CN110908204A - 一种磁响应液晶智能窗 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁响应液晶智能窗，包括相对设置的两块基板，每块所述基板均包括透光基板和取向层，两块所述基板的取向层相对设置，在两块所述基板之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括磁性粒子和主体液晶，在至少一块所述基板的透光基板和取向层之间设置有图案化电极，所述图案化电极能够在通电时产生磁场。相较于传统的电驱动的智能窗，本发明磁响应智能窗在直流电和交流电下均能够使用，并且由于不采用在上下导电层之间接入电源的方式，避免了导电层击穿的危险，无需在智能窗上接入较高的电压，具有较好的经济性和安全性，应用场景更加丰富，在车窗玻璃，家居玻璃窗，玻璃幕墙等领域有着较好的应用前景。

Description

一种磁响应液晶智能窗
技术领域
本发明涉及智能窗技术领域，尤其是涉及一种磁响应液晶智能窗。
背景技术
随着环保、节能日益受到重视，能源的合理利用与节能产品的研制开发取得显著的进展。在这种背景下，80年代前期首先提出将电致变色材料应用于建筑物、汽车、飞机等节能采光系统中，形成能动态调节太阳辐射能透过率的“智能窗”。直到现在，智能窗的研究及应用仍是研究的热点之一。智能窗作为智能家居的组成部分，近年来吸引了广泛的注意力，液晶智能窗可以根据使用者的需求在透明和模糊状态之间转换，实现保护隐私和采光之间的平衡。
传统的电响应智能窗需要在上下两基板的导电层之间接入电压，当电压过高时容易发生导电层击穿的危险，此外有些电响应智能窗只能通过直流电源进行驱动，无法直接适用家庭交流电的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种磁响应液晶智能窗。
本发明所采取的技术方案是：
本发明提供一种磁响应液晶智能窗，包括相对设置的两块基板，每块所述基板均包括透光基板和取向层，两块所述基板的取向层相对设置，在两块所述基板之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括磁性粒子和主体液晶，在至少一块所述基板的透光基板和取向层之间设置有图案化电极，所述图案化电极能够在通电时产生磁场。
优选地，所述图案化电极在通电时接入的电压为15～200V。
优选地，所述图案化电极为环形电极或矩形电极。
优选地，所述磁性粒子的粒径为5nm～1μm。
进一步优选地，所述磁性粒子为Fe3O4、Co3O4中的至少一种。
优选地，在所述液晶混合物中所述磁性粒子的质量分数为0.05％～5％。
优选地，所述图案化电极与所述取向层之间还设置有透光绝缘层。设置透光绝缘层的目的是为了隔绝液晶混合物与图案化电极直接接触，避免图案化电极对液晶混合物的干扰，防止通电导致液晶排列的紊乱和防治液晶形成焦锥态。
进一步优选地，所述透光绝缘层的材料为PET(聚酯)、PI(聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)中的任一种。
优选地，在两块所述基板中的其中一块基板的透光基板和取向层之间设置图案化电极。
优选地，所述主体液晶为正性液晶或负性液晶。
优选地，所述取向层为垂直取向层或平行取向层。
优选地，所述液晶混合物填充的厚度为1.5μm～500μm。
本发明的有益效果是：
本发明实施例提供了一种磁响应液晶智能窗，在至少一块基板的透光基板与取向层之间设置图案化电极，当图案化电极未接通电源时，图案化电极不产生磁场，主体液晶在取向层的作用下呈长程有序排列，对光的透过无影响，此时磁响应智能窗为透明状态，当图案化电极接通电源时能够产生磁场，在磁场作用下液晶混合物中磁性粒子发生运动，从而带动主体液晶发生湍流和扰动，使得主体液晶分子呈长程无序排列，对入射光具有强烈的散射作用，此时磁响应智能窗为模糊状态，当关闭电源后，在取向层的作用下，液晶混合物中的液晶分子重新排列为长程有序状态，磁响应智能窗恢复为透明状态。相较于传统的电驱动的智能窗，由于图案化电极在直流电和交流电下均能够产生磁场，因而磁响应智能窗在直流电和交流电下均能够使用，并且由于不采用在上下导电层之间接入电源的方式，避免了导电层击穿的危险，无需在智能窗上接入较高的电压，具有较好的经济性和安全性，应用场景更加丰富，在车窗玻璃，家居玻璃窗，玻璃幕墙等领域有着较好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1中磁响应液晶智能窗的结构示意图；
图2为实施例1中使用的图案化电极的俯视图；
图3为图2中A部分的截面示意图；
图4为实施例1中图案化电极未产生磁场时主体液晶的排列示意图；
图5为实施例1中图案化电极产生磁场时主体液晶发生湍流和扰动示意图；
图6为实施例2中使用的图案化电极的结构示意图；
图7为实施例3中取向层为垂直取向层时，图案化电极未产生磁场时主体液晶的排列示意图；
图8为实施例4中磁响应液晶智能窗的结构示意图；
图9为实施例5中磁响应液晶智能窗的结构示意图。
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
参见图1，本实施例提供一种磁响应液晶智能窗，包括相对设置的基板一1和基板二2，所述基板一1包括透光基板一11和取向层一12，所述基板二2包括透光基板二21和取向层二22，所述基板一1的取向层12与所述基板二2的取向层二22相对设置，在所述基板一1的透光基板一11和取向层一12之间设置有图案化电极3，所述图案化电极3能够在通电时产生磁场，所述基板一1和所述基板二2之间填充有液晶混合物4，所述液晶混合物4包括磁性粒子41和主体液晶42。本实施例中取向层一12和取向层二22均为平行取向层，本实施例中使用的磁性粒子41为Fe3O4，粒径为5nm，主体液晶42为正性液晶，正性液晶为E7，购自江苏合成显示科技有限公司，HCCH，液晶混合物填充的厚度为400μm。
图案化电极3在接入电源组件后，接入电源为交流电源，可产生变化的电流，进而引起图案化电极3产生可变化的磁场，本实施例中使用的图案化电极3的俯视图如图2所示，图案化电极3为由多个环状单电极(图2中显示7个)形成的环形电极，最中心的圆环半径R＝0.5cm，图中h1＝0.5cm，h2＝0.2cm，图2中A部分的截面示意图如图3所示，在透光基板一11上设置有对个环状单电极31形成的图案化电极，单个环状单电极的宽度w＝400μm，相邻两个环状单电极的间隔s＝400μm。
当图案化电极3未接通电源时，如图4所示，图案化电极3未产生磁场，液晶混合物4中的主体液晶42平行于基板排列，磁性粒子41分散在主体液晶42中，此时液晶智能窗为透明状态。
当图案化电极3接入15V电压时，如图5所示，图案化电极3会形成环形电流，从而产生变化的磁场，液晶混合物4中磁性粒子41在变化的磁场作用下运动，导致主体液晶42发生湍流和扰动，使主体液晶42分子呈无序排列，对入射光具有强烈的散射作用，此时液晶智能窗为模糊状态，当关闭电源后，磁场消失，磁性粒子运动基本停止，主体液晶在取向层的作用下重新排列为长程有序状态，液晶智能窗恢复到透明状态。
上述本实施例提供的磁响应液晶智能窗，按照以下步骤制备：
取100质量份的磁性纳米颗粒与正己烷的混合物，其中含磁性纳米颗粒0.5质量份；取100质量份的主体液晶置于棕色瓶中，加入上述磁性纳米颗粒与正己烷的混合物，在常温下搅拌20min，然后置于温度设置为80℃的真空烘箱中24h，将正己烷蒸发，制成液晶混合物。
取透光基板一和透光基板二(如玻璃)，经过清洗、臭氧氧化。取透光基板一干燥后放入电子束蒸发镀膜机中，抽真空，以此蒸镀
Figure BDA0002279570580000041
的铬层和
Figure BDA0002279570580000042
的金层，升温至300℃热处理。旋涂1μm～2μm的光刻胶，利用环电极图形的光刻板进行紫外曝光处理光刻，湿法腐蚀，得到附有图案化电极的透光基板一；在透光基板一上制备有图案化电极的一面旋涂、摩擦后制成附着有平行取向层的基板一，再在透光基板二上旋涂、摩擦制成附着有平行取向层的基板二，将两块附着有平行取向层的基板一和基板二按照摩擦方向相反的方式使用掺杂有间隔子的紫外固化胶粘合，并在功率为100W的紫外面光源中照射60s，使紫外固化胶固化，从而制成液晶盒。
取液晶盒与液晶混合物，在60℃的热台上，将液晶混合物利用毛细吸力填充入液晶盒中，保持60℃一小时后，自然降温至室温，制成磁响应液晶智能窗。
本实施例中填充的液晶混合物中，磁性纳米颗粒的质量分数为0.5％，经实验测定，纳米磁性颗粒的质量分数在0.05～5％时制备得到的液晶智能窗也具有较好的磁响应调节光线明暗的效果。
实施例2
本实施例提供一种磁响应液晶智能窗，与实施例1相同，不同之处在于，在透光基板一上设置的图案化电极3为矩形电极。如图6所示，该图案化电极3为由多个矩状电极(图5中显示4个)形成的矩形电极，当图案化电极3接通电源时能够产生磁场。
实施例3
参见图7，本实施例提供一种磁响应液晶智能窗，与实施例1相同，不同之处在于，取向层一12和取向层二22均为垂直取向层，主体液晶42为负性液晶，负性液晶为HNG30400-200，购自江苏和成显示科技有限公司，HCCH，图案化电极3未接通电源产生磁场时，在垂直取向层的作用下，液晶混合物4中的主体液晶42呈垂直于基板的方向排列，磁性粒子41分散在主体液晶42中，此时液晶智能窗呈现透明状态。当图案化电极3接通交流电源时，图案化电极3产生磁场，磁性粒子41在磁场的作用下运动，带动主体液晶42发生湍流和扰动，液晶智能窗为模糊状态。通过控制图案化电极接入电源，可实现液晶智能窗在透明状态与模糊状态之间切换，通过控制图案化电极产生磁场的强度能够控制磁性粒子运动的快慢，从而调节主体液晶扰动的程度，进而调节液晶智能窗模糊状态的程度。
实施例4
参见图8，本实施例提供一种磁响应液晶智能窗，与实施例1相同，在图案化电极3与取向层一12之间还设置有透光绝缘层5。透光绝缘层5的材料包含但不限于PET(聚酯)、PI(聚酰亚胺)、PC(聚碳酸酯)，设置透光绝缘层能够隔绝液晶混合物与图案化电极直接接触，避免图案化电极对液晶混合物的干扰，防止通电导致液晶排列的紊乱，形成焦锥态。
实施例5
参见图9，本实施例提供一种磁响应液晶智能窗，与实施例1相同，不同之处在于，取向层二22为垂直取向层，在透光基板二21与取向层二22之间还设置有图案化电极3，即上下两个透光基板上均设置有图案化电极，将基板一1和基板二2接入电流方向一致的电源，上下两个基板的图案化电极产生磁场且叠加，磁性粒子41在磁场的作用下运动，带动主体液晶42发生湍流和扰动，液晶智能窗为模糊状态。通过控制图案化电极接入电源，可实现液晶智能窗在透明状态与模糊状态之间切换，通过控制图案化电极产生磁场的强度能够控制磁性粒子运动的快慢，从而调节主体液晶扰动的程度，进而调节液晶智能窗模糊状态的程度。当基板一1和基板二2接入电流方向相反的电源时，上下两个基板产生的磁场相互抵消，在垂直取向层的作用下，液晶混合物中的主体液晶42呈垂直于基板的方向排列，磁性粒子41分散在主体液晶42中，此时液晶智能窗呈现透明状态。

Claims (10)

1.一种磁响应液晶智能窗，其特征在于，包括相对设置的两块基板，每块所述基板均包括透光基板和取向层，两块所述基板的取向层相对设置，在两块所述基板之间填充有液晶混合物，所述液晶混合物包括磁性粒子和主体液晶，在至少一块所述基板的透光基板和取向层之间设置有图案化电极，所述图案化电极能够在通电时产生磁场。
2.根据权利要求1所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述图案化电极为环形电极或矩形电极。
3.根据权利要求1所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述磁性粒子的粒径为5nm～1μm。
4.根据权利要求1所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，在所述液晶混合物中所述磁性粒子的质量分数为0.05％～5％。
5.根据权利要求1-4任一项所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述图案化电极与所述取向层之间还设置有透光绝缘层。
6.根据权利要求5所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述透光绝缘层的材料为PET、PI、PC中的任一种。
7.根据权利要求1-4任一项所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，在两块所述基板中的其中一块基板的透光基板和取向层之间设置图案化电极。
8.根据权利要求1-4任一项所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述主体液晶为正性液晶或负性液晶。
9.根据权利要求1-4任一项所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述取向层为垂直取向层或平行取向层。
10.根据权利要求1-4任一项所述的磁响应液晶智能窗，其特征在于，所述液晶混合物填充的厚度为1.5μm～500μm。
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