CN101852941B - 柔性电控调光介质及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性电控调光介质及其制作方法。该介质包括第一基体层、第二基体层，在该第一基体层与该第二基体层之间设有一个容纳层，该容纳层上凹设有多个容纳腔室，每个该容纳腔室内填设有调光物，在该第一基体层朝向该容纳层的一侧设有第一导电电极层，在该第二基体层朝向该容纳层的一侧设有第二导电电极层，该第一导电电极层、第二导电电极层用于与电路驱动控制装置连接。该制作方法包括：清洗；镀设电极层；涂覆聚合物薄膜；放置掩模板；固化聚合物薄膜；清洗未固化聚合物薄膜部分；填充调光物；贴合。按照本发明制作方法制作出的本发明介质可弯曲，可进行柔性显示，具有紧凑、轻薄、对比度高、可变化显示视角、多稳态、安全环保、省电等优点。

Description

柔性电控调光介质及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种柔性电控调光介质及其制作方法，具体地说，是涉及一种通过控制施加在导电电极层上的电信号而可在雾状遮光与全透明状态间进行切换的柔软、可弯曲的电控调光介质及其制作方法。

背景技术

中国发明专利申请“一种电控调光介质”(专利申请号为200710175959.9)中公开的电控调光介质通过控制施加在导电电极层上的电信号，近晶态液晶分子可呈现出不同的排列形态，从而该电控调光介质在雾状遮光与全透明状态间进行切换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，该电控调光介质具有结构简单、“多稳态”特性、轻薄、安全环保、省电、长期记忆、使用者不易疲劳的优点，在调光介质的行列中处于领先地位。但是，该电控调光介质为平板式结构，在常温下呈刚性，不可弯曲，不能进行柔性显示，一旦卷起或折叠，其显示性能势必受到影响，极大限制了其在显示屏领域内的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性电控调光介质及其制作方法，通过该柔性电控调光介质的制作方法做出的该柔性电控调光介质具有轻薄、可弯曲、柔性显示等优点。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种柔性电控调光介质，其特征在于：它包括第一基体层、第二基体层，在该第一基体层与该第二基体层之间设有一个容纳层，该容纳层上凹设有多个容纳腔室，每个该容纳腔室内填设有调光物，该调光物由近晶态液晶和添加物混合而成，该近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，该添加物为带导电特性的化合物，在该第一基体层朝向该容纳层的一侧设有第一导电电极层，在该第二基体层朝向该容纳层的一侧设有第二导电电极层，该第一导电电极层、第二导电电极层用于与一个电路驱动控制装置连接。

一种柔性电控调光介质的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：

清洗：将第一基体层和第二基体层清洗干净；

镀设电极层：在该第一基体层上镀设第一导电电极层，在该第二基体层上镀设第二导电电极层；

涂覆聚合物薄膜：在该第一导电电极层上涂覆可UV固化的聚合物薄膜；

放置掩模板：将一块具有设定图案的掩模板置于该聚合物薄膜一侧或该第一基体层一侧；

固化聚合物薄膜：在设定温度下，在一段设定时间内，使设定光强的紫外光照射该掩模板，该聚合物薄膜与该掩模板上的透孔相对应的部分被固化，该聚合物薄膜的其余部分保持原状态，固化完毕后去除掩模板；

清洗未固化聚合物薄膜部分：使用清洗液洗去保持原状态的聚合物薄膜部分，被洗去的聚合物薄膜部分形成容纳腔室，从而容纳层制作完毕；

填充调光物：在预设温度下，将该容纳层上的每个容纳腔室内填充满混合好的调光物；

贴合：在该第二导电电极层上涂覆一层粘合胶，通过该粘合胶将该第二导电电极层与填充了调光物的该容纳层紧密贴合在一起，以形成柔性电控调光介质。

本发明的优点为：按照本发明柔性电控调光介质的制作方法制作出的本发明柔性电控调光介质可弯曲，可进行柔性显示，具有结构紧凑、重量轻、厚度薄、显示对比度高、可变化显示视角、多稳态、安全环保、省电、长期记忆的优点，可广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车电子和电子公告牌等领域。

附图说明

图1是本发明柔性电控调光介质的组成示意图；

图2是本发明柔性电控调光介质的制作方法的实现流程图；

图3A是本发明制作方法中的镀设电极层步骤完成后的状态示意图；

图3B是本发明制作方法中的涂覆聚合物薄膜步骤完成后的状态示意图；

图3C-1是本发明制作方法中放置掩模板进行固化聚合物薄膜的一实施例示意图；

图3C-2是本发明制作方法中放置掩模板进行固化聚合物薄膜的另一实施例示意图；

图3D是本发明制作方法中的固化聚合物薄膜步骤完成后的状态示意图；

图3E是本发明制作方法中的清洗未固化聚合物薄膜部分步骤完成后的状态示意图；

图3F是本发明制作方法中的填充调光物步骤完成后的状态示意图；

图3G是本发明制作方法中的贴合步骤完成后的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明柔性电控调光介质包括第一基体层101、第二基体层102，在该第一基体层101与该第二基体层102之间设有一个容纳层105，该容纳层105上凹设有多个容纳腔室1051，每个该容纳腔室1051内填设有调光物106，在该第一基体层101朝向该容纳层105的一侧设有(镀设)第一导电电极层103，在该第二基体层102朝向该容纳层105的一侧设有(镀设)第二导电电极层104，该第一导电电极层103、第二导电电极层104用于与一个电路驱动控制装置(图中未示出)连接。本发明介质以容纳腔室1051为单位，容纳腔室1051中的调光物106与该调光物106相对应的第一导电电极层103和第二导电电极层104形成了一个电容结构。图1示出了柔性电控调光介质被弯曲后的形态图。

在实际实施中，第一基体层101和第二基体层102可为塑料板，优选地，可选用为PET材料或其他可弯曲且具有较好耐温性、透光率的柔性基材。第一基体层101和第二基体层102的厚度均为大于等于0.01mm且小于等于10mm。较佳地，该第一基体层101和第二基体层102的厚度可设为0.1mm。

实际中，调光物106由近晶态液晶和添加物混合而成(参见专利申请号为200710175959.9的中国发明专利申请“一种电控调光介质”)。该近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，例如带硅基的化合物、四氰基四辛基联苯、四乙酸癸酯四氰基联苯等。通常，室温±50℃之间时，近晶态液晶的分子集群为层状排列结构，呈现出粘稠的浆糊状。该添加物为带导电特性的化合物，例如十六烷基三乙基溴化铵等含有导电离子的化合物。该调光物106的组成为：该近晶态液晶占混合总重量的90％～99.999％，该添加物占混合总重量的0.001％～10％。

实际中，容纳层105由可UV固化的聚合物单体制成，或者容纳层105由光引发剂和可UV固化的聚合物单体混合而成，该光引发剂占混合总重量的1％～10％。该聚合物单体可为环氧树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯类中的任一种。该聚合物单体可在紫外光的照射下进行固化。实际固化时，通过曝光用的掩模板来对该聚合物单体进行固化，因而该掩模板上设有的图案决定了容纳层105最终形成的容纳腔室1051的形状、结构、数量等，该容纳层105的精度控制在几微米至几十毫米之间。该容纳层105的厚度为大于等于0.01μm且小于等于10mm，一般将容纳层105的厚度定为0.005-0.03mm即可。

该第一导电电极层103、第二导电电极层104是透明的，如ITO(氧化铟锡)等，且可根据需要使用辅助的金属电极，如铝、铜、银等。实际中，该第一导电电极层103和第二导电电极层104可为一整片的透明电极。或者，第一导电电极层103由M个平行排列的条状行电极组成，第二导电电极层104由N个平行排列的条状列电极组成，第一导电电极层103的M个行电极与第二导电电极层104的N个列电极相垂直，第一导电电极层103与第二导电电极层104形成一个M×N的像素点阵列，该像素点阵列具有M×N个像素点，相应地，容纳层105应设有M×N个容纳腔室1051，该M×N个像素点与填设有调光物106的M×N个容纳腔室1051一一对应设置。

本发明柔性电控调光介质是通过下述制作方法制作出的。如图2所示，该制作方法包括如下步骤：

清洗：将第一基体层101和第二基体层102清洗干净。

镀设电极层：在该第一基体层101上镀设第一导电电极层103，在该第二基体层102上镀设第二导电电极层104(如图3A)。实际实施中，若将柔性电控调光介质应用到生产显示屏中，则在镀设第一、第二导电电极层103、104后，还需要在该第一基体层101上，对镀设好的第一导电电极层103进行光刻，光刻出M个平行排列的条状行电极，以及在该第二基体层102上，对镀设好的第二导电电极层104进行光刻，光刻出N个平行排列的条状列电极，对于制作完的柔性电控调光介质而言，该M个行电极与该N个列电极应相垂直，该M个行电极与该N个列电极形成了一个M×N的像素点阵列。

涂覆聚合物薄膜：在该第一导电电极层103上涂覆可UV固化的聚合物薄膜108(即可UV固化的聚合物单体)(如图3B)。该涂覆步骤可采用旋涂、喷涂或丝印等方法。

放置掩模板：将一块具有设定图案的掩模板107置于该聚合物薄膜108一侧或该第一基体层101一侧。在该放置掩模板步骤中，若将掩模板107置于聚合物薄膜108一侧，如图3C-1，则掩模板107不能与聚合物薄膜108接触，掩模板107与聚合物薄膜108间相分离，一般，掩模板107与聚合物薄膜108间的距离为大于5μm，紫外光可直接经由掩模板107上的透孔照射在聚合物薄膜108上，光利用率较高，但由于掩模板107与聚合物薄膜108间相距一定距离，因而掩模板107摆放精度较差。当然，可在放置掩模板步骤之前加入一个预固化聚合物薄膜步骤，即在一定温度下，在一定时间内，使一定光强的紫外光照射该聚合物薄膜108，从而预固化聚合物薄膜108，降低聚合物薄膜108的流动性，这样，在接下来的放置掩模板步骤中，掩模板107便可紧贴在聚合物薄膜108上了，既保证了高效的光利用率又提高了摆放精度。若将掩模板107置于第一基体层101一侧，如图3C-2，则掩模板107可紧贴第一基体层101，这样掩模板107摆放精度较高，但由于紫外光需要依次经由掩模板107上的透孔、第一基体层101才能照射在聚合物薄膜108上，因而，光利用率较低。实际实施中，该掩模板107的图案(即透孔的形状、位置、数量等)应与待显示的图案相适配，掩模板107上的透孔部分对应非显示区域，掩模板107上的其他部分对应显示区域。例如，若在镀设电极层步骤中光刻出行列电极，则掩模板107上的透孔部分应对应非像素点区域，掩模板107上的其他部分相应与像素点区域对应。

固化聚合物薄膜：在设定温度下，在一段设定时间内，使设定光强的紫外光照射该掩模板107，该聚合物薄膜108与该掩模板107上的透孔相对应的部分(例如图3D中指出的1081)因受到经由透孔穿射出的紫外光的照射而被固化，该聚合物薄膜108的其余部分(例如图3D中指出的1082)因不与掩模板107上的透孔相对，紫外光无法照射到其上，因而保持原状态(如图3D)，固化完毕后去除掩模板107。实际实施中，该固化聚合物薄膜步骤中，温度、紫外光的光照时间、紫外光的照射光强取决于聚合物薄膜108的材质和厚度。实际实施中可知，在同样的光照时间内对同样的聚合物薄膜108进行固化，温度越高，紫外光的照射光强越强，固化速度越快；在同样的温度、同样的照射光强下，聚合物薄膜108越厚，固化时所需的光照时间越长。一般，温度可控制在0～100℃，紫外光的照射光强可控制在1W/cm²～10000W/cm²，紫外光的光照时间可在1s～10h之间。

清洗未固化聚合物薄膜部分：使用清洗液洗去保持原状态(即未固化)的聚合物薄膜部分(例如图3D中指出的1082)，被洗去的聚合物薄膜部分形成容纳腔室1051(如图3E)，从而容纳层105制作完毕。该清洗液可使用异丙醇、丙酮或高纯水等。形成和影响容纳层105的关键因素有：聚合物单体的种类、聚合物单体的配比比重、固化时的温度、紫外光光照时间和光强等。

填充调光物：在预设温度(控制在-50度至150度之间)下，将该容纳层105上的每个容纳腔室1051内填充满混合好的调光物106(如图3F)。该填充调光物步骤可采用喷涂、浸涂、ODF或选择性涂覆(丝网印刷)等方法。其中，喷涂是利用喷涂机将调光物106以雾状形态喷洒到容纳层105表面上；浸涂是把其上已形成容纳层105的第一基体层101浸入调光物溶液中，取出后甩干，该浸涂方法浪费材料严重且不易形成均匀的膜层；ODF是采用滴注法，将调光物106精确滴注在容纳腔室1051内；丝网印刷是将调光物106经刮刀辊均匀分布在均液辊上，从而经由均液辊涂印在APR版上，然后再涂印在容纳层105上。

贴合：在该第二导电电极层104上涂覆一层粘合胶(图中未示出)，通过该粘合胶将该第二导电电极层104与填充了调光物106的该容纳层105紧密贴合在一起，以形成柔性电控调光介质(如图3G)。在实际实施中，第一基体层101与第二基体层102的位置应对准，粘合胶可采用UV胶(又称无影胶、光敏胶、紫外光固化胶)，UV胶的厚度应控制在小于等于1μm。该贴合步骤可采用卷对卷技术完成。另外，该贴合步骤也可采用其他方法完成，例如，在容纳腔室1051内填满调光物106的容纳层105上，除容纳腔室1051以外的地方涂上一些EVA薄膜或PVB薄膜，将第二导电电极层104贴合在该EVA薄膜或PVB薄膜上，在真空下，同时加热加压让EVA薄膜或PVB薄膜熔化，熔化的EVA薄膜或PVB薄膜流动遍及容纳腔室1051以外的地方，然后在真空下降温冷却，使EVA薄膜或PVB薄膜重新固化，这时贴合作业便完成了。

使用本发明介质时，先将该介质弯曲成所需形态，然后通过控制在第一、第二导电电极层103、104上施加的驱动脉冲(即电压信号)来改变调光物106中的近晶态液晶分子的排列形态，从而使介质在不同光线状态之间进行切换，使本发明介质显示出所需图案。

下面以第一、第二导电电极层103、104为一整片的透明电极为例，来说明本发明柔性电控调光介质的调光原理(可参考专利申请号为200710175959.9的中国发明专利申请“一种电控调光介质”以及专利申请号为200810102000.7的中国发明专利申请“电控调光介质”来理解)。

通过电路驱动控制装置输出控制电压，在第一、第二导电电极层103、104上施加100v、50Hz左右的驱动脉冲，当驱动脉冲作用时间不到1秒钟的时候，调光物106(即所参考的发明专利申请中的混合物)中的近晶态液晶分子便发生扭转，形成乱序排列形态。因为近晶态液晶分子的各向相异性(即由于入射光线通过各液晶的长光轴不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的折射率不同)，使得入射各近晶态液晶分子的光线的折射存在着很大的差异，即在该微薄厚度的调光物106内，光折射率产生着剧烈的变化，因而光线在容纳腔室1051内发生了强烈的散射，从宏观上看，此时的本发明介质为一种散光效应，呈现雾状遮光状态，如磨砂毛玻璃一般。

通过电路驱动控制装置输出控制电压，在第一、第二导电电极层103、104上施加100v、1kHz左右的驱动脉冲，当驱动脉冲作用时间不到1秒钟的时候，调光物106中的近晶态液晶分子便变为规则排列形态，此时，近晶态液晶分子的长光轴垂直于第一、第二导电电极层103、104的平面，入射各近晶态液晶分子的光线的折射不产生剧烈变化，光线可自由透过调光物106，因此，从宏观上看，此时本发明介质呈现出全透明状态。

当给第一、第二导电电极层103、104加载驱动脉冲、本发明介质产生散射、全透明等光效应后，便可撤去电压。这种光效应的保持是不需要电压来维持的，即撤去电压后，本发明介质仍然能够保持加载电压时产生的光效应，而作用的电压信号只是为了改变近晶态液晶分子的排列形态。在本发明中，将这种不需要电驱动而维持光效应的状态称为“多稳态”或“准静态”。而这种“多稳态”是因为调光物106中的添加物采用了带导电特性的化合物，当电信号施加在第一、第二导电电极层103、104上时，带导电特性的化合物中的离子根据电势差变化产生往复运动，这种运动可以改变近晶态液晶分子的排列形态，而变化后的近晶态液晶分子排列形态并不需要离子的持续运动来维持，是稳定的。

当然，通过合理控制施加在第一、第二导电电极层103、104上的驱动脉冲的脉冲对个数、频率、电压幅值或作用时间，可使近晶态液晶分子的排列形态变为部分扭曲，以产生不同程度的散光效应，从而在宏观上，使本发明介质在雾状遮光与全透明两个状态间产生具有不同灰度阶的多种渐进状态，如半透明状态等。

另外，调光物106中还可混合有二色性染料，如淡黄色的偶氮基二色性染料。通过混合二色性染料，可使本发明介质实现全透明与有色遮光之间的切换。

本发明的优点如下：

按照本发明柔性电控调光介质的制作方法制作出的本发明柔性电控调光介质可弯曲，可进行柔性显示，具有结构紧凑、重量轻、厚度薄、显示对比度高、可变化显示视角、多稳态、安全环保、省电、长期记忆的优点，可广泛应用于建筑装饰装修、私密性控制区域、汽车电子和电子公告牌等领域。

1、本发明柔性电控调光介质可弯曲，且在弯曲状态下显示图像效果很好。本发明柔性电控调光介质可用于制作柔性电子纸。若本发明介质中混合有二色性染料，则介质可呈现出不同颜色。

2、在现有电控调光介质(参见专利申请号为200810102000.7的中国发明专利申请“电控调光介质”)中，为了支撑两个塑料薄膜层以及控制混合层的厚度，需要在两个塑料薄膜层间的混合层内混有一定密度且具有足够硬度的隔离球或隔离棒，实际实施中可发现，混合层的厚度对隔离球或隔离棒的均匀性很敏感，且隔离球或隔离棒容易对塑料薄膜层造成损伤，因此，混入隔离球或隔离棒的作业需要精细操作。但是，在本发明柔性电控调光介质中，容纳层直接支撑上下基体层，调光物中不用混入隔离球或隔离棒，因此，本发明介质很好地避免了上述缺陷。另外，容纳层具有稳定作用，其可增加本发明柔性电控调光介质的抗压性。

3、本发明制作方法可实现产业化。若在本发明柔性电控调光介质的制作方法的贴合步骤中采用卷对卷技术完成，则本发明方法可更好地实现产业化，柔性电控调光介质的生产率被显著提高。柔性电控调光介质可成卷地生产出来，然后根据需求截取相应的尺寸(理论上尺寸大小没有限制)。在产业化生产中，成卷介质中的坏点可有效避开，提高了生产合格率。

4、由于通过控制施加在两个导电电极层上的电信号，近晶态液晶分子可呈现出不同的排列形态，因而本发明介质可在雾状遮光与全透明状态间切换，甚至在不同灰度阶的多种渐进状态间切换。雾状遮光与全透明状态间的切换时间很短，一般为几个到几十个毫秒，若在不同灰度阶的多种渐进状态间切换，则切换速度更快。

5、由于添加物的导电特性，使得撤去电信号后，本发明介质仍能保持加载电压时产生的光效应，具有很好的“多稳态”特性。且由于这种“多稳态”特性，本发明介质所需的工作电流小，只有在改变近晶态液晶分子排列形态的瞬间时才需要加电，能耗低。而且由于该“多稳态”特性，本发明介质几乎没有电磁辐射，且近晶态液晶材料本身便无任何毒害作用，所以本发明介质健康环保。

以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性电控调光介质，其特征在于：它包括第一基体层、第二基体层，在该第一基体层与该第二基体层之间设有一个容纳层，该容纳层上凹设有多个容纳腔室，每个该容纳腔室内填设有调光物，该调光物由近晶态液晶和添加物混合而成，该近晶态液晶为A类近晶态液晶有机化合物，该添加物为带导电特性的化合物，在该第一基体层朝向该容纳层的一侧设有第一导电电极层，在该第二基体层朝向该容纳层的一侧设有第二导电电极层，该第一导电电极层、第二导电电极层用于与一个电路驱动控制装置连接。

2.如权利要求1所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述第一基体层和所述第二基体层为塑料板，所述第一基体层和所述第二基体层的厚度均为大于等于0.01mm且小于等于10mm。

3.如权利要求1所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述调光物的组成为：该近晶态液晶占混合总重量的90％～99.999％，该添加物占混合总重量的0.001％～10％。

4.如权利要求1所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述容纳层由可UV固化的聚合物单体制成，所述容纳层的厚度为大于等于0.01μm且小于等于10mm。

5.如权利要求4所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述聚合物单体为环氧树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯类中的任一种。

6.如权利要求1或3所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述调光物中混合有二色性染料。

7.如权利要求1所述的柔性电控调光介质，其特征在于：所述第一导电电极层由M个平行排列的条状行电极组成，所述第二导电电极层由N个平行排列的条状列电极组成，所述第一导电电极层的M个行电极与所述第二导电电极层的N个列电极相垂直，所述第一导电电极层与所述第二导电电极层形成一个M×N的像素点阵列，该像素点阵列具有M×N个像素点，所述容纳层设有M×N个所述容纳腔室，该M×N个像素点与填设有所述调光物的M×N个所述容纳腔室一一对应设置。

8.一种柔性电控调光介质的制作方法，其特征在于，它包括如下步骤：

清洗：将第一基体层和第二基体层清洗干净；

镀设电极层：在该第一基体层上镀设第一导电电极层，在该第二基体层上镀设第二导电电极层；

涂覆聚合物薄膜：在该第一导电电极层上涂覆可UV固化的聚合物薄膜；

放置掩模板：将一块具有设定图案的掩模板置于该聚合物薄膜一侧或该第一基体层一侧；

固化聚合物薄膜：在设定温度下，在一段设定时间内，使设定光强的紫外光照射该掩模板，该聚合物薄膜与该掩模板上的透孔相对应的部分被固化，该聚合物薄膜的其余部分保持原状态，固化完毕后去除掩模板；

清洗未固化聚合物薄膜部分：使用清洗液洗去保持原状态的聚合物薄膜部分，被洗去的聚合物薄膜部分形成容纳腔室，从而容纳层制作完毕；

填充调光物：在预设温度下，将该容纳层上的每个容纳腔室内填充满混合好的调光物；

贴合：在该第二导电电极层上涂覆一层粘合胶，通过该粘合胶将该第二导电电极层与填充了调光物的该容纳层紧密贴合在一起，以形成柔性电控调光介质。

9.如权利要求8所述的柔性电控调光介质的制作方法，其特征在于：在所述放置掩模板步骤中：若将所述掩模板置于所述聚合物薄膜一侧，则在所述放置掩模板步骤之前加入一个预固化聚合物薄膜步骤，以使所述掩模板紧贴所述聚合物薄膜；若将所述掩模板置于所述第一基体层一侧，则所述掩模板紧贴所述第一基体层。

10.如权利要求8所述的柔性电控调光介质的制作方法，其特征在于：所述固化聚合物薄膜步骤中，温度、紫外光的光照时间、紫外光的照射光强取决于所述聚合物薄膜的材质和厚度。

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