CN116406452A - 红外线稳定和紫外线稳定的调光面板以及制作和使用方法 - Google Patents

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Abstract

一种抗红外线和紫外线辐射损害的液晶微粒(LCMD)装置包含：透明层，透明导电层，液晶‑聚合物基质层，该液晶‑聚合物基质层包含固体聚合物和分散在该固体聚合物内的许多液晶微粒，以及红外过滤层，其中该红外过滤层稳定该液晶微粒装置，以抵抗红外线辐射和紫外线辐射的损害。

Description

红外线稳定和紫外线稳定的调光面板以及制作和使用方法
相关应用的交叉引用
本申请要求对2020年8月24日提交的美匡临时专利申请第63/103,801号所具有的优先权，本说明书通过参考该临时申请全文而集成于此。
发明领域
本说明书通常涉及调光面板以及制造和使用方法。特别地，本说明书针对在红外线(IR)和紫外线(UV)暴露下稳定的液晶微粒(LCMD)器件、悬浮颗粒器件(SPD)或电致变色或热致变色材料。
背景
光电子领域的持续进步导致了液晶微粒(LCMD)装置的发展。在这类显示器中，液晶(LC)材料包含在嵌入固体聚合物中的液晶微粒中。液晶微粒显示器具有几个优势特性，例如，液晶微粒显示器可以制成大尺寸的薄膜或弯曲的形状，可以很容易地定制或加入到某个装置中。
为了使液晶微粒(LCMD)薄膜更耐用，液晶微粒薄膜通常被夹胶在两层玻璃之间或组装成多层面板。这种夹胶玻璃面板通常被称为智能玻璃或调光窗。
存在需要将改进的液晶微粒(LCMD)技术用于室外应用和调光窗系统的需求，以便在室外环境中提供更高稳定性，以应对各种天气。如此，改进的调光面板可以免受来自阳光的红外线辐射和紫外线辐射的显著影响。
发明内容
本发明提供了一种改进的液晶微粒(LCMD)装置，可抗红外线和紫外线的辐射。这种改进的液晶微粒装置被称为抗红外(anti-IR)液晶微粒装置，包含：透明层、透明导电层、液晶-聚合物基质层，该液晶-聚合物基质层包含固体聚合物和分散在该固体聚合物之内的许多液晶微粒，和用来稳定该装置抗红外线辐射和紫外线辐射影响的红外过滤层。该抗红外液晶微粒装置可以包含或不包含一种或多种紫外线吸收剂。
在一些实施中，抗紫外(anti-UV)液晶微粒装置包含一种化合物，该化合物能使该装置在紫外线辐射下稳定，并且该化合物可存在于一个或多个部件中，例如存在于许多液晶微粒中，和/或在固体聚合物中，和/或在透明层中。
在抗红外(anti-IR)液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层包含覆盖有介电层的镀银涂层。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层包含一个沉积纳米颗粒的介电材料层。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层包含氧化铟锡(ITO)的纳米颗粒。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层被配置在所述透明层和所述透明导电层之间，其中该红外过滤层的第一表面与该透明层接触，该红外过滤层的第二表面与该透明导电层接触。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层的第一表面被配置于与所述透明层接触，并且该红外过滤层的第二表面与该抗红外液晶微粒装置的外部环境接触。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，所述红外过滤层是第一红外过滤层，并且该抗红外液晶微粒装置还进一步包含第二红外过滤层。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，第一红外过滤层和第二红外过滤层具有相同的厚度。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，第一红外过滤层和第二红外过滤层具有不同的厚度。
在抗红外液晶微粒装置的一些实现中，第一红外过滤层和第二红外过滤层包含相同的材料。
在抗红外液晶微粒装置的一些实施中，第一红外过滤层和第二红外过滤层包含不同的材料。
在一些实施中，抗红外液晶微粒装置包含红外过滤层和一种化合物，该化合物稳定该装置以抵抗紫外线辐射的损害，并且该化合物存在于一个或多个部件中，如存在于许多液晶液粒中，和/或在固体聚合物中，和/或在透明层中。
本说明书的其它方面、特征和优点将从以下详细描述中看得更加清楚。
附图简介
当与附图一起阅读时，最好从下面的详细描述中理解本说明书。需要强调的是，如参照行业的标准做法，各种特征并不是按比例绘制的，在此仅用于说明的目的。事实上，为了讨论的更清晰，可以任意增加或减少各种特征的尺度。
根据本说明书某些实施例子，图1A示出了一个抗红外液晶微粒薄膜范例的横截面图。
根据本说明书某些实施例子，图1B示出了另一个抗红外液晶微粒薄膜范例的横截面图。
根据本说明书某些实施例子，图1C示出了另一个抗红外液晶微粒薄膜范例的横截面图。
图2A显示了一个夹胶抗红外液晶微粒面板范例的横截面图。
图2B显示了一个抗红外液晶微粒调光投影面板范例的横截面图。
图3显示了几种红外涂层的透射光谱的比较。
图4显示了包含一种或多种紫外线吸收剂的几种抗红外液晶微粒薄膜的光电特性。
在各种附图中，类似参考编号和名称表示类似的元素。
详细说明
当调光器件在室外应用时，例如，作为调光窗户时，该器件会暴露在阳光下。阳光包含波长在红外范围、可见光范围和紫外线范围之内的电磁波能量。红外线和紫外线都会损害调光器件。例如，红外光可以通过提高器件温度、在含有杂质的部件材料中，促进破坏性反应，导致缩短器件寿命的方式来损调害调光器件。紫外线可以直接破坏器件中有机成分中的分子键，从而损害调光器件。
与许多其它类型的调光器件相比，液晶器件在透明模式下具有高透明度，因此它们特别容易受到来自阳光的红外线和紫外线的损害。因此，尽管液晶微粒调光器件已经进入市场超过三十年，但由于对阳光辐射的稳定性相当不足，其应用主要局限于室内条件。为了适应各种室外应用，需要提高调光窗对红外线和紫外线的稳定性。
此外，对于调光窗，红外线和紫外线不仅会损害调光器件本身，而且在通过调光窗后进入室内环境时，也是不好的。通过调光窗的红外线是热能载体，导致室内空调功耗增加，而紫外线会直接损害任何有机材料，例如使家具油漆褪色和使塑料制品老化。
此外，传统的基于液晶微粒的调光玻璃可以在透明状态和不透明状态之间切换，同时具有乳白色。当用作窗户时，例如，用于汽车或建筑物的窗户时，基于用户的爱好，处于不透明态的乳白色玻璃，在美学上，也许并不理想。
调光器件可以根据器件的部件结构进行分类，例如包括(1)调光薄膜或调光面板，例如液晶微粒薄膜，(2)夹胶液晶调光玻璃，(3)调光投影面板。
液晶微粒薄膜包含液晶-聚合物基质层，该基质层是负责开关功能的光学活性层。该液晶-聚合物基质包括嵌入固体聚合物中的许多液晶微粒。
有几种类型的液晶微粒薄膜和不同的制造方法。
在液晶微粒薄膜的一个范例中，该装置包括向列曲线取向相(nematiccurvilinear aligned phase，NCAP)薄膜，如美国专利4,435,047中所描述的。
在液晶微粒薄膜的另一实例中，该装置包括在均质聚合物基质中通过相分离形成的聚合物分散的液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)薄膜，如美国4,688,900中所描述的。
用于NCAP薄膜和PDLC薄膜的固体聚合物是均相的聚合物。
在液晶微粒薄膜的另一个范例中，该装置包括非均质聚合物分散的液晶显示器(non-homogenous polymer dispersed liquid crystal display，NPD-LCD)，该显示器由分散在非均质透光共聚物中的液晶微粒所形成，如美国专利5,270,843中所描述的，为了各种目的和教学，通过参考其全文而集成于此。NPD-LCD薄膜中的固体聚合物是非均匀聚合物，其折射率是逐渐变化的。
其它类型的调光器件，如悬浮粒子器件(suspended particle device，SPD)，电致变色(electroch romic)和热致变色(thermochromic)材料，基本上具有相同的层结构，但具有不同的光学活性层。
本说明书所提供液晶微粒薄膜和面板是对红外线和紫外线稳定的，也就是说，该器件特别是光学活性层，对红外线和紫外线辐射而言是受到保护的。
根据本说明书某些实施范例，图1A示出了抗红外液晶微粒薄膜100的横截面图(剖视图)。
抗红外液晶微粒膜100包含分层结构，包含：第一透明膜110a，第一红外涂层120a，第一透明导电涂层130a，液晶-聚合物基质140，第二透明导电涂层130b，第二红外涂层120b和第二透明膜110b。每个薄膜表面150a和150b可以是空气-固体界面或空气-薄膜界面。
透明薄膜110a和110b可以由任何适当的材料制成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚碳酸酯薄膜。透明导电涂层130a和130b可以是氧化铟锡(ITO)涂层。
聚合物基质140包括嵌入固体聚合物140b中的许多液晶微粒140a。液晶微粒140a的尺寸范围为0.05至10微米。液晶-聚合物基质层有几种类型，具有不同的制造方法。
在聚合物基质中分散液晶微粒的一种方法是封装法，即乳化液晶材料，并将液晶微粒悬浮在聚合物基质中，然后固化的方法。例如，美国专利4,435,047；4,605,284和4,707,080对这种方法进行了描述。该过程包括混合正型液晶和封装液晶的水溶性材料，其中液晶不溶的，并允许形成含有液晶微粒的离散胶囊。将乳液浇铸在基板上，基材上预先涂有透明导电电极，例如氧化铟锡(ITO)涂层，以形成封装的液晶器件。
液晶-聚合物基质也可以通过由低分子量液晶与预聚物或单体形成的溶液的相分离来形成液晶微粒。该工艺在美国专利4,685,771和4,688,900中有描述，包括将正型液晶溶解在未固化的树脂中，然后将混合物夹在预先涂有透明导电电极的两个基材之间。然后将树脂固化后，形成液晶的微粒，并均匀分散在固化的树脂中，形成聚合物分散的液晶(PDLC)器件。当在两个透明导电电极之间施加交流电压时，如果聚合物基质的折射率(np)等于液晶的普通折射率(no)，则微粒中的正型液晶(随电场)取向，并呈现透明。显示器在没有电场的情况下散射光，因为液晶的导向(分子长轴方向的矢量方向)是随机的，从而聚合物的折射率无法与液晶的折射率相匹配。向列型液晶具有正的介电各向异性(Δε＞0)，大的Δn，其可含有二向色性染料混合物，可用于形成透明和吸收模式。
液晶-聚合物基质也可以通过使用非均质聚合物分散的液晶显示器(NPD-LCD)技术或使用具有分散液晶微粒的非均匀透明共聚物基质来形成。该系统和器件在美国专利5,270,843中有描述。NPD-LCD器件可以配置为两种模式之一。在正型模式下，NPD-LCD器件可在不施加电压的不透明状态和施加电压的透明状态之间切换。在正型模式下，具有正介电各向异性(Δε＞0)和大Δn的正型液晶，其可能含有二向色染料混合物，可用于形成透明和吸收模式的正型NPD-LCD器件。在负型模式或反型模式下，NPD-LCD器件可在不施加电压的透明状态和施加电压的不透明状态之间切换。在负型模式下，负型液晶具有负的介电各向异性(Δε＜0)和大的Δn，其可含有二向色性染料混合物，可用于形成透明和吸收模式的负型NPD-LCD器件。NPD-LCD器件可以有负型模式的一个原因是，共聚物在固化过程中可以改变其表面张力或表面能。此功能解决了形成液晶微粒与固体聚合物和液晶之间所需表面张力关系之间的冲突。物理化学中的Friedel-Creagh-Kmetz(FCK)规则要求分散的液晶液粒只能由表面张力大于液晶表面张力的聚合物来形成，但是，形成负型液晶微粒器件则要求固体聚合物的最终表面张力必须小于所用液晶的表面张力。NPD-LCD技术可以先由具有大表面张力和快速反应速度的单体大致形成液粒。在液粒形成后，液粒中所含的具有较小表面张力和较慢反应速度的单体将继续进行聚合，并在液晶液粒内表面上形成表面张力较小的聚合物内壁。
在本说明书中，术语″液晶微粒(LCMD)器件″，″液晶微粒薄膜″或″液晶微粒显示器″分别指使用各类塑料薄膜形成的器件，薄膜或显示器，包括上述三代液晶微粒(LCMD)，即NCAP、PDLC和NPD-LCD所制成的薄膜器件。本说明书提供的改进的液晶微粒器件可抗红外线和紫外线辐射造成的损害，并称为″抗红外液晶微粒″器件，无论是否包含一种或多种紫外线吸收剂。
红外涂层120a可以配置在透明膜110a和导电涂层130a之间。类似地，红外涂层120b可以配置在透明膜110b和导电涂层130b之间。
在本说明书中，术语″红外(IR)涂层″，″抗红外(anti-IR)涂层″和″红外过滤层(IRfiltration layer)″可互换使用。红外涂层120a和120b可以是任何合适类型的红外涂层，用于过滤或衰减红外射线。红外涂层可以进一步过滤或衰减紫外线。红外涂层120a和120b为液晶-聚合物基质层140提供保护，液晶-聚合物基质层140是液晶微粒器件中最容易受到红外线和紫外线损害的部件。
取决于应用情况，红外涂层120a和120b可以具有相同厚度或不同厚度。
在一些实施中，红外涂层与可见光范围内的一定的光学参数相关联，因此使LCMD膜100具有特定的颜色。因此，可以通过选择具有适当光学性能的红外涂层，根据应用和用户的偏好来选择抗红外液晶微粒膜100的颜色。通过选择不同的红外涂层，抗红外膜100的颜色可以是不同的。该功能在汽车玻璃和建筑玻璃等许多领域都很有用。
此外，红外涂层可以使用一种或多种耐候性材料制成，例如，在各种天气条件下保持稳定的无机材料。因此，红外涂层作为液晶微粒器件中的新部件可以改善整个器件对天气的稳定性。
许多材料可用作各种应用的红外涂层。有几种方法可以将抗红外涂层添加到导电膜(如ITO涂层)中。
在某些实施中，银金属可用作窗户应用的红外涂层。例如，红外涂层可以是覆盖有介电层的镀银层，陶瓷可为介电层。通过控制层厚，层材料的组成和层数，红外镀膜层或镀膜叠层可用来控制抗红外液晶微粒膜的视觉和热性能。这些改进可以大大减少通过的热量和光线，并提高抗红外液晶微粒器件的稳定性。
图3显示了不同镀银红外涂层(在厚度为6毫米的低铁玻璃基板上)所测得可见光透射率(VLT)。如光谱#3所示，无涂层的低铁玻璃基板可提供91％的可见光透射率。如光谱#2所示，双层银涂层可提供81％的可见光透射率。如光谱#1所示，低辐射的三层银涂层可提供77％的可见光透射率。光谱#4展示了具有75％可见光透射率的理想涂层，可完全阻挡紫外线和红外波长范围的光。
如图3所示的测量光谱，不同厚度和涂层层数在光过滤方面具有不同的效率，并提供了不同的颜色。这些层可以统称为红外涂层，无论层数和材料如何。图3还展示红外涂层也过滤掉一些紫外线波段，无论包含或不包含一种或多种紫外吸收剂。
在一些其它实施中，红外涂层可以是陶瓷涂层，其包括无机氧化物的纳米颗粒。纳米颗粒的尺寸范围可以从50到200nm。这些颗粒可以散射或吸收红外波长范围内的光。这些颗粒可以包括氧化锡(SnO2)，氧化铟(In2O3)和金属六硼化物(如LaB6)，它们阻挡了700-900nm波段之间的红外线。使用的其它颗粒包括氧化钌(RuO2)，氮化钽(Ta2N至Ta3N5、TaN)、氮化钛(TiN)，硅化钛(TiSi2)和硼化镧(LaB6、LaB)可阻挡近红外范围内的光线。可以选择颗粒的大小和类型以实现特定的过滤光谱，例如近红外(0.78-3μm)，中红外(3-50μm)或远红外(50-1000μm)波段。
如图3透光率光谱所示，除了滤除紫外和红外波段外，特定的红外涂层还阻挡了可见光波长范围内的一部分光，并提供了可见光谱的特定形状。通过阻挡和塑造可见光谱，特定的红外涂层可以进一步提供颜色或色调，例如深色。这为实现适合的应用或满足用户爱好的抗红外液晶微粒器件的特定颜色提供了一个选项。
在一些实施中，红外涂层可以包括ITO的纳米颗粒。ITO纳米颗粒涂层的一个优点是不影响制造抗红外液晶微粒器件的化学过程，因为已经证明ITO不会影响制造抗红外液晶微粒器件的固化过程。相比之下，上面讨论的一些金属或金属氧化物可能会使固化过程失活(失灵)。例如，银金属可能使环氧树脂体系的聚合反应失活。其他金属或金属氧化物可能具有更强的失活作用。
与常规ITO涂层相比，ITO纳米颗粒涂层具有有效红外过滤的优势。然而，与常规ITO涂层相比，ITO纳米颗粒涂层具有更大的厚度，因此成本更高。此外，ITO纳米颗粒涂层在表面上可能不太光滑。
在一些实施中，红外涂层可以包括染料类型。与银金属涂层类似，可以通过选择染料的适当类型和/或浓度来选择染料型红外涂层的颜色或色调。
制造抗红外液晶微粒薄膜的过程取决于所选的液晶和化学系统和机械，以及器件的光学，物理和化学要求。通常，大多数液晶微粒薄膜中的液晶-聚合物基质层是通过相分离制成的。相分离可以依赖于两种化学工艺，即热固化工艺和紫外固化工艺。长期以来，在液晶微粒器件中加入红外涂层的工作很强的有挑战性，因为红外涂层的性能可能会影响液晶-聚合物基质的生产工艺，以满足所需的光学性能。一方面，红外涂层不仅可以阻挡红外光谱，还可以阻挡紫外光谱。因此，红外涂层可能妨碍使用紫外固化工艺。另一方面，红外涂层中所含的金属元素和金属氧化物可能会使催化剂失活，从而导致异常固化结果。此外，在不知道红外涂层中含有哪些元素的情况下，很难对LCMD器件进行配方研究。而红外镀膜的配方或组成通常属于镀膜制造商的商业秘密。这些可能是市场上没有这种抗红外液晶微粒产品的一些因素。
正如本领域技术人员所理解的那样，解决液晶微粒调光面板器件的不稳定性被认为是一项具有挑战性的任务，不仅受到材料的影响，还受到制造工艺可行性的影响。在液晶微粒系统中使用红外涂层需要进行大量实验。对于PDLC器件来说，在组分或反应条件发生变化后，聚合物的折射率np与液晶的普通折射率no之间很难找到新的匹配条件。
在一些实施中，液晶-聚合物基质140是NPD-LCD基质。NPD-LCD具有非线性折光率的固体聚合物，其折射率是逐渐变化的。这是一个开放的系统，允许在不干扰现有光学功能的情况下添加新的组分。NPD-LCD系统几乎具有折射率的″自动″匹配功能，因为液粒中的聚合物内层通常由相对较低活性组分或反应速率最慢的单体形成。因此，在NPD-LCD系统中找到新的匹配条件相对容易些，只要不改变较低反应活性的组分即可。新的匹配条件通常离已有的匹配条件不远。
在一些实施中，抗红外膜100可以通过使用合适的抗红外ITO膜和用于液晶-聚合物基质140的适当配方来制造。制造过程可以类似于制作常规液晶微粒薄膜，除了用抗红外ITO薄膜或抗红外暗ITO薄膜来替换常规的ITO薄膜。
在一个特定范例中，液晶-聚合物基质层140是NPD-LCD层。制造抗红外液晶微粒薄膜100的方法包括：(i)调配一个由液晶，聚合物单体和/或低聚物，固化剂和隔离物组成的混合物；(ii)在薄膜层压机上，配置两卷抗红外深色ITO薄膜，并允许薄膜具有″Y″形配置，ITO面朝上；(iii)通过调整两个层压辊轮之间的间隙和层压速度来设置合适的层压压力；(iv)在两层深色ITO薄膜之间加入混合物，并开始将两层深色ITO薄膜与中间的混合物层压在一起；(v)在烘箱中对层压薄膜进行热固化。
与通过结合液晶染料制成的传统深色或彩色液晶微粒器件相比，通过使用抗红外ITO膜(也称为抗红外深色或暗色ITO膜)制成的抗红外液晶微粒器件具有许多优点。与不含染料的常规液晶微粒产品相比，性能数据显示大多数传统深色或彩色液晶微粒产品需要更高的驱动电压，具有较慢的响应时间和/或较低的透明度，因为溶解在液晶中的染料增加了液晶的粘度，从而影响了固化速率和液晶液粒的尺寸。最重要的是，传统的深色或彩色液晶微粒产品的稳定性被削弱，因为液晶微粒产品中使用的染料是具有双键或三键或发色官能团的有机化合物，这些有机化合物通常更容易受到阳光辐射的损害。有机染料是脆弱的有机化合物，与液晶和聚合物混合，削弱了整个系统的性能和表现。
相比之下，抗红外液晶微粒膜100的红外涂层可以由金属或金属氧化物制成，这些金属或金属氧化物对阳光是稳定的，并且不与活性层相接触，因此不影响器件的光学性能。本说明书中描述的技术在液晶微粒显示器领域提供了重要的改进。由此产生的不仅器件保持其原来性能水平，而且通过保护所有的有机成分，以抵抗红外线和紫外线的伤害来稳定该器件，从而延长了器件的使用寿命。
在一些实施中，抗红外LCMD薄膜100可以通过进一步使用美国专利应用公开号2015/0275090 Al中介绍的加入UV吸收剂或UV稳定剂的紫外稳定技术，即通过将紫外线吸收剂添加到装置100的一个或多个有机组分中。一些选定的紫外线吸收剂可以在固化前添加到液晶和单体配方中。可以选择不同的紫外线吸收剂，以使紫外线吸收剂主要停留在液晶微粒140a中，或固体聚合物140b中，或两者兼而有之。例如，如果紫外线吸收剂含有可以与配方中的单体或固化剂反应的附加官能团，则可以将紫外线吸收剂引入到固体聚合物140b中。如果没有这种额外的官能团，紫外线吸收剂将主要停留在液晶微粒140a中。通过这种方式，液晶-聚合物基质140受到红外涂层和紫外线吸收剂的双重保护，抵抗来自阳光中的有害射线的侵害。微粒140a和固体聚合物140b可以含有不同的紫外线吸收剂或相同的紫外线吸收剂。紫外线吸收剂的实例包括具有适当脂肪族取代基的苯并三唑和二苯甲酮及其衍生物。
Figure BDA0004172967330000111
表1
表1列出了通过HunterLab分光光度计获得的测量数据。样品NPD-500是常规LCD产品，没有任何染料或抗红外涂层(表1中未显示)。样品NPD-500D1，NPD-500D2和NPD-500D3是抗红外液晶微粒薄膜，通过将不同暗度的抗红外深色ITO薄膜和相同的制作NPD-500的配方相结合而制成。
图4显示了基于表1中数据的三个样品的光电性能.即光电曲线在不同驱动电压下显示的雾浊度或散射度。这三条曲线几乎相同。这些光电曲线表明，尽管不同的抗红外ITO薄膜产生不同的黑暗度，但它们的活性层或液晶-聚合物基质层是相同的，因此雾浊度不受抗红外深色液晶微粒薄膜的暗度水平的影响。这些特性展示了液晶微粒显示器领域的巨大进步。通过掺入染料制成的传统深色或彩色液晶微粒器件的光电性能随着暗度或颜色的增加越来越差，因为染料会影响配方中的许多方面，包括溶解度，粘度，液晶微粒的大小，反应速率等。进一步地，染料浓度越高，对传统深色液晶微粒器件的影响越大。这是首例，不同暗度和色彩的液晶微粒器件具有的独立光电性能，同时这些光电性能与普通液晶微粒器件一样好。因此，在不影响器件性能的情况下，实现了具有不同暗度和色彩的暗液晶微粒器件的光电性能。这一新功能对于许多应用都很重要，例如航空应用、节能窗、调光投影窗和建筑物的美学效果。
参数(交流电50伏) NPD-500 NPD-500D1 NPD-500D2 NPD-500D3
污浊度(可见光，断电) 99.3％ 99.3％ 99.3％ 99.3％
污浊度(可见光，通电) 5.5％ 4.5％ 4.5％ 4.5％
可见光透过率(断电) 0.1％ 0.1％ 0.1％ 0.1％
可见光透过率(通电) ＞70％ 44％ 27％ 17％
红外透过率(断电) 13％ 2％ 1％ 0.4％
红外透过率(通电) 82％ 44％ 23％ 13％
紫外透过率(断电) 0％ 0％ 0％ 0％
紫外透过率(通电) 31％ 14％ 7％ 4％
表2
表2显示了液晶微粒器件之间光电性能的比较。NPD-500是没有染料或没有抗红外涂层的常规液晶微粒薄膜样品。NPD-500D1、NPD-500D2和NPD-500D3是不同暗度的抗红外暗LCMD薄膜样品，通过使用不同黑暗度的抗红外ITO暗膜和相同的NPD-500配方制成。雾浊度据由HunterLab的可见光分光光度计获得，其它数据则由阳光薄膜光谱仪获得。数据显示，抗红外ITO薄膜可以改善透明度，因为雾浊度是由散射光线引起的，散射光线具有波长依赖效应，并受液晶液粒大小的影响。由于一些散射波长的红色和紫色雾度已被抗红外涂层过滤掉，因此抗红外深色液晶微粒器件的雾浊度和透明度得到改善。抗红外深色液晶微粒膜可用于不同的产品结构，例如薄膜100、夹胶玻璃面板200A和调光投影面板200B。
在表2中，常规NPD-LCD产品的红外线的切换能力在断电时为13％，在通电时为82％。这种光学特性已被用于建筑窗户来节省能源。由于液晶微粒是一种没有明显吸收的散射材料，液晶微粒调光窗户(商业上称为智能窗)在阳光下不吸热，不需要冷却。其开关功能能够动态控制能量的传输。
除了隐私功能外，液晶微粒器件的节能功能也开始受到建筑设计领域和玻璃行业的关注。随着室外应用稳定性的不断提高，液晶微粒器件开始在节能领域显示出优势。液晶微粒器件动态控制不涉及热量吸收是个显著特点，也是不同于窗膜和低辐射(Low-E)玻璃的地方。
在许多情况下，动态控制提供了比固定节能方式更好的解决方案。在一种情况下节省能源的努力，可能是在另一种情况下的一个缺点。例如，夏季的吸收性或反射性窗膜或低辐射玻璃阻挡了红外线，可使用较少的空调来节能，但这种阻止效应可能会导致冬季供暖时消耗更多的能量。凭借液晶-聚合物基质的微粒散射(包括反向散射)的特性，液晶微粒器件可以通过其切换功能和动态控制功能有效地处理这两种情况，并使在这两种情况下都能节能。例如在夏季，它可以散射模式阻挡炎热的红外线进入室内，但在冬季，通可以过透明模式允许温暖的阳光进入室内。在冬季的夜晚，它又可以通过其散射模式防止室内热量逸出。NPD-LCD薄膜的散射度可以通过不同的电压从完全透明到完全散射来变换，并且散射度和透明度的水平是可控的。计算机可以自动控制窗户或天花板用来照明的散射度，以最大限度地减少所有季节，白天和黑夜的能量使用。因此，可以实现更高的整体节能效率。
具有球面散射的NPD-LCD玻璃/薄膜已广泛用于一些世界级的项目，如建筑的天花板玻璃和墙面玻璃以及汽车和船舶的玻璃。然而，为了延长液晶微粒器件在室外应用的使用寿命，迫切需要为此类室外应用提供更好的保护。防红外涂层为此类应用中的液晶微粒器件提供了理想的额外保护。
表2中的数据还表明，紫外线可以被抗红外涂层有效阻挡。使用抗红外涂层的稳定特性与使用美国专利公开号2015/0275090Al中公开的紫外线稳定剂相结合，将提供更强的保护，并可延长产品的使用寿命。对于考虑节能的建筑玻璃，较暗的薄膜可能会导致更多的红外吸收。在这种情况下，需要仔细平衡红外涂层的暗度与散射效应，以达到最佳的节能效果。当选择较淡的抗红外暗LCMD膜时，美国专利公开号2015/0275090引入的紫外线稳定技术的保护作用将会增加，因此，紫外线吸收剂的用量可能需要增加。
图1B示出了另一实例液晶微粒抗红外薄膜100B的横截面图。为了降低成本和/或产生不同的颜色，红外涂层120a可以添加到液晶微粒薄膜的一侧。例如，在某些应用中可以省略内部(例如室内)的红外层，因为有害辐射通常来自窗外。液晶微粒抗红外膜100B的层结构可以包括：第一透明膜110a、红外涂层120a、第一透明和导电涂层130a、液晶-聚合物基质140、第二透明和导电涂层130b和第二透明膜110b。每个薄膜表面150a和150b可以是空气-固体界面或空气-薄膜界面。
紫外线吸收剂可以添加到抗红外液晶微粒薄膜100中的任何有机组分中，包括透明薄膜110a和110b。根据使用的红外涂层种类和位置，可以在外侧和内侧呈现不同的颜色。
图1C示出了另一实例LCMD抗红外薄膜100C的横截面图。为了降低成本和/或具有不同的颜色和/或减少反射，可以在液晶微粒薄膜的不同位置添加红外涂层120a。例如，红外层可以仅添加到液晶微粒薄膜的外侧，因为有害辐射通常来自窗外。抗红外液晶微粒膜100C的层结构可以是：红外涂层120a、第一透明薄膜110a、第一透明导电涂层130a、液晶-聚合物基体140、第二透明导电涂层130b，以及第二透明膜110b。每个薄膜表面150a和150b可以是空气-固体界面或空气-薄膜界面。
紫外线吸收剂也可以添加到抗红外液晶微粒薄膜100C中的任何有机成分中。根据使用的和位置的红外涂层，可以在外侧和内侧呈现不同的颜色。
通常，为了防止来自阳光的红外线和紫外线，红外涂层应位于液晶-聚合物基质层的外侧。根据应用，红外涂层可以位于液晶微粒装置的任何表面或界面上。然而，并非所有类型的抗红外涂层都适合在外表面上配置。例如，镀银类红外涂层在没有进一步保护的情况下容易被氧化，所以并不适合配置在外表面上。另一方面，陶瓷红外涂层是稳定的，可以配置在外表面上。
图2A示出了夹胶抗红外液晶微粒面板200A的横截面图。夹胶抗红外液晶微粒面板200A包括夹在两层玻璃210a和210b之间的抗红外液晶微粒薄膜100，并带有两个粘性的夹层220a和220b。所述夹层材料可包括，例如，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或热塑性聚氨酯(TPU)。玻璃表面230a和230b可以是空气-固体界面。在本说明书中，术语″夹胶″描述了一种层结构，其中薄膜(例如，液晶微粒薄膜)和一层或多层固体材料(例如，玻璃)由粘性夹层隔开，该粘性夹层基本上延伸在薄膜和固体材料之间的整个界面上。
分别参考图1A，1B或1C，液晶微粒抗红外薄膜100可以是液晶微粒抗红外薄膜100A，100B或100C所描述的。抗红外液晶微粒薄膜为夹胶抗红外液晶微粒面板200A提供了抗红外线和紫外线的保护。
图2B示出了面板装置200B的剖视图。面板装置200B包括置于两层玻璃210a和210b之间的抗红外液晶微粒膜100。密封250围绕玻璃210a/210b和液晶微粒抗红外薄膜100之间的周边延伸。密封250在液晶微粒抗红外膜100和玻璃210a/210b之间或夹入空气层260a/260b中(未示出)。因此，玻璃210a/210b和空气层260a/260b之间的界面是固体-空气或玻璃-空气界面，并且液晶微粒膜100和空气层260a/260b之间的界面是固体-空气或膜-空气界面。为了确保大尺寸空气层260a/260b的均匀性，可以在空气层260a/260b内添加固体间隔物，例如球形塑料隔离物。
装置200B有可以包含或省略其它组件和配置。在本说明书中，术语″空气夹层″可以理解为包括在玻璃和抗红外液晶微粒薄膜之间创造一个间隙以截留空气或其它气态材料(例如，具有类似于空气的光学性质的气态材料)或真空。例如，使用惰性气体(如氩气)作为截留的气态材料可以使面板隔热，从而提供更好的节能效果。
在各种替代实施方案中，在抗红外液晶微粒膜100和玻璃210a/210b之间不需要完全密封。相反地，只要能在液晶微粒抗红外薄膜100和玻璃210a/210b之间创造间隙并提供粘合固定，任何形式的间隙都是可以的。在一些实施范例中，气流可以通过间隙。
分别参考图1A、1B或1C，液晶微粒红外薄膜100可以是液晶微粒抗红外薄膜100A、100B或100C所描述的。抗红外液晶微粒膜为夹胶抗红外液晶微粒面板200A和空气夹层液晶微粒面板200B提供了抗红外线和紫外线的保护。
在本说明书中，不同结构或实施范例中提及的玻璃可以是任何硅基玻璃，例如退火玻璃、低铁玻璃或超白透明玻璃或钢化玻璃，或聚合物基玻璃，例如丙烯酸类和聚碳酸酯类玻璃。透明薄膜110可以是有机聚合物薄膜，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜或聚碳酸酯薄膜。
综上所述，本说明书介绍了两种提高调光LCMD器件对阳光稳定性的方法，即使用红外涂层过滤掉阳光中的有害红外射线和紫外线，以及使用紫外线吸收剂稳定调光器件中的有机成分。可以单独使用红外涂层的方法，也可以与紫外线吸收剂方法一起使用。悬浮颗粒器件(SPD)，电致变色或热致变色材料具有相似的结构和应用，并且具有相同的需求，以提高户外环境中的稳定性。如本说明书所述，这些方法可以解决这些器件的不稳定性问题。根据上述基本层结构，不同的光学活性层决定了调光器件的类型。光学活性层可以选择LCMD材料，SPD材料，电致变色材料或热致变色材料。
权利要求：

Claims (10)

1.一种液晶微液粒(LCMD)装置，包含：
透明层；
透明导电层；
液晶-聚合物基质层，所述液晶-聚合物基质层包含固体聚合物和分散在所述固体聚合物内的许多液晶微粒；和
红外过滤层，其中所述红外过滤层稳定了所述装置来自红外线辐射和紫外线辐射的影响。
2.权利要求1的装置，还包含一种化合物，所述化合物稳定了所述装置来自紫外线辐射的影响，所述化合物存在于许多液晶液粒中，和/或固体聚合物中，和/或透明层中。
3.权利要求1或2的装置，其中所述红外过滤层包含镀银的介电材料层。
4.权利要求1或2的装置，其中所述红外过滤层包含沉积纳米颗粒的介电材料层。
5.权利要求1或2的装置，其中红外过滤层包含氧化铟锡(ITO)纳米颗粒。
6.根据以上任何权利要求所述的装置，其中所述红外过滤层配置在所述透明层和所述透明导电层之间，其中所述红外过滤层的第一表面与所述透明层接触，所述红外过滤层的第二表面与所述透明导电层接触。
7.根据权利要求1-5中任何一项所述的装置，其特征在于，所述红外过滤层的第一表面被配置于与所述透明层接触，所述红外过滤层的第二表面与所述LCMD装置的外部环境接触。
8.根据以上权利要求的任何一项所述的装置，其特征在于，所述红外过滤层为第一红外过滤层，并且所述LCMD进一步包含第二红外过滤层。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一红外过滤层和所述第二红外过滤层具有相同的厚度。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一红外过滤层和所述第二红外过滤层具有不同的厚度。
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