一种反射波长不随温度变化的双稳态调光器件及制备方法与流程

本发明涉及调光器件
技术领域：
，具体涉及一种反射波长不随温度变化的双稳态调光器件及制备方法。
背景技术：
：液晶基调光装置作为一种应用光电效应的装置，主要是由透明导电基材和液晶材料组成，通过外加电场的方式，控制液晶分子的排列状态，实现透明和不透明的宏观状态之间的转换。由于其独特的调光特性，液晶基调光器件被广泛应用于建筑、家居、汽车等行业，用于实现隐私性、美化性及节能性等功能。目前，双稳态液晶调光器件因其两态均零电场维持，较传统调光器件在节能方面有显著改善，是调光器件市场未来主要发展趋势。现公开的双稳态调光器件中，中间的液晶层均为胆甾相液晶，通过在向列相液晶中加入手性掺杂剂配制而成。胆甾相液晶平面态反射光中心波长满足布拉格反射定律：λ＝np，n为平均折射率，p为螺旋距。胆甾相液晶的螺旋距对其光学性质有重要影响，光透射和选择性光散射的特性主要由螺旋距决定。然而胆甾相液晶的螺旋距具有显著的温度敏感性，随温度变化而变化。为便于表达，我们定义：显示出dp/dt＞0的手性掺杂剂为正温度敏感性手性化合物，显示出dp/dt＜0的手性掺杂剂为负温度敏感性手性化合物。常规手性掺杂剂，如cb15、s(r)811、s(r)5011、cn等的螺旋距均显示出正温度敏感性，即dp/dt＞0，最终使得选择性反射波长随温度升高往正波长方向移动，对于需要隐私保护，但又需要特定反射波长的场景不适用，比如双稳态调光器件应用于农作物培育，需要根据不同农作物生长所需特定波段进行设定，且不随环境温度变化。因此，需要提供一种调光器件，既有良好的双稳态光学特性，又能实现反射波长不随环境温度变化，能够应用于需要额定反射波长的应用场景。技术实现要素：本申请主要解决了如何设计调光器件，实现对外界环境光线反射波长不随环境温度变化，从而满足需要额定反射波长场景的应用。为实现上述目的，本申请提供了一种反射波长不随温度变化的双稳态调光器件，包括相对设置的第一透明导电基层和第二透明导电基层，以及设于所述第一透明导电基层和所述第二透明导电基层之间的液晶层，所述液晶层由液晶组合物制备而成，所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态。作为本申请进一步的改进，所述向列相液晶化合物占液晶组合物总质量的40％～70％。作为本申请进一步的改进，所述正温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～30％。作为本申请进一步的改进，所述正温度敏感性手性化合物为cb15、s811、s5011、r811、r5011中的至少一种。作为本申请进一步的改进，所述负温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～30％。作为本申请进一步的改进，所述负温度敏感性手性化合物与所述正温度敏感性手性化合物具有相同旋向。作为本申请进一步的改进，所述双介晶化合物占液晶组合物总质量的5％～50％。作为本申请进一步的改进，所述液晶层的厚度为2μm～100μm。作为本申请进一步的改进，所述液晶层的厚度为5μm～50μm。作为本申请进一步的改进，所述第一透明导电基层和/或所述第二透明导电基层由透明基层和覆盖到所述透明基层上的透明导电电极制备而成。作为本申请进一步的改进，所述透明导电基层为平板玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、浮法玻璃、pet膜、ptfe膜中的任意一种。作为本申请进一步的改进，制备所述透明导电电极的材料为金属氧化物薄膜、金属纳米线导电薄膜、金属网格、碳系导电薄膜中的至少一种。作为本申请进一步的改进，在所述第一透明导电基层和所述液晶层之间和/或所述第二透明导电基层和所述液晶层之间设有配向层。作为本申请进一步的改进，所述配向层的配向类型为基本平面取向或基本垂直取向。作为本申请进一步的改进，所述配向层的取向方式为摩擦取向法、光控取向法、倾斜蒸镀法、lb膜法中的任意一种。作为本申请进一步的改进，制备所述配向层的材料为聚酰亚胺、硅氧烷、pvb中的任意一种。为实现上述目的，本申请还提供了一种上述所述的双稳态调光器件的真空灌注工艺制备方法，包括如下步骤：s1、将所述第一透明导电基层与所述第二透明导电基层以内表面相对的方式对位排列；s2、用封框胶贴合对位排列的所述第一透明导电基层与所述第二透明导电基层，并在两片透明导电基层之间添加间隔子，以控制所述两片透明导电基层的间隙；s3、将液晶组合物填充在所述两片透明导电基层的所述间隙中，形成液晶层，其中所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态；s4、固化封口，形成所述双稳态调光器件。作为本申请进一步的改进，在所述第一透明导电基层或所述第二透明导电基层靠近所述液晶层的表面上沿一方向进行取向排列形成配向层；在所述配向层上沿所述方向进行取向排列。为实现上述目的，本申请还提供了一种上述所述的双稳态调光器件的odf工艺制备方法，包括如下步骤：s1、将封框胶涂布于第一透明导电基层；s2、将液晶组合物中添加间隔子，混合搅拌均匀，按照合适的单滴量、单滴间隔，滴于所述第一透明导电基层；其中所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态；s3、将所述第二透明导电基层按照对位排列与所述第一透明导电基层用封框胶贴合；s4、封框胶固化，形成所述双稳态调光器件。作为本申请进一步的改进，在所述第一透明导电基层或所述第二透明导电基层靠近所述液晶层的表面上沿一方向进行取向排列形成配向层；在所述配向层上沿所述方向进行取向排列。本申请的有益效果在于，通过在向列相液晶组合物中加入正温度敏感性手性化合物和负温度敏感性的手性化合物，这两种手性化合物复合后能进行向列相液晶的螺距调节，还能通过调整正温度敏感性手性化合物和负温度敏感性手性化合物的含量消除选择性反射波长的温度敏感性，使得反射波长不随温度变化发生偏移，而且具有零电场的双稳特性。附图说明图1为双稳态调光器件的结构示意图；图2为实施例1的反射光谱图；图3为实施例2的反射光谱图；图4为实施例3的反射光谱图；图5为实施例4的反射光谱图；图6为实施例5的反射光谱图；图7为实施例6的反射光谱图；图8为实施例7的反射光谱图；图9为实施例8的反射光谱图；图中：1、第一透明导电基层；2、第二透明导电基层；3、液晶层；4、第一配向层；5、第二配向层。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，不用来限制本发明的范围。基于本申请中的实施例，本领域普通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，都属于本申请保护的范围。为制备出对外界环境光线具有反射波长不随温度变化的调光器件，本申请提供了一种反射波长不随温度变化的双稳态调光器件，如图1所示，包括相对设置的第一透明导电基层1和第二透明导电基层2，以及设于所述第一透明导电基层1和所述第二透明导电基层2之间的液晶层3，所述液晶层3由液晶组合物制备而成，所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态。本方案中：双稳态调光器件通过正温度敏感性手性化合物和负温度敏感性的手性化合物复合进行螺距调节且通过正温度敏感性手性化合物和负温度敏感性手性化合物的含量调整消除选择性反射波长的温度敏感性，使得反射波长不随温度变化发生偏移，而且具有零电场的双稳特性。本申请中，所述向列相液晶化合物为常用的具有向列相的液晶化合物或液晶混合物，如5cb、2cb、e7等，向列相液晶组合物为双稳态调光器件提供基础的光电特性参数，是其具有调光功能的关键。作为优选的实施方案，所述向列相液晶化合物占液晶组合物总质量的40％～70％。本申请中，正温度敏感性手性化合物为领域内常见手性材料，所述正温度敏感性手性化合物可以为但不仅仅限于cb15、s811、s5011、r811、r5011中的至少一种，所述正温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～30％。作为进一步优选的实施方案，所述正温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～20％。本申请中，作为优选的实施方案，所述负温度敏感性手性化合物与所述正温度敏感性手性化合物具有相同旋向，所述负温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～30％。作为进一步优选的实施方案，所述负温度敏感性手性化合物占液晶组合物总质量的0.1％～20％。本申请中，液晶组合物中的双介晶化合物为分子中包含两个介晶基元的液晶化合物，也就是说双介晶化合物分子中包含两个可诱导液晶相能力的基团。作为优选的实施方案，所述双介晶化合物占液晶组合物总质量的5％～50％。作为进一步优选的实施方案，所述双介晶化合物占液晶组合物总质量的5％～30％。原理上：双介晶化合物和向列相液晶化合物在手性化合物的作用下可形成手性向列相(即胆甾相)，从而使调光器件具有两个稳定状态：使入射光基本上直射的透过态和使入射光基本上散射的雾态。在透过态时，胆甾相液晶分子基本上平行于调光器件表面，其螺旋轴与调光器件表面垂直，从而形成胆甾相液晶的平面态织构，在此状态下，入射光基本上不受影响地保持原入射角度通过调光器件；在雾态时，胆甾相液晶分子形成焦锥态织构，此时入射光基本上被散射，形成雾度较大的状态。双介晶化合物由于其特殊的弹性系数，可作为弹性常数调剂，使得双稳态液晶从垂直态到平面态的弛豫时间缩短，还可改善液晶分子平面排列的均一性，减少织构缺陷，从而降低双稳态调光器件在透过态的雾度，同时提高雾态的雾度。本申请中，作为优选的实施方案，所述液晶层的厚度为2μm～100μm；作为进一步优选的实施方案，所述液晶层的厚度为5μm～50μm。该液晶调光器件能够实现零电场稳定的透过态和雾态，并具有较低的透过态雾度和较高的雾态雾度，同时可实现反射波长不随环境温度而变化，从而在透态高透和雾态遮蔽的基础上进一步增加了功能性。作为优选的实施方案，在所述第一透明导电基层和所述液晶层之间和/或所述第二透明导电基层和所述液晶层之间设有配向层；作为进一步优选的实施方案，制备所述配向层的材料可以为但不仅仅限于聚酰亚胺、硅氧烷、pvb等中的任意一种。根据预倾角(即液晶分子在配向层表面有序排列时，分子长轴方向与配向层表面所形成的夹角)不同，所述配向层的配向类型可以分为基本平面取向或基本垂直取向：基本平面取向即配向层表面的液晶分子长轴基本平行于配向层表面，如tn、ips、stn型等；基本垂直取向即液晶分子长轴基本垂直于配向层表面，如va型。作为优选的实施方案，所述配向层的取向方式可以为但不仅仅限于摩擦取向、光控取向、倾斜蒸镀发取向、lb膜法取向中的任意一种，取向处理主要用来约束其表面附近的液晶分子进行有序的排列。本申请中，作为优选的实施方案，所述第一透明导电基层和/或所述第二透明导电基层由透明基层和覆盖到所述透明基层上的透明导电电极制备而成，所述透明导电电极设置在与液晶层接触的那面；所述透明基层可以为透明玻璃或透明的聚合物材料，作为进一步优选的实施方案，所述透明导电基层可以为但不仅仅限于平板玻璃、钢化玻璃、半钢化玻璃、浮法玻璃、pet膜、ptfe膜等中的任意一种。所述透明导电电极可以为薄膜覆盖透明基层的整个内表面，也可根据需要进一步刻蚀成特定形状，或分割成相应的若干分电极。制备所述透明导电电极的材料可以为但不仅仅限于金属氧化物导电薄膜、金属纳米线导电薄膜、金属网格、碳系导电薄膜等中的至少一种。碳系导电材料主要有氧化石墨烯和碳纳米管两大类，金属纳米线导电薄膜通常采用银纳米线或铜纳米线，而金属氧化物导电薄膜的主要材质为氧化铟锡(ito)、氧化铟、氧化锡、氧化锌以及其他金属氧化物的混合体系。在以下实施例中，透明电极选用ito电极。为佐证本申请方案制备成的双稳态调光器件具有对外界环境光线的反射波长不随温度变化的功能，本申请还提供了以下一系列实施例：本申请实施例提供了一种调光器件，如图1所示，包括相对设置的第一透明导电基层1和第二透明导电基层2，以及设于第一透明导电基层1和第二透明导电基层2之间的液晶层3，在所述第一透明基层和所述液晶层3之间设有第一配向层4，在所述第二透明基层和所述液晶层3之间设有第二配向层5，其中液晶层3包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物。液晶层3的厚度为5μm～50μm，第一透明导电基层1和第二透明导电基层2均为平板玻璃/ito模式，所述第一配向层4和所述第二配向层5的配向层材料均为聚酰亚胺，所述第一配向层4和所述第二配向层5的配向类型均为va型。本申请实施例中按照各实施例规定的液晶组合物的配比进行制备，液晶组合物的制备按照本领域常规方法进行，具体步骤如下：先按照相应的质量百分比称量各组分化合物于玻璃瓶中，加入磁力搅拌子，置于加热台上，加热搅拌至样品瓶中的液晶组合物至清亮，继续加热搅拌30分钟，停止加热，继续搅拌2小时。本申请中，还给出了一种采用真空灌注工艺制备上述所述的双稳态调光器件的方法，包括如下步骤：s1、将所述第一透明导电基层与所述第二透明导电基层以内表面相对的方式对位排列；s2、用封框胶贴合对位排列的所述第一透明导电基层与所述第二透明导电基层，并在所述两片透明导电基层之间添加间隔子，以控制所述两片透明导电基层的间隙；s3、将液晶组合物填充在所述两片透明导电基层的所述间隙中，形成液晶层，其中所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态；s4、固化封口，形成所述双稳态调光器件。作为优选的实施方案，采用真空灌注工艺制备上述所述的双稳态调光器件的方法中，在所述第一透明导电基层或所述第二透明导电基层靠近所述液晶层的表面上形成配向层；在所述配向层上沿所述方向进行取向排列。优选的，所述取向排列的方法包括摩擦取向法、光控取向法、倾斜蒸镀法或lb膜法。进一步优选的，所述摩擦取向法为单片的间歇性摩擦法或卷对卷的连续摩擦法。本申请中，还给出了一种采用液晶滴下式注入(odf)工艺制备上述所述的双稳态调光器件的方法，包括如下步骤：s1、将封框胶涂布于第一透明导电基层；s2、将液晶组合物中添加间隔子，混合搅拌均匀，按照合适的单滴量、单滴间隔，滴于所述第一透明导电基层；其中所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态；s3、将所述第二透明导电基层按照对位排列与所述第一透明导电基层用封框胶贴合；s4、封框胶固化，形成所述双稳态调光器件。作为优选的实施方案，采用odf工艺制备上述所述的双稳态调光器件的方法中，在所述第一透明导电基层或所述第二透明导电基层靠近所述液晶层的表面上形成配向层；在所述配向层上沿所述方向进行取向排列。优选的，所述取向排列的方法包括摩擦取向法、光控取向法、倾斜蒸镀法或lb膜法。进一步优选的，所述摩擦取向法为单片的间歇性摩擦法或卷对卷的连续摩擦法。为了便于表达，表一中给出了本申请中可以应用的向列相液晶组合物、双介晶化合物但不仅仅限于表一中的一系列基团的名称和单元结构并将不同的单元结构用代码表示，表二中还给出了添加到液晶组合物中的不仅仅限于表二中的手性化合物代码及相应的结构，表三中还给出了制备液晶组合物的手性化合物代码、温度敏感性、旋向及htp值，其中，表四和表五中制备向列相液晶组合物的基团的比例均采用质量百分比表示。表一：制备向列相液晶组合物、双介晶化合物的基团的名称、单元结构及代码代码使用问题：例“5ppn”，按照表一所示的命名原则，其对应的结构为例“n＝3”，按照表一所示的命名原则，其对应的结构为-c3h7。表二：制备液晶组合物的手性化合物代码及结构表三：制备液晶组合物的手性化合物代码、温度敏感性、旋向及htp值化合物代码温度敏感性旋向htp值/μm-1s811正左旋10s5011正左旋99r1负左旋10r2负左旋10进一步优选的，本申请提供了一种向列相液晶组合物a，其配方如表四所示。表四：向列相液晶组合物a的配方本申请还提供了一种向列相液晶组合物b，其配方如表五所示。表五：向列相液晶组合物b的配方组分代码质量百分比/％组分代码质量百分比/％5ppn25.03pgpn20.42ppn9.35cppn11.05oppn19.45pppn5.66oppn9.3本申请以向列相液晶组合物a和向列相液晶组合物b为基础制备了8种不同组分的液晶组合物，并将其制备成了双稳态调光器件并进行了性能检测，液晶组合物配方及性能测试结果如表六所示。其中，不同温度反射光谱测试设备性能测试过程中选用的设备为紫外可见光谱仪、mk2000温度控制器，测量条件：a)环境条件：由温度控制器进行调控；b)暗室条件：在暗室中测量；c)预热条件：光源预热30min；d)测试方向：采用垂直于样品表面；e)测量位置：测量点位于调光器件的有效区。表六：实施例1-8液晶组合物配方及对应的双稳态调光器件的性能结果表六中，以半峰高处波长算术平均值为选择性反射波长值，要求选择的两个温度下的半峰高波长均在测试波段显示，以△λ/△t评价波长偏移量的大小，以△λ/△t的绝对值≤1nm/℃评价为反射波长不随温度变化。此外，雾态/透明态的雾度通过wgt-s型雾度仪进行测量，测量温度25℃22℃。表六中，各实施例中各物质对应的数字单位均采用质量百分比，其中：实施例1的反射光谱图如图2所示，实施例2的反射光谱图如图3所示，实施例3的反射光谱图如图4所示，实施例4的反射光谱图如图5所示，实施例5的反射光谱图如图6所示，实施例6的反射光谱图如图7所示，实施例7的反射光谱图如图8所示，实施例8的反射光谱图如图9所示。通过以上实施例，本发明的的双稳态调光器件能实现零电场稳定的透过态和雾态，并具有较低的透过态雾度和较高的雾态雾度，同时可实现反射波长不随环境温度而变化，从而在透态高透和雾态遮蔽的基础上进一步增加了功能性。可应用于展柜、农作物培育等。综上所述，本申请提供了一种反射波长不随温度变化的双稳态调光器件，包括相对设置的第一透明导电基层和第二透明导电基层，以及设于所述第一透明导电基层和所述第二透明导电基层之间的液晶层，所述液晶层由液晶组合物制备而成，所述液晶组合物包括向列相液晶化合物、正温度敏感性手性化合物、负温度敏感性手性化合物、双介晶化合物，其中，所述双稳态调光器件包括两个零电场稳定的状态：使入射光基本上透射的透过态以及使入射光基本上散射的雾态。该调光器件具有较低的透过态雾度和较高的雾态雾度，同时可实现反射波长不随环境温度而变化，适用于展柜、农作物培育等。虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12