CN108351447A - 太阳能反射和吸收电转换膜和玻璃 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能反射‑吸收装置，包括：至少一层柔性红外反射透明导电膜；至少一层柔性透明导电膜；至少一层在聚合物基质中的液晶分散体或在液晶畴中的聚合物分散体；其位于所述至少一层柔性红外反射透明导电膜和所述至少一层柔性透明导电膜之间。所述聚合物基质中的液晶分散体或液晶畴中的聚合物分散体，包括对太阳光谱中的可见光和/或红外光区域具有吸收度的金属‑有机染料组合物。上述聚合物基质中的液晶分散体或液晶畴中的聚合物分散体，由向列相混合物和/或胆甾型(手性向列相)混合物组成，所述胆甾型(手性向列相)混合物由用于红外光吸收的手性介晶或非介晶手性材料向列相和.或用于动态(电调控)红外光和可见光吸收度的宽带胆甾型材料组成。该装置的电切换能力通过夹在所述至少一个透明红外反射柔性导电支撑件和所述透明柔性导电支持膜之间的聚合物基质中的液晶分散体或液晶畴层中的聚合物网络的重新取向实现。
Description
技术领域
本发明涉及电转换液晶装置，更具体地，涉及用于汽车、建筑、船舶和航空玻璃应用的玻璃装饰和节能玻璃，更具体地，涉及在上述应用中作为玻璃的一部分的具有光控功能的太阳能反射膜或具有光控功能的涂层。这种太阳能控制装置允许根据需要在不透明到透明的范围内调节红外和可见光光透射率，同时控制和屏蔽太阳辐射(热)量。
背景技术
现在，随着节能环保意识的不断提高，人们生活水平的不断进步，太阳能控制膜的应用越来越受欢迎。这些膜通常粘附在汽车和建筑物中的窗玻璃的内表面上，以防止太阳辐射热进入，根据产品对可见光的透射率，为内部人员提供舒适和合适的环境，并同时为居住在内的人提供相应的隐私程度。
太阳能控制膜是一种经过功能化处理的薄膜，具有阻挡太阳辐射热的功能。
聚合物分散液晶(PDLC)膜是液晶液滴在聚合物基质中均匀分散的光电响应材料。
PDLC膜的透明度可以在外部磁场下从不透明改变为透明。
美国专利号20080316381公开了一种光控膜，其包括一层防污层、两层聚合物膜层、一层液晶光控制层和一层粘合剂。该光控膜具有光控制和防污功能。
美国专利号20080317977公开了一种光控膜，其包括一层防污层、一层耐磨层、一层防眩层、两层聚合物膜层、一层液晶光控制层和一层粘合剂。该光控膜具有光控制、耐磨、抗反射和防污功能。
美国专利号005641426公开了一种光响应膜，其包括在交联聚合物中分散的液晶液滴，其中，聚合物包括至少一种乙烯醚。
PCT公布WO2013/036386公开了一种具有光控功能的太阳光控制窗膜，其包括：一层防污层；一层安置在防污层下方的固化层；一层安置在固化层下方的太阳光控制功能层；两层ITO PET层；一层分散有液晶的聚合物；一层下表面聚酯保护释放层，其中，所述ITOPET层之一的底面通过接触胶粘剂黏附于下表面聚酯保护释放层。
常规太阳能控制薄膜的主要问题是，单层太阳能控制薄膜产品的可见光透射率是固定不变的，不能根据人们对明暗度以及隔热的需求进行调整。因此，对改进可切换光反射膜仍然存在长期的未满足的需求。
发明内容
一种太阳能吸收-反射膜，包括至少一层柔性IR反射透明导电膜；至少一层柔性透明导电膜；至少一层具有液晶分散体的第一层，所述第一层设置在所述柔性IR反射透明导电膜或所述柔性透明导电膜和至少一层具有液晶分散体的第二层之间；至少一个电接触件，连通所述柔性透明导电膜；其中，所示液晶分散体包括金属-有机介晶染料组合物。
所述太阳能吸收-反射膜中的柔性IR反射透明导电膜由薄金属层或金属氧化物层组成。
所述太阳能吸收-反射膜中的薄金属层或金属氧化物膜膜的构成材料选自：银、金、二氧化钛、铜、或不锈钢，以及其任何组合。
所述太阳能吸收-反射膜中的至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相液晶混合物构成。
所述太阳能吸收-反射膜中的至少一层液晶分散体包括所述液晶分散体中的胆甾型液晶混合物，其特征在于包括宽带波长反射能力，用于在所述动态太阳能反射模式中反射能量。所述太阳能吸收-反射膜中的至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相液晶混合物构成，且进一步包括手性向列相混合物，用于起到宽带胆固醇相的作用。
所述太阳能吸收-反射膜中的太阳能吸收-反射膜集成于液晶装置中。
所述太阳能吸收-反射膜中的液晶组合物可以为PDLC、PNLC、PST或其他。
所述太阳能吸收-反射膜中的装置是柔性电光液晶装置。
所述太阳能吸收-反射膜中的液晶的特征在于，聚合物基质中的液晶分散形态为纳米液滴、微米液滴、大液滴或网络凝胶。
所述太阳能吸收-反射膜中的液晶分散体可以由相分离或微胶囊化方法制备。
所述太阳能吸收-反射膜中的液晶的特征在于可能包含二向色有机组合物和金属-有机组合物。
所述太阳能吸收-反射膜中的至少一层柔性反射透明导电膜由透明涂层，例如铟锡氧化物(ITO)构成。
所述太阳能吸收-反射膜中的至少一层柔性反射透明导电膜由导电聚合物涂层，例如PEDOT-SS构成。
所述太阳能吸收-反射膜中的反射中的反射增强涂层可以应用于透明导电膜，所述透明导电膜选自：所述柔性透明导电膜、所述柔性IR反射透明导电膜以及其任何组合。
所述太阳能吸收-反射膜中的太阳能反射膜可以由所述透明导电膜的任何组合构成。
所述太阳能吸收-反射膜中的宽带胆甾型材料包括在IR区域中的胆甾型沥青。
所述太阳能吸收-反射膜中的转换膜的热反射由电场的量动态控制。
所述太阳能吸收-反射膜中的转换膜的透明度由电场的量动态控制。
所述太阳能吸收-反射膜中的胆甾型混合物可以由至少两层具不同的有相反手性取向的胆甾型材料。
所述太阳能吸收-反射膜中的胆甾型混合物可以为用微胶囊化技术封装的相反手性取向胆甾型材料的混合物。
所述太阳能吸收-反射膜中的太阳能反射转换膜包括图案。
所述太阳能吸收-反射膜中的太阳能反射转换膜包括低清晰度显示屏或标志。
所述太阳能吸收-反射膜中的太阳能控制转换膜包括液晶组合物的双稳态能力。
一种用于制造太阳能吸收-反射膜的方法，包括以下步骤：提供至少一层柔性IR反射透明导电膜；提供至少一层柔性透明导电膜；提供至少一层液晶分散体；提供至少一个与所述柔性透明导电膜连通的电接触件；将所述至少一层液晶分散体设置在所述柔性IR反射透明导电膜和所述柔性透明导电膜之间；连接所述电接触件与所述柔性透明导电膜；从而提供所述太阳能吸收-反射膜；其中所述步骤(c)还包括在所述至少一层液晶分散体中引入金属-有机介晶染料组合物的步骤。
所述方法中的柔性IR反射透明导电膜由薄金属层或金属氧化层组成。
所述方法中的薄金属层或金属氧化层的构成选自：银、金、二氧化钛、铜、或不锈钢以及其任何组合。
所述方法中的至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相混合物制成，用于在所述静态太阳能-反射模态中反射能量。
所述方法中的至少一层液晶分散体包括在所述液晶分散体中的液晶胆甾型混合物，其特征在于，包括宽带反射能力，用于在所述动态太阳能反射模式中反射能量。
所述方法中的至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的液晶向列相混合物制成，进一步包含手性向列混合物，用于起到宽带胆甾型混合物的作用。
所述方法中的太阳能吸收-反射膜集成于液晶装置中。
所述方法中的液晶组合物可以为PDLC、PNLC、PST或其他。
所述方法中的所述装置是柔性电光液晶装置。
所述方法中的液晶的特征在于在聚合物基质中的液晶分散体形态为纳米液滴、微米液滴、大液滴或网络凝胶。
所述方法中的液晶分散体可以由相分离或微胶囊化方法制备。
所述方法中的液晶的特征在于可能包括二向色有机和金属-有机组合物。
所述方法中的至少一层柔性反射透明导电膜由透明涂层，例如铟锡氧化物(ITO)构成。
所述方法中的至少一层柔性反射透明导电膜由导电聚合物涂层，例如PEDOT-SS构成。
所述方法中的柔性IR反射透明导电膜可以涂覆有增强反射膜。
所述方法中的柔性透明导电膜可以涂覆有增强反射膜。
所述方法中的太阳能反射膜可以由所述透明导电膜的任何组合构成。
所述方法中的宽带胆甾型材料包括在可见或IR区域中的胆甾型沥青。
所述方法中的转换膜的热反射由电场的量动态控制。
所述方法中的转换膜的透明度由电场的量动态控制。
所述方法中的胆甾型混合物可以包括至少两层不同的具有相反手性取向的胆甾型材料。
所述方法中的胆甾型混合物可以为用微胶囊化技术封装的相反手性取向胆甾型材料的混合物。
所述方法中的太阳能反射转换膜包括图案。
所述方法中的太阳能反射转换膜包括低清晰度显示屏或标志。
所述方法中的太阳能反射转换膜是双稳态。
附图说明
图1为太阳能反射膜的一个实施例的示意图。
图2为液晶膜的一个优选实施例的性质的示意图。
图3为可调液晶膜的优选实施例的另一个可能构型的示意图。
图4为在一层或两层金属化太阳能反射涂层上做的实验的示意图。
图5为包括一层金属化太阳能反射涂层的太阳能反射膜的一个实施例的示意图。
图6为包括一层金属化太阳能反射涂层的液晶膜的一个优选实施例的性质的示意图。
图7为包括一层金属化太阳能反射涂层的可调液晶膜的优选实施例的一个可能构型的示意图。
图8为包括两层金属化太阳能反射涂层的液晶膜的一个优选实施例的性质示意图。
图9为包括外部反射增强涂层的优选实施例的另一个可能构型的示意图。
具体实施方式
提供下文的描述，以允许任何本领域技术人员使用本发明，并列举发明人所构思的实施本发明的最佳模式。然而，对于本领域技术人员来说，各种改进是显而易见的，因为本发明的一般原理已被具体限定为提供一种电转换太阳能反射膜。因此，本申请提供了一种新型膜。将太阳能反射吸收组分添加到PDLC、PNLC、PSLC、PSCT膜组合物中，从而提供具有以下性质的膜和/或窗装置：可转换和可调的太阳光谱的红外和可见光反射，透射和吸收。
改装：在下文中指通过以某种方式将传统窗或表面与一种增强结合起来而得出的改进，所述增强即可转换的玻璃，不可转换的光调节装置等。
本发明是部分基于此前的临时申请专利62065805中由Guzy的所要求保护的技术。
根据本发明，通过将太阳能-反射组分引入到PDLC、PNLC、PSLC、PSCT膜和玻璃装置的组合物中，可以改变膜的光学性质。
术语“反射”在下文中指的是对人眼可见的(可探测的)的电磁波谱部分的反射。在这个波长范围内的电磁辐射称为可见光或就简单称为光。典型的人眼会对约400至约700nm的波长作出响应。同样地，对于人眼可见的(可探测的)的电磁波谱部分的反射，包括在波长从700至1600nm之间的部分，包括电磁辐射的红外(IR)或热区域。总之，该术语在下文中指的是波长从约400至约1600nm的反射。
术语“吸收的”在下文中指的是人眼可见的(可探测的)的电磁波谱部分的吸收。在这个波长范围内的电磁辐射被称为可见光或简单光。典型的人眼会对约400至约700nm的波长作出响应。同样地，对于人眼可见的(可探测的)的电磁波谱部分的吸收，包括在波长从700至1600nm之间，包括电磁辐射的红外(IR)或热区域。总之，该术语在下文中指的是波长从约400至约1600nm的吸收。
术语“染料”在下文中指根据其化学结构能够吸收约400至约1600nm波长的分子。
术语“高吸收的”在下文中指的是吸收波长从约700至约1600nm的能力。
术语“低吸收的”在下文中指的是吸收波长从约400至约700nm的能力。
术语“二色性MOM染料”在下文中指的是如上所述的限定为具有随着电压的存在/不存在而相应地改变它们的取向的能力的染料。
术语“二色性染料”通常是有机而不是液晶，在下文中指如上限定的的染料，其具有随着电压的存在/不存在而相应地改变其取向的能力，但是其遵循其所处环境的旋转方向。
术语“高锚定”在下文中指的是液晶分子与树脂或膜基底表面之间的高度取向对齐相互作用。
术语“低锚定”在下文中指的是液晶分子与树脂或膜基底表面之间的低度取向对齐相互作用。
术语“开启状态”在下文中指对膜施加电压的状态。
术语“关闭状态”在下文中指没有对膜施加电压的状态。
术语“逆PDLC”在下文中指的是先前的“开启状态”和“关闭状态”在其电压特性中反转的状态。
金属-有机介晶染料
有机金属液晶化合物的结构包括直接或通过其它多价有机或无机连接基团共价连接的至少两个芳族基团的金属键合多芳族单元。一般至少有两个多芳族单元与金属键合。这种结构如下所示：
R1-R2-R3 (1)
其中R1和R3是相同的或不同的部分，其各提供至少一个共价连接的芳族基团(芳族基团包括不饱和杂环结构)，R2包括通过以共价、离子或较弱的结合力与R1和R3键合的多价金属。R可以包括饱和结构或不饱和杂环结构的环原子，因此构成组合物芳香性的一部分。包括的金属是钒、铌、钽、铬、钼、钨、锰、锝、铼、铁、钌、锇、钴、铑、铱、镍、钯、铂、铜、银、金、稀土金属、或铀等。化合物(1)可以是盐的阴离子或阳离子成分，其中反离子的结构不会不利地影响化合物(1)的液晶性质或与化合物(1)结合以提供液晶性质。
特别地，可用于实施本发明的优选有机金属液晶组合物包括具有如下化学式的那些：
其中M为铜、镍、钒和钯，n和m为正数，使得化合物(2)为液晶，优选为向列态。通常，n和m各取值为2至约15，足以使化合物为介晶，优选地，使该化合物具有对映相、单相、近晶相、向列相和/或胆甾型相。Caruso等人(Liquid Crystals，1990，vol.7，no.3，pp.421-430和Liquid Crystals，1991，vol.10，no.1，pp.85-93)描述了这些化合物。
类似介晶有下列化学式：
其中n定义如上，M′是氧钒和铂。参见Sadashiva，et al.，Abstract，International LCC，Pisa，Italy，1992，A-P16，p.38。
其中R是有机基团，例如芳基、烷基、烷氧芳基等，n定义如上。M定义如上，且优选为铜。
Giroud-godquin和Maitlis(CA，91：177447F)以及法国专利2,393,839描述了具有高吸收IR性质的MOM式的化合物：
其中R1，4为相同或不同的烷基(C1-14)、烷氧基(C1-14)或芳基基团，R2，3 ′3为氢原子或相同的或不同的烷基(C1-4)基团，M定义如上，其中，R为烷基、烷氧基或芳基，R1是H或烷基，M定义如上，优选为铂、钴或钒。下式的介晶过渡金属络合物为同一族化合物：
其中R1，4′4和M定义如上。见Bruce，et a1.，J.Mater.Chem.，1991，1(5)，857-861。
还包括下式的苯二硫醇金属络合物：
其中M为Ni、Pt或Pt，X为Cl或Br，X-和X2当X是CI时为H或Cl且当X是Br时为H或Br，，R是C1-14烷基。见Saito，et al.，CA，105：2168Hz和美国专利No.4,508,655。
镍二硫烯染料及其前体配体的合成可以使用K.L.Marshal等人报道的方法。(Transition Metal Dithiolene Near-IR Dyes and Their Applications in LiquidCrystal Devices，Mol.Cryst.Liq.Cryst。，Vol.454，pp.47/[449]-79/[481]，2006，插入本文作为参考)。根据复合物所需的取代度及其整体对称性，可以采用三种基本方法。介晶镍二硫烯可以通过Mueller Westerhoff等报道的较早的三步法的改进形式来合成，如图10F所示。虽然该方法相对简单，但其具有一些缺点，即产物难以与五硫化二磷形成的焦油副产物分离，作为结果，纯化产物的产率非常低(5％至15％)。
可用于制备烷硫基取代的镍二硫烯烃的第二种方法是基于Wainwright和Underhill，N.Svenstrup等人和A.Charlton等人报道的文献方法，如图10G所示。该方法适用于手性和非手性末端基团。对于非手性末端基团，络合物的产率范围为27％至68％，而具有较大的对映异构体富集末端基团的络合物的产率则大幅降低(5％-10％)。第三种方法允许在连接到二硫烯核心的硫基与基于非糖类羧酸或醇的对映异构体富集的手性末端基团之间插入2-9个碳原子的柔性烷基间隔物，如图10H所示。大、柔性而笨重的末端基团使得它们在一定程度上难以分离和纯化。目前，这些材料的总产量相当低，对于具有较短烷基间隔基团的材料而言，其产量从几个百分点至15％左右。
对映体富集的镍二硫酚配合物
这一系列手性材料最显著的特征是随着端基的长度和宽度的增加，其熔点迅速显著降低。除了S-(+)-2-甲基丁基硫醚衍生物外，所有其他材料在室温下均为液体。
这些新的手性金属二硫烯的另一个有趣的特性是当它们被添加到向列LC主体时能够诱导手性向列相。图7显示了在掺入0.5％S-(+)-2甲基丁基硫醚取代的镍二硫烯之前和之后的Merck E7样品在正交偏光镜下的显微照片。
图3A-具有液晶相的棒状镍二硫烯化合物的合成方法。
图3B-制备四(烷硫基)双(乙烯-1，2-二硫烯)镍(0)络合物的改进合成流程。对文献中已建立的方法进行改进，使得产品的产量大大提高。
图10C-在端基和二硫烯核之间并入柔性间隔物的手性过渡金属二硫烯的合成流程。
此外，如前所述，用于实践本发明的适宜有机金属介晶的下式用于本发明的实践中：
其中R1，4为相同或不同的烷基(C1-14)或烷氧基(C1-14)或芳基基团，R2，3′3为氢原子或相同的或不同的烷基(C1-4)基团，M定义如上，其中，R为烷基或烷氧基或芳基，R1是H或烷基，M定义如上，优选为铂、钴或钒。该族的同族化合物中还有下式的介晶过渡金属络合物：
其中R1，4和M定义如上。见Bruce，et al.，J.Mater.Chem.，1991，1(5)，857-861。
还包括下式的苯二硫醇金属络合物：
其中M为Ni、Pt或Pt，X为Cl或Br，X-和X2当X是Cl时为H或Cl，当X是Br时为H或Br，，R是C1-14烷基。见Saito，et al.，CA，105：2168Hz和美国专利No.4,508,655。
用于实施本发明的另一类适宜的有机金属介晶，具有下式：
其中Y是卤素，优选为氯，X是氢、烷基(C1-14)、烷氧基(C1-14)、卤素(优选为氯、溴或碘)、氰基，硝基等，X′是烷基(C1-14)或烷氧基(C1-14)。Ros，et al.，Liquid Crystal，1991，vol.9，no.1，77-86和Ghedini，et al.，MATERIALS，1992，4，pp.1119-1123基本描述了这些化合物。进一步地，这些化合物具有低吸收IR性质。
其中R°为或OCmH2m+1，其中m为1至20。
使用“胆甾型”MOM可以提供在MOM的混合物中或与液晶的颜色匹配的可能性，其中由金属络合物引起的“吸收”颜色可以与由胆甾型沥青引起的“反射”颜色相结合和/或匹配，在液晶显示技术中有广泛应用。这种胆甾型/手性向列相MOM的描述可以在M.Ghediniet al.，Liq.Cryst.，Vo1.15，331(1993)和M.Ghedini et al.，Chem.Mater.5，883(1993)中找到。
具有低吸收IR性质的这种胆甾型/手性向列相化合物可以是下式的化合物：
或
其中R是CH3(CH2)m-，其中m＝1-20，其中R*是
其中n和p＝1-10。
通式24的钯络合物的合成描述可以在意大利专利申请VE92A000003中找到。
适用于本发明的其它具有低吸收IR性质的金属有机液晶化合物包括下式的化合物：
适合用作本发明的染料(可见光吸收)液晶和聚合物复合材料的另一种金属-有机介晶包括具有下式的化合物：
其中R为CH3(CH2)m-，其中m＝1-20。这些化合物在意大利专利申请VE92A00003中有描述。金属-有机介晶染料化学式的一些实例是：
每个混合物包括对应下面化学结构通式的三组分体系：
两个异官能团连接(两个醛)分子与胺同时反应，最后与金属离子反应。尽管仅使用两种异官能团(醛类和/或胺类)，但同时合成两种以上的异功能种类可以提供越来越多的结构不同的金属络合物。制备六种金属和配体的不同组合的三组分液晶混合物。混合物的每个成分用短式表示：L-MII-L由MII＝Ni2+和V02+之一与具有如下面结构式所示的脂肪族(L)或手性(L*)或丙烯酸(L’)链的不同配体组合相络合所组成：
实施例
金属有机液晶化学混合物的化学式：
Gauzy-1&Gauzy-2：
25％R&R′：-(CH2)7-CH3；
25％R&R′：-C6H5-O-(CH2)6-OOC-CH＝CH2；
50％R：-(CH2)7-CH3；R′：-C6H5-O-(CH2)6-OOC-CH＝CH2.
在本发明的一个优选实施例中，通过添加生色团来修饰金属-有机介晶，从而提供包含金属有机液晶(MOM)分子的二色性染料组合物。将该组合物加入到金属有机液晶装置中，从而提供具有以下特性的膜：可转换UV和IR透射和吸收。生色团吸收某些波长并透射或反射其他波长。发色团具有在紫外-可见-近红外光谱范围内光子能量彼此不同的两个分子轨道。
本领域技术人员应该知晓，与传统上用于聚合物分散液晶复合材料的非含金属液晶相比，MOM的物理性质的差异提供了一种控制相分离和树脂固化动力学的机理，通过控制(i)液晶在树脂中的溶解度，(ii)液滴形成速率，(iii)控制聚合物固化速率，(iv)控制液晶液滴形态(尺寸，密度)，以改变和尤其是提高聚合物分散液晶膜的对比度(透明度/不透明度)。在MOM与聚合物分散液晶组合物中的传统非金属液晶联合使用的情况。
在本发明的一个优选实施例中，有机金属液晶与非金属的另一种相容的液晶组合物组合使用。优选地，这些其他液晶是向列相形式或可操作向列相形式，这意味着当没有外场时，液晶结构的变形是由在其边界的液晶取向而非本体效应支配，例如非常强烈的扭曲(如在胆甾型材料中)或分层(如在近晶材料中)。因此，例如，包含引起扭曲趋势但不能克服液晶材料的边界对齐效应的手性成分的液晶材料，即认为是可操作向列相。更优选地，其还具有正介电各向异性。
在本发明的另一个优选实施例中，有机金属液晶包括100％的不连续液晶相，液滴和/或连续液晶网络。在这些实施例中，使用相容的有机金属液晶的混合物。这种混合物可以是有机金属液晶的共晶混合物。在其它实施例中，使用有机金属液晶混合物(包括共晶混合物)及其配体。有机金属液晶混合物中包括有机金属液晶的配体，可以提高有机金属液晶的溶解度。
当有机金属液晶与有机液晶主体结合使用时，有机金属液晶应与有机液晶主体相容。优选地，有机金属液晶应可溶于液晶主体。金属-有机介晶及其母体配体的合适混合物通常形成共晶熔融混合物。注意到介晶转变温度的抑制和液晶到晶体转变温度(Tni)的升高。
在本发明的优选实施例中，通过添加生色团来改变金属-有机介晶，从而提供包含金属有机液晶(MOM)分子的二色性染料组合物。将该组合物加入到液晶装置中，从而提供具有以下特性的膜：可转换UV和IR的透射和吸收。生色团吸收某些波长并透射或反射其他波长。发色团具有在紫外-可见光-近红外光谱范围内光子能量彼此不同的两个分子轨道。
太阳能-吸收成分特征
在液晶分散体中仅存在MOM染料赋予膜一定程度的可见光和/或IR吸收。在一种情况下，当膜处于完全“通电状态”时，即膜处于其最大透明度且MOM染料由此配置为处于较低暴露状态，所述MOM染料的存在使得可见光和/或IR吸收为10％。
在相同情况下，当膜处于完全“断电状态”时，膜处于其最大不透明度，MOM染料由此配置为较高曝光状态，可见光和/或IR吸收为90％。
在通过调光器控制液晶特性的情况下，可见光和IR吸收的百分比遵循基本线性的行为。施加的电压越高，分子排列越整齐，从而膜变得更透明，并且可见光和IR吸收减少，反之亦然。这种现象在下图中得到了很好地展示：
现在参考图1，本发明100的一个优选实施例的示意图，液晶膜包括液晶相10和两个透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30。图10a也描述了MOM-染料的例子。
现在参考图2，液晶装置200的另一优选实施例的示意图。液晶分散体10由电转换向列相液晶分散体制成，包括MOM染料10a的实施例，其在“断电状态”为不透明，在经电场激活后的“通电状态”下变得透明。在透明状态下，允许可见光通过，而在不透明状态下，可见光被散射。如前所述，仅存在MOM染料时，吸收约10％的可见光和/或IR光。在“通电状态”下，当膜的透明度最大时，可见光和/或IR吸收度最低，即10％。在“断电状态”下，当膜处于最大不透明度时，可见光和/或IR吸收度最高，允许约10％的可见光和/或红外辐射的进入(90％被吸收)。还存在两个透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30，以允许液晶装置适当的电光功能。
在本发明的另一个实施例中，向列相液晶分散体可以用含有手性向列相液晶的向列相液晶代替，这种向列相液晶使液晶分散体具有胆甾型特性，甚至替代为宽带胆甾型液晶。
现在参考图3，其为可调液晶装置300的另一个优选实施例的示意图，其中，IR反射与膜的不透明度相关。液晶分散体10由可电切换的胆甾型宽带液晶分散体制成，包括MOM染料10a的向列相或胆甾型实施例，其在“断电状态”下是透明的，允许通过可见光和大部分太阳IR(10％被MOM染料吸收)。在“通电状态”下，液晶装置变得不透明，可见光和大部分太阳IR被屏蔽(90％)。此外，由于可以通过电压变化调节膜，胆甾型宽带液晶和/或MOM染料可以被调到较不透明和较地太阳能吸收度的状态。如图3所示，装置被调节得越接近透明状态，则越多可见光越过，且太阳能吸收越少。当越接近完全不透明状态时，则越多的可见光被屏蔽，而大部分太阳IR被吸收。还存在透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30，以允许液晶装置的适当电光功能。
在本发明的另一个实施例中，宽带胆甾型液晶分散体可以被含有手性向列相液晶的向列相液晶代替，这种向列相液晶使液晶分散体具有胆甾型特性。
在本发明的另一个实施例，图1-3中的优选实施例可以作为“逆PDLC”，其在“通电状态”下装置为不透明，而在“断电状态下”装置为透明。
将液晶锚定到膜基底上
在本领域中众所周知的，锚定现象影响液晶的行为以及在“断电状态”和“通电状态”之间的过渡中最大控制所需的必要电压，特别是当使用调光器和需要液晶取向的间隔状态时。可以将不同类型的涂层应用到基底膜上，以便分别在平行(强)或垂直(弱)取向中增加或降低液晶到基底膜的锚定水平。
胆甾型结晶的锚定
胆甾型液晶通常特征在于，具有以“螺距”值表示的圆形旋转，并且由于液晶分子强烈的表面相互作用，可以通过表面处理提供“高锚定”水平。在这种情况下，通过电场对胆甾型螺距变化的强烈“锚定”，提高了对液晶反射(宽带胆甾型螺距)和吸收(金属有机介晶可见光和IR染料)的调节的控制。因此，电压的变化将引起胆甾型螺距的变化，从而在低范围和高范围反射和吸收区域内对膜进行调节。
太阳能-反射组件
太阳能反射组件反射IR。太阳能反射部件主要由以下部件组成：至少一层IR反射透明金属化涂覆膜，其作为用于LC和聚合物复合层的透明导体，以反射“断电状态”和“通电状态”的热量。
IR反射性质-实施例
用一个和两个IR反射涂覆的PET支持膜代替ITO-PET来制备PDLC膜。结果(见下图)是具有700-1100nm波长范围的PDLC膜样品的反射光谱，其显示了具有一层和两层IR反射膜的PDLC样品的IR反射的显著增加。虽然标准PDLC在1100nm处的最大反射值低于20％，IRref.2(一层IR反射膜)和IR ref.1(两层IR反射膜)的最大反射值分别高于35％和55％。
标准PDLC(蓝色)、具有一个IR反射膜的PDLC(IR参考等级2：橙色)
以及具有两个IR反射膜的PDLC(IR参考等级1：红色)的光谱反射
现在参考图4，其为上述实验的示意图，其中PDLC 400a包括液晶相10、一层透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30和一层作为LC 20的透明导体的IR反射透明金属化涂覆膜。描述了另一个PDLC 400b，所述PDLC包括液晶相10和作为LC 20的透明导体的两层IR反射透明金属化涂覆膜。在实验中，两片膜都受到IR辐射。另一方面，传感器的位置便于读取通过每个PDLC的IR辐射(热)量。在PDLC 400a中，传感器检测到约70％的红外辐射。证明透明金属化涂覆膜反射约30％的IR辐射。在PDLC 400b中，传感器检测到约50％的红外辐射。证明透明金属化涂覆膜反射约50％的IR辐射。
在本发明的一个优选实施例中，电切换太阳能控制吸收反射膜在断电状态下和开启下状态的反射恒定量的太阳热，该量与本发明中存在的透明金属化涂覆膜的数量具有相关性。如果存在一层，那么大约30％的红外辐射将被被动地反射，而在存在两层透明金属化涂覆膜的情况下，约50％的IR辐射将被动反射。
现在参考图5，本发明500的一个优选实施例的示意图，液晶膜包括液晶相10、一层透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30和一层作为LC 20的透明导体的IR反射透明金属化涂覆膜。还描述了用于可见光或IR吸收模式的MOM染料10a的一些实施例。
现在参考图6，液晶装置600的另一优选实施例的示意图。液晶分散体10由电切换向列相液晶分散体制成，包括MOM染料10a的实施例，在“断电状态”为不透明，在“通电状态”下激活电场变得透明。在透明状态下，允许可见光通过，而在不透明状态下，可见光被散射并被MOM染料吸收。还存在一层透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30，以允许液晶装置的适当功能，以及存在一层作为LC 20透明导体的IR反射透明金属化涂覆膜。上述反射透明金属化涂覆膜反射约30％的IR。如前所述，仅存在MOM染料时吸收约10％的可见光和/或IR光。MOM染料和IR反射透明金属化涂覆膜加起来令约40％的IR无法通过该膜。在“通电状态”中，当膜的透明度最大时，IR吸收度最低，这意味着10％来自MOM染料，30％来自IR反射透明金属化涂覆膜。在“断电状态”下，当膜处于最大不透明度时，可见光和IR吸收度最大，这允许约5％的红外辐射进入(65％被吸收且30％被反射)。
在本发明的另一个实施例中，向列相液晶分散体可以被含有手性向列相介晶成分的向列相液晶和/或非介晶成分的混合物代替，其使液晶分散体具有胆甾型特性，或甚至替代为宽带胆甾型液晶。
现在参考图7，其为可调液晶装置700的另一个优选实施例的示意图，其中IR反射与膜的不透明度相关。还存在一层透明导体膜(如ITO或任何其它导电材料)30，以允许液晶装置的适当功能，以及存在至少一层作为LC 20透明导体的IR反射透明金属化涂覆膜。上述反射透明金属化涂覆膜反射约30％的IR。液晶分散体10由电切换胆甾型宽带液晶畴构成，包括MOM染料10a，其在“断电状态”下为透明，允许可见光和约60％的太阳IR的部分通过(10％被MOM染料吸收，30-60％被一层或两层透明金属化涂覆膜反射)。当在“通电状态”下，液晶装置变得不透明，可见光和大部分太阳IR被屏蔽(95％)。此外，由于可以通过电压变化调节膜，胆甾型宽带液晶可以被调到透明度较低和较少太阳能吸收的状态。如图6所示，装置调节越接近透明状态，越多可见光越过，太阳能吸收越少。当越接近完全不透明状态时，越多的可见光被屏蔽，而太阳IR主要被吸收。
在本发明的另一个实施例中，宽带胆甾型液晶分散体可以被含有手性向列相液晶的向列相液晶代替，这种向列相液晶使液晶分散体具有胆甾型特性。
在本发明的另一个实施例，图5-7中的优选实施例可以作为“逆向模式PDLC”，其在“通电状态”下装置为不透明，而在“断电状态下”装置为透明。
现在参考图8，液晶装置800的另一优选实施例的示意图。液晶分散体10由电切换向列相液晶分散体制成，包括MOM染料10a的实施例，在“断电状态”为不透明，在电场激活后的“通电状态”下变得透明。在透明状态下，允许可见光通过，而在不透明状态下，可见光被散射并被MOM染料吸收。存在两层作为LC 20透明导体的IR反射透明金属化涂覆膜，以允许液晶装置的适当功能。上述反射透明金属化涂覆膜共同反射约50％的IR。如前所述，存在MOM染料吸收约10％的可见光和/或IR光。MOM染料和IR反射透明金属化涂覆膜合在一起不允许通过该膜约60％的IR。在“通电状态”下，当膜的透明度最大时，IR吸收度最低，这意味着10％来自MOM染料，50％来自IR反射透明金属化涂覆膜。在“断电状态”下，当膜处于最大不透明度时，可见光和IR吸收度最大，这允许进入约2％的IR辐射进入(47％被吸收和50％被反射)。
因此，图8所示的实施例也可以是可调的(如图7所示)，允许使用不同的电压来控制不透明度和IR吸收。
现在参考图9，其为本发明900的一个优选实施例示意图，液晶膜包括一层IR反射透明金属化导电膜涂层20、液晶相10、透明导体膜(如ITO银或任何其它导电材料)30和在透明金属化导电膜涂层20顶部的反射增强涂层40。反射增强涂层的一个实施例可以是3M膜。
在本发明的另一个优选实施例中，电切换太阳能吸收-反射膜包括图案。
在本发明的另一个优选实施例中，电切换太阳能吸收-反射膜包括低清晰度显示器或标牌。在本发明的另一个优选实施例中，电切换太阳能吸收-反射膜包括双稳态液晶分散体。。双稳态系统以不同的方式工作，由此施加不同频率的电压脉冲以从散射/不透明状态切换到透明状态，反之亦然。在一个电压/频率脉冲条件下，该材料是不透明的或光散射的，因为液晶在整个系统中是随机取向的，因此折射率在空间上变化。在另一个电压/频率脉冲条件下，该材料是透明的，因为液晶是一致对齐的，并且材料成为光学均匀介质。无需保持电流来保持散射/不透明状态或透明状态。
在本发明的另一个优选实施例中，可以以调节宽带胆甾型液晶的同样方式，通过连续的场或脉冲调节双稳态液晶分散体，，以提供不同水平的不透明度。
根据本发明，液晶分散体的特征在于液晶纳米液滴、微米滴或大液滴(不连续相)的聚合物基质(连续相)中的形貌，或在于在连续液晶畴中的不连续聚合物相的凝胶网络形貌。液晶分散体可以通过相分离或微胶囊化方法制备。
根据本发明，液晶分散体分配在两个柔性透明导电支撑件之间，如氧化铟锡(ITO)、银或任何其它导电材料。此外，至少一个导电载体的特征在于反射涂层，例如银、金等最后，至少一个塑料导电膜由导电聚合物涂层制成，例如PEDOT-SS。
在优选实施例中，电切换太阳能控制的吸收-反射膜可以包封在两块玻璃之间，或者可以在现有的内部和外部建筑玻璃窗、汽车窗户和其它内部玻璃窗上进行改装。可以使用透明的湿式或干式粘合剂将面板粘到窗户上，使窗户可以与面板一体或单独设置。在安装之前，面板也可以应用于原始窗口。
在另一个优选实施例中，任何透明柔性膜可以用抗划伤硬涂层涂覆。此外，任何所述透明柔性膜可以用湿式或干式粘合剂涂覆以产生改性膜。因此，所述PDLC可以是独立设备或者被改造成已经存在的表面。
本发明可以用于各种各样的应用，包括但不限于静态可调光的能量控制建筑隐私窗口；动态热量和视觉可控汽车玻璃；可切换热-反射航海和航空玻璃；动态建筑和汽车展示玻璃；静态可调光能量控制外部建筑窗户；静态可调光视觉和热量可控汽车玻璃；和可调光彩色能量控制建筑玻璃和汽车玻璃。
Claims (51)
1.一种太阳能吸收-反射膜，包括：
a)至少一层柔性红外反射透明导电膜；
b)至少一层柔性透明导电膜；
c)至少一层液晶分散体，所述液晶分散体位于所述柔性红外反射透明导电膜或所述柔性透明导电膜之间；
d)至少一个电接触件，所述电接触件连通所述柔性透明导电膜；
其中，所述液晶分散体包括金属-有机介晶染料组合物。
2.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述柔性红外反射透明导电膜由薄金属层或金属氧化层构成。
3.根据权利要求2所述的阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述薄金属层或金属氧化层由选自以下各项的材料制成：银、金、二氧化钛、铜、或不锈钢以及其任何组合。
4.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相液晶混合物制成。
5.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其中，所述至少一层液晶分散体包括胆甾型液晶混合物，其特征在于，该胆甾型液晶混合物具有宽带波长反射能力，在所述液晶分散体中适于以动态太阳能反射模式来反射能量。
6.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述至少一层液晶分散体由在所述液晶分散体中的向列相液晶混合物制成，且进一步包括手性向列相混合物，用于作为宽带胆固醇相。
7.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述太阳能吸收-反射膜集成于液晶装置中。
8.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述液晶组合物为PDLC、PNLC、PST或其他。
9.根据权利要求7所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述装置是柔性电光液晶装置。
10.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述液晶在聚合物基质中的液晶分散体形态为纳米液滴、微米液滴、大液滴或网络凝胶。
11.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述液晶分散体可以由相分离或微胶囊化方法制备。
12.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述液晶具有包括二向色有机和金属-有机组合物的可能性。
13.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述至少一层柔性反射透明导电膜由透明涂层，例如铟锡氧化物(ITO)构成。
14.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述至少一层柔性反射透明导电膜由导电聚合物涂层，例如PEDOT-SS构成。
15.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，可将反射增强涂层应用于透明导电膜，该透明导电膜选自：所述柔性透明导电膜、所述柔性红外反射透明导电膜以及其任何组合。
16.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述太阳能反射膜可以由所述透明导电膜的任何组合构成。
17.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述宽带胆甾型材料包括处于红外区域的胆甾型沥青。
18.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述转换膜的热反射由电场的量来动态控制。
19.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述转换膜的透明度由电场的量来动态控制。
20.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述胆甾型混合物由至少两层不同的具有相反手性取向的胆甾型材料构成。
21.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述胆甾型混合物为用微胶囊化技术封装的相反手性取向胆甾型材料的混合物。
22.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述太阳能反射转换膜包括图案。
23.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述太阳能反射转换膜包括低清晰度显示屏或标牌。
24.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述膜为独立的装置或在已存在的表面上改进。
25.根据权利要求1所述的太阳能吸收-反射膜，其特征在于，所述太阳能控制转换膜包括液晶组合物的双稳态能力。
26.一种制备太阳能吸收-反射膜的方法，包括以下步骤：
a.提供至少一层柔性红外反射透明导电膜；
b.提供至少一层柔性透明导电膜；
c.提供至少一层液晶分散体；
d.提供至少一个电接触件，所述电接触件连通所述柔性透明导电膜；
e.将所述至少一层液晶分散体定位在所述柔性红外反射透明导电膜和所述柔性透明导电膜之间；
f.连接所述电接触件与所述柔性透明导电膜；由此，提供所述太阳能吸收-反射膜；
其中，所述步骤(c)进一步包括在所述至少一层液晶分散体中引入金属-有机介晶染料组合物。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述柔性红外反射透明导电膜由薄金属层或金属氧化层构成。
28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述薄金属层或金属氧化层由选自以下各项的材料制成：银、金、二氧化钛、铜、或不锈钢以及其任何组合。
29.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相液晶混合物制成，所述液晶分散体用于以静态太阳能-反射模式反射能量。
30.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，至少一层液晶分散体包括胆甾型液晶混合物，该胆甾型液晶混合物具有宽带波长反射能力，在所述液晶分散体中适于以动态太阳能反射模式来反射能量。
31.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述至少一层液晶分散体由所述液晶分散体中的向列相液晶混合物制成，该向列相液晶混合物还包括手性向列相混合物，用于作为宽带胆甾型混合物。
32.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述太阳能吸收-反射膜集成于液晶装置中。
33.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述液晶组合物为PDLC、PNLC、PSCT或其他。
34.根据权利要求32述的方法，其特征在于，所述装置是柔性电光液晶装置。
35.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述液晶在聚合物基质中的液晶分散体形态为纳米液滴、微米液滴、大液滴或网络凝胶。
36.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述液晶分散体由相分离或微胶囊化方法制备。
37.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述液晶具有包括二向色有机组合物和金属-有机组合物的可能性。
38.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述至少一层柔性反射透明导电膜由透明涂层，例如铟锡氧化物(ITO)构成。
39.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述至少一层柔性反射透明导电膜由导电聚合物涂层，例如PEDOT-SS构成。
40.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述柔性红外反射透明导电膜上能够用增强反射膜进行涂覆。
41.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述柔性透明导电膜上能够涂覆增强反射膜。
42.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述太阳能反射膜由所述透明导电膜的任意组合构成。
43.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述宽带胆甾型材料包括在可见光或红外区域中的胆甾型沥青。
44.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述转换膜的所述热反射由电场的量来动态控制。
45.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述转换膜的透明度由电场的量来动态控制。
46.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述胆甾型混合物由至少两层不同的具有相反手性取向的胆甾型材料构成。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述胆甾型混合物为用微胶囊化技术封装的相反手性取向胆甾型材料的混合物。
48.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括将所述膜改装至已存在的表面中的步骤。
49.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述太阳能反射转换膜包括图案。
50.根据权利要求26所述的方法膜，其特征在于，所述太阳能反射转换膜包括低清晰度显示屏或标牌。
51.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述太阳能反射转换膜是双稳态的。
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