[发明专利]制备可变透射比的表面涂层的方法以及包括该表面涂层的电光装置

说明书

技术领域

本发明涉及化学技术和光学领域，更具体地，涉及通过溶胶-凝胶法制备优选具有可变透射比的电光(电致发光，electro-optical)涂层，以及涉及将液晶微滴分散在可水解的且可聚合的前体中，由此获得施加电场后透光率发生变化的复合材料。通过该方法制备的电光材料称作凝胶玻璃分散液晶(gel-glass dispersed liquid crystal)(进一步缩写为GDLC)。

背景技术

电光材料是具有能够随电场而变化的光学特性的材料。存在两种类型的电光材料，它们具有非常类似的操作原理、制造过程和概念上不同的前体。在1985年发现了其中分散有作为微滴的液晶的聚合材料能够具有电光(电致发光)特性。这样的材料被称作聚合物分散液晶，或PDLC。(J.L.Fergason，Polymer encapsulated nematic liquid crystals for display as light control applications，SID Int.Symp.Digest Technol.Papers 16(1985))。PDLC材料也可以工业上制造。

PDLC材料是复合薄膜，其中向列相液晶的微尺寸的液滴分散在有机聚合物基质中。液晶的液滴随机地位于基质内，并且它们的直径接近可见光的波长，其引起光在可见光谱中的强散射。液晶液滴形成机制在于，在聚合物前体和液晶的均匀混合物中发生的相分离。相分离可以通过聚合、降低温度(温度诱导相分离)、或通过由溶液的溶剂蒸发(溶剂诱导相分离)来诱导。PDLC材料可以在工业上制造，但它们的主要缺点是光稳定性不足(例如，在紫外辐射的影响下基质发生分解)、有限选择的前体以及高成本。

在本发明中值得提及PDLC材料仅仅是因为在寻找PDLC替代物的过程中，在1991年发现，液晶的液滴位于固体基质内的具有类似操作原理的材料也能够通过溶胶-凝胶法来制备(D.Levy，C.J.Serna，J.M.Otón，Preparation of Electro-optical Active Liquid Crystal Microdomains by the Sol-Gel Process，Mat.Lett.10(9-10)(1991)470-476，专和ES2137065 Procedimiento de preparación de matrices vítreas con propiedades de cristales líquidos a temperatura ambient，1999)。

GDLC是通过溶胶-凝胶法制造的一类混合电光薄膜材料，其由固体无机玻璃或有机改性的无机玻璃基质以及分散在其中的液晶微滴组成。GDLC材料是固体微乳液，因为它由相互不溶性固相和液相组成。由于使用无机玻璃作为基质，因此在GDLC材料的情况下光稳定性不是问题。

在PDLC和GDLC材料中，通过将材料放置在两个导电透明电极之间来诱导电光效应。铟锡氧化物的薄膜通常用作电极。当没有向电极施加电压时，则根据温度以及液晶分子和基质边界面之间的力，液晶分子的取向在不同微孔中是不同的，然而，如果施加足够强度的电场，那么液晶分子就会电极化并改变取向直到分子的平均取向与外(电)场的方向一致。选择液晶和玻璃基质，以使得液晶的寻常折射率非常接近于玻璃基质的折射率。在这种情况下，当向膜施加电场时，玻璃基质的折射率和液晶的有效折射率一致，所以在材料中不存在光的折射和散射，因而材料是透明的。当没有电场施加于材料时，则液晶分子在不同液滴中的取向是不同的，这是因为在液晶分子和孔表面之间的热能和力。在这种情况下，入射光的方向与在不同液滴中的液晶分子的取向处于不同角度，并且液晶对于特定光线的折射率与玻璃基质的折射率不匹配。因而，会发生折射和光散射。