CN110389462A - 光致变色膜 - Google Patents

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Abstract

一种光学器件设置成管理通过其的透光率，并且包括由第一层、第二层和插入其间的光致变色层组成的多层光致变色片。光致变色层由设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料的混合物组成，并且第一和第二层各自由透明聚合物制成。

Description

光致变色膜
引言
入射阳光可以部分或完全阻挡诸如车辆操作员的个人视野。
发明内容
本发明描述了一种光学器件，该光学器件设置成管理通过其的透光率，并且包括由第一层、第二层和插入其间的光致变色层组成的多层光致变色片。光致变色层由设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料的混合物组成，并且第一和第二层各自由透明聚合物制成。
本公开的一方面包括光致异构材料为偶氮苯。
本公开的另一方面包括由悬浮在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料的混合物组成的参数层。
本公开的另一方面包括设置在第一和第二层的内表面上的膜状光致异构材料。
本公开的另一方面包括透明粘合剂层，该透明粘合剂层设置在第一层的外表面上并且插入光学器件和相邻的玻璃板之间。
本公开的另一方面包括配置成微棱镜阵列的第一层，该微棱镜阵列包括平行布置的多个线性设置的微棱镜。每个线性设置的微棱镜具有包括第一腿和第二腿的直角三角形横截面，第一腿和第二腿限定在垂直于由第一层限定的第一平面的第二平面中，线性设置的微棱镜的每个第一腿限定第一子平面，并且线性设置的微棱镜的每个第二腿限定第二子平面，并且其中光致异构材料设置在与第一腿相关联的第一子平面上。
本公开的另一方面包括设置在第一层的内表面上的第一电极、设置在第二层的内表面上的第二电极、设置成监测入射光并可操作地连接到电源的光传感器，并且光传感器设置成响应于检测到大于阈值大小的入射光而将电源电连接到第一和第二电极。
本公开的另一方面包括当暴露于小于阈值强度水平的光波时，光致异构材料处于松弛、反式、低能状态。
本公开的另一方面包括当暴露于小于阈值强度水平的光波时，设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料以垂直排列设置。
本公开的另一方面包括当暴露于大于阈值强度的光波时，光致异构材料处于激发、顺式、高能状态。
本公开的另一方面包括当暴露于大于阈值强度水平的光波时，设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料以非垂直排列设置。
本公开的另一个方面包括光学器件，该光学器件设置成控制穿过其的透光率，包括由第一层、第二层和插入其间的光致变色层组成的多层光致变色片、设置在第一层的内表面上的第一电极、设置在第二层的内表面上的第二电极和设置成监测入射光并可操作地连接到电源的光传感器。光致变色层由设置在液晶主体中的二色性染料组成，并且光传感器设置为响应于检测到大于阈值大小的入射光而将电源电连接到第一和第二电极。响应于电源与第一和第二电极的电连接，光致变色层的透射率降低。
当结合附图考虑时，本教导的上述特征和优点，以及其它特征和优点，从下述在所附权利要求中限定的用于执行本教导的一些最佳模式和其它实施例的详细描述中显而易见。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述一个或多个实施例，包括如下。
图1示意性地示出了根据本公开设置在透明玻璃板上以控制透光率的光学器件的侧视图。
图2-1和图2-2图示了根据本公开的光致异构材料的实施例的单个元件的分子链，包括在低光强状态下处于未激发状态的单个元件的分子链的描述(图2-1)和在高光强状态下处于激发状态的单个元件的分子链的描述(图2-2)。
图3-1和图3-2示意性地示出了根据本公开的光学器件的第一实施例的一部分的截面侧视图，该光学器件包括由第一透明层、第二透明层和光致变色层组成的多层光致变色片，包括对处于未激发状态的光致变色层的描述(图3-1)和对处于激发状态的光致变色层的描述(图3-2)。
图4-1和图4-2示意性地示出了根据本公开的光学器件的第二实施例的一部分的截面侧视图，包括由第一透明层、第二透明层和光致变色层组成的多层光致变色片，其中光致异构材料作为膜施加在第一和第二透明层的内表面上，包括对处于未激发状态的光致变色层的描述(图4-1)和对处于激发状态的光致变色层的描述(图4-2)。
图5示意性地示出了根据本公开设置在透明玻璃板上的光学器件的另一个实施例的侧视图，其中光学器件配置为具有设置在其一部分上的多层光致变色片的微棱镜阵列。
图6-1示意性地示出了根据本公开的光学器件的另一实施例的侧视图，该光学器件设置在用于车辆的挡风玻璃形式的透明玻璃板上，包括光强度传感器。
图6-2和图6-3示意性地示出了根据本公开的光学器件、光强度传感器和AC电源的实施例的一部分的截面侧视图，包括对处于去激发状态的光学器件的光致变色层的描述(图6-2)和对处于激发状态的光致变色层的描述(图6-3)。
应当理解，附图不一定是按比例绘制的，并且呈现了如本文所公开的本公开的各种优选特征的稍微简化的表示，包括例如特定的尺寸、取向、位置和形状。与这些特征相关的细节将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。
具体实施方式
如本文所描述和说明的，所公开实施例的部件可布置和设计成各种不同配置。因此，以下详细描述并非旨在限制所要求保护的本公开的范围，而是仅代表其可能的实施例。另外，尽管在以下描述中阐述了许多具体细节以便提供对本文公开实施例的透彻理解，但是在没有这些细节中的一些的情况下，可以实施一些实施例。此外，为了清楚起见，没有详细描述相关领域中理解的某些技术材料，以避免不必要地模糊本公开。此外，附图形式简化，比例并不精确。为了方便和清楚起见，可以相对于附图使用诸如顶部，底部、左侧、右侧、上、上方、上侧、下方、下侧、后方和前方的方向术语。这些以及类似的方向术语不应被解释为限制本公开的范围。此外，如本文所说明和描述的，可以在缺少本文未具体公开的要素的情况下实践本公开。在几个附图中，相同的附图标记对应于相同或相似的部件。
本文描述的概念涉及根据入射光的强度改变光学特性的光学器件。图1示意性地示出了设置在透明玻璃板20上的光学器件30的侧视图。光学器件30可以有利地插入操作员10的视野15和入射光12之间，以响应于入射光12的强度而自动可变地调节入射光12的透射率。具体地，当入射光12的强度大于阈值水平时，光学器件30可以降低入射光12通过玻璃板20进入操作员10的视野15的透射率。此外，响应于入射光12随后降低的强度，入射光12的透射率的可变调节是完全可逆的。在一非限制性实施例中，并如本文所描述的，操作员10可以是车辆操作员，玻璃板20可以是用于车辆14的挡风玻璃，入射光12的源可以是太阳，并且光学器件30可以设置成管理入射光12穿过挡风玻璃(即，窗玻璃20)进入操作员10视野15中的透射率。
光学器件30包括由第一透明层32、第二透明层34和插入其间的光致变色层40组成的多层光致变色片。在一实施例中，光致变色层40由设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料的混合物组成。在一实施例中，如图所示，第一透明层32和第二透明层34由光学透明的聚合物材料制成。可替代地，第一透明层32和第二透明层34可以由另一种材料制成，包括包含调色的材料。光学器件30可以使用透明粘合材料、静电或其它可逆粘合材料或方法附接到玻璃板20上。该光学器件消耗电功率为零或最小，并且设计参数符合SAE挡风玻璃标准。光学器件30还可以应用于其它玻璃表面，例如用于减少眩光的反射镜。
图2-1和图2-2图示了光致变色层40的光致异构材料42的实施例的单个元件的单分子链43，和光致异构材料42的相关视觉描绘44。图2-1示出了用于光致异构材料42的偶氮苯部分形式的单个分子43，以及处于未激发状态(即，当暴露于低光强时)的相关视觉描绘44。单分子43包括双键氮(N)链接和两个苯环。如图所示，单分子43基本上是直的，并且视觉描绘44具有细长的形状。当处于未激发状态时，光致异构材料42不阻挡入射光12。阻挡入射光12，即降低透光率，是由二色性染料的取向变化引起的(例如在图3-1和3-2中示出)，例如可由光诱导的光致异构材料42的变化引起。
图2-2示出了光致异构材料42的单个元件的单个分子43'和处于激发状态(即当暴露于大于阈值光强度的光强时)的相关视觉描绘44'。如图所示，单个分子43'呈现弯曲的外观，视觉描绘44'呈现弯曲的形状。当处于激发状态时，光致异构材料42阻挡入射光。光强度用作光致异构材料42的形状变化的开关。单个分子中的弯曲幅度与光强度不成比例。相反，光强度的大小将决定液晶主体中光致异构材料42处于弯曲形状的部分。随着该比率随光强度增加，阻挡效果的大小增加。因此，与基线水平相比，在增加最小的光强度下，液晶主体中可能存在处于弯曲形状且与光阻碍相关的光致异构材料42的一些部分，且液晶主体中处于弯曲形状的光致异构材料42的部分随着光强度增加而增加，因此增加阻碍效应的大小，即减小透光率。
图3-1和图3-2示意性地示出了光学器件30的第一实施例的一部分的截面侧视图，包括由第一透明层32、第二透明层34和光致变色层40组成的多层光致变色片。光致变色层40由在视觉上表示为元件44的光致异构材料42、表示为元件46的杆状二色性染料的混合物组成，这两种材料都悬浮在表示为元件48的液晶主体中。在一实施方案中，光致异构材料44包括偶氮苯部分。如参考图3-1所示，当暴露于小于阈值强度水平的光波时，光致异构材料44处于松弛、反式、低能状态，这使得它们垂直排列。如参考图3-2所示，当暴露于大于阈值强度的光波时，光致异构材料44处于激发、顺式、高能状态，这使得当暴露于大于阈值强度水平的光波时，它们非垂直排列。当光波非垂直排列时，它们干涉并移动杆状二色性染料46，使杆状二色性染料46对入射光12调色。
图3-1还示出了在光致异构材料44处于未激发状态的情况下穿过光学器件30之后的光强度，包括第一低水平环境光强度51和相关联的车内光强度53。如图所示，车内光强53的大小与低水平环境光强度51相同。光致异构材料44和杆状二色性染料46平行于由入射光12轨迹限定的轴取向，因此不阻挡入射光12。
图3-2还示出了在光致异构材料42处于激发状态的情况下穿过光学器件30之后的光强度，包括第二高水平环境光强度55和相关联的车内光强度57。如图所示，与低水平环境光强度51相比，车内光强度57的大小减小。光致异构材料42的变化引起杆状二色性染料46的取向变化，从而引起二色性染料46阻挡入射光12。
图4-1和图4-2示意性地示出了光学器件130的第二实施例的一部分的截面侧视图，包括由第一透明层132、第二透明层134和光致变色层140组成的多层光致变色片。光致变色层140由表示为元件144的光致异构材料、表示为元件146的杆状二色性染料和表示为元件148的液晶主体组成。在该实施例中，光致异构材料144作为设置在第一和第二透明层132、134两者的内表面上的膜应用，并且杆状二色性染料146悬浮在液晶主体148中。
图4-1还示出了在光致异构材料144处于未激发状态的情况下穿过光学器件130之后的光强度，包括第一低水平环境光强度151和相关联的车内光强度153。如图所示，车内光强153的大小与低水平环境光强度151相同。
图4-2还示出了在光致异构材料144处于激发状态的情况下穿过光学器件30之后的光强度，包括第二高水平环境光强度155和相关联的车内光强度157。如图所示，与低水平环境光强度151相比，车内光强度157的大小减小，因为光致异构材料144的变化导致杆状二色性染料146的取向变化，从而导致二色性染料146阻挡入射光。
图5示意性地示出了设置在透明玻璃板220上的光学器件230的另一实施例的侧视图，在一实施例中，透明玻璃板220可以设置成车辆214上的挡风玻璃。光学器件230设置在透明玻璃板220上，并且可以有利地插入操作员210的第一视野215和入射光212之间，其中第一视野215从车辆214向外突出。在该实施例中，光学器件230配置为可以设置在第一层232的内表面上的微棱镜阵列231，所述第一层232限定第一平面表面233。微棱镜阵列231包括平行布置的多个线性设置的微棱镜235。在一实施例中，微棱镜235的宽度范围可以从大于100微米到小于1厘米，并且水平地延伸穿过玻璃板220。每个线性设置的微棱镜235具有包括第一腿237和第二腿239的直角三角形横截面，所述第一腿237和第二腿239限定在与由第一层232限定的第一平面表面233正交的第二平面中，并由该图中所示的侧视图表示。线性设置的微棱镜235的第一腿237中的每一个限定第一子平面238，并且线性设置的微棱镜235的第二腿239中的每一个限定第二子平面240，其中第一和第二子平面238，240彼此正交。光学器件230设置在限定在第一腿237上的第一子平面238上，并且是以如本文所述的由第一透明层232、第二透明层234和光致变色层240组成的多层光致变色片的实施方式的形式。棱镜表面231可以涂覆有复合材料242，用于使表面光滑并防止划伤。以本文所述的方式操作光学器件230，以在存在高强度入射光212的情况下阻挡入射光212的透射率。
图6-1示意性地示出了设置在透明玻璃板620上的光学器件630的另一实施例的侧视图，在一实施例中透明玻璃板620是车辆614的挡风玻璃。光学器件630设置在透明玻璃板620上，并且可以有利地插入操作员610的第一视野615和入射光612之间，其中第一视野615从车辆614向外突出。车辆(未示出)还包括安装在玻璃板620的中心部分上或附近的后视镜624。后视镜624包括具有第二视野627的光强度传感器625，该第二视野627也从车辆614向外向前突出并与第一视野615重叠。
光强度传感器625有利地定位成使得第二视野627包括在地平线上较低的直射阳光，即小于相对于车辆614的地平线和取向限定的预定的可校准角度。这样，光强度传感器625设置成当其低于可以与车辆614的乘客乘客舱中减小的可见度相关的阈值入射角时，感测直接入射光612。这样的暴露可以包括在下午晚些时候或傍晚，在日落处或附近具有向西方向的车辆614，并且还包括清晨时在日出处或附近具有向东方向的车辆614。光强度传感器625配置为CMOS设备或另一固态电子感测和开关设备，其在存在强度大于阈值强度的入射光612的情况下被选择性地激活，所述阈值强度是可校准的。
光强度传感器625直接或通过电路(未示出)与光学器件630通信。在一实施例中，光强度传感器625配置为将低压AC电源628(在图6-2和6-3中示出)电连接到光学器件630，以在由光强度传感器625感测的直接入射光612大于阈值水平时激活光学器件630。
激活光学器件630可以包括当由光强度传感器625感测的直接入射光612大于阈值水平时，由光强度传感器625控制从AC电源628到光学器件630的电力流。
在一实施例中，光强度传感器625可以包括太阳能电池，该太阳能电池能够在存在直射阳光的情况下产生电能，并且使用这种太阳能来为光学器件630供电，以替代或补充来自AC电源628的电能。
图6-2和图6-3示意性地示出了光学器件630的另一实施例的一部分的截面侧视图，包括由第一透明层632、第二透明层634和光致变色层640组成的多层光致变色片。第一透明层632包括第一电极633，该第一电极633设置为横跨其平面表面的二维阵列。同样，第二透明层634包括第二电极635，该第二电极635设置为横跨其平面表面的二维阵列。或者，第一和第二电极633、635可以是另一种合适的电极配置。第一和第二电极633、635电连接到光强度传感器625的相对端，其中插入AC电源628。这样，当光强度传感器625被感测的入射光612激活时，产生包括AC电源628、第一和第二电极633、635以及光学器件630的光致变色层640的闭合电路。当光强度传感器625由于没有入射光612而去激活时，AC电源628与光学器件630的第一和第二电极633、635中的一者或两者断开。光致变色层640由表示为元件646的杆状二色性染料和表示为元件648的液晶主体组成。在该实施方案中，杆状二色性染料646悬浮在液晶主体648中。
图6-2描述了当AC电源628与光学器件630的第一和第二电极633、635断开时，悬浮在液晶主体648中的杆状二色性染料646的取向。当AC电源628断开时，杆状二色性染料646和液晶主体648以第一非阻挡取向自动布置。还描述了表示为当AC电源628与光学器件630的第一和第二电极633、635断开时，在未激发状态下穿过光学器件630之后的光强度，包括第一低水平环境光强度651和相关联的车内光强度653。如图所示，车内光强653的大小与低水平环境光强度651相同。
图6-3描述了当AC电源628与光学器件630的第一和第二电极633、635连接时，悬浮在液晶主体648中的杆状二色性染料646的取向。当AC电源628连接时，杆状二色性染料646和液晶主体648响应，改变取向为第二光阻挡取向。当AC电源628连接到光学器件630的第一和第二电极633、635时，还描绘了相关的光强度，包括在激发状态下通过光学器件630之后的第二高水平环境光强度655以及相关联的车内光强度657。如图所示，与低水平环境光强度655相比，车内光强度657的大小减小。
当应用到用于车辆的挡风玻璃上时，本文所述的概念可以提供可适应阳光的调光膜，该调光膜在低阳光条件下通过自动降低低阳光条件下的透光率来改善车辆操作员的视觉。
详细描述和附图是对本教导的支持和描述，但本教导的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了一些用于实施本教导的最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种光学器件，其设置成管理通过其的透光率，包括：
由第一层、第二层和插入其间的光致变色层组成的多层光致变色片；
其中所述第一和第二层由透明聚合物材料制成；并且
其中所述光致变色层由设置在液晶主体中的二色性染料和光致异构材料组成。
2.如权利要求1所述的光学器件，其中所述光致异构材料包括偶氮苯部分。
3.如权利要求1所述的光学器件，其中所述光致变色层由悬浮在所述液晶主体中的所述二色性染料和所述光致异构材料的混合物组成。
4.如权利要求1所述的光学器件，其中所述光致异构材料包括设置在所述第一和第二层两者的内表面上的膜。
5.如权利要求1所述的光学器件，进一步包括透明粘合剂层，所述透明粘合剂层设置在所述第一层的外表面上并且插入在所述光学器件的所述第一层的所述外表面与相邻的玻璃板之间。
6.如权利要求1所述的光学器件，其中所述第一层配置成微棱镜阵列，所述微棱镜阵列包括彼此平行布置的多个线性设置的微棱镜；其中所述线性设置的微棱镜中的每一个具有直角三角形横截面，所述直角三角形横截面包含限定在垂直于由所述第一层限定的第一平面的第二平面中的第一腿和第二腿；
其中所述线性设置的微棱镜的所述第一腿中的每一个限定第一子平面，且其中所述线性设置的微棱镜的所述第二腿中的每一个限定第二子平面，且其中所述光致异构材料设置在与所述第一腿相关联的所述第一子平面上。
7.如权利要求1所述的光学器件，其中当暴露于小于阈值强度水平的光波时，所述光致异构材料处于松弛、反式、低能状态。
8.如权利要求7所述的光学器件，其中当暴露于小于所述阈值强度水平的光波时，设置在所述液晶主体中的所述二色性染料和所述光致异构材料以垂直排列设置。
9.如权利要求1所述的光学器件，其中当暴露于大于阈值强度水平的光波时，所述光致异构材料处于激发、顺式、高能状态。
10.如权利要求9所述的光学器件，其中当暴露于大于所述阈值强度水平的光波时，设置在所述液晶主体中的所述二色性染料和所述光致异构材料以非垂直排列设置。
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