使用氣凝膠的智能窗戶的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及使用氣凝膠的智能窗戶。更具體地，本發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，由此實現高遮光率(light blocking rate)和低驅動電壓。
【背景技術】
[0002]在汽車工業中整合了機械、電子、化學、能源和環境領域的先進技術。近年來，高效率、安全性和便利性隨著環境監管、隱私保護和生活質量提高的加強而變得更加重要。舉例而言，能夠改進能量效率、滿意敏感度和功能性的智能窗戶技術得到了大量關注。
[0003]智能窗戶技術指的是通過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者提供愉悅環境的主動控制技術。主動控制技術也被稱為基礎技術，其通常應用于各種工業中，如交通、信息顯示和建筑。因為智能窗戶技術僅通過簡單操作即可引起快速狀態轉換，并提供各種先進的便利功能，所以可預期在汽車中的積極應用和發展以產生高附加值。
[0004]智能窗戶過去使用聚合物分散液晶(在下文中以“PDLC”表示)來制造。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狀態下，液晶粒子不規則排列，因此光由于液晶粒子與聚合物基體的折射率的差別而進行散射。參考圖1B，在施加電壓的ON狀態下，液晶粒子規則排列，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，當其暴露至UV時變得嚴重并改性。因此，智能窗戶的顏色可能由于泛黃而發生變化。
[0007]此外，由于施加至緊鄰聚合物基體的透明電極的電場的主要部分被由于聚合物基體的高介電常數所產生的聚合物的激發極化而屏蔽，所以需要高驅動電壓。
[0008]通常，I3DLC應填充基于整個智能窗戶約50%或更小水平的液晶從而防止液晶不形成水滴形狀而變為大塊。此處，因為聚合物基體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，驅動電壓進一步增加。
[0009]公開于該發明【背景技術】部分的上述信息僅僅旨在加深對發明背景的理解，因此其可以包含的信息并不構成在本國已為本領域技術人員所公知的現有技術。
【發明內容】
[0010]本發明致力于解決與現有技術相關的上述問題。
[0011]本發明構思的一個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]本發明構思的另一方面提供一種清晰的智能窗戶，其通過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]本發明構思的另一方面提供一種智能窗戶，其通過調節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]本發明不限于上述方面，未經描述的本發明構思的其他方面和優點將通過以下描述而被理解，并通過參考本發明構思的實施方案而變得明顯。此外，應理解，本發明構思的方面和優點通過顯示在所附的專利權利要求及其組合中的方法而易于實施。
[0015]為了實現以上方面，本發明包括如下要素。
[0016]根據本發明構思的示例性實施方案，智能窗戶包括一對間隔開以相互面對的透明電極。多孔氣凝膠插入所述一對透明電極之間。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]根據本發明構思的另一示例性實施方案，制造二氧化硅氣凝膠的方法包括(a)通過將硅酸甲酯(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)通過在醇氣氛下放置經涂布的透明電極來凝膠化混合溶液。
[0022]根據本發明構思的另一示例性實施方案，制造S1-Ti混合氣凝膠的方法包括(a)通過將硅酸乙酯(TEOS)或甲基三乙氧基硅烷(Me-TES)、異丙醇和硝酸混合來制造第一溶液；(b)通過將乙酰丙酮和乙酰丙酮鈦混合來制造第二溶液；(c)通過混合第一溶液和第二溶液使得第一溶液與第二溶液反應；(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]下面討論本發明構思的其它方面和示例性實施方案。
[0024]應當理解，此處所使用的術語“車輛”或“車輛的”或其它類似術語一般包括機動車輛，例如包括運動型多用途車輛(SUV)、大客車、卡車、各種商用車輛的乘用汽車，包括各種舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、可插式混合動力電動車輛、氫動力車輛以及其它替代性燃料車輛(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此處所提到的，混合動力車輛是具有兩種或更多動力源的車輛，例如汽油動力和電力動力兩者的車輛。
【附圖說明】
[0025]現在將參照特定的示例性實施例及其所顯示的附圖詳細地描述本發明構思的以上和其它特征，在此之后所給附圖僅作為說明的方式，因而對本發明是非限定性的。
[0026]圖1A和圖1B為顯示常規I3DLC的結構的示意圖。
[0027]圖2A和圖2B為顯示本發明的使用氣凝膠的智能窗戶的結構的示意圖。
[0028]圖3為含有通過本發明構思的一個實施方案制造的二氧化硅氣凝膠的智能窗戶的圖片。
[0029]圖4為通過本發明構思的一個實施方案制造的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為含有通過本發明構思的一個實施方案制造的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量結果圖表。
[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量結果圖表。
[0035]應了解，附圖并不必須按比例繪制，其示出了某種程度上經過簡化了的本發明的基本原理的各個特征。在此所公開的本發明的特定的設計特征，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用和使用環境加以確定。
[0036]在這些圖中，貫穿附圖的多幅圖，附圖標記表示本發明相同的或等同的部分。
【具體實施方式】
[0037]現在將在下文中詳細地提及本發明構思的各個實施方案，這些實施方案的示例示意在附圖中并描述如下。雖然本發明構思與示例性的實施方案相結合進行描述，但是應當了解，本說明書不是要將本發明限制為那些示例性的實施方案。相反，本發明旨在不但覆蓋這些示例性實施方案，而且覆蓋可以被包括在由所附權利要求所限定的本發明的精神和范圍之內的各種替換、修改、等同和其它實施方案。
[0038]參考圖2A和2B，根據本發明的使用氣凝膠的智能窗戶可以包括一對透明電極11，其以小間距分別排列以相互面對。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為涂布有透明導電薄膜(如銦錫氧化物(ΙΤ0)、摻氟的錫氧化物(FTO)等)的玻璃或對苯二甲酸乙二酯(PET)膜，并連接至智能窗戶的外部電源。當在ON狀態下時，在透明電極11之間的空間中產生電場。氣凝膠13通過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，常規聚合物分散液晶(PDLC)填充有50%或更小水平的液晶。如果常規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，由此不能有效地進行透光和遮光。
[0040]相反地，氣凝膠13具有高孔隙度。因此，當液晶15填充在氣凝膠13中的空間中時，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，因為具有60%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狀態的過程中將光引入至智能窗戶時光散射數次，由此增加遮光率。例如，光在穿過界面的同時以30度角折射，隨后在穿過下一界面時以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狀態下的遮光性和ON狀態下的透光性之間的差別可以提供具有改進的光學特性的智能窗戶。
[0043]此外，因為在氣凝膠13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薄時，光學特性比常規roix得到進一步改善。因此，可以獲得具有低驅動電壓的薄智能窗戶。
[0044]氣凝膠13具有約0.03ff/m.Κ的非常低的導熱性和約1，200°C的非常高的熔點，由此增加了機械和化學穩定性。
[0045]另外，氣凝膠13不會泛黃(發生在聚合物基體中)，并具有低霧度值，因此提供了清晰且優質的智能窗戶。
[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]本發明可以通過控制S1-Ti混合氣凝膠的Si和Ti的混合比例來調節氣凝膠13的折射率。因此，可以通過與各種類型的液晶15匹配折射率來使用氣凝膠13。
[0048]S1-Ti混合比例可以在1:1至10:1的范圍內。如果比例小于1:1，折射率可以變得過高，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可能無法很好地混合。
[0049]液晶15與由透明電極11產生電場相互作用，由此主動地傳輸或散射光。在不施加電壓的情況下在OFF狀態中液晶15可以與氣凝膠13的外表面平行地排列，同時形成與氣凝膠13的界面，由此散射光。在施加電壓的ON狀態中，液晶15與透明電極11產生的電場平行地排列，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