[發明專利]熱開關反射型光閘

有效

• 申請號: 201210422546.7
• 申請日: 2008-07-11
• 公開（公告）號: CN102967961A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 理查德·M·鮑爾斯;威爾·麥卡錫
• 申請（專利權）人: 雷文布里克有限責任公司
• 主分類號: G02F1/1335
• 分類號: G02F1/1335;G02F1/13;G02B27/28;E06B9/24
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

本申請是分案申請，其原案申請的申請號為200880106571.6，申請日為2008年7月11日，發明名稱為“熱開關反射型光閘”。

技術領域

本文所述主題涉及通過選擇性反射來控制光和輻射熱的流量的裝置。該技術在被動或主動的調光或調溫膜、材料和裝置（尤其是建筑材料）方面具有特別（但不唯一）的應用。

背景技術

控制輻射能（例如光和熱）的流量的問題，特別是在諸如調節建筑中的太陽輻射熱獲得的應用中以及其它應用中，之前已利用許多光學方法來處理。光致暗化（photodarkening）材料已經用了幾十年（例如，在太陽鏡中），在被紫外線（UV）輻射激發時，選擇性地削弱入射光。當混合入窗戶時，這種材料通過暗化來削弱明亮的陽光，并通過再次變成透明來允許人造光或漫射日光不受阻礙地通過，從而可以用于調節結構的內部溫度。這種系統是被動的、自調節的，不需要除了周圍的UV光以外的外部信號而工作。不過，因為它們由UV光控制而不是由溫度控制，所以這種系統在溫度調節應用方面的效用有限。例如，它們可以在炎熱的天氣阻擋多余的陽光，也會在寒冷的天氣阻擋需要的陽光。

電致暗化（electrodarkening）材料也已用于調節光的透射。最廣泛應用的電致暗化材料是夾在兩個高效吸收偏光片之間的液晶，其主要通過吸收來削弱略多于50%的透過它們的光。這種材料由諸如銦錫氧化物（ITO）的透明導電材料涂層產生的電場控制。這些液晶面板通常用于視頻顯示器中，其被設計為在工作條件下不再各向同性，并且在建筑材料中的應用也很有限。這在某種程度上是因為使用上述液晶面板所需的重要的基礎結構，包括電線和電源，并且需要復雜的控制系統、傳感器和算法，或者大量的用戶輸入，來設置材料的狀態從而調節通過它們的光、熱和輻射能。電致暗化材料和光致暗化材料主要通過吸收而不是反射來削弱入射光，這意味著它們在暴露至亮光時將變熱。這些材料吸收的熱量也可以抵消輻射透射過程中減少的熱量，因此在它們調節溫度的能力方面具有顯著的限制。

反射而不吸收紅外光的線柵偏光片（WGP）自20世紀60年代以來得到使用，并在例如Sriram等人的美國專利第4,512,638號中描述。隨著20世紀90年代至21世紀初納米光刻（nanoscale?lithography）的出現，使采用Perkin等人的US專利第6,122,103號中所描述的高端光學和激光技術制造反射可見光和紫外線波長的寬頻帶線柵偏光片成為可能（盡管昂貴）。

最近，引進了低成本反射型偏振膜，其結合了分層聚合物分布式布拉格反射器（DBR）與伸展聚合物偏光片的特性。這樣的反射型偏光片用于視頻顯示器中，以通過將削弱的光反射回裝置中而非將削弱的光吸收來增強亮度，例如在Weber等人的美國專利第7,038,745號和Verrall等人的美國專利第6,099,758號中所描述的。這樣的反射型偏光片可以像鏡面一樣對光的一個偏振進行鏡面反射，或像白色涂層一樣對光的一個偏振進行漫反射，或者這兩種情況的組合。這些薄膜專門開發用于視頻顯示器市場，并且沒有應用到視頻顯示器以外的領域。

另外，反射型偏光片可以由某些類型的液晶制成。鑒于線柵偏光片和伸展聚合物偏光片是線性偏振，這些液晶偏光片（LCP）通常是圓形偏振的。從而透射一種螺旋性（即右旋或左旋）的光并且反射相反螺旋性的光。

熱開關在其ON或閉合狀態允許熱能通過，而在其OFF或斷開狀態阻止熱能通過。這些開關是機械傳遞的，依賴于兩個導電表面（典型地由金屬制成）之間的接觸，以使熱量通過。當兩個表面收回時，熱能除了穿過空氣間隙外不能在兩個表面之間傳導。如果裝置位于真空中，那么熱傳導會在斷開狀態下被完全阻止。另一類熱開關包括將氣體或液體注入容器中或從容器中抽出。當容器滿時，傳導熱。當空時，不發生傳導，盡管可能仍然會穿過容器發生輻射傳遞。

光可以通過濾光片而被阻止，該濾光片吸收或反射特定頻率的光而允許其它頻率的光穿過，從而起到光學開關的作用。同時，附加的機械開關可以將其它透明材料（包括濾光片）轉變為光學開關。當閘門打開時，光很容易地通過。當閘門閉合時，沒有光通過。如果機械閘門被諸如液晶的電致暗化材料代替，那么開關是“幾乎固態的”，除了光子、電子和液晶分子自身之外，沒有移動的部分。其它電致暗化材料（例如在Azens等人的美國專利第7,099,062號中描述的）可以起到類似的作用。這些濾光片/光學開關組合不是被動的，而必須由外部信號（例如電信號）控制。