CN103744219B - 主动式智能分光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式智能分光系统，所述系统包括依次设置的第一透明保护层、第一导电层、散射层、第二导电层、第二透明保护层、及电性连接在第一导电层和第二导电层之间的智能控制模块，所述第一导电层的光透过率为15～50%，所述第二导电层的光透过率为85%～95%，所述智能控制模块用于向第一导电层和第二导电层之间施加电压差以改变散射层的散射度。本发明能够同时调节散射度、透射度、反射度；降低电极成本；能够在全频谱光波范围内选择性达成阻隔性能；实现完全主动调节。

Description

主动式智能分光系统

技术领域

本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种主动式智能分光系统。

背景技术

智慧窗是一种新颖的光照调节系统，其被广泛引用在建筑、节能等领域，但其对红外线的阻隔尚有提升空间。同时智慧窗系统主要关注对景物（即平行光）的遮挡，而对总光通的改变较小。

另一类光学调制系统——窗膜，正处于蓬勃发展时期。窗膜系统可以对特定波段组合光进行有针对性的阻挡。可是其缺点也非常明显，其对光的处理完全是静态的，无论周围光环境发生任何变化，这个静态系统都不会做出任何反应。

业内针对动态光照环境的系统化处理主要有被动式和主动式两类。被动式系统是通过光介质对环境光的变化被动做出响应，此类变化不受控制，并且大多反应不足而缓慢；主动式系统一般通过主动改变光介质光学性质对光线进行调节，可以根据人的主观意志实现变化。

现有技术中，申请号为89103574.5的中国专利申请揭示了一种智慧窗系统，使用聚合物分散液晶在变化电场作用下主动调节介质雾度，其缺点是电极成本较高；红外阻隔较弱；对总光通调节范围较小，无反射调节；

申请号为201310058406.0的中国专利申请揭示了一种阻隔窗膜系统，其为一种用涂布方式实现红外、紫外阻隔的技术，通过在薄膜上涂覆、复合或者镀上功能层实现在指定波段上的高阻隔率。但一般的，此类系统对光环境变化无响应，是一种静态系统，不能对环境变化或人的意志做出响应；

申请号为201110089634.5的中国专利申请为一种主动式如电致变色技术，通过施加电场的变化改变光介质的颜色从而改变透光率，缺点是调节速度较慢，仅有总光通调节而无散射度调节；

申请号为200680000588.4的中国专利申请为一种被动式如光致变色技术，其在基材上涂布感光可逆变色物质，实现器件对环境光的感应变化，缺点是调节速度很慢，仅有色相和光通调节，并且是被动调节，只能对环境产生应激变化而无法随人的意志操作。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的主动式智能分光系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种主动式智能分光系统，采用聚合物分散液晶技术，结合各种透射、反射、散射功能层实施主动调节。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种主动式智能分光系统，所述系统包括依次设置的第一透明保护层、第一导电层、散射层、第二导电层、第二透明保护层、及电性连接在第一导电层和第二导电层之间的智能控制模块，所述第一导电层的光透过率为15～50%，所述第二导电层的光透过率为85%～95%，所述智能控制模块用于向第一导电层和第二导电层之间施加电压差以改变散射层的散射度。

作为本发明的进一步改进，所述第一导电层和所述第二导电层的光透过率差值范围为45%～70%。

作为本发明的进一步改进，所述第一透明保护层和第二透明保护层的材料为无机透明材料、有机透明材料或其复合材料。

作为本发明的进一步改进，所述散射层的材料包括聚合物分散液晶或扩散材料或其组合物。

作为本发明的进一步改进，所述第一透明保护层、第一导电层、第二导电层、第二透明保护层中至少一层为光阻隔层。

作为本发明的进一步改进，所述光阻隔层阻隔的光线为选自远红外至深紫外波段范围内的任意选定波段或波段组合的光线。

作为本发明的进一步改进，所述第一透明保护层与第一导电层、和/或第二透明保护层与第二导电层为复合层结构。

作为本发明的进一步改进，所述智能控制模块包括电源和电子控制单元，所述智能控制模块还包括开关和/或环境传感器。

作为本发明的进一步改进，所述环境传感器包括电磁感应器、光感应器、雷达感应器、声感应器、震动感应器中的一种或多种。

本发明主动式智能分光系统具有以下有益效果：

1、同时调节散射度、透射度、反射度；

2、降低电极成本；

3、能够改善全频谱光波阻隔性能；

4、结合环境传感器进行智能操作，实现分光系统的完全主动调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明分光系统的结构示意图；

图2为本发明主动式智能分光系统的整体结构示意图；

图3为本发明第一实施方式中分光系统低散射态的光学原理图；

图4为本发明第一实施方式中分光系统高散射态的光学原理图；

图5为本发明第二实施方式中分光系统低散射态的光学原理图；

图6为本发明第二实施方式中分光系统高散射态的光学原理图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。

本发明通过在聚合物分散液晶技术的基础上结合具备一定反射率的透明电极实现透射、反射、散射光的同时调节。同时通过对上述具备一定反射率的透明电极进行功能性改造，使其改善期望波段的有效阻隔能力，同时获得应用领域扩展。

参图1、图2所示，本发明公开了一种主动式智能分光系统，包括依次设置的第一透明保护层11、第一导电层21、散射层30、第二导电层22、第二透明保护层12、及电性连接在第一导电层21和第二导电层22之间的智能控制模块40。

第一透明保护层11和第二透明保护层12的材料为无机透明材料、有机透明材料或其复合材料。

第一导电层21和第二导电层22为差异化设计，具体表现为第一导电层21和第二导电层22的光透过率不同，第一导电层21为高反射层，光透过率为15～50%，第二导电层22为低反射层，光透过率为85%～95%。进一步地，可以通过智能控制模块40向两导电层间施加电压差。

导电层可以直接为透明保护层上的组成部分，也可以是独立于透明层的单独部分。如第一透明保护层11与第一导电层21、和/或第二透明保护层12与第二导电层22可以为复合层结构，也可以为单独层结构。

第一透明保护层11、第一导电层21、第二导电层22、第二透明保护层12中至少一层为光阻隔层，通过透明保护层上制作出光阻隔功能或导电层本身制作出光阻隔功能来获得指定波段或指定波段组合的光阻隔功能，该阻隔功能可覆盖自远红外至深紫外的全部范围，如使用订制的合金膜材料之光阻层可阻隔红外至远红外波段，订制的ITO导电膜材料之光阻层可阻隔紫外波段，硫系玻璃材料之光阻层可阻隔450nm-600nm波段的可见光，可根据实际需要选择材料。

散射层30的材料包括聚合物分散液晶或扩散材料或其组合物，通过在散射层30两侧第一导电层21和第二导电层22上施加电压实现高散射态（关态）和低散射态（开态）之间变化。

优选地，上述结构可以通过互相叠加、共用层、添加层数等方式获得形式上和功能上的扩展，但不能认为独立于本发明的基本原则。

参图2所示，智能控制模块40包括电源41和电子控制单元42，进一步地，智能控制模块还包括开关43和/或环境传感器44，优选地，智能控制模块包括连接在第一导电层和第二导电层22之间的电源41、电子控制单元42、开关43和环境传感器44。其中，环境传感器44包括电磁感应器、光感应器、雷达感应器、声感应器、震动感应器中的一种或多种。

本发明主动式智能分光系统通过环境传感器采集环境数据，通过环境数据电子控制电源控制整个电路的开关及电源的电压值，在第一导电层和第二导电层上施加电压实现高散射态和低散射态之间变化，实现各种程控渐变效果，同时，光阻隔层能够实现指定波段的光阻隔，最终实现智能化操作和响应。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

本发明的第一实施方式中(智能控制模块未图示)，第一导电层21的光透过率为15%，第二导电层22的光透过率为85%。

参图3所示，控制第一导电层21和第二导电层22之间的电压，使散射层30的聚合物分散液晶处于开态，系统在低散射态下系统呈现半透明玻璃状态，即入射光X1照射时，经过第一导电层时具有相对关态时较的反射光Y1和相对于关态较的透射光Z1；参图4所示，控制第一导电层21和第二导电层22之间的电压，使散射层30的聚合物分散液晶处于关态，系统在高散射态下第一导电层21面呈现高镜面反射，而第二导电层22面呈现磨砂玻璃效果，即入射光X2照射时，经过第一导电层时具有强反射光Y2和弱透射光Z2。

本发明的第二实施方式中(智能控制模块未图示)，第一导电层21的光透过率为50%，第二导电层22的光透过率为95%。

参图5所示，控制第一导电层21和第二导电层22之间的电压，使散射层30的聚合物分散液晶处于开态，系统在低散射态下系统呈现高透明玻璃状态，即入射光X3照射时，经过散射层30时具有强透射光Z3；参图6所示，控制第一导电层21和第二导电层22之间的电压，使散射层30的聚合物分散液晶处于关态，系统在高散射态下呈现漫射光效果，即入射光X4照射时，经过散射层30时具有弱反射光Y4和强散射光Z4。此类结构适用于高亮度或其它特殊需求的场合，且成本较低。

对于以上各种模式，均可通过改变加载在散射层两侧第一导电层和第二导电层间的电压来改变散射率，从而使镜面效果随散射光强的变化而变化。该变化可以在小于1秒内完成，也可以通过电子控制实现各种程控渐变效果，还可以通过环境感应器配合电路控制实现智能化操作和响应。

本发明主动式智能分光系统采用聚合物分散液晶技术，结合各种透射、反射、散射功能层实施主动调节。本系统可以同时调节三种主要光通性能，结合各种环境感应器可以实现光的广谱、多功能、智能化调节，适用于生产、生活等各种场合的广泛应用领域。与现有技术相比，具有以下优点：

1、相对于智慧窗系统：本发明拥有更强的总光通调节能力，更广泛的红外截止能力，实现反射光调节的能力；

2、相对于阻隔窗膜系统：本发明具有主动可调性，并且可以结合传感器电路获得智能控制能力。而阻隔窗膜为静态系统，对环境没有感知和响应能力；

3、相对于电致变色技术和光致变色技术：本发明具有极快的变化速度、散射光调节能力。

综上所述，本发明主动式智能分光系统具有以下有益效果：

1、同时调节散射度、透射度、反射度；

2、降低电极成本；

3、能够改善全频谱光波阻隔性能；

4、结合环境传感器进行智能操作，实现分光系统的完全主动调节。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种主动式智能分光系统，所述系统包括依次设置的第一透明保护层、第一导电层、散射层、第二导电层、第二透明保护层、及电性连接在第一导电层和第二导电层之间的智能控制模块，其特征在于，所述第一导电层的光透过率为15～50％，所述第二导电层的光透过率为85％～95％，所述智能控制模块用于向第一导电层和第二导电层之间施加电压差以改变散射层的散射度。

2.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述第一导电层和所述第二导电层的光透过率差值范围为45％～70％。

3.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述第一透明保护层和第二透明保护层的材料为无机透明材料、有机透明材料或其复合材料。

4.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述散射层的材料包括聚合物分散液晶或扩散材料或其组合物。

5.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述第一透明保护层、第一导电层、第二导电层、第二透明保护层中至少一层为光阻隔层。

6.根据权利要求5所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述光阻隔层阻隔的光线为选自远红外至深紫外波段范围内的任意选定波段或波段组合的光线。

7.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述第一透明保护层与第一导电层、和/或第二透明保护层与第二导电层为复合层结构。

8.根据权利要求1所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述智能控制模块包括电源和电子控制单元，所述智能控制模块还包括开关和/或环境传感器。

9.根据权利要求8所述的主动式智能分光系统，其特征在于，所述环境传感器包括电磁感应器、光感应器、雷达感应器、声感应器、震动感应器中的一种或多种。