專利名稱：熱控開關(guān)吸收性百葉窗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)涉及通過選擇性吸收控制光和輻射熱的固態(tài)設(shè)備。更具體地，本申請(qǐng)涉及 被動(dòng)和/或主動(dòng)的光調(diào)節(jié)和溫度調(diào)節(jié)膜、材料和設(shè)備。
背景技術(shù)：
多種應(yīng)用(例如調(diào)節(jié)建筑物中的日照的熱量)可使用光學(xué)方法控制輻射能(例 如，光和熱)的流動(dòng)。例如，光暗化(photodarkening)材料可結(jié)合到窗戶中，在遮光玻璃鏡 片中已經(jīng)普遍使用了光暗化材料以便在由紫外(“UV”)輻射激發(fā)時(shí)選擇性地衰減入射光。 這樣的材料可用于通過暗化削弱明亮的日光，從而調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度，并通過再次變得 透明而允許人造光或漫射日光無阻礙經(jīng)過。這樣的系統(tǒng)是無源(被動(dòng))的和自調(diào)節(jié)的，除 了為操作需要環(huán)境UV光之外不需要外部信號(hào)。然而，因?yàn)樗鼈冇蒛V光控制而不是由溫度 控制，所以這樣的系統(tǒng)在溫度調(diào)節(jié)應(yīng)用中的使用受限制。例如，它們?cè)谔鞖夂鋾r(shí)可阻擋需 要的日光，同時(shí)在天氣炎熱時(shí)阻擋不需要的日光。在控制輻射能流動(dòng)的另一實(shí)例中，系統(tǒng)可使用熱暗化材料，該熱暗化材料在材料 溫度增加或降低超過預(yù)定值的時(shí)候可變色并可增加材料吸收光的量。例如，在MI的West Olive的Pletotint公司生產(chǎn)的可在兩片玻璃之間層合并且加入到窗戶中的熱暗化材料。另外，電暗化濾光器(例如電氣控制液晶設(shè)備)已加入到窗戶中。這些設(shè)備具有的 缺點(diǎn)是，需要持續(xù)供電來操作，并需要大量基礎(chǔ)設(shè)施(配線、開關(guān)、傳感器、控制系統(tǒng)，等等) 作為它們的裝置的一部分。此外，這樣的設(shè)備基于并使用相同的基礎(chǔ)技術(shù)，例如LCD視頻顯 示器。電暗化窗戶濾光器本質(zhì)上是具有單個(gè)巨大像素的黑色和白色視頻顯示器。LCD視頻 顯示器中的液晶被設(shè)計(jì)成具有非常高的“清亮點(diǎn)(clearing point) ”(LC相變并變?yōu)椴皇?控制的、無序的、各向同性的液體的溫度)，從而防止顯示器在正常操作溫度和亮度級(jí)下變 黑。多年來顯示器設(shè)計(jì)的目的是發(fā)展?jié)M足其它關(guān)鍵設(shè)計(jì)目的的液晶劑型(liquid crystal formulation)，該設(shè)計(jì)目的例如是開關(guān)速度，該開關(guān)速度具有盡可能高的清亮點(diǎn)以允許顯 示器在較高溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)且沒有失敗模式，并且加入了商業(yè)上可獲得的LC混合物的電暗化 窗戶濾光器共享該特點(diǎn)。包括在本說明書的背景技術(shù)部分中的信息包括在此僅用于技術(shù)參見的目的并且不被看作本發(fā)明要限定的范疇的主題，該信息包括了這里引用的任何參考文獻(xiàn)及其任何描 述或討論。

發(fā)明內(nèi)容
在本公開的技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式中，熱控可開關(guān)設(shè)備被描述為調(diào)節(jié)光和輻射能的 透射和吸收。該設(shè)備可包括兩個(gè)吸收性偏振器(absorptive polarizer)和放置在兩個(gè)偏振 器之間的熱致去偏器(thermotropic depolarizer) 0在第一溫度下，該設(shè)備可吸收第一百 分比的入射輻射能并可使得第二百分比的入射輻射能透射穿過該設(shè)備。在第二溫度下，該 設(shè)備可吸收第三百分比的入射輻射能并可使得第四百分比的入射輻射能透射穿過該設(shè)備。 另外，當(dāng)可開關(guān)設(shè)備溫度高于閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的入射光可由該設(shè)備吸收，當(dāng)可開關(guān) 設(shè)備溫度低于閾值溫度時(shí)，多達(dá)50%的入射光可由該設(shè)備吸收。熱致去偏器在溫度低于閾 值溫度時(shí)可調(diào)整入射光的偏振。此外，吸收性偏振器中的一個(gè)或更多可以是相對(duì)于輻射能 的偏振而頻率選擇的。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第一偏振器和第二偏振器每個(gè)都可限定透明區(qū)域并可允 許未偏振輻射能透射穿過設(shè)備。可開關(guān)設(shè)備也可包括向電(electrotropic)控制系統(tǒng)，從 而在閾值溫度下補(bǔ)充和致動(dòng)熱致去偏器。向電控制系統(tǒng)可包括至少一個(gè)控制器、與控制器 連接的電源以及與控制器連接的溫度傳感器。本發(fā)明的另一實(shí)施例可采用絕緣玻璃單元(insulating glassunit)的形式。絕 緣玻璃單元可包括第一玻璃板和第二玻璃板。絕緣玻璃單元也可包括安置在第一玻璃板和 第二玻璃板之間的第一偏振器。第一偏振器可吸收多達(dá)50%的入射輻射能，并可透射大部 分未吸收輻射能。另外，絕緣玻璃單元可包括安置在第一玻璃板和第二玻璃板之間的第二 偏振器以及可安置在第一偏振器和第二偏振器之間的熱致去偏器。熱致去偏器可在溫度低 于閾值溫度時(shí)調(diào)整入射光的偏振。在溫度高于閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的入射光可由該設(shè)備 吸收，并且在溫度低于閾值溫度時(shí)，多達(dá)50%的入射光可由該設(shè)備吸收。進(jìn)一步地，第二偏 振器可在熱致去偏器溫度高于閾值溫度時(shí)吸收多達(dá)100%的由第一偏振器透射的輻射能， 并可在熱致去偏器溫度低于閾值溫度時(shí)透射多達(dá)100%的由第一偏振器透射的輻射能。在另一實(shí)施例中，公開了使用熱控開關(guān)吸收性光學(xué)百葉窗(TSAOS)設(shè)備調(diào)節(jié)入射 輻射能的吸收和透射的方法。該設(shè)備可包括第一吸收性偏振器、第二吸收性偏振器以及設(shè) 置在第一偏振器和第二偏振器之間的熱致去偏器，其中第一偏振器和第二偏振器可定向成 相互交叉。該設(shè)備可被設(shè)置成使得輻射能入射到其上，并且在第一溫度下該設(shè)備可從該設(shè) 備吸收第一百分比的輻射能并可使得第二百分比的輻射能透射穿過該設(shè)備。另外，在第二 溫度下該設(shè)備可從該設(shè)備吸收第三百分比的輻射能并可使得第四百分比的輻射能透射穿 過該設(shè)備。此外，在第一溫度高于閾值溫度時(shí)，在第一吸收操作中，第一偏振器和第二偏振 器可吸收多達(dá)100%的輻射能。可替換地，在第二溫度低于閾值溫度時(shí)，在第一偏振器和第 二偏振器之間透射的輻射能的一部分可被去偏振。在此情況下，該設(shè)備可透射多達(dá)50%的 輻射能并可吸收多達(dá)50%的輻射能。另一實(shí)施例是用于調(diào)節(jié)輻射能的反射和透射的方法。吸收性偏振器可被定向?yàn)榕c 極性旋轉(zhuǎn)偏振器交叉，并且熱致去偏器可置于偏振器和極性旋轉(zhuǎn)偏振器之間。吸收性偏振 器和極性旋轉(zhuǎn)偏振器可在熱致去偏器溫度高于閾值溫度時(shí)吸收多達(dá)100%的入射輻射能，
8并在熱致去偏器溫度低于閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的入射輻射能可穿過吸收性偏振器、熱致 去偏器和極性旋轉(zhuǎn)偏振器透射。由于百葉窗設(shè)備進(jìn)一步在附圖中圖解并在所附權(quán)利要求中限定，其它特性、詳述、 效用和優(yōu)點(diǎn)會(huì)根據(jù)以下百葉窗設(shè)備的各種實(shí)施例的更詳細(xì)的書面描述變得明顯。


圖1是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖，示出夾在兩個(gè)吸 收性偏振濾光器之間且附接到透明襯底的熱敏去偏器材料層。為百葉窗設(shè)備的冷態(tài)示出入 射光的行為。圖2是圖1的百葉窗設(shè)備的實(shí)施例的剖面示意圖，不同之處在于，為百葉窗設(shè)備的 熱態(tài)示出入射光的行為。圖3是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的另一實(shí)施例的示意性圖示，其中，吸收性偏 振器限定了孔徑或透明區(qū)域，從而允許一些源自外部源的未偏振光穿過百葉窗設(shè)備而不更 改。圖4是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的附加實(shí)施例的示意性圖示，其中，為美觀或 其它原因包括可選顏色的濾光器。圖5是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的另外的實(shí)施例的示意性圖示，其中，通過添 加兩個(gè)透明電極和控制系統(tǒng)而利用電致去偏器取代熱致去偏器，或使其另外地用作電致去 偏器。圖6是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的附加實(shí)施例的示意性圖示，其中，熱致去偏 器被去除并且吸收性偏振器自身是熱致的。為百葉窗設(shè)備的冷態(tài)示出入射光的行為。圖7是圖6的實(shí)施例的示意性圖示，不同之處在于，為百葉窗設(shè)備的熱態(tài)示出入射 光的行為。圖8是既處于熱態(tài)又處于冷態(tài)的示范性熱致吸收性偏振器的示意性圖示。圖9是熱控開關(guān)吸收性百葉窗設(shè)備的附加實(shí)施例的示意性圖示，其中，第一偏振 器是極性旋轉(zhuǎn)偏振器。圖10是處于冷態(tài)的示范性的極性旋轉(zhuǎn)偏振器的示意性圖示。圖11是示范性的光電吸收性偏振器的示意性圖示。
具體實(shí)施例方式在此公開的技術(shù)涉及關(guān)于輻射能(例如，可見光、UV光、紅外光等)的對(duì)窗戶或相 似材料或結(jié)構(gòu)的透射率的基于溫度的控制，所述輻射能潛在包括太陽(yáng)光譜的全部范圍，其 目的在于，基于外部天氣狀況、內(nèi)部溫度或該兩者的任意結(jié)合來調(diào)節(jié)進(jìn)入結(jié)構(gòu)中的熱流。該 技術(shù)可用作房屋或構(gòu)造材料，從而基于溫度調(diào)節(jié)穿過窗戶、天窗和其它透明材料的輻射能 (包括可見光、UV光、IR光)的流動(dòng)，因此在高溫下限制輻射能(例如日光)進(jìn)入。因此， 該技術(shù)可用來通過控制它們吸收的太陽(yáng)輻射的量來調(diào)節(jié)房屋和其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度。該技術(shù)可用作具有溫響應(yīng)(temperature-responsive)光學(xué)去偏器的設(shè)備，例如， 夾在兩個(gè)吸收性偏振濾光器之間的熱致液晶，從而調(diào)節(jié)光能的經(jīng)過。經(jīng)過該設(shè)備的入射能 可取決于所使用的偏振器的吸收效率。例如，對(duì)于在所關(guān)注的工作頻帶寬度上吸收輻射能的效果非常好的偏振器，多達(dá)一半的入射輻射能在該設(shè)備溫度低于閾值溫度(例如，液晶 的清亮點(diǎn))時(shí)經(jīng)過該設(shè)備，并且多達(dá)100%的入射輻射能在溫度高于閾值溫度時(shí)可由該設(shè) 備吸收，產(chǎn)生熱控開關(guān)吸收性光學(xué)百葉窗(在下文中稱為“TSA0S”或“百葉窗”)。出于美觀、能量管理或其它原因的需要，低效偏振器，或效率依賴于頻率的偏振器 可用來影響溫度高于或低于閾值溫度時(shí)的吸收的百分比。該效應(yīng)也可反向以使TSAOS設(shè)備 在冷態(tài)下可以是吸收性的，或該效應(yīng)可擴(kuò)大以使TSAOS設(shè)備的透射率在透明態(tài)下可更高， 或該效應(yīng)可延遲以使TSAOS設(shè)備的吸收率在吸收態(tài)下可更低。為了美觀或能量管理的原 因，或?yàn)榱似渌?，該效?yīng)可反向。電暗化材料也可用來調(diào)節(jié)光的透射。最廣泛使用的電暗化材料是夾在兩個(gè)高效吸 收性偏振器之間的液晶，該兩個(gè)高效吸收性偏振器主要通過吸收使經(jīng)過它們的光的衰減略 多于50%。該材料的光透射由透明的、傳導(dǎo)性的材料(例如銦錫氧化物(ITO))的涂層形成 的電場(chǎng)所控制。這些液晶面板通常用于視頻顯示器中，在房屋材料中僅非常有限地使用。其 原因部分地在于利用它們需要相當(dāng)多的基礎(chǔ)設(shè)施，包括電配線和電源，并需要成熟的控制 系統(tǒng)、傳感器和算法，或廣泛的用戶輸入，從而設(shè)置材料的狀態(tài)，并因此通過它們調(diào)節(jié)光、熱 和輻射能。在現(xiàn)有技術(shù)中，將液晶設(shè)備用作百葉窗受限于電氣操作的(即，電暗化)面板。另外，熱控開關(guān)(thermal switches)可允許熱能在其接通(ON)或封閉態(tài)(closed state)下經(jīng)過，但防止熱能在它們其斷開(OFF)或打開態(tài)(opened state)下經(jīng)過。這些開 關(guān)可以是機(jī)械繼電器(mechanical relay)，其依靠在兩個(gè)傳導(dǎo)表面(通常由金屬制成)之 間的接觸從而使熱能夠通過。當(dāng)兩個(gè)表面后撤(withdrawn)時(shí)，熱能可能物無法它們之間 傳導(dǎo)，除非通過空隙。如果該設(shè)備放置在真空中，那么可防止打開態(tài)下的熱傳導(dǎo)。熱控開關(guān) 的另一類型可涉及將氣體或液體泵入腔室內(nèi)，或從腔室抽出氣體或液體。當(dāng)腔室被充滿時(shí)， 它可以導(dǎo)熱。當(dāng)腔室為空時(shí)，可以沒有傳導(dǎo)，盡管穿過腔室的輻射轉(zhuǎn)移仍可發(fā)生。由于吸收的光變成熱，光開關(guān)也可以是熱控開關(guān)，以便控制日照的熱增量。光可由 光學(xué)濾光器阻擋，該濾光器可吸收或反射某些頻率的光而允許其它頻率的光經(jīng)過，因此該 濾光器行為類似光開關(guān)。同樣，機(jī)械百葉窗的附加物可將包括濾光器的其它透明材料轉(zhuǎn)變 為光開關(guān)。在一個(gè)實(shí)例中，當(dāng)百葉窗打開時(shí)，光可容易地經(jīng)過，并且當(dāng)百葉窗關(guān)閉時(shí)，沒有光 可穿過百葉窗。如果機(jī)械百葉窗被電暗化材料(例如液晶像素)取代，那么該開關(guān)是“接近 固態(tài)”，其除光子、電子和液晶分子自身外沒有移動(dòng)部分。其它電暗化材料，例如在Azens等 人的美國(guó)專利No. 7，099，062中描述的電暗化材料，可實(shí)現(xiàn)相似的功能。這些光學(xué)濾光器/ 光開關(guān)的組合不是無源(被動(dòng))的，而是必須由外部電信號(hào)操作。在材料溫度提高或降低超過預(yù)定值的時(shí)候，熱暗化材料可變色并可增加由材料吸 收的光的量。光的降頻轉(zhuǎn)換(down-conversion)產(chǎn)生熱，并因此在吸收期間熱吸收性材料 的溫度可能根據(jù)該材料的環(huán)境溫度而增加。然而，該效應(yīng)在許多應(yīng)用中可以是有利的，并可 在其它應(yīng)用中被實(shí)際上忽略。扭曲向列(twisted nematic)液晶顯示器利用吸收性偏振 器，例如，如果溫度升高到高于它們的“清亮點(diǎn)”溫度，則液晶顯示器完全變黑，因?yàn)椋谝夯?(各向同性)狀態(tài)下，無序的液晶分子不能影響經(jīng)過它們的光的偏振。如果顯示器使用交叉 的偏振器，那么近50%的入射光可在第一偏振器處被吸收，并且其它50%可在第二偏振器 處吸收，導(dǎo)致近100%的不透明度。然而，如果偏振器以相差小于90度的角度取向，或如果 第三偏振器以偏斜角放置在它們之間，那么液晶顯示器在溫度高于它的清亮點(diǎn)時(shí)可以不是完全的不透明的。吸收性偏振器采用許多形式，并可吸收給定的線偏振或圓偏振的光。某些晶體吸 收一種偏振光比吸收另一種更多。已經(jīng)使用這樣的晶體布置來制造人造偏振片(polaroid film)，普通的吸收性偏振器。它也使用摻碘的聚乙烯醇(PVA)塑料來制造。該塑料經(jīng)拉伸 從而使聚合物鏈優(yōu)選在一個(gè)方向上排列。平行于鏈而偏振的光被吸收，并且平行于鏈而偏 振的光被透射。另外，吸收性偏振器可由某些類型的液晶制作。吸收性液晶偏振器(LCP) 可直線地或圓形地偏振。因此，一種螺旋性的光(即，右旋或左旋的)被透射并且相反的螺 旋性的光被吸收。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“熱吸收性”在此用來描述具有隨溫度變化或直接受溫度控制 的可變吸收性的設(shè)備或材料。術(shù)語(yǔ)“輻射能”用來指代遵守光學(xué)定律的可見光、紅外光、紫 外光和其它波長(zhǎng)的光。在此使用的術(shù)語(yǔ)“光學(xué)的”指代材料或設(shè)備關(guān)于輻射能的任意效應(yīng)， 例如，吸收、反射、透射、偏振、去偏振，或漫射。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“熱致去偏器”意指這樣一種材料，在該材料中，去偏振(例如 偏振的旋轉(zhuǎn))隨溫度而變化或直接受溫度控制。構(gòu)造熱致去偏器的一個(gè)示范性方式是，將 熱致液晶保持在兩個(gè)配向?qū)?alignment layer)之間。熱致液晶分子的取向既受配向?qū)佑?響(例如受它們的化學(xué)作用和結(jié)構(gòu)影響)，又受溫度或溫度梯度影響。在具有向列態(tài)的熱致 液晶中，該結(jié)構(gòu)可用作波塊(waveblock)，其中，光的各種頻率和帶寬的偏振的旋轉(zhuǎn)取決于 溫度，并且其中，波塊的類晶結(jié)構(gòu)在溫度高于閾值溫度時(shí)瓦解。提供對(duì)于熱致液晶的描述作 為實(shí)例，并且該描述不應(yīng)被認(rèn)為是限制TSAOS設(shè)備的范疇。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“低清亮點(diǎn)，，意指這樣的清亮點(diǎn)，該清亮點(diǎn)被選擇成使得在設(shè) 備的正常操作中，操作態(tài)之間(例如，在液晶中的向列態(tài)和各向同性態(tài)之間，或在其它有序 態(tài)和各向同性之間)的功能轉(zhuǎn)換的發(fā)生可作為設(shè)備的正常操作的一部分，并且“清亮點(diǎn)”大 約落入設(shè)備的操作溫度的正常范圍內(nèi)。這使在顯示器中使用的低清亮點(diǎn)劑型與高清亮點(diǎn) 劑型區(qū)分開，該高清亮點(diǎn)劑型的清亮點(diǎn)設(shè)置得足夠高，以使顯示器正常操作中絕不發(fā)生操 作態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，并且該清亮點(diǎn)落在設(shè)備的操作溫度的正常范圍外。低清亮點(diǎn)設(shè)備的一個(gè) 實(shí)例可以是這樣的熱吸收性百葉窗，其清亮點(diǎn)設(shè)置成低于在通常使用中遮蔽的窗戶所經(jīng)受 的接近85攝氏度的最高溫度，該接近85攝氏度的最高溫度適當(dāng)?shù)氐陀谕ǔＴ陲@示器中使 用的高清亮點(diǎn)。在另一實(shí)例中，在高溫地區(qū)夏天受充分日光影響的窗膜或室外視頻顯示器 (例如，氣泵表)可達(dá)到85°C的溫度。因此，意圖經(jīng)受住這些狀況的“低清亮點(diǎn)”設(shè)備應(yīng)具 有低于85°C的清亮點(diǎn)，而“高清亮點(diǎn)”設(shè)備應(yīng)具有高于85°C的清亮點(diǎn)。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“開關(guān)”包括但不限于固態(tài)的、電氣的、光學(xué)的和機(jī)械的設(shè)備， 以便選擇性阻擋或準(zhǔn)許能量流動(dòng)，并包括數(shù)字式開關(guān)(例如，晶體管和繼電器)和模擬式調(diào) 節(jié)器(例如，電子管和變阻器)兩者。此外，用于選擇性阻擋或準(zhǔn)許氣體或液體流動(dòng)的閥門 可認(rèn)為類似于開關(guān)，因此，原則上，兩個(gè)術(shù)語(yǔ)可互換使用。通過該定義，TSAOS設(shè)備可以是這 樣的固態(tài)光開關(guān)，其基于TSAOS設(shè)備的溫度而從其“打開”或透射態(tài)移動(dòng)到其“關(guān)閉”或吸 收態(tài)。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“無源(被動(dòng))，，指代這樣的物體或設(shè)備，其可響應(yīng)于環(huán)境狀 況，但可獨(dú)立于外部信號(hào)或源自操作員的指令而操作。因此，設(shè)備可包括許多復(fù)雜組件(包 括移動(dòng)部件)，并在此處的敘述中仍當(dāng)作無源設(shè)備。相似地，盡管用戶撤銷模式可包括在設(shè)備中，但這樣的設(shè)備的被動(dòng)性質(zhì)本質(zhì)上不可改變。相反，主動(dòng)設(shè)備可以是需要用戶輸入以便 執(zhí)行它的正常功能的設(shè)備。作為這些定義的實(shí)例，光敏遮光玻璃可以是(無源)被動(dòng)設(shè)備， 而由墻壁開關(guān)或調(diào)光開關(guān)操作的標(biāo)準(zhǔn)燈泡可以是主動(dòng)設(shè)備。對(duì)本文檔來說，術(shù)語(yǔ)“去偏器”指代這樣的物體、設(shè)備或物質(zhì)，其通過衰減之外的一 些方式旋轉(zhuǎn)或以其它方式改變經(jīng)過它的光的偏振矢量。分別地，術(shù)語(yǔ)“偏振器”指代這樣的 物體、設(shè)備或物質(zhì)，該物體、設(shè)備或物質(zhì)阻擋一種極性的光而透射正交極性的光，或在阻擋 圓形偏振光的情況下，透射相反螺旋性偏振光。最通常地，該阻擋由吸收引起。也應(yīng)理解，僅當(dāng)在反射性偏振器中發(fā)生一些吸收時(shí)，可在吸收性偏振器中發(fā)生一 些反射，但該兩種類型可依靠不同的操作原理并產(chǎn)生性質(zhì)不同的光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)論述吸收性 偏振器時(shí)，對(duì)論述來說，假設(shè)吸收性偏振器在吸收一種極性的光并透射其它極性的光方面 100%有效(或效率接近100%)是方便的。然而，在實(shí)踐中，這些偏振器的效率可能低于 100% (例如，由于設(shè)計(jì)選擇或設(shè)計(jì)和制造限制)，偏振器可以是部分反射性的并具有頻率 依賴和空間依賴的反射、吸收和透射特征(例如，由于設(shè)計(jì)選擇或設(shè)計(jì)和制造限制)或其任 意的結(jié)合，并且這不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范疇。通常，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可采用一種形式的熱致光學(xué)去偏器，其可與兩個(gè)透明 偏振器一起使用，從而構(gòu)造熱控開關(guān)吸收性光學(xué)百葉窗。TSAOS設(shè)備可允許光和輻射能在低 溫下經(jīng)過，并在高溫下吸收這樣的光和輻射能。去偏器可經(jīng)選擇或設(shè)計(jì)以使它的偏振態(tài)在 預(yù)定溫度改變(例如，該去偏器可以是熱致的，因此在預(yù)定溫度改變偏振態(tài))。TSAOS設(shè)備 也可用于如下應(yīng)用中，在所述應(yīng)用中，通過控制房屋、車輛或其它結(jié)構(gòu)吸收的太陽(yáng)輻射的量 而調(diào)節(jié)房屋、車輛或其它結(jié)構(gòu)的溫度。在TSAOS設(shè)備的一個(gè)實(shí)施中，可連續(xù)布置兩個(gè)吸收性偏振濾光器，其可透射平行 于它們自己的偏振光，并可吸收垂直偏振的光。當(dāng)吸收性偏振器平行定向時(shí)，可吸收多達(dá) 50%的入射輻射能。當(dāng)吸收性偏振器相互垂直定向時(shí)，可在一個(gè)偏振器處阻擋多達(dá)50%的 光，并且由第一吸收性偏振器透射的多達(dá)50%的剩余光可由第二吸收性偏振器阻擋。在此 情況下，穿過兩個(gè)吸收性偏振器的光的透射可以是非常少的(經(jīng)常少于)，并且大部分 光(經(jīng)常接近100% )可被吸收。TSAOS設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例包括可透射平行于它們自己的偏振的偏振光并可吸收垂 直偏振光的兩個(gè)吸收性偏振濾光器。因此，近50%的入射光可被吸收。實(shí)際上，也可被吸收 小附加量，因此穿過兩個(gè)平行偏振器的光透射可以是30 % 40 %。在偏振器相互垂直定向 時(shí)，可在一個(gè)偏振器處阻擋近50%的光，并且在另一偏振器處阻擋近50%的光。在此情況 下，穿過兩個(gè)濾光器的光的透射可少于1%，并且大部分光(接近100% )可被吸收。在另一實(shí)施中，可改變經(jīng)過它的光的偏振的可開關(guān)去偏器可以與兩個(gè)或更多個(gè)吸 收性偏振器一起配置。在該實(shí)施的一個(gè)實(shí)施例中，可開關(guān)去偏器可以是夾在兩片透明的微 觀結(jié)構(gòu)材料(例如聚合物涂敷玻璃或聚合物膜)之間的液晶?？砷_關(guān)去偏器可被特殊地選 擇或設(shè)計(jì)為熱致的，因此它的偏振態(tài)在預(yù)定溫度轉(zhuǎn)變。在“斷開”狀態(tài)下，入射光的偏振態(tài) 可基本上不受去偏器影響，并且在“接通”狀態(tài)下，已經(jīng)經(jīng)過第一偏振器的特定偏振光可以 旋轉(zhuǎn)設(shè)定量。這通常是為了，根據(jù)所需的光學(xué)效應(yīng)而使得光與第二偏振器排列在平行態(tài)或 垂直態(tài)。因此，兩個(gè)吸收性偏振濾光器和液晶(例如，具有向列態(tài)的熱致液晶)的組合可構(gòu) 成可開關(guān)吸收器，該吸收器根據(jù)液晶狀態(tài)吸收多達(dá)50%或多達(dá)100%的入射光。因此，兩個(gè)
12吸收性偏振濾光器和液晶的組合可構(gòu)成可開關(guān)吸收器，該吸收器根據(jù)液晶狀態(tài)(并因此根 據(jù)溫度)吸收多達(dá)50%或多達(dá)100%的入射光。這樣的熱吸收性百葉窗可使用其設(shè)計(jì)操作 溫度范圍在約-30攝氏度至60攝氏度之間的液晶或液晶劑型，該溫度范圍可與人們通常耐 受的溫度相符，和/或適于人類生活的環(huán)境的戶外地面溫度的設(shè)計(jì)清亮點(diǎn)相符，例如，高于 約-40攝氏度并低于約85攝氏度。包括液晶的許多材料展示出熱致性質(zhì)，液晶在這里稱為“清亮點(diǎn)”的溫度上從有序 態(tài)或“接通”態(tài)(例如，結(jié)晶、向列或近晶狀(smectic))轉(zhuǎn)換到無序態(tài)或“斷開”態(tài)(例如， 液體、各向同性、或非偏振)。例如，4-丁基氰基聯(lián)苯(4-butylcyanobiphenyl) (CB)液晶可 具有接近16. 5攝氏度的清亮點(diǎn)，而6CB液晶可具有接近29. 0攝氏度的清亮點(diǎn)，并因此在溫 度接近室溫的狀況下“熔化”(即，變得各向同性)。4CB和6CB的混合物可具有在這兩個(gè)值 之間的清亮點(diǎn)，該清亮點(diǎn)接近線性地與混合物中每種成分的百分比成正比。在“斷開”狀態(tài) 下，入射光的偏振態(tài)可基本不受去偏器影響，并且在“接通”狀態(tài)下，已經(jīng)經(jīng)過第一偏振器的 特定偏振光可旋轉(zhuǎn)設(shè)定的量(例如，45或90度，但也可以是180或270度，或其它不能被 45整除的值)。在一些實(shí)施中，TSAOS設(shè)備可處在冷態(tài)(例如，結(jié)晶、向列或近晶狀)下，并吸收多 達(dá)50%的到達(dá)它的光或其它輻射能，并透射近40%的光或其它輻射能。在熱(例如，各向 同性)狀態(tài)下，TSAOS設(shè)備可吸收多達(dá)100%的入射光。因此，TSAOS設(shè)備可形成熱控開關(guān) 的吸收性光學(xué)百葉窗。相反轉(zhuǎn)換也是可能的，即，百葉窗在寒冷時(shí)是吸收性的并在炎熱時(shí)是 透射性，并且該相反轉(zhuǎn)換可取決于偏振器和去偏器層的精確布置。在詳細(xì)解釋公開的實(shí)施例之前，應(yīng)該理解，本發(fā)明在它的應(yīng)用中不受限于所示出 的具體布置的詳述，因?yàn)楸景l(fā)明能具有其它實(shí)施例。同樣，在此使用的術(shù)語(yǔ)是為了描述的目 的而不是限制。圖1是TSAOS設(shè)備100的一個(gè)實(shí)施例的圖解剖面圖。如圖1中所示，熱致去偏器 層102可設(shè)置在兩個(gè)吸收性偏振濾光器101和103之間，并可附接到光學(xué)透明襯底104。在 通常情況下，外部光源可以是未偏振的白光(即，強(qiáng)度處于可見頻譜、近UV頻譜和近IR頻 譜的主要帶寬范圍的光)。在百葉窗設(shè)備100的一個(gè)應(yīng)用中，外部光源可以是太陽(yáng)。然而， TSAOS設(shè)備100也可在外部光源不是白光(例如是藍(lán)色天空的漫射輻射能)時(shí)運(yùn)行。在一個(gè)實(shí)施例中，入射光可首先經(jīng)過外部吸收性偏振器101。偏振器的形式可包括 Polaroid 膜或可以是吸收性液晶偏振器(LCP)，盡管其它形式也可使用。近50%入射光可具有與外部吸收性偏振器101的偏振垂直的偏振，并可由外部吸 收性偏振器101吸收。在具有與外部吸收性偏振器101的偏振平行的偏振的剩余光中，一 些百分比可由熱致去偏器102吸收，和/或通過外部吸收性偏振器101離軸吸收，并且剩余 光可透射穿過。一旦入射光經(jīng)過外部吸收性偏振濾光器101，入射光(例如，日光)可進(jìn)入熱致去 偏器102，該熱致去偏器102可以是能展示出兩種偏振態(tài)的設(shè)備或材料。在它的熱(例如， 各向同性或液體)態(tài)下，經(jīng)過熱致去偏器102的偏振光可不受影響。在它的冷(例如，向列 或結(jié)晶)態(tài)下，熱致去偏器102可使入射光的偏振矢量旋轉(zhuǎn)一固定量。在一個(gè)實(shí)施例中，熱 致去偏器102可以是可使光的偏振矢量旋轉(zhuǎn)90度的扭曲向列液晶。然而，可使用各種其它 設(shè)備和材料，包括可與外部吸收性偏振器101成45度角定向的向列液晶。
一旦光穿過了熱致去偏器102，則剩余偏振光可到達(dá)內(nèi)部吸收性偏振器103，該偏 振器103也稱作“檢偏鏡(analyzer)”，其中，光可根據(jù)偏振態(tài)被吸收或透射。內(nèi)部吸收性 偏振器103可定向成使得它的偏振垂直于外部吸收性偏振器101的偏振。因此，在百葉窗 設(shè)備100的熱態(tài)下，當(dāng)光的偏振矢量不可旋轉(zhuǎn)時(shí)，光的極性可垂直于內(nèi)部反射性偏振器103 的極性，并且近100%的光可以被吸收。然而，在冷態(tài)下，當(dāng)光的偏振矢量不可旋轉(zhuǎn)90度并 可平行于內(nèi)部吸收性偏振器103時(shí)，少量光可由內(nèi)部吸收性偏振器材料吸收，并且其余光 可透射穿過。在圖1中示出了針對(duì)冷態(tài)的入射光的行為，其中，外部吸收性偏振器101可吸收多 達(dá)50%的入射光。剩余光可經(jīng)過熱致去偏器102，其中，光的偏振矢量可旋轉(zhuǎn)，然后光可經(jīng) 過內(nèi)部吸收性偏振器103或檢偏鏡，其中光基本不受影響。然后光可經(jīng)過可選的透明襯底 104并最終離開TSAOS設(shè)備100。因此，在百葉窗設(shè)備100的冷態(tài)下，該設(shè)備100可用作衰 減器，該衰減器可吸收到達(dá)其外表面的光的近50%，可反射少量光，并可使其余的光透射到 內(nèi)表面。圖2是與圖1相同的實(shí)施例的剖面示意圖，不同之處在于，為TSAOS設(shè)備100的熱 態(tài)示出入射光的行為。熱致去偏器102不可影響經(jīng)過它的光的偏振矢量。因此，到達(dá)內(nèi)部 吸收性偏振器103的任何光都可具有與內(nèi)部吸收性偏振器103的極性垂直的極性，并且近 100%的光可被吸收。因此TSAOS設(shè)備100可用作遮光物，該遮光物可吸收到達(dá)其外表面的 光的近100%。因此，在TSAOS設(shè)備100的冷態(tài)下，該設(shè)備100可透射的光能是到達(dá)它的外表面的 光能的略少于一半，由此在熱態(tài)下，TSAOS設(shè)備100可透射少于1 %的光能。因此，TSAOS設(shè) 備100可用來基于TSAOS設(shè)備100的溫度來調(diào)節(jié)進(jìn)入結(jié)構(gòu)的光或輻射熱的流動(dòng)。在該實(shí)施例中，透明襯底104可為結(jié)構(gòu)支撐和方便的原因而存在。透明襯底104可 被去除而不顯著改變TSAOS設(shè)備100的功能?？商鎿Q地，透明襯底104可放置在TSAOS設(shè) 備100的外表面而不是內(nèi)表面上，或透明襯底104可放置在兩個(gè)表面上，在TSAOS設(shè)備100 的功能層中的一個(gè)或更多或其結(jié)合之間插入，而不顯著影響它的功能。此外，透明襯底104 可設(shè)置在百葉窗設(shè)備100的內(nèi)表面上，如圖1和2中所示，并且透明襯底104不需要對(duì)所有 波長(zhǎng)透明。另外，只要被透射的波長(zhǎng)用作熱能、照明或用于其它目的，透明襯底104可以是 長(zhǎng)通、短通或帶通的濾光器。然而，為了方便和成本，透明襯底104通常優(yōu)選將普通透明材 料(例如玻璃或丙烯酸樹脂)用作襯底。通常，用眼睛來看對(duì)數(shù)標(biāo)度。因此，入射光的50%衰減或許可能看起來主觀地認(rèn)為 是接近原始未偏振光的亮度的84%，盡管它根據(jù)具體狀況或境況可能比此更大或更小。作 為美觀、人和能量管理因素的平衡，初步證據(jù)表現(xiàn)出，近10% 20%的入射太陽(yáng)能的熱態(tài) 散射和50% 70%的入射太陽(yáng)能的冷態(tài)散射對(duì)于窗戶應(yīng)用來說可以是需要的。然而，對(duì)于 TSAOS設(shè)備的不同應(yīng)用和實(shí)施例來說，可能需要不同的透射級(jí)。在制造TSAOS設(shè)備的一個(gè)示范性過程中，第一步可以是形成液晶(LC)盒或“瓶”。 兩片二氧化硅涂敷(鈍化)玻璃可被劃出預(yù)定尺寸并放置在襯底架中。如果在玻璃上具有 銦錫氧化物(ITO)低發(fā)射率涂層，那么它可被腐蝕，在原位留下Si02。然后片材可放置在 48KHz超聲波清潔器(例如，功率級(jí)設(shè)置為8的Crest Truesweep清潔器)中15分鐘，使 用PH中性皂，該pH中性皂以每加侖去離子(DI)水(純度為280hm或更好)混合一盎司pH中性皂的配比混合。如有聚酰亞胺(PI)受潮問題，那么片材可以用Detrex皂重洗。更大 的片材可改為使用商用玻璃清洗機(jī)(例如，Billco 600系列)清潔?？捎卯惐?IPA)使 片材干燥，并且片材可放置在80-85攝氏度的干燥爐中，按無水儲(chǔ)存和分段運(yùn)輸(staging) 的需要持續(xù)近120分鐘或更長(zhǎng)，并且然后可放置在臭氧清潔器中近15分鐘。然后通過旋涂 (spin coating)，該旋涂以500RPM的轉(zhuǎn)速持續(xù)10秒，繼之以2000RPM的轉(zhuǎn)速持續(xù)45秒，在 溶劑中溶解的PI定向?qū)涌杀怀练e。一致的涂層需要每平方英寸片材近lml。對(duì)于過大以致 于不能旋涂的片材，PI溶液可由噴墨打印機(jī)沉積。在涂敷后，襯底可在85攝氏度下被加熱 近5分鐘，從而快速去除任何剩余溶劑，然后可在180-190攝氏度下烘烤近一小時(shí)，從而使 PI固化。爐門不應(yīng)打開，直到內(nèi)部溫度為85攝氏度或更低。然后片材可儲(chǔ)存在50攝氏度的真空爐中直到被使用，從而防止PI表面的污染。 然后片材可放置在真空夾具中，從而將它們保持在適當(dāng)位置，并用聚丙烯或鋁塊摩擦，用雙 邊條帶固定的摩擦布材料覆蓋該聚丙烯或鋁塊。摩擦塊可在沒有向下壓力(除其自重之 外)的情況下，沿相同方向推過表面25次。然后可在片材的未涂敷側(cè)上標(biāo)記出(例如，用 記號(hào)筆)摩擦方向。然后多個(gè)7. 5微米的間隔珠可通過噴氣(air puff)機(jī)器施加于一個(gè) 片材的摩擦面，并且摩擦方向與第一襯底成90度角定向的第二片材可以通過摩擦側(cè)向下 (rubbed-side-down)的方式放置在第一片材頂部。邊緣可首先用不可與液晶相互作用的光 學(xué)粘合劑(例如，Norlin 68)密封，然后用防水密封劑(例如，Loctite 349)密封，留下至 少兩個(gè)打開的孔口，每個(gè)孔口都接近Icm寬。Norlin 68可用劑量至少為4000mJ/cm2的UV 固化，并在50°C下烘烤12小時(shí)，或允許在室溫下固化一整個(gè)星期。然后瓶(具有部分密封的邊緣的兩個(gè)片材)可放置在具有20milliTOrr或更低 壓力，溫度低于清亮點(diǎn)并高于液晶凝固點(diǎn)的真空裝載機(jī)中，并下降到含有液晶(例如，5份 6CB、1.25份E7和0.008份811的清亮點(diǎn)為35°C的混合物)的槽中。液晶可由毛細(xì)作用抽 取到瓶?jī)?nèi)。在裝載完成時(shí)，瓶可從真空室移除，孔口可用Norlin 68和Loctite 349密封， 并且可重復(fù)固化步驟，務(wù)必避免液晶混合物不必要地暴露于UV光。一旦瓶被制造，然后可 將其進(jìn)一步構(gòu)造成完成的TSAOS設(shè)備。示范性的TSAOS設(shè)備可包括獨(dú)立的熱吸收性濾光 器(例如，LC瓶、偏振器，以及僅UV防護(hù))和具有層合到一個(gè)窗框的熱吸收性濾光器的絕 緣玻璃單元(IGU)或“雙框玻璃”。LC瓶可與光學(xué)清潔片材粘合劑(例如，光學(xué)清潔粘合劑 3M 8141和3M 8142)和吸收性偏振器膜(例如，Nitto Denko GU-1220DUN)的層多次層合， 從而制造熱吸收性濾光器。然后可應(yīng)用UV屏蔽層(例如，GamColor 1510UV膜)。所有層 合步驟可在具有1，000級(jí)下吸式排風(fēng)罩(downdraft hood)的10，000級(jí)的凈化室環(huán)境中執(zhí) 行，從而防止微粒在任何粘合層中引起氣泡。由瓶構(gòu)造TSAOS設(shè)備的過程開始于，使用6ft自動(dòng)/手動(dòng)輥壓層合機(jī)將粘合劑應(yīng) 用于瓶。通過在水準(zhǔn)旋鈕(leveling knobs)上使用預(yù)置增量，可在層合機(jī)上設(shè)置高度，從 而避免損壞瓶。3M 8141的一個(gè)層可施加于瓶，之后是吸收性偏振器層。該過程可在瓶的反 面上重復(fù)，偏振器膜從先前的層旋轉(zhuǎn)90°。3M 8141的另一個(gè)層可應(yīng)用于瓶的任意一側(cè)，然 后可施加UV屏蔽層，作為最后步驟。此時(shí)，瓶已成為熱吸收性濾光器?？商鎿Q地，軟瓶可由兩個(gè)偏振器直接形成。一種方法可包括從聚合物膜的拉延和 伸展方向上自然形成定向?qū)?，或依靠上述摩擦將定向?qū)討?yīng)用于它們。在此情況下，一旦第 二偏振器已經(jīng)放置在頂部并且與底部上的第一偏振器成90度角，那么LC可通過上述孔口裝載，或可作為薄膜涂敷到偏振器上(例如，通過照相凹版制版法(gravure process))，或 可“溢出或潑澆(glopped)”到偏振器上，并且輥壓平面(例如，用薄片軋輥(laminating roller))。在任一種情況下，瓶的邊緣之后都可由熱封(例如，用高溫烙鐵，例如345攝氏 度的烙鐵)密封，或用虎鉗和熱風(fēng)槍密封，其溫度為540攝氏度，或高于偏振膜熔化溫度并 可產(chǎn)生可接受的軟邊封的一些其它溫度。然后UV阻擋膜可層合到瓶，如上所述。為了由LC瓶制造絕緣玻璃單元(“IGU”)，需要進(jìn)一步的層合。可向熱吸收性濾 光器給予位于UV屏蔽上的兩個(gè)連續(xù)的3M 8142層。然后也可向通常比瓶大1-2英寸(in) 的窗玻璃(無論是未加工的、退火的、熱強(qiáng)化的、化學(xué)強(qiáng)化的，或鋼化的)給予兩個(gè)連續(xù)的 3M 8142層。在鋼化玻璃上的層可與在邊沿下面的條帶層合，從而防止3M 8142完全遮蓋玻 璃。然后可從LC瓶和鋼化玻璃窗移除粘合襯背(adhesive backing) 0每個(gè)的粘合側(cè)都可 放置在一起，然后最后一次穿過層合機(jī)，再次設(shè)置適于層合并防止損壞瓶的高度。現(xiàn)在，組 件可具有在它周圍構(gòu)筑的標(biāo)準(zhǔn)絕緣玻璃單元。具有干燥劑的標(biāo)準(zhǔn)鋁IGU隔離片可用來使兩 塊IGU玻璃分隔，并可附接到具有PIB聯(lián)結(jié)珠的玻璃并且用聚異丁烯(PIB)熱熔密封劑密 封在邊緣周圍?，F(xiàn)在I⑶已準(zhǔn)備好運(yùn)送和安裝。圖3是TSAOS設(shè)備的另一實(shí)施例的示意性圖示，其中，在偏振器101和103中的 一個(gè)或兩個(gè)中具有缺口 105，從而允許一些源自外部源的未偏振光經(jīng)過百葉窗設(shè)備而不更 改。這些缺口 105可采用孔洞或條帶形式，或可替換地，偏振器材料自身可以用條帶或斑點(diǎn) 形式。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，有許多種不需要在此詳述的塑造缺口 105的可替換方 法。例如，該實(shí)施例可用在提供相對(duì)清晰的視野的窗戶中。在此情況下，吸收性偏振器101 和103的衰減或阻礙可與透過普通紗窗觀看相似。使用具有缺口 105的吸收性偏振器101和103取代統(tǒng)一的偏振器，可在所有情況 下增加穿過百葉窗設(shè)備的能量的透射，并因此可降低設(shè)備在熱態(tài)下反射光和輻射能的能 力。然而，在冷態(tài)透明度比熱態(tài)吸收性更重要的情況下，該布置可以是有利的。可以注意到，相似效應(yīng)可通過使兩個(gè)吸收性偏振器旋轉(zhuǎn)以相互成大于零度并小于 90度的角度來實(shí)現(xiàn)，但是該方法僅增加熱態(tài)下百葉窗的透明度，并可(取決于百葉窗的精 確幾何形狀和去偏器的精確性質(zhì))在冷態(tài)下降低透明度。在此情況下，偏振器有效操作，冷 態(tài)下的透明度可不高于50% (該狀態(tài)在兩個(gè)理想偏振器以平行取向放置時(shí)發(fā)生)。然而， 如果偏振效率低于100 %，那么在舍棄熱態(tài)下的吸收性的情況下，在冷態(tài)下可實(shí)現(xiàn)更高透明 度。在可替換實(shí)施例中，液晶或定向?qū)又械娜笨?，或液晶或定向?qū)拥钠渌g隔可產(chǎn)生 與在偏振器中具有缺口的實(shí)施例相似的效應(yīng)，而且在一些情況下，這可以更簡(jiǎn)單或另外地 更被需要。同樣，任意種類的缺口 105都可布置成以使僅間接光能夠經(jīng)過百葉窗。圖4是TSAOS設(shè)備的附加實(shí)施例的示意性剖面圖示，其中，添加可選彩色濾光器 106。其它形式的彩色濾光器106可包括帶反射器(例如分布式Bragg反射器(DBR)或梳狀 濾光器)，其可被設(shè)計(jì)成反射窄幅波長(zhǎng)并透射其它全部波長(zhǎng)，或可包括帶通濾光器(例如， 彩色玻璃或塑料的片材)，該帶通濾光器可被設(shè)計(jì)成透射一定范圍的波長(zhǎng)并反射或吸收其 它全部波長(zhǎng)。在圖4中，彩色濾光器106被示作位于百葉窗設(shè)備的外表面上。然而，本領(lǐng)域技術(shù) 人員會(huì)理解，通過將彩色濾光器106設(shè)置在百葉窗設(shè)備中的其它層后面，可以產(chǎn)生不同的
16美觀的或光學(xué)效應(yīng)。例如，通過將彩色濾光器106放置在百葉窗設(shè)備的內(nèi)表面上，當(dāng)百葉窗 設(shè)備處于熱態(tài)或100%吸收態(tài)時(shí)，對(duì)于外部觀察者，顏色可以是不明顯的。使用彩色濾光器可降低穿過冷態(tài)或50%吸收態(tài)下的百葉窗設(shè)備透射的光和輻射 能的量。然而，該布置在美觀、關(guān)鍵波長(zhǎng)抑制或熱態(tài)吸收性比冷態(tài)透明度更重要的情況下可 以是有利的?？商鎿Q地，百葉窗設(shè)備可使用一個(gè)或更多的有色偏振器(即，不吸收或反射整個(gè) 可見光譜的偏振器)而不是附加彩色濾光器層來取代吸收性偏振器中的一個(gè)。一個(gè)示范性 有色偏振器可以是在熱態(tài)或吸收態(tài)下產(chǎn)生綠色的Nitto Denko G1220DUN偏振膜。圖5是TSAOS設(shè)備的另外的實(shí)施例的示意性圖示，其中，利用操作一個(gè)或更多的致 動(dòng)器107的電驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)108補(bǔ)充了熱致去偏器102。致動(dòng)器107的示范形式可以是透明的傳導(dǎo)材料(例如氧化錫或銦錫氧化物(ITO)) 的薄層，該材料可用作電阻加熱器，從而將電能作為熱散失，以便提高熱致去偏器102的溫 度。致動(dòng)器107的另一示范形式是在施加電壓時(shí)膨脹或收縮的壓電材料，因此使熱致去偏 器102的體積收縮或膨脹，從而激勵(lì)或抑制某些相變或熱膨脹和縮小效應(yīng)。本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以理解，其它類型致動(dòng)器可用來影響去偏器102的熱致性能或使熱致性能偏向，而不 背離本發(fā)明的精神?？刂葡到y(tǒng)108可包括溫度傳感器、電源和控制器硬件?？刂葡到y(tǒng)108的示范形式可 以是包括熱電偶的恒溫器和LCD控制器，該熱電偶連接到可編程微型控制器并由小型電池 或光點(diǎn)電池供電。在被感測(cè)的溫度上升到高于閾值或降低到低于閾值時(shí)，控制系統(tǒng)可向致 動(dòng)器(或多個(gè)致動(dòng)器)107施加AC或DC電壓，以使熱致去偏器的偏振性質(zhì)可改變(例如， 通過強(qiáng)制或激勵(lì)液晶分子重新定向)。該實(shí)施例的操作和使用與在圖1和圖2中示出的實(shí) 施例的操作和使用在其它方面相似。圖6是TSAOS設(shè)備的附加實(shí)施例的示意性圖示，其中，熱致去偏器102被去除，并 且吸收性偏振器101’和103’中的一個(gè)或兩個(gè)是熱致變的。如此設(shè)計(jì)熱致吸收性偏振器 101’和103’，以使它們可在熱態(tài)下正常偏振，并可在冷態(tài)下最低程度偏振或不偏振。在一 個(gè)示范形式中，這些偏振器由吸收性“記憶合金”納米桿組成，該納米桿在熱態(tài)下首尾相連 排列，從而形成吸收性偏振器，并在冷態(tài)下豎直排列，從而形成不偏振的、最低程度吸收性 的結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，熱致偏振器可以是液晶偏振器。因此，在冷態(tài)下，進(jìn)入百葉窗的未偏振 光可遇到非偏振態(tài)下的外部偏振器101’，并且光可不受它顯著影響，然后光可遇到非偏振 態(tài)下的內(nèi)部熱致吸收性偏振器103’，并且光也可不受內(nèi)部熱致吸收性偏振器103’顯著影 響。因此，除了與穿過透明襯底和非偏振態(tài)下的熱致吸收性偏振器101’與103’的透射有 關(guān)的一些微量吸收、反射和散射，基本上100%的入射光可穿過百葉窗透射。圖7是圖6的實(shí)施例在熱態(tài)下的示意性圖示。在此情況下，熱致吸收性偏振器101’ 和103’兩者都處于它們的全偏振配置，它們之間沒有去偏器。因此，在未偏振光遇到外部熱 致吸收性偏振器101’時(shí)，多達(dá)50%的光可被吸收，與其它實(shí)施例相同。經(jīng)過的光具有相反 極性，并因此多達(dá)100%的經(jīng)過的光可由內(nèi)部熱致吸收性偏振器103’吸收。因此，百葉窗在 冷態(tài)下透射性可高達(dá)100%，并且在熱態(tài)下的百葉窗的吸收性可高達(dá)100%。與在其它實(shí)施 例中相同，該理想反射可在兩個(gè)熱致吸收性偏振器101’和103’以分開近90度定向時(shí)發(fā)生。 在熱態(tài)下透射和反射的量可通過使兩個(gè)熱致吸收性偏振器101’和103’錯(cuò)位(misalign)來調(diào)整，并且在冷態(tài)下透射和吸收的量可通過在兩個(gè)熱致吸收性偏振器101’和103’之間
放置去偏器來調(diào)整。圖8是在熱態(tài)和冷態(tài)下的示范性熱致吸收性偏振器101的示意性圖示。在該示范 性實(shí)施例中，偏振器101是可由平行元件109構(gòu)成的吸收性偏振器。在該實(shí)施例中的偏振 器是具有由區(qū)段(Segment)IlO構(gòu)成的元件109的MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))設(shè)備，該區(qū)段110由 可根據(jù)溫度改變物理形狀的吸收性熱致材料制成。這樣的材料的實(shí)例可包括但不限于形狀 記憶合金，例如銅-鋁-鎳合金。在該示范性實(shí)施例中，區(qū)段110可被形成為使得它們?cè)诟?溫下平放，并在低溫下從表面上直立。因此，在溫度高于某個(gè)閾值溫度時(shí)，單獨(dú)的區(qū)段110 可充分平放，從而相互進(jìn)行物理接觸，并可形成連續(xù)的吸收性偏振器109。然而，可以理解， 其它形式的熱致吸收性偏振器也是可能的，包括由液晶或納米工程化的光學(xué)和光子材料或 所謂“超材料(metamaterial) ”構(gòu)成的版本，而且這些或其它形式的熱致吸收性偏振器可用 來取代圖8中示出的設(shè)計(jì)，而不改變?cè)搶?shí)施方式的基本性質(zhì)、意圖或機(jī)能。圖9是TSAOS設(shè)備的另一實(shí)施例的示意性圖示，其中，外部吸收性偏振器被“極性 旋轉(zhuǎn)”偏振器101替代。到目前為止，因?yàn)槲招云衿魑障喾礃O性的光而反射性偏振器 反射相反極性的光，所以極性旋轉(zhuǎn)偏振器可將相反極性的光轉(zhuǎn)變?yōu)闃O性一致的光。因此，偏 振器101透射性可高達(dá)100%，并且離開它的所有的光都具有相同極性。在圖9中，極性一 致的入射光到達(dá)外部偏振器101并且穿過偏振器101透射。同樣在圖9中，相反極性的光 到達(dá)外部偏振器101并被“旋轉(zhuǎn)”以使它的極性與外部極性旋轉(zhuǎn)偏振器101的極性一致。圖9示出在冷態(tài)下的實(shí)施例的操作，其中，偏振光進(jìn)入冷的、有序狀態(tài)(例如，扭曲 向列態(tài))下的去偏器102，因此，去偏器102可操作以使所有經(jīng)過它的光的極性旋轉(zhuǎn)，從而使 光的極性與內(nèi)部吸收性偏振器或檢偏鏡103的極性一致。內(nèi)部吸收性偏振器103可以是與 前述其它實(shí)施例中的吸收性偏振器相同的標(biāo)準(zhǔn)吸收性偏振器。由于被去偏振的光的極性與 內(nèi)部吸收性偏振器103的極性一致，所以它可穿過偏振器103透射。因此，在該實(shí)施例中， TSAOS設(shè)備在冷態(tài)下的透射性可達(dá)100%。在熱態(tài)下，去偏器102可變得無序(即，液體或 各向同性態(tài))并且不可影響經(jīng)過它的光的極性。因此，由于光可具有與內(nèi)部吸收性偏振器 103的極性相反的極性，所以多達(dá)100%的光可被吸收。因此，TSAOS設(shè)備在熱態(tài)下的吸收 性可達(dá)100%。圖10是極性旋轉(zhuǎn)偏振器設(shè)備的示范形式的示例性圖示，包括線柵偏振器111、反 射鏡112和去偏器113。在極性一致的光到達(dá)線柵偏振器111時(shí)，光可穿過線柵偏振器111 透射。然而，在極性相反的光到達(dá)線柵偏振器111時(shí)，光可以成45度角反射到反射鏡112， 該反射鏡112也可用45度角反射光，以使光可以再次在它原來方向上運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，被反射 的光可經(jīng)過永久去偏器(也稱作波塊或波片)，該永久去偏器使得光的極性旋轉(zhuǎn)特定量(通 常為90度)。因此，被反射的光的極性現(xiàn)在可與透射光的極性一致。所以，極性旋轉(zhuǎn)偏振器 可使得多達(dá)100%的到達(dá)它的光透射，而且確保所有的光可具有相同極性。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，光學(xué)元件的多種其它布置可實(shí)現(xiàn)相同效應(yīng)，而且也可發(fā)現(xiàn)其它類型 的極性旋轉(zhuǎn)偏振器，包括基于納米結(jié)構(gòu)化的光學(xué)或光子材料的偏振器材料，所謂“超材料”， 以及根據(jù)不同原理運(yùn)行的其它材料。然而，本實(shí)施的基本機(jī)能、意圖和性能不受所采用的極 性旋轉(zhuǎn)偏振器的精確性質(zhì)影響。圖11是另一類型的吸收性偏振器(光電偏振器)的示意性圖示，其中，桿狀吸收性元件109已被光電條帶所取代。在一個(gè)實(shí)施例中，這些條帶109可以是Shottky型二極 管，該Shottky型二極管通過低帶隙半導(dǎo)體(例如鍺)薄膜位于高帶隙半導(dǎo)體(例如硅) 薄膜頂部上而構(gòu)成。然而，其它光電材料或設(shè)備也可被替換，且基本上不改變TSAOS設(shè)備的 該實(shí)施例的性質(zhì)和機(jī)能。在該布置中，盡管光電條帶109可吸收(例如，以熱的形式)達(dá)到 它的具有相反極性的光的大部分，但該光的大部分也可以電位(電勢(shì))的形式被吸收，可收 集該電位(電勢(shì))以便形成電流。光電設(shè)備的設(shè)計(jì)和功能在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)得到良好的描 述并且不需要在此進(jìn)一步詳述。然而，應(yīng)該理解，本實(shí)施方式中可采用一個(gè)或多個(gè)光電偏振器，以使由一個(gè)或多個(gè) 偏振器阻擋的光的部分可通過電能形式被利用。這可在百葉窗的常規(guī)熱致吸收性行為之外 發(fā)生。TSAOS設(shè)備可以是被動(dòng)的和自調(diào)節(jié)的(不需要外部信號(hào)或用戶輸入以進(jìn)行操作)， 并因此可認(rèn)為是“智能材料”。TSAOS設(shè)備也可被理解為近固態(tài)光開關(guān)。在一些實(shí)施方式中， 除液晶分子薄膜外，開關(guān)可在除光子和電子之外不含有移動(dòng)部件。TSAOS設(shè)備可基于溫度、 經(jīng)過它的光和輻射能的量來進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此該百葉窗可用于通過控制太陽(yáng)能或其它入射光 能的反射和吸收來幫助調(diào)節(jié)建筑物、車輛和其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度。TSAOS設(shè)備可具有多種配置。例如，TSAOS設(shè)備可被配置成透射和吸收漫射的可見 光，并且它可用作半透明建筑物材料(例如玻璃磚、調(diào)光玻璃(privacy glass)和織構(gòu)聚合 物(textured polymers))的美觀的、能量調(diào)節(jié)的替換件?？商鎿Q地，TSAOS設(shè)備可被配置 成透射和吸收稍有散射的平行可見光。在此情況下，該設(shè)備可用作透明建筑物材料(例如 玻璃或聚合物窗戶)的美觀的、能量調(diào)節(jié)的替換件。進(jìn)一步地，TSAOS設(shè)備可被配置成在可 見頻譜中示出反射、吸收或透射峰，并可用作彩色玻璃(stained glass)、有色窗戶(tinted windows)或窗戶貼花(appliqU6)和涂層，或人造彩色光源的能量調(diào)節(jié)的替換件。TSAOS設(shè) 備的物理例示可以是厚或薄、堅(jiān)固或薄弱、堅(jiān)硬或柔軟、由單片構(gòu)成或由獨(dú)立的部件構(gòu)成， 這些因素不以任何顯著方式改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行。另外，TSAOS設(shè)備的性能可通過提高或降低它的導(dǎo)熱性和/或熱容量以改善它的 冷態(tài)光透射、吸收或反射來增強(qiáng)。此外，通過調(diào)節(jié)一個(gè)或兩個(gè)偏振層的結(jié)構(gòu)(例如，通過使 偏振材料的條帶或斑點(diǎn)與透明材料交替)來提高TSAOS設(shè)備的在冷態(tài)和熱態(tài)下的透明度。 另外，在熱態(tài)下可通過調(diào)節(jié)偏振器相對(duì)于彼此的定向(即，在熱態(tài)下角度小于90度會(huì)產(chǎn)生 低于100%的吸收)來提高TSAOS設(shè)備的透明度，但是這樣不能提高冷態(tài)下的透明度。在 冷態(tài)下可通過調(diào)整由去偏器提供的偏振光的旋轉(zhuǎn)來提高或降低TSAOS設(shè)備的透明度。也 可通過附加可選特征而為某些應(yīng)用增強(qiáng)TSAOS設(shè)備的功能，該附加可選特征例如抗反射 涂層、半反鏡(部分反射鏡，partialmirror)、低發(fā)射率涂層、聚光鏡片(concentrating lenses)、空隙或真空隙、相變材料、半透明絕熱體，其包括但不限于泡沫玻璃和硅土氣凝膠 (silica aerogel)或其任意組合。各種偏振器類型(包括但不限于功能隨溫度改變的拉伸的聚合物偏振器、液晶偏 振器、鏡面反射(specular)吸收性偏振器、散射吸收性偏振器、熱致偏振器，以及極性旋轉(zhuǎn) 偏振器)可用任意數(shù)量的不同布置組合，從而實(shí)現(xiàn)與本申請(qǐng)中描述的效應(yīng)相似的效應(yīng)，而 不從根本上偏離本發(fā)明的精神。例如，吸收性偏振器可被選擇以使每個(gè)偏振器都具有不同 的偏振性質(zhì)(例如，偏振性質(zhì)可以是相反的，如在不同頻率下的鏡面反射對(duì)漫射，或反射性
盡管關(guān)于TSAOS設(shè)備的能量輸送的最大控制可在吸收的波長(zhǎng)的范圍盡可能大的 時(shí)候發(fā)生，但彩色濾光器層的添加可為美觀或其它原因而改變經(jīng)過TSAOS設(shè)備的光的透射 頻譜(即，顏色)。另外，通過添加一個(gè)或多個(gè)帶阻濾光器從而反射特定波長(zhǎng)的光，可以向 TSAOS設(shè)備的表面添加對(duì)該設(shè)備效率影響最小的反射性“顏色”。獲得的光學(xué)性質(zhì)不與任意 其它建筑物材料的光學(xué)性質(zhì)密切相似。為美觀、熱和光管理或其它原因，可以使用頻譜選擇 性偏振器，該偏振器僅對(duì)特定范圍(或多個(gè)范圍)的波長(zhǎng)進(jìn)行操作，而且可以使用對(duì)于特定 范圍(或多個(gè)范圍)或波長(zhǎng)具有不同偏振效率和吸收性與反射性程度的偏振器。盡管TSAOS設(shè)備的材料和結(jié)構(gòu)可以是剛性的，但為了使TSAOS設(shè)備執(zhí)行在此描述 的功能不需要?jiǎng)傂?。此外，盡管TSAOS設(shè)備的各種組件以附加或直接物理接觸的形式示出 或描述，但是，如果組件是鄰接但物理分離的，TSAOS設(shè)備也可以操作。因此，盡管TSAOS設(shè) 備可實(shí)施為固體(例如，窗戶、玻璃塊、拱肩(spandrel)或可移動(dòng)面板)或固體組(例如， 附于光學(xué)工作臺(tái)的多個(gè)部件)，該設(shè)備也可實(shí)施為柔性物體，例如可應(yīng)用于玻璃窗、拱肩或 玻璃塊建筑物材料的帳篷材料、覆蓋物(blanket)、窗簾或貼花膜。另外，多種可替換材料可用來制造TSAOS設(shè)備，包括金屬、陶瓷、半導(dǎo)體、玻璃、聚 合物、蠟、鹽、納米結(jié)構(gòu)化和微米結(jié)構(gòu)化的光子材料、超材料、液晶、冰、液體，以及蒸汽。該 設(shè)備可包括被設(shè)計(jì)成增強(qiáng)它的絕熱性質(zhì)的特征，該特征包括但不限于例如空隙、真空隙、泡 沫、珠子、纖維墊或氣凝膠。TSAOS設(shè)備也可包括被設(shè)計(jì)成改善熱感測(cè)、響應(yīng)和轉(zhuǎn)換溫度精確 性能力的特征，例如傳導(dǎo)粘合劑、具有大或小的熱質(zhì)量的材料，以及相變材料。另外，TSAOS 設(shè)備可包括被設(shè)計(jì)成改善將熱向外傳導(dǎo)的速率的特征，并且TSAOS設(shè)備可足夠厚和剛性， 從而用作車輛或建筑物墻體的結(jié)構(gòu)組件。TSAOS設(shè)備可被包裹在復(fù)曲面周圍或在復(fù)曲面上 形成，并可用顏色增強(qiáng)美觀，或該設(shè)備可以偽裝以便與常規(guī)建筑物材料更相似。熱變色顏料 可添加到某些表面上，從而在其炎熱或寒冷時(shí)進(jìn)行顯示。添加劑(例如手征性液晶)可包括在熱致去偏器中，從而設(shè)置偏振光的旋轉(zhuǎn)的 優(yōu)選方向。這可提高狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的速度和光學(xué)性質(zhì)。溶劑(例如，Merck的液晶溶劑 ZLI1132)可用作基礎(chǔ)，從而形成液晶混合物。另外，例如，添加劑可包括在去偏器中，從而改 善轉(zhuǎn)換的溫度穩(wěn)定性，或降低去偏器對(duì)特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍的光或能量的敏感性，以降低 對(duì)由UV光引起的分解(breakdown)的化學(xué)敏感性，從而防止某些波長(zhǎng)的光被吸收和防止光 轉(zhuǎn)化為熱，或減輕由于其它部件的分解引起的轉(zhuǎn)換溫度的變化。例如，可引入己烷和三氯甲 烷，以調(diào)整液晶的凝固溫度或降低粘度。機(jī)械增強(qiáng)可添加到重新定向部件，使它們朝向或遠(yuǎn) 離入射光，或改變它們的波長(zhǎng)響應(yīng)或視厚度。各層的精確布置可改變并且(取決于所選擇的材料和波長(zhǎng))不同的層可組合成單 個(gè)層、物體、設(shè)備或材料，而不改變TSAOS設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)和功能。盡管上面的描述含有許 多特性，但這些不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范疇，而應(yīng)解釋為僅提供本發(fā)明的某些實(shí)施例的 說明。存在制作不同材料的并在不同配置下的TSAOS設(shè)備的各種可能。例如，結(jié)構(gòu)可以是 可膨脹的或可以是針對(duì)水下或在外層空間(而不是在標(biāo)準(zhǔn)大氣(例如，大氣壓力))的使用 最優(yōu)化的。另外，TSAOS設(shè)備可加入一個(gè)或多個(gè)附加偏振器(無論是相互平行或旋轉(zhuǎn)以相互 成某個(gè)角度，或者平行于原有兩個(gè)偏振器或旋轉(zhuǎn)與之成某個(gè)角度，)，以便在TSAOS設(shè)備內(nèi)
20的各位置處更改光的偏振態(tài)。偏振角和液晶分子取向的眾多組合可用來產(chǎn)生不同的光學(xué)效 應(yīng)(例如，冷時(shí)的吸收性代替熱時(shí)的吸收性，可透射態(tài)下的不同顏色，等等)。去偏器可采用 向列、扭曲向列、近晶、固體/晶體、盤狀(discotic)、手征性，以及其它物理/分子態(tài)的多 種不同的組合，以及可替換液晶技術(shù)(例如，聚合物穩(wěn)定的膽固醇、聚合物向列、以及具有 或不具有電場(chǎng)的賓主單元(guest-host cell)、有織紋表面(textured surface)、內(nèi)部引導(dǎo) 線、或使部件分子重定向的其它工具。可以制造在冷態(tài)下漫射并在熱態(tài)下鏡面反射的去偏器(以及反向的)，該去偏器 在一個(gè)或兩個(gè)狀態(tài)下為乳白色，與溫度改變不同地改變透射光和吸收光的色平衡，并且在 處于熱態(tài)和冷態(tài)時(shí)相似地具有不同的色平衡。另外，可以使用對(duì)于光的各種偏振(例如，圓 形的、橢圓形的和直線的)中的任何偏振進(jìn)行作用的偏振器。這樣的實(shí)施例被明確要求作 為本發(fā)明的一部分。不影響本發(fā)明的核心原理的眾多其它變更是存在的。例如，去偏器或一個(gè)或多個(gè) 偏振器在性質(zhì)上可以是機(jī)械的，根據(jù)溫度變化而物理地旋轉(zhuǎn)90度(或旋轉(zhuǎn)一些其它量)。 可替換地，熱致去偏器可被設(shè)計(jì)成使它的溫度影響它操作的波長(zhǎng)的范圍，而不是(或另外 地)影響它的去偏能力。例如，由具有非常高的熱膨脹系數(shù)的材料制造的波塊會(huì)具有該性 質(zhì)。該設(shè)備中任意或全部的層可由摻雜的納米結(jié)構(gòu)化或微米結(jié)構(gòu)化的材料構(gòu)成，包括但不 限于常規(guī)光子晶體。將TSAOS設(shè)備用作熱調(diào)節(jié)建筑物材料，可通過謹(jǐn)慎安置該設(shè)備來增強(qiáng)這種使用。 例如，TSAOS設(shè)備可放置在屋子南面的屋檐下，以使設(shè)備在冬天處于全日照下，并且在夏天 太陽(yáng)在天空中較高位置時(shí)受屋檐遮蔽。可替換地，TSAOS設(shè)備可用來取代傳統(tǒng)天窗，或用作 附加在普通玻璃窗或玻璃塊上的嵌板或貼花。在一些情況下，也可需要在熱吸收性材料或 設(shè)備后面放置不透明的吸收能量材料，以使在冷(透明)態(tài)下的熱能吸收最大化。在其它 情況下，也可需要在熱吸收性材料或設(shè)備后面放置反射材料，以使在冷(透明)態(tài)下的熱能 吸收最小化。盡管在此公開的TSAOS設(shè)備可用作建筑物材料，特別是用作暴露于日光的結(jié)構(gòu)的 外層(external skin)，但它也可通過多種其它方式使用。例如，熱吸收性材料或設(shè)備可被 結(jié)合到浴室門中，以使熱水或蒸汽的存在導(dǎo)致該門變得不透明、漫射、半透明或遮護(hù)，確保 使用者的隱私。相似地，咖啡壺可由熱吸收性材料制造，以使熱咖啡在壺中的存在對(duì)于任何 觀察者是明顯的。另外，TSAOS設(shè)備可用來顯示溫度控制的圖像。這樣的圖像(包括文本、線圖、企 業(yè)標(biāo)識(shí)和單色照片)可通過以下方式來實(shí)現(xiàn)以所需圖像的形狀布置熱吸收性材料，或通 過選擇性改變?cè)谔囟▍^(qū)域的熱吸收性材料的溫度響應(yīng)，因此圖像在特定溫度下或在特定溫 度范圍下顯現(xiàn)，或通過操縱液晶定向?qū)踊蚱渌肿佣ㄏ蜻^程以使在特定區(qū)域的材料的熱吸 收響應(yīng)增強(qiáng)或減弱，從而形成圖像，或通過基本上不改變圖像的性質(zhì)和它的基礎(chǔ)技術(shù)的其 它方法。這樣的圖像可包括光學(xué)元件，例如反射鏡、半透明反射鏡(half-mirror)、光柵、柵 格，以及fresnel透鏡，以使熱吸收性材料或設(shè)備在高溫和低溫下展示出明顯不同的光學(xué) 性質(zhì)。盡管已在此示出和描述若干示范性實(shí)施例，但應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于這些特定 配置?？蛇x組件(例如抗反射涂層或膜、透鏡、棱鏡膜，以及直接感光偏振器)可添加或移動(dòng)，從而適應(yīng)特定應(yīng)用或特定制造方法的需要，并且一些實(shí)施例的降級(jí)形式可通過去除或 替換某些部件來產(chǎn)生。盡管本發(fā)明的各種實(shí)施例已在上面通過某種程度的特性來描述，或 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)個(gè)別實(shí)施例來描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)公開的實(shí)施例做出多種修改， 而不背離本發(fā)明的精神或范疇。本申請(qǐng)意指上面描述中包含的和在附圖中示出的全部?jī)?nèi)容僅被解釋為說明特定 實(shí)施例并且不是限制。所有方向參考(例如鄰近的、遠(yuǎn)端的、較高的、較低的、內(nèi)部的、外 部的、向上的、向下的、左、右、側(cè)面的、前、后、頂部的、底部的、上面的、下面的、豎直的、水平 的、順時(shí)針方向的，以及逆時(shí)針方向的)僅用來確定的目的，以輔助讀者理解本發(fā)明，但是 不形成限制，特別是對(duì)本發(fā)明的位置、取向或使用的限制。連接參考(例如附接的、耦接的、 連接的，以及接合的)應(yīng)該被廣泛意義地解釋，并可包括在一系列元件之間具有中間部件 和在元件之間具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，除非另外指出。同樣，連接參考不需要暗指兩個(gè)元件直接連接 并處于相互固定關(guān)系。光的透射、吸收和反射的指定的百分比應(yīng)理解為僅是說明性的而不 能被當(dāng)作限制性的。此外，盡管已根據(jù)操作的特定儀器、配置、部件、系統(tǒng)和方法而描述了本發(fā)明，但閱 讀了本公開的本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，如在此描述的，可對(duì)實(shí)施例和/或它們的操作做 出某些變化或更改而不背離本發(fā)明的精神和范疇。在此公開的各種實(shí)施例、操作、部件和配 置通常是示范性的而不限制范疇。因此，本發(fā)明的正確范疇由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種用于調(diào)節(jié)光和輻射能的透射和吸收的熱控可開關(guān)設(shè)備，包括至少兩個(gè)吸收性偏振器；以及安裝在所述兩個(gè)吸收性偏振器之間的熱致去偏器，其中在第一溫度下，所述設(shè)備吸收第一百分比的入射輻射能，并使第二百分比的所述入射輻射能透射穿過所述設(shè)備；在第二溫度下，所述設(shè)備吸收第三百分比的所述入射輻射能，并使第四百分比的所述入射輻射能透射穿過所述設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述熱致去偏器是低清亮點(diǎn)熱致去偏器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述熱致去偏器在低于閾值溫度時(shí)調(diào)節(jié)入射光的偏振； 在高于所述閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的入射光被所述設(shè)備吸收；以及 在低于所述閾值溫度時(shí)，多達(dá)50%的入射光被所述設(shè)備吸收。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述第一溫度、所述第二溫度和所述閾值溫度在 操作溫度范圍內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中，所述操作溫度范圍是-30攝氏度至85攝氏度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述閾值溫度使得所述熱致去偏器從有序態(tài)轉(zhuǎn) 換為無序態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述閾值溫度在所述操作溫度范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中，所述閾值溫度是低清亮點(diǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)相對(duì)于所述輻 射能的偏振是頻率選擇性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)是漫射偏振器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)是鏡面反射偏振器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)是熱致吸收性偏振器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)是光電吸收性偏振器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述吸收性偏振器中的至少一個(gè)是極性旋轉(zhuǎn)偏 振器。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，在高于閾值溫度時(shí)，所述設(shè)備僅透射0%的入射輻射能，以及 在低于所述閾值溫度時(shí)，所述設(shè)備透射多達(dá)100%的入射輻射能。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備是薄且柔軟的膜的形式。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括透明襯底，所述透明襯底支撐所述至少兩 個(gè)吸收性偏振器中的第一吸收性偏振器、所述至少兩個(gè)吸收性偏振器中的第二吸收性偏振 器、以及所述熱致去偏器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述透明襯底是剛性板。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述透明襯底進(jìn)一步包含長(zhǎng)通濾光器、短通濾 光器或帶通濾光器，并且僅對(duì)某些波長(zhǎng)的輻射能是可透過的。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述設(shè)備結(jié)合到構(gòu)造材料中，以便調(diào)節(jié)進(jìn)入在 建筑物、車輛或其它結(jié)構(gòu)內(nèi)的入射光的流動(dòng)，并調(diào)節(jié)所述建筑物、車輛或其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述構(gòu)造材料是絕緣玻璃單元。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括以下部件中的至少一個(gè)外部反射器或半 反鏡、彩色濾光器、UV或有害輻射濾光器、透明襯底、用于提供絕熱的填充的或中空的空間、 抗反射涂層、傳導(dǎo)或絕緣的粘合劑或?qū)?，從而改善所述設(shè)備、相變材料和低發(fā)射率涂層或設(shè) 備的感溫能力。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一偏振器和所述第二偏振器均限定了透 明區(qū)域并允許未偏振輻射能透射穿過所述設(shè)備。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括電致控制系統(tǒng)，以便在所述閾值溫度下 補(bǔ)充和致動(dòng)所述熱致去偏器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其中，所述電致控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括 控制器；與所述控制器連接的電源；以及 與所述控制器連接的溫度傳感器。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，由所述設(shè)備調(diào)節(jié)的輻射能的波長(zhǎng)范圍包括可見 光、紅外線和紫外線的中的至少一種。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述第一偏振器和所述第二偏振器中的至少一 個(gè)是頻譜選擇性偏振器。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少兩個(gè)吸收性偏振器中的第一吸收性偏 振器和第二吸收性偏振器均具有不同的偏振效率、偏振響應(yīng)中的至少一個(gè)，或者所述第一 吸收性偏振器和所述第二吸收性偏振器在不同頻率上。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少兩個(gè)吸收性偏振器中的第一吸收性偏 振器和第二吸收性偏振器中的每個(gè)在不同頻率上均具有不同的偏振性質(zhì)。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述至少兩個(gè)吸收性偏振器中的第一吸收性偏 振器和第二吸收性偏振器中的每個(gè)均包括多個(gè)偏振器的組合。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述熱致去偏器包含液晶。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述液晶進(jìn)一步包含與所述液晶混合的添加 劑，以影響所述液晶的光學(xué)性質(zhì)中的至少一個(gè)，或影響所述液晶的物理狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換速 度。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，所述添加劑包含與所述液晶混合的第二類液品ο
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中，所述液晶、添加劑，或該兩者被選擇以確定所 述熱致去偏器的凝固溫度與熔化溫度之間的差異、向列轉(zhuǎn)換為各向同性的相變和各向同性 轉(zhuǎn)換為向列的相變的轉(zhuǎn)換溫度、或一對(duì)相變或狀態(tài)變化之間的差異中的一種或多種。
35.根據(jù)權(quán)利要求31所述的設(shè)備，其中，所述添加劑被選擇成改進(jìn)所述設(shè)備對(duì)環(huán)境狀況的機(jī)能響應(yīng)的穩(wěn)定性。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述熱致去偏器基于所述熱致去偏器的頻率依 賴性質(zhì)被設(shè)計(jì)或選擇，所述頻率依賴性質(zhì)與偏振光的旋轉(zhuǎn)有關(guān)，從而影響所述設(shè)備的美觀、 顏色、光，或能量透射、吸收和反射性質(zhì)中的一個(gè)或更多。
37.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，所述透明襯底是剛性板。
38.一種絕緣玻璃單元，包含 第一玻璃板；第二玻璃板；安置在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之間的第一偏振器，所述第一偏振器吸收多 達(dá)50%的入射輻射能并透射未吸收的輻射能的大部分；安置在所述第一玻璃板和所述第二玻璃板之間的第二偏振器；以及 安置在所述第一偏振器和所述第二偏振器之間的熱致去偏器，所述熱致去偏器在低于 閾值溫度時(shí)調(diào)節(jié)入射光的偏振，其中在高于所述閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的入射光被所述設(shè)備吸收， 在低于所述閾值溫度時(shí)，多達(dá)50%的入射光被所述設(shè)備吸收；以及 當(dāng)所述熱致去偏器高于所述閾值溫度時(shí)，所述第二偏振器吸收由所述第一偏振器透射 的輻射能的多達(dá)100%，并在所述熱致去偏器低于所述閾值溫度時(shí)，所述第二偏振器透射由 所述第一偏振器透射的輻射能的多達(dá)100%。
39.一種用于調(diào)節(jié)入射輻射能的吸收的可開關(guān)百葉窗設(shè)備，包括 第一熱致吸收性偏振器；以及第二熱致吸收性偏振器，其中，在高于閾值溫度時(shí)，低至0%的入射輻射能由所述設(shè)備透射；在低于所述閾值溫度時(shí)，多達(dá)50%的所述入射輻射能由所述設(shè)備透射，并且進(jìn)一步其中，在第一溫度下，第一百分比的所述入射輻射能被所述設(shè)備吸收，并且第二百分比的所 述入射輻射能透射穿過所述設(shè)備；以及在第二溫度下，第三百分比的所述入射輻射能被所述設(shè)備吸收，并且第四百分比的所 述入射輻射能透射穿過所述設(shè)備。
40.一種用于調(diào)節(jié)入射輻射能的吸收和透射的方法，包括提供熱控開關(guān)吸收性光學(xué)百葉窗(TSAOS)設(shè)備，所述熱控開關(guān)吸收性光學(xué)百葉窗設(shè)備 包括第一吸收性偏振器、第二吸收性偏振器、以及設(shè)置在所述第一吸收性偏振器和所述第 二吸收性偏振器之間的熱致去偏器，其中，所述第一吸收性偏振器和所述第二吸收性偏振 器被定向成相互交叉；在第一溫度下，從所述TSAOS設(shè)備吸收第一百分比的所述輻射能，并穿過所述TSAOS設(shè) 備透射第二百分比的所述輻射能；以及在第二溫度下，從所述TSAOS設(shè)備吸收第三百分比的所述輻射能，并穿過所述TSAOS設(shè) 備透射第四百分比的所述輻射能。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，在所述第一溫度高于閾值溫度時(shí)，所述第一吸收操作進(jìn)一步包括利用所述第一偏振器4和所述第二偏振器吸收多達(dá)100%的輻射能；以及在所述第二溫度低于所述閾值溫度時(shí)，所述方法進(jìn)一步包括使得在所述第一偏振器和所述第二偏振器之間透射的所述輻射能的一部分被去偏振；使多達(dá)50%的所述輻射能透射穿過所述TSAOS設(shè)備；以及 吸收多達(dá)50%的所述輻射能。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，進(jìn)一步包括將與所述第二偏振器交叉的所述第一偏 振器定向在非正交方向上，以增加所述入射輻射能的透射。
43.一種用于調(diào)節(jié)輻射能的吸收和透射的方法，包括將第一吸收性熱致偏振器定向成與第二吸收性熱致偏振器交叉； 在高于閾值溫度時(shí)，用所述第一熱致偏振器和第二熱致偏振器吸收多達(dá)100%的入射 輻射能；以及在低于所述閾值溫度時(shí)，透射多達(dá)100 %的所述入射輻射能，所述第一熱致偏振器和第 二熱致偏振器在低于所述閾值溫度時(shí)停止偏振。
44.一種用于調(diào)節(jié)輻射能的吸收和透射的方法，包括 將吸收性偏振器定向成與極性旋轉(zhuǎn)偏振器交叉；將熱致去偏器設(shè)置在所述偏振器與所述極性旋轉(zhuǎn)偏振器之間； 在所述熱致去偏器高于閾值溫度時(shí)，利用所述吸收性偏振器和所述極性旋轉(zhuǎn)偏振器吸 收多達(dá)100%的入射輻射能；以及在低于閾值溫度時(shí)，多達(dá)100%的所述入射輻射能透射穿過所述吸收性偏振器、熱致去 偏器和所述極性旋轉(zhuǎn)偏振器。
45.一種用于顯示圖像的方法，包括在表面上以所需圖像的形狀布置熱吸收性材料或設(shè)備；以及在高于特定閾值溫度或溫度范圍時(shí)，從所述熱吸收性材料反射入射光，其中，所述圖像 變得可見。
46.根據(jù)權(quán)利要求44所述的用于顯示圖像的方法，其中，布置熱吸收性材料或設(shè)備進(jìn) 一步包括移除所述區(qū)域中的所述熱吸收性材料以形成圖像區(qū)域。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括將反射性光學(xué)元件結(jié)合到所述熱吸收性材料中；以及當(dāng)所述熱吸收?qǐng)D像被激活時(shí)，改 變所述熱吸收性材料的光學(xué)響應(yīng)。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括，使得去偏器在所述熱吸收性材料中具 有空間依賴的旋轉(zhuǎn)角。
49.根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，進(jìn)一步包括，使得一個(gè)或多個(gè)偏振器在所述熱吸收 性材料中具有空間依賴的偏振效率。
50.一種用于調(diào)節(jié)建筑物、車輛或其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度的方法，所述方法包括 將所述熱吸收性材料放置在結(jié)構(gòu)的外部上；以及將所述熱吸收性材料的溫度響應(yīng)反向，由此所述熱吸收性材料在低溫下主要吸收入射 輻射能，而在高溫下對(duì)于入射輻射能相對(duì)更透明，相對(duì)更能吸收入射輻射能，或兩種情況皆有。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，進(jìn)一步包括，將所述熱吸收性材料布置在所述結(jié)構(gòu) 上，以便在低溫下或在冬季接受最多的入射輻射能，并在高溫下或夏季接受最少的入射輻 射能。
全文摘要
本發(fā)明披露一種熱控開關(guān)吸收性百葉窗(100)，其可以是自調(diào)節(jié)的“可開關(guān)吸收器”設(shè)備，當(dāng)高于閾值溫度時(shí)，該設(shè)備可以吸收大約100％的入射光，當(dāng)?shù)陀陂撝禍囟葧r(shí)，可以吸收大約50％的入射光。百葉窗(100)可形成如下在所述兩個(gè)吸收性偏振器(101、103)之間的安裝熱致去偏器(102)。對(duì)于輻射能的這種控制的發(fā)生可以不取決于百葉窗設(shè)備(100)的傳導(dǎo)性和絕緣性，可以保持入射可見光的圖像和色彩性質(zhì)，也可以不保持。其能量效率暗示，在無需外部電源或操作者信號(hào)的情況下，其能夠用于調(diào)節(jié)建筑物，車輛或其他結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度和照明。由于百葉窗設(shè)備(100)還具有美學(xué)上的影響。另外，百葉窗設(shè)備(100)可以用作建筑物材料。
文檔編號(hào)G02B5/30GK101910891SQ200880124576
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者威爾·麥卡錫, 理查德·M·鮑爾斯 申請(qǐng)人:雷文布里克有限責(zé)任公司