CN115857234A - 一种彩色调光膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种彩色调光膜及其制备方法，所述调光膜包括聚合物分散液晶层以及对称设置在所述聚合物分散液晶层两侧的叠层透明电极；所述叠层透明电极包括：透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；所述透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层依次层叠；所述聚合物分散液晶层与所述叠层透明电极的第三高折射率层贴合。

Description

一种彩色调光膜及其制备方法

技术领域

本公开涉及调光膜技术领域，尤其涉及一种彩色调光膜及其制备方法。

背景技术

调光膜结构为将聚合物和液晶颗粒的混合物夹于两块透明电极之间，通过电极之间形成的电场来调控液晶的排列顺序，实现调光膜在透明和不透明之间转换。随着调光膜在建筑、智能家居、交通等领域的应用越来越广泛，各类新需求也层出不穷，但典型的调光膜大多是偏乳白色，颜色比较单一，人们希望调光膜的颜色能有更多选择，而不只局限在传统的单一色彩。

目前，一般通过在聚合物分散液晶材料中添加染料来制备彩色调光膜，但该方法成本较高，且染料在聚合物分散液晶材料中的分散、固化成膜均匀性较差。此外，染料引入的吸收会降低调光膜在通电时的开态透过率，影响光线透过率和视觉效果。

发明内容

本公开提供了一种彩色调光膜及其制备方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种彩色调光膜，其特征在于，所述调光膜包括聚合物分散液晶层以及对称设置在所述聚合物分散液晶层两侧的叠层透明电极；所述叠层透明电极包括：透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；所述透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层依次层叠；所述聚合物分散液晶层与所述叠层透明电极的第三高折射率层贴合。

在一可实施方式中，所述透明基材为玻璃、石英、玻璃纸、纳米纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。

在一可实施方式中，所述第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的折射率为1.9-2.5，所述第一高折射率层和所述第二高折射率层的厚度分别在10-60nm之间，所述第三高折射率层的厚度在5-80nm之间。

在一可实施方式中，所述第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的原料包括TiO₂、Si₃N₄、Nb₂O₅、ZrO₂、AZO、GZO、ZnSnO_x、ITO中的任一种或多种。

在一可实施方式中，所述低折射率层的折射率为1.3-1.8，且所述低折射率层的厚度在20-80nm之间。

在一可实施方式中，所述低折射率层的原料包括SiO₂、SiN_xO_y、MgF₂、Al₂O₃中的任一种或多种。

在一可实施方式中，所述超薄金属层为银膜或者银合金膜，且所述超薄金属层的厚度在6-15nm之间；所述银合金膜的材料为Ag-Cu、Ag-Al、Ag-ZnO或Ag-SnO。

在一可实施方式中，所述聚合物分散液晶层为可紫外光固化的聚合物分散液晶，所述聚合物分散液晶的原料包括紫外固化胶、液晶以及二氧化硅填充物。

根据本公开的第二方面，提供了一种彩色调光膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：获得两个叠层透明电极，所述叠层透明电极的获得方式包括：在透明基材上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；将紫外固化胶、液晶和二氧化硅小球混合均匀得到聚合物分散液晶；将所述聚合物分散液晶均匀涂布在两个所述叠层透明电极的第三高折射率层之间，并在紫外光下进行固化，得到所述彩色调光膜，并在紫外光下进行固化，得到所述彩色调光膜。

在一可实施方式中，在透明基材上依次形成复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层的方式为磁控溅射。

本公开的彩色调光膜及其制备方法，通过调整调光膜中的叠层透明电极的膜系结构设计，通过将低折射率层、多个高折射率层以及超薄金属层进行叠层组合，形成的层叠结构对入射的光线产生不同程度的折射、反射和干涉效果，使得调光膜呈现出不同的色彩。并且，随着观察者的观察角度变化，即在用户的观察视线和入射光线之间的角度发生变化时，调光膜的颜色逐渐发生变化，从而呈现出调光膜的炫彩特性，提升视觉效果。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了彩色调光膜的结构示意图；

图2示出了本公开实施例的多层薄膜的界面反射振幅矢量图；

图3示出了本公开实施例的彩色调光膜制备方法的实现流程示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本公开实施例一方面提供一种彩色调光膜，如图1所示，该调光膜包括聚合物分散液晶层7以及对称设置在聚合物分散液晶层7两侧的叠层透明电极；叠层透明电极包括：透明基材1、第一高折射率层2、低折射率层3、第二高折射率层4、超薄金属层5以及第三高折射率层6；透明基材1、第一高折射率层2、低折射率层3、第二高折射率层4、超薄金属层5以及第三高折射率层6依次层叠；聚合物分散液晶层7与叠层透明电极的第三高折射率层6贴合。

本公开通过调整调光膜中的叠层透明电极的膜系结构设计，通过将低折射率层、多个高折射率层以及超薄金属层进行叠层组合，形成的层叠结构对入射的光线产生不同程度的折射、反射和干涉效果，使得调光膜呈现出不同的色彩。并且，随着观察者的观察角度变化，即在用户的观察视线和入射光线之间的角度发生变化时，调光膜的颜色逐渐发生变化，从而呈现出调光膜的炫彩特性，提升视觉效果。

在一示例中，透明基材可以为玻璃、石英、玻璃纸、纳米纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。

透明基材的作用除了具备高透明度减少对光线透过率的影响，同时还能保护其内侧的叠层材料。常用的透明基材通常是聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜和玻璃。聚对苯二甲酸乙二醇酯简称PET，PET薄膜的机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多。除了PET薄膜之外，本公开实施例的透明基材可以是任意的透明材料，如柔性的玻璃纸、纳米纸、聚酰亚胺薄膜、聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜，也可以是刚性的透明玻璃、石英等。

在一个示例中，第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的折射率为1.9-2.5，第一高折射率层和第二高折射率层的厚度分别在10-60nm之间，第三高折射率层的厚度在5-80nm之间。其中，第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的原料包括TiO₂、Si₃N₄、Nb₂O₅、ZrO₂、AZO、GZO、ZnSnO_x、ITO中的任一种或多种。

在一个示例中，低折射率层的折射率为1.3-1.8，且低折射率层的厚度在20-80nm之间。其中，低折射率层的原料包括SiO₂、SiN_xO_y、MgF₂、Al₂O₃中的任一种或多种。

在一个示例中，超薄金属层为银膜或者银合金膜，且超薄金属层的厚度在6-15nm之间；银合金膜的材料为Ag-Cu、Ag-Al、Ag-ZnO或Ag-SnO。

银膜或银合金膜在调光膜中的作用是在连接电源通电后，在聚合物分散液晶层的两侧形成电场，以控制液晶的排列顺序，实现调光膜在透明和不透明之间转换。纳米级厚度的银膜或银合金膜相较于传统透明电极氧化铟锡薄膜，具有机械柔韧性好、导电性好等优势。但银膜或银合金膜对入射光线有较强的反射作用，因此通过将具有减少光反射的第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层叠在超薄金属层的两侧，以减少光反射，增加入射光线的透过率。

在一个示例中，聚合物分散液晶层为可紫外光固化的聚合物分散液晶，聚合物分散液晶的原料包括紫外固化胶、液晶以及二氧化硅填充物。

在本示例中，将NOA65紫外固化胶、LC E7液晶和二氧化硅小球混合均匀得到聚合物分散液晶，经过紫外光固化后可得到聚合物分散液晶层。其中，二氧化硅填充物为直径20μm的二氧化硅小球，可以用作控制聚合物分散液晶层的厚度。

在一个示例中，假设入射光线照射到由透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层、第三高折射率层以及聚合物分散液晶层构成多层薄膜，多层薄膜的界面反射振幅矢量如图2所示。

假设光线垂直入射且各膜层对光线没有吸收时，多层薄膜中形成各个界面的反射系数r_x均为实数，其中

透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层、第三高折射率层中各膜层的相位厚度可以表示为/>

其中，x为正整数；n_x和n_x-1分别表示多层薄膜中第x层和第x-1层的折射率，具体的，当x＝1时，n_x-1＝n₀为透明基材的折射率，n₁-n₅分别为第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层、第三高折射率层各层对应折射率，n₆为聚合物分散液晶层折射率；λ为入射光线的波长，d_x为第x层膜层的真实厚度，具体的d₁-d₅分别为第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层的真实厚度。

因此，r₁-r₅可以分别表示为：

δ₁-δ₅可以分别表示为：

进一步的，整个多层薄膜的反射系数r由每格相邻膜层之间界面的反射系数矢量和每个膜层相位厚度所决定，具体的，多层薄膜的反射系数r可以通过如下公式计算得到：

其中，i为虚数。

接着，利用上述多层薄膜的反射系数r，利用公式R＝r²求得整个多层薄膜的反射率，利用公式T＝1-R求得整个多层薄膜的透过率。

在本示例中，可以对上述计算过程构建模型，利用构建的模型选择合适膜层材料、优化各膜层的真实厚度，以使得构成的调光膜在某一特定波长范围具有一定的反射率，以实现多彩的效果，同时，在其它可见光波长范围内则尽量降低光反射，提高调光膜的整体透过率。

本公开还提供一种彩色调光膜的制备方法，如图3所示，该方法的实现过在包括：

步骤301：获得两个叠层透明电极，叠层透明电极的获得方式包括：在透明基材上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；

步骤302：将紫外固化胶、液晶和二氧化硅小球混合均匀得到聚合物分散液晶；

步骤303：将聚合物分散液晶均匀涂布在两个叠层透明电极的第三高折射率层之间，并在紫外光下进行固化，得到彩色调光膜。

在一个示例中，在透明基材上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层的方式为磁控溅射。

在本示例中，若透明基材为透明玻璃等刚性材料，优选采用采用磁控溅射方式在刚性材料上进行层叠复合；若透明基材为PET薄膜等柔性材料，优选采用卷绕式磁控溅射方式在柔性材料上进行层叠复合。

为了进一步理解彩色调光膜的制备方法的实现过程，下面结合实施例进行详细说明，本公开的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例一：

步骤1：获得两个叠层透明电极：将厚度为125μm的柔性透明PET薄膜作为透明基材，采用卷绕式磁控溅射方式在PET薄膜上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层。

其中，第一高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为10-60nm，优选厚度为40nm；低折射率层选为SiO₂，厚度为20-80nm，优选厚度为40nm；第二高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为10-60nm，优选厚度为40nm；超薄金属层选为Ag-Cu，厚度为6-15nm，优选厚度为8nm；第三高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为5-80nm，优选厚度为10nm。

步骤2：将NOA65紫外固化胶、LC E7液晶和直径为20μm的二氧化硅小球混合均匀，得到聚合物分散液晶。

步骤3：将聚合物分散液晶混合物涂布在两个叠层透明电极的第三高折射率层中间，然后在强度为5.2mW/cm²的紫外光下固化10分钟，即可得到本示例的彩色调光膜。

实施例二：

步骤1：获得两个叠层透明电极：将透明玻璃作为透明基材，采用卷绕式磁控溅射方式在透明玻璃上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层。

第一高折射率层选为TiO₂，厚度为10-60nm，优选厚度为30nm；低折射率层选为SiO₂，厚度为20-80nm，优选厚度为50nm；第二高折射率层选为TiO₂，厚度为10-60nm，优选厚度为30nm；超薄金属层选为Ag-Cu，厚度为6-15nm，优选厚度为10nm；第三高折射率层选为TiO₂，厚度为5-80nm，优选厚度为30nm。

步骤2：将NOA65紫外固化胶、LC E7液晶和直径为20μm的二氧化硅小球混合均匀，得到聚合物分散液晶。

步骤3：将聚合物分散液晶混合物涂布在两个叠层透明电极的第三高折射率层中间，然后在强度为5.2mW/cm²的紫外光下固化10分钟，即可得到本示例的彩色调光膜。

实施例三：

步骤1：获得两个叠层透明电极：将厚度为125μm的柔性透明PET薄膜作为透明基材，采用卷绕式磁控溅射方式在PET薄膜上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层。

第一高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为10-60nm，优选厚度为40nm；低折射率层选为SiO₂，厚度为20-80nm，优选厚度为30nm；第二高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为10-60nm，优选厚度为40nm；超薄金属层选为银膜，厚度为6-15nm，优选厚度为12nm；第三高折射率层选为Nb₂O₅，厚度为5-80nm，优选厚度为55nm。

步骤2：将NOA65紫外固化胶、LC E7液晶和直径为20μm的二氧化硅小球混合均匀，得到聚合物分散液晶。

步骤3：将聚合物分散液晶混合物涂布在两个叠层透明电极的第三高折射率层中间，然后在强度为5.2mW/cm²的紫外光下固化10分钟，即可得到本示例的彩色调光膜。

为了验证上述三个实施例得到的彩色调光膜的性能和呈现效果，依次对叠层透明电极的方阻、叠层透明电极和彩色调光膜的开态透过率进行测量，同时对彩色调光膜呈现的色彩进行观察记录。具体的测试结果如下表1所示：

表1：

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首先，采用四探针法测量叠层透明电极的方阻。方阻用于衡量膜厚度，方阻越大膜越厚。

然后，采用紫外-可见-近红外分光光度计，分别测量了叠层透明电极和彩色调光膜在通电的状态下550nm垂直可见光的透过率。通常地，商用调光膜的开态透过率都在75％左右，通过上表中开态透光率的测量结果中可以体现出，本公开在对彩色调光膜的膜系结构设计进行调整后并没有影响到光线的透过率。

最后，在调光膜在通电时以及550nm的可见光垂直照射彩色调光膜的条件下观察彩色调光膜在0°、30°和60°呈现的颜色，可以看出从不同角度观察调光膜呈现出不同的色彩，由此体现出了彩色调光膜的炫彩特性。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种彩色调光膜，其特征在于，所述调光膜包括聚合物分散液晶层以及对称设置在所述聚合物分散液晶层两侧的叠层透明电极；

所述叠层透明电极包括：透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；

所述透明基材、第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层依次层叠；

所述聚合物分散液晶层与所述叠层透明电极的第三高折射率层贴合。

2.根据权利要求1所述的调光膜，其特征在于，所述透明基材为玻璃、石英、玻璃纸、纳米纸、聚对苯二甲酸乙二醇酯PET、聚酰亚胺PI或聚萘二甲酸乙二醇酯PEN。

3.根据权利要求1所述的调光膜，其特征在于，所述第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的折射率为1.9-2.5，所述第一高折射率层和所述第二高折射率层的厚度分别在10-60nm之间，所述第三高折射率层的厚度在5-80nm之间。

4.根据权利要求1或3所述的调光膜，其特征在于，所述第一高折射率层、第二高折射率层以及第三高折射率层的原料包括TiO₂、Si₃N₄、Nb₂O₅、ZrO₂、AZO、GZO、ZnSnO_x、ITO中的任一种或多种。

5.根据权利要求1所述的调光膜，其特征在于，所述低折射率层的折射率为1.3-1.8，且所述低折射率层的厚度在20-80nm之间。

6.根据权利要求1或5所述的调光膜，其特征在于，所述低折射率层的原料包括SiO₂、SiN_xO_y、MgF₂、Al₂O₃中的任一种或多种。

7.根据权利要求1所述的调光膜，其特征在于，所述超薄金属层为银膜或者银合金膜，且所述超薄金属层的厚度在6-15nm之间；

所述银合金膜的材料为Ag-Cu、Ag-Al、Ag-ZnO或Ag-SnO。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚合物分散液晶层为可紫外光固化的聚合物分散液晶，所述聚合物分散液晶的原料包括紫外固化胶、液晶以及二氧化硅填充物。

9.一种彩色调光膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

获得两个叠层透明电极，所述叠层透明电极的获得方式包括：在透明基材上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层；

将紫外固化胶、液晶和二氧化硅小球混合均匀得到聚合物分散液晶；

将所述聚合物分散液晶均匀涂布在两个所述叠层透明电极的第三高折射率层之间，并在紫外光下进行固化，得到所述彩色调光膜。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，

所述在透明基材上依次复合第一高折射率层、低折射率层、第二高折射率层、超薄金属层以及第三高折射率层的方式为磁控溅射。

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