CN116661200A - 一种液晶黑板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶黑板及其制备方法，所述液晶黑板包括对立设置的一对基板，一对基板中间设有多个依次层叠的结构单元，结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、液晶层、第二导电透明金属层，结构单元通过基板隔开，液晶层经光刻胶形成间隔后灌注液晶材料构成。本发明使用光刻胶制备间隔，光刻胶在液晶层中体积占比小，间隔的稳定性、耐磨性以及粘附性较高；同时使用旋向相反的液晶层，能够全反射自然光。本发明制备出的液晶黑板相比于PNLC技术制备的液晶黑板使用寿命延长了22.07％，亮度提高了116.88％。本发明制备的液晶层反射波段为380～2000nm，有利于侧边座位的学生观看。

Description

一种液晶黑板及其制备方法
技术领域
本发明属于液晶黑板技术领域，涉及一种液晶黑板及其制备方法。
背景技术
为了解决电子黑板使用过程中的板书不方便、与学生交流互动较差、长期使用造成视力损伤的问题，市面上出现了液晶黑板。液晶黑板实现了与传统黑板类似的嵌入化，不额外占据空间、完全地部署在教室的正前方，电子屏幕正好可以处于整个教室正前方中心点，学生观看的视角效果更佳。电子屏幕部分既可以电子书写和互动，也满足普通的黑板化书写需求，具备传统黑板的优点和功能、同时拥有电子化多媒体交互设备拥有的优点和功能，且护眼无害，是黑板发展的一个重要方向。液晶黑板的制备方法中最常见的是使用聚合物分散液晶(PDLC)技术或者聚合物网络液晶(PNLC)技术。
液晶黑板需要在竖直悬挂的情况下使用，由于要求字迹粗且亮，预聚合物在液晶混合材料中占比会很小，而预聚合物形成的聚合物网络能够为胆甾相液晶提供平面态与焦锥态的双稳性，由于预聚合物的占比小，液晶微滴不能完全被聚合物网络束缚，同时由于长期使用硬物接触液晶黑板，聚合物网络结构可能会被破坏，在液晶黑板产品竖直使用较长时间后，会发生液晶沉降堆积到黑板底部，使得产品失效。并且液晶黑板中由于胆甾相液晶的选择性反射特性，只能利用自然光的50％，亮度较差。
例如，专利CN110257081A提供了一种液晶组合物、液晶黑板膜和液晶黑板，使用预聚合物、胆甾相液晶和引发剂配制出混合液，预聚合物在曝光后形成聚合物网络。现有技术通过聚合物网络液晶技术，使预聚合物在曝光条件下形成聚合物网络结构，束缚液晶微滴，聚合物网络结构在长时间硬物接触的情况下可能会遭到破坏，造成液晶沉降并使液晶黑板的寿命降低，并且由于胆甾相液晶的选择性反射特性，只能利用50％的自然光。因此提供一种液晶黑板，能够提高间隔的稳定性、液晶黑板的使用寿命以及亮度具有重要意义。
发明内容
为克服现有技术存在的液晶黑板对光的反射利用率低、使用寿命较短、稳定性较差的问题，本发明提供了一种液晶黑板及其制备方法。本发明使用至少两层旋向相反的液晶层，实现外界自然光全反射，使得液晶黑板的亮度更高；本发明使用光刻胶制备间隔，得到稳定性强、黏附性好的间隔，提高了液晶黑板的使用寿命。
为实现本发明的技术目的，一方面，本发明提供一种液晶黑板，所述液晶黑板包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有多个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、液晶层、第二导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开。
本发明液晶黑板的结构至少包括：依次层叠于第一基板的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层、第二基板、第三导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层、第三基板。
进一步，本发明的液晶黑板中，基板为玻璃基板、PET基板、亚克力基板中的一种；导电透明金属层由氧化铟锡、氧化锌、氧化镉锡、氧化铟、铟掺杂氧化锌、铝掺杂氧化锌、镓掺杂氧化锌中的至少一种构成。
进一步，本发明的液晶黑板中，液晶层中液晶材料为胆甾相液晶；所述胆甾相液晶为胆甾醇衍生物材料或向列相液晶掺杂手性分子。
进一步，本发明的液晶黑板中，液晶层的反射波段λ与液晶层的螺矩P、液晶层的平均折射率n以及入射角度θ的余弦值的关系为：
λ＝nPcosθ。
进一步，本发明的液晶黑板中，多个依次层叠的结构单元为m个，m为2～23。结构单元中的液晶层选自左旋液晶层或右旋液晶层中的一种。优选地，包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段和包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段相同；包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段和包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段可以相同或不同，为达到更优的显示效果，优选为相同。包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段和包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段不同时，以重合部分的反射波段为液晶黑板的反射波段；包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段或包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段为380～2000nm；优选地，反射波段为450～650nm。
本发明对包含左旋液晶层的结构单元与包含右旋液晶层的结构单元数量不做具体限定，本领域技术人员可以采用包含左旋液晶层的结构单元与包含右旋液晶层的结构单元数量相同或包含左旋液晶层的结构单元与包含右旋液晶层的结构单元数量不同。
本发明对包含左旋液晶层的结构单元与包含右旋液晶层的结构单元的排列顺序不做具体限定，本领域技术人员可以将包含左旋液晶层的结构单元与包含右旋液晶层的结构单元按任意顺序排列。
另一方面，本发明提供一种液晶黑板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：在第一导电透明金属层上方预先涂布取向剂或进行摩擦取向处理以便于液晶取向；将光刻胶均匀平整地涂布于第一导电透明金属层上方，经过软烘焙、曝光、显影、硬烘焙后在第一导电透明金属层表面留下间隔图案，将第二导电透明金属层放置于其上，制备出第一结构单元；
步骤二：按照步骤一的方法制备出其余结构单元；
步骤三：将第一基板设置于下方，第一结构单元设置于第一基板上方，平行放置，其余结构单元依次平行放置，每两个结构单元间放置一层基板将其隔开；利用大气压力和毛细作用将胆甾相液晶灌入每个结构单元的两层导电透明金属层之间，形成液晶层；使用边框胶将液晶层和上下基板封闭。
进一步，本发明的液晶黑板制备方法中，光刻胶由黑色分散颜料、光引发剂、溶剂、感光树脂组成，为黑色光刻胶；光刻胶在液晶层中体积占比为1～10％；光刻胶的分辨率为0.005～20μm。
本发明对光刻胶中光引发剂类型不做具体限定，本领域技术人员可采用肟酯类光引发剂、酮肟酯类光引发剂、芳香酮类光引发剂、胺基酮类光引发剂、苯乙酮类光引发剂中的至少一种。
本发明对光刻胶中溶剂类型不做具体限定，本领域技术人员可采用环己酮、二甲苯、异丙醇、正丁醇、脂肪醇、甲乙酮、甲基异丁基酮、甲基吡咯烷酮、乙酸丁酯、3-乙氧基丙酸乙酯、乙二醇醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、苯甲醇丙二醇单甲基醚、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一种。
本发明对光刻胶中感光树脂类型不做具体限定，本领域技术人员可采用丙烯酸酯类含硅有机单体、丙烯酸酯类含氟有机单体、酚醛树脂、改性酚醛清漆树脂、丙烯酸树脂、丙烯酸单体、甲基丙烯酸单体、多羟基苯基化合物和含醌二叠氮基的磺酸化合物的完全酯化物、部分酯化物、酰胺化物或部分酰胺化物中的至少一种，如：二苯甲酮、三乙醇胺。
本发明对液晶黑板制备过程中的灌入不做具体限定，本领域技术人员可采用真空吸灌或ODF工艺。
进一步，本发明的液晶黑板制备方法中，所述旋涂将溶剂含量为60～85wt％的光刻胶，下降至10～20wt％。软烘焙温度为50～250℃，软烘焙时间为1～60min；软烘焙缓和了在涂布过程中光刻胶胶膜内的应力，增强光刻胶与导电透明金属层的粘附性，除去光刻胶中的溶剂，减少灰尘沾污；软烘焙后光刻胶中溶剂含量降低至4～7wt％。
进一步，本发明的液晶黑板制备方法中，所述曝光包括：使用与光刻胶相对应的光波段对光刻胶进行照射，曝光量为10～100mJ/cm2。实现掩膜版的图案转移。通过曝光能够使光刻胶在导电透明金属层上方形成四周封闭的图案。
进一步，本发明的液晶黑板制备方法中，所述显影包括：将光刻胶浸入与其对应的显影液中，显影时间为10～600s。能够将光刻胶曝光后产生的可溶部分溶解于显影液中除去，显现光刻胶中的图案；使用与光刻胶对应的显影液能够提高光刻胶的分辨率。
本发明对液晶黑板制备中的显影液类型不做具体限定，本领域技术人员可采用水、1,2-二乙酰氧基丙烷、丙二醇单甲醚醋酸酯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯、甲苯、异丙氧基乙醇、乙二醇丙醚、异丙醇、丙二醇丁醚、丙二醇乙醚、乙酸乙酯及丙酮、碱性显影液，如四甲基氢氧化铵水溶液中的至少一种。
进一步，本发明的液晶黑板制备方法中，所述硬烘焙温度为200～300℃，时间为10～180min；硬烘焙能够蒸发光刻胶中的溶剂，提高光刻胶与导电透明金属层的粘附性，能够将在曝光时未完全反应的光刻胶完全反应，提高光刻胶的分辨率，并使光刻胶在液晶层中所占体积更小，有利于提升胆甾相液晶材料在液晶层中所占比例，使光刻胶流动填平针孔，消除光刻胶侧壁的驻波效应，使侧壁平整竖直，使光刻胶保持长时间稳定状态。
示例性地，本发明提供一种液晶黑板，所述液晶黑板包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有两个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层以及依次层叠的第三导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开。其结构具体为依次层叠于第一基板的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层、第二基板、第三导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层、第三基板。
进一步，上述液晶黑板中第一结构单元中第一导电透明金属层与第二导电透明金属层组成第一开关，第二结构单元中的第三导电透明金属层与第四导电透明金属层组成第二开关；第一开关与第二开关中的液晶层反射波段一致，旋向相反。对第一开关与第二开关同时通电能够一次性擦除液晶黑板，仅对第一开关通电，能够将第一液晶层中的胆甾相液晶由平面态织构转换成焦锥态织构，擦除第一液晶层中的痕迹，同时由于第二开关未通电，能够保留第二液晶层中的内容与亮度，此时再次在液晶黑板上其他位置书写时，可在压力作用下将胆甾相液晶由焦锥态织构转换成平面态织构，此时该位置的亮度为两层液晶层的叠加亮度，与第一开关通电，第二开关未通电仅能保留第二液晶层中的内容与亮度的部分同时在液晶黑板上显示对比，更能够突出液晶黑板内容的重难点，或是仅对第二开关通电，也能够达到相同效果。
进一步，上述液晶黑板中第二基板、第三导电透明金属层可省略，能够达到一次性擦除液晶黑板的目的。此时液晶黑板的结构为：依次层叠于第一基板的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层、第三基板，第一导电透明金属层与第四导电透明金属层组成第一开关，能够同时控制第一液晶层与第二液晶层，达到一次性擦除液晶黑板的目的，同时液晶黑板亮度为两层液晶层亮度的叠加，能够达到提升亮度的目的。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具备下述的有益效果或优点：
本发明使用光刻胶制备间隔，相比于PNLC技术中的聚合物网络而言，具有在液晶层中体积占比更小、分辨率更高、灵敏度高、书写均匀的优点，制备出的光刻胶间隔稳定性、粘附性、耐磨性更优，延长了液晶层寿命。本发明中光刻胶用量为液晶层体积的1～10％时，即可制备出兼具粘结性和耐磨性的间隔结构；光刻胶的稳定性与耐磨性强，长时间使用不会发生间隔图案在压力作用下被破坏的情况，并且能够将胆甾相液晶材料完全束缚于光刻胶间隔内，即使长时间竖直使用也不会发生液晶沉降现象；光刻胶间隔的分辨率更高、灵敏度高、书写画面更清晰，由于在同等宽度下，光刻胶的分辨率与强度均高于聚合物网络，并且无需另外添加间隔子即可使书写痕迹更加均匀；使用光刻胶制备间隔延长了液晶黑板的寿命，光刻胶形成的四周封闭区域使液晶黑板隔水隔氧能力更强，并且起到绝缘层的作用，防止出现液晶击穿导致短路的情况，本发明制备出的液晶黑板使用寿命相比采用PNLC技术制备的液晶层而言提高了22.07％。
本发明将旋向相反的液晶层相结合，使液晶层中同时具备左旋液晶层与右旋液晶层，左旋液晶层可以将自然光中左旋的部分反射到人眼，右旋液晶层可以将自然光中右旋的部分反射到人眼，实现自然光的全部利用，达到全反射自然光的效果，提升液晶黑板的亮度。本发明制备的液晶层亮度相比采用PNLC技术制备的液晶层而言提高了116.88％；本发明采用多层液晶层相结合的方式，使液晶层的反射波段位于380～2000nm之间，反射波段向长波波段拓展至2000nm有利于提升液晶黑板的侧面视角，便于教室内侧边座位的学生观察液晶黑板内容。
本发明在具有两层结构单元的液晶黑板中将第一导电透明金属层与第二导电透明金属层组成开关一，第三导电透明金属层与第四导电透明金属层组成开关二，两个开关同时通电能够达到一次性擦除液晶黑板的目的，仅对某个液晶层通电，能够擦除对应液晶层中的痕迹，并且再次在此液晶层书写时，亮度为两层液晶层的叠加亮度，能够突出液晶黑板上的重难点内容。在去除第二基板与第三导电透明金属层后，第一导电透明金属层与第四导电透明金属层组合为第一开关，可同时控制第一液晶层与第二液晶层，当不需要区分重难点或无需用两个开关来区分重点与非重点时，第一开关的通电与否能够同时控制两层液晶层，采用本结构可达到提升亮度的同时，也能一次性擦除液晶黑板的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1是包含两个结构单元的液晶黑板的结构示意图。
图2是液晶层的结构示意图。
附图标记说明如下：1、第一基板；2、第一导电透明金属层；3、第一液晶层；31、光刻胶间隔；32、液晶材料；4、第二导电透明金属层；5、第二基板；6、第三导电透明金属层；7、第二液晶层；8、第四导电透明金属层；9、第三基板。
具体实施方式
现结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。下述各实施例中所述实验方法和检测方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例提供了一种液晶黑板，包括对立设置的一对基板，一对基板中间设有两个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层以及依次层叠的第三导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开。其结构具体为依次层叠于第一基板的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层、第二基板、第三导电透明金属层、第二液晶层、第四导电透明金属层、第三基板。
本实施例中液晶黑板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：具有第一液晶层的结构单元的制备：在第一导电透明金属层上方预先涂布取向剂，便于液晶取向；将光刻胶均匀平整地旋涂在第一导电透明金属层上方，经过100℃烘烤3min后在光刻胶上方放置四周封闭的长方形掩膜版，以50mJ/cm2的曝光量照射曝光，浸入丙二醇甲醚醋酸酯中进行显影，显影时间为60s，显影后在230℃下烘干20min，在第一导电透明金属层表面留下间隔图案，将第二导电透明金属层放置于其上，制备出具有第一液晶层的结构单元。以重量百分比计，光刻胶包括：丙烯酸1％、甲基丙烯酸2％、甲基丙烯酸甲酯4％、季戊四醇三丙烯酸酯2％、黑色分散颜料30％、光引发剂为2,2-二乙氧基苯乙酮1％、溶剂为二甲苯60％。
步骤二：按照步骤一的方法制备出具有第二液晶层的结构单元。
步骤三：将第一基板设置于下方，具有第一液晶层的结构单元与具有第二液晶层的结构单元依次设置于第一基板上方，平行放置，两个结构单元之间放置一层基板将其隔开；利用大气压力和毛细作用将胆甾相液晶灌入结构单元的两层导电透明金属层之间，形成液晶层；使用边框胶将液晶层和上下基板封闭。
所述基板为PET基板；所述导电透明金属层材料均为氧化铟锡。
第一液晶层与第二液晶层中光刻胶的体积占比均为5％，光刻胶的分辨率为10μm；液晶材料为向列相液晶掺杂手性分子得到的胆甾相液晶，手性分子的含量为26.4wt％；第一液晶层中液晶材料以A1作为向列相液晶、S1作为左旋手性掺杂剂；第二液晶层中的液晶材料以A1作为向列相液晶、R1作为右旋手性掺杂剂。A1为三种化合物M1、M2、M3分别占比为30wt％、50wt％、20wt％混合后得到的向列相液晶。
M1、M2、M3、S1、R1的结构式如下所示：
本实施例制备出的液晶黑板的反射波段为450～650nm。
测试液晶黑板的亮度和使用寿命，测试结果如表1所示。
实施例2
本实施例提供了一种液晶黑板，包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有一个结构单元，所述结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、液晶层、第二导电透明金属层。
本实施例中液晶黑板的制备方法与实施例1的区别在于：液晶黑板中不包括具有第二液晶层的结构单元。
本实施例制备出的液晶黑板的反射波段为450～650nm。
测试液晶黑板的亮度和使用寿命，测试结果如表1所示。
实施例3
本实施例提供了一种液晶黑板，包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有十个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的导电透明金属层、液晶层、导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开。
本实施例中液晶黑板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：具有第一液晶层的结构单元的制备：在第一导电透明金属层上方预先涂布取向剂，便于液晶取向；将光刻胶均匀平整地旋涂在第一导电透明金属层上方，经过100℃烘烤2min后在光刻胶上方放置四周不封闭的栅栏型掩膜版，以50mJ/cm2的曝光量照射曝光，浸入2.38wt％四甲基氢氧化铵水溶液中进行显影，显影时间为60s，显影后在190℃下烘干15min，在第一导电透明金属层表面留下间隔图案，将第二导电透明金属层放置于其上，制备出具有第一液晶层的结构单元。以重量百分比计，光刻胶包括：酚醛清漆树脂7.8％、改性酚醛清漆树脂1.73％、全氟丙烯酸甲酯0.86％、2,3,4,4'-四羟基二苯甲酮-1,2-二叠氮基萘醌-5-磺酸酯0.29％、黑色分散颜料3.75％、光引发剂为二苯甲酮与三乙醇胺的混合物0.58％、溶剂为二乙二醇单丁醚85％。
步骤二：按照步骤一的方法制备出具有第二液晶层的结构单元至具有第十液晶层的结构单元。
步骤三：将第一基板设置于下方，具有第一液晶层的结构单元至具有第十液晶层的结构单元依次设置于第一基板上方，平行放置，每两个结构单元之间放置一层基板将其隔开；利用大气压力和毛细作用将胆甾相液晶灌入结构单元的两层导电透明金属层之间，形成液晶层；使用边框胶将液晶层和上下基板封闭。
所述基板均为玻璃基板，导电透明金属层材料为氧化镉锡。
液晶层中光刻胶的体积占比均为1％，光刻胶的分辨率为0.005μm。
第一液晶层中以胆甾醇衍生物材料B1作为液晶层材料，胆甾醇衍生物材料B1同时具有液晶性和手性性质，液晶层反射波段为380～500nm。第二液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为13wt％，液晶层反射波段为500～700nm。A2为三种化合物M4、M5、M6分别占比为10wt％、50wt％、40wt％混合后得到的向列相液晶。第三液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为10wt％，液晶层反射波段为700～900nm。第四液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为7.3wt％，液晶层反射波段为900～1200nm。第五液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为5.7wt％，液晶层反射波段为1200～1550nm。第一液晶层至第五液晶层组合后的反射波段为380～1550nm，为左旋方向的液晶层。
第六液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂R2作为液晶层材料，手性分子占比为12.7wt％，液晶层反射波段为380～500nm。第七液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂R2作为液晶层材料，手性分子占比为9.5wt％，液晶层反射波段为500-700nm。第八液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂R2作为液晶层材料，手性分子占比为7.1wt％，液晶层反射波段为700～900nm。第九液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂R2作为液晶层材料，手性分子占比为5.4wt％，液晶层反射波段为900～1200nm。第十液晶层中液晶材料选用向列相液晶A2和手性掺杂剂R2作为液晶层材料，手性分子占比为4.2wt％，液晶层反射波段为1200～1550nm。第六液晶层至第十液晶层组合后的反射波段为380～1550nm，为右旋方向的液晶层。
B1、M4、M5、M6、S2、R2的结构式如下所示：
本实施例制备出的液晶黑板的反射波段为380～1550nm。
测试液晶黑板的亮度和使用寿命，测试结果如表1所示。
实施例4
本实施例提供了一种液晶黑板，包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有二十三个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的导电透明金属层、液晶层、导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开。
本实施例中液晶黑板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一：具有第一液晶层的结构单元的制备：在第一导电透明金属层上方预先涂布取向剂，便于液晶取向；将光刻胶均匀平整地旋涂在第一导电透明金属层上方，经过100℃烘烤3min后在光刻胶上方放置四周封闭的长方形掩膜版，以50mJ/cm2的曝光量照射曝光，浸入丙二醇甲醚醋酸酯中进行显影，显影时间为60s，显影后在230℃下烘干20min，在第一导电透明金属层表面留下间隔图案，将第二导电透明金属层放置于其上，制备出具有第一液晶层的结构单元。以重量百分比计，光刻胶包括：丙烯酸1％、甲基丙烯酸2％、甲基丙烯酸甲酯4％、季戊四醇三丙烯酸酯2％、黑色分散颜料30％、光引发剂为2,2-二乙氧基苯乙酮1％、溶剂为二甲苯60％。
步骤二：按照步骤一的方法制备出具有第二液晶层的结构单元至具有第二十三液晶层的结构单元。
步骤三：将第一基板设置于下方，具有第一液晶层的结构单元至具有第二十三液晶层的结构单元依次设置于第一基板上方，平行放置，每两个结构单元之间放置一层基板将其隔开；利用大气压力和毛细作用将胆甾相液晶灌入结构单元的两层导电透明金属层之间，形成液晶层；使用边框胶将液晶层和上下基板封闭。
所述基板材料为亚克力基板，导电透明金属层材料为铟掺杂氧化锌。光刻胶在第一液晶层至第二十三液晶层中体积占比均为10％，光刻胶的分辨率为20μm。
第一液晶层中以胆甾相液晶单体B1作为液晶层材料，胆甾相液晶单体B1同时具有液晶性和手性性质，因此第一液晶层中填充的液晶全部为胆甾相液晶单体B1，液晶层反射波段为380～500nm。第二液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为14.6wt％，液晶层反射波段为500～600nm。第三液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为12.3wt％，液晶层反射波段为600～700nm。第四液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为10.5wt％，液晶层反射波段为700～820nm。第五液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为9wt％，液晶层反射波段为820～960nm。第六液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为7.7wt％，液晶层反射波段为960～1120nm。第七液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为6.6wt％，液晶层反射波段为1120～1310nm。第八液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为5.6wt％，液晶层反射波段为1310～1530nm。第九液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为4.9wt％，液晶层反射波段为1530～1750nm。第十液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A3和手性掺杂剂S2作为液晶层材料，手性分子占比为4.2wt％，液晶层反射波段为1750～2045nm。第一液晶层至第十液晶层组合后的反射波段为380～2045nm，为左旋方向的液晶层。
第十一液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为6.4wt％，液晶层反射波段为380～430nm。第十二液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为5.6wt％，液晶层反射波段为430～490nm。第十三液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为4.9wt％，液晶层反射波段为490～560nm。第十四液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为4.3wt％，液晶层反射波段为560～640nm。第十五液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为3.8wt％，液晶层反射波段为640～730nm。第十六液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为3.3wt％，液晶层反射波段为730～830nm。第十七液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为2.9wt％，液晶层反射波段为830～945nm。第十八液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为2.6wt％，液晶层反射波段为940～1070nm。第十九液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为2.3wt％，液晶层反射波段为1070～1210nm。第二十液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为2wt％，液晶层反射波段为1210～1370nm。第二十一液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为1.8wt％，液晶层反射波段为1370～1560nm。第二十二液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为1.6wt％，液晶层反射波段为1560～1770nm。第二十三液晶层中液晶材料选用向列相液晶单体A4和手性掺杂剂R3作为液晶层材料，手性分子占比为1.4wt％，液晶层反射波段为1770～2000nm。第十一液晶层至第二十三液晶层组合后的反射波段为380～2000nm，为右旋方向的液晶层。
A3、A4、R3的结构式如下所示：
本实施例制备出的液晶黑板的反射波段为380～2000nm。
测试液晶黑板的亮度和使用寿命，测试结果如表1所示。
对比例1
本实施例提供了一种液晶黑板，包括依次层叠于第一基板的第一导电透明金属层、第一液晶层、第二导电透明金属层、第二基板。
对比例1与实施例2的区别在于：第一液晶层采用PNLC技术制备，PNLC中可聚合的高分子预聚物混合材料体积占比为5％，间隔子尺寸为5μm。
测试液晶黑板的亮度和使用寿命，测试结果如表1所示。
表1：液晶黑板的亮度与使用寿命
由表1数据可知，本发明制备的液晶黑板与对比例1相比，寿命更长、强度更高、亮度更好。本发明中液晶层中液晶材料占比相比于对比例1更高，由于常规液晶黑板液晶层中预聚合物占据部分空间，还含有间隔子，又占据了一部分空间，使得液晶材料所占比例更小。实施例1为使用两层旋向相反的液晶层制备出的液晶黑板，相比于对比例1亮度提高了116.88％，使用寿命延长了22.07％。实施例2为仅有一层液晶层的液晶黑板，与PNLC技术制备的液晶黑板相比，亮度提升了11.69％，使用寿命提高了18.14％，可知通过光刻胶制备间隔相比于由预聚合物制备出的聚合物网络稳定性与耐磨性更好。本发明制备的液晶黑板经过多层液晶层叠加后反射波段能够达到380～2000nm，通过液晶层的叠加，亮度和使用寿命都有相应增加，实施例3为具有十层液晶层的液晶黑板，反射波段为380～1550nm，相比于对比例1中采用PNLC技术制备的液晶黑板亮度提高了124.03％，寿命增加了24.10％。实施例4为具有二十三层液晶层的液晶黑板，反射波段为380～2000nm，相比于对比例1中采用PNLC技术制备的液晶黑板，亮度提升了125.97％，寿命增加了25.69％。实施例3、实施例4的亮度以及寿命与实施例1相比均有一定程度的提升，表明拓宽液晶层的反射波段后，侧面角度入射的环境光也被反射，增加了一部分亮度，并且由于液晶层中含有多个液晶单元，即使某一层中由于长时间用硬物刮划，出现坏点，仍然有其它层液晶层可以正常反射自然光，不影响正常使用，不会出现明显坏点以及写不出字的失效情况。可见本发明以光刻胶制备间隔同时使用多层旋向相反的液晶层制备出的液晶黑板在亮度和使用寿命方面都得到了较大提升。
如上所述，较好的描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。上述实施例和说明书仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种液晶黑板，其特征在于，所述液晶黑板包括对立设置的一对基板，所述一对基板中间设有多个依次层叠的结构单元，所述结构单元为依次层叠的第一导电透明金属层、液晶层、第二导电透明金属层；所述结构单元通过基板隔开；
所述液晶层为经光刻胶形成封闭图案后灌注液晶材料制得。
2.根据权利要求1所述的液晶黑板，其特征在于，所述光刻胶为黑色光刻胶；
所述光刻胶包括：黑色分散颜料、光引发剂、溶剂和感光树脂；
以体积计，所述光刻胶在液晶层中的占比为1～10％；
所述光刻胶的分辨率为0.005～20μm；
所述液晶层为将光刻胶涂布于所述第一导电透明金属层或第二导电透明金属层上，然后灌注液晶材料制得。
3.根据权利要求1所述的液晶黑板，其特征在于，所述液晶材料为胆甾相液晶；
所述胆甾相液晶为胆甾醇衍生物材料或向列相液晶掺杂手性分子。
4.根据权利要求1所述的液晶黑板，其特征在于，所述多个依次层叠的结构单元为m个，所述m为2～23；
所述液晶层选自左旋液晶层或右旋液晶层中的一种。
5.根据权利要求4所述的液晶黑板，其特征在于，包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段和包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段相同。
6.根据权利要求4所述的液晶黑板，其特征在于，包含左旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段或包含右旋液晶层的结构单元叠加后的反射波段为380～2000nm。
7.根据权利要求6所述的液晶黑板，其特征在于，所述反射波段为450～650nm。
8.一种液晶黑板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：在第一导电透明金属层上方预先涂布取向剂或进行摩擦取向处理以便于液晶取向；将光刻胶均匀平整地涂布于第一导电透明金属层上方，经过软烘焙、曝光、显影、硬烘焙后在第一导电透明金属层表面留下间隔图案，将第二导电透明金属层放置于其上，制备出结构单元；
步骤二：按照步骤一的方法制备出多个结构单元；
步骤三：将第一基板设置于下方，结构单元设置于第一基板上方，平行放置，再将其余结构单元依次平行放置，每两个结构单元间放置一层基板将其隔开；利用大气压力和毛细作用将胆甾相液晶灌入每个结构单元的两层导电透明金属层之间，形成液晶层；使用边框胶将液晶层和上下基板封闭。
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