Тонировка с функцией регулировки затемнения

Полезная модель относится к светозащитному устройству окна фасада здания/сооружения или транспортного средства, в частности к светопрозрачной конструкции окна/стеклопакета, и может быть использована для остекления любых типов окон и дверей в фасадах зданий и сооружений, а также в автомобилестроении.
Известно устройство светозащиты окна, содержащее тонкие, прозрачные стенки из листового стекла или подобного материала, отделенные друг от друга небольшим зазором, который заполнен суспензией, содержащей мелкие частицы, и источник энергии с проводами (GB 1385505, 26.02.1975).
Недостатком данного устройства низкая эффективность по регулировке уровня затемнения, яркости, сложность в эксплуатации и наличие «зеркального эффекта».
Техническая проблема, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в необходимости расширения арсенала устройства светозащиты окна, параметры, характеристики которого обеспечивают расширение функциональных возможностей за счет регулировки уровня затемнения, обеспечения контроля количества света, проходящего сквозь окна, и устранение «зеркального эффекта».
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении эксплуатационных характеристик устройства светозащиты окна за счет регулировка уровня/степени затемнения, яркости и устранения бликов.
Указанный технический результат в устройстве светозащиты окна, содержащем стекла, прозрачные электроды, нанесенные на внутреннюю поверхность каждого стекла для образования пары и подключенные к источнику питания, и жидкокристаллический слой, расположенный между прозрачными электродами, достигается тем, что между стеклом и прозрачным электродом расположен фильтр, при этом в одной паре он является горизонтальным, а в другом - вертикальным, причем один из прозрачных электродов соединен с источником питания через реостат.
Горизонтальный фильтр представляет собой поляризатор, пропускающий только горизонтально ориентированный свет.
Вертикальный фильтр представляет собой поляризатор, пропускающий только вертикально ориентированный свет.
Источник питания выполнен автономным (могут питаться от бортовой сети - например, автомобилей) или сетевым (при питании от сети используются специальные источники вторичного электропитания - сетевые адаптеры. Они могут быть встроенными в корпус питаемых устройств или выполняться в виде отдельных устройств).
Прозрачные электроды выполнены сплошными и содержат прозрачный проводящий слой, причем для электродов можно использовать любой тип прозрачных проводящих пленок, например, пленка In2O3 (ITO - Indium Tin Oxide).
Данное конструктивное выполнение устройства (модуля) светозащиты окна обеспечивает возможность регулировки уровня/степени затемнения, яркости и устраняет блики, что повышает эксплуатационные характеристики (улучшает технические характеристики устройства светозащиты окна) и расширяет область применения заявленной полезной модели в остеклении любых типов окон и дверей в строительной области и автомобилестроении.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображен общий вид устройства светозащиты окна.
Устройство светозащиты окна представляет собой слоистую структуру, заключенную в металлический каркас по периметру, и может быть выполнено в виде триплекса. Устройство светозащиты окна содержит стекла 1 с нанесенными на них изнутри сплошными прозрачными электродами 2, подключенными к источнику питания 7.
Прозрачный электрод 2 представляет собой пленку-проводник (токопроводящий слой). Между прозрачными электродами 2 размещен жидкокристаллический слой 5, представляющий собой жидкокристаллическую матрицу (ЖК-матрицу, TN-матрицу (Twist Nematic)) из полимера с жидкими кристаллами, например PDLC или LCD.
Один из прозрачных электродов 2 подключен к источнику питания 7 через реостат 6.
Прозрачный электрод 2 вместе со стеклом 1 образуют пару (электрод-стекло), в каждой такой паре между стеклом 1 и электродом 2 размещен фильтр с определенным угол поляризации.
В одной из пар «стекло-электрод» размещен горизонтальный фильтр 3 (поляризатор, пропускающий только горизонтально ориентированный свет), в другой паре «стекло-электрод» расположен вертикальный фильтр 4 (поляризатор, пропускающий только вертикально ориентированный свет). Таким образом, устанавливаются фильтры, имеющие перпендикулярные углы поляризации для поглощения света, то есть направление оси поляризации последующего фильтра расположено под прямым углом к оси поляризации предыдущего фильтра.
Если бы жидких кристаллов между фильтрами не было, то свет, пропускаемый первым фильтром, практически полностью блокировался бы вторым фильтром.
В основе работы устройства лежит принцип поляризации света на основе двух фильтров (светофильтров) и жидких кристаллов.
Жидкокристаллический слой, представляющий собой жидкокристаллическую матрицу, относится к пассивному типу индикатора, который модулирует внешний световой поток под действием электрического поля или тока. Работа жидкокристаллической матрицы основана на использовании эффекта вращения плоскости поляризации света слоем закрученного наматического ЖК-материала (твист-эффект).
2
3
Поверхность электродов, контактирующая с жидкими кристаллами, специально обработана для изначальной ориентации молекул в одном направлении и представляет собой пленку-проводник (прозрачный проводящий слой), на внутренней стороне которой нанесен рисунок электродов адресации и в качестве которого может быть использована пленка InО (ITO - Indium Tin Oxide). В качестве основы (подложек) прозрачных электродов может быть использована стеклянная пластина толщиной до 1 мм. В TN-матрице указанные направления взаимно перпендикулярны, поэтому молекулы в отсутствие напряжения выстраиваются в винтовую (спиралевидную) структуру из молекул ЖК-материала. Эта структура преломляет свет таким образом, что до второго фильтра плоскость его поляризации поворачивается и через него свет проходит уже без потерь. То есть поток света проходит через горизонтальный фильтр (первый фильтр/поляроид), при этом часть светового потока, не имеющего азимутальной поляризации, теряется на упомянутом фильтре, а остальной поток, уже поляризованного света, проходит через слой ЖК-материала, поворачивает плоскость поляризации на 90° и ориентация плоскости поляризации этого потока теперь совпадает с плоскостью поляризации вертикального фильтра (второго фильтра/поляроида), и поток проходит через него почти без потерь. Если не считать поглощения первым фильтром половины неполяризованного света, ячейку можно считать прозрачной.
Если же к электродам приложено напряжение, то молекулы стремятся выстроиться в направлении электрического поля, что искажает винтовую структуру (спиралевидная структура в слое ЖК-материала разрушается и теряет свойства двулучепреломления). При этом силы упругости противодействуют этому, и при отключении напряжения молекулы возвращаются в исходное положение. При достаточной величине поля практически все молекулы становятся параллельны, что приводит к непрозрачности структуры. Таким образом, проходящий через жидкокристаллический слой поток света не изменяет плоскость поляризации и почти полностью поглощается в вертикальном (втором) фильтре, плоскость поляризации которого смещена на 90° по отношению к плоскости поляризации светового потока.
Наличие в устройстве реостата позволяет регулировать силу тока, от которой пропорционально зависит и сила магнитного поля, которое в свою очередь влияет на положение в пространстве жидких кристаллов (ЖК). Варьируя напряжение, можно управлять степенью прозрачности (меняется проникновение световой волны от 0% до 100%).
Если постоянное напряжение приложено в течение долгого времени, жидкокристаллическая структура может деградировать из-за миграции, ионов. Для решения этой проблемы применяется переменный ток или изменение полярности поля при каждой адресации ячейки (так как изменение прозрачности происходит при включении тока, вне зависимости от его полярности).
Во всей матрице можно управлять каждой из ячеек индивидуально, но при увеличении их количества это становится трудновыполнимо, так как растет число требуемых электродов. Поэтому практически везде применяется адресация по строкам и столбцам.
Таким образом, устройство дополнительно может состоять из высокоточной электроники, обрабатывающей входной сигнал напряжения, ЖК-матрицы (монохромной или полихромной), источника (блока) питания и корпуса с элементами управления.
Полезная модель может быть выполнена как одной ячейкой, так и в виде сочетании множества ячеек.