CN111323975A - 具调光特性的光学薄膜及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具调光特性的光学薄膜及其制作方法。所述具调光特性的光学薄膜包括有上电极板、下电极板、负性胆甾相液晶、以及聚合物，其中所述聚合物以微球形状分散于所述胆甾相液晶中。本发明通过形成微球聚合物以及搭配负性胆甾相液晶的双稳态织构，进而制备出实现柔性与节能的具有调光特性的光学薄膜。

Description

具调光特性的光学薄膜及其制作方法
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及一种具调光特性的光学薄膜及其制作方法，以实现节能、柔性、以及具有多种调光特性的光学薄膜。
背景技术
随着可调节光学薄膜的发展，其在柔性显示、大型投影、建筑门窗、智能传感、写字板、电子标签、以及装饰等方面已展示出巨大的应用潜力。由于液晶/聚合物复合材料兼具液晶的外场响应特性以及聚合物的力学性能，使其发展成制备光学薄膜的典型材料，并且其还可以通过选择液晶的材料以及调控液晶与聚合物之间的界面作用来研制不同响应类型的光学薄膜。
目前应用液晶/聚合物复合材料的体系主要包括：
(1)具有多孔聚合物基体结构的聚合物分散液晶体系(如图1所示)：由于聚合物(一般而言具有柔性链结)基体的重量百分比含量通常不小于30％，因此所制备的光学薄膜具备有良好的力学性能，可以实现柔性光学薄膜的制备。但由于聚合物基体与液晶的强锚定作用，因此在此体系下只能制备出常态为光散射态以及施加电场后为光透过态的电控调光膜，不利于节能。
(2)具有取向性聚合物网络结构的聚合物稳定液晶体系：由于聚合物网络的重量百分比含量通常不大于5％，因此可以形成能够锚定住液晶方向的聚合物网络，并且制备出多种具有调光特性的光学薄膜。但由于聚合物网络的含量较低，无法实现柔性光学薄膜的制备。
因此，为了实现节能、柔性、以及具有多种调光特性的光学薄膜，有必要提出一种具调光特性的光学薄膜及其制作方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具调光特性的光学薄膜及其制作方法，以实现节能、柔性、以及具有多种调光特性的光学薄膜，解决现有技术存在的问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种具有调光特性的光学薄膜，包括：
上电极板；
下电极板，与所述上电极板相对设置；
负性胆甾相液晶，设置于所述上电极板与所述下电极板之间；及
聚合物，以微球形状分散于所述胆甾相液晶中，
其中，当对所述上电极板与所述下电极板施以高频率的电场时，所述具调光特性的光学薄膜由光散射态切换为选择性反射态，并且于零场下保持选择性反射态；以及
其中，当对所述上电极板与所述下电极板施以低频率的电场时，所述具调光特性的光学薄膜由选择性反射态切换为光散射态，并且于零场下保持光散射态。
进一步地，所述上电极板与所述下电极板为柔性电极板。
进一步地，所述聚合物包括任一的环氧-硫醇固化体系、环氧-胺固化体系、以及聚氨酯丙烯酸酯-硫醇固化体系。
为实现上述目的，本发明另一方面提供一种具有调光特性的光学薄膜的制作方法，其包括以下步骤：
将负性胆甾相液晶与聚合物均匀混合成高分子混合物；
将所述高分子混合物设置于上电极板与下电极板之间，并且通过辊对辊的方式将其辊压成膜；以及
加热使所述高分子混合物中的所述聚合物聚合，并于固化后得到所述具有调光特性的光学薄膜。
进一步地，所述上电极板与所述下电极板为柔性电极板。
进一步地，所述聚合物包括任一的环氧-硫醇固化体系、环氧-胺固化体系、以及聚氨酯丙烯酸酯-硫醇固化体系。
进一步地，所述高分子混合物包括重量百分比分别介于30％至80％的所述负性胆甾相液晶、以及20％至70％的所述聚合物。
进一步地，加热温度与时间分别为20℃至120℃以及10分钟至240分钟。
进一步地，所述高分子混合物还包括促进剂，其包括任一的叔胺类化合物以及酸酐类化合物。
进一步地，所述高分子混合物还包括重量百分比分别介于0.05％至2％的所述促进剂。
本发明通过形成微球聚合物以及搭配负性胆甾相液晶的双稳态织构，进而制备出实现柔性与节能的具有调光特性的光学薄膜。并且本发明是通过辊对辊的加工方式制备，能够有效降低具有调光特性的光学薄膜的生产和运输成本。可见，本发明具有十足的进步性。
附图说明
图1为现有技术的具有多孔聚合物基体结构。
图2A为本发明实施例的在选择性反射态下具调光特性的光学薄膜示意图。
图2B为本发明实施例的具有平面织构排列的负性胆甾相液晶示意图。
图3A为本发明实施例的在光散射态下具调光特性的光学薄膜示意图。
图3B为本发明实施例的具有焦锥织构排列的负性胆甾相液晶示意图。
图4为本发明实施例所提供的微球聚合物。
图5为本发明实施例的具调光特性的光学薄膜的制作方法流程图。
图6为本发明实施例的具调光特性的光学薄膜的制作方法示意图。
图7为本发明实施例的聚合物与促进剂的分子结构式。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并对本发明作进一步地详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的实施例。本发明所提到的方向用语仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
结合图2A-2B至图4所示，图2A为本发明实施例的在选择性反射态下具调光特性的光学薄膜示意图，图2B为本发明实施例的具有平面织构排列的负性胆甾相液晶示意图，图3A为本发明实施例的在光散射态下具调光特性的光学薄膜示意图，图3B为本发明实施例的具有焦锥织构排列的负性胆甾相液晶示意图，图4为本发明实施例所提供的微球聚合物。所述具调光特性的光学薄膜包括有上电极板10、下电极板20、负性胆甾相液晶30、以及聚合物40，其中所述上电极板10以及与其相对设置的所述下电极板20为透明导电薄膜，其材料可以为铟锡氧化物(ITO)以及镓锌氧化物(GZO)等，用以对所述负性胆甾相液晶30施加电场；所述聚合物40可以为可聚合的热固化单体，通过加热以快速固化形成交联结构，其材料可以为环氧-硫醇固化体系、环氧-胺固化体系、聚氨酯丙烯酸酯-硫醇固化体系等。
进一步地，由于所述负性胆甾相液晶30具有稳定状态的平面织构与焦锥织构，在平面织构状态下的液晶分子呈现整齐的排列(图2B为图2A的虚线框的放大图)，在焦锥织构状态下的液晶分子呈现混乱的排列(图3B为图3A的虚线框的放大图)，当所述负性胆甾相液晶30的排列方式为平面织构时，所述具调光特性的光学薄膜为可以反射特定波长光线的选择性反射态(如图2A所示)，当所述负性胆甾相液晶30的排列方式为焦锥织构时，所述具调光特性的光学薄膜为可以将入射光线散射的光散射态(如图3A所示)。
更进一步地，可以通过在所述上电极板10与所述下电极板20施加电场来实现所述具调光特性的光学薄膜的光学状态的转换。当对所述上电极板10与所述下电极板20施加低频电场(优选地为100赫兹/60伏特)时，所述负性胆甾相液晶30的排列会由平面织构转变成焦锥织构，此时所述具调光特性的光学薄膜会由选择性反射态切换为光散射态，并且由于焦锥织构本身就是极其稳定的结构，因此在零场状态下(断电后)仍然可以维持光散射态；当对所述上电极板10与所述下电极板20施加高频电场(优选地为10k赫兹/60伏特)时，所述负性胆甾相液晶30的排列会由焦锥织构转变成平面织构，此时所述具调光特性的光学薄膜会由光散射态切换为选择性反射态，并且由于平面织构本身就是极其稳定的结构，因此在零场状态下(断电后)仍然可以维持选择性反射态。
更进一步地，所述负性胆甾相液晶30除了具有双稳态的特性外，当其排列方式为平面织构时也会遵守布拉格反射定律(Bragg's reflection law)，也就是说当光线入射平面织构状态下的所述负性胆甾相液晶30时，满足λ＝np的光线波长将发生反射(其中，n为胆甾相液晶的平均折射率，p为胆甾相液晶的螺距)。基于所述负性胆甾相液晶30遵守布拉格反射定律，因此可以通过调控其螺距来调整反射光线的波长，而所述负性胆甾相液晶30可以由负性向列相液晶与手性添加剂混合而成，并且藉由控制手性添加剂的螺旋扭曲力或者添加量来有效调控所述负性胆甾相液晶30的螺距，从而调整其选择性反射态下的反射光线的波长。于另一实施例中，所述负性胆甾相液晶30也可以由负性胆甾醇类液晶组成，本发明并未对制备所述负性胆甾相液晶30的方法作具体的限制。
在本实施例中，所述聚合物40以微球的形式存在于所述负性胆甾相液晶30之中(如图4所示)，为了能更清楚了解本发明，可以用“微球聚合物40”来作说明。相较于聚合物分散液晶体系，本发明实施例所提供的微球聚合物40以及负性胆甾相液晶30之间具有较少的接触面积，使得两者之间的界面具有较低的锚定能，并且由于微球聚合物40的重量百分比含量可以与聚合物分散液晶体系中的聚合物基体的含量相当，因此得以制备出具有良好力学性能以实现柔性以及具有多种调光特性的光学薄膜。再加所述负性胆甾相液晶30具有双稳态的特性，当在零场状态下仍然可以维持其原来状态，进而达到节能的效果。为了与现有技术的体系区隔，可以将应用微球聚合物40的体系命名为液晶分散高分子微球体系(liquid crystal dispersed polymer-microsphere,LCDPS)。
基于上述，结合图5至图7所示，图5为本发明实施例的具调光特性的光学薄膜的制作方法流程图，图6为本发明实施例的具调光特性的光学薄膜的制作方法示意图，图7为本发明实施例的聚合物与促进剂的分子结构式。所述方法包括以下步骤：
步骤S10:将负性胆甾相液晶30与聚合物40均匀混合成高分子混合物31(如图6中(a)所示)。
在该步骤中，所述负性胆甾相液晶30与所述聚合物40的材料如上所述，在此不加以赘述。可以理解的是，所述具调光特性的光学薄膜还可以包括促进剂(未图示)以及间隔粒子(未图示)，所述促进剂能够加速所述聚合物40的固化，进而缩短形成交联结构的时间、增加产量、以及降低成本的效果，其材料可以为叔胺类化合物以及酸酐类化合物等，而所述间隔粒子用以控制所述具调光特性的光学薄膜的厚度。进一步地，所述高分子混合物31优选地包括重量百分比介于30％到80％的所述负性胆甾相液晶30、20％到70％的所述聚合物40、0.05％到2％的所述促进剂、以及0.05％到2％的所述间隔粒子。
可以理解的是，更多细节已于上面描述，在此不加以赘述。
步骤S20:将所述高分子混合物31设置于上电极板10与下电极板20之间，并且通过辊对辊的方式将其辊压成膜(如图6中(b)所示)。
在该步骤中，辊对辊是高效且连续性的生产方式，其在制造过程中由于不需要使用真空无尘环境，因此得以降低生产成本。
在该步骤中，由于所述聚合物40以微球的形式存在于所述负性胆甾相液晶30之中，本发明得以制备出具有良好力学性能以实现柔性且具有多种调光特性的光学薄膜(微球聚合物40与负性胆甾相液晶30的界面具有较低的锚定能)，因此上电极板10与下电极板20可以为柔性电极板，例如树脂导电膜。
可以理解的是，更多细节已于上面描述，在此不加以赘述。
步骤S30:加热使所述高分子混合物31中的所述聚合物40聚合，并于固化后得到所述具有调光特性的光学薄膜。
在该步骤中，辊压成膜后的所述高分子混合物31(如图6中(c)所示)需要通过加热使其发生聚合与固化反应，以形成微球聚合物40(如图6中(d)所示)。在本实施例中，所述聚合物40为可聚合的热固化单体，也就是说所述聚合物40为可聚合单体(例如环氧单体、聚氨酯丙烯酸酯单体等)以及热固化材料(例如硫醇固化材料、胺固化材料等)的混合物。进一步地，可以通过诱导相分离法将可聚合单体与热固化材料均匀混合后，对其加热进行聚合与固化反应，并且随着聚合与固化反应的进行，热固化材料的分子量逐渐增加，与可聚合单体之间的相容性逐渐变差而发生相分离，进而形成微球聚合物40。
在该步骤中，加热所使所述高分子混合物31发生聚合与固化反应的温度与时间分别为20℃至120℃以及10分钟至240分钟。
可以理解的是，更多细节已于上面描述，在此不加以赘述。
基于上述的具调光特性的光学薄膜及其制作方法，在此以两个实施方式作为示例性的说明，以使本发明的发明原理与概念得以理解。
实施方式一：选择反射波长为绿光的负性胆甾相液晶，并且将所述负性胆甾相液晶、环氧单体、硫醇固化材料、叔胺类化合物(其分子结构如图7所示)依照重量百分比分别为60％、19.8％、19.8％、以及0.3％的比例混合均匀，并向其中加入重量百分比为0.1％的间隔粒子形成高分子混合物，将所述高分子混合物设置于两层树脂导电膜之间以辊压成膜，最后使用烘箱以加热温度60℃以及加热时间1小时的条件进行聚合与固化反应。待固化结束后即可得到具调光特性的光学薄膜，其在零场下具有光散射态与绿光反射态，当对所述具调光特性的光学薄膜施加高频电场(10k赫兹/60伏特)时，其可由光散射态切换为绿光反射态，并且于断电后绿光反射态可以持续保持，而当对所述具调光特性的光学薄膜施加施加低频电场(100赫兹/60伏特)时，其可由绿光反射态切换为光散射态，并且断电后光散射态可以持续保持。
实施方式二：选择反射波长为近红外区间的负性胆甾相液晶，并且将所述负性胆甾相液晶、环氧单体、硫醇固化材料、叔胺类化合物(其分子结构如图7所示)依照重量百分比分别为70％、14.9％、14.9％、以及0.1％的比例混合均匀，并向其中加入重量百分比为0.1％的间隔粒子形成高分子混合物，将所述高分子混合物设置于两层树脂导电膜之间以辊压成膜，最后使用烘箱以加热温度50℃以及加热时间1小时的条件进行聚合与固化反应。待固化结束后即可得到具调光特性的光学薄膜，其在零场下具有光散射态与近红外反射态，当对所述具调光特性的光学薄膜施加高频电场(10k赫兹/60伏特)时，其可由光散射态切换为近红外反射态，并且于断电后近红外反射态可以持续保持，而当对所述具调光特性的光学薄膜施加施加低频电场(100赫兹/60伏特)时，其可由近红外反射态切换为光散射态，并且断电后光散射态可以持续保持。由于反射的近红外光线不在人眼的颜色辨识范围内，因此当所述具调光特性的光学薄膜为红外反射态时，人眼看到的会呈现透明且无色。
本发明通过形成微球聚合物以及搭配负性胆甾相液晶的双稳态织构，进而制备出实现柔性与节能的具有调光特性的光学薄膜。并且本发明是通过辊对辊的加工方式制备，能够有效降低具有调光特性的光学薄膜的生产和运输成本。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本申请的范围内，均可作各种更动与润饰，因此本申请的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种具调光特性的光学薄膜，其特征在于，包括：
上电极板；
下电极板，与所述上电极板相对设置；
负性胆甾相液晶，设置于所述上电极板与所述下电极板之间；及
聚合物，以微球形状分散于所述胆甾相液晶中，
其中，当对所述上电极板与所述下电极板施以高频率的电场时，所述具调光特性的光学薄膜由光散射态切换为选择性反射态，并且于零场下保持选择性反射态；以及
其中，当对所述上电极板与所述下电极板施以低频率的电场时，所述具调光特性的光学薄膜由选择性反射态切换为光散射态，并且于零场下保持光散射态。
2.根据权利要求1所述的具调光特性的光学薄膜，其特征在于：所述上电极板与所述下电极板为柔性电极板。
3.根据权利要求1所述的具调光特性的光学薄膜，其特征在于：所述聚合物包括任一的环氧-硫醇固化体系、环氧-胺固化体系、以及聚氨酯丙烯酸酯-硫醇固化体系。
4.一种具调光特性的光学薄膜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将负性胆甾相液晶与聚合物均匀混合成高分子混合物；
将所述高分子混合物设置于上电极板与下电极板之间，并且通过辊对辊的方式将其辊压成膜；以及
加热使所述高分子混合物中的所述聚合物聚合，并于固化后得到所述具有调光特性的光学薄膜。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述上电极板与所述下电极板为柔性电极板。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述聚合物包括任一的环氧-硫醇固化体系、环氧-胺固化体系、以及聚氨酯丙烯酸酯-硫醇固化体系。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述高分子混合物包括重量百分比分别介于30％至80％的所述负性胆甾相液晶、以及20％至70％的所述聚合物。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：加热温度与时间分别为20℃至120℃以及10分钟至240分钟。
9.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：所述高分子混合物还包括促进剂，其包括任一的叔胺类化合物以及酸酐类化合物。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于：所述高分子混合物还包括重量百分比分别介于0.05％至2％的所述促进剂。
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