电控液晶调光玻璃和薄膜制造技术

该项发明专利技术是以近晶态液晶为主要材料，通过特殊的加工工艺灌制在两层介质之间，如两层玻璃之间、一层玻璃和一层塑料薄膜之间、或两层塑料薄膜之间。当给玻璃或者薄膜上的电极通电的时候，夹层液晶排列形态会发生变化。而这种变化，使这两层介质具备了电控调光的功能，即在全透明和磨砂遮光之间可以通过控制的电压信号不同而自由转换。而且，通过和二色性染料的混合，也可以实现在全透明和有色（彩色或黑色）遮光之间的电控转换。另外，可以通过分割电极的办法，显示一定的图案和文字。这个发明专利技术可以广泛的应用在建筑装饰装修里需要私密控制区域和汽车电子领域，也可以应用在电子信息显示领域。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术是利用了近晶态液晶的特殊属性，在光学应用领域的一个新的突破。根据这种液晶的光电属性，设计开发出了“电控调光玻璃”或者“电控调光薄膜”类的产品，通过遥控或者直接连线控制实现窗户或者玻璃墙面的“全透明”和“雾状磨砂遮光”的变换或者“全透明”和“有色遮光”之间的变换，如电控窗帘一般。其中，全透明和带某种颜色的遮光之间的变换是借助一定的染料混合搭配而成，而雾状磨砂遮光并没有使用染料。而且通过对透明电极和控制电路的设计，还可以在这样的玻璃或者薄膜上显示一定的图案和花纹，甚至文字。因此，该专利技术涵盖了光学、电子和化学三个方面的技术和基础知识，是一种多学科集合的技术专利技术。
技术介绍
现在可以达到这种调光效果的玻璃中，主要通过电致变色、光致变色、温致变色和压致变色这四种技术来实现。其中光致变色、温致变色和压致变色的调光玻璃受环境的因素影响非常的大，因此并不是完全意义上的自主控制的智能调光玻璃。在电致变色的调光玻璃中，有韩国人专利技术制造的可悬浮粒子类调光玻璃，即两层玻璃之间通过控制悬浮的粒子数量来调整光线的透射和散射程度，但是造价不菲，而且为防止粒子泄漏对操作和使用环境的要求比较高。另外就是通过机械的方法来完成调光(专利号ZL200320116206.8)，这种方法主要是在中空的夹层玻璃的两端放置两个卷轴，卷轴上面裹有多种彩色薄膜，来实现需要遮光时，将一种颜色的薄膜旋转出来遮光，而需要透光的时候，可以利用控制卷轴的电机把遮光的彩色薄膜收起来，所以，实际上，它类似我们日常看到的路边的旋转广告画载体。不同的是，它的厚度可以控制的比较薄。而主要由美国专利技术的液晶聚合物技术(PDLC)的电致调光玻璃是现在调光玻璃在市场上的主角。这种技术主要是应用了向列态液晶和分子聚合物混合后，通过控制液晶的排列态，产生内部折射系数的不同，而呈现透光和散光的宏观状态的变换。具体来说，这种技术需要选择合适的向列态液晶和一定的分子单合物进行混合，如果把这样的混合物灌制在有一定厚度的两层玻璃的夹缝中，或者是两层塑料薄膜的夹缝中，而这些玻璃或者塑料基板(图1中101)都在相对应的表面镀有透明电极(图1中102)，如ITO等，那么通过一定波长和强度的紫外光线的照射处理，这些分子单合物就会发生化学变化，凝聚在一起，变成了分子聚合物，这些聚合物也是透明的。而因为液晶分子是和这些分子聚合物均匀混合在一起的，在这些分子聚合物形成的过程中，就会把液晶分子均匀的分割成一个一个小的泡状空间，即分子聚合物和液晶分子从融合变成分离，分子聚合物好像网状一样承载了无数的小的液晶泡(图1中103)。对于这些不同的液晶泡(图2中220)，液晶分子(图2中201)的排列并没有很强的方向性，总体上而言是一种相对杂乱的状态(如图2所示)，在这种状态下，因为液晶分子的各向异相性，以及和大面积的分子聚合物载体(图2中202)的折射率的差异，所以在这些液晶泡的与分子聚合物载体交界的边缘，形成了光的折射率的剧烈的和不规则的变化，那么从玻璃或者塑料基板一侧入射的光线(图2中的210)将在这些区域被散射掉(如图2所示)散射的光线(图2中的211)朝着不同的方向出射，因为这些液晶泡的体积很小，与聚合物接触的面积又很大，所以散射现象非常的明显，产生了不透光的磨砂玻璃一样的状态，就好像在室内外冷热差距较大的冬季，窗上结满了露珠而使窗的透明度大大降低一样。通过控制在玻璃或者塑料基板上的两侧电极，可以控制液晶分子(图3中301)的排列形态的变化，如，在施加一定频率的交流电压(图3中330)信号下(80V到100V左右)，液晶分子从杂乱的排列态变成了有序的排列，而且相对于电场的平行方向(如图3所示)，这样，从玻璃或者塑料薄膜的正面看，因为液晶分子的同向排列和在分子聚合物载体(图3中302)内部液晶泡(图3中的320)的均匀分布，入射光线(图3中的310)透过时，并没有折射率在光线直射方向上的太大变化，所以，并没有强烈的散光，而是自然的光线出射(图3中的311)，呈现出了一定的透明效果(如图3所示)。如果，将电场撤去，那么液晶分子恢复杂乱的状态，所以回到了对光的散射的状态。
技术实现思路
该项专利技术应用了近晶态液晶技术，通过电压改变近晶态液晶的排列形态，而这种变化，从宏观上反应出来就是一种对光线的透射和散射的变化。这种近晶态液晶在零下20度到60度之间为粘稠的浆糊状。该液晶材料可以封装在两层玻璃或者两层塑料薄膜之间(图4中401)，或者一层玻璃和一层塑料薄膜之间，厚度可以控制在几个微米到二十个微米之间，因此相比较于塑料薄膜(大于100微米)和玻璃(大于400微米)的厚度，液晶层(图4中403)的这个厚度很小。而玻璃或者塑料薄膜与液晶接触的内侧镀有透明电极(图4中402)，与夹层的液晶组成了一个大面积的电容结构(如图4所示)。通过电路设计控制施加在透明电极上的一定频率的电压和作用的时间，比如，在通过施加频率50到200赫兹左右交流电，电压在100V到200V的时候，只需要不到1秒钟的时间内即可以将玻璃或者塑料薄膜基板(图5中501)夹层里的液晶排列进行扭转并形成了在液晶层内部的断层(如图5所示)，那么因为液晶的各向异相性(液晶的光折射率根据入射光线通过它的光轴不同角度而不同)，扭转排列的液晶分子(图5中502)和断层液晶的连接处对通过它们的光线来讲，存在着光折射率在液晶层的这个微小的厚度里面剧烈的变化，因此光线发生了强烈的散射，从宏观上来看，就是一种散光效应，如磨砂毛玻璃一般。改变加在透明电极上的电压频率到1000赫兹以上的相对高频之后，也只需要不到1秒钟就可以使液晶分子(图6中602)回到规则排列的状态，液晶分子的光学轴相对于电极基板平面垂直(如图6所示)，那么光线通过这个液晶层没有了光折射率的剧烈改变，因此可以自由透过。玻璃或者塑料薄膜呈现全透明状态。而且在这两个状态之间可以存在多个渐进的状态，比如半透明状态等。这是通过施加不同的电压强度，或者通过控制电压作用的时长来达到对液晶分子排列的部分扭曲，从而产生不同程度的散光效应。因此，可以自由控制整个玻璃或者塑料薄膜呈现需要的半透明状态，在透明或者全散光之间也可以电控转换。在保持这种透明，散射或者半透明的状态时并不需要电压的维持，作用的电压信号只是为了改变液晶的排列状态，而液晶分子在这种驱动力下完成了排列的转变后，可以稳定的维持在该状态，所以可以称作“准静态”的，或者说“多稳态”的。另外，通过和有二色性的染料混合，也可以实现在全透明和有色遮光之间的电控转换。二色性的染料分子(图7中702)和近晶态的液晶分子(图7中701)光学轴的结构类似，我们这里需要的二色性染料呈现长分子状，在沿着长光轴的平行方向，对光的吸收作用非常的弱，而沿着长光轴的垂直方向，一定波段的光线会被极大的吸收。因此如果这些二色性的染料可以规则的排列，光轴的方向垂直于玻璃或者塑料基板的平面(如图7所示)，那么对光的吸收作用非常的微小，所以，整体看来，从玻璃或者塑料薄膜一端入射的光线(图7中710)在经过这个液晶和染料混合层之后，很少量的吸收而出射(图7中711)，而这个吸收量的多少取决于染料分子对于该液晶材料的规则排列度(Order Parameter)和溶解度，因此，玻璃或者塑料薄膜呈本文档来自技高网...

【技术保护点】
在表面镀有电极的两层介质平面或者曲面的夹层中灌制液晶或者液晶和二色性染料的混合物，通过这种结构实现电控调光功能，液晶层或者液晶和染料混合物层厚度在２个微米到３０个微米之间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚，
申请(专利权)人：孙刚，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]