CN106597727A - 一种透射光角度范围可调控的电控调光膜 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透射光角度范围可调控的电控调光膜，包括：位于透射光侧的第一透射膜、聚合物分散液晶膜层、位于入射光侧的第二透射膜，所述第二透射膜的内侧或外侧带有周期性光遮蔽条纹；所述聚合物分散液晶膜层位于所述第一透射膜与第二透射膜之间。在电场关闭的情况下，聚合物分散液晶膜层呈光散射状态，透射光分布在较宽角度范围内；在电场开启的情况下，聚合物分散液晶膜层呈透明状态，入射光经过周期性光遮蔽条纹结构后，透射光分布在较窄角度范围内。本发明的电控调光膜具有透射光角度范围可调控的特点。该电控调光膜有望应用于显示器，通过电场的开启和关闭，使显示器在不同视角之间进行切换，在防窥与非防窥状态之间进行切换。

Description

一种透射光角度范围可调控的电控调光膜
技术领域
本发明涉及光学膜技术领域，尤其涉及一种基于聚合物分散液晶(PDLC)的透射光角度范围可调控的电控调光膜。
背景技术
聚合物分散液晶(PDLC)的概念始于20世纪80年代中期，并迅速从“科学家手中的玩具”发展为兼具基础研究及应用价值的电-光响应材料。聚合物分散液晶材料是将向列相液晶微滴均匀分散在聚合物网络基体中而形成的复合材料。PDLC膜的电光响应原理示意图如图1所示。在两块镀有ITO(氧化铟锡)导电层的基片之间是一定厚度的PDLC膜，液晶微滴随机分布在聚合物的网络中。当不加电场时，由于液晶微滴的指向矢呈无规分布，PDLC膜呈光散射状态；当对其施加一个足够强的外电场，液晶分子沿着电场的方向排列，PDLC膜呈透明状态。
随着现代科学技术的飞速发展，电脑、手机等电子产品越来越多的应用于人们的工作和生活中，为人们带来了极大的便利和乐趣。然而，在人们广泛使用电子产品的同时，由于电子产品屏幕可视角度较大，人们在通过屏幕浏览资料时很容易被他人偷窥，造成个人隐私及企业商业机密面临着极大的风险。因此，在某些场合，需要显示器具有防窥功能来防止在使用电子产品时信息泄露。
美国3M公司采用具有超微细百叶窗(MICROLOUVER)的结构，率先开发出防窥膜。该防窥膜的结构示意图如图2所示。当将该防窥膜用于显示器时，可使屏幕显示出的资料专供使用者正面阅读，可视区域是60度(±30度)，任何人在可视区域外只能看到漆黑画面，从而达到保护个人隐私和企业商业机密的目的。但该防窥膜不具备在防窥和非防窥状态之间切换的特性。
发明内容
本发明的目的在于克服已有的防窥膜不具备在防窥和非防窥状态之间切换的特性，从而提供一种能够调控透射光角度范围的电控调光膜。
为了实现上述目的，本发明提供了一种透射光角度范围可调控的电控调光膜，包括：位于透射光侧的第一透射膜、聚合物分散液晶膜层、位于入射光侧的第二透射膜，所述第二透射膜的靠近聚合物分散液晶膜层的内侧或远离聚合物分散液晶膜层的外侧带有周期性光遮蔽条纹；所述聚合物分散液晶膜层位于所述第一透射膜与第二透射膜之间。
上述技术方案中，所述第一透射膜或第二透射膜为：透明ITO导电膜层或纳米银线膜或石墨烯膜或导电高分子膜。
上述技术方案中，所述聚合物分散液晶膜层采用下列方法之一制备：紫外固化法、热固化法、溶剂挥发分相法、热分相法。
上述技术方案中，所述周期性光遮蔽条纹采用有机材料或无机材料或金属材料制备而成。
上述技术方案中，所述周期性光遮蔽条纹采用下列方法之一制备：机械加工、印刷、打印、蒸镀、光刻、使用掩膜进行局部光聚合。
上述技术方案中，所述周期性光遮蔽条纹为条纹状，其条纹宽度或相邻条纹间距离为纳米至毫米级。
上述技术方案中，所述聚合物分散液晶膜层的厚度、所述周期性光遮蔽条纹的厚度为纳米至毫米级。对于周期性光遮蔽条纹在第二透射膜内侧的电控调光膜，所述周期性光遮蔽条纹的厚度小于所述聚合物分散液晶膜层的厚度。
上述技术方案中，所述聚合物分散液晶膜层在电场作用下液晶分子沿电场方向取向，聚合物分散液晶膜层由散射态变为透明态，入射光经过周期性光遮蔽条纹结构后，受到周期性光遮蔽条纹的限制，透射光分布在一个较窄的角度范围内；当电场关闭后，聚合物分散液晶膜层从透明态转换为散射态，透射光分布在一个较宽角度范围内。
本发明还提供了一种显示器，将所述透射光角度范围可调控的电控调光膜应用于显示器，通过电场的开启和关闭，使显示器在防窥和非防窥状态之间进行切换。
本发明的优点在于：
1、本发明的电控调光膜通过电场的开启或关闭，能够对透射光角度范围进行调控。
2、本发明的电控调光膜有望应用于显示器，通过电场的开启和关闭，可以使显示器在不同视角之间进行切换，即在防窥与非防窥状态之间进行切换。
附图说明
图1是PDLC膜的电光响应原理示意图；
图2是美国3M公司开发的超微细百叶窗结构的防窥膜的结构示意图；
图3是实施例1中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜在电场关闭时的示意图；
图4是实施例1中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜在电场开启时的示意图；
图5是周期性光遮蔽条纹制备时所用掩膜的示意图；
图6是周期性光遮蔽条纹的光学显微镜图；
图7是实施例1中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜的角度-光强曲线；
图8是实施例2中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜在电场关闭时的示意图；
图9是实施例2中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜在电场开启时的示意图；
图10是实施例2中本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜的角度-光强曲线。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步的描述。
实施例1
如图3所示，在本实施例中，本发明的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜包括：从上到下依次设置的透明ITO导电膜层(透射光侧)、PDLC膜层、内侧带有周期性光遮蔽条纹的透明ITO导电膜层(入射光侧)。
所述PDLC膜层可采用紫外固化法、热固化法、溶剂挥发分相法、热分相法等制备方法制备，也可采用本领域技术人员所公知的其他制备方法制备。在本实施例中，PDLC膜层的制备过程如下：将光可聚合单体、液晶、光引发剂、玻璃微珠混合物夹在透射光侧的透明ITO导电膜层和入射光侧的透明ITO导电膜层内侧的中间，使用5mw/cm2的紫外光，从透射光侧的透明ITO导电膜层一侧照射300s，使混合物中光聚合单体聚合，从而制得PDLC膜层。
PDLC膜层具有光学转换的特性，电场关闭时，PDLC膜层呈现光散射态(如图3所示)；电场开启时，PDLC膜层呈现透明态(如图4所示)。
所述周期性光遮蔽条纹可采用有机材料制备而成，如有机油墨、有机染料；也可由无机材料制备而成，比如炭黑、无机染料；也可以由金属材料制备而成，如金、银和水银等。其制备方法包括但不限于：由上述材料通过机械加工、印刷、打印、蒸镀、光刻、使用掩膜进行局部光聚合等。在本实施例中，周期性光遮蔽条纹的制备过程是：在入射光侧的透明ITO导电膜层的内侧旋涂上UV固化油墨，使用5mw/cm2的紫外光，透过如图5所示结构的掩膜照射600s，然后将未固化部分用正己烷、环己烷和丙酮的混合溶剂洗涤，从而制得内侧带有周期性光遮蔽条纹的透明ITO导电膜层。周期性光遮蔽条纹的光学显微镜图如图6所示。
所述周期性光遮蔽条纹的宽度b1、以及任意两相邻光遮蔽条纹间的距离b2可以为纳米至毫米级，二者尺寸可以相同也可以不相同。在本实施例中，周期性光遮蔽结构是条纹状，但其形状并不限于条纹状，在其他实施例中，也可以是方格等其它形状。
所述的PDLC膜层的厚度h1、所述的周期性光遮蔽条纹的厚度h2可以为纳米至毫米级。在本实施例中，由于周期性光遮蔽条纹在透明ITO导电膜层内侧(入射光侧)，因此周期性光遮蔽条纹的厚度h2应小于所述的PDLC膜层的厚度h1。优选地，所述PDLC膜层厚度约为40微米，所述周期性光遮蔽层的厚度约为30微米。
本实施例中的透明ITO导电膜层在其他实施例中也可采用纳米银线膜、石墨烯膜、导电高分子膜等代替，也可采用其他类似的材料代替。
图7为本实施例透射光角度范围可调控的电控调光膜的角度-光强曲线。该曲线为光线从入射光侧的透明ITO导电膜层一侧入射时测试的结果。从图中可以看出：不施加电压时，透射光强度较弱，但角度依赖性较小；施加20V电压后，透射光强度变强，但角度依赖性增大。因此，通过施加电场的开启和关闭，就可以对该电控调光膜的透射光角度范围进行调控。
在电场关闭的情况下，如图3所示，PDLC膜层呈光散射状态，透射光分布在-α1～+α1的较宽角度范围内；在电场开启的情况下，如图4所示，PDLC膜层呈透明状态，入射光经过周期性光遮蔽条纹结构后，由于受到周期性光遮蔽条纹的限制，透射光只能分布在-α2～+α2的较窄角度范围内。本发明的电控调光膜具有透射光角度范围可调控的特点。该电控调光膜有望应用于显示器，通过电场的开启和关闭，可以使显示器在不同视角之间进行切换，即在防窥与非防窥状态之间进行切换。
实施例2
本实施例与实施例1不同之处在于：如图8所示，在本实施例中，一种透射光角度范围可调控的电控调光膜的周期性光遮蔽条纹是在入射光侧的透明ITO导电膜层的外侧，即在远离透明ITO导电膜层的一侧。电场关闭时，PDLC膜层呈现光散射态(如图8所示)；电场开启时，PDLC膜层呈现透明态(如图9所示)。
优选地，所述PDLC膜层厚度约为20微米，所述的周期性光遮蔽层的厚度约为20微米。
图10为本实施例中的一种透射光角度范围可调控的电控调光膜的角度-光强曲线。该曲线为光线从入射光侧的透明ITO导电膜层一侧入射时测试的结果。从图中可以看出，实施例2与实施例1具有相似的光学性能。
本实施例的其余部分与实施例1相同，这里不再赘述。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，包括：位于透射光侧的第一透射膜、聚合物分散液晶膜层、位于入射光侧的第二透射膜，所述第二透射膜的靠近聚合物分散液晶膜层的内侧或远离聚合物分散液晶膜层的外侧带有周期性光遮蔽条纹；所述聚合物分散液晶膜层位于所述第一透射膜与第二透射膜之间。
2.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述第一透射膜或第二透射膜为：透明ITO导电膜层或纳米银线膜或石墨烯膜或导电高分子膜。
3.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述聚合物分散液晶膜层采用下列方法之一制备：紫外固化法、热固化法、溶剂挥发分相法、热分相法。
4.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述周期性光遮蔽条纹采用有机材料或无机材料或金属材料制备而成。
5.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述周期性光遮蔽条纹采用下列方法之一制备：机械加工、印刷、打印、蒸镀、光刻、使用掩膜进行局部光聚合。
6.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述周期性光遮蔽条纹为条纹状，其条纹宽度或相邻条纹间距离为纳米至毫米级。
7.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述聚合物分散液晶膜层的厚度、所述周期性光遮蔽条纹的厚度为纳米至毫米级。对于周期性光遮蔽条纹在第二透射膜内侧的电控调光膜，所述周期性光遮蔽条纹的厚度小于所述聚合物分散液晶膜层的厚度。
8.根据权利要求1所述的透射光角度范围可调控的电控调光膜，其特征在于，所述聚合物分散液晶膜层在电场作用下液晶分子沿电场方向取向，聚合物分散液晶膜层由散射态变为透明态，入射光经过周期性光遮蔽条纹结构后，受到周期性光遮蔽条纹的限制，透射光分布在一个较窄的角度范围内；当电场关闭后，聚合物分散液晶膜层从透明态转换为散射态，透射光分布在一个较宽角度范围内。
9.一种显示器，将权利要求1-8之一的所述透射光角度范围可调控的电控调光膜应用于显示器，通过电场的开启和关闭，使显示器在防窥和非防窥状态之间进行切换。
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