電控調光汽車天窗的制作方法

專利名稱：電控調光汽車天窗的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車天窗，具體地說，是涉及一種帶有電控調光功能的汽車天窗。
背景技術：
汽車天窗主要由玻璃窗、密封橡膠條、遮陽板和驅動機構組成，開啟形式一般 有外啟式、內藏式和傾斜式。但無論以何種方式控制汽車天窗的開啟，中央的玻璃 窗是汽車天窗的主要部分，而目前汽車上使用的天窗主要是貼了膜的普通玻璃。而 現在的汽車越來越提倡駕駛者和乘坐者的舒適性，天窗的趨勢是逐漸增大玻璃窗的 面積，全景天窗也越來越多。由此，整個天窗的手動或電動的遮陽布，已經顯然和 現代的汽車電子發展趨勢相悖。
目前，公知的一種應用在汽車天窗上的調光膜是用傳統向列態(nematic)液晶 制作的，其能夠滿足電控調光的需求，但是，因為向列態液晶使用的是偏振片，透 光率低于50%， 一般約為40%,所以該種調光膜不能滿足全透明的需求。而且，這 種向列態液晶不是"多穩態"的("多穩態"是指不需要電驅動而維持光效應的狀 態，也稱為"準靜態")，需要持續的用電，故有一定的能耗。
另外，公知的一種電控調光汽車天窗使用的是液晶聚合物技術(PDLC)的電致 調光玻璃。這種液晶聚合物技術主要是將向列態液晶與分子聚合物混合后，通過控 制液晶的排列態，使內部產生不同的折射系數，而呈現出透光與散光之間的宏觀狀 態變換。具體來說，這種技術為選擇適量的向列態液晶與一定量的分子單合物進 行混合，將混合物灌制在兩層玻璃(玻璃具有一定厚度)或兩層塑料基板的夾縫中， 在兩層玻璃或塑料基板相對應的表面鍍有透明電極，通過一定波長和強度的紫外光 線進行照射處理，從而使這些分子單合物發生化學變化，凝聚在一起而變成分子聚 合物，這些聚合物是透明的。由于液晶分子是與分子聚合物均勻混合在一起的，在 這些分子聚合物形成的過程中，液晶分子被均勻地分割成一個個小的泡狀空間(即 分子聚合物與液晶分子從融合變成分離，分子聚合物好像網狀一樣承載了無數的小 液晶泡)。在無電壓情況下，由于液晶分子的排列并沒有很強的方向性，總體上是 一種相對雜亂的狀態，所以散射現象非常明顯。在一定的電場情況下，液晶分子便 有了方向性的排列，其與大面積的分子聚合物載體消除了折射率的差異，呈現出透 明態。這種應用了液晶聚合物技術的電致調光玻璃與應用傳統向列態液晶制作的天 窗調光膜相比，具有更大的透明度，但是，這種液晶聚合物技術也不是"多穩態" 的，其與傳統向列態液晶一樣，需要持續的供電來維持透明狀態。

發明內容
本發明的目的在于提供一種電控調光汽車天窗，通過電路驅動控制裝置控制施 加在導電電極層上的電壓大小、頻率和作用時間，而使該汽車天窗在全透明與霧狀 遮光之間進行切換，該汽車天窗增強了駕駛者和乘客的舒適性，且健康環保。
為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案
一種電控調光汽車天窗，它包括玻璃窗，其特征在于該玻璃窗包括玻璃本體 和基體層，在該玻璃本體與基體層之間設有一混合層，該混合層由近晶態液晶和添 加物混合而成，在該玻璃本體朝向溫合層的一側和該基體層朝向混合層的一側均設 有導電電極層，該導電電極層與電路驅動控制裝置連接。
所述基體層為玻璃或塑料。塑料可為透明塑料薄膜或透明硬塑料板。 所述混合層的厚度為2微米 30微米，所述混合層的組成為所述近晶態液晶
占混合總重量的90% 99.999%，所述添加物占混合總重量的0.001% 10%。所述近 晶態液晶為A類近晶態液晶(Smectic-A)有機化合物，如帶硅基的化合物、四氰基四 辛基聯苯、四乙酸癸酯四氰基聯苯等。所述添加物為帶導電特性的化合物，如十六 垸基三乙基溴化銨等含有導電離子的化合物。 所述混合層還可混合有二色性染料。
所述導電電極層為透明電極，所述電極層按顯示圖案或文字的需要而分割成若 千單元。
所述玻璃本體和基體層的外表面貼有一層保護膜，以防止意外碰撞產生的玻璃 碎片傷人。
使用時，通過合理控制施加在導電電極層上的電壓大小、頻率或作用時間，使 液晶分子呈現不同排列形態，從而在宏觀上，使汽車天窗在霧狀遮光與全透明狀態 間切換，甚至在不同灰度階的多種漸進狀態間切換。若近晶態液晶中添加有二色性 染料，則可通過合理控制施加在導電電極層上的電壓大小、頻率或作用時間，使液 晶分子和染料分子呈現不同排列形態，從而在宏觀上，使汽車天窗在全透明與有色 遮光狀態間進行切換。
本發明的優點是
1、 由于通過控制施加在導電電極層上的電信號，近晶態液晶分子可呈現出不同 的排列形態，因而汽車天窗可在霧狀遮光與全透明狀態間切換，甚至在不同灰度階 的多種漸進狀態間切換，使得駕駛者和乘坐者可以根據自己的需要，來隨時調整車 內光線，直到舒適為止。
2、 由于添加物的導電特性，使得撤去電信號后，天窗仍能保持加載電壓時產生
的光效應，具有很好的"多穩態"特性。且由于該天窗具有"多穩態"特性，而且 天窗所需的工作電流小，只有在改變近晶態液晶分子排列形態的瞬間時才需要加電， 非常省電。而且由于該"多穩態"特性，天窗幾乎沒有電磁輻射，對駕駛者和乘坐者無任何危害，健康環保。
3、 霧狀遮光與全透明狀態間的切換時間很短， 一般為幾個到幾十個毫秒，若在 不同灰度階的多種漸進狀態間切換，則切換速度更快。
4、 若天窗中含有二色性染料，則天窗可呈現出不同顏色。且若將電極層細分分 割為若干單元，則可通過電信號的控制而在天窗上呈現出各種的花紋、圖案或文字， 以提升車體內飾的美觀性。


圖1是本發明汽車天窗的玻璃窗結構組成示意圖2是低頻電壓作用于導電電極層時的近晶態液晶排列形態示意圖； 圖3是高頻電壓作用于導電電極層時的近晶態液晶排列形態示意圖； 圖4是高頻電壓作用下的近晶態液晶與二色性染料排列形態示意圖； 圖5是低頻電壓作用下的近晶態液晶與二色性染料排列形態示意圖； 圖6是被分割成橫豎陣列狀的導電電極層示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步的詳細描述。
如圖1至圖3所示，本發明電控調光汽車天窗包括玻璃窗、密封橡膠條和驅動
機構，該玻璃窗包括玻璃本體1和基體層2，基體層2為玻璃或塑料，如透明塑料薄 膜、透明硬塑料板。在玻璃本體1與基體層2之間設有一混合層3，該混合層3由近 晶態液晶和添加物混合而成。 一般，混合層3的厚度控制在2微米 30微米，在混 合層3中，近晶態液晶占混合總重量的90% 99.999%，添加物占混合總重量的 0.001% 10%。通常，在室溫土5(TC之間，近晶態液晶的分子集群為層狀排列結構， 呈現出粘稠的漿糊狀。在本發明中，近晶態液晶為A類近晶態液晶(Smectic-A)有機 化合物，如帶硅基的化合物、四氰基四辛基聯苯、四乙酸癸酯四氰基聯苯等。添加 物為帶導電特性的化合物，如十六烷基三乙基溴化銨等含有導電離子的化合物。在 玻璃本體1朝向混合層3的一側和基體層2朝向混合層3的一側均鍍有一導電電極 層4，該導電電極層4與電路驅動控制裝置5連接，該兩個導電電極層4與中間的混 合層3形成了一個面積很大的電容結構。該導電電極層4是透明的，如ITO (氧化 銦錫)等，且可根據需要使用輔助的金屬電極，如鋁、銅、銀等。
實際應用中，近晶態液晶與添加物混合而成的混合物是灌制到玻璃本體1與基 體層2間的夾縫中的，即混合層3為灌制而成的。該灌制過程與傳統的STN (Super Twisted Nematic，加強扭曲的向列態液晶)灌制過程相類似，不同的是本發明使 用的灌制過程沒有傳統STN灌制過程中的PI(polyimide，聚酰亞胺)取向層的刷制、 偏光膜的貼片和彩色濾片的貼片三個環節。而且因為近晶態液晶材料本身粘稠度的 問題，在灌制摻有添加物的近晶態液晶前，需要將其加熱到一定溫度， 一般為60°C 以上，直到摻有添加物的近晶態液晶表現為流動的液態時，才可使用傳統的STN灌制過程進行真空灌制。
使用本發明時，通過控制施加在兩個導電電極層4上的電壓大小、頻率和作用 時間，來改變混合層3中的近晶態液晶的排列形態，從而使光線在透射與散射之間
進行切換，在宏觀上表現為汽車天窗在全透明與霧狀遮光之間切換。下面進行詳述。
如圖2所示，該混合層3為IO微米，添加物占混合總重量的0.001%到10%。通 過電路驅動控制裝置5輸出控制電壓，在兩個導電電極層4上施加100v、 50Hz左右 的交流電壓(實際中，電壓值控制在30v至200v即可，電壓頻率控制在50Hz至200Hz 即可)，當電壓作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態液晶分子31便發 生扭轉，形成圖2所示的亂序排列形態。因為近晶態液晶分子31的各向相異性(即 由于入射光線通過各液晶的長光軸不同，各液晶的光折射角度不同，因而各液晶的 折射率不同)，使得入射各近晶態液晶分子31的光線的折射存在著很大的差異，即 在該微薄厚度的混合層3內，光折射率產生著劇烈的變化，因而光線發生了強烈的 散射，從宏觀上看，此時的汽車天窗為一種散光效應，呈現霧狀遮光狀態，如磨砂 毛玻璃一般。
如圖3所示，該混合層3為2微米，添加物約占混合總重量的0.001%。通過電 路驅動控制裝置5輸出控制電壓，在兩個導電電極層4上施加100v、 1000Hz的交流 電壓(實際中，電壓值控制在30v至200v即可，電壓頻率控制在1000Hz以上即可)， 當電壓作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態液晶分子31便變為規則排 列形態，此時，近晶態液晶分子31的長光軸垂直于導電電極層平面，入射各近晶態 液晶分子31的光線的折射不產生劇烈變化，光線可以自由透過混合層3，因此，從 宏觀上看，此時的汽車天窗呈現出全透明狀態。
當給導電電極層4加載電壓、天窗產生散射、全透明等光效應后，便可撤去電 壓。而這種光效應的保持是不需要電壓來維持的，即撤去電壓后，天窗仍然能夠保 持加載電壓時產生的光效應，而作用的電壓信號只是為了改變近晶態液晶分子31的 排列形態。在本發明中，將這種不需要電驅動而維持光效應的狀態稱為"多穩態" 或"準靜態"。而這種"多穩態"是因為混合層3中的添加物采用了帶導電特性的 化合物，當電信號施加在兩個導電電極層4上時，帶導電特性的化合物中的離子根 據電勢差變化產生往復運動，這種運動可以改變液晶分子31的排列形態，而變化后 的液晶分子31排列形態并不需要離子的持續運動來維持，是穩定的。這種近晶態液 晶與添加物產生的"多穩態"效果與液晶聚合物技術產生的維持效果不同，液晶聚 合物技術中添加了高分子聚合物的液晶是靠大量聚合物網絡中的表面力、分子間力 和摩擦力來維持的。
當然，通過合理控制施加在導電電極層4上的電壓大小、頻率或作用時間，可 使近晶態液晶分子31的排列形態變為部分扭曲，以產生不同程度的散光效應，從而 在宏觀上，使汽車天窗在霧狀遮光與全透明兩個狀態間產生具有不同灰度階的多種漸進狀態，如半透明狀態等。
在實際應用中，添加物可隨混合層3的厚度而適當添加，如當混合層厚度為30 微米時，添加物可控制在約占混合總重量的0.001%。當然，這種厚度范圍和添加物 摻雜含量比例并沒有很嚴的規定，只要將厚度控制在2微米到30微米之間，將添加 物控制在約占混合總重量的0.001%到10%之間即可。
如圖4至圖5所示，在混合層3內還可混合有一定量的二色性染料，如淡黃色 的偶氮基二色性染料。通過混合二色性染料，可使汽車天窗實現全透明與有色遮光 之間的切換。在本發明中，二色性染料選用呈長分子狀的二色性染料，該二色性染 料與近晶態液晶的光軸結構類似。在沿長光軸的平行方向，該二色性染料分子33對 光的吸收非常弱，而沿長光軸的垂直方向，該二色性染料分子33會極大程度地吸收 一定波段的光線。
如圖4所示，在兩個導電電極層4上施加30v 200v、 1000Hz以上的交流電壓 時，當作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態液晶分子31和二色性染料 分子33均變為規則排列形態，此時，液晶分子31的長光軸和二色性染料分子33的 長光軸均垂直于導電電極層平面，因此，入射各近晶態液晶分子31的光線的折射不 產生劇烈變化，且由于二色性染料分子33的長光軸垂直于導電電極層平面，光線沿 二色性染料分子33長光軸的平行方向入射，二色性染料分子33只吸收微小的光(該 光吸收量取決于染料分子33相對于液晶分子31的規則排列度和溶解度)，故入射 光線6經過混合層3后，只有少量光線被吸收，最終自由透過混合層3 (如圖4中的 光線7)，因此，從宏觀上看，此時的汽車天窗呈現出全透明狀態。
如圖5所示，在兩個導電電極層4上施加30v ~200v、 50Hz 200Hz的交流電壓 時，當作用時間不到1秒鐘的時候，混合層3中的近晶態液晶分子31變為扭轉的亂 序排列形態，而由于二色性染料分子33與近晶態液晶分子31間距很小，故當近晶 態液晶分子31扭轉時，二色性染料分子33也隨之變得雜亂無章，甚至大量染料分 子33的長光軸平行于導電電極層平面。當光線6射入混合層3時，由于各近晶態液 晶分子31的光線的折射差異，光線發生強烈的散射。在近晶態液晶分子31產生的 散射下，大量光線沿染料分子33長光軸的垂直方向射入染料分子33，因而一定波段 的光線被染料分子33極大地吸收，散射出的光線7呈現出染料分子的顏色(呈現的 顏色隨二色性染料結構的不同而不同)，這樣，從宏觀上看，此時的汽車天窗呈現 出某種顏色，保持在霧狀模糊的有色遮光狀態。實際應用中，可將不同顏色的染料 與近晶態液晶混合，從而使天窗顯現出不同顏色，甚至可通過使染料分子33均勻吸 收可見光光譜而形成黑灰色。
上述近晶態液晶分子31呈長分子狀，該長分子狀的近晶態液晶分子31具有很 強的雙折射率。在實際應用中，可以調整近晶態液晶分子31的分子鏈，降低近晶態 液晶分子31的雙折射率，這樣，在平行于近晶態液晶分子31長光軸方向和垂直于近晶態液晶分子31長光軸方向上，光線通過的折射率十分接近，由此扭曲狀態時的 液晶分子31的散射效應會隨之減弱，加入了染料的混合層3不會出現強散光現象， 而是染料分子33大量吸收一定波長范圍的光線，像帶有顏色的過濾片一樣，天窗不 會出現霧狀模糊的感覺，而是呈現出不模糊的有色遮光狀態。當然，上述混入染料 的混合層3同樣是通過添加物來實現"多穩態"特性的。
實際實施中，根據天窗上顯示圖案或文字的需要，導電電極層4可分割成若干 單元。如圖6所示，導電電極層4被條狀分割排列成橫豎陣列狀，并且通過控制豎 陣列電極8和橫陣列電極9上的電信號來控制橫豎電極交叉位置上的像素點10，從 而顯示出各種花紋、圖案，甚至文字。例如，通過施加低頻電壓，先令整個混合層3 呈現霧狀遮光或有色遮光狀態，然后，通過高頻電壓信號驅動一行豎陣列電極8時， 相應驅動一行橫陣列電極9(驅動橫陣列電極9的電壓一般為驅動豎陣列電極8的兩 倍)，其余行的橫陣列電極的驅動信號為0，使被驅動的橫豎陣列電極交叉位置上的 像素點10呈現透明狀，完成像素點的明暗控制，就這樣，逐行驅動每個豎陣列電極 8，并相應驅動橫陣列電極9，以使天窗上形成花紋、圖案或文字。
根據電極層分割的疏密，像素點可大可小。如果每個像素點較小，那么該天窗 便可當顯示屏使用，用于顯示豐富的圖案文字信息。這時，可在天窗一側貼附一反 射板，如各種顏色的紙張、塑料、纖維制品、木制品或金屬制品等，這樣可以有效 地提高顯示內容的對比度。
另外，在實際使用本發明汽車天窗時，可在玻璃本體1的外表面和基體層2的 外表面上貼一層保護膜，以防止意外碰撞產生的玻璃碎片傷人。本發明中的電信號 控制可通過電線直連、遙控或光線自感應方式來實現，電路驅動控制裝置5可用天 窗驅動機構中的供電部分代替。 本發明的優點是
1、 由于通過控制施加在導電電極層上的電信號，近晶態液晶分子可呈現出不同 的排列形態，因而汽車天窗可在霧狀遮光與全透明狀態間切換，甚至在不同灰度階 的多種漸進狀態間切換，使得駕駛者和乘坐者可以根據自己的需要，來隨時調整車 內光線，直到舒適為止。
2、 由于添加物的導電特性，使得撤去電信號后，天窗仍能保持加載電壓時產生 的光效應，具有很好的"多穩態"特性。且由于該天窗具有"多穩態"特性，而且 天窗所需的工作電流小，只有在改變近晶態液晶分子排列形態的瞬間時才需要加電， 非常省電。而且由于該"多穩態"特性，天窗幾乎沒有電磁輻射，對駕駛者和乘坐 者無任何危害，健康環保。
3、 霧狀遮光與全透明狀態間的切換時間很短， 一般為幾個到幾十個毫秒，若在 不同灰度階的多種漸進狀態間切換，則切換速度更快。
4、 若天窗中含有二色性染料，則天窗可呈現出不同顏色。且若將電極層細分分割為若干單元，則可通過電信號的控制而在天窗上呈現出各種的花紋、圖案或文字 以提升車體內飾的美觀性。
權利要求
1、一種電控調光汽車天窗，它包括玻璃窗，其特征在于該玻璃窗包括玻璃本體和基體層，在該玻璃本體與基體層之間設有一混合層，該混合層由近晶態液晶和添加物混合而成，在該玻璃本體朝向混合層的一側和該基體層朝向混合層的一側均設有導電電極層，該導電電極層與電路驅動控制裝置連接。
2、 根據權利要求1所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述基體層為玻璃 或塑料。
3、 根據權利要求1所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述混合層的厚度 為2微米 30微米，所述混合層的組成為所述近晶態液晶占混合總重量的90% 99.999%，所述添加物占混合總重量的0.001% 10%。
4、 根據權利要求1或3所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述近晶態液晶為A類近晶態液晶有機化合物。
5、 根據權利要求4所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述近晶態液晶為帶硅基的化合物、四氰基四辛基聯苯或四乙酸癸酯四氰基聯苯中的任一種。
6、 根據權利要求1或3所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述添加物為帶導電特性的化合物。
7、 根據權利要求6所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述添加物為十六烷基三乙基溴化銨。
8、 根據權利要求1所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述混合層還混合有二色性染料。
9、 根據權利要求1所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述導電電極層為 透明電極，所述電極層按顯示圖案或文字的需要而分割成若干單元。
10、 根據權利要求1所述的電控調光汽車天窗，其特征在于所述玻璃本體和 基體層的外表面貼有一層保護膜，以防止意外碰撞產生的玻璃碎片傷人。
全文摘要
本發明公開了一種電控調光汽車天窗，它包括玻璃窗，該玻璃窗包括玻璃本體和基體層，在該玻璃本體與基體層之間設有一混合層，該混合層由近晶態液晶和添加物混合而成，在該玻璃本體朝向混合層的一側和該基體層朝向混合層的一側均設有導電電極層，該導電電極層與電路驅動控制裝置連接。通過控制施加在導電電極層上的電信號，近晶態液晶分子可呈現出不同的排列形態，且這些排列狀態在無電的情況下保持穩定不變，從而汽車天窗可在霧狀遮光與全透明狀態間切換，甚至在不同灰度階的多種漸進狀態間切換，該汽車天窗增強了駕駛者和乘客的舒適性，且省電、切換速度快、健康環保。
文檔編號G02F1/13GK101414065SQ20071017596
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月16日 優先權日2007年10月16日
發明者剛 孫 申請人:漢朗科技(北京)有限責任公司