具有可电控的透射和反射的窗口的制作方法

专利名称：具有可电控的透射和反射的窗口的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种窗口结构。
背景技术：
能够透射入射光强度的可控部分的窗口 ( window)在不同的应用都会有 用。因而，建筑物或车辆的窗口、房间之间的窗口、诸如眼镜或护目镜之类 的个人物品常常在使用时如果能够通过例如电子装置调整它们的光学透明 度，则将是有利的。
人们已做了许多努力来研发能够选择性地控制通过窗口结构的光的透 射的方法和装置。常用的光控制途径涉及利用不透明的窗口遮蔽来减少电磁 辐射的透射。这样的遮蔽可以是纯机械的(是最常用类型)，也可以是通过 电机控制的。光透射的可变控制的另 一种途径是通过机械地旋转一对偏振膜 来实现的，其中偏振膜的偏振轴之间的相对角度变化。
光控制的另 一种途径涉及使用聚合物膜或用金属离子搀杂玻璃以吸收 或抵挡一定波长范围的电磁辐射。 一旦窗口结构形成，则采用这种技术的窗 口的光透射被固定。
近来，利用可变光透射玻璃或视窗(glazing)来实现电磁辐射控制已受 到很大的关注。可变着色窗口 ( variable tinting window)的进展的总结记载 于例如Carl Lempert于1995年6月发表于加拿大多伦多窗口创新会议 (Window Innovation Coference )上的i仑文集"Chromogenic Switchable Glazing, Towards Development of the Smart Window"; 以及Carl Lempert发表 于Thin Solid Films的1993第236巻第6-13页的文章"Optical Switching Technology for Glazings"。
已知多个不同类型的发色可转变视窗结构(glazing structure)采用悬浮 粒子手段；电致变色效应；以及某些类型的液晶。通常这些结构吸收入射光 或散射入射光。
公开在美囯专利No.5940150中的视窗结构提出一种可调节透射-反射窗口 ，其主要基于两层胆甾相液晶以及它们的根据所施加的电刺激而抵挡或透 射一个圓形偏振光而同时能够透射另一个光的能力。然而，特定的胆甾相液 晶通常只工作在一个窄的光带宽中，需要一叠液晶材料来扩展到装置的工作 波长范围。因此，为了使视窗结构变得实用，需要付出对重要的材料和装置 的研发努力。所迷专利还教导了一种将可控延迟膜夹在两个线性反射偏振器 之间的视窗结构。根据所施加的电刺激，这样的视窗结构对自然偏振光会理
论上反射50%至100%,透射50%至0。因而，在该专利中公开的采用线性 反射偏振器的视窗结构的最大反射状态和最小反射状态之间的理论对比率 只是2:1 ，这使得难以期望将该视窗结构作为可电控镜子。
排除性。对于本领域技术人员而言，通过阅读说明书和研究附图，现有^l支术 的其它局限性会变得更清楚。

发明内容
下面结合与系统、工具和方法来描述和解释实施例及其各方面，这些系 统、工具和方法应理解为示例性和说明性的，而不是对本发明范围的限制。 在不同的实施例中，会减少或消除上述问题中的一个或多个，而其它实施例 会针对其它改进。
本发明的一个方面涉及一种视窗结构，其包括能够透射光的第一层； 能够透射光的第二层；设置在第一层和第二层之间的可电控光学激活材料 层；第一偏振层，设置在所述光学激活材料层的一侧，透射第一偏振定向的 光并反射第二偏振定向的光；以及第二偏振层，设置在所述光学激活材料层 的相反一侧，透射一种偏振定向的光并吸收另一种偏振定向的光。所述光学 激活层能够被控制为使光通过而不影响偏振，或者使光通过并使光的偏振旋 转。当所述光学激活层使光通过而不影响偏振时，视窗结构对光是透射的， 而当所述光学激活层使光通过并使光的偏振旋转时，视窗结构反射最初从所 述相反一侧进入所述视窗结构的光的主要部分。
所述光学激活层可包括向列型液晶材料。所述光学激活层可被控制为使 偏振正交地旋转。所述视窗结构还可包括一对铟锡氧化物(ITO)层，所述 一对铟锡氧化物层可用作电极，以便将电场施加给所述光学激活材料层。所 述铟锡氧化物层中的至少一个可分为多个单独的部分，以便将不同的电场施加给所述光学激活材料层的不同部分。所迷第一层和第二层可包括玻璃。
所述第一偏振层可以是反射偏振器。所述第二偏振层可以是吸收偏振 器。所述第二偏振层可以是反射偏振器。所述第二偏振层可以包括吸收偏振 器和反射偏振器。所述第一偏振层和第二偏振层可以均是线性偏振器
本发明的另一方面涉及一种视窗结构，其包括基底；以及与所述基底 相结合的装置，用于选4奪性地控制透射过所述视窗结构的光量和由所述视窗 结构反射的光量，所迷装置包括至少一个反射线性偏振器和至少一个吸收线 性偏振器。所述装置控制对具有在整个可见光和红外光语范围中的波长的光 的透射和反射。所述装置还利用电信号的选择性的施加来控制透射和反射的 光量，而不移动机械部件。
本发明的另 一方面涉及一种控制由视窗结构透射和反射的光量的方法。 该方法包括提供基底，多个层施加到所述基底上，其中所述多个层包括光 学激活层、反射线性偏振器层和吸收线性偏振器层；以及，施加电信号给所 述多个层中的至少一个，以改变透射过所述视窗结构的光量，其中在整个可 见光和红外光谱的波长的光的透射被改变。
所述施加电信号还可改变由所述视窗结构反射的光量。
本发明的另一方面涉及一种视窗结构，其包括第一玻璃层；第二玻璃 层；设置在第一玻璃层和第二玻璃层之间的液晶材料层；第一偏振层，设置 在所述液晶材料层的一侧，透射第一偏振定向的光并反射第二偏振定向的 光；以及第二偏振层，设置在所述液晶材料层的相反一侧，透射一种偏振定
向的光并吸收另一种偏振定向的光；以及一对透明导电层，设置在所述液晶 材料层的相对两侧。通过将电信号选择性地施加给所述透明导电层，所述液 晶材料层能够被控制为使光通过而不影响偏振，或者使光通过并使光的偏振 旋转。当所述液晶材料层使光通过而不影响偏振时，所述视窗结构对光是透 射的，而当所述液晶材料层使光通过并使光的偏振旋转时，所述视窗结构反 射最初从所述相反一侧进入所述视窗结构的光的主要部分。
所述导电层中的至少一个分为多个单独的部分，以便将不同的电场施加 给光学激活层的不同部分。
除了上述示例性的方面和实施例，通过参考附图和研究下面的说明，其 它的方面和实施例将是显而易见的。


参考

示例性实施例。在此公开的实施例和附图应理解为说明性 的而不是限制性的。
图l是本发明的窗口中的层的示意图。
图2A和2B是现有技术的窗口的示意图。
图3A和3B是本发明的窗口的第一实施例的搡作的示意图，其中偏振 器是平行的。
图4A和4B是本发明的窗口的第一实施例的操作的示意图，其中偏振 器是交叉的。
图5A和5B是本发明的窗口的第二实施例的操作的示意图，其中偏振 器是平行的。
图6A和6B是本发明的窗口的第二实施例的操作的示意图，其中偏振
器是交叉的。
图7A和7B是本发明的窗口的第三实施例的操作的示意图，其中偏振 器是平行的。
图8A和8B是本发明的窗口的第三实施例的操作的示意图，其中偏振 器是交叉的。
图9是利用本发明的窗口之一的视窗结构的示意图。 图IOA和IOB示出基于双折射的偏振器的结构和特性。 图11示出线栅偏振器。 图12A和12B示出扭曲向列型液晶。
图13示出波形，该波形表示当施加不同水平的电信号时本发明的窗口 的反射率。
图14示出波形，该波形表示当施加不同水平的电信号时本发明的窗口
的透射率。
图15是具有可单独控制的多个部分的窗口的正视图。
具体实施例方式
下面参考附图，这些附图辅助说明本发明的有关特征。虽然下面主要结 合窗口描述本发明，但是应清楚地理解，本发明能够实施于其它期望控制基 底的透射率或反射率的应用。就此而言，下面展现的对窗口的描述是出于解释和说明的目的。进一步，这些描述并不意图将本发明限制为在此所公开的形式。因此，与下面的教导相称的变型和更改，以及相关领域的技能和知识是在本发明的范围之内。在此描述的实施例应进一步意图说明已知的实施本发明的模式，并使得本领域技术人员能够以这些或其它实施例以及本发明的具体应用或用途所需的不同变型来利用本发明。
在此公开的实施例涉及提供具有可控反射率的窗口，例如，所述窗口能够从基本透射改变为基本反射。在一个实施例中，提供一种视窗结构，其在最小和最大反射状态之间具有反射光的高对比度。在另一个实施例中，提供一种视窗结构，其能够基本控制电磁辐射的可见光谱的透射和反射，并能够单独地控制红外光谱。在其它实施例中，提供一种透射-反射视窗结构，其作为一个独立的单元，可以由电池或太阳能电池操作。下面进一步详细描述
不同的方面、实施例和特4i。
图1示出构成示例性窗口 20的多层结构的多层。在该结构中，电激活
光学层100是在厚度上为大约4-25微米的向列型液晶薄膜。向列型液晶材料(常用于薄膜晶体管驱动液晶显示器，很容易从诸如德国的Merck KGaA公司或日本的Chisso Corporation公司等购买)可用作该结构中的电激活光学层。通过处理过的表面层101而对准电激活光学层100,所述表面层101可以是经摩4寮的聚酰亚胺，例如Nissan Chemicals公司的SE610。电刺激经由光学透明的导电铟锡氧化物(ITO)层102施加给电激活光学层100，所述层102直接沉积在基底103上。这种标准玻璃基底是涂覆有Coming公司的Coming 1737F硼硅玻璃的ITO。 ITO层102可覆盖整个层103,或可以是有像素的，使得窗口结构的不同区域可在不透明性和反射性方面独立地得到控制。在一些例子中期望的基底可以是ITO涂覆的塑料基底'该基底是柔性的，从而组装后的窗口结构将能够呈现弯曲形状。如果基底103是玻璃的，那么组装后的结构103、 102、 101和100—般是能够从许多公司购买到的，这些公司例如包括中国深圳深辉(Shenhui)技术有限公司、韩国三星公司、台湾中华映管股份有限公司。
一个方向上的接下来的层是吸收偏振器105A。另一方向上的接下来的层是反射偏振器104。吸收偏振器105B可以预组装到反射偏振器104上，使得反射偏振器104的偏振光透射方向平行于吸收偏振器105的偏振光透射方向。如果反射偏振器104是线性的，那么它反射一个偏振，并且透射入射在它上的光的正交偏振。另一方面，如果吸收偏振器105是线性的，那么它吸收一个偏振，并且透射入射在它上的光的正交偏振。具有压敏粘合层的吸
收偏振器能够从诸如日本Sanritz公司等的公司购买到。或者，预装有补偿膜的偏振器，例如Sanritz公司的那些宽视角吸收偏振器，在电光视窗应用中特别有吸引力，用于提供高对比度着色窗口，甚至是对于斜入射光。线性反射偏振器近来正成为可得到，包括3M公司的具有粘合层(DBEF-a)双亮度增强膜(DBEF)和Moxtek公司的基于线栅偏振器。
接下来的层是透明的聚合物层106,这些层起多个作用，包括吸收振动；阻挡UV;匹配系数；以及抗玻璃粉碎。常用聚合物层是Solutia公司的聚乙烯基丁醛聚合物层。接下来的层是保护基底107，其中能够使用传统窗口玻璃用的玻璃，并且该玻璃根据在叠层中使用的粘合膜而利用压力处理方法或热固方法层压在内部结构106-100上。或者，处理过的玻璃，例如来自DENGLAS技术公司的，在用作保护基底107时提供增加透射、反射和防闪光的优势，其中这些玻璃基底涂覆有宽带抗反射涂层。另外一种可替代方法是将抗反射聚合物膜108,例如来自日本Toppan Printing有限公司的，层压在层106的未涂覆玻璃上，以增加窗口叠层的透射性。另外，UV吸收或抵挡膜109,例如CPFoilms公司的Llumar系列，层压在该叠层上，以减少来自周围环境或来自进入建筑物的太阳光的UV量，并且减少对窗口结构中的电激活光学层100或其它聚合物基组成部分的潜在损害。
图2A和2B示出美国专利No.5940150中描述的视窗结构。如图所示，在该视窗结构的任一侧的最小反射总是入射在该视察结构上的光的50%。
图3A和3B示出可电控反射窗口的操作的实施例。电磁波谱的红外光、可见光和/或紫外光范围的光入射在该窗口上， 一定会被吸收、透射或反射。该窗口包括组合起来能够控制入射光的反射和透射特性的光学元件(下面会进一步讨论)。因而，在通过将合适的电压施加给该窗口的电激活光学元件而获得的透射状态，入射光基本上被透射(可能在50%的范围内)，并且反射被最小化。在通过合适地将不同的电压施加给该窗口的电激活光学元件而获得的反射状态，入射光基本上被反射，并且透射被最小化。类似地，反射和透射的中间状态能够通过中间电压条件而获得。这样的可控反射/透射效果在选定的光波长范围内是可操作的。因此，这样的在红外线光上可搡作的可电控反射窗口能够用于控制窗口的热透射或抵挡。在受控着色应用中，窗口或透镜的透射可以借助于外部装置来调整。着色应用中的重要控制模式是光偏振的电操纵。本发明的实施例涉及利用电激活光学元件来产生具有积极可控反射率的窗口 ，所述电激活光学元件与作为偏振器的光学元件一起影响所透射或反射的光的偏振状态，在一个光偏振状态下呈现与另一光偏振状态下显著不同的光学效果。光激活的光学元件的例子包括例如电激活材料膜，例如能够根据所施加的电压改变光的偏振的液晶。非激活光学元件包括例如吸收偏振器或反射偏振器，吸收偏振器吸收一个光学偏振状态而透射另一个光学偏振状态，反射偏振器反射一个光学偏振状态而透射另一个光学偏振状态。
在本发明的一个实施例中，窗口包括至少一个是激活的光学元件(例如具有可电控光学特性)，以及至少一个作为反射偏振器的元件。这两种功能
性可以以单一光学元件的方式获得或者以电激活和电消极元件(electricallypassive element)组合的方式获得。反射式电光偏振器在许多窗口和透镜着色应用中是有优势的，尤其对于需要隐密的应用，或者对于将不希望的已发射辐射反射而不是吸收较为有利的应用。
通过考虑光在光学介质中怎样传播能够理解反射偏振器的行为。光是只能以 一对正交偏振模式(偏振特征态)中的一种或另 一种模式传播的电磁波。对于各向同性光学介质，不定数目的不同对正交模式是可能的，但对于在各向异性(双折射)或向陀螺性(光激活)介质中的传播，光只可能具有特定对的偏振特征态。这些偏振状态是正交的，这意味着任何任意偏振态能够构成为两个状态的唯一线性构成。成对的正交偏振特征态的例子如下(a)垂直的线性偏振；(b)左和右圆偏振；以及(c)正交椭圆偏振。因此，对于双折射介质，偏振特征态沿着相互垂直的光轴对称方向线性偏振，而对于向陀螺性介质，偏振特征态是左和右旋圆偏振。根据材料的详细情况，正交的偏振特征态在各向异性或向陀螺性介质中具有不同的透射和反射特性。例如， 一种线性偏振被强烈吸收，而垂直的线性偏振以很少的损失被透射。这是吸收偏振器的操作原理。另一方面，可以是一种线性偏振被强烈反射，而垂直的线性偏振以低反射被透射。这是反射偏振器的操作原理。在制作反射偏振器的技术中已知有不同的方式，包括利用非垂直入射情况下双折射晶体的界面反射率的偏振相关形以及利用堆叠的多层双折射膜；以及利用光在诸如手征性(chiral)液晶之类的周期调制的光学介质中的干涉。任何已知手段可以被用作本发明的窗口中的反射偏振器元件。
反射电光偏振器主要通过在不同偏振状态呈现不同光反射率来得到它的偏振选择性，并且没有为选择偏振而特别引入的吸收元件。与通过影响偏振选择性的光吸收染料的不完全对准来减少透射的吸收偏振器相反，反射偏振器的另一优势是能够将它们制作成在可见光谱范围内透射偏振的损失极少。相比而言，对于一般的反射偏振器，存在透射偏振状态的最小额外光损
失，并且，取决于偏振器技术的选择，能够透射极接近50%的自然光。
因此，由于使用了与激活光学元件相结合的反射偏振器，不需要的光能量被散发到窗口或透镜外部，而不是被吸收和造成辐射损失或转化为热量。
因此，反射偏振器能够有效地帮助避免穿过窗口或透镜的UV透射。另夕卜，采用反射偏振器的系统，例如如图3A-3B所示，能够构造成提供对红外辐射的很有效的抵挡，红外辐射的光的波长比可见光的波长，携带了太阳光能的相当大部分。因此，如果激活层设计为在红外波长上对偏振的影响很小，则对于交叉的偏振器和检偏器，入射的红外辐射将会几乎完全被反射，从而减少了通过窗口或透镜的热量。
在窗口和透镜着色应用中使用反射偏振器的另外优势是反射偏振器能够在宽范围的自然光照条件下提供隐密。由于自然光最多只是弱偏振，因而反射偏振器反射大约50%的入射自然光。在一般应用中所反射的光比从后面通过窗口或透镜的光要强。因而在窗口的相对暗内侧的目标对于在反射的外部光的相对亮侧的观察者来说是模糊的，如图3A-3B和4A-4B所示。通过控制着色(tint)使光更少地透过窗口或透镜，可以进一步提高隐密。
在替换实施例中，期望窗口只在一侧呈现强反射特性'如图5A-5B和6A-6B所示。在此情况下，从左到右通过窗口的光在透射和反射上受控制，而在右边入射的光在透射上受控制，但总仅呈现弱反射。
图3A-4B示出可控着色光学结构的第一实施例，该光学结构包括具有吸收偏振膜、响应于外部刺激改变光的偏振的激活层以及作为检偏器的反射偏振膜的夹层结构，以提供对从激活层出射的光的偏振选择反射。对于从吸收偏振器侧(前侧)进入的光，光的一种偏振状态被反射，另一种偏振状态透射入激活层。对于从反射侧进入的光，光的一种偏振状态被反射，而另一种偏振状态被透射到激活层。对于图3A-3B中的线性偏振且平行偏振器定向的情况，当激活层被激活时，光的偏振被旋转。从吸收偏振器侧进入的光被反射偏振器反射，随后透射穿过吸收偏振器。在此情况下，该光被该装置反射。从反射偏振器侧进入的光被吸收偏振器吸收，该装置在透射时是不透明的。当该装置没有被激活时，从任一侧透射吸收偏振器和反射偏振器的光的偏振状态被透射。从而该装置是透明的，对于从反射偏振器侧进入的光进一步起
到偏振器的作用。图4A-4B示出该装置的另一种构造，其中吸收偏振膜的透
射状态和反射偏振膜的透射状态是垂直的或交叉的。在后一种情况下，该装置在激活时是透明的，并且对于线性偏振还旋转偏振面，而当激活层未被激活时，该装置是不透明的。在采用具有连续可变偏振旋转能力的激活层时，这些装置能够在两个极端透明度状态之间转变。
图5A-6B示出可控着色光学结构的第二实施例，该光学结构包括一夹层结构，该夹层结构具有第一吸收偏振膜105A;响应于外部刺激改变光的偏振的激活层200;反射偏振膜104;以及透射与反射偏振膜104相同的偏振状态的第二吸收偏振膜105B。第二吸收偏振膜105B的透射轴平行于反射偏
但吸收从第二吸收偏振膜进入的光的反射。对于图5A-5B的偏振定向，当激活层被激活时，光的偏振被旋转。从第一吸收偏振膜侧进入的光被反射偏振器反射，随后透射穿过吸收偏振器。从反射/吸收膜组合侧进入的光被吸收偏振器吸收，该装置在透射上是不透明的。当该装置没有被激活时，从任一侧透射穿过吸收和反射偏振器的光的偏振分量被透射，该装置是透明的。图6A-6B示出该装置的另一种构造，其中偏振膜的偏振方向是交叉的，使得反射偏振器/第二吸收偏振器的偏振方向正交于第一吸收偏振器的偏振方向。在后一种情况下，该装置当该装置被激活时是透明的，或者，该装置具有偏振旋转能力，而当激活层未被激活时该装置是不透明的。在采用具有连续可变偏振旋转能力的激活层时，装置能够在两个极端透明度状态之间转变。
图7A-8B示出可控着色光学结构的第三实施例，该光学结构包括一夹层结构，该夹层结构具有第一吸收偏振膜105A;第一反射偏振膜104A，其透射状态与第一吸收偏振器105A的透射状态基本相同；响应于外部刺激改变光的偏振的激活层200;第二反射偏振膜104B;以及第二吸收偏振膜105B,其透射状态与第二反射偏振器104B的偏振状态基本相同。在该结构中，无论激活层的状态如何，吸收偏振膜105A和105B表面对光的反射被最小化。由于图7A-7B中的线性偏振器和平行定向，当激活层被激活时，进入激活层的光的偏振被旋转，并且光被反射，使该装置在透射上是不透明的。在此情
况下，吸收偏振器105A和105B吸收剩余的消偏光，并进一步减少光的泄
露。当该装置没有被激活时，光的一种偏振状态被透射。该装置从而是透明
的，并进一步起偏振器的作用。图8A-8B示出该装置的稍微不同的构造，其中第一侧的偏振器的偏振方向相对于在左侧的偏振器的偏振方向是交叉的。由此，当该装置被激活时该装置是透明的或者具有偏振旋转能力，而当激活层不是激活的时该装置是不透明的。在采用具有连续可变偏振旋转能力的激活层时，装置能够在两个极端透明度状态之间转变。
如果吸收偏振膜吸收可见光镨而不吸收红外热，而反射偏振器对于在可见光和红外光谱的相应偏振显示出一致的反射比和透射比，那么利用图7A-8B的实施例中示出的结构的可控窗口会是特别理想的。可控窗口单元将基本抵挡或允许名义上50%的热量透射过窗口 ，并在可见光谱范围保持理想的可控反射效果。
图9示出利用图3A-8B所示任何结构的视窗结构，该结构在图9中示为元件300。由于如图所示UV保护膜109层压在结构300的一侧或两侧，如图所示抗反射膜108层压在一侧或两侧，所以视窗结构能够作为独立插件安装到已有的窗口结构，或者能够作为框架窗口结构的中心件。视窗结构经由电极301A和301B电控，或者如果元件300的透明导电膜ITO分成多个部分，则其经由多个电极电控。
在上述实施例中，光学激活层会需要小功率来激活、去激活和维持已选择的状态。因而，视窗结构可以利用电池和/或太阳能电池板操作，而且可以制作成由遥控器遥控的独立单元，或者制作成作为独立的窗口系统的一部分的自动的光和温度系统。这样的遥控器一般基于红处脉冲信号或无线电频率信号来操作。因而，这样的遥控和独立单元能够作为改进单元安装到已有窗口结构中。
在本发明的范围内可以利用各种反射偏振器。这些反射偏振器包括(但不限于)如图10A-10B所示的各种基于双折射的反射偏振器，图10A-10B来自M.F. Weber, CA. Stover， L.R. Gilbert, TJ, Nevitt, A.J. Ouderkirk于2000年发表于Science第287期第2451页的文章，并示出用于多层反射偏振器的反射比，所述多层反射偏振器的折射率(index)包括沿着x轴和z轴匹配而沿y轴不匹配的交替的层。对于该示例，nlx=1.57, nly=1.86, n，z=1.57,n2x=1.57， n2y=1.57, n2z=1.57，和nn=1.0。当在y方向测量时，反射示出接近100%强度的强烈带。沿着x方向，只有空气界面反射。
通过将高双折射的单轴聚合物膜与各向同性膜层压在一起来制作这样的反射偏振膜，所述各向同性膜的指数在层叠方向上和在与该双折射膜的光轴垂直的方向上与该双折射膜匹配。如果合适地设计该反射偏振膜，那么在光轴方向上偏振的光被反射，而在与该双折射膜的光轴垂直的方向上偏振的光透射过该膜，因为折射率是匹配的。可以获得大量和大尺寸的利用这种效应的偏振膜，且具有宽的工作波长以及大的工作角度。
一种替代是如图11所示来自Moxtek公司的利用微结构线栅的偏振，其中，具有比线间隔大的波长和平行于线的偏振的光被反射或重定向到偏离镜像方向(off-specular direction),具有垂直于线的偏振的分量将被透射。已发现线栅偏振器在微波领域的应用。近来在光刻术方面的进展提供了例如间隔lOOnm的铝线的结构，其能够用作紫外领域的高效偏振器。在光的反射和透射偏振分量损失最小的情况下并且在大的入射角范围上，对于比铝线间隔大若干倍的波长，线栅偏振器能够实现超过1000:1的对比率。这样的线栅偏振器在宽的波长范围和大的温度范围上具有优良的性能。
另外，第三类型的反射偏振器是手征性向列型液晶偏振器。这样的偏振器能够反射圆偏振光的一种旋向性而使另一种旋向性通过。手征性向列型偏振器是基于由分子取向的螺旋缠绕造成的光布拉格反射，从而是有高度的波长选择性的，但是，能够通过反射螺旋的周期的空间变化制作成宽带。类似地，本发明的实施例能够采用各种激活层。例如，大多数任何类型的不同操
作模式的液晶能够用于实现对传播通过激活层的光的偏振的激活调制。这些液晶包括但不限于例如图12A-12B所示的扭曲向列型液晶、超扭曲向列型、7T晶胞(7T cell)、电控双折射模式、垂直对准向列型模式、各种手征性向列型才莫式、电光激活聚合物、固态材料、以及其它形式的液晶。对于包括手征性向列型模式的扭曲向列型液晶，许多偏振器定向是可能的，包括如图3A-3B、 5A-5B、 7A-7B、 7A-7B所示的平行偏振器和图4A-4B、 6A-6B、 8A-8B
所示的交叉偏振器。液晶还可相对于偏振器在不同位置对准。在7T晶胞、电
控双折射模式、垂直对准模式中，偏振器如图4A-4B、 6A-6B、 8A-8B所示名义上是处于交叉布局，并且在光激活状态下液晶光轴远离偏振器的方向大致45° 。根据电刺激的施加，这些液晶模式一般能够连续改变在液晶层中传播的光的偏振状态，因为液晶的分子对准结构根据所施加的电刺激而变化。当作为激活层被插入图1所示的结构，通过施加连续可变电场，激活层/反射偏振器结构能够实现连续的着色控制。
示例性地，可变着色结构(例如如上所迷的)的示例的光学响应示出在图13和14中。在此情况下，所用的吸收偏振膜是传统的拉伸二向色性染料聚合物膜，扭曲向列型液晶装置用作激活过滤器，叠置的双折射膜用作反射/吸收偏振膜组合，其中，吸收和反射偏振膜的透射轴相互平行，反射偏振膜邻近激活液晶膜。
或者，这样的装置还可以利用聚合物液晶，其中，尽管与聚合物链连接，但是液晶分子仍可通过施加的电场来重新定向，以改变所透射光的偏振。在本发明中，响应于所施加的电场而改变折射率或双折射性的非线性光学材料也能够用作激活层。
激活层的性能，最突出的是它们的调节偏轴或不交轴光线的能力，当与
辅助钝化膜(passive film)相结合时常常能够显著地得到提高。因而， 一种优选的结构采用补偿膜。根据所要使用的激活层，补偿膜可以是光学双折射膜和其组合，和/或具有可变性能的双折射片，例如利用碟状液晶的双折射片。
补偿膜一般与激活层的两侧连接，设计为实现最大补偿。这样的膜能够与偏振器组合。
如早前所述，透明ITO电极能够构图为被单独控制的多个部分，使得能够对于各个部分单独控制窗口的不透明性、反射率或透射率。这能够有效地允许窗口的一部分成为不透明而一部分保持可透射'类似于使用能覆盖和遮挡光而使光只通过窗口的一部分的遮光帘。其它应用可以是大的反射标志显示。图15示出具有多个透明电极部分402、 404和406的窗口 400的示例。在此情况下，能够单独和独立地控制这三个部分402、 4(M和如6中每一个的电信号。例如，通往这些部分的电信号能够成为使对应于部分402和406的窗口区域不透明，而对应于部分404的窗口区域是可透射的。
可以理解，可调节的着色不仅能够根据环境的亮度减少穿过窗口或透镜的多余的照明，而且当这样的需要出现时还能够提供隐密。这样的窗口的可调节光反射还能够进一步提供美学效果，其中，当窗口的反射率调节为最大时，窗口能够表现得象镜子一样。例如，这能够为房间提供特别的情调。具有可控反射率的窗口的另 一优势是来自太阳 入射光或电磁辐射(尤其是红外热)能够被反射而不是被窗口吸收或者被透射过窗口而进入室内。在这样的应用中，具有可控反射率的窗口，即能够从基本透射变化到基本反射的窗口，是特别有用的。因此，如果能够随意改变反射的程度，局部反射的窗口和透镜的使用能够明显提高。因此，局部反射的窗口以可控的方式提供隐密和光隔离空间。
应该理解，在此的教导适用于任何透射结构，包括窗口 (在建筑物或任何结构或车辆中的)、分隔物、门、显示盒、显示框(例如像框)、计算机(或任何其它类型的电器)的显示器等等。
前面公开的实施例的描述用于使本领域技术人员实施或利用本发明。对这些实施例的各种更改对本领域技术人员而言是显而易见的，在此限定的普遍原理可应用于其它没有脱离本发明精神和范围的实施例。因此，本发明应理解为不限制于在此示出的实施例，而应符合与在此公开的原理和新特征一致的最大范围。因此，本发明的权利要求应解释为包括在本发明的精神和范围内的所有变化、更改、置换、增添和次组合。
1权利要求
1.一种视窗结构，包括透射光的第一层；透射光的第二层；设置在所述第一层和第二层之间的可电控光学激活材料层；第一偏振层，设置在所述光学激活材料层的一侧，透射第一偏振定向的光并反射第二偏振定向的光；以及第二偏振层，设置在与所述光学激活材料层的相反一侧，透射一种偏振定向的光并吸收另一种偏振定向的光，其中，所述光学激活材料层能够被控制为使光通过而不影响偏振，或者使光通过并使光的偏振旋转；以及当所述光学激活层使光通过而不影响偏振时，所述视窗结构对光是透射的，而当所述光学激活层使光通过并使光的偏振旋转时，所述视窗结构反射最初从所述相反一侧进入所述视窗结构的光的主要部分。
2. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述光学激活层包括向列型 液晶材料。
3. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述光学激活层能够被控制 为使偏振正交地旋转。
4. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述视窗结构还包括一对铟 锡氧化物层，所述一对铟锡氧化物层用作电极，以便将电场施加给所述光学 激活层。
5. 如权利要求4所述的视窗结构，其中，所述电极层中的至少一个分 为多个单独的部分，以便将不同的电场施加给所述光学激活层的不同部分。
6. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述第一透射层和第二透射 层包括玻璃。
7. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述第一偏振层是反射偏振哭6口 o
8. 如权利要求7所述的视窗结构，其中，所述第二偏振层是吸收偏振哭
9. 如权利要求7所述的视窗结构，其中，所述第二偏振层是反射偏振器。
10. 如权利要求7所述的视窗结构，其中，所述第二偏振层包括吸收偏振器和反射偏振器。
11. 如权利要求1所述的视窗结构，其中，所述第一偏振层是吸收偏振器。
12. 如权利要求11所述的视窗结构振器。
13. 如权利要求11所述的视窗结构 振器。
14. 如权利要求11所述的视窗结构 偏振器和反射偏振器。
15. 如权利要求11所述的视窗结构振层均是线性偏振器。
16. —种视窗结构，包括 基底；以及与所述基底相结合的装置，用于选择性地控制透射过所述视窗结构的光 量和由所述视窗结构反射的光量，所述装置包括至少一个反射线性偏振器和 至少一个吸收线性偏振器，其中，所述装置控制具有在整个可见光和红外光语范围中的波长的光的 透射和反射；以及所述装置利用电信号的选择性的施加来控制透射和反射的光量，而不移 动而才几4成部件。
17. —种控制由视窗结构透射和反射的光量的方法，该方法包括 提供基底，多个层施加到所述基底上，其中所述多个层包括光学激活层、反射线性偏振器层和吸收线性偏振器层；以及向所述多个层中的至少一个施加电信号，以改变透射过所述视窗结构的 光量，其中对具有在整个可见光和红外光谱范围中的波长的光的透射被改变
18. 如权利要求17所述的方法，其中，所述施加电信号还改变由所述 视窗结构反射的光量。
19. 一种视窗结构，包括，其中，所述第二偏振层是吸收偏 ，其中，所述第二偏振层是反射偏 ，其中，所述第二偏振层包括吸收 ，其中，所述第一偏振层和第二偏第一玻璃层； 第二玻璃层；设置在所述第一玻璃层和所述第二玻璃层之间的液晶材料层；第一偏振层，设置在所述液晶材料层的一侧，透射第一偏振定向的光并反射第二偏振定向的光；以及第二偏振层，设置在所述液晶材料层的相反一侧，透射一种偏振定向的光并吸收另一种偏振定向的光；以及一对透明导电层，设置在所述液晶层的相对两侧，其中，通过将电信号选择性地施加给所述透明导电层，所述液晶层能够被控制为使光通过而不影响偏振，或者使光通过并使光的偏振旋转；以及 当所述液晶层使光通过而不影响偏振时，所述视窗结构对光是透射的， 而当所述液晶层使光通过并使光的偏振旋转时，所述视窗结构反射最初从所 述相反一侧进入所述视窗结构的光的主要部分。
20. 如权利要求18所述的视窗结构，其中，所述第 振器。
21. 如权利要求19所述的视窗结构，其中，所述第振器。
22. 如权利要求19所述的视窗结构，其中，所述第 振器。
23. 如权利要求19所述的视窗结构，其中，所迷第 偏振器和反射偏振器。
24. 如权利要求18所述的视窗结构，其中，所述导电层中的至少一个 分为多个单独的部分，以便将不同的电场施加给光学激活层的不同部分。一偏振层是反射偏 二偏振层是吸收偏 二偏振层是反射偏 二偏振层包括吸收
全文摘要
本发明公开一种具有可电控透射和反射的窗口，包括液晶材料层和位于该层两侧的偏振器。本发明公开了吸收和反射偏振器的组合。这些不同的组合能够用于不同的应用以达到期望的结构。提供透明导电层，以将电场施加给液晶材料，从而选择性地控制通过液晶材料的光的偏振的旋转。
文档编号G02F1/335GK101578553SQ200680056254
公开日2009年11月11日 申请日期2006年8月29日 优先权日2006年8月29日
发明者薛九枝 申请人:西里厄斯材料股份有限公司