CN107065377A - 一种调光玻璃及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调光玻璃，包括：外侧透光层和内侧透光层；微结构层，其接合至或形成于外侧透光层的内侧表面并布置有反射微结构；密封部件，其接合至外侧透光层和内侧透光层的端部，密封部件与微结构层和内侧透光层围成具有预定体积的空间，该空间中布置有预定量的第一物质，该预定量的第一物质在固态时的体积为上述预定体积、在液态时的体积小于上述预定体积。本发明同时公开了一种调光玻璃的制备方法。本发明的调光玻璃无需电场控制调光，降低了制造成本。

Description

一种调光玻璃及其制备方法
技术领域
本发明总体涉及一种调光装置及其制备方法，特别涉及一种调光玻璃及其制备方法。
背景技术
调光玻璃是一种功能性玻璃产品，其可以在透光和不透光之间转换。目前市面上的调光玻璃主要是电场控制型调光玻璃，其工作原理为，通过在两层玻璃之间填充液晶层，当不通过电场对液晶层加电时，液晶分子不规则散布,使光线无法通过，致使调光玻璃呈现不透光的状态；当通过电场对液晶层加电时，液晶分子在电场的作用下规则排布，使得光线通过，致使调光玻璃呈现透光的状态。
现有的电控型调光玻璃在制造工艺上具有较高难度,特别是尺寸越大的调光玻璃越难以确保品质。此外，电控型调光玻璃需要通电才能呈现透光外观，使用过程中会产生用电成本，而且对安装场合也存在限制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种新型的调光玻璃，其不需要利用电场进行控制，从而其使用过程不会产生用电成本，也不需要安装在附近有电源的场合。
本发明实施例的调光玻璃包括：外侧透光层和内侧透光层；微结构层，其接合至或形成于所述外侧透光层的内侧表面并布置有反射微结构；密封部件，其接合至外侧透光层和内侧透光层的端部，密封部件与微结构层和内侧透光层围成具有预定体积的空间，其中，所述空间中布置有预定量的第一物质，并且所述预定量的第一物质在固态时的体积为所述预定体积、在液态时的体积小于所述预定体积。
本发明实施例还提供了上述调光玻璃的制备方法，包括：制备外侧透光层和内侧透光层；制备具有反射微结构的微结构层并将微结构层接合至外侧透光层的内侧表面，或者在外侧透光层的内侧表面上形成具有反射微结构的微结构层；将密封部件的一端固定至外侧透光层的端部，由密封部件和微结构层形成空腔；将液态的第一物质注入空腔，并置于第一物质的凝固点以下使得第一物质凝固为固态；将内侧透光层的表面接合到第一物质的表面，并将内侧透光层的端部接合到密封部件的另一端，其中，第一物质在液态时的体积小于在固态时的体积。
本发明实施例的调光玻璃的不透光状态是在第一物质处于液态时通过光在从外侧透光层经过微结构层进入空腔过程中发生全反射实现的，透光状态则是在第一物质在固态时填满微结构层与内侧透光层之间的空间增加了光的透过率实现的，摆脱了调光玻璃对电场的依赖，实现了全新的温控型调光玻璃，制造和使用成本都大幅减低。
附图说明
图1为本发明一个实施例的调光玻璃的透光状态的结构示意图；
图2为图1所示的调光玻璃的不透光状态的结构示意图；
图3为本发明另一个实施例的调光玻璃的不透光状态的结构示意图；
图4为图3所示的调光玻璃的不透光状态的结构示意图；
图5为本发明实施例的调光玻璃的制备方法的示意性流程图；
图6a-6e为本发明实施例的调光玻璃的各制备工序的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明实施例进行详细说明。
图1为本发明一个实施例的调光玻璃的透光状态的结构示意图。如图1所示，本发明实施例的调光玻璃包括外侧透光层10、内侧透光层20、微结构层30、密封部件40和固态的第一物质51。需要说明的是，图1中示出的调光玻璃的尺寸仅为示意性的，并不表示调光玻璃的实际尺寸比例，调光玻璃一般具有较大的面积和较小的厚度。
其中，外侧透光层10用于接收从外侧入射的光线。外侧透光层10可以采用例如玻璃或树脂等透光材料制成。
微结构层30接合至外侧透光层10的内侧表面，并且微结构层30的内侧表面上相邻排布有大量的反射微结构，参见图1中示例性地示出的多个半球状微结构。其中，每个半球状微结构的直径例如可以在10-20微米的范围内，高度例如可以在5-10微米的范围内。微结构层30可以采用例如玻璃或树脂等透光材料制成。
以上给出的是外侧透光层10与微结构层30分别制备后接合的例子，但本发明不限于此。在本发明一个实施例中，可以通过对外侧透光层10的内侧表面进行例如压印和刻蚀处理形成相邻排布的多个反射微结构而形成微结构层30。
密封部件40可以通过例如密封剂粘接至外侧透光层10和内侧透光层20的端部。图1中虽然仅示出了外侧透光层10和内侧透光层20的端面接合至密封部件40的侧表面上的例子，但本发明不限于此，也可以是密封部件40的端面接合至外侧透光层10和/或内侧透光层20的端部侧表面上。本发明实施例中密封部件40的材料不受限制，例如可利用金属、合金、树脂、玻璃等材料制成。
如图1所示，密封部件40的内侧表面、微结构层30的内侧表面和内侧透光层20的内侧表面围成密封的具有预定体积的空间。在密封空间中布置有预定量的第一物质，并且该预定量的第一物质在固态时的体积为该密封空间的体积，也就是该密封空间由固态的第一物质51完全填充，因而，从外侧透光层10入射的光线能够穿过微结构层30进入固态的第一物质51，继而穿过内侧透光层，使得调光玻璃呈现透光状态。
图2为图1所示的调光玻璃的不透光状态的结构示意图。如图2所示，当调光玻璃周围的环境温度达到第一物质的凝固点以上时，固态的第一物质51融化为液态的第一物质52，并且液态的第一物质52的体积小于调光玻璃内部密封空间的体积，从而在该密封空间内形成空腔60。在图2所示的调光玻璃水平放置的情况下，空腔60将微结构层30和液态的第一物质52阻隔开来，由于空腔60的折射率较低，从外侧透光层10入射的光线进入微结构层30后，在微结构层30的与空腔60相接的界面上发生部分反射或全反射，即外侧入射的光线少量穿过或难以穿过空腔60而通过液态的第一物质52和内侧透光层，从内侧透光层20的下方来看，调光玻璃呈现半透光或不透光的状态。
本发明实施例的调光玻璃的不透光状态或半透光状态是在第一物质处于液态时通过光在从外侧透光层经过微结构层进入空腔时发生全反射或部分反射实现的，透光状态则是在第一物质在固态时填满微结构层与内侧透光层之间的空间而增加了光的透过率而实现的。本发明实施例的调光玻璃完全摆脱了对电场的依赖，通过调光玻璃周围环境的温度变化进行结构变化而自动调光，实现了全新的温控型调光玻璃，同时使得制造成本、安装成本和使用成本都大幅减低。
尽管本发明实施例没有明确限定，本领域技术人员容易理解，本公开的技术方案可适用于可水平放置、安装、固定等的结构，例如屋顶、水平玻璃制品或其它封闭结构的水平顶部或其它非封闭结构的水平顶部，或者位于倾斜角度有限(倾斜角度不应使得第一物质在液态下接触微结构层)的倾斜面。
根据实际使用需要，本发明实施例的调光玻璃中的第一物质可以选用不同凝固点的物质。在本发明一个实施例中，第一物质的凝固点可以在-10至25度的范围内。例如，当需要调光玻璃在-10度以下时呈现透光状态，并且在-10度以上呈现不透光状态时，可选用凝固点约为-10度的物质作为第一物质，例如可使用凝固点较低并且凝固时呈透光状态的油作为第一物质；当需要调光玻璃在0度以下呈现透光状态，并且在0度以上呈现不透光状态时，可选用凝固点约为0度的物质作为第一物质；当需要调光玻璃在25度以下呈现透光状态，并且在25度以上呈现不透光状态时，可选用凝固点约为25度的物质作为第一物质。
在本发明另一个实施例中，第一物质的凝固点例如可以在0至20度的范围内选择。例如，当需要调光玻璃在0度以下呈现透光状态，并且在0度以上呈现不透光状态时，可选用例如凝固点为0度的水作为第一物质；当需要调光玻璃在约16度以下呈现透光状态，并且在约16度以上呈现不透光状态时，可选用例如凝固点为16.6度的乙酸作为第一物质。
以上第一物质的具体选用对象仅为示例性的，本发明不限于上述例举的第一物质，只要固态体积大于液态体积并且凝固时呈透光状态的物质都可以选用为本发明中的第一物质，可根据需要调光玻璃切换透光与不透光状态的分界点温度来选定具有该温度作为凝固点的物质作为第一物质。
在本发明一个实施例中，为提高外部光线的入射率，调光玻璃中微结构层30的折射率与外侧透光层10的折射率之差可以在0-0.2范围内。例如，当相互接合的外侧透光层10与微结构层30选用同种材料制成时，或者微结构层30直接形成在外侧透光层10的内侧表面上时，两者的折射率之差为0；当选用玻璃制成外侧透光层10时其折射率例如约为1.4-1.6，当选用树脂制成微结构层30时其折射率例如为1.58，两者的折射率之差约为0.02-0.18。
在本发明另一个实施例中，为提高外部光线的入射率，固态的第一物质51的折射率与微结构层30的折射率之差可以在0-0.35范围内。例如，当固态的第一物质为冰，其折射率约为1.3，微结构层30可选用折射率为1.4-1.6的玻璃，两者的折射率之差约为0.1-0.3。还可以根据选定的第一物质的折射率，在透光材料中选择折射率相近甚至几乎相同的合适材料作为微结构层30的制作材料。
在本发明实施例中，可以在根据需要确定调光玻璃的调光温度后，选定具有符合要求的凝固点的第一物质，确定第一物质的折射率，并选定折射率相近甚至几乎相同的透光材料制成微结构层30，再选择折射率与微结构层30相近或相同的材料制成外侧透光层10和/或内侧透光层20，以提高调光玻璃的透光率。
图3为本发明另一个实施例的调光玻璃的不透光状态的结构示意图，图4为图3所示的调光玻璃的不透光状态的结构示意图。
如图3-4所示，本发明实施例中的微结构层30除了可以构造为具有图1-2所示的半球状微结构以外，也可以构造为具有图3-4所示的具有棱镜状微结构或者其他角度的棱镜状微结构的微结构层30’，同样可以实现当调光玻璃内的第一物质处于固态时从外侧透光层10入射的光线穿过微结构层30’进入固态的第一物质51并穿出内侧透光层20，实现调光玻璃的透光状态，并且当第一物质处于液态时使得入射外侧透光层10的光线在微结构层30’的与空腔60相接的界面上发生部分反射或全反射，实现调光玻璃的半透光或不透光状态。
图5为本发明实施例的调光玻璃的制备方法的示意性流程图，图6a-6e为本发明实施例的调光玻璃的各制备工序的示意图。
如图5和图6a-6e所示，本发明实施例的调光玻璃的制备方法包括如下工序：
S101、制备外侧透光层和内侧透光层；
例如可以用玻璃或树脂按照规定的尺寸制造成外侧透光层和内侧透光层，或者将预制的玻璃或树脂板材切割成规定的尺寸。
S102、制备具有反射微结构的微结构层，将微结构层接合至外侧透光层的内侧表面；
可以采用例如玻璃或树脂等透光材料制成微结构层后，将微结构层30接合至外侧透光层10的内侧表面，如图6a所示。可通过对玻璃或树脂板材表面进行例如纳米压印或曝光显影等图案化处理后再进行刻蚀处理形成大量相邻排布的反射微结构而制备微结构层，参见图1或图3中示例性地示出的微结构层30内侧表面上排布的多个半球状或棱镜状微结构。其中，每个微结构的基部尺寸例如可以在10-20微米的范围内，高度例如可以在5-10微米的范围内。
作为备选，在本发明一个实施例中，可以通过对外侧透光层的内侧表面直接进行例如纳米压印或曝光显影等图案化处理后再进行刻蚀处理形成大量相邻排布的反射微结构而形成微结构层。
S103、将密封部件的一端固定至外侧透光层的端部，由密封部件和微结构层形成空腔；
如图6b所示，密封部件40可以通过例如密封剂粘接至外侧透光层10的端部。除了图6b中示出的外侧透光层10的端面接合至密封部件40的侧表面上的方式，也可以是密封部件40的端面接合至外侧透光层10的端部侧表面上。
S104、将液态的第一物质注入空腔，并置于第一物质的凝固点以下使得第一物质凝固为固态；
如图6c所示，在由密封部件40的内侧表面、微结构层30的内侧表面形成的空腔内注入液态的第一物质52，然后置于第一物质的凝固点以下，使得第一物质凝固为固态的第一物质51，如图6d所示，固态的第一物质51的体积大于液态的第一物质52。
在本发明实施例中，注入空腔的第一物质例如可以为水、油和乙酸等固态体积大于液态体积并且凝固时呈透光状态的物质，可根据需要调光玻璃切换透光与不透光状态的分界点温度来选定具有该温度作为凝固点的物质作为第一物质。
S105、将内侧透光层的表面接合到第一物质的表面，并将内侧透光层的端部接合到密封部件的另一端。
如图6e所示，将内侧透光层20的表面接合到固态的第一物质51的表面，并将内侧透光层20的端部接合到密封部件40的端部，形成调光玻璃。
在本发明一个实施例中，在S104之后还可以包括对固态的第一物质51的表面进行平坦化处理的步骤，以提高内侧透光层20与固态的第一物质51之间的接合度，确保固态的第一物质51的体积与密封部件、微结构层和内侧透光层围成的空间的体积尽可能相同。
在本发明另一个实施例中，在S104中可以将液态的第一物质注满由密封部件40的内侧表面、微结构层30的内侧表面形成的空腔，然后置于第一物质的凝固点以下使得第一物质凝固为固态的第一物质，此时由于第一物质凝固时体积膨胀，可将固态的第一物质的高出密封部件端面所处平面的部分去除，再将内侧透光层的表面固定至固态的第一物质的表面以及密封部件的端面上。
以上对本发明的一些实施例进行了说明，但本发明不限于上述特定的实施例，本领域技术人员在不脱离本发明构思的情况下，能够对上述实施例进行多种变型和修改，这些变型和修改后的实施例均落入本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种调光玻璃，包括：
外侧透光层和内侧透光层；
微结构层，其接合至或形成于所述外侧透光层的内侧表面并布置有反射微结构；
密封部件，其接合至外侧透光层和内侧透光层的端部，密封部件与微结构层和内侧透光层围成具有预定体积的空间，
其中，所述空间中布置有预定量的第一物质，并且所述预定量的第一物质在固态时的体积为所述预定体积、在液态时的体积小于所述预定体积。
2.如权利要求1所述的调光玻璃，其中，第一物质的凝固点在-10至25度的范围内。
3.如权利要求1所述的调光玻璃，其中，第一物质的凝固点在0至20度的范围内。
4.如权利要求1所述的调光玻璃，其中，微结构层的折射率与外侧透光层的折射率之差在0-0.2范围内。
5.如权利要求1所述的调光玻璃，其中，第一物质在固态时的折射率与微结构层的折射率之差在0-0.35范围内。
6.如权利要求1-5中任一项所述的调光玻璃，其中，所述反射微结构包括半球状微结构或棱镜状微结构。
7.如权利要求1-5中任一项所述的调光玻璃，其中，所述第一物质选自包括水、油和乙酸在内的组。
8.一种调光玻璃的制备方法，包括：
制备外侧透光层和内侧透光层；
制备具有反射微结构的微结构层并将微结构层接合至外侧透光层的内侧表面，或者在所述外侧透光层的内侧表面上形成具有反射微结构的微结构层；
将密封部件的一端固定至外侧透光层的端部，由密封部件和微结构层形成空腔；
将液态的第一物质注入空腔，并置于第一物质的凝固点以下使得第一物质凝固为固态；
将内侧透光层的表面接合到第一物质的表面，并将内侧透光层的端部接合到密封部件的另一端，
其中，第一物质在液态时的体积小于在固态时的体积。
9.如权利要求8所述的制备方法，其中，在将注入空腔的第一物质凝固为固态之后还包括，对固态的第一物质的表面进行平坦化处理。
10.如权利要求8或9所述的制备方法，其中，所述第一物质选自包括水、油和乙酸在内的组。
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