌结构会限制负性液晶分子的转动，导致在对液晶调光器件施加电压时负性液晶分子的指向矢不同，进而可实现光调节。
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 (10)

1.一种液晶调光器件，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和所述第二透光导电基板的相对面上均设有垂直取向层；所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板上与所述垂直取向层贴合的表面具有起伏形貌结构；所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间具有调节区，所述调节区内填充有负性液晶。
2.根据权利要求1所述的液晶调光器件，其特征在于，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板上与所述垂直取向层贴合的表面均具有起伏形貌结构。
3.根据权利要求2所述的液晶调光器件，其特征在于，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板的表面上起伏形貌结构相同。
4.根据权利要求1所述的液晶调光器件，其特征在于，所述起伏形貌结构的周期为0.5μm～50μm，高度为100nm～2000nm。
5.根据权利要求1所述的液晶调光器件，其特征在于，所述调节区的高度为3um～50um。
6.根据权利要求1至5任一项所述的液晶调光器件，其特征在于，所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板包括依次层叠设置透光基板、导电层和起伏形貌结构层。
7.根据权利要求1至5任一项所述的液晶调光器件，其特征在于，所述第一透光导电基板和/或所述第二透光导电基板包括依次层叠设置透光基板和导电层；所述导电层的表面呈起伏形貌结构。
8.根据权利要求1至5任一项所述的液晶调光器件，其特征在于，还包括电源组件，所述电源组件的两极分别与所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板电性连接。
9.权利要求1至8中任一项所述液晶调光器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备第一透光导电基板，包括：在第一透光基板的表面制备第一导电层；而后在所述第一导电层上背离所述第一透光基板的表面制备起伏形貌结构层，形成表面具有起伏形貌结构的第一透光导电基板；
S2、取或制备第二透光导电基板；
S3、在第一透光导电基板上的起伏形貌结构层表面设置第一垂直取向层；以及在第二透光导电基板上设置第二垂直取向层；
S4、将所述第一透光导电基板上设有第一垂直取向层的表面与第二透光导电基板上设有第二垂直取向层的表面相对设置，制备液晶盒；
S5、取负性液晶填充于所述液晶盒内，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板之间形成调节区。
10.根据权利要求9所述液晶调光器件的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述制备第二透光导电基板包括：在第二透光基板的表面制备第二导电层；而后在所述第二导电层上背离所述第二透光基板的表面制备起伏形貌结构层，形成表面具有起伏形貌结构的第二透光导电基板；
步骤S3中，在所述在第二透光导电基板上设置第二垂直取向层具体为：在第二透光导电基板上的起伏形貌结构层表面设置第二垂直取向层。
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