一种基于液晶和二向性染料的电控调光膜及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于液晶和二向性染料的电控调光膜，包括：第一透明氧化铟锡塑料导电膜层、复合材料膜层、第二透明氧化铟锡塑料导电膜层；其中，所述复合材料膜层包括液晶分子、二向性染料分子、高分子网络，其中，液晶分子与二向性染料分子共同形成第一复合材料区域，液晶分子、二向性染料分子和高分子网络形成第二复合材料区域，所述第一复合材料区域与第二复合材料区域在复合材料膜层内沿着入射光垂直方向周期性交替排列。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，使显示器在防窥与非防窥状态之间进行切换。

说明书

技术领域

本发明涉及光学偏光技术领域，特别涉及一种基于液晶和二向性染料的电控调光膜及其制备方法。

背景技术

如今，电子产品已经融入了人们的生活和工作中，并为人们提供了很多便利，但由于液晶显示屏的可视角度较大，当电子产品的信息在被使用者本人浏览时，也极易被旁侧的人偷窥，对于一些商业和军事机密以及个人隐私等信息，人们更不希望被旁侧他人偷窥。

美国3M公司率先开发出具有超微细百叶窗(MICROLOUVER)结构的防窥膜。图1是该防窥膜的原理示意图，如图所示，该防窥膜按照从上到下的顺序依次包括：PET层、胶粘层、超微百叶窗膜层、胶粘层、PET层、胶粘层、保护层。由于该防窥膜结构中的超微百叶窗膜层，使得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现有的防窥膜无法在防窥和非防窥状态之间切换的缺陷，从而提供一种防窥状态可电控调节的调光膜。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于液晶和二向性染料的电控调光膜，包括：第一透明氧化铟锡塑料导电膜层、复合材料膜层、第二透明氧化铟锡塑料导电膜层；其中，所述复合材料膜层包括液晶分子、二向性染料分子、高分子网络，其中，液晶分子与二向性染料分子共同形成第一复合材料区域，液晶分子、二向性染料分子和高分子网络共同形成第二复合材料区域，所述第一复合材料区域与第二复合材料区域在复合材料膜层内沿着入射光垂直方向周期性交替排列。

上述技术方案中，任一第一复合材料区域的宽度范围在10-80μm之间，任一第二复合材料区域的宽度范围在10-80μm之间。

上述技术方案中，所述高分子网络在紫外光照射下，通过引发光可聚合单体发生聚合反应而形成；其中，所述光可聚合单体为：单官能团或者多官能团的液晶性单体，或者多种液晶性单体的混合物，或者液晶性单体与非液晶性单体的混合物；所述光可聚合单体含量为混合液总含量的10-70wt％。

上述技术方案中，所述二向性染料采用正性二向性黑色染料，或者正性二向性红色染料、正性二向性蓝色染料和正性二向性黄色染料的混合物。

上述技术方案中，所述液晶选用向列相液晶或胆甾相液晶。

上述技术方案中，所述复合材料膜层的厚度在5-50μm之间，所述复合材料膜层的厚度由间隔粒子的尺寸来决定；所述间隔粒子选用一定尺寸的玻璃微珠，含量为二向性染料分子、光可聚合单体、液晶分子、光引发剂、间隔粒子的混合液总含量的0.1-1.0wt％。

上述技术方案中，所述电控调光膜处于不加电状态时，当光线入射时，透射光分布在一个较宽的角度范围内；当所述电控调光膜处于加电状态时，当光线入射时，透射光分布在一个较窄的角度范围内。

本发明还提供了一种显示器，该显示器采用所述电控调光膜作为显示屏，通过电场的开启和关闭，显示器在防窥和非防窥状态之间进行切换。

本发明还提供了电控调光膜的制备方法，包括：

步骤1)、制备取向好的透明氧化铟锡塑料导电膜层；

步骤2)、将光可聚合单体、液晶分子、二向性染料分子、光引发剂、间隔粒子混合均匀后，将混合液夹在两层透明氧化铟锡塑料导电膜层中间，然后制成薄膜；

步骤3)、通过使用紫外光透过掩膜照射所述薄膜，透过掩膜的紫外光引发光可聚合单体分子间发生交联反应形成高分子网络、液晶分子、二向性染料分子复合材料区域，而被遮蔽部分形成液晶分子、二向性染料分子复合材料区域，从而形成沿着入射光垂直方向周期性交替排列的结构。

本发明的优点在于：

本发明的电控调光膜防窥性能优异且可电控调节，制备方法简单，且在保护个人隐私效果可观的同时，透光率不会被影响。

附图说明

图1是美国3M公司开发的具有超微细百叶窗结构的防窥膜的结构示意图；

图2是正性二向性染料的光吸收示意图；

图3(a)是实施例1中制备电控调光膜时所得到的薄膜的示意图；

图3(b)是实施例1中使用紫外光透过掩膜照射图3(a)所示薄膜的示意图；

图3(c)是实施例1中所制备的电控调光膜在未加电压下的状态图；

图3(d)是实施例1中所制备的电控调光膜在加电压下的状态图；

图4(a)是实施例2中制备电控调光膜时所得到的薄膜的示意图；

图4(b)是实施例2中使用紫外光透过掩膜照射图4(a)所示薄膜的示意图；

图4(c)是实施例2中所制备的电控调光膜在未加电压下的状态图；

图4(d)是实施例2中所制备的电控调光膜在加电压下的状态图；

图5(a)是实施例2中所制备的电控调光膜的在不加电状态下的偏光显微镜图；

图5(b)是实施例1中所制备的电控调光膜的在加电状态下的偏光显微镜图；

图6(a)是实施例2中所制备的电控调光膜的在不加电状态下的偏光显微镜图；

图6(b)是实施例2中所制备的电控调光膜的在加电状态下的偏光显微镜图；

图7是实施例1中所制备的电控调光膜不加电状态(图中线条1所示)与加电状态(图中线条2所示)的角度-光强分布图；

图8是实施例2中所制备的电控调光膜不加电状态(图中线条1所示)与加电状态(图中线条2所示)的角度-光强分布图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的电控调光膜从上到下依次包括：第一透明氧化铟锡(ITO)塑料导电膜层、复合材料膜层、第二透明氧化铟锡塑料导电膜层；其中，所述的复合材料膜层包括液晶分子、二向性染料分子、高分子网络，其中，液晶分子与二向性染料分子共同形成第一复合材料区域，液晶分子、二向性染料分子和高分子网络共同形成第二复合材料区域，所述第一复合材料区域与第二复合材料区域在复合材料膜层内沿着入射光垂直方向周期性交替排列。任一第一复合材料区域的宽度范围在10-80μm之间，任一第二复合材料区域的宽度范围在10-80μm之间。

所述高分子网络在UV照射的条件下，通过引发光可聚合单体发生聚合反应而形成。所述光可聚合单体可以选择单官能团或者多官能团的液晶性单体，或者多种液晶性单体的混合物，或者液晶性单体与非液晶性单体的混合物。光可聚合单体含量一般为混合液总含量的10-70wt％。光引发剂一般选用Irgacure651、Irgacure184、Irgacure1173、Irgacure127、Irgacure2959、Irgacure784、Irgacure2022中的一种。光引发剂含量为光聚合单体含量的0.5-10wt％。

所述二向性染料应当采用正性二向性黑色染料，或者正性二向性红色染料、正性二向性蓝色染料和正性二向性黄色染料的混合物，具体可选用偶氮类、蒽醌类或其他适用的二向性染料。图2为正性二向性染料的光吸收示意图，图中的线条1表示正性二向性染料与光矢量平行时的吸收率，线条2表示正性二向性染料与光矢量垂直时的吸收率，线条3表示正性二向性染料在非偏振光下的吸收率。从图中可以看出，正性二向性染料与光矢量平行时的吸收率与正性二向性染料与光矢量垂直时的吸收率相比较有着明显的差异。

所述液晶可选用向列相液晶(NLC)或胆甾相液晶(N*LC)。NLC液晶可选择正性的商用产品或自行合成，如E7、E8、5CB、SLC1717、SLC09535、SLC7011-100中的一种或几种的混合物。N*LC可选择商用产品、或自行合成、或将手性化合物掺入NLC制备而成。手性化合物可选用商用产品或自行合成。常见的手性化合物商用产品有：S811、CB15、R1011、R5011等。

所述复合材料膜层的厚度在5-50μm之间，可以通过控制间隔粒子的尺寸来控制复合材料膜层的厚度。间隔粒子选用一定尺寸的玻璃微珠，含量为二向性染料分子、光可聚合单体、液晶分子、光引发剂、间隔粒子的混合液总含量的0.1-1.0wt％。

在下面的实施例中将分别选用NLC与N*LC作为液晶分子材料，就如何制备本发明的电控调光膜的过程进行说明。

实施例1

首先，将镀有ITO膜的PET基板用洗涤剂和温水清洗一遍后，将PET基板的颗粒灰尘与杂质除去，然后用丙酮溶液清洗，在镀有ITO膜的PET基板上旋涂一层PVA取向剂，高温(110℃)固化2h，并进行摩擦取向。接着，将光可聚合液晶单体、DD分子、NLC分子、光引发剂、间隔粒子混合均匀后，将混合液夹在两层透明ITO塑料导电膜中间，然后用压辊法压成薄膜，此时如图3(a)所示。然后，如图3(b)所示，通过使用紫外(UV)光透过掩膜照射薄膜，透过掩膜的紫外光引发光可聚合单体分子间发生交联反应形成光可聚合液晶网络、NLC、DD复合材料区域，而被遮蔽部分形成NLC、DD复合材料区域，这样就形成了沿着入射光垂直方向周期性交替排列的结构。

通过上述方法制备得到的电控调光膜未加电压时，如图3(c)所示，NLC分子处于平面态，根据宾主效应，DD分子也是平面取向。此时DD分子的光吸收方向与入射光方向垂直，因此对入射光吸收较弱，透射光分布在-α₁～+α₁的较宽的角度范围内。当电控调光膜加上电场后，如图3(d)所示，被光可聚合液晶网络锚定的一部分区域的DD分子被锚定在平面态，未被锚定的另一区域DD分子随着NLC分子沿着电场的方向垂直取向，透射光只能分布在-α₂～+α₂的较窄角度范围内。

实施例2

首先，将镀有ITO膜的PET基板用洗涤剂和温水清洗一遍后，将PET基板的颗粒灰尘与杂质除去，然后用丙酮溶液清洗，在镀有ITO膜的PET基板上旋涂一层PVA取向剂，高温(110℃)固化2h，然后进行摩擦取向。接着，将光可聚合液晶单体、DD分子、N*LC分子、光引发剂、间隔粒子混合均匀后，将混合液夹在两层透明ITO塑料导电膜中间，然后用压辊法压成薄膜，此时如图4(a)所示。然后，如图4(b)所示，通过使用紫外(UV)光透过掩膜照射薄膜，透过掩膜的紫外光引发光可聚合液晶单体分子间发生交联反应形成光可聚合液晶网络、N*LC、DD复合材料区域，而被遮蔽部分形成N*LC、DD复合材料区域，这样就形成了沿着入射光垂直方向周期性交替排列的结构。

通过上述方法制备得到的电控调光膜未加电压时，如图4(c)所示，N*LC分子处于平面态，根据宾主效应，DD分子也是平面取向。此时DD分子的光吸收方向与入射光方向垂直，呈现对入射光吸收较弱，透射光线分布在-α₃～+α₃的较宽的角度范围内。当电控调光膜加上电场后，如图4(d)所示，被光可聚合液晶网络锚定的一部分区域的DD分子被锚定在平面态，另一部分区域未被锚定的DD分子随着N*LC沿着电场的方向取向，形成焦锥态，此时DD分子的取向是随机的。在加电状态下，调光膜中的复合材料膜层形成具有类似超微百叶窗的结构，透射光只能分布在-α₄～+α₄的较窄的角度范围内。

图5(a)是实施例1中所制备的电控调光膜的在不加电状态下的偏光显微镜图，图5(b)是实施例1中所制备的电控调光膜的在加电状态下的偏光显微镜图。图6(a)是实施例2中所制备的电控调光膜的在不加电状态下的偏光显微镜图，图6(b)是实施例2中所制备的电控调光膜的在加电状态下的偏光显微镜图。从这些偏光显微镜图中可以看出，电控调光膜具有周期性的条纹结构。

图7是实施例1中所制备的电控调光膜不加电状态(图中线条1所示)与加电状态(图中线条2所示)的角度-光强分布图。图8是实施例2中所制备的电控调光膜不加电状态(图中线条1所示)与加电状态(图中线条2所示)的角度-光强分布图。从这两个图可以看出，实施例1与实施例2所制备的电控调光膜在加电或不加电状态下，视角会有明显变化，达到了防窥和非防窥状态之间切换的目的。

本发明提出的电控调光膜应用液晶和二向性染料的宾主效应性质，在施加电场的情况下，可使液晶显示屏的使用者从正面60度视角阅读，即左右30度以外在任意方向上看不清屏幕的资料，保护商业机密及个人隐私，使得电脑的使用更为自由自在。

基于上述的电控调光膜，本发明还提供了一种显示器，该显示器采用前述视角可调控的电控调光膜作为显示屏，通过电场的开启和关闭，显示器在防窥和非防窥状态之间进行切换。

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。