正反向调光膜性能及应用研究

0　引言

调光膜，又名聚合物分散液晶薄膜，是一种新型功能性光电薄膜，通过施加电压可以在透明与非透明状态（视觉效果接近磨砂玻璃）之间变幻，透明度由电压调节。

目前，市场上销售的绝大多数调光膜都是“通电透明、断电磨砂”的，需要调整到透明状态时必须通电，所以很多人担心大面积、长时间使用可能耗电太大，希望有一种在透明状态下不耗电的调光膜。

早在2015年，凸版印刷就发布了一款新型的高分子分散型液晶用调光膜，此款调光膜产品断电透明，通电磨砂。针对这一课题，明基材料在2018年5月22～24日于美国洛杉矶举办的SID显示周（Display Week），展出了创新PNLC（Polymer Dispersed Liquid Crystal）反向智慧调光膜产品。PNLC反向智慧调光膜创新之处在于突破了PDLC断电呈现磨砂态的应用限制，让透明时不需通电，而通电后可立即变成具备隐私功能的磨砂玻璃。

通常，把“断电磨砂，通电透明”的调光膜称之为正向调光膜，把“断电透明，通电磨砂”的调光膜称之为反向调光膜。本文首先总体介绍正/反向调光膜的概况，然后测试对比最新正反向调光膜样品的性能，并对其应用进行分析，最后得出相关结论。

1　正/反调光膜概况

目前，正向调光膜由一层聚合物分散液晶材料（PDLC）和两层柔性透明导电薄膜组成。常规的PDLC结构是将向列相液晶通过相分离的方法从一种各向同性的聚合物材料中分离出来，形成许多微米量级的液晶微滴，通过施加一定的电场改变液晶分子的取向来调节液晶微滴与聚合物之间的折射率的匹配关系，从而实现透明和磨砂态。正向调光膜制备工艺简单，采取的是卷对卷生产工艺，生产效率高且性能相对前几年有了明显提升，不仅开态的透过率提高、雾度降低、更通透，且工作电压大幅降低。珠海兴业新材料科技有限公司开发了一款低电压高透调光膜，工作电压已经从65V降低到36V。另外，正向调光膜的成本有了大幅降低，从几年前的千元/㎡降低到卷膜不到300元/㎡，因此，应用更广泛，产品需求量也迎来了快速增长。

正向调光膜目前仍然存在视角问题，正视很通透，侧视时透明度会随着观察角度变小有不同程度的下降。造成这个现象的原因是聚合物基质材料是各不相同的，而液晶分子具有光学各向异性，因此，在透过态时只对垂直入射的光完全透过，对于倾斜入射的光则由于液晶微滴与聚合物直接折射率的不匹配而造成一定程度的散射，从而造成透明度下降。

伴随着正向调光膜的发展，又出现了一个新的研究领域——反向调光膜。反向调光膜工艺实现较困难，据报道，目前真正实现卷状反向调光膜的企业只有日本一家，该公司的技术保密做得特别好，暂不知其具体的结构及生产工艺，该公司2016年即宣布批量生产，但截至到目前只有很少部分企业收到样品。

目前北京大学杨槐、四川大学汪映寒和华南师范大学周国富团队均在进行此方面的研究，从北京大学杨槐团队申请的发明专利《一种反式聚合物分散液晶薄膜的制备方法》（申请号：201510395295.1）来看，其实验室尚可实施，但是要想实现大批量量产，难度还是非常大。华南师范大学周国富团队和江苏和成主要还是研究聚合物网络液晶（PNLC），在这样的体系中，液晶分子被包含在一个个网络内，从而液晶分子的行为受到聚合物网络的作用——体内的锚定作用。此种工艺聚合物含量较少（一般低于10%），无法解决粘结力问题，现在成品主要是PNLC玻璃，生产工艺为先在ITO导电玻璃上制作垂直配向层，再将液晶聚合物灌装进去。该工艺与LCD工艺较相似，相对复杂，且玻璃是刚性的，尺寸比较固定，灵活度较差，由于成本较高等特点，仍然属于小众市场。其他方式制备反式PDLC薄膜所用的液晶材料比较特殊，如胆甾相液晶、双频液晶、近晶A相液晶、铁电液晶等，或者是采用正性液晶制作的平行摩擦的PNLC薄膜，但是使用这些方法制作的反向膜都存在一些问题，暂未进入实际应用中。

2　正/反向调光膜性能对比分析

兴业正向调光膜（简称兴业正向膜）、日本反向调光膜样品（简称日本反向膜样品）和PNLC玻璃的性能参数见表1，其中正向调光膜样品为珠海兴业新材料科技有限公司提供，反向调光膜为日本某企业样品，PNLC玻璃为国内某企业提供。

表1　样品性能参数表

从表1可看出，兴业正向膜的性能较优异，开态雾度较低，36V雾度＜4%，关态平行光透过率低至2.4%，雾度92.8%，遮蔽性非常好，但是存在侧视雾度，侧视没有正视清晰。

日本反向膜样品雾度略偏高，但是基本无侧视雾度，该优势是目前正向调光膜所不具备的。通电时雾度为88.3%，平行光透过率为11.8%，因此遮蔽性较差，即使在较暗的室内使用，都能看的大概物体轮廓，另外剥离强度值只有41gf/inch，相对偏低，后期使用容易出现开胶等异常。

PNLC玻璃，相对日本反向膜，遮蔽性优异一些，36V的磨砂态最大雾度可以达到91.08%，室内使用问题不大，面向室外使用，还要进一步改善磨砂态。另外，其正视和侧视都非常通透，透明度比日本反向调光膜样品优异。但是PNLC玻璃生产工艺较复杂，且成本较高，若要广泛应用还要进一步优化生产工艺和降低成本。

3　正反向调光膜应用分析

从广义上讲，凡是可用玻璃的地方均可使用调光膜。本节从空间隔断、建筑门窗和交通工具、橱窗和幕墙投影、洁净场所和展览展示4个方面分析正反向调光膜的应用。

3.1　空间隔断

办公区或生活区被数面墙体或磨砂玻璃隔开显得空间感很差，全部采用透明玻璃设计又缺乏保密性，使用调光玻璃以后，可根据需求实现透明和磨砂态的变换，因此可以解决上述问题。

如果将调光玻璃替代墙体或磨砂玻璃，且磨砂状态多，比如办公室隔断，从节能角度考虑，建议使用正向调光膜。如果将调光玻璃替代玻璃，透明状态多，比如会议室，从节能角度考虑，建议使用反向调光膜。

3.2　建筑门窗、交通工具

随着调光膜的性能不断提升，可以应用于建筑门窗、建筑幕墙。由于建筑门窗和建筑幕墙现在均使用透明玻璃，透明态居多，因此建议使用反向调光膜，这样不仅与现在应用一致，且在需要的情况可以变得磨砂，阻挡部分阳光，甚至替代窗帘。

近年来，调光膜也广泛应用于交通工具，比如汽车侧窗、天窗、地铁屏蔽门等，但是考虑到安全性，如果调光膜电源损坏，调光膜将处于磨砂态，人在这种密闭环境会缺乏安全感，因此交通工具上更适合用反向调光膜。若将反向调光膜应用于汽车上，将不局限于侧窗、天窗，整个汽车的玻璃都适用。

3.3　橱窗和幕墙投影

调光膜在磨砂态时，由于具有较高的雾度和透过率，是一款非常优质的投影屏幕，与投影系统结合，即成了显示系统，集屏幕、透明玻璃、不透明隔断于一身，能实现广告投放，是新型的广告媒介，也是展览展示领域具有突破性的创新系统。目前，调光膜已广泛应用于橱窗和幕墙，正常营业时调光膜呈透明态展示产品，歇业时调光膜呈磨砂态投放广告或为隐私状。

对于橱窗和幕墙投影应用来说，其开关态时间比较接近，正反向调光膜都比较合适，正向调光膜在隐私、投影表现较好，且成本较低，是目前的最优选择。反向调光膜由于价格较高，且磨砂态雾度相对较低，投影效果不是特别理想，因此反向调光膜要想胜任，还需要改善磨砂态雾度。

3.4　洁净场所、展览展示

调光膜可用于医院、无尘车间等清洁场所，取代窗帘，起到隔断与隐私保护的功能，且有环保清洁不易污染的优点。另外也可应用于展览展示，一般情况下为磨砂态，需要展示时为透明态。该两种情况磨砂态居多，从节能的角度，正向调光膜更适合。

正反向调光膜在应用上各有优势，随着正向调光膜技术的不断成熟及价格的下调，其不再是高端场所的专利，已走入寻常百姓家，应用越来越广泛。目前，反向调光膜仍是样品阶段，考虑其特性，将主要应用于大多数时间需要透明态的光电器件，替代建筑和交通工具玻璃，满足人们的智能应用需求。

4　结语

正/反向调光膜性能各有优势，目前，正向调光膜性能不断在提升，且价格不断降低，应用越来越广泛。反向调光膜某种程度上弥补了正向调光膜应用上的不足，但是反向调光膜目前仍然是处于起步阶段，性能还要不断优化，且目前售价较高，是正向调光膜高8～10倍，暂时可能处于小众化应用，期待更多厂家在短时间内开发反向调光膜并实现国产化，若性能好、成本低，那么其应用价值才能真正体现。若能在此基础上，还能控制光的透过率，应用才会达到新的巅峰。

参考文献

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（作者系珠海兴业新材料科技有限公司中级工程师）