CN109917594B - 一种隐私保护红外反射智能窗及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够同时实现隐私保护和调节红外反射功能的智能窗和相应的制备方法。该智能窗包括依次设置的第一透光导电基板、聚合物网络稳定胆甾相液晶层、胆甾相液晶层和第二透光导电基板，聚合物网络稳定胆甾相液晶层包括聚合物网络和分散在聚合物网络中的第一胆甾相液晶，胆甾相液晶层包括第二胆甾相液晶，第一和二胆甾相液晶具有双频特性。上述制备方法包括以下步骤：在第一透光导电基板的表面制备聚合物网络；在第二透光导电基板的表面制备平行取向层；将两透光导电基板进一步制备成液晶盒，填充双频液晶。本方案结构简单、成本低，对入射光的损耗小，在车窗玻璃、家居玻璃窗、玻璃幕墙等领域有着较好的应用前景。

Description

一种隐私保护红外反射智能窗及其制备方法

技术领域

本发明涉及智能家居领域，尤其是涉及一种隐私保护红外反射智能窗及其制备方法。

背景技术

为了满足不同条件下的消费者对于阳光透射和反射的不同要求，在窗玻璃生产工艺中生产者尝试对其进行镀膜，从而使得某一波段区间内的光可以被其反射或透射。同时，根据不同的反光和透光需求，可以相应的采用不同材质的膜制成不同的窗玻璃产品。但这一类窗玻璃显然无法满足同一环境下的消费者在不同时间段内对于透射和反射的不同要求。

为此，研究人员开发出了一种基于液晶材料的可调节红外反射的电响应红外反射智能窗，通过电压的调整来驱动载体液晶转动以带动液晶薄膜碎片的偏转，从而调控其对红外光的反射和透射，达到自由调节红外光反射率的目的。

但现有的智能窗还无法同时满足消费者对于隐私保护和调节红外反射的个性化要求。在能够实现保护隐私功能的窗体设计上，存在一种液晶窗体，能够在不通电情况下液晶无规则排列呈现不透明状态；通电以后定向排列形成透明状态。但如果把这类窗体与前述的智能窗叠加，显然会使得系统变得非常复杂，成本大幅增加，而且多层智能窗之间的折射和反射会增加入射光的损耗，效果较差。因此，有必要提供一种能够同时实现隐私保护和调节红外反射功能的智能窗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够同时实现隐私保护和调节红外反射功能的智能窗和相应的制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种隐私保护红外反射智能窗，包括依次设置的第一透光导电基板、聚合物网络稳定胆甾相液晶层、胆甾相液晶层和第二透光导电基板，聚合物网络稳定胆甾相液晶层包括聚合物网络和分散在聚合物网络中的第一胆甾相液晶，第一胆甾相液晶包括第一双频液晶，胆甾相液晶层包括第二胆甾相液晶，第二胆甾相液晶包括第二双频液晶；

其中，这里的第一双频液晶和第二双频液晶具体是指其介电各向异性(△ε)的正负会随外加频率变化而改变；聚合物网络稳定胆甾相液晶层中的聚合物网络结构能够大大降低聚合物和第一胆甾相液晶的相互作用。

优选的，第一胆甾相液晶包括第一双频液晶和第一手性掺杂剂，第二胆甾相液晶包括第二双频液晶和第二手性掺杂剂；换言之，第一胆甾相液晶是由向列相的第一双频液晶经第一手性掺杂剂诱导而转为胆甾相形成第一胆甾相液晶，第二胆甾相液晶是由向列相的第二双频液晶经第二手性掺杂剂诱导而转为胆甾相形成第二胆甾相液晶。

进一步优选的，第一双频液晶与第二双频液晶为同种双频液晶分子。使用相同的双频液晶能够避免聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层中由于相互影响而对智能窗的性能产生不利影响。

进一步优选的，第一手性掺杂剂的手性与第二手性掺杂剂的手性相同。使用手性相同的手性掺杂剂能够避免两层结构中的物质因为相互混合产生手性相消而对智能窗的性能产生不利影响。

进一步优选的，第一胆甾相液晶中第一手性掺杂剂的浓度与第二胆甾相液晶中第二手性掺杂剂的浓度相同。

更进一步优选的，第一胆甾相液晶和第二胆甾相液晶为相同的手性液晶，即是由相同浓度的同一种双频液晶分子经相同浓度的同一种手性掺杂剂在相同条件下诱导形成。

进一步优选的，聚合物网络具有手性，聚合物网络的手性与第一手性掺杂剂的手性相反。

进一步优选的，聚合物网络稳定胆甾相液晶层由包括非手性可聚合单体、手性可聚合单体、光引发剂、第一手性掺杂剂、第一双频液晶的材料制得；

具体的可以是，聚合物网络稳定胆甾相液晶层中的第一胆甾相液晶由包括1-20质量份的第一手性掺杂剂和80-99质量份的第一双频液晶的材料制成；而聚合物网络稳定胆甾相液晶层中的聚合物网络由包括2-15质量份的非手性可聚合单体、1-8质量份的手性可聚合单体、0.1-3质量份的光引发剂、1-12质量份的第三手性掺杂剂、62-95.9质量份的向列相液晶的材料经光固化清洗掉未参与聚合反应的第三手性掺杂剂、向列相液晶分子以及经第三手性掺杂剂诱导向列相液晶分子形成具有螺旋结构的液晶后得到；其中，这里所说的向列相液晶可以是任选的不会参与聚合反应形成聚合物网络的向列相液晶，优选采用一种或几种双频液晶，这里的双频液晶优选可以采用前面所述的第一双频液晶或其它具有类似结构和大小的双频液晶。

进一步优选的，第二胆甾相液晶由包括1-20质量份的第二手性掺杂剂和80-99质量份的第二双频液晶的材料制成。

如上所述，其中的非手性可聚合单体可以是HCM009、乙二醇双二丙烯酸酯等；手性可聚合单体可以是CD-267等，第一双频液晶、第二双频液晶、第三双频液晶分子可以是MLC-2048、MDA-00-3969或MDA-00-1132等。

进一步优选的，外接电压为零时，聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层的反射波段相同，在近红外波段。

优选的，还包括电源组件，电源组件包括直流电源、交流电源以及必要的开关和导线，交流电源的输出频率可调，第一透光导电基板和第二透光导电基板分别与电源组件的两极电性连接。

进一步优选的，直流电源的正极与第一透光导电基板电性连接，直流电源的负极与第二透光导电基板电性连接。

优选的，聚合物网络稳定胆甾相液晶层的厚度为5-50μm，胆甾相液晶层的厚度为5-50μm。

优选的，在第二透光导电基板和胆甾相液晶层之间，还可以设有平行配向层，用来对胆甾相液晶进行取向。

上述的隐私保护红外反射智能窗的制备方法，包括以下步骤：

取或制备第一透光导电基板，在第一透光导电基板的表面制备聚合物网络；

取或制备第二透光导电基板，在第二透光导电基板的表面制备平行取向层；

将第一透光导电基板制备有聚合物网络的一侧与第二透光导电基板制备有平行取向层的一侧相对设置，制备成液晶盒；

在液晶盒中填充第一双频液晶和第二双频液晶，从而以形成聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种隐私保护红外反射智能窗，在未接入电压时，聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层中的液晶分子呈平行于透光导电基板的胆甾相排列，智能窗的反射带宽较小，大部分的红外线都能穿过智能窗而传递热量，此时的智能窗为透明非隔热状态。当接入直流电压时，液晶呈正性介电各向异性，聚合物网络稳定胆甾相液晶层内的聚合物网络在电场力的作用下向第二透光导电基板移动，聚合物网络中的第一胆甾相液晶重新分布形成浓度梯度，使聚合物网络稳定胆甾相液晶层内的螺距发生改变，形成一定的螺距梯度，其反射带宽增加，能够将较多的红外线反射回大气而实现隔热的目的；此时，胆甾相液晶层中的第二胆甾相液晶仍然呈平行于第一或第二透光导电基板的胆甾相排列，此时器件为透明隔热状态。当进一步增大外接直流电压时，胆甾相液晶层内的第二胆甾相液晶在电场力的作用下会重新排列为焦锥态(FC态)，此时智能窗为模糊状态，而聚合物网络稳定胆甾相液晶层中的第一胆甾相液晶仍然呈平行于第一或第二透光导电基板的胆甾相排列，从第一透光导电基板到第二透光导电基板的方向上的螺距梯度进一步增大，反射带宽进一步增大，此时智能窗为不透明隔热状态。当接入电压为50Hz交流电时，第二胆甾相液晶呈正性介电各向异性，胆甾相液晶层内的手性液晶分子首先重新排列为焦锥态，此时智能窗为模糊不隔热状态；当接入电压逐渐增大，聚合物网络稳定胆甾相液晶层内的第一胆甾相液晶也重新排列为焦锥态，随着接入电压的增大，智能窗的模糊程度先增大后减小，因此可以通过调节外接50Hz交流电电压的大小来调节器件的模糊程度。当接入电压为大于1kHz的交流电时，智能窗内的第一胆甾相液晶和第二胆甾相液晶呈负性介电各向异性，在电场力的作用下，重新排列为初始状态，此时智能窗回到初始状态。

相较于将单独的红外反射智能窗和单独的隐私保护智能窗叠加使用的方案，本方案具有结构简单，成本较低，对入射光的损耗小的优点。本发明的隐私保护红外反射智能窗具有多样化的透光状态，能够满足人们工作生活中的各种需求，制作简单，模式丰富，节能环保的特点，在车窗玻璃、家居玻璃窗、玻璃幕墙等领域有着较好的应用前景。

本发明的进一步有益效果还在于，聚合物网络稳定胆甾相液晶层中，聚合物网络的手性与第一胆甾相液晶的手性相反，可同时反射左旋偏振光和右旋偏振光，能够拥有更高的效率。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的示意图。

图2是本发明的图1所示实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在未接入电压时的示意图。

图3本发明的图1所示实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在接入33V直流电压时的示意图。

图4本发明的图1所示实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在接入45V直流电压时的示意图。

图5本发明的图1所示实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在接入60V的50Hz交流电压时的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

实施例1

图1是本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的示意图。图2-图5分别是本发明的图1所示实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在未接入电压、接入33V直流电压、接入45V直流电压、接入60V的50Hz交流电压时的示意图。如图1-5所示，该隐私保护红外反射智能窗包括依次设置的第一透光导电基板1、聚合物网络稳定胆甾相液晶层2、胆甾相液晶层3、平行配向层4、第二透光导电基板5，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2中主要由聚合物网络22和第一胆甾相液晶21组成，第二胆甾相液晶层3中主要由第二胆甾相液晶31组成，第一透光导电基板1和第二透光导电基板5通过掺杂有间隔子7的UV胶封装成液晶盒，并分别与电源组件6电性连接。

该隐私保护红外反射智能窗的具体制备方法如下：

在黄光环境下，

(1)取10质量份的手性可聚合单体CD-267、3质量份的右旋的手性掺杂剂R1011、3质量份的非手性可聚合单体乙二醇双二丙烯酸酯、0.2质量份的光引发剂Irgacure-651、83.8质量份的双频液晶分子MDA-00-3969于棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第一混合物。

(2)取4.41质量份的左旋的手性掺杂剂S1011，95.59质量份的双频液晶分子MDA-00-3969在棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第二混合物。

(3)取干净的ITO玻璃，经紫外臭氧处理后，旋涂聚乙烯醇溶液，然后经加热和摩擦后制成附着有平行配向层4的第二透光导电基板5。

(4)在50℃下，利用刮涂棒将第一混合物刮涂到经过紫外臭氧处理的ITO玻璃上，刮涂厚度为12μm，然后经紫外聚合后，将得到的中间品于正己烷中放置72h，清洗掉未参与聚合反应的双频液晶分子、光引发剂和在光引发剂诱导下形成具有螺旋结构的双频液晶分子，在真空60℃下烘干24h后得到附着有聚合物网络22的第一透光导电基板1。

(5)将附着有聚合物网络22的第一透明导电基板1与附着有平行配向层4的第二透明导电基板5相对设置，利用掺杂有20μm间隔子7的紫外固化胶粘合制成液晶盒，在90℃下填充第二混合物，经自然降温后得到该隐私保护和红外反射智能窗。

在该实施例中，第一胆甾相液晶21和第二胆甾相液晶31相同，具体组成为上述的第二混合物。第一胆甾相液晶21和第二胆甾相液晶31两者仅存在位置上的区别而没有成分上的差异，因此，在下面的描述中将第一胆甾相液晶21和第二胆甾相液晶31概括为胆甾相液晶。聚合物网络稳定胆甾相液晶层2的制备方法为“洗掉再填充”的方法，在制备过程中先用双频液晶和手性掺杂剂形成具螺旋结构的一类胆甾相液晶，但由于这里的双频液晶无法聚合到聚合物网络22上，在聚合物网络22浸入某些有机溶剂后会从聚合物稳定胆甾相层中洗掉留下预备容置后续胆甾相液晶的“空腔”，随后再填充进由相同的双频液晶在不同手性的手性掺杂剂诱导下形成的仅手性不同的胆甾相液晶，即第一胆甾相液晶21和第二胆甾相液晶31。

由于步骤(5)中一步填充，一部分胆甾相液晶进入聚合物网络22洗出的“空洞”，与聚合物网络22一起形成聚合物网络稳定胆甾相液晶层2。其余部分胆甾相液晶在液晶盒内留出的靠近平行配向层4的其余空间内形成胆甾相液晶层3。聚合物网络22在电场作用下可能会发生移动形成浓度梯度，使得聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3内的第一胆甾相液晶21和第二胆甾相液晶31发生混合，但聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3的两层结构不会变，两层最终不会混为一层。

其中，CD-267的化学结构式为：

R1011的化学结构式为：

S1011的化学结构式为：

乙二醇双二丙烯酸酯的化学结构式为：

光引发剂Irgacure-651(购于德国默克公司)的化学结构式为：

图2是本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3在未接入电压时的示意图。如图2所示，在接入电压U＝0V时，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3内的胆甾相液晶呈平行于第一或第二透光导电基板的胆甾相排列，此时智能窗只能反射一小部分近红外光，而对其他波段的光无影响，呈透明非隔热状态。

图3本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3在接入33V直流电压时的示意图。如图3所示，在接入直流电压U＝33V时，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2和胆甾相液晶层3的胆甾相液晶呈平行于第一或第二透光导电基板的胆甾相排列，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2中的聚合物网络22在电场力的作用下向负极移动，聚合物网络22在聚合物网络稳定胆甾相液晶层2中从第一透光导电基板1到第二透光导电基板5呈密度逐渐增大的梯度分布，聚合物网络22的梯度分布使聚合物网络稳定胆甾相液晶层2中的胆甾相液晶浓度呈从第一透光导电基板1到第二透光导电基板逐渐增大的梯度分布，此时聚合物网络稳定胆甾相液晶层2的反射带宽增大，大部分红外线被反射回去，智能窗呈隔热透明状态。

图4本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在接入45V直流电压时的示意图。如图4所示，当接入U＝45V的直流电压时，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2中由于聚合物网络22的存在，仍呈平行于第一或第二透光导电基板的胆甾相排列，但聚合物网络22的密度梯度进一步增大，胆甾相液晶的浓度梯度和螺距梯度也相应增大，聚合物网络稳定胆甾相液晶层2的反射带宽也随之进一步增大，而胆甾相液晶层3中的胆甾相液晶在电场力的作用下重新排布为焦锥态，对入射光具有散射作用，此时智能窗为模糊隔热状态，同时具有很好的隐私保护效果和隔热效果。

图5本发明的一个实施例的隐私保护红外反射智能窗的聚合物网络稳定胆甾相液晶层和胆甾相液晶层在接入60V的50Hz交流电压时的示意图。如图5所示，当接入U＝60V的50Hz交流电时，智能窗中的胆甾相液晶在电场力的作用下全部重新排布为焦锥态，对入射光具有散射作用，反射作用较弱，此时智能窗为模糊不隔热状态，具有很好的隐私保护效果同时不隔热。

相较于将单独的红外反射智能窗和单独的隐私保护智能窗叠加使用的方案，本方案结构简单、成本较低、对入射光的损耗小。本发明的隐私保护红外反射智能窗可以具有透明不隔热、透明隔热、模糊隔热、模糊不隔热四大类的透光和隐私保护状态，具体还有更多样更细致的隔热状态可供选择，能够满足人们工作生活中的各种需求，制作简单，模式丰富，节能环保的特点，在车窗玻璃、家居玻璃窗、玻璃幕墙等领域有着较好的应用前景。

实施例2

一种隐私保护红外反射智能窗，其制备方法如下：

在黄光环境下，

(1)取10质量份的手性可聚合单体CD-267、3质量份的右旋的手性掺杂剂R811、3质量份的非手性可聚合单体HCM009、0.2质量份的光引发剂Irgacure-819、83.8质量份的双频液晶分子MLC-2048于棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第一混合物。

(2)取4.41质量份的左旋的手性掺杂剂S811，95.59质量份的双频液晶分子MLC-2048在棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第二混合物。

(3)取干净的ITO玻璃，经紫外臭氧处理后，旋涂聚乙烯醇溶液，然后经加热和摩擦后制成附着有平行配向层的第二透光导电基板。

(4)在50℃下，利用刮涂棒将第一混合物刮涂到经过紫外臭氧处理的ITO玻璃上，刮涂厚度为15μm，然后经紫外聚合后，将得到的中间品于正己烷中放置72h，清洗掉未参与聚合反应的双频液晶分子、光引发剂和在光引发剂诱导下形成具有螺旋结构的双频液晶分子，在真空60℃下烘干24h后得到附着有聚合物网络的第一透光导电基板。

(5)将附着有聚合物网络的第一透明导电基板与附着有平行配向层的第二透明导电基板相对设置，利用掺杂有30μm间隔子的紫外固化胶粘合制成液晶盒，在90℃下填充第二混合物，经自然降温后得到该隐私保护和红外反射智能窗。

实施例3

一种隐私保护红外反射智能窗，其制备方法如下：

在黄光环境下，

(1)取10质量份的手性可聚合单体CD-267、3质量份的右旋的手性掺杂剂R1011、3质量份的非手性可聚合单体乙二醇双二丙烯酸酯、0.2质量份的光引发剂Irgacure-651、83.8质量份的双频液晶分子MDA-00-1132于棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第一混合物。

(2)取4.41质量份的左旋的手性掺杂剂S1011，95.59质量份的双频液晶分子MDA-00-1132在棕色瓶中，在60℃下混合均匀，制成第二混合物。

(3)取干净的ITO玻璃，经紫外臭氧处理后，旋涂聚乙烯醇溶液，然后经加热和摩擦后制成附着有平行配向层的第二透光导电基板。

(4)在50℃下，利用刮涂棒将第一混合物刮涂到经过紫外臭氧处理的ITO玻璃上，刮涂厚度为12μm，然后经紫外聚合后，将得到的中间品于正己烷中放置72h，清洗掉未参与聚合反应的双频液晶分子、光引发剂和在光引发剂诱导下形成具有螺旋结构的双频液晶分子，在真空60℃下烘干24h后得到附着有聚合物网络的第一透光导电基板。

(5)将附着有聚合物网络的第一透明导电基板与附着有平行配向层的第二透明导电基板相对设置，利用掺杂有20μm间隔子的紫外固化胶粘合制成液晶盒，在90℃下填充第二混合物，经自然降温后得到该隐私保护和红外反射智能窗。

以上是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种模式丰富具有多样化透光状态的隐私保护红外反射智能窗，其特征在于，包括依次设置的第一透光导电基板、聚合物网络稳定胆甾相液晶层、胆甾相液晶层和第二透光导电基板，所述聚合物网络稳定胆甾相液晶层包括聚合物网络和分散在所述聚合物网络中的第一胆甾相液晶，所述第一胆甾相液晶包括第一双频液晶和第一手性掺杂剂，所述胆甾相液晶层包括第二胆甾相液晶，所述第二胆甾相液晶包括第二双频液晶和第二手性掺杂剂；

所述第一手性掺杂剂的手性与所述第二手性掺杂剂的手性相同，所述第一双频液晶与所述第二双频液晶相同，所述聚合物网络稳定胆甾相液晶层由包括非手性可聚合单体、手性可聚合单体、光引发剂、第一手性掺杂剂、第一双频液晶的材料制得，所述聚合物网络具有手性，所述聚合物网络的手性与所述第一手性掺杂剂的手性相反；

所述隐私保护红外反射智能窗在未接入电压时，为透明非隔热状态；

接入直流电压后，转变为透明隔热状态；

进一步增大直流电压时，转变为不透明隔热状态；

接入50Hz交流电压时，转变为模糊不隔热状态；

通过调节交流电电压的大小可以调节模糊程度；

当接入电压为大于1kHz的交流电时，回到初始状态。

2.根据权利要求1所述的隐私保护红外反射智能窗，其特征在于，所述第二胆甾相液晶由包括1-20质量份的所述第二手性掺杂剂和80-99质量份的所述第二双频液晶的材料制成。

3.根据权利要求1所述的隐私保护红外反射智能窗，其特征在于，所述第一透光导电基板和所述第二透光导电基板分别与电源组件的两极电性连接。

4.根据权利要求1所述的隐私保护红外反射智能窗，其特征在于，所述聚合物网络稳定胆甾相液晶层的厚度为5-50μm，所述胆甾相液晶层的厚度为5-50μm。

5.权利要求1-4任一项所述的隐私保护红外反射智能窗的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

取或制备所述第一透光导电基板，在所述第一透光导电基板的表面制备所述聚合物网络；

取或制备所述第二透光导电基板，在所述第二透光导电基板的表面制备平行取向层；

将所述第一透光导电基板制备有所述聚合物网络的一侧与所述第二透光导电基板制备有所述平行取向层的一侧相对设置，制备成液晶盒；

在所述液晶盒中填充第一双频液晶和第二双频液晶。

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