CN106873197A - 一种调光玻璃结构及其使用的负介电各向异性染料液晶 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种调光玻璃结构及其使用的负介电各向异性染料液晶。本调光玻璃结构包括建筑玻璃基板和液晶盒，两面所述建筑玻璃基板组成液晶盒腔体，所述液晶盒位于液晶盒腔体内，所述液晶盒包括三层电子玻璃、边框胶、电极引线、控制器、电池板、感光二极管，所述三层电子玻璃和边框胶组成两个相邻的液晶腔体，所述液晶腔体内填充负介电各向异性染料液晶，所述两个液晶腔体在吸光轴方向保持垂直，所述电极引线一端连接电子玻璃，其另一端连接控制器，所述电池板、感光二极管与控制器连接。节省成本，也增加了结构的紧凑性和可靠性，同时需两个液晶盒染料吸光轴方向保持垂直，以最大程度吸收可见光。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及一种调光玻璃结构及其使用的负介电各向异性染料液晶。
背景技术
液晶显示(LCD)作为液晶—这一特殊材料的一项重要应用，从液晶特性发现不久就一直得到人们的广泛关注。近几十年，特别是近十几年来信息技术的飞速发展以及人们对信息显示方式的不断追求，液晶显示得到了最迅猛的发展。今天，液晶显示正以多姿多彩的形态展示在人们面前，它的许多产品由于其优异的特性使其正成为时尚的追求，以及商场里炙手可得的商品。
液晶显示伴随液晶的发现经历了漫长的发展道路。1888年奥地利植物学家Friedrich Reinitzer发现了第一种液晶材料安息香酸胆固醇(cholesteryl benzoate)。1917年Manguin发明了摩擦定向法，用以制作单畴液晶和研究光学各向异性。1909年E.Bose建立了攒动(Swarm)学说，并得到L.S.Ormstein及F.Zernike等人的实验支持(1918年)，后经De Gennes论述为统计性起伏。G.W.Oseen和H.Zocher1933年创立连续体理论，并得到F.C.Frank完善(1958年)。M.Born(1916年)和K.Lichtennecker(1926年)发现并研究了液晶的介电各向异性。1932年，W.Kast据此将向列相分为正、负性两大类。1927年，V.Freedericksz和V.Zolinao发现向列相液晶在电场(或磁场)作用下，发生形变并存在电压阈值(Freederichsz转变)。这一发现为液晶显示器的制作提供了依据。
1968年美国RCA公司R.Williams发现向列相液晶在电场作用下形成条纹畴，并有光散射现象。G.H.Heilmeir随即将其发展成动态散射显示模式，并制成世界上第一个液晶显示器(LCD)。1968年美国Heilmeir等人还提出了宾主效应(GH)模式(染料液晶)。1969年Xerox公司提出Ch-N相变存储模式。1971年M.F.Schiekel提出电控双折射(ECB)模式，T.L.Fergason等提出扭曲向列相(Twisted Nematic：TN)模式，1980年N.Clark等提出铁电液晶模式(FLC)，1983～1985年T.Scheffer等人先后提出超扭曲向列相(Super TwisredNematic：STN)模式以及P.Brody在1972年提出的有源矩阵(Active matrix：AM)方式被重新采用。1986年Nagata提出用双层盒(DSTN)实现黑白显示技术；之后又有用拉伸高分子膜实现黑白显示的技术(FSTN)。1996年以后，又提出采用单个偏光片的反射式TN(RTN)及反射式STN(RSTN)模式。
染料是一种吸收特定波长光的物质，因而使得从它反射或通过它透射的光呈彩色。如果光是沿着分子一个轴偏振的话，某些染料的分子可以更好的吸收一个特定波长的光，这种染料就叫做二向色性染料(dichroic dye)。在液晶中加入二向色性染料后，形成GH型液晶显示用混合液晶材料。由于液晶分子本身的结构特点，沿分子轴与垂直于分子轴方向上对光的吸收是不同的。溶于液晶中的染料分子在电场作用下，随分子取向的不同，呈现不同彩色。
根据控制手段及原理的异同，调光玻璃可藉由电控、温控、光控、压控等等各种方式实现玻璃之透明与不透明状态的切换。其中温控、光控和压控技术制作出的调光玻璃受环境的伊苏影响非常大，不是完全意义上的自主控制的调光玻璃。
公知的韩国人发明的可悬浮粒子类调光玻璃是一种使用电致变色技术制作的调光玻璃。该种玻璃是在调光玻璃的两层玻璃之间，通过控制悬浮粒子数量来调整光线的透射和散射程度的，该调光玻璃的缺点是造价非常高，且为了防止粒子泄露，对操作和使用环境的要求非常高。除了使用电致变色技术制作调光玻璃外，还可通过机械方法来完成调光(例如中国实用新型专利ZL200320116206.8)。这种机械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，这种机械方式最大的缺点是需要手动操作，结构笨重，且可靠性差，使用寿命短。
另外，公知的一种电致调光玻璃是采用聚合物分散液晶(PDLC)技术实现的。该技术由肯特大学的Joseph W Doane博士领导的的小组于1984年发明,美国专利US4688900。这项技术使用不溶于水的聚合物单体，如环氧树脂和固化剂，与液晶混合而形成一个透明的溶液。当固化发生时，由于溶解度减小，液晶微粒会自动析出来，并悬浮在高分子相中。该工艺包括(1)配制液晶，环氧树脂和固化剂的溶液，(2)在固化之前，将该溶液复合在两层导电薄膜之间，(3)加热固化复合好的薄膜。PDLC工艺只能生产出正型产品。正型PDLC产品在不通电时是乳白色的，通电后变为透明。
PDLC技术具有良好的开关态光电效果，但是需要持续的供电来维持透明状态。另外由于技术本身的缺陷，存在明显的视角问题，即虽然通电后变为透明态，但从侧视角方向观察，仍然显示一定程度的雾态。
发明内容
本发明提供一种调光玻璃结构及其使用的负介电各向异性染料液晶，旨在提供一种中空或真空玻璃，可以通过电压控制玻璃对光的通透度，实现对室内光线的调节，同时起到节能效果。
本发明提供一种调光玻璃结构包括建筑玻璃基板和液晶盒，两面所述建筑玻璃基板组成液晶盒腔体，所述液晶盒位于液晶盒腔体内，所述液晶盒包括三层电子玻璃、边框胶、电极引线、控制器、电池板、感光二极管，所述三层电子玻璃和边框胶组成两个相邻的液晶腔体，所述液晶腔体内填充负介电各向异性染料液晶，所述两个液晶腔体在吸光轴方向保持垂直，所述电极引线一端连接电子玻璃，其另一端连接控制器，所述电池板、感光二极管与控制器连接。
本发明提供一种用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV、V类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
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分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
本发明还提供一种调光玻璃结构，包括电子玻璃、电极引线、控制器、电池板、感光二极管，所述电子玻璃包括电子玻璃基座、ITO导线层、PI配向层、边框胶，所述电子玻璃基座与ITO导线层连接，所述ITO导线层与PI导向层连接，所述PI导向层与边框胶构成液晶腔体，所述液晶腔体内填充权利要求1至7任一项所述的染料液晶，所述电极引线一端连接ITO导线层，其另一端连接控制器，所述电池板、感光二极管与控制器连接。
本发明的有益效果是：本发明使用三块玻璃将两个独立的液晶盒贴附或罗列到一起，节省成本，也增加了结构的紧凑性和可靠性，同时需两个液晶盒染料吸光轴方向保持垂直，以最大程度吸收可见光。通过开发一种性能优越的负介电各向异性的染料液晶，采用负性液晶来实现调光玻璃的反显模式，即通电时液晶平行排列，吸收光线；断电时液晶垂直排列，不吸收光线，光线正常透过。相比正显模式具有更节能省电以及因为工作时间短导致的寿命延长等特点。
附图说明
图1是本发明一种使用负介电各向异性染料液晶的调光玻璃结构示意图；
图2是本发明后视镜在不通电情况下的工作原理图；
图3是本发明后视镜在通电情况下的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供一种调光玻璃结构包括建筑玻璃基板6和液晶盒1，两面建筑玻璃基板6组成液晶盒腔体，液晶盒1位于液晶盒腔体内，液晶盒1包括三层电子玻璃2、边框胶3、电极引线41、控制器42、电池板43、感光二极管44，三层电子玻璃2和边框胶3组成两个相邻的液晶腔体，液晶腔体内填充负介电各向异性染料液晶5，两个液晶腔体在吸光轴方向保持垂直，电极引线41一端连接电子玻璃2，其另一端连接控制器42，所述电池板43、感光二极管44与控制器42连接。
其中，电子玻璃2包括电子玻璃基座21、ITO导线层22、PI配向层23、多个Spacer定距垫24，电子玻璃基座21与ITO导线层22连接，ITO导线层22与PI导向层23连接，PI导向层23与边框胶3构成液晶腔体，多个Spacer定距垫24间隔连接在液晶腔体内，ITO导线层22与电极引线41连接。
其中，调光玻璃结构还包括设置有吸水分子筛的垫料8、密封胶7，密封胶7分别连接在建筑玻璃基板6的上、下两侧，并与建筑玻璃基板6组成密封的液晶盒腔体，液晶盒1与建筑玻璃基板6之间相隔的空间设有垫料8。
本发明提供一种用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV、V类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
其中成分B为B-1～B-22的一种或多种二向色性染料：
其中，成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式I化合物30～70％，结构式II化合物5～30％，结构式III化合物25～50％，结构式IV化合物0～10％，结构式V化合物0～10％。
更优选的成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式I化合物40～50％，结构式II化合物10～20％，结构式III化合物30～40％，结构式IV化合物1～10％，结构式V化合物1～10％。
成分A中，结构式I的化合物为结构式I-1～I-16中的一种或多种化合物：
结构式II的化合物为结构式II-1～II-10中的一种或多种化合物：
结构式III的化合物为结构式III-1～III-15中的一种或多种化合物：
实施例一：
本发明的成分A优选以下组分，并按一定比例进行混合：
| 组分 | 重量百分比(％) |
| I-1 | 15 |
| I-2 | 15 |
| I-5 | 10 |
| I-7 | 7 |
| I-9 | 8 |
| II-5 | 7 |
| II-9 | 8 |
| III-1 | 25 |
| III-6 | 4 |
| III-11 | 4 |
| IV | 1 |
| V | 1 |
按此配比得到的负介电各向异性向列相液晶A1的性能参数如下：
| 性能参数 | 参数值 |
| Cp | 100℃ |
| Δε | -3.6 |
| Δn(25℃，589nm) | 0.100 |
| Vth(V) | 2.0 |
实施例二：
本发明的含有二向色性染料的负性液晶优选以下组分，并按一定比例进行混合：
| 组分 | 重量百分比(％) |
| A | 98.8 |
| B-20 | 0.3 |
| B-21 | 0.6 |
| B-22 | 0.3 |
按此配比得到的负介电各向异性染料液晶的性能参数如下：
| 性能参数 | 参数值 |
| 颜色 | 黑色 |
| 响应速度 | <30ms |
之所以采用负介电各向异性的染料液晶，是因为当没有电压驱动时，负性液晶垂直取向，二向色性染料也随之垂直取向，此时染料吸光轴方向与光振动方向垂直，不吸光，这样调光玻璃亮态透过率达到最高；而当有驱动电压作用到负性液晶分子时，液晶分子在电场作用下平行取向，二向色性染料也随之平行取向，染料吸光轴方向与光振动方向平行，从而吸收光线，使暗态透过率达到最低。
制备带有垂直配向层的三面双层液晶盒，如附图1，将上述实施例二制得的染料液晶注入液晶盒，将液晶盒贴附到建筑玻璃内侧并制成附图1所示中空玻璃的结构，用5V，70Hz方波驱动，测得暗态透过率<25％，亮态透过率>75％，完全达到国家建筑幕墙标准。
该结构主要特点是在同一张光学玻璃两面制造出两层液晶盒，传统的制备方式是用两层玻璃制备一个独立的液晶盒，再将两个独立的液晶盒贴附或罗列到一起，总共需要四块玻璃。本方法只需要三块玻璃，除了可以节省成本，也增加了结构的紧凑性和可靠性，本方法制造的面液晶盒需要灌注负介电各向异性的染料液晶，同时需两个液晶盒染料吸光轴方向保持垂直，以最大程度吸收可见光。
本发明所述的液晶盒可以利用传统的液晶显示器制造工艺获得，特别是液晶灌注最适合采用ODF模式，采用先制备一面再制备另一面的方式。
本发明还给液晶盒配备了自动控制装置，可以利用太阳能电池板提供电能并存贮下来，通过安装在窗外的感光二极管感受太阳光的强度并通过电路调整提供给液晶盒的电压以实现对入射光线强弱的控制，当然，本发明也适用于手动模式，可根据需要在手动自动之间进行切换。
考虑到中午前后阳光比较强烈，才需要对光线进行遮蔽，因此本发明采用负性液晶来实现反显模式，即通电时液晶平行排列，吸收光线；断电时液晶垂直排列，不吸收光线，光线正常透过。相比正显模式具有更节能省电以及因为工作时间短导致的寿命延长等特点。
为了实现自动工作，还要给该器件配备感光电路。如图3所示，当感光二极管感受到强光照射时，立即启动电路，给液晶施加电场，液晶随电场平行排列并带动染料平行排列，染料吸光轴方向与光振动方向平行，从而吸收光线，降低光线穿透率，从而起到防眩晕目的；如图2所示，当强光照射消失时，感光二极管感受不到强光线，关闭液晶驱动电路，液晶恢复垂直排列，并带动染料分子垂直排列，染料吸光轴方向与光振动方向垂直，不吸光，恢复调光玻璃透光的功能。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种调光玻璃结构，其特征在于，包括建筑玻璃基板和液晶盒，两面所述建筑玻璃基板组成液晶盒腔体，所述液晶盒位于液晶盒腔体内，所述液晶盒包括三层电子玻璃、边框胶、电极引线、控制器、电池板、感光二极管，所述三层电子玻璃和边框胶组成两个相邻的液晶腔体，所述液晶腔体内填充负介电各向异性染料液晶，所述两个液晶腔体在吸光轴方向保持垂直，所述电极引线一端连接电子玻璃，其另一端连接控制器，所述电池板、感光二极管与控制器连接。
2.根据权利要求1所述调光玻璃结构，其特征在于，所述电子玻璃包括电子玻璃基座、ITO导线层、PI配向层、多个Spacer定距垫，所述电子玻璃基座与ITO导线层连接，所述ITO导线层与PI导向层连接，所述PI导向层与边框胶构成液晶腔体，所述多个Spacer定距垫间隔连接在液晶腔体内，所述ITO导线层与电极引线连接。
3.根据权利要求1所述调光玻璃结构，其特征在于，包括设置有吸水分子筛的垫料、密封胶，所述密封胶分别连接在建筑玻璃基板的上、下两侧，并与建筑玻璃基板组成密封的液晶盒腔体，所述液晶盒与建筑玻璃基板之间相隔的空间设有垫料。
4.一种用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，主要由含有负介电各向异性的向列项液晶成分A、含有一种或多种二向色性染料成分B组成，所述成分A包括结构式I、II、III、IV、V类的化合物，各类化合物结构结构式如下：
和/或
和/或
其中，R1、R2、R3、R4、R5、R6分别独立为2到9个碳原子的烷基或烷氧基；
m为0或1，n为0或1；
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
分别独立的是
5.根据权利要求4所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式I化合物30～70％，结构式II化合物5～30％，结构式III化合物25～50％，结构式IV化合物0～10％，结构式V化合物0～10％。
6.根据权利要求4所述用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分A由各结构式化合物按质量比组成，其配比如下：结构式I化合物40～50％，结构式II化合物10～20％，结构式III化合物30～40％，结构式IV化合物1～10％，结构式V化合物1～10％。
7.根据权利要求4所述用于汽车后视镜的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述成分B为B-1～B-22的一种或多种二向色性染料：
8.根据权利要求4所述的用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述结构式I的化合物为结构式I-1～I-16中的一种或多种化合物：
9.根据权利要求4所述用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述结构式II的化合物为结构式II-1～II-10中的一种或多种化合物：
10.根据权利要求4所述用于调光玻璃的负介电各向异性染料液晶，其特征在于，所述结构式III的化合物为结构式III-1～III-15中的一种或多种化合物：
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