使用氣凝膠的智能窗戶的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及使用氣凝膠的智能窗戶。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用氣凝膠的智能窗戶，所述氣凝膠具有高孔隙度，并由于最大化氣凝膠和液晶之間的界面而散射更多的光，由此實(shí)現(xiàn)高遮光率(light blocking rate)和低驅(qū)動(dòng)電壓。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車(chē)工業(yè)中整合了機(jī)械、電子、化學(xué)、能源和環(huán)境領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。近年來(lái)，高效率、安全性和便利性隨著環(huán)境監(jiān)管、隱私保護(hù)和生活質(zhì)量提高的加強(qiáng)而變得更加重要。舉例而言，能夠改進(jìn)能量效率、滿意敏感度和功能性的智能窗戶技術(shù)得到了大量關(guān)注。
[0003]智能窗戶技術(shù)指的是通過(guò)控制從外界引入的光的透光率從而可以減少能量損失并給消費(fèi)者提供愉悅環(huán)境的主動(dòng)控制技術(shù)。主動(dòng)控制技術(shù)也被稱(chēng)為基礎(chǔ)技術(shù)，其通常應(yīng)用于各種工業(yè)中，如交通、信息顯示和建筑。因?yàn)橹悄艽皯艏夹g(shù)僅通過(guò)簡(jiǎn)單操作即可引起快速狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并提供各種先進(jìn)的便利功能，所以可預(yù)期在汽車(chē)中的積極應(yīng)用和發(fā)展以產(chǎn)生高附加值。
[0004]智能窗戶過(guò)去使用聚合物分散液晶(在下文中以“PDLC”表示)來(lái)制造。在TOLC中，微米尺寸的液晶粒子分散在聚合物基體中，通過(guò)由外部電壓引起的在液晶粒子和聚合物之間的折射率的差別而控制透光率。
[0005]參考圖1A，在不施加電壓的OFF狀態(tài)下，液晶粒子不規(guī)則排列，因此光由于液晶粒子與聚合物基體的折射率的差別而進(jìn)行散射。參考圖1B，在施加電壓的ON狀態(tài)下，液晶粒子規(guī)則排列，從而具有與聚合物基體相同的折射率，并傳輸光。由于散射引起的不透光性和通過(guò)施加電壓引起的透光率是決定智能窗戶性能的重要因素。
[0006]使用聚合物基體的roLC可能使智能窗戶具有霧影。roLC具有渾濁顏色，當(dāng)其暴露至UV時(shí)變得嚴(yán)重并改性。因此，智能窗戶的顏色可能由于泛黃而發(fā)生變化。
[0007]此外，由于施加至緊鄰聚合物基體的透明電極的電場(chǎng)的主要部分被由于聚合物基體的高介電常數(shù)所產(chǎn)生的聚合物的激發(fā)極化而屏蔽，所以需要高驅(qū)動(dòng)電壓。
[0008]通常，I3DLC應(yīng)填充基于整個(gè)智能窗戶約50%或更小水平的液晶從而防止液晶不形成水滴形狀而變?yōu)榇髩K。此處，因?yàn)榫酆衔锘w和液晶之間的界面不充分，所以遮光率低。另外，如果厚度為了增加界面而變厚，驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)一步增加。
[0009]公開(kāi)于該發(fā)明【背景技術(shù)】部分的上述信息僅僅旨在加深對(duì)發(fā)明背景的理解，因此其可以包含的信息并不構(gòu)成在本國(guó)已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明致力于解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問(wèn)題。
[0011]本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)方面提供一種使用氣凝膠的智能窗戶，所述氣凝膠具有95%或更大的孔隙度。
[0012]本發(fā)明構(gòu)思的另一方面提供一種清晰的智能窗戶，其通過(guò)使用氣凝膠代替使用聚合物基體而不泛黃并具有低霧度值。
[0013]本發(fā)明構(gòu)思的另一方面提供一種智能窗戶，其通過(guò)調(diào)節(jié)S1-Ti混合氣凝膠中Si和Ti的含量比例而可以控制氣凝膠的折射率。
[0014]本發(fā)明不限于上述方面，未經(jīng)描述的本發(fā)明構(gòu)思的其他方面和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)以下描述而被理解，并通過(guò)參考本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施方案而變得明顯。此外，應(yīng)理解，本發(fā)明構(gòu)思的方面和優(yōu)點(diǎn)通過(guò)顯示在所附的專(zhuān)利權(quán)利要求及其組合中的方法而易于實(shí)施。
[0015]為了實(shí)現(xiàn)以上方面，本發(fā)明包括如下要素。
[0016]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實(shí)施方案，智能窗戶包括一對(duì)間隔開(kāi)以相互面對(duì)的透明電極。多孔氣凝膠插入所述一對(duì)透明電極之間。液晶插入在所述透明電極之間并填充氣凝膠的孔。
[0017]氣凝膠可以具有60%或更大的孔隙度。
[0018]氣凝膠可以為二氧化硅氣凝膠或S1-Ti混合氣凝膠。
[0019]S1-Ti混合氣凝膠中的Si和Ti的含量比例可以變化以控制氣凝膠的折射率。
[0020]Si和Ti的含量比例可以為1:1至10:1。
[0021]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實(shí)施方案，制造二氧化硅氣凝膠的方法包括(a)通過(guò)將硅酸甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯(TEOS)與氨水(NH4OH)和甲醇混合而制造混合溶液；(b)將混合溶液涂布在透明電極上；以及(C)通過(guò)在醇?xì)夥障路胖媒?jīng)涂布的透明電極來(lái)凝膠化混合溶液。
[0022]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一示例性實(shí)施方案，制造S1-Ti混合氣凝膠的方法包括(a)通過(guò)將硅酸乙酯(TEOS)或甲基三乙氧基硅烷(Me-TES)、異丙醇和硝酸混合來(lái)制造第一溶液；(b)通過(guò)將乙酰丙酮和乙酰丙酮鈦混合來(lái)制造第二溶液；(c)通過(guò)混合第一溶液和第二溶液使得第一溶液與第二溶液反應(yīng)；(d)將(c)的混合溶液涂布在透明電極上；以及(e)干燥涂布有混合溶液的透明電極并隨后加熱透明電極。
[0023]下面討論本發(fā)明構(gòu)思的其它方面和示例性實(shí)施方案。
[0024]應(yīng)當(dāng)理解，此處所使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)一般包括機(jī)動(dòng)車(chē)輛，例如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē)輛(SUV)、大客車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛的乘用汽車(chē)，包括各種舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、可插式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛以及其它替代性燃料車(chē)輛(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此處所提到的，混合動(dòng)力車(chē)輛是具有兩種或更多動(dòng)力源的車(chē)輛，例如汽油動(dòng)力和電力動(dòng)力兩者的車(chē)輛。
【附圖說(shuō)明】
[0025]現(xiàn)在將參照特定的示例性實(shí)施例及其所顯示的附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明構(gòu)思的以上和其它特征，在此之后所給附圖僅作為說(shuō)明的方式，因而對(duì)本發(fā)明是非限定性的。
[0026]圖1A和圖1B為顯示常規(guī)I3DLC的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0027]圖2A和圖2B為顯示本發(fā)明的使用氣凝膠的智能窗戶的結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0028]圖3為含有通過(guò)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施方案制造的二氧化硅氣凝膠的智能窗戶的圖片。
[0029]圖4為通過(guò)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施方案制造的S1-Ti混合氣凝膠的圖片。
[0030]圖5為顯示沿著圖4的AA線的橫截面輪廓的圖表。
[0031]圖6為含有通過(guò)本發(fā)明構(gòu)思的一個(gè)實(shí)施方案制造的S1-Ti混合氣凝膠的智能窗戶的圖片。
[0032]圖7為顯示放大的填充在S1-Ti混合氣凝膠的孔中的液晶滴的圖片。
[0033]圖8為顯示含有高Si含量的S1-Ti混合氣凝膠的智能窗戶的透射率的測(cè)量結(jié)果圖表。
[0034]圖9為顯示含有高Ti含量的S1-Ti混合氣凝膠的智能窗戶的透射率的測(cè)量結(jié)果圖表。
[0035]應(yīng)了解，附圖并不必須按比例繪制，其示出了某種程度上經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化了的本發(fā)明的基本原理的各個(gè)特征。在此所公開(kāi)的本發(fā)明的特定的設(shè)計(jì)特征，包括例如特定的尺寸、定向、位置和形狀，將部分地由特定目的的應(yīng)用和使用環(huán)境加以確定。
[0036]在這些圖中，貫穿附圖的多幅圖，附圖標(biāo)記表示本發(fā)明相同的或等同的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0037]現(xiàn)在將在下文中詳細(xì)地提及本發(fā)明構(gòu)思的各個(gè)實(shí)施方案，這些實(shí)施方案的示例示意在附圖中并描述如下。雖然本發(fā)明構(gòu)思與示例性的實(shí)施方案相結(jié)合進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)了解，本說(shuō)明書(shū)不是要將本發(fā)明限制為那些示例性的實(shí)施方案。相反，本發(fā)明旨在不但覆蓋這些示例性實(shí)施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)的各種替換、修改、等同和其它實(shí)施方案。
[0038]參考圖2A和2B，根據(jù)本發(fā)明的使用氣凝膠的智能窗戶可以包括一對(duì)透明電極11，其以小間距分別排列以相互面對(duì)。多孔氣凝膠13插在透明電極11之間。液晶15填充氣凝膠13的孔，并插在透明電極11之間。
[0039]透明電極11為涂布有透明導(dǎo)電薄膜(如銦錫氧化物(ΙΤ0)、摻氟的錫氧化物(FTO)等)的玻璃或?qū)Ρ蕉姿嵋叶?PET)膜，并連接至智能窗戶的外部電源。當(dāng)在ON狀態(tài)下時(shí)，在透明電極11之間的空間中產(chǎn)生電場(chǎng)。氣凝膠13通過(guò)其高孔隙度可以最大化透光性和遮光性之間的差異。如上所述，常規(guī)聚合物分散液晶(PDLC)填充有50%或更小水平的液晶。如果常規(guī)TOLC中含有大于50%的液晶，液晶則不形成水滴形狀而變成大塊，由此不能有效地進(jìn)行透光和遮光。
[0040]相反地，氣凝膠13具有高孔隙度。因此，當(dāng)液晶15填充在氣凝膠13中的空間中時(shí)，氣凝膠13和液晶15的界面被最大化，液晶15被氣凝膠13控制。因此，氣凝膠13可以含有比常規(guī)TOLC更多的液晶15，并具有均一的形狀、尺寸和排列。
[0041]氣凝膠13的孔隙度可以為60%或更大，或者可以為95%或更大，因?yàn)榫哂?0%或更小孔隙度的氣凝膠13不能夠填充充分的液晶15。
[0042]此外，隨著氣凝膠13和液晶15之間的界面增加，在OFF狀態(tài)的過(guò)程中將光引入至智能窗戶時(shí)光散射數(shù)次，由此增加遮光率。例如，光在穿過(guò)界面的同時(shí)以30度角折射，隨后在穿過(guò)下一界面時(shí)以60度角折射，等等。因此，光以90度角或更大的角度折射，由此防止光的傳輸。因此，由于在OFF狀態(tài)下的遮光性和ON狀態(tài)下的透光性之間的差別可以提供具有改進(jìn)的光學(xué)特性的智能窗戶。
[0043]此外，因?yàn)樵跉饽z13和液晶15之間形成充分的界面，即使在智能窗戶的厚度相對(duì)薄時(shí)，光學(xué)特性比常規(guī)roix得到進(jìn)一步改善。因此，可以獲得具有低驅(qū)動(dòng)電壓的薄智能窗戶。
[0044]氣凝膠13具有約0.03ff/m.Κ的非常低的導(dǎo)熱性和約1，200°C的非常高的熔點(diǎn)，由此增加了機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性。
[0045]另外，氣凝膠13不會(huì)泛黃(發(fā)生在聚合物基體中)，并具有低霧度值，因此提供了清晰且優(yōu)質(zhì)的智能窗戶。
[0046]氣凝膠13可以為二氧化硅(S12)氣凝膠，其為最常用的氣凝膠材料，但氣凝膠不限于此，其可以為S1-Ti混合氣凝膠。
[0047]本發(fā)明可以通過(guò)控制S1-Ti混合氣凝膠的Si和Ti的混合比例來(lái)調(diào)節(jié)氣凝膠13的折射率。因此，可以通過(guò)與各種類(lèi)型的液晶15匹配折射率來(lái)使用氣凝膠13。
[0048]S1-Ti混合比例可以在1:1至10:1的范圍內(nèi)。如果比例小于1:1，折射率可以變得過(guò)高，由此引起氣凝膠13的折射率和液晶15的折射率之間的較大差距。如果該比例大于10:1，氣凝膠13與液晶15可能無(wú)法很好地混合。
[0049]液晶15與由透明電極11產(chǎn)生電場(chǎng)相互作用，由此主動(dòng)地傳輸或散射光。在不施加電壓的情況下在OFF狀態(tài)中液晶15可以與氣凝膠13的外表面平行地排列，同時(shí)形成與氣凝膠13的界面，由此散射光。在施加電壓的ON狀態(tài)中，液晶15與透明電極11產(chǎn)生的電場(chǎng)平行地排列，并具有與氣凝膠13的折射率相同的折射率，由此傳輸光而非散射光。
[0050]液晶15在與氣凝膠