利用引导自组装光子晶体的智能玻璃的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体上涉及利用引导自组装光子晶体的智能玻璃，并且更具体地，涉及这样一种光子晶体，其具有插置在一对导电玻璃板之间的光子晶体层。
【背景技术】
[0002]“智能玻璃”涉及这样一种主动控制技术，其能够通过自由地调整从外部流入的光的透射率来降低能量损耗，并且为消费者提供宜人的环境。这被视为能够在各种工业领域普遍使用的基础技术，各种工业领域例如运输、信息显示和建筑。由于智能玻璃可以通过简单操作而引发即时的状态改变，并且提供各种便利，所以智能玻璃预计将活跃地用于各种领域。
[0003]已经利用聚合物分散型液晶(polymer dispersed liquid crystal，PDLC)技术来制造智能玻璃。roix具有如下结构:微米尺寸的液晶粒子分散在聚合物基体中，并且光透射率通过由外部电压引起的液晶粒子与聚合物之间的折射率差来调整。如图1a中所示，在不施加电压的断开状态下，液晶粒子91不规则地布置，而由于液晶粒子91与聚合物基体93之间的折射率差导致光发生散射。如图1b中所示，在施加电压的导通状态下，由于液晶粒子91定向排列而与聚合物基体93具有相同的折射率，所以光穿透。
[0004]TOLC利用了聚合物基体，因此存在的问题在于，在智能玻璃中可能发生出现混浊色的模糊(haze)现象，而在智能玻璃暴露于紫外光时，由于聚合物的硫化或变化而可能发生黄变现象。
[0005]另外，在TOLC中，在断开状态下液晶粒子不规则地布置，并且入射光不规则地散射。因而，由于各种波长范围的光全部混合，所以将难以获得特定的颜色。在添加染料以使PDLC变色时，因为染料由于其本性而吸收光，所以光的透射率降低，这引起I3DLC本身的效率降低的问题。
[0006]公开于【背景技术】部分的上述信息仅仅旨在增强对本发明【背景技术】的理解，因此其可以包含的信息并不构成在本国已为本领域技术人员所公知的现有技术。
【发明内容】
[0007]本发明致力于解决与现有技术相关的上述问题，并且本发明的目标是为其实际解决方案提供教益。
[0008]本发明的目标不限制于上述目标，并且以上未描述的本发明的其它目标也可以从以下描述中得以理解，并且可以从本发明的示例性实施方案中更为清楚可见。另外，本发明的目标可以通过在权利要求及其组合中呈现的方式来实现。
[0009]在一个方面中，本发明根据其实施方案提供了具有特定颜色的智能玻璃，所述智能玻璃包括:一对导电玻璃板；以及光子晶体层，其插置在玻璃板之间，其中，光子晶体层包括第一材料和第二材料，所述第一材料通过引导自组装而规则地布置，所述第二材料与第一材料具有不同的折射率，并且包围第一材料，由此光子晶体层仅反射在特定的波长范围的光。
[0010]在一个实施方案中，所述第一材料为玻璃珠或者液晶微滴，所述第二材料为液晶或硅钛醇化物。
[0011]在另一个实施方案中，提供了通过调整第一材料之间的距离而具有目标颜色的智能玻璃。
[0012]在另一个实施方案中，第一材料之间的距离为200nm至400nm，并且光子晶体层的厚度为第一材料之间距离的3倍至5倍。
[0013]在另一个实施方案中，第一材料具有密排六方结构(hep)或者面心立方结构
(fee)ο
[0014]在另一个方面中，本发明根据其实施方案提供了一种制备智能玻璃的方法，所述方法包括:(a)通过将第一材料和与第一材料具有不同的折射率的第二材料混合来制备混合液体；(b)通过将混合液体插置在一对导电玻璃板之间来形成光子晶体层，使得通过引导自组装而规则地布置第一材料。
[0015]在一个实施方案中，第一材料是玻璃珠，第二材料是液晶，并且b)步骤通过将混合液体施加至导电玻璃板的一个表面上，并且对施加的所述混合液体与一对导电玻璃板中的另一个进行按压，而通过引导自组装来规则地布置第一材料。
[0016]在另一个实施方案中，第一材料是液晶微滴，第二材料是硅钛醇化物，并且b)步骤通过将混合液体施加在导电玻璃板的一个表面上并且将所得物干燥，而在混合液体中的液晶进行相分离时，形成并规则地布置液晶微滴。
[0017]在另一个实施方案中，液晶和硅钛醇化物以1:2至2:1的体积比进行混合。
[0018]在另一个实施方案中，混合液体进一步地包括Ivol %至5vol%的表面活性剂，并且表面活性剂包括具有金属原子的官能团和亲溶剂官能团。
[0019]下面讨论本发明的其它方面和实施方案。
【附图说明】
[0020]将参照由附图显示的本发明的某些示例性实施方案来详细地描述本发明的以上及其它特征，这些示例性实施方案在下文中仅以说明的方式给出，因而对本发明是非限定性的，在这些附图中:
[0021 ] 图1为示出了现有的roLC结构的图；
[0022]图2为示出了根据本发明的实施方案利用引导自组装光子晶体的智能玻璃的图；
[0023]图3为与等式I相关的参考图；
[0024]图4为形成具有恒定距离的液晶微滴的显微照片；
[0025]图5为示出了光子晶体的密排六方结构的图。
[0026]应当理解的是，附图并非按比例绘制的，而是呈现了对说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的表示。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
[0027]在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记指示本发明的相同或等同的部分。
【具体实施方式】
[0028]下面将详细参考本发明的各种实施方案，这些实施方案的示例示于附图中并且描述如下。尽管将结合示例性实施方案来描述本发明，但是将理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替选方式、修改方式、等同方式以及其它的实施方案。
[0029]在参照图2时，根据本发明的实施方案的利用引导自组装光子晶体的智能玻璃包括规则地布置在一对导电玻璃板11之间的光子晶体层13。
[0030]导电玻璃板11是通过将例如ITO和FTO的导电透明电极涂覆在玻璃板上或者聚对苯二甲酸乙二醇酯PET薄膜上而获得的，并且具有如下的结构:通过从智能玻璃外部供应电力而在导通状态下在一对导电玻璃板11之间的空间中产生电场。
[0031]光子晶体层13包括第一材料13a和第二材料13b，第一材料13a插置在导电玻璃板11之间，并且规则地分布为具有恒定的距离；而第二材料13b包围第一材料13a，并且与第一材料13a具有不同的折射率。第一材料13a可以为玻璃珠或者液晶微滴。
[0032]在根据本发明的一个实施方案的智能玻璃中，在光子晶体层13形成为将玻璃珠作为第一材料13a的情况下，可以将液晶用作第二材料13b。在本文中，为第二材料13b的液晶位于为第一材料13a的玻璃珠的周围。在导电玻璃板不产生电场的关断状态下，玻璃珠和液晶具有不同的折射率，并且因此，光在两个组分的界面处散射。
[0033]在根据本发明的另一个示例性实施方案的智能玻璃中，光子晶体层13可以形成为将液晶微滴作为第一材料13a。液晶微滴为填充有液晶的微滴，而硅钛醇化物可以用作第二材料13b。因此，硅钛醇化物位于液晶微滴的周围。在导电玻璃板未产生电场的关断状态下，液晶微滴和硅钛醇化物具有不同的折射率，并且因此，光在两个组分的界面处散射。
[0034]第一材料13a分布在具有规则距离的光子晶体层中，散射的光彼此产生干涉，并且可能满足布拉格反射定律(Bragg’ s reflect1n law)。
[0035]更具体地，参见图3，在穿过第一材料13a的光之中，满足由等式I表示的布拉格反射定律的波长范围内的光被反射，并且由于第一材料13a以相同的周期连续地重复，所以在以上波长范围的光全部被反射而产生带隙。换言之，第一材料13a规则地布置成具有恒定的距离d ;因此，满足等式I的波长中的光由于相长干涉而受到很强地反射，而其余的光以随机的角度散射并且消散。因此，智能玻璃显示出反射光的颜色。
[0036][等式I]
[0037]2dsin Θ = η λ
[0038]其中，
[0039]*d:介电物质(第一材料)之间的距离
[0040]* Θ:光的入射角[0041 ] *n:整数
[0042]*λ:光的波长
[0043]在调整第一材料13a之间的距离d的情况下，可以获得具有目标颜色的智能玻璃。例如，为了获得相对于垂直入射的光(sin90° = I)具有蓝色(λ = 470nm)的智能玻璃，将光子晶体之间的距离调整为235nm。
[0044]在导电玻璃板产生电场的导通状态下，i)在一个不例性实施方案中，为第二材料13b的液晶布置为与电场平行，并由此与为第一材料13a的玻璃珠具有相同的折射率，且透过入射光；以及ii)在另一个实施方案中，为第一材料13a的液晶微滴中的液晶布置为与电场平行，并由此与为第二材料13b的硅钛醇化物具有相同的折射率，且透过入射光。结果，获得了透明的智能玻璃。