[发明专利]温度活化的光学薄膜

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2008年5月19日提交的题为“温度活化的光学薄膜”(“Temperature Activated Optical Films，”)的美国申请第12/152,969号的优先权，该美国申请要求2007年5月18日提交的题为“温度活化的光学薄膜”的美国临时申请第60/930,894号的优先权，本文通过引用引入上述专利申请的内容。

技术领域

本发明一般地涉及一种选择性地反射预定波长的电磁辐射的多层介电(dielectric)光学结构。更具体地，本发明涉及其光学性质的变化受温度激活的光学结构。

发明背景

出于自然采光的目的以及美学方面的原因，玻璃窗广泛地用于住宅和商业建筑物。然而，因为玻璃窗通常是一种薄而透明的分隔内部(例如办公室空间)与外部环境的屏障，它们可以很容易地通过两个途径与外界环境交换热量：由于空气热运动产生的直接热交换和电磁辐射的传递。降低由于内部和外部环境之间的热运动产生的直接热交换一般总是优选的。对于电磁辐射，就热交换而言存在两个重要的因素：由于接近室温的物体的黑体辐射产生的长波长辐射及太阳电磁辐射。类似于由于热运动产生的热交换，由接近室温的物体产生的黑体辐射的传递一般不是优选的，因为它们由于在较寒冷的天气对室内造成热损失(向较寒冷的环境)，而在较热的天气由较热的外部环境加热室内。但是，太阳辐射的加热是不同的方式。虽然一般情况下优选可见光透过窗户到达室内，但是太阳辐射的近红外光谱或太阳光谱的热成分只有在较寒冷的日子时是需要的，而在炎热夏季，非常希望排除太阳热量。

为了减少由于热运动产生的热交换，经常使用具有空气间隙或惰性气体填充的间隙的双层窗格玻璃窗或三层窗格玻璃窗。然而，这些窗户不会减少或增加太阳热量的获得，因为它们只吸收或反射可见光和红外范围内的非常少的和固定量的电磁辐射，这基本上是纯粹由于菲涅尔反射。

用于减少电磁辐射透过玻璃窗的传递的现有技术包括涂覆一层或多层非常薄的材料(例如银和氮化银层)的技术，其对于大约10μm？的电磁辐射波长性能接近于金属镜。这种涂覆的窗户一般被称为低e或低辐射的窗户，并将长波长的电磁辐射反射回环境或建筑物的内部。这种涂料在所有温度下增加窗户的隔热性能。

近红外辐射的选择性反射和吸收是一种取得巨大商业成功的成熟技术。一个例子是由PPG Industries，Inc生产的Solarban 70XL涂料。这种涂料在寒冷和温暖的日子中都恒定地阻止大部分近红外和部分阻止可见光。

然而，需要有具有以下特性的窗户或薄膜：高可见光透射率；温度低时的高红外辐射透射率；当温度达到一定水平时向高红外辐射反射的转变；转变温度在室温范围；转变根据温度是自动的；该窗户或薄膜可以经济地大量生产且是无毒的。

背景技术-现有技术

属于Ploke的美国专利第3,279,327号公开了选择性反射红外辐射并同时允许可见光通过干涉而透过的多层光学滤波器。

属于Rancourt等人的美国专利第4,229,066号公开了在红外波长进行反射而在较短的波长下进行透射的多层堆叠组件(stack)。该堆叠组件由多个高和低折射率材料的层形成，交替层由高折射率的材料形成和其他层由低折射率的材料形成。

属于Alfrey等人的美国专利第3,711,176号公开了折射率充分不匹配的聚合物的多层薄膜，这些多层薄膜造成光的相长干涉(constructive interference)。这导致该薄膜透射某些波长的光通过薄膜而反射其他波长。

属于Mitchell的美国专利第3,790,250号公开了一个系统，其中，光吸收半导体的导电率随温度变化，而光吸收或衰减水平反向地受到温度控制。该公开的系统在80℃时显示大约80％的光吸收，而在室温下该吸收降低到大约15％。该系统对于本申请是不可用的，因为它的温度依赖性在大的温度范围内缓慢地变化。

属于Chahroudi的美国专利第4,307,942号公开了太阳光控制系统，其中由多孔层组成的各种结构根据温度吸收溶剂或排斥溶剂，且该结构将其光学性质由在低温下对于太阳辐射透明转变为反射预定波长的太阳辐射金属表面或介质镜(dielectric mirror)。除了任何性能问题外，在实现这种装置中的显著困难是必须具有大的储库以容纳这些溶剂。