聚合物分散液晶调光膜电/热性能分析

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本文主要研究了聚合物分散液晶 调光膜在通电情况下的产热情况,并根据 聚合物分散液晶调光膜的等效电路进行 简要分析。实验数据显示,聚合物分散液 晶调光膜通电时,在电极区域会有一定的 产热,且温度最高点出现在电极内侧端点 处。该点的最高温度随使用电压成升高 而升高;且电极边长度 / 非电极边长度比 值介于 0.75-1 之间时,发热点温度较高; 其他影响因素还包括调光膜自身的电学 性能、使用环境等。同时,该发热点的变 化趋势与样品的单位面积有功功耗变化 趋势一致。 关 键 词:聚合物分散液晶调光膜.

聚合物分散液晶调光膜在通断电时 除了会有液晶翻转引起的视觉效果转变 外,也会产生一定的热量。聚合物分散 液晶调光膜的主要组成材料包括:PET、 ITO、PDLC 层、银浆、铜箔。聚合物分散 液晶调光膜采用的光学级 PET 长时间耐 温性一般在 90℃以上;常规的 PDLC 层 的长时间耐温性在 70-90℃;铜箔中用于 粘接的胶层,长时间处于温度高于 60℃的 环境下时,易脱离 ITO 引起接触不良。对 聚合物液晶分散调光膜进行电热性能分 析,有利于预防产品在使用过程中出现安 全隐患。 1 实验部分 将调光膜样品接入检测电路中,调至 指定电压,定时记录功率计显示的电学参 数,并用热像仪检测样品产热情况。 2 数据分析 2.1 调光膜通电时产热情况 将调光膜样品接入测试电路,调节调 压电源至指定电压,用热像仪测试样品产 热情况。图像显示,调光膜通电过程中在 电极长轴方向内侧出现发热点,其它电极 区域及非电极区域通电前后无明显变化。 2.2 调光膜通电过程中,发热与通电电压、 通电时间的关系 将样品接入电路,调压至预定电压, 保持电压 5s、60s、1800s 测试发热情况。 表 1 数据显示,随着使用电压的升 高,发热点温度升高。较低电压时,发热 点温度是逐步升高,直至饱和。当达到一 定的使用电压后,一经通电,发热点温度 即达到一个较稳定的值。当电源电压及电流为理想正弦波时,调光膜热耗散功率 可用如下公式估算: /( 3 1) 1 2 2 P ≈U R + R + R ∥C 与电压成 正比。 在本实验中,调光膜散热主要靠与空 气的热交换及对相邻膜材的热传递。 传热速率 Q=BSΔt 式中,B 为总传热系数,单位 W/( ㎡ *K);S 传热面积,单位 m2 ;∆t 传热温度 差,单位 K。 实验中,传热面积相等,其他条件相 同,传热速率主要受温差影响。低电压 时,传热温差较小,传热速率低,同时通电 过程持续产热,此时产热速率大于散热速 率,发热点温度逐渐升高;当温度升高到 一定大小时,产热速率等于散热速率,发 热点温度保持稳定,此段时间稍长。在 高电压通电时,产热速率较高,短时间内 即达到产热 - 散热平衡,发热点温度保持 稳定。 试验中的样品在 60s 内发热点均已 达到稳定温度,后续实验数据均为通电保 持 3-5min 后测试。 2.3 面积相等,电极边长度 / 非电极边长 度比值对产热情况的影响 制作不同长宽比,面积相等的调光膜 样品。分别接入测试电路,保持电压 3-5min 后,记录功耗数据、测量发热点温度。 表 2 中数据显示,在面积一定的情况 下,电极边越长,视在功耗越大。随着电 极边长度的增加,有功功耗先保持稳定, 后逐渐下降。发热点温度先升高后降低, 在电极边长度 / 非电极边长度比值 1:1 附近达到最大值。 视在功耗增加,说明电路中电流增大, 但由于其电极长度较大,需要经发热点流 入导电面的电流较少,所以发热量较低。 2.4 面积对发热情况的影响 电极边长度定为 1.5m,改变非电极边 长度制作样品。接入测试电路,保持电压 3-5min 后,记录功耗数据、测量发热点温度。 表 3 中数据显示,当电极边长度一致 时,随着面积的减小,单位面积有功功耗 先增加后降低;单位面积视在功耗逐渐增 大。电极边长度 / 非电极边长度比值介于 0.75-1 之间时,发热点温度较高。 3 结 语 此次试验所得数据显示,在该测试 条件下:(1) 电控液晶调光膜产品通电时,在电极的内侧端点处会出现一个发热点。 (2) 发热点温度随使用电压升高而升高; 面积相等或固定电极边长度的情况下,在 电极边 / 非电极边的比值处于 0.75-1 之 间时,发热点温度出现峰值。(3) 实验中, 样品上电后,在较短时间内达到发热 - 散 热平衡,且电压越高,达到平衡时间越短; 发热点的温度由产热 - 散热情况决定,具 体影响因素包括使用环境温湿度、空气流 通状况、测试电压及调光膜自身的电学性 能等。同时,在室温下使用,聚合物分散 液晶调光膜发热点温度低于 35℃,不对其 正常使用造成影响。