CN113835257B - 基于液晶/聚合物的智能调光膜 - Google Patents
基于液晶/聚合物的智能调光膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，所述智能调光膜包括依次层叠设置的第一基体层、第一导电层、光引发剂层、混合层、第二导电层以及第二基体层；所述混合层包括1～90％的聚合物和10～99％的液晶；所述光引发剂层为周期性图案化的光引发剂层，当紫外光照射所述第二基体层并进入所述混合层进行固化时，所述聚合物和液晶的混合材料发生紫外聚合，在所述光引发剂层的作用下，对应不同区域的混合材料的聚合速率不同，从而得到周期性图案化渐变分布的不同聚合物；当在给所述第一导电层和第二导电层施加不同电压时，所述智能调光膜能够得到全散射状态、可调的透镜阵列状态和全透明状态。本发明在智能展示橱窗、智能窗户等领域具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，属于智能展示领域。
背景技术
调光膜在智能窗户领域具有广泛的应用。通过采用聚合物分散液晶或者聚合网络液晶来实现。其工作原理为，在没有施加电场时，调光膜对入射光进行散射，处于不透明状态，当施加特定电压时，调光膜呈透明态。调光膜一般可用作玻璃隔断，智能窗户等，通过控制调光膜工作在不透明的散射态或者透明态，实现保护隐私和充当普通透明玻璃的用处。
目前，当调光膜工作在透明状态时，入射光直接透过调光膜，此时调光膜与普通的透明玻璃并没有实质上的区别，没有功能上的增加。
有鉴于此，本发明提出一种基于液晶/聚合物的智能调光膜。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，可以实现散射状态、透镜阵列工作状态或者全透明状态。
为实现上述目的，本发明提供一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，所述智能调光膜包括依次层叠设置的第一基体层、第一导电层、光引发剂层、混合层、第二导电层以及第二基体层；所述混合层包括1～90％的聚合物和10～99％的液晶；所述光引发剂层为周期性图案化的光引发剂层，当紫外光照射所述第二基体层并进入所述混合层进行固化时，所述聚合物和液晶的混合材料发生紫外聚合，在所述光引发剂层的作用下，对应不同区域的混合材料的聚合速率不同，从而得到周期性图案化渐变分布的不同聚合物；当在给所述第一导电层和第二导电层施加不同电压时，所述智能调光膜能够得到全散射状态、可调的透镜阵列状态和全透明状态。
作为本发明进一步改进，所述透镜阵列状态包括凸透镜阵列、凹透镜阵列或随电压控制的凹凸透镜可变阵列，随施加电压大小不同，所述透镜阵列的焦距为可调。
作为本发明进一步改进，所述光引发剂层为采用丝网印刷、点胶、3D打印或者压印方式制备成的光引发剂层。
作为本发明进一步改进，所述光引发剂层的周期性图案为点状、圆孔、正方形、矩形、条状中的任意一种。
作为本发明进一步改进，所述智能调光膜还包括图案化灰度掩模版，所述图案化灰度掩模版位于所述第二基体层的外侧；所述图案化灰度掩模版为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层。
作为本发明进一步改进，所述图案化灰度掩模版制备在所述第二基体层的上表面，且在所述紫外光透过所述图案化灰度掩模版与所述混合层固化后，所述图案化灰度掩模版去除。
作为本发明进一步改进，所述图案化灰度掩模版的图案为圆形、正方形、矩形、条状、圆环中的任意一种，所述图案化灰度掩模版上对紫外光吸收率从边缘向中心递增或者递减。
作为本发明进一步改进，所述智能调光膜还包括取向层，所述取向层位于所述第一导电层与所述光引发剂层之间或所述第二导电层与所述混合层之间。
作为本发明进一步改进，所述智能调光膜还包括偏振片，所述偏振片位于所述第二基体层的上方或者第一基体层的下方。
本发明的有益效果是：(1)本发明的基于液晶/聚合物的智能调光膜无需图案化电极及驱动电路分立控制，能够实现透镜阵列状态、散射状态和全透明状态。(2)利用点胶、丝网印刷或者压印等方式制备周期性图案化的光引发剂层，仅需一次均匀的紫外光固化，即可实现液晶的周期性图案化渐变分布的等效折射率，从而得到可调液晶透镜阵列，制备工艺简单。(3)利用图案化灰度掩模版，仅需一次曝光即可实现，制备工艺简单。(4)本发明具有散射状态、透镜阵列状态和全透明状态三种模式，当处于散射状态时，能够有效保护隐私，起隔断作用；当智能调光膜处于透镜工作状态时，通过设计，可以实现凸透镜阵列、凹透镜阵列或者随电压控制凹凸透镜可变，并且透镜焦距随施加电压焦距可调；通过合理设定智能调光膜背后被观测物体的位置，智能调光膜所呈得透镜阵列能够实现对被观测物体进行放大或者缩小等功能；当智能调光膜处于全透明状态时，调光膜背后的物体能够正常观察尤其适用于博物馆、展览馆等橱窗展示柜。
附图说明
图1是本发明的基于液晶/聚合物的智能调光膜的结构示意图。
图2是本发明的基于液晶/聚合物的智能调光膜增加图案化灰度掩模版的结构示意图。
图3是图1中周期性图案化的光引发剂层的设计示意图。
图4是图2中图案化灰度掩模版的设计示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明揭示了一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，包括依次层叠设置的第一基体层1、第一导电层2、光引发剂层3、混合层4、第二导电层5以及第二基体层6；混合层4包括1～90％的聚合物8和10～99％的液晶7；光引发剂层3采用点胶、丝网印刷、3D打印或者压印等方式制备得到周期性图案化的光引发剂层3；紫外光9照射固化时，聚合物8和液晶7的混合材料发生紫外聚合，由于存在周期性图案化的光引发剂层3，使得对应不同区域的混合材料聚合速率不同，从而得到周期性图案化渐变分布的不同聚合程度的液晶聚合物；当在给第一导电层2和第二导电层5施加不同电压时，得到周期性图案化渐变分布的等效折射率，从而形成透镜像素；通过设计对应周期性图案化光引发剂层3的图案，可以实现凸透镜阵列、凹透镜阵列或者随电压控制凹凸透镜可变，透镜焦距随施加电压焦距可调；通过控制第一导电层2和第二导电层5施加电压大小，智能调光膜能够实现全散射状态、可调的透镜阵列状态和全透明状态的切换。
为了得到更好的透镜阵列成像效果，智能调光膜还包括取向层和偏振片。取向层位于第一导电层2与光引发剂层3之间或第二导电层5与混合层4之间，偏振片位于第一基体层1的下方或者第二基体层6的上方。本发明中，第一基体层1和/或第二基体层6为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层；第一导电层2和/或第二导电层5为硬质或者柔性透明电极层。
本发明中，紫外光9照射固化时，聚合物8和液晶7的混合材料发生紫外聚合，对于同一混合材料，由于存在周期性图案化的光引发剂层3，使得对应不同区域的混合材料，液晶7和聚合物8的聚合速率不同，从而得到周期性图案化渐变分布的不同聚合程度的混合层4。
本发明中，智能调光膜还包括图案化灰度掩模版10，如图2所示。图案化灰度掩模版10位于紫外光9下方，第二基体层6上方。图案化灰度掩模版10可以为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层，且图案化灰度掩模版10上的不同区域对紫外光9的吸收率不同。紫外光9透过图案化灰度掩模版10得到图案化紫外光9强分布，当图案化紫外光9强固化混合层4后，再去除图案化灰度掩模版10。具体来说，在第二基体层6上方依次布置图案化灰度掩模版10和紫外光9。图案化灰度掩模版10的不同区域对紫外光9出射的紫外光9的衰减程度不同，紫外光9通过图案化灰度掩模版10后，产生图案化的紫外光9强分布，然后其照射到智能调光膜的混合层4上，混合层4中的液晶7和聚合物8混合材料在紫外光9照射下发生聚合反应。对于同一液晶7聚合物8混合材料，不同光强的紫外光9照射，混合材料发生聚合的程度不同，因此得到图案化的不同聚合程度的液晶7聚合物8混合层4。
对不同聚合程度的液晶7聚合物8聚合后的材料施加电压，不同聚合程度的液晶7聚合物8对电场的响应不同，得到的不同聚合程度的液晶7聚合物8聚合后的材料对入射光的等效折射率不同，能够得到等效折射率周期性的图案化分布。因此，通过控制光引发剂层3的图案化设计，或者控制图案化灰度掩模版10不同区域对紫外光9的衰减程度，可以控制智能调光膜对应区域液晶7聚合物8材料的紫外聚合程度。不同聚合程度的液晶7聚合物8聚合材料的等效折射率不一致，能够得到等效折射率周期性的图案化分布。因此，当给第一导电层2和第二导电层5施加不同电压时，得到周期性图案化分布的等效折射率，从而形成透镜像素，可以实现凸透镜阵列、凹透镜阵列或者随电压控制凹凸透镜可变，透镜焦距随施加电压焦距可调；通过控制第一导电层2和第二导电层5施加的电压大小，智能调光膜能够实现全散射状态、透镜阵列状态和全透明状态的切换。
优选的，第一基体层1和/或第二基体层6为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层；第一导电层2和/或第二导电层5为硬质或者柔性透明电极层；图案化灰度掩模版10为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层，有图案和没有图案区域对紫外光9吸收率不同。为了能够提供增强的光学效果，智能调光膜还包括光学薄膜或是光学模组，光学薄膜或者光学模组位于第一基体层1的下方或者位于第二基体层6的下方。本发明中优选的光学薄膜为透明的单层薄膜或多层薄膜。
如图3所示，在本发明中，图案化光引发剂层3可以设计为点阵或者覆盖除圆孔阵区域外的整个器件区域，制备得到各种定制的智能调光膜。光引发剂层的周期性图案可以为点状、圆孔、正方形、矩形、条状或者其变换形式中的任意一种。如图4所示，在本发明中，图案化灰度掩模版10可以设计为矩形、正多边形、圆形及其阵列形式，图案化灰度掩模版10上的不同区域对紫外光9的吸收率不同，对紫外光9吸收率从边缘向中心递增或者递减，制备得到各种定制的智能调光膜。
综上所述，本发明的基于液晶/聚合物的智能调光膜，通过设置图案化的光引发剂层3或者再增加图案化灰度掩模版10来紫外固化制备智能调光膜。在实际实验中，也可以只利用图案化灰度掩模版10来控制混合层中混合材料的不同紫外聚合速率。但本发明为了能够得到更好的效果，利用图案化的光引发剂层3或者增加图案化灰度掩模版10来控制混合层4中液晶7和聚合物8的混合材料的不同紫外聚合速率，从而得到周期性图案化的不同聚合程度的液晶聚合物。当给第一导电层2和第二导电层5施加不同电压时，得到周期性图案化分布的等效折射率，从而形成透镜像素；通过设计对应周期性图案化光引发剂层3或者增加图案化灰度掩模版10的图案，可以实现凸透镜阵列、凹透镜阵列或者随电压控制凹凸透镜可变，透镜的焦距随施加电压，焦距是可调的；通过控制第一导电层2和第二导电层5施加电压大小，智能调光膜能够实现全散射状态、透镜阵列状态和全透明状态的切换。
也就是说，通过控制电压，可实现智能调光膜的散射状态、透镜阵列工作状态和全透明状态的切换。当智能调光膜处于散射状态时，能够有效保护隐私，起隔断作用；当智能调光膜处于透镜工作状态时，通过设计，可以实现凸透镜阵列、凹透镜阵列或者随电压控制凹凸透镜可变，并且透镜焦距随施加电压焦距可调；通过合理设定智能调光膜背后被观测物体的位置，智能调光膜所呈得透镜阵列能够实现对被观测物体进行放大或者缩小等功能；当智能调光膜处于全透明状态时，其背后的物体能够正常观察，本发明尤其适用于博物馆、展览馆等橱窗展示柜，在智能展示橱窗、智能窗户等领域具有很大的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述智能调光膜包括依次层叠设置的第一基体层、第一导电层、光引发剂层、混合层、第二导电层以及第二基体层；所述混合层包括1～90％的聚合物和10～99％的液晶；所述光引发剂层为周期性图案化的光引发剂层，当紫外光照射所述第二基体层并进入所述混合层进行固化时，所述聚合物和液晶的混合材料发生紫外聚合，在所述光引发剂层的作用下，对应不同区域的混合材料的聚合速率不同，从而得到周期性图案化渐变分布的不同聚合物；当在给所述第一导电层和第二导电层施加不同电压时，所述智能调光膜能够得到全散射状态、可调的透镜阵列状态和全透明状态。
2.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述透镜阵列状态包括凸透镜阵列、凹透镜阵列或随电压控制的凹凸透镜可变阵列，随施加电压大小不同，所述透镜阵列的焦距为可调。
3.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述光引发剂层为采用丝网印刷、点胶、3D打印或者压印方式制备成的光引发剂层。
4.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述光引发剂层的周期性图案为点状、圆孔、正方形、矩形、条状中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述智能调光膜还包括图案化灰度掩模版，所述图案化灰度掩模版位于所述第二基体层的外侧；所述图案化灰度掩模版为玻璃、硬质膜层或者柔性膜层。
6.根据权利要求5所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述图案化灰度掩模版制备在所述第二基体层的上表面，且在所述紫外光透过所述图案化灰度掩模版与所述混合层固化后，所述图案化灰度掩模版去除。
7.根据权利要求5所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述图案化灰度掩模版的图案为圆形、正方形、矩形、条状、圆环中的任意一种，所述图案化灰度掩模版上对紫外光吸收率从边缘向中心递增或者递减。
8.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述智能调光膜还包括取向层，所述取向层位于所述第一导电层与所述光引发剂层之间或所述第二导电层与所述混合层之间。
9.根据权利要求1所述的基于液晶/聚合物的智能调光膜，其特征在于：所述智能调光膜还包括偏振片，所述偏振片位于所述第二基体层的上方或者第一基体层的下方。
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