CN101515101A - 电致变色系统、窗户系统及相应的结构、飞机和调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电致变色系统、窗户系统及相应的结构、飞机和调整方法。该电致变色系统包括：多个电致变色装置；多个控制模块，每个所述控制模块可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地调整电场以激活和去激活所述装置；以及至少一个主控制器，可工作地耦合到所述装置并设成同时调整选定的一组装置的电场以激活和去激活所述一组装置。

Description

电致变色系统、窗户系统及相应的结构、飞机和调整方法

本申请是申请日为2005年2月25日、申请号为200580015123.1(国际申请号为PCT/US2005/006149)的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本专利申请涉及：在2004年10月27日提交的、代理人文档号为BING-1-11085、标题为“Multi-color Electrochromic Apparatus and Methods”的美国专利申请第10/974251号；在2004年10月27日提交的、代理人文档号为BING-1-11086、标题为“Low Vapor Pressure for Electrochromic Devices”的美国专利申请第10/974088号；在2004年10月27日提交的、代理人文档号为BING-1-11087、标题为“Dimming Control System for an Array ofElectrochromic Devices”的美国专利申请第10/974240号；以及在2004年6月8日授给Xu等人的标题为“Electrochromic Organic Polymer Syntheses andDevices Utilizing Electrochromic Organic Polymers”的美国专利第6747780号，这些专利申请或专利在此引用作为参考。

优先权

本非临时专利申请主张2004年3月12日提交的美国临时专利申请第60/552453号、2004年3月12日提交的美国临时专利申请第60/552589号、以及2004年3月12日提交的美国临时专利申请第60/552606号的优先权，这些临时专利申请在此引用作为参考。

技术领域

本发明通常涉及用于电致变色装置的设备与方法，更具体地涉及能够显示一种以上色素的电致变色装置、用于电致变色装置的电解质、以及用于调光或以其他方式控制电致变色装置阵列的设备和方法。

背景技术

电致变色装置经常被用做响应于所施加的电场或电流而改变颜色密度或不透明程度的窗户、遮罩、隔断、镜面或电致变色显示器。这种电致变色装置典型地为多层组件。电致变色装置的外层通常是光学透明(即，对于可见光谱的波长或其他预期波长的光线基本上是透明的)的电极。至少一个电致变色层夹在这些电极之间。该层能够响应于所施加的电场或电流的变化而改变其颜色或不透明程度，从而产生视觉效果。电致变色层通常是电致变色材料的有机聚合物膜或无机薄膜。当电压施加在外部导体之间时，电解质中的离子典型地朝电致变色层移动，从而导致电致变色材料改变颜色状态。电压反向则使离子远离电致变色层，使该装置恢复到先前的状态。

电解质经常在电致变色装置中用于充当激活电致变色层的离子的存储器，并且/或者在分离的离子存储材料或反电极与电致变色层之间提供输运离子的介质。诸如高氯酸锂(LiClO₄)或三氟磺酰亚胺(trifluorosulfonimide)锂盐(LiN(CF₃SO₂)₂)可用于提供激活和去激活电致变色层的离子。该盐通常在电解质的溶剂中离解，释放用于激活电致变色层的离子。

凝胶电解质在电致变色装置中经常是优选的，因为与液体相比更不易泄漏且在尺寸上更加稳定。可用于优选的电致变色装置的一种凝胶电解质包括特别是由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的固态聚合物基体。

电解质理想地具有高的离子导电性，允许离子在电解质内移动，同时具有相对低的电学导电性，使得电致变色装置不会短路。现有技术中用于电致变色装置的电解质的溶剂包括氰化甲烷与/或碳酸次乙酯。然而，用于电致变色装置的许多溶剂具有较高的蒸气压且相对容易挥发，因此会蒸发，并且/或者不稳定，具有较高的易燃性，并且/或者具有更大的毒性。电解质中溶剂的蒸发会改变电解质成分并使电致变色装置的功能退化。

典型地，电致变色装置在电致变色层被激活时呈现可见光谱内的单种颜色，否则是透明的。这种单色电致变色装置在电致变色层被激活时无法产生多色显示标识、建筑图案或图像。

尽管客舱内飞机窗户的下拉遮罩看似简单，但将其集成到飞机的机制复杂，且相对于正出现的其他备选而言，其安装和维修的劳力较高。在开关控制电源信号时变暗的电致变色(EC)装置提供了更低的初始成本与生命周期成本的希望。

发明内容

本发明提供了用于多色电致变色装置的设备和方法。在多色电致变色装置的一个实施方案中，第一颜色电致变色材料的像素(即色素)被布置在第一区域内，并替代第二区域内的第二颜色电致变色材料的像素，从而在衬底上定义第一和第二颜色的二维图案。当所施加的电场或者供给到各个像素的电流改变时，各个像素内的色素产生其各自的颜色或者由于像素排列所致的混和颜色。对于窗户遮罩用途，例如，电致变色材料通常切换于基本上阻挡可见光透射的着色状态以及透射可见光的光学透明状态之间。在透明状态下，可以透过电致变色装置观察到衬底内的信息或衬底后面的对象。根据本发明另一个方面，该电致变色装置在电致变色材料被激活时可形成设计、图案、标识或图像。在本发明又一个方面中，当对衬底施加多种颜色时，衬底被掩蔽或未被掩蔽以产生多色电致变色显示器。

本发明还提供了用于电致变色装置的电解质，该电解质包含γ-丁内酯(伽马丁内酯或GBL)。该电解质可进一步包含聚甲基丙烯酸甲酯。该电解质可进一步包含盐，例如包括高氯酸锂与/或三氟磺酰亚胺的盐。根据局本发明的另外方面，该电解质可包含碳酸丙二酯。

本发明进一步提供了用于EC阵列控制系统的系统和方法，包括用于调光或以其他方式控制商用客机窗户的控制系统。在一个实施方案中，窗户系统包含多个透明的窗户、多个电致变色装置、多个控制模块、以及主控制器。各个透明窗户具有与其可工作地关联的电致变色装置。控制模块可工作地耦合到各个电致变色装置，并设成可控地调整电场，从而激活和去激活电致变色装置。最后，该主控制器可工作地耦合到多个控制模块，并设成同时调整多个电致变色装置的电场，从而一致地激活和去激活多个电致变色装置。在一个具体实施方案中，根据本发明的窗户调光控制系统可有利地被并入客机已有的客舱服务系统。

附图说明

在下文中参考附图详细地描述本发明的优选及备选实施方案。

图1为包含电致变色装置的飞机窗户的分解等距视图。

图2A为包含用做客舱隔断的多色电致变色装置(示成未激活的透明状态)的飞机内部的透视图。

图2B为包含正显示标识的多色电致变色装置(示成激活的着色状态)的飞机内部的透视图。

图3A为包含作为示例的处于去激活状态的γ-丁内酯(伽马丁内酯或GBL)电解质的示范性电致变色装置。

图3B为包含作为示例的处于激活状态的GBL电解质的示范性电致变色装置。

图4A为电致变色层处于去激活状态时，该电致变色层与示范性GBL电解质之间的示范性界面的放大视图。

图4B为电致变色层处于激活状态时，该电致变色层与示范性GBL电解质之间的示范性界面的放大视图。

图5为示范性凝胶电解质的离子电导率随时间变化的曲线图。

图6为包含示范性GBL电解质的示范性电致变色飞机窗户的剖面图。

图7为呈现图案的示范性多色电致变色面板的平面视图。

图7A为图7的电致变色面板剖面的放大视图，示出了多色电致变色层的示范性互相交替的像素。

图8为示范性多色电致变色装置的剖面图。

图9为在衬底上沉积多色电致变色层的剖面图。

图10为包含正呈现图案的多色电致变色装置(示成处于激活的着色状态)的飞机内部的透视图。

图11为窗户调光系统的示意性视图。

图12为备选的窗户调光系统的示意性视图。

图13为根据本发明备选实施方案的飞机的侧视图。

图14示出了包含本发明实施方案的典型客机平面布置图的俯视图。

图15A示出了包含本发明实施方案的客机剖面的端部剖面视图。

图15B示出了与图15A相似的备选客机剖面的端部剖面视图。

图16为包含电致变色装置的窗户组件的前视图。

图17为图16的窗户组件的分解等距视图。

图18为图16的窗户组件的局部剖面视图。

图19为含有电致变色装置的另一个窗户组件的分解等距视图。

具体实施方式

本发明涉及电致变色装置。在下述详细描述以及图1至19中列出了本发明特定实施方案的许多具体细节，以提供对这些实施方案的彻底理解。然而，本领域技术人员将理解，本发明可具有附加的实施方案，而且可以不采用下述描述中的诸多细节实践本发明。

本发明的实施方案可包含具有γ-丁内酯(伽马丁内酯或GBL)的电解质以用于电致变色面板。在一个实施方案中，GBL电解质呈现高的离子导电性、高的透光性以及随时间和温度的稳定性。这些特征对于例如飞机应用是有用的，例如飞机窗户的电致变色遮罩，替代手拉式窗帘。

本申请引用包含下述文献：2004年6月8日授予Xu等的美国专利第6,747,78 0B2号，Electrochromic Organic Polymer Synthesis and Devices usingElectrochromic Organic Polymer；Xu，C.，Liu，L.，Legniski，S.，Le Guilly，M.，Taya，M.，Weidner，A.，Enhanced Smart Window Based on ElectrochromicPolymers，Smart Structures and Materials 2003：Electroactive Polymer Actuatorsand Devices(EAPAD)，由Bar-Cohen，Y.编辑的Proceedings of the SPIE，Volume 5051，pp.404-411(July，2003)(下文中称为“参考A”)；Xu，C.，Liu，L.，Legniski，S.，Le Guilly，M.，Taya，M，Gel Electrolyte Candidates forElectrochromic Device(ECD)，Smart Structures and materials 2004：Electroactive Polymer Actuators and Devices(EAPAD)，由Bar-Cohen，Y.，编辑的Proceedings of the SPIE，Volume 5385，pp.319-325(July，2004)(下文中称为“参考B”)；以及Liu，L.，Xu，C.，Legniski，S.，Ning，D.，M.，Taya，M，Design ofSmart Window based on Electrochromic Polymers：New Derivatives of3，4-alkylenedioxythiophene，Electroactive Polymer Actuators and Devices(EAPAD)，由Bar-Cohen，Y.，编辑的Proceedings of the SPIE，Volume 5385，pp.454-460(July，2004)(下文中称为“参考C”)。

图1为根据本发明实施方案用做飞机窗户遮罩5的示范性电致变色装置的分解视图。使用密封30将结构窗户40安装在飞机机身壁60内。结构窗户40内侧为安全备用板20。电致变色遮罩10保持在安全备用板20与围绕飞机内部上窗户的飞机内部窗户造型50之间的恰当位置。电致变色遮罩10在被激活时改变其颜色和/或不透明状态，通过控制自飞机外部的光线的进入而典型地使飞机内部变暗或变亮。

参考图2A，根据本发明实施方案的多色电致变色面板210被示为置成客机内部200内客舱隔断220的一部分。在图2A中，面板210示为处于未激活状态，这种状态下面板210基本上是透明的，允许透过面板210观察。多色电致变色面板210由客舱隔断220支撑并形成客舱隔断220的一部分，该客舱隔断220将客舱的不同分段相互隔开。当电致变色显示器210为如图2A所示的基本上透明时，可透过隔断220进行观察。在交通应用中，例如出于装载和卸载目的、调整或安全原因而需要透过隔断220的观察。

在一些实施方案中，控制面板可被编程以改变电致变色显示器210的不透明度，从而基于白天的时间、飞行状态(起飞、着陆等)或其他标准而改变环境。或者，电致变色显示器210可被编程，从而在客舱内检测到足够数量的亮度水平时改变状态。车辆或任何其他环境中的示范性显示器210因此可以随着时间、在特定时间或者在特定事件期间而改变。显示器210因此可调整飞机或任何其他车辆或建筑环境的内部200中的自然光照。除了形成隔断220之外，显示器210还可以与窗户结合使用。

图2B示出了类似图2A的客机客舱内部300。多个电致变色面板310的一个实施方案被安装在客舱内部300内作为客舱隔断320的一部分。在图2B中，面板310被示成呈现多色标识330的激活状态。在激活状态中，面板310显示标识330，乘客无法透过面板310观察，因此从视觉上分隔了客舱。在未激活状态中，如图2A所示方式，多色标识330消失且面板310变透明。

图3A示出了根据本发明实施方案处于去激活状态461的示范性电致变色装置405的剖面。装置405包含第一透明电极410和第二透明电极440。电致变色层420置于第一电极410与第二电极440之间并毗邻第一电极410。本示例中的电致变色层420在处于被还原状态时改变颜色或变暗。示范性而非限制性地，这些电致变色层可包含诸如聚[3，3-二甲基-3，4-二氢-2H-噻吩酮[3，4-b][1，4]二氧杂环庚二烯(dioxepine)](PProDOT-(CH₃)₂)的聚合物膜。

如图3A进一步所示，包含γ-丁内酯(伽马丁内酯或GBL)凝胶电解质(GBL电解质)431一实施方案的电解质层430被置于电致变色层420与第二电解质440之间。GBL电解质431可包含GBL与盐，其中通过施加电场，该盐在离解时激活电致变色层420。GBL(C₄H₆O₂)是基本上无色的环酯，具有相对低的蒸气压，可以用做该盐的溶剂。根据预期的应用，电解质层430中可恰当地包含其他已知的电解质。

对电致变色层420及GBL电解质431施加电场(未示出)，以激活和去激活电致变色层420。在本实施方案中，由连接到第一电极410与第二电极440的电源460提供该电场。第一电极410和第二电极440可恰当地包含涂覆了氧化铟锡(ITO)以形成透明薄层电极的玻璃、丙烯酸或聚碳酸酯。其他透明材料、其他电极材料、以及包含小尺寸印刷电路栅格的其他配置可恰当地替代涂覆了ITO的透明电极。在图3A中，第一电极410连接到电压源460的正极，第二电极440连接到电压源460的负极。参考图4A和4B的进一步描述的，在本配置中，对第一电极410施加正电荷，电致变色层420变为去激活并基本上透明。第一电极410、第二电极440以及GBL电解质431也是基本上透明的，因此电致变色装置405在这种状态下整体上基本透明。

术语透明或无色不应限制于指完全透明(即100％透光)或完全无色，而应理解成包含部分或不完全透光或基本上半透明的情形。术语透明或无色包括在可见颜色的光频率内基本上是光学清晰或透光的，例如普通玻璃，或者具有透射可见光的性能(或根据需要的其他预期频率)使得另一边的对象是可见的。

在图3B中，图3A的电致变色装置405被连接到反向的电源462。反向电源462的负极连接到第一电极410，反向电源462的正极连接到第二电极440。在这种配置中，电致变色层420改变为激活状态463，显著变暗，并因此不再是基本上透明的。参考图4A与4B所述，由反向电源462提供的反向电场(未示出)从GBL电解质431抽取正离子(未示出)，使其与电致变色层420相互作用，从而激活电致变色层420。在许多电致变色装置中，无需维持该电场或反向电场以维持该装置的颜色或透明度，只需改变颜色状态或透明度即可。

图4A与4B为诸如图3A与3B中电致变色层420与具有GBL凝胶电解质431(GBL电解质)之间的示范性界面的放大示意图，其中电致变色层420在图4A处于其第一工作状态461，在图4B处于第二工作状态463。在本实施方案中，GBL电解质431包含在具有GBL的电解质430中离解成为高氯酸离子433与锂离子435的高氯酸锂盐。GBL作为将高氯酸锂盐离解成其组成离子的溶剂。如图4A所示，但缺不希望受到理论限制，存在电场时，使正极465毗邻界面400的电致变色层420侧并位于其外部，负极467毗邻界面400的GBL电解质431侧并位于其外部，GBL电解质431中的高氯酸离子433被吸引朝向电致变色层420。这允许电致变色层420获得或维持氧化状态，因此获得或维持基本上透明或未激活状态。或者，GBL电解质431中的锂离子435被抽取远离电致变色层420(朝向负极467)，因此不激活电致变色层420。

在图4B中，电场与图4A相反。负极467毗邻电致变色层420并位于其外部，正极465毗邻GBL电解质431并位于其外部。在该配置中，且同样不希望受到理论上的限制，界面420使锂离子435被吸引朝向电致变色层420或朝向电场的负极467，激活电致变色层420，改变其颜色状态，在该情形中使其显著变暗。当电致变色层420形成或毗邻电场的阴极或负极时被激活(本示例中处于还原状态)，则该电致变色层420为阴极电致变色层。电致变色层也可以是阳极的，因此在其形成或毗邻所施加的电场的阳极或正极时被激活。本发明的GBL电解质431既可与阴极电致变色层又可与阳极电致变色层一起使用。

GBL电解质431有利地离解和承载锂离子435及高氯酸离子433，同时和其他电解质相比具有相对低的蒸气压、相对低的毒性以及低的可燃性。GBL电解质431中的GBL充当溶剂，离解高氯酸锂、三氟磺酰亚胺锂、其他合适的盐或其混合物，从而允许离子激活该电致变色层。凝胶GBL电解质431包含有效数量的聚甲基丙烯酸甲酯或其他合适的无色胶凝剂。GBL还可以与一种或多种附加的溶剂混合，例如碳酸次乙酯、碳酸丙二酯、其他分子量更大的环酯、或者基本上无色、相对无毒性并具有较低挥发性的其他合适化合物。

示范性但非限制性地，碳酸丙二酯作为第二溶剂可与GBL被恰当地混合到具有GBL的电解质130中。在另一个实施方案中，合适的具有GBL的电解质130包括重量比约70％的GBL、重量比约20％的碳酸次乙酯、重量比约3％的高氯酸锂、以及重量比约7％的聚甲基丙烯酸甲酯。本实施方案的这些成分的重量百分比可以变化并仍然保持功能。在一些实施方案中，碳酸丙二酯百分比可减小到几乎为0％，导致挥发性降低，但是通常成本变高，因为GBL通常比碳酸丙二酯昂贵。或者，碳酸丙二酯的重量百分比也可以增大到超过20％并同时维持功能，但挥发性增大。额外数量的高氯酸锂可提供多于电致变色反应所使用的额外离子，但通常不会在其他方面影响功能。非常小重量百分比的高氯酸锂会减小电致变色层中的颜色变化。在备选实施方案中，例如，可以使用重量比约3％的三氟磺酰亚胺盐替代或补充高氯酸锂。

聚甲基丙烯酸甲酯的重量百分比也可以改变，影响具有GBL的电解质130的粘度，但不会在其他方面影响电解质的功能。一些电致变色装置使用含少量凝胶材料或聚甲基丙烯酸甲酯的基本上为液体的电解质。非常大量的聚甲基丙烯酸甲酯会导致电致变色装置中的浑浊。

GBL在20℃下蒸气压约为1.5mmHg。与诸如在20℃下蒸气压为72.8mmHg的氰化甲烷(ACN)的更高蒸气压溶剂相比，GBL恰当地具有更低的从电致变色装置扩散和蒸发的速率。GBL恰当地呈现高的离子导电性、高的透光性、以及随时间和温度的稳定性。GBL的低粘度提供了离子化环境，这有助于用于激活和去激活电致变色层的高离子迁移率。在具有GBL的电解质130的一个示范性实施方案中，使用了电子级的GBL，并在分子筛上干燥该GBL以除去任何残留的水。

GBL可恰当地具有高的离子导电性，形成有助于离子运动的低激活能。包含GBL、碳酸丙二酯、高氯酸锂和聚甲基丙烯酸甲酯的示范性凝胶电解质的激活能约为9.7kJ/mol。比较而言，ACN作为电解质时激活能为83kJ/mol。

如图5所示，示范性的具有GBL的电解质随时间变化呈现稳定的相对高的离子导电性。如图5所示，具有ACN的电解质呈现高的初始导电率(mS/cm)，但经过90天的时间之后其离子导电性降低。包含高氯酸锂的示范性GBL凝胶电解质呈现略低的离子导电性，但在100天内呈现稳定的离子导电性。因此，本发明的具有GBL的电解质130适当地提供了随时间的稳定离子导电性，并因此增大了电致变色装置的寿命。

图6示出了电致变色装置的剖面图，该电致变色装置被用做安装在飞机机身580内的窗户或遮罩500。窗户500包含GBL电解质530，该GBL电解质530为飞机或汽车应用恰当地提供了相对低的可燃性和毒性。窗户500为多层组件505，包括第一电极510、电致变色层520、GBL电解质530和第二电极540。组件505被恰当地保持在框架570中，框架570在本示例中设成将电致变色窗户500保持在飞机机身580的壁内。具有GBL电解质530的电致变色窗户500恰当地提供了离子导电性和稳定性，同时符合飞机应用的有关安全限制。GBL电解质530恰当地允许GBL电解质530内的盐离子535飞机环境中通过多个循环激活和去激活电致变色层520。结构窗户层可被添加到窗户500，使窗户500用做遮罩。

本发明的电致变色装置还可包含多色电致变色面板，即多种颜色的，具有至少两种色素的电致变色材料。例如，图7示出了根据本发明实施方案的示范性多色电致变色面板605。面板605包含三个颜色区域，第一颜色区域610、第二颜色区域620和第三颜色区域630，在面板605内排列成设计或图案607。备选的颜色面板605可恰当地仅有一个颜色区域，或者更多数目的颜色区域。本实施方案中的图案607为着色波浪图案，该图案设成与安装了面板605的范围内的其他设计、建筑特征、图案或颜色(未示出)匹配或互补，例如参考图10所进一步描述。在所示的电致变色装置605中，电致变色层被激活处于不透明或着色状态，与基本上透明的状态相反。在未激活状态中，该示范性面板605基本上是透明的，即，区域610、620和630都基本上是透明的，将看不到图案607。在一些实施方案中，图案607允许观察者仍可部分或朦胧地透过面板605进行观察，即使当面板605处于完全激活的状态时。

图7A示出了图7的第二颜色区域620与第三颜色区域630之间界面625处的电致变色层650典型剖面的像素水平的放大图。电致变色层650被划分成多个像素640。在本示例中，像素640具有均匀的尺寸和形状，呈正方形，并具有特定尺寸使得当从约两英尺以上的普通的人观察距离察看时，这些像素640混和形成多种颜色。所形成的颜色是基于像素640中电致变色材料的各自面积颜色密度或不同颜色的百分比。在本示例中，像素640包含密度变化的三种颜色的电致变色材料，即第一颜色电致变色材料641、第二颜色电致变色材料643以及第三颜色电致变色材料645。在本实施方案中，图7的面板605的第二颜色区域620由第三颜色的电致变色材料645组成，而第三颜色区域630由第一颜色的电致变色材料641与第二颜色的电致变色材料643的像素混合组成。通过改变颜色电致变色材料641、643与645的像素640的面积百分比或密度，通过像素640的视觉混合可以产生许多种颜色和颜色等级。当人眼从正常观察距离进行观察时，第一颜色的电致变色材料641、第二颜色的电致变色材料643以及第三颜色的电致变色材料645混和成各种渐变颜色的预期配置。用于局部壁尺寸的多色电致变色面板605的合适像素尺寸包括约1平方毫米的像素。在旨在显示电致变色材料非混色的单色区域中，这些区域可具有非常大的像素或者聚集成单个区域的宽“像素”。

示范性但非限制性地，电致变色材料在被激活时可以形成多种颜色，在参考图7与图7A所述的多色电致变色面板605中可以视觉上混合形成这些多种颜色。例如，3，3-二甲基-3，4-二氢-2H-噻吩酮[3，4-b][1，4]二氧杂环庚二烯(1)在被激活处于还原状态时形成蓝色，否则基本上是透明的。类似地，处于被激活或还原状态的6，6-二甲基-6，7-二氢-2H，5H-4，8-二氧杂-2-氮杂-甘菊环(2)形成红色，否则基本上是透明的。其他颜色的电致变色材料是可获得的和/或正在发展中。红色和蓝色电致变色材料可以按照各种比例混合以产生红色、蓝色和紫色。红色、蓝色和绿色像素可以组合形成许多种颜色，例如青色、绛红色和黄色电致变色材料。

衬底上或者多个激活的层的夹层结构内的颜色交叠，在各个或多个颜色层被激活时也可以产生另外的颜色或可变的颜色(见例如参考C)。示范性地，使用红色或蓝色电致变色材料的组合，将其一起、单独或完全不地将一种或两种红色和蓝色电致变色材料激活至变化的强度，由此可以恰当地显示基本上透明的红色、紫色与蓝色，以及黑色。或者，对显示器605施加分段的激活电荷，从而为像素640的不同子集与组合或显示器605的各部分提供不同的电荷状况，这样也可以类似地在不同时间从显示器605产生颜色、透明度和不透明度的许多种组合。

图8示出了示范性的单电致变色层多色电致变色面板705的剖面图。面板705具有第一透明衬底710，在衬底710上沉积了透明电学导体720。在透明电学导体720上沉积了电致变色层730，该电致变色层730包含第一颜色的电致变色材料731区域、第二颜色的电致变色材料733区域和第三颜色的电致变色材料735区域。透明电学导体720使得可将电荷或电场施加到颜色电致变色材料731、733和735。如前所述，第一材料731、第二材料733与第三材料735的区域恰当地足够小，使得这些材料被激活并从正常观察距离观察时，这些颜色视觉上混和从而在面板705上形成不同的区域，在这些不同的区域中可以显示不同的颜色。毗邻电致变色层730的是凝胶电解质层740，该凝胶电解质层740传导并在一定程度上存储激活和去激活电致变色层730的离子。在本发明一些实施方案中，凝胶电解质包含GBL。

示例面板705还可包含具有导体栅格760的离子存储层750，该导体栅格760在一些实施方案中包括含金(Au)的栅格。离子存储层750恰当地吸引和存储与激活及去激活电致变色层730的离子带有相反电荷的离子。

在工作中，可由安装在第二透明衬底770上的第二透明电学接触780向离子存储层750及栅格760提供电荷。

在图9中，在示例的多色电致变色层沉积期间，着色的电致变色材料811被沉积到透明衬底830上的透明电学接触820上。掩模810和815分别覆盖导体820的分离的选定部分812和816。该导体的第三部分813未被掩蔽，允许从喷雾器805的喷嘴807喷射出电致变色材料808(例如未聚合的电致变色材料)喷流809。第一掩模810和第二掩模815可随后被除去，喷雾器805用于将备选颜色的电致变色材料(未示出)导向导体820的先前被掩蔽的部分812和816内的透明电学导体820上。合适的掩模材料例如包括诸如聚酰亚胺的烧蚀掩模材料。

在本实施方案中，当电致变色材料808的喷流809喷向透明电学导体820的未被掩蔽部分813时，电致变色材料808被施加于导体820的电荷电聚合。喷射时，材料808在荷电导体820上聚合并与该导体820接触。或者，例如，可以使用分离的筛选掩模替代烧蚀或可除去的掩模材料810和815。此外，在备选实施方案中，采用限定的传输数量和成型的喷流809，透明电学导体820的不同区域涂覆有着色的电致变色材料而无需使用分离的掩模。

图10示出了与图2A及2B类似的示范性飞机内部900，其中多色电致变色面板910被安装在客舱隔断920内。在本实施方案中，面板910在被激活时(如这里所示的情形)显示颜色搭配的内部设计或图案930，该内部设计或图案930可以与客舱隔断920的其他部分搭配并视觉上匹配，其中客舱隔断920具有相似但非电致变色的内部设计或图案931。当电致变色面板910处于未激活状态时，面板910基本上透明。诸如图10所示的多色面板910可恰当地具有多个颜色图案以匹配各种建筑细节、设计、图案和颜色，并可用于车辆、建筑物、标志等。

本发明的附加实施方案包含控制电致变色装置的阵列的系统和方法。这些包括窗户调光控制系统，例如用于大型商用运输机客舱的窗户。在一个实施方案中，控制系统使用已有的导线将电子控制信号分布到整个客舱的窗户。这样就避免了用于电致变色装置的许多重量和成本。

图11为根据本发明另一个实施方案的窗户调光系统1000的示意性视图。在本实施方案中，窗户调光系统1000包含可工作地耦合到第一区域1010和第二区域1020的至少一个客舱服务员控制面板1002。各区域1010和1020分别包含可工作地耦合到客舱服务员控制面板1002与电源1030的区域控制盒1012和1022。此外，第一与第二区域1010与1020每个分别包含多个照明控制模块1014和1024，这些照明控制模块反过来可工作地耦合到多个乘客控制面板1049。乘客控制面板1049分离地连接到关联的电致变色装置1050。

尽管图11将客舱服务员控制面板1002和乘客控制面板1049描述成通过导电部件(例如导线)耦合到电致变色装置1050，但是在备选实施方案中，控制面板1049、1002可以通过无线方式例如使用射频信号或其他电磁信号而可工作地耦合到电致变色装置1050。例如，客舱服务员控制面板1002可恰当地被并入到由服务员携带的便携远程控制单元。或者，还可以使用多路开关电路，允许选择电致变色装置1050进行控制。

在工作中，各个乘客控制模块1049可以被(例如乘客)可调整地控制以改变其关联的电致变色装置1050的颜色或不透明度，这将在下文中得到更全面的描述。各个区域控制盒1012与1022设成从客舱服务员控制面板1002接收控制数据1003，并负责将这些控制命令转发给有关电致变色装置1050。可由从客舱服务员控制面板1002输出的控制数据1003控制或超驰(override)乘客控制模块1049，例如出于安全原因，允许服务员控制照明。

在图11所示实施方案中，一个乘客控制模块1049被耦合到每个电致变色装置1050。这种布置例如适用于为飞机上各个靠窗座位提供乘客控制模块1049。然而，在备选实施方案中，多个乘客控制模块1049可被耦合到每个电致变色装置1050，例如同一行内的其他座位。在这些备选实施方案中，可在多个乘客控制模块1049之间建立控制权等级，例如，随着与各个窗户距离的增大，控制权降低。

窗户调光控制系统1000有利地提供了对多个电致变色装置1050不透明度的改善的控制权。例如，在一个工作模式中，商用飞机客舱内的各个乘客可获得允许，使用关联的乘客控制模块1049以控制他或她的电致变色装置1050的不透明度，并因此控制他或她的窗户的色调、颜色或透明度。然而，在备选工作模式中，客舱服务员或其他获得授权的人可被允许在必要时(例如在飞行中播放电影时，起飞与着陆时等)超驰各个乘客的设定，从而控制客舱内照明的均匀性。

客舱服务员控制面板1002可设成通过多种方式提供对电致变色装置1050的控制权。例如客舱服务员控制面板1002可以选址电致变色装置1050的一个、多个、所有或任何其他预期组合。控制面板1002是可编程的或包含针对情况而供选择的控制选项。客舱服务员控制面板可包含或被链接到计算机处理器1007，实现对电致变色装置1050的计算机化或自动化控制。例如，在一个特殊实施方案中，客舱服务员控制面板1002通过处理器1007可被编程以改变所有电致变色装置1050的不透明度，从而基于白天的时间、飞行状态(起飞、着陆等)或其他标准而改变环境。或者，控制面板1002可被编程，从而在客舱内检测到足够数量的光线时自动地改变状态。另一方面，服务员可以利用客舱服务员控制面板1002，从而在需要预期照明条件时超驰特定乘客(例如特定的靠窗位置)或选定的乘客组(例如选定的靠窗位置组)的乘客控制模块1049。

在一个代表性的实施方案中，由照明控制模块1014和1024以及客舱服务员控制面板1002(通过第一和第二区域盒1012与1022)操作窗户调光系统1000，其中照明控制模块1014与1024以及客舱服务员控制面板1002设成可控地改变由电源1030供电的电场的极性与强度。通过将电致变色装置1050置成与飞机的窗户相邻，光致变色装置1050的不透明度可受控地改变，从而使飞机的窗户颜色变浅或加深。

电致变色装置1050可采用许多种实施方案，并包括除了上述以及图1和图2A所示的实施方案之外的其他实施方案。上文中参考图11所述的本发明不应被理解成受限于任何具体的电致变色装置1050，实际上可以用任何电学控制的遮罩实现。此外，在备选实施方案中，根据本发明的电致变色装置无需被耦合到周围的结构(例如图1的飞机机身280)。更具体地，在备选实施方案中，这些电致变色装置可以是自支撑单元。

在图12中，窗户调光系统1100包含可操作地耦合到第一区域1110和第二区域1120的客舱服务员控制面板1102。各个区域包含可操作地耦合到客舱服务员控制面板1102和电源1130的区域开关模块1112、1122。在本实施方案中，区域开关模块1112控制第一区域1110的第一和第二子部分1111和1113，而区域开关模块1124控制整个第二区域1120。此外，各个第一和第二区域1110和1120分别包含多个头顶电子单元1114和1124，头顶电子单元1114和1124又分别可操作地耦合到关联的乘客阅读灯1115和1125。第一区域1110进一步包含多个调光器控制1118，调光器控制1118可工作地耦合到头顶电子单元1114和关联的电致变色可调光窗户1119。为了各个座位或各排座位上的乘客方便，乘客调光器控制1118被置于扶手、折叠桌、座位靠背或内墙板上。

在工作中，使用关联的调光器控制1118，可调整地控制第一区域1110的各个可调光窗户1119而与其他可调光窗户1119无关。或者，可以使用客舱服务员控制面板1102控制所有可调光窗户1119。客舱服务员控制面板1102可具有超过各个单独的调光器控制1118的权限，并设成同时调整第一和第二区域1110、1120的多个可调光窗户1119内的电场，从而独立或一致地(或者二者兼备)选择性地激活和去激活第一和第二区域1110、1120的多个可调光窗户1119。

窗户调光控制系统1100有利地使用已有的导线将电子控制信号分布到整个飞机客舱的可调光窗户1120。这样就减少或消除了用于该目的的许多重量和成本。在一个具体实施方案中，例如，调光器控制1118和关联的可调光窗户1119被简单地并入到已有的客舱服务系统(CSS)中，该客舱服务系统控制主客舱内的其他功能，包括例如与各个乘客座位相关联的阅读灯。

根据本发明的备选实施方案可以构思出包含电致变色装置阵列控制系统的许多设备。例如，图13为飞机1200的侧视图，其中飞机1200具有根据本发明备选实施方案形成的多个窗户组件1201以及一个或多个窗户调光控制系统1202。

通常，除了根据本发明形成的窗户调光控制系统1202之外，飞机1200的各种元件和子系统可以采用已知的构造，出于简化考虑而不详细描述。根据本发明的窗户调光控制系统1202的实施方案，包含但不限于上述以及图11、12所示的实施方案，可以布置在遍及飞机1200的任何预期位置。

更具体地，如图13所示，飞机1200包含被耦合至置于机身1205内的机架(不可见)的一个或多个推进单元1204、机翼组件1206(或其他提升表面)、尾部组件1208、着陆组件1210、控制系统(不可见)1212、以及实现飞机1200适当操作的其他系统和子系统的主机。多个窗户组件1201分布遍及机身1205，根据本发明的多个窗户调光控制系统1202分布遍及飞机1200的各个部分，例如包括驾驶员座舱(1202a)、头等舱(1202b)、以及经济舱或商务舱(1202c)内。

尽管图11所示飞机1200通常代表了商用客机，例如包括可从美国伊利诺斯州芝加哥的波音公司购得的737、747、757、767、777以及7E7型客机，但是这里所公开的发明设备和方法实际上还可以应用于任何其他类型的飞机。更具体地，本发明的教导可以应用于其他类型和型号的客运飞机、战斗机、货运飞机、以及包括2001年9月由Book Sales Publishers出版的作者为Enzo Angelucci的“图解军用飞机(The Illustrated Encyclopedia of MilitaryAircraft)”中以及英国Surrey的Jane’s Information Group of Coulsdon出版的“简氏世界飞机(Jane’s All the World’s Aircraft)”中所描述的任何其他类型的飞机，这些原文在此引用作为参考。根据本发明的设备和方法的备选实施方案可用于其他用途，例如包括船只、公共汽车、火车、娱乐车辆、地铁、单轨、住宅、公寓、办公楼或任何其他预期用途。

图14示出了典型的客机平面布置图的俯视图。客机平面布置图1300包含覆盖商务舱端口与右舷的第一端口与右舷控制系统1310与1311、前端经济舱控制系统1320、以及覆盖后端经济舱的第二端部与右舷控制系统1330与1331。图14所示各个窗户控制系统可包含参考图11与12所描述的一个或多个区域。显然，可以构思出采用了本发明窗户控制系统的各种配置的客机平面布置图1300的许多种备选实施方案。

在图15A中，客机剖面1400包含具有第一或左侧区域1411以及第二或右侧区域1413的窗户控制系统1410。主控制模块1412通过无线的方式耦合到窗户控制系统1410的电致变色装置1420。乘客控制模块1430置于乘客座位1440上方。如图15B进一步所示，在另一个实施方案中，客机剖面1450包含控制系统1460，该控制系统1460设成控制自支撑电致变色显示器或隔板1475。主控制模块1462位于飞机剖面1450的头顶位置。一个或多个乘客控制模块1480可位于靠近座位1490，例如包括，位于相邻的座位1490之间的扶手内，或者位于飞机剖面1450的上部或侧部。类似地，主控制模块1462可置于任何预期位置。

如图16与图17所示，示范性窗户组件1500包含窗户部件1510，以及置成毗邻窗户部件1510的电致变色组件1550。乘客控制模块1560可操作地耦合到电致变色组件1550。边缘镶边1514安置成围绕窗户部件1510的外部周边。电源1562为窗户组件1500供电。围绕电致变色组件1550的母线1581和1583提供了与组件1550的电学连接。

图18为图16的电致变色装置1550外部周边的详细剖面视图。装置1550包含两个外部透明层，即彼此靠近的第一外层1551和第二外层1553。外层1551和1553示范性地可包含玻璃、丙烯酸树脂或聚碳酸酯。在外层1551和1553的内表面上分别涂覆了第一透明电极涂层1577和第二透明电极涂层1579。在第一外层1551的中心部分1552内，电致变色层1561沉积在第一电极涂层1577上。在第二外层1553的中心部分1552内，反电极栅格1565沉积在第二电极涂层1579上。在反电极栅格1565和电致变色层1561之间存在一层凝胶电解质1563。

第一母线1581附着到第一电极涂层1571的边缘部分1554。如图17所示，第一母线1581恰当地跨过第一外层1551的周边，提供了与第一透明电极涂层1577的电学连接。第二母线1583附着到第二电极涂层1579的边缘部分1554。如图17所示，第二母线1583恰当地跨过第二外层1553的周边，提供了与第二透明电极涂层1579的电学连接。第一母线1581和第二母线1583恰当地可以是任何导体，例如包括铜条。在第一母线1581和第二母线1583之间维持间隙1585，使得电荷被提供至各个电极层1577和1579，而第一母线1581与第二母线1583不相互接触。间隙1585也可以保持或填充电介质，由此提供母线1581与1582之间的绝缘。第一外层1551与第二外层1553之间，介于器中心部分1552与边缘部分1554之间的第一粘合密封1571恰当地密封并包含电致变色层1561、电解质1563和反电极栅格1565的边缘，使得可以在通过与母线1581及1583电学耦合的电源(未示出)对装置1550施加电荷时，激活和去激活该装置。第二粘合密封1573密封第一外层1551和第二外层1553的最外部边缘1556，恰当地将母线1581和1583与外部环境隔离并绝缘。此外，第一外层1551和第二外层1553的边缘部分1554和最外部边缘1556被边缘镶边1587围绕。本实施方案中的边缘镶边1587呈夹子的形式，帮助将装置1550的各个元件包括第一外层1551和第二外层1553保持在一起，其中电极层1577和1579、电致变色层1561、电解质1563、反电极栅格1565、两个母线1581和1583在第一外层1551与第二外层1553之间保持固定的配置。

图19为包含第一窗户部件1610的窗户组件1600的分解等距视图，该第一窗户部件1610包含透明部分1612和边缘镶边部分1614。类似地，外部第二窗户部件1620包含透明部分1622和安装部分1624。电致变色组件1650置于第一和第二窗户部件1610与1620之间。乘客控制1660置于第一窗户部件1610的边缘镶边部分1614内部，并可工作地耦合到电致变色组件1650，其中第一窗户部件1610在本示例中为飞机的内部窗户部件。乘客控制1660例如允许靠窗座位的乘客根据需要控制电致变色组件1650，但如参考图11与12所描述，受来自主控制器(未示出)超驰信号的影响。

尽管如前所述已经阐述和描述本发明的优选及备选实施方案，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行许多改变。因此，本发明的范围不受优选及备选实施方案的公开内容的限制。相反，完全通过参考权利要求而界定本发明。

Claims (33)

1.一种电致变色系统，其包括：

多个电致变色装置；

多个控制模块，每个所述控制模块可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地调整电场以激活和去激活所述装置；以及

至少一个主控制器，可工作地耦合到所述装置并设成同时调整选定的一组装置的电场以激活和去激活所述一组装置。

2.权利要求1所述的电致变色系统，其中至少一个电致变色装置设置成毗邻透明窗户。

3.权利要求1所述的电致变色系统，其中至少一个电致变色装置与所述透明窗户集成形成。

4.权利要求1所述的电致变色系统，其中至少一个电致变色装置包括：

第一透明电极；

第二透明电极，随所述第一透明电极可工作地设置并与所述第一透明电极间隔开；

电致变色层，置于所述第一透明电极和第二透明电极之间；以及

电解质层，置于所述第一透明电极和第二透明电极之间并毗邻所述电致变色层。

5.权利要求1所述的电致变色系统，进一步包括可工作地耦合到所述主控制器、多个控制模块和多个电致变色装置中的至少一个的电源。

6.权利要求1所述的电致变色系统，其中所述多个电致变色装置包含至少一个多色的电致变色装置。

7.一种窗户系统，其包括：

主控制器，分别可工作地耦合到第一和第二区域，

其中所述第一区域包括：

多个第一窗户组件，每个窗户组件具有可工作的电致变色装置；

至少一个控制模块，可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地调整电场以控制所述装置；

其中所述第二区域包括：

多个第二窗户组件，每个窗户组件具有可工作的电致变色装置；

至少一个控制模块，可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地调整电场以控制所述装置；

且其中所述主控制器设成调整所述第一和第二区域的多个所述电致变色装置以提供对所述电致变色装置的区域控制。

8.权利要求7所述的窗户系统，其中至少一个所述电致变色装置与所述窗户组件集成形成。

9.权利要求7所述的窗户系统，其中至少一个所述电致变色装置包括：

第一透明电极；

第二透明电极，随所述第一透明电极可工作地设置并与所述第一透明电极间隔开；

电致变色层，置于所述第一和第二透明电极之间；以及

电解质层，置于所述第一和第二透明电极之间并毗邻所述电致变色层。

10.权利要求7所述的窗户系统，进一步包括可工作地耦合到所述主控制器、第一区域和第二区域中的至少一个的电源。

11.权利要求7所述的窗户系统，其中至少一个所述区域进一步包括耦合于所述区域开关和至少一个控制模块之间的多个头顶电子单元。

12.权利要求11所述的窗户系统，进一步包括可工作地耦合到每个头顶电子单元的至少一个灯。

13.权利要求11所述的窗户系统，其中所述多个第一窗户组件布置于飞机客舱的第一区域，且其中所述多个第二窗户组件布置于飞机客舱的第二区域。

14.一种结构，其包括：

多个窗户，

窗户控制组件，可工作地与所述窗户相关联，所述窗户控制组件包括：

多个电致变色装置，每个所述电致变色装置可工作地与相应的窗户相关联；

多个控制模块，每个控制模块可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地调整电场以激活和去激活所述装置；以及

主控制器，可工作地耦合到所述装置并设成调整所述装置的电场从而按照选定的方式激活和去激活所述装置。

15.权利要求14所述的结构，其中每个所述电致变色装置可工作地形成窗户遮罩。

16.权利要求15所述的结构，其中每个所述控制模块设置成可供座位上的用户访问。

17.权利要求14所述的结构，其中所述主控制器与控制模块存在间隙。

18.一种飞机，包括：

机身，可工作地耦合到机架；

多个窗户组件，形成于至少一个所述机身和机架内；以及

服务系统，置于所述机身内，所述服务系统包括：

多个照明组件；

多个控制模块，每个所述控制模块可工作地耦合到至少一个所述照明组件；

窗户控制系统，包括多个电动遮罩，每个所述遮罩可工作地与相应的一个所述窗户组件相关联并可工作地耦合到至少一个所述控制模块，其中所述控制模块设成可控地激活和去激活所述遮罩；以及

主控制器，可工作地耦合到所述遮罩并设成调整所述遮罩从而按照选定的方式激活和去激活所述多个遮罩。

19.权利要求18所述的飞机，其中每个所述遮罩可工作地设置成毗邻窗户组件。

20.权利要求18所述的飞机，其中每个遮罩为窗户组件的元件。

21.权利要求18所述的飞机，其中至少一个所述电动遮罩包括：

第一透明电极；

第二透明电极，随第一透明电极可工作地设置并与所述第一透明电极间隔开；

电致变色层，置于所述第一和第二透明电极之间；以及

电解质层，置于所述第一和第二透明电极之间并毗邻所述电致变色层。

22.一种控制透过多个窗户的光线的方法，其包括：

提供与每个窗户可工作地相关联的至少一个电致变色装置；

提供多个控制模块，每个控制模块可工作地耦合到至少一个所述电致变色装置并设成可控地激活和去激活至少一个装置；

提供主控制器，所述主控制器可工作地耦合到所述装置并设成按照选定的方式控制所述装置；以及

调整至少部分所述装置的特征颜色。

23.权利要求22所述的方法，其中调整至少一些所述装置的特征颜色包括使用所述主控制器调整所述装置。

24.权利要求23所述的方法，其中使用所述主控制器调整所述装置包括超驰来自至少一个控制模块的控制信号。

25.权利要求22所述的方法，其中所述装置起着窗户遮罩的功能。

26.权利要求22所述的方法，其中所述控制模块成行布置并与飞机座位相关联使得可供座位上的乘客访问。

27.权利要求22所述的方法，其中所述主控制器可供飞机乘客服务员访问。

28.一种电致变色系统，其包括：

电致变色装置；

控制模块，可工作地耦合到所述电致变色装置并设成可控地激活和去激活所述电致变色装置；以及

主控制器，可工作地耦合到所述装置并设成超驰所述控制模块从而可控地激活和去激活所述装置。

29.权利要求28所述的系统，进一步包括可工作地与所述电致变色装置相关联的窗户部件。

30.一种调整交通工具的客舱内照明水平的方法，其包括：

提供电致变色装置，所述电致变色装置与所述交通工具的窗户可工作地相关联；

提供控制模块，所述控制模块可工作地耦合到所述电致变色装置并设成可控地激活和去激活所述电致变色装置；

提供主控制器，所述主控制器可工作地耦合到至少一个所述控制模块以及所述电致变色装置；

通过可控地调整所述控制模块而调整所述电致变色装置的特性；以及

通过使用所述主控制器而超驰所述控制模块，调整所述电致变色装置的特性。

31.权利要求30所述的方法，其中所述电致变色装置工作为所述窗户的遮罩。

32.权利要求30所述的方法，其中调整所述电致变色装置的特性包括调整不透明度。

33.权利要求30所述的方法，其中调整所述电致变色装置的特性包括调整耦合到所述装置的电场。

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