CN109164626A - 光响应智能窗 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了光响应智能窗，该光响应智能窗包括层叠设置的第一基板、液晶层和第二基板，其中，形成液晶层的材料包括交联聚合物、液晶和偶氮苯。本发明所提出的智能窗，其液晶层两侧无需设置电极层，添加有偶氮苯结构的聚合物网络液晶可使液晶层具有光响应功能，在偏振光照射下可呈透明状态，而在自然光照射下呈不透明状态，这种无需电压控制液晶取向的智能窗更节能环保，并且还具有防紫外作用。

Description

光响应智能窗
技术领域
本发明涉及智能建筑家居技术领域，具体的，本发明涉及光响应智能窗。
背景技术
近20年来，聚合物分散液晶的光电薄膜是一种基于液晶光电性能基础的新型材料。在该光电薄膜材料中，液晶与聚合物分别形成两相，从而具备了液晶光电特性之外的独特性能。根据光电薄膜中液晶的具体分散方式的不同，可分为聚合物分散液晶(PDLC)与聚合物网络液晶(PNLC)两种。
其中，PDLC器件的透光率主要依赖于液晶微滴与其周围的聚合物的折射率差异。通常，PDLC在没有电场时(处于关态)的透光率很低，随机取向的液晶折射率与聚合物折射率的差异很大，而表现为强散射；给液晶盒施加电场后(处于开态)，独立的液晶微滴会沿电场方向取向，液晶与聚合物基体之间的折射率趋于一致，从而使液晶盒呈现透明态。
而PNLC器件由于液晶含量较PDLC薄膜更多，并且，是由于液晶与液晶的折射率差异而不是液晶与基体之间的折射率差异造成变色现象。具体的，利用胆甾液晶在电场下形成焦锥结构而与聚合物基体折射率形成差别，而实现在电场下的不透光态；而断电时，液晶呈螺旋状排列，这种液晶的光学异性使入射光沿螺旋方向透过薄膜，此时薄膜表现出高透光率
但是，目前的PDLC智能窗户大都需要较高的电压进行驱动，不够节能、环保，而且，长期照射下紫外光对液晶的性质有着很大的破坏作用，严重影响着PDLC型智能窗户的使用寿命。
发明内容
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
本发明的发明人在研究过程中发现，偏振光对偶氮苯基团有光诱导取向作用，所以，在智能窗的液晶层中添加偶氮苯之后，在偏振光照射下会使液晶盒呈透明状态，而在自然光的非偏振光照射下会使液晶盒呈不透明状态，这种无需电压控制液晶取向的智能窗更节能环保，并且，偶氮苯分子还可有效地吸收紫外光，从而起到防紫外的作用。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种无需电压控制、节能环保或防紫外的智能窗结构。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种光响应智能窗。
根据本发明的实施例，所述光响应智能窗包括层叠设置的第一基板、液晶层和第二基板，其中，形成所述液晶层的材料包括交联聚合物、液晶和偶氮苯。
发明人经过研究发现，本发明实施例的智能窗，其液晶层两侧无需设置电极层，添加有偶氮苯结构的聚合物网络液晶可使液晶层具有光响应功能，在偏振光照射下可呈透明状态，而在自然光照射下呈不透明状态，这种无需电压控制液晶取向的智能窗更节能环保，并且还具有防紫外作用。
另外，根据本发明上述实施例的光响应智能窗，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，基于所述液晶层的总重量，所述偶氮苯的含量为0.5～3wt％。
根据本发明的实施例，所述偶氮苯为偶氮苯基团，且所述偶氮苯基团通过化学键连接在所述交联聚合物的主链上。
根据本发明的实施例，所述交联聚合物与所述液晶的质量比为1：4。
根据本发明的实施例，所述交联聚合物为聚丙烯酸酯类。
根据本发明的实施例，所述液晶为向列相液晶。
根据本发明的实施例，所述液晶层的厚度为10～30微米。
根据本发明的实施例，所述光响应智能窗进一步包括起偏器，且所述起偏器设置在所述第一基板或所述第二基板远离所述液晶层的一侧。
根据本发明的实施例，所述起偏器包括偏振片，且所述偏振片的透光率不小于50％。
根据本发明的实施例，所述偏振片通过推拉的方式可拆卸。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：
图1是本发明一个实施例的光响应智能窗的截面结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的光响应智能窗的截面结构示意图；
图3是本发明另一个实施例的光响应智能窗的透明状态(a)和不透明状态(b)的原理示意图；
图4是本发明另一个实施例的光响应智能窗的截面结构示意图。
附图标记
100 第一基板
200 液晶层
A 交联聚合物
B 液晶小分子
C 偶氮苯
210 封装层
300 第二基板
400 起偏器
410 半凹槽
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种光响应智能窗。
根据本发明的实施例，参考图1，该光响应智能窗包括层叠设置的第一基板100、液晶层200和第二基板300，其中，形成液晶层200的材料包括交联聚合物A、液晶小分子B和偶氮苯C。需要说明的是，本文中的“偶氮苯”具体是指偶氮苯结构，包括了偶氮苯衍生物和偶氮苯基团。
在本发明的一些实施例中，偶氮苯C可以是偶氮苯衍生物，如此，偶氮苯衍生物作为小分子可更均匀地分散在交联聚合物A的通道中，从而使液晶层200的光响应性能更均匀，进而使光响应智能窗的透明度变化更完善。需要说明的是，偶氮苯衍生物包括偶氮苯结构和衍生结构，其衍生结构只能增加偶氮苯衍生物与交联聚合物的相容性而不会影响到偶氮苯结构的光响应功能。并且，可直接将聚合物单体与偶氮苯衍生物先混合、再与液晶混合，然后聚合形成交联聚合物，如此，能使液晶、偶氮苯衍生物均匀地分散在交联聚合物的通孔中。根据本发明的实施例，偶氮苯衍生物的具体衍生结构不受特别的限制，本领域技术人员可根据交联聚合物的具体种类选择合适相容性的偶氮苯衍生物的衍生结构，在此不再赘述。
在本发明的另一些实施例中，偶氮苯C可以是偶氮苯基团，且参考图2，偶氮苯基团可通过化学键连接在交联聚合物A的主链上，如此，偶氮苯基团C通过化学键固定在交联聚合物A的通孔中，从而使液晶层200具有光响应性能的同时，还能具有更好的稳定性和更优越的力学性能。并且，可先将聚合物的第一单体、含偶氮苯基团的第二单体混合后共聚形成含偶氮苯基团的侧链聚合物，再与液晶混合后紫外固化形成交联聚合物，如此，同样可使液晶均匀地分散在交联聚合物的通孔中，并能将偶氮苯基团固定在聚合链主链上。根据本发明的实施例，连接偶氮苯基团C和交联聚合物A的化学键的具体类型不受特别的限制，可以是碳碳单键等，本领域技术人员可根据交联聚合物A的主链结构进行相应地选择，在此不再赘述。
本发明的发明人在研究过程中发现，偏振光对偶氮苯基团有光诱导取向(Photolign-ment)作用：参考图3的(a)，在偏振光照射下由于魏格特效应(WeigertEffect)，偶氮苯分子会变成垂直于入射光的偏振方向排列，而呈水平取向状态，并且，偶氮苯分子本身也是一种棒状液晶分子，由于分子间协同作用的存在，会进一步诱使聚合物之间的液晶小分子也均呈水平取向排列，如此，液晶与聚合物基体之间的折射率趋于一致，从而使液晶层呈透明状态；参考图3的(b)，在自然光的非偏振光照射下，偶氮苯分子呈无序排列而不会自行取向，而液晶和聚合物的折射率不匹配，进而使光在液晶盒内散射，所以液晶层呈不透明状态。
发明人在智能窗的液晶层200中添加偶氮苯C之后，在偏振光照射下会使液晶盒呈透明状态，而在自然光照射下会使液晶盒呈不透明状态，这种无需电压控制液晶取向的智能窗更节能环保，并且，偶氮苯分子还可有效地吸收紫外波段的光，从而起到防紫外的作用，并减少紫外光对液晶小分子的破坏和生物的危害，进而增加智能窗的使用寿命。
根据本发明的实施例，基于液晶层200的总重量，偶氮苯C的含量可以为0.5～3wt％，如此，添加上述比例的偶氮苯衍生物或偶氮苯基团，都可使液晶层200具有很好的光响应性，并且，添加上述比例的偶氮苯还进一步使光响应智能窗具有防紫外作用，且不影响智能窗的透明效果。
根据本发明的实施例，液晶层200中交联聚合物A与液晶B的质量比可以为1：4，如此，通过上述比例的交联聚合物A与液晶B的折射率差异可使智能窗不透明化。在本发明的一些实施例中，交联聚合物A可以为聚丙烯酸酯类，如此，采用折射率系数为1.49、透明度达到92％的聚丙烯酸酯形成交联聚合物A，可使智能窗在透明化状态下的透明度也不受影响。
根据本发明的实施例，液晶B可选择向列相液晶，如此，选择与交联聚合物A的折射率更匹配、化学性能更稳定且响应速度更快的向列相液晶，在偏振光的光诱导作用下偶氮苯C可使液晶小分子B呈垂直于入射光的偏振方向排列，此时的向列相液晶组成的液晶B与交联聚合物A的折射率趋于一致，从而保证液晶层200呈透明状态，并且，无需设置取向膜使液晶小分子取向，从而减少智能窗的制作工艺流程并降低制造成本。
根据本发明的实施例，液晶层200的厚度可以为10～30微米，如此，在自然光的照射下，上述厚度的液晶层200中的散射效果，可使从光响应智能窗的一侧刚好看不清另一侧，从而起到保护隐私的作用。并且，若液晶层200的厚度小于10微米，则不透明状态下的液晶层200的散射效果不明显；若液晶层200的厚度大于30微米，则透明状态下的液晶层200的光透过率偏低。
根据本发明的实施例，参考图4，光响应智能窗可进一步包括起偏器400，且起偏器400设置在第一基板100或第二基板200远离液晶层200的一侧。根据本发明的实施例，起偏器400的具体类型不受特别的限制，只要起偏器300能使非偏振光的自然光变为偏振光即可，本领域技术人员可根据液晶层200对偏振光的实际光响应效果进行相应地选择。在本发明的一些实施例中，起偏器400可选择偏振片，且偏振片的透光率不小于50％，如此，采用上述高透过率的偏振片，可实现对入射光的偏振方向的控制，从而实现对智能窗透过状态的调控。
在本发明的一些具体示例中，参考图4，第一基板100或第二基板300远离液晶层200的一侧设置有半凹槽410，如此，偏振片400可通过推拉的方式从智能窗上拆装，从而简便地改变入射光的偏振状态，更加节能环保。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种光响应智能窗，其液晶层两侧无需设置电极层，添加有偶氮苯结构的聚合物网络液晶可使液晶层具有光响应功能，在偏振光照射下可呈透明状态，而在自然光照射下呈不透明状态，这种无需电压控制液晶取向的智能窗更节能环保，并且还具有防紫外作用。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种光响应智能窗，其特征在于，包括层叠设置的第一基板、液晶层和第二基板，其中，形成所述液晶层的材料包括交联聚合物、液晶和偶氮苯。
2.根据权利要求1所述的光响应智能窗，其特征在于，基于所述液晶层的总重量，所述偶氮苯的含量为0.5～3wt％。
3.根据权利要求1所述的光响应智能窗，其特征在于，所述偶氮苯为偶氮苯基团，且所述偶氮苯基团通过化学键连接在所述交联聚合物的主链上。
4.根据权利要求1或3所述的光响应智能窗，其特征在于，所述交联聚合物与所述液晶的质量比为1：4。
5.根据权利要求1或3所述的光响应智能窗，其特征在于，所述交联聚合物为聚丙烯酸酯类。
6.根据权利要求1所述的光响应智能窗，其特征在于，所述液晶为向列相液晶。
7.根据权利要求1所述的光响应智能窗，其特征在于，所述液晶层的厚度为10～30微米。
8.根据权利要求1所述的光响应智能窗，其特征在于，进一步包括起偏器，且所述起偏器设置在所述第一基板或所述第二基板远离所述液晶层的一侧。
9.根据权利要求8所述的光响应智能窗，其特征在于，所述起偏器包括偏振片，且所述偏振片的透光率不小于50％。
10.根据权利要求9所述的光响应智能窗，其特征在于，所述偏振片通过推拉的方式可拆卸。
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