一種調光玻璃及其制備方法與流程

本發(fā)明總體涉及一種調光裝置及其制備方法，特別涉及一種調光玻璃及其制備方法。

背景技術：

調光玻璃是一種功能性玻璃產品，其可以在透光和不透光之間轉換。目前市面上的調光玻璃主要是電場控制型調光玻璃，其工作原理為，通過在兩層玻璃之間填充液晶層，當不通過電場對液晶層加電時，液晶分子不規(guī)則散布,使光線無法通過，致使調光玻璃呈現不透光的狀態(tài)；當通過電場對液晶層加電時，液晶分子在電場的作用下規(guī)則排布，使得光線通過，致使調光玻璃呈現透光的狀態(tài)。

現有的電控型調光玻璃在制造工藝上具有較高難度,特別是尺寸越大的調光玻璃越難以確保品質。此外，電控型調光玻璃需要通電才能呈現透光外觀，使用過程中會產生用電成本，而且對安裝場合也存在限制。

技術實現要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供了一種新型的調光玻璃，其不需要利用電場進行控制，從而其使用過程不會產生用電成本，也不需要安裝在附近有電源的場合。

本發(fā)明實施例的調光玻璃包括：外側透光層和內側透光層；微結構層，其接合至或形成于所述外側透光層的內側表面并布置有反射微結構；密封部件，其接合至外側透光層和內側透光層的端部，密封部件與微結構層和內側透光層圍成具有預定體積的空間，其中，所述空間中布置有預定量的第一物質，并且所述預定量的第一物質在固態(tài)時的體積為所述預定體積、在液態(tài)時的體積小于所述預定體積。

本發(fā)明實施例還提供了上述調光玻璃的制備方法，包括：制備外側透光層和內側透光層；制備具有反射微結構的微結構層并將微結構層接合至外側透光層的內側表面，或者在外側透光層的內側表面上形成具有反射微結構的微結構層；將密封部件的一端固定至外側透光層的端部，由密封部件和微結構層形成空腔；將液態(tài)的第一物質注入空腔，并置于第一物質的凝固點以下使得第一物質凝固為固態(tài)；將內側透光層的表面接合到第一物質的表面，并將內側透光層的端部接合到密封部件的另一端，其中，第一物質在液態(tài)時的體積小于在固態(tài)時的體積。

本發(fā)明實施例的調光玻璃的不透光狀態(tài)是在第一物質處于液態(tài)時通過光在從外側透光層經過微結構層進入空腔過程中發(fā)生全反射實現的，透光狀態(tài)則是在第一物質在固態(tài)時填滿微結構層與內側透光層之間的空間增加了光的透過率實現的，擺脫了調光玻璃對電場的依賴，實現了全新的溫控型調光玻璃，制造和使用成本都大幅減低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一個實施例的調光玻璃的透光狀態(tài)的結構示意圖；

圖2為圖1所示的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明另一個實施例的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖；

圖4為圖3所示的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例的調光玻璃的制備方法的示意性流程圖；

圖6a-6e為本發(fā)明實施例的調光玻璃的各制備工序的示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明實施例進行詳細說明。

圖1為本發(fā)明一個實施例的調光玻璃的透光狀態(tài)的結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明實施例的調光玻璃包括外側透光層10、內側透光層20、微結構層30、密封部件40和固態(tài)的第一物質51。需要說明的是，圖1中示出的調光玻璃的尺寸僅為示意性的，并不表示調光玻璃的實際尺寸比例，調光玻璃一般具有較大的面積和較小的厚度。

其中，外側透光層10用于接收從外側入射的光線。外側透光層10可以采用例如玻璃或樹脂等透光材料制成。

微結構層30接合至外側透光層10的內側表面，并且微結構層30的內側表面上相鄰排布有大量的反射微結構，參見圖1中示例性地示出的多個半球狀微結構。其中，每個半球狀微結構的直徑例如可以在10-20微米的范圍內，高度例如可以在5-10微米的范圍內。微結構層30可以采用例如玻璃或樹脂等透光材料制成。

以上給出的是外側透光層10與微結構層30分別制備后接合的例子，但本發(fā)明不限于此。在本發(fā)明一個實施例中，可以通過對外側透光層10的內側表面進行例如壓印和刻蝕處理形成相鄰排布的多個反射微結構而形成微結構層30。

密封部件40可以通過例如密封劑粘接至外側透光層10和內側透光層20的端部。圖1中雖然僅示出了外側透光層10和內側透光層20的端面接合至密封部件40的側表面上的例子，但本發(fā)明不限于此，也可以是密封部件40的端面接合至外側透光層10和/或內側透光層20的端部側表面上。本發(fā)明實施例中密封部件40的材料不受限制，例如可利用金屬、合金、樹脂、玻璃等材料制成。

如圖1所示，密封部件40的內側表面、微結構層30的內側表面和內側透光層20的內側表面圍成密封的具有預定體積的空間。在密封空間中布置有預定量的第一物質，并且該預定量的第一物質在固態(tài)時的體積為該密封空間的體積，也就是該密封空間由固態(tài)的第一物質51完全填充，因而，從外側透光層10入射的光線能夠穿過微結構層30進入固態(tài)的第一物質51，繼而穿過內側透光層，使得調光玻璃呈現透光狀態(tài)。

圖2為圖1所示的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖。如圖2所示，當調光玻璃周圍的環(huán)境溫度達到第一物質的凝固點以上時，固態(tài)的第一物質51融化為液態(tài)的第一物質52，并且液態(tài)的第一物質52的體積小于調光玻璃內部密封空間的體積，從而在該密封空間內形成空腔60。在圖2所示的調光玻璃水平放置的情況下，空腔60將微結構層30和液態(tài)的第一物質52阻隔開來，由于空腔60的折射率較低，從外側透光層10入射的光線進入微結構層30后，在微結構層30的與空腔60相接的界面上發(fā)生部分反射或全反射，即外側入射的光線少量穿過或難以穿過空腔60而通過液態(tài)的第一物質52和內側透光層，從內側透光層20的下方來看，調光玻璃呈現半透光或不透光的狀態(tài)。

本發(fā)明實施例的調光玻璃的不透光狀態(tài)或半透光狀態(tài)是在第一物質處于液態(tài)時通過光在從外側透光層經過微結構層進入空腔時發(fā)生全反射或部分反射實現的，透光狀態(tài)則是在第一物質在固態(tài)時填滿微結構層與內側透光層之間的空間而增加了光的透過率而實現的。本發(fā)明實施例的調光玻璃完全擺脫了對電場的依賴，通過調光玻璃周圍環(huán)境的溫度變化進行結構變化而自動調光，實現了全新的溫控型調光玻璃，同時使得制造成本、安裝成本和使用成本都大幅減低。

盡管本發(fā)明實施例沒有明確限定，本領域技術人員容易理解，本公開的技術方案可適用于可水平放置、安裝、固定等的結構，例如屋頂、水平玻璃制品或其它封閉結構的水平頂部或其它非封閉結構的水平頂部，或者位于傾斜角度有限(傾斜角度不應使得第一物質在液態(tài)下接觸微結構層)的傾斜面。

根據實際使用需要，本發(fā)明實施例的調光玻璃中的第一物質可以選用不同凝固點的物質。在本發(fā)明一個實施例中，第一物質的凝固點可以在-10至25度的范圍內。例如，當需要調光玻璃在-10度以下時呈現透光狀態(tài)，并且在-10度以上呈現不透光狀態(tài)時，可選用凝固點約為-10度的物質作為第一物質，例如可使用凝固點較低并且凝固時呈透光狀態(tài)的油作為第一物質；當需要調光玻璃在0度以下呈現透光狀態(tài)，并且在0度以上呈現不透光狀態(tài)時，可選用凝固點約為0度的物質作為第一物質；當需要調光玻璃在25度以下呈現透光狀態(tài)，并且在25度以上呈現不透光狀態(tài)時，可選用凝固點約為25度的物質作為第一物質。

在本發(fā)明另一個實施例中，第一物質的凝固點例如可以在0至20度的范圍內選擇。例如，當需要調光玻璃在0度以下呈現透光狀態(tài)，并且在0度以上呈現不透光狀態(tài)時，可選用例如凝固點為0度的水作為第一物質；當需要調光玻璃在約16度以下呈現透光狀態(tài)，并且在約16度以上呈現不透光狀態(tài)時，可選用例如凝固點為16.6度的乙酸作為第一物質。

以上第一物質的具體選用對象僅為示例性的，本發(fā)明不限于上述例舉的第一物質，只要固態(tài)體積大于液態(tài)體積并且凝固時呈透光狀態(tài)的物質都可以選用為本發(fā)明中的第一物質，可根據需要調光玻璃切換透光與不透光狀態(tài)的分界點溫度來選定具有該溫度作為凝固點的物質作為第一物質。

在本發(fā)明一個實施例中，為提高外部光線的入射率，調光玻璃中微結構層30的折射率與外側透光層10的折射率之差可以在0-0.2范圍內。例如，當相互接合的外側透光層10與微結構層30選用同種材料制成時，或者微結構層30直接形成在外側透光層10的內側表面上時，兩者的折射率之差為0；當選用玻璃制成外側透光層10時其折射率例如約為1.4-1.6，當選用樹脂制成微結構層30時其折射率例如為1.58，兩者的折射率之差約為0.02-0.18。

在本發(fā)明另一個實施例中，為提高外部光線的入射率，固態(tài)的第一物質51的折射率與微結構層30的折射率之差可以在0-0.35范圍內。例如，當固態(tài)的第一物質為冰，其折射率約為1.3，微結構層30可選用折射率為1.4-1.6的玻璃，兩者的折射率之差約為0.1-0.3。還可以根據選定的第一物質的折射率，在透光材料中選擇折射率相近甚至幾乎相同的合適材料作為微結構層30的制作材料。

在本發(fā)明實施例中，可以在根據需要確定調光玻璃的調光溫度后，選定具有符合要求的凝固點的第一物質，確定第一物質的折射率，并選定折射率相近甚至幾乎相同的透光材料制成微結構層30，再選擇折射率與微結構層30相近或相同的材料制成外側透光層10和/或內側透光層20，以提高調光玻璃的透光率。

圖3為本發(fā)明另一個實施例的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖，圖4為圖3所示的調光玻璃的不透光狀態(tài)的結構示意圖。

如圖3-4所示，本發(fā)明實施例中的微結構層30除了可以構造為具有圖1-2所示的半球狀微結構以外，也可以構造為具有圖3-4所示的具有棱鏡狀微結構或者其他角度的棱鏡狀微結構的微結構層30’，同樣可以實現當調光玻璃內的第一物質處于固態(tài)時從外側透光層10入射的光線穿過微結構層30’進入固態(tài)的第一物質51并穿出內側透光層20，實現調光玻璃的透光狀態(tài)，并且當第一物質處于液態(tài)時使得入射外側透光層10的光線在微結構層30’的與空腔60相接的界面上發(fā)生部分反射或全反射，實現調光玻璃的半透光或不透光狀態(tài)。

圖5為本發(fā)明實施例的調光玻璃的制備方法的示意性流程圖，圖6a-6e為本發(fā)明實施例的調光玻璃的各制備工序的示意圖。

如圖5和圖6a-6e所示，本發(fā)明實施例的調光玻璃的制備方法包括如下工序：

s101、制備外側透光層和內側透光層；

例如可以用玻璃或樹脂按照規(guī)定的尺寸制造成外側透光層和內側透光層，或者將預制的玻璃或樹脂板材切割成規(guī)定的尺寸。

s102、制備具有反射微結構的微結構層，將微結構層接合至外側透光層的內側表面；

可以采用例如玻璃或樹脂等透光材料制成微結構層后，將微結構層30接合至外側透光層10的內側表面，如圖6a所示?？赏ㄟ^對玻璃或樹脂板材表面進行例如納米壓印或曝光顯影等圖案化處理后再進行刻蝕處理形成大量相鄰排布的反射微結構而制備微結構層，參見圖1或圖3中示例性地示出的微結構層30內側表面上排布的多個半球狀或棱鏡狀微結構。其中，每個微結構的基部尺寸例如可以在10-20微米的范圍內，高度例如可以在5-10微米的范圍內。

作為備選，在本發(fā)明一個實施例中，可以通過對外側透光層的內側表面直接進行例如納米壓印或曝光顯影等圖案化處理后再進行刻蝕處理形成大量相鄰排布的反射微結構而形成微結構層。

s103、將密封部件的一端固定至外側透光層的端部，由密封部件和微結構層形成空腔；

如圖6b所示，密封部件40可以通過例如密封劑粘接至外側透光層10的端部。除了圖6b中示出的外側透光層10的端面接合至密封部件40的側表面上的方式，也可以是密封部件40的端面接合至外側透光層10的端部側表面上。

s104、將液態(tài)的第一物質注入空腔，并置于第一物質的凝固點以下使得第一物質凝固為固態(tài)；

如圖6c所示，在由密封部件40的內側表面、微結構層30的內側表面形成的空腔內注入液態(tài)的第一物質52，然后置于第一物質的凝固點以下，使得第一物質凝固為固態(tài)的第一物質51，如圖6d所示，固態(tài)的第一物質51的體積大于液態(tài)的第一物質52。

在本發(fā)明實施例中，注入空腔的第一物質例如可以為水、油和乙酸等固態(tài)體積大于液態(tài)體積并且凝固時呈透光狀態(tài)的物質，可根據需要調光玻璃切換透光與不透光狀態(tài)的分界點溫度來選定具有該溫度作為凝固點的物質作為第一物質。

s105、將內側透光層的表面接合到第一物質的表面，并將內側透光層的端部接合到密封部件的另一端。

如圖6e所示，將內側透光層20的表面接合到固態(tài)的第一物質51的表面，并將內側透光層20的端部接合到密封部件40的端部，形成調光玻璃。

在本發(fā)明一個實施例中，在s104之后還可以包括對固態(tài)的第一物質51的表面進行平坦化處理的步驟，以提高內側透光層20與固態(tài)的第一物質51之間的接合度，確保固態(tài)的第一物質51的體積與密封部件、微結構層和內側透光層圍成的空間的體積盡可能相同。

在本發(fā)明另一個實施例中，在s104中可以將液態(tài)的第一物質注滿由密封部件40的內側表面、微結構層30的內側表面形成的空腔，然后置于第一物質的凝固點以下使得第一物質凝固為固態(tài)的第一物質，此時由于第一物質凝固時體積膨脹，可將固態(tài)的第一物質的高出密封部件端面所處平面的部分去除，再將內側透光層的表面固定至固態(tài)的第一物質的表面以及密封部件的端面上。

以上對本發(fā)明的一些實施例進行了說明，但本發(fā)明不限于上述特定的實施例，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明構思的情況下，能夠對上述實施例進行多種變型和修改，這些變型和修改后的實施例均落入本發(fā)明要求保護的范圍之內。