CN101644870A - 自动暗化和减眩的液晶反射镜 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于车辆的自动暗化和减眩的液晶反射镜。反射镜具有透明玻璃或塑料的前衬底(101)和具有高反射性或透反射性的镜反射涂层(108)的玻璃或塑料的后衬底(109)。前和后衬底间隔开小距离,以便定义衬底之间的液晶池,并且掺入了二色性染料的液晶流体(106)包含在液晶池中。导电薄膜(102)被施加到前衬底的内表面上,并且后衬底的反射或透反射涂层(108)也是导电的。定向化合物沉积到导电薄膜(102)和反射或透反射涂层(108)上,并且定向化合物确定液晶池界限。电子控制电路适用于有选择地将电压信号施加到导电薄膜和反射或透反射涂层(108),以影响液晶流体的透射率,由此暗化反射镜。
Description
技术领域
本发明涉及一种反射镜。
背景技术
为了驾驶安全和舒适,长期以来需要控制汽车和其它机动车辆中的后视镜的反射度。在驾驶员的喜好方面,反射镜反射度可从高反射性或“亮模式”(BM)状态改变到较少反射性的“暗模式”(DM)状态。当晚上带有明亮前灯的其它车辆从后方接近时,后视镜从其BM状态转换到其DM状态以使来自后视镜的前灯眩光反射为最少,因为讨厌的光强度可妨碍驾驶员做到安全操纵车辆。按照常规,这种调整通过使反射镜反射角倾斜略偏离驾驶员的机械杆来手动控制。后来,机械杆通过机电部件来控制,但是仍然由驾驶员在要求时进行。最近,市场销售的后视镜使用电致变色(EC)着色技术自动地将反射镜的反射度从BM改变成DM或者反之亦然,而无需在物理上移动反射镜。
当直流(DC)施加在包含化学电解液的反射镜池的前和后电极之间时,EC反射镜变暗。该变暗机制是缓慢进行的电化学镀过程。EC反射镜从其初始BM改变到其DM的较少反射性深绿色一般需要6至10秒。由于采用EC技术的复杂电化学镀过程,响应时间决定性地取决于反射镜大小。反射镜的面积越大,则需要更长时间来改变反射镜的反射度。因此,构建用于例如商用货车等应用的大EC反射镜是不实际的。此外,改变EC反射镜的反射度状态的电流要求在80至120毫安培之间变化。由于这种较高的电流消耗,汽车应用中的EC反射镜必须直接连线到车辆的主电源、即电池。虽然通过车辆的电池来取得电源对于原始设备制造(OEM)产品可以是可接受的,但是对于零件市场(after-market)的反射镜不是可行的,那里顾客要求反射镜是无需任何外部接线的自给单元。
持续需要成功解决现有技术的这些及其它缺点的自动暗化和减眩反射镜。将提供本发明主要针对的这种反射镜。
发明内容
一般来说,本发明涉及采用与用于液晶显示器(LCD)的技术相似的液晶(LC)池来构造的减眩机动车反射镜。LC反射镜池由两个略微间隔开的面板衬底组成,它们优选地由玻璃制成。前或外露面板衬底是清澈且透明的,而后面板衬底是不透明的且为反射或透反射的,以形成镜反射表面而不是存在于常规LCD中的另一个透明衬底。当例如温度或罗盘显示器等显示器安装在反射镜背后时,需要允许某些光线通过的透反射镜材料。具有二色性染料混合物的LC流体包含在前与后面板之间的反射镜池中,用于影响反射镜的光反射度。更具体来说,光线在通过前面板并被后面板反射时必须穿过具有二色性染料混合物的LC流体。如果LC流体中的分子取向于与反射镜表面平行,则流体不太透明,并且反射镜变暗。相反,如果分子取向于与反射镜表面垂直,则流体更加透明,并且反射镜变亮。BM实施例在没有施加电力时常态时处于其亮模式,而DM实施例常态时处于其暗模式。前面板的外露表面上的无机或有机材料的紫外(UV)保护涂层或者UV保护聚合物膜防止LC染料混合物因反射镜长时间暴露于阳光而降级。抗反射(AR)光学薄膜涂层沉积到前面板上的UV涂层或UV聚合物膜上,以减小由反射镜的外露表面的不希望的反射。
LC反射镜是在电场的影响下进行工作的场效应装置。当与也作为本发明的一部分的客户定制设计的光传感电子控制系统耦合并由其控制时,LC反射镜可自动且非常迅速地从高反射性BM转换到较少反射性的DM或者反之亦然。LC反射镜池可采用玻璃、塑料或者可制作成反射镜的任何透明衬底来制作。另外,LC反射镜能制作成具有中性黑色、蓝色或其它DM色调的平坦或弯曲的。对于汽车应用,LC反射镜可连接到并且凭借于车辆中已经可用的主电源工作。但是,由于它极低的功耗,LC反射镜还可配置成通过内部干电池、同样的可充电电池或者太阳能电池供电的自给的零件市场夹式反射镜。此外,LC反射镜可具有内置的温度和/或罗盘和/或时钟和/或蓝牙和/或车库开门器和/或轮胎压力指示器和/或其它类型的图形显示器或指示器以及集成倒车相机显示器等。为了消除未使用时的功耗,可加入微型开关来根据需要接通或断开电力。微型开关可安装在夹式实施例中,使得在将反射镜系统夹到车辆已有反射镜之前不对其施加电力。为了进一步节省能量,还可使用运动或压力检测器来监测对夹式LC反射镜的电力输入,以当没有操作人员坐在驾驶员座位上和/或车辆没有运动时中断电力。
与其功耗直接相关的LC反射镜的电流要求是以微安培计的,比现有技术EC反射镜的至少小三个数量级。LC反射镜将状态从BM改变到DM所需的时间是以毫秒计的,比现有技术EC反射镜改变状态所需的时间要快三个数量级。当LC反射镜从BM改变到较少反射性的中性黑色DM或者反之时,LC反射镜没有色移。相反,现有技术EC反射镜在稳定于深绿色色调之前在改变状态所需的数秒期间,在色带上偏移。另外,反射镜大小不是本发明的LC技术的限制因素。此外,如果突然去除电力,则BM LC反射镜可迅速回复到BM,而现有技术EC反射镜在无论因为什么原因完全掉电时需要超过10秒钟进行转换。从公众安全考虑,美国运输部(DOT)已经确定,在断电的情况下,用于机动车辆的电调暗镜必须迅速地自动回复到BM状态,这易于采用本发明的BM反射镜实施例来实现。由于LC反射镜是电场效应装置,所以它可实际上在无限的时间长度停留于其DM状态而没有出现性能的降级。
因此,现在提供改进的汽车调暗镜,它的优点其中还包括:实际上瞬时地从其BM转换到其DM或者反之亦然;消耗极少电力,因此可靠内部电池工作;以及并不局限于小表面面积反射镜。通过阅览以下结合附图阐明的详细描述,将会更好地理解本发明,附图简述如下。
附图说明
图1是示出根据本发明的原理的LC反射镜的一种配置的横截面。
图2示出填充了LC流体和二色性染料混合物的暗模式或DM反射镜池中的分子取向。
图3示出填充了LC流体和二色性染料混合物的亮模式或BM反射镜池中的分子取向。
图4是LC反射镜电子器件的示意框图。
图5是根据本发明的LC反射镜控制电路的示意框图。
图6示出夹式LC反射镜的一种配置。
图7示出OEM LC反射镜的可选特征。
图8示出夹式LC反射镜的可选特征。
具体实施方式
在参照附图详细论述本发明之前,将描述本发明的反射镜系统及其电子控制系统的若干方面,以便理解随后的详细描述。这些方面包括LC化学系统的各种组件以及反射镜控制电子器件。
1.LC化学系统
本发明的LC反射镜的性能取决于化学系统,它包括用于LC分子的定向化合物的性质和属性及其与之密切相关的LC材料配方。具有二色性染料的特定LC流体与已经形成的定向化合物一致地工作。这两种材料必须是兼容的,并且混合得很好以建立最大光学性能所需的LC分子取向。通过本文所述的LC技术,可构造两种类型的LC反射镜。第一种类型是DM反射镜,它常态时处于其最低反射DM状态,并且仅当交流(AC)电压信号施加到LC流体两端时才改变到其最高反射BM状态。第二种类型是BM反射镜,它常态时处于其最高反射BM反射状态,并且仅当AC电压信号施加到LC流体两边时才改变到其最低反射DM状态。
1.1定向化合物
LC分子取向对于两种不同的反射镜类型是不同的。在DM反射镜中,LC分子的常态取向、即其没有施加电压信号的取向处于一致的配置,其中分子排列方向与反射镜衬底基本上平行。相反,BM反射镜中的LC分子的常态取向处于同型的配置,其中分子排列方向与反射镜衬底基本上垂直对齐。
对于DM反射镜,一致化定向化合物可以是,但不限制于,甲基纤维素、聚乙烯醇或聚酰亚胺(PI)材料。在常规LCD制造中,定向化合物由处于N-甲基吡咯烷酮(NMP)或其它适当有机溶剂中的1-6%PI组成。通常通过辊涂或丝网印刷方法将定向化合物施加到玻璃衬底确定间隙界限的表面。
BM反射镜中的LC分子常态时处于基本上与池壁垂直的同型的取向,它不是传统LCD产品的普通取向。该同型的排列方向可通过包括但不限于杜邦的Quilon铬络合物或者氧化硅薄膜的溅射涂层来建立。在本发明中,具有脂族线性碳侧链或者但不限于C4-C30的链的有机化合物用作定向化合物,其在例如异丙醇(IPA)、丙二醇、丙二醇单乙醚醋酸酯(Propylene Glycol Monoethyl Ether Acetate)或者其它适当有机溶剂等的溶剂中的溶解浓度为,但不限于1-6%。本发明的定向材料被种植在和锚固在反射镜池表面上,而不是像常规LCD定向方法中那样形成聚合物网状层。定向化合物可配制用于各种应用技术,包括浸渍、流动涂(flowing)、丝网印刷、辊涂、胶印或其它技术。
1.2液晶流体
对于本发明的DM反射镜实施例,非限制性的驱动电压从1.5至5.0V AC的静态驱动流体的大温度范围(-40至+120℃)的LC化合物可用作用于LC流体配制的起始成分。这些材料在全球可向EMIndustries或其它LC生产商购买。但是,可能需要针对具体应用而对材料配方进行微调。
对于BM反射镜,负介电各向异性Δε为-3至-6或更低的LC化合物是优选的。当AC电压信号施加到反射镜池的前和后电极、从而产生电场时,需要这种负介电LC材料来用于使LC分子旋转并使其自身从其常态垂直取向定向到平行取向。负介电各向异性常数Δε的绝对值越高,则改变反射镜反射度所需的驱动电压越低。
1.3二色性染料
二色性染料是具有棒状分子结构的高分子量有机化合物。红色、蓝色和黄色染料是本染料配方中的三种基本色。可使用其它颜色,例如紫色、褐色、粉红色等。LC化合物中具有高溶解度的偶氮和光稳定蒽醌染料最适用于本发明中的应用。定义染料分子相对于LC分子的取向的有序参数优选地在范围0.7-0.9内。有序参数数量越高,则LC反射镜的对比率越好。必须注意,有序参数对于LC染料对是特定的,并且必须通过实验测量来建立。
LC配方中的单种染料组成根据包括但不限于黑色和其它颜色的颜色要求在0.1至4.5%之间改变。DM或BM反射镜的LC配方中的全部染料组成是通过所需LC类型和颜色饱和度所确定的0.8至4.5%。如果染料组成在二色性LC流体中过饱和,则染料可再结晶出来,这会引起不希望的结果。
2.反射镜控制电子器件
LC反射镜控制电子器件包括印刷电路板(PCB),它包含但不限于用于监测环境光、前灯强度以及用于以自动响应来控制反射镜反射度所需的两个光电检测器和其它组件。第一光电检测器是环境光传感器(AS),它瞄准车辆的行驶方向或者任何其它方向而不朝后。AS在白天处于控制之下,以便防止反射镜在日光下变暗。第二个是前灯传感器(HS),它朝向车辆后面以在夜间监测尾随车辆的前灯强度。当AS所检测的环境光下降到低于预置水平、指明了变暗的环境条件时,HS成为控制传感器,以响应来自后方的超过预置强度水平的亮前灯而改变反射镜的反射度。对于OEM反射镜,可通过将LC反射镜连接到车辆已有的主电源来对反射镜控制电子器件供电,或者可通过内部电池对其供电。
如上所述,也可通过干电池组而不靠车辆的主电源来对反射镜控制电子器件供电。这允许将LC反射镜置入到对于零件市场消费者应用切实可行的自给装置。干电池(dry-cell battery)操作的LC反射镜可随即夹到车辆已有的内部后视镜上。通过适当使用工具,外部反射镜也可随即组入用于各种型号车辆的类似夹式配置。在OEM应用,因为电源来自车辆的现有电源,功耗是无关紧要的。对于使用干电池的夹式LC反射镜,功耗成为重要因素。
现在更详细地参照附图,图1以横截面示出以优选形式实施本发明的原理的LC反射镜的配置。LC反射镜被构成有例如玻璃或塑料面板等的两个平坦(或弯曲)衬底。反射镜前衬底101是沉积有包括但不限于氧化铟锡(ITO)涂层等的透明导电薄膜102所沉积的清澈或透明的面板。用于LC定向的有机定向涂层103沉积在导电薄膜102上,如图所示。UV保护涂层或聚合物膜104沉积或层叠在衬底101的相对或外露表面。这个UV涂层可包括在作为涂层基材的适当聚合物树脂中配制有例如但不限于Ciba专业化学制品公司(Ciba SpectialityChemicals Corporation)的Tinuvin化合物或者BASF公司的Uvinul材料等的UV吸收剂的有机涂层或者无机光学薄膜。UV保护聚合物膜可以是,但不限于,韩国的Nanofilm Co.,Ltd.的产品。非限制性的无机类型的AR光学薄膜105沉积在UV涂层104上,以减小衬底101的正面反射度。这类AR涂层从市场上可获得,并且适合于本申请。另外,具有AR表涂层的UV保护聚合物膜目前可向Nanofilm购买。后衬底109可以与前衬底101相同,但是具有高反射或透反射薄膜108,包括但不限于ITO和/或氧化硅和/或氧化钛银或者增强铝薄膜者增强铝薄膜的混合涂层。与涂层103相同的LC定向涂层107沉积在镜反射表面108上。在前和后衬底之间定义反射镜池间隙。根据本发明携带遮光二色性染料的LC流体106包含在涂敷于衬底表面的前103和后107定向涂层之间的反射镜池中。反射镜池间隙通过隔离片110保持在非限制性的3-12微米的范围,并且通过粘合密封件111来密封。
图2是二色性LC DM反射镜的池子部分的横截面,示出前衬底上的定向涂层203和后衬底上的定向涂层207、LC流体206以及LC主体分子204和客体染料分子205的表示。与反射镜前衬底相邻,LC主体分子204一般取向于与定向涂层203的表面平行,其在定义方向已经过机械磨制。客体二色性染料分子205与LC主体分子204采取背骑式的定位。对于反射镜后定向涂层207处的LC的染料分子209、210建立相似的排列方向关系,但是具有相对于与前衬底邻近的分子的垂直取向,反射镜后定向涂层207根据需要的观视特性在相对于上定向涂层203顺时针或逆时针90度的方向被机械磨制。通过这种排列方向配置,LC反射镜在未激活时常态地处于DM状态,因为由处在与反射镜表面平行的方向的染料分子所呈现的组合的光阻挡区域基本上为最大。
图3是根据备选实施例的二色性LC BM反射镜的类似池子部分的横截面。在这个实施例中,LC主体分子224和染料分子225由于被反射镜池前面上的特定定向涂层221和后面上的特定定向涂层222导向而基本上取向于与壁表面垂直。通过这种排列方向配置,LC反射镜在未激活时常态地处于BM状态,因为由处在与反射镜垂直的方向的染料分子所呈现的光阻挡区域基本上为最小。
图4是根据本发明的LC反射镜电子控制系统的功能框图。如上所述,LC反射镜的反射度通过图2中的DM反射镜的LC和染料分子204、205的取向以及图3中的BM反射镜的LC和染料分子224、225来确定。通过改变施加到图1的反射镜池的内部前透明导电涂层电极102和后反射或透反射表面电极108上的方波电压信号的相位关系和强度,来改变反射镜反射度。当图1中的前电极102和后电极108上的电压同相时,反射镜处于其最大反射性的BM状态。当前和后电压为异相的π弧度或180度时,反射镜处于其最小反射性的状态DM。反射镜反射度随着异相电压朝着同相状态减小而增加。
需要一种控制策略和系统来确定施加到反射镜电极的电压的时间、量和相位以使反射镜变成较少反射性、因而减小来自尾随车辆的前灯的眩光反射。检测系统应当首先确定环境照明指明是白天还是夜间条件。然后,系统应当仅在晚上确定具有明亮前灯的车辆正从后方接近的时间以及来自该车辆前灯的入射光是否足以干扰驾驶员的视觉。还示出了对这两种条件和控制策略的附加增强,以改进LC反射镜操作。
参照图4,按照以下逻辑来操作优选实施例的光电检测器系统。当环境光传感器(AS)301检测到高于预置阈值的光水平时,前灯传感器(HS)302被停用,以及对于不管是DM或是BM反射镜,反射镜保持在其亮模式状态。当AS 301检测到等于或小于预置阈值的光水平,其指明了正接近夜间、夜间或相当于夜间的低环境光水平时,HS 302被启用。然后,当HS 302检测到等于或高于预置阈值水平的前灯强度时,反射镜控制电路303将使反射镜304变暗到其最小反射性的DM状态,并在前灯亮度降低到低于预置阈值水平时使其返回到BM状态。HS 302的光水平或阈值优选地预置成与AS 301相同的水平,以减少根据一年的季节通常持续大约15至30分钟的黄昏或黎明时长。另一方面,如果HS 302的预置光水平低于AS 301的,在黄昏或黎明时间,因为环境光使得反射镜变成DM状态,则反射镜将保持在DM。
对于本发明的光感测系统、即环境和前灯传感器存在具体与设置环境光传感器301的阈值水平有关的标准。如果AS 301的灵敏度设置过低(即响应于较亮或较强照明条件),则反射镜将在外部充分变黑之前过早地变暗。如果它设置过高(即响应于较暗或较小强度的照明条件),则反射镜在晚上稍后变得很黑时才会响应于来自后方的前灯而开始暗化。环境光传感器的优选设置应当是指示日落前大约15分钟这时大多数机动车辆开启其前灯时的光强度水平。在本发明中,光感测功能主要通过环境光传感器来控制。如果AS 301的灵敏度设置过高,而HS 302的灵敏度设置成更加高于AS 301的,则反射镜在环境光水平等于或低于AS 301的预置水平之前不会因亮前灯而变暗。在这类情况下,反射镜在夜色来临时将起不到作用。如果HS 302的灵敏度设置成低于AS 301的,则反射镜在日落之前将过早地开始变暗。已经发现,最佳的情况是将HS 302的灵敏度设置成与AS 301的大致相同。通过AS 301和HS 302均设置成大约相同的光水平,AS 301在优选地为指示日落前大约15分钟的预置环境光阈值时一经启用HS 302,则反射镜将响应于来自后方的前灯而变暗。当夜色加深并且环境光水平变成低于HS 302的预置水平时,反射镜将开始正常工作。可能存在数分钟的短时间,在此期间反射镜可能因环境光而不是来自后方的前灯而暗化。但这认为是可以接受的。
当车辆白天在低的阴暗条件下经过公路桥下或者通过阴影区域时,AS 301可启用HS 302,它又可由环境光水平触发以根据车辆速度不定期或间断地使反射镜变暗。使用节约能量的低功耗电容器,将延时(TD)功能305构建到控制电路303中,使环境传感器在反射镜从DM转换到BM之前建立1-4秒延时,从而减少反射镜的不定期变暗或闪烁。还可将类似的TD功能306构建到前灯传感器302中,以便在接近的车辆的前灯没有投射稳定光时、例如其后跟随亮前灯或远光灯时其在不平坦公路上行驶时,防止反射镜闪烁。环境传感器的TD特征是要减少白天在低的阴暗环境下行驶时反射镜的闪烁,以及前灯传感器的TD特征是要在不平坦公路上和/或在交通拥挤条件下行驶时使闪烁为最小。
电子控制方案的细节对于DM和BM反射镜实施例略有变化,主要差异总结如下:
暗模式反射镜
DM反射镜在未激活时、即没有控制电压施加到电极时处于其最低反射状态。仅当AS 301启用HS 302时,并且仅当HS 302检测到高于其预置阈值的光水平时,这使得反射镜控制电路303转换反射镜304,反射镜才转换到BM。当控制板303被启用时,它在前和后电极之间产生异相方波AC电压,以将反射镜304的反射模式从其初始DM改变到更大反射性的BM状态。
当环境光水平低于AS 301的预置阈值时,控制电路303启用HS302。当HS 302被启用、但尾随前灯的光水平仍然低于HS 302的预置水平时,控制电路303被启用,以及反射镜304转换到其最大反射性的BM状态。当HS 302被启用并且光水平高于其预置水平时,控制电路303停用反射镜304,并使它返回到初始最低反射性的DM状态。因此将会看到,当具有明亮前灯或远光灯的车辆在晚上从后方接近时,反射镜的眩光反射被减小。
亮模式反射镜
BM反射镜在未激活时处于其最高反射性状态。仅当AS 301启用HS 302时,并且仅当HS 302检测到高于其预置阈值的光水平时,这使得反射镜控制电路303转换反射镜304,反射镜才转换到DM。更具体来说,控制电路303在LC池的前和后电极之间产生异相方波电压,以便将反射镜304的反射模式从其原始BM改变到较少反射性的DM状态。
当环境光水平低于AS 301的最小阈值时,控制电路303启用HS302或者传送控制给HS 302。当HS 302被启用并且来自尾随车辆的前灯的光水平高于HS 302的预置阈值时,控制电路303施加AC电压,以及反射镜304转换到其较少反射性的DM状态。当HS 302被启用并且尾随前灯的光水平低于其预置阈值时,控制电路303通过中断施加到电极的电压来停用反射镜304,并使反射镜返回到初始较大反射性的BM状态。因此将会看到,当具有明亮前灯或远光灯的车辆从后方接近时,反射镜的眩光反射被减小。
图5是根据本发明的LC反射镜控制电路的功能示意框图。两个放大器/峰值检测器3011和3021的输出电压分别与照射到AS 301和HS 302上的入射光水平直接成正比。这些输出电压的快速变化或“闪烁”通过延时306和305被滤除,这些输出电压分别进入电压比较器3012、3022。对于暗条件,环境比较器3012上的偏置电压设置于比放大器/峰值检测器3011的电压输出略高的正输入。这样,当没有光线或者有不充分的光线入射到AS 301时,环境比较器3012的输出电压为逻辑电平高,而当充分强度的光线入射到AS 301时,环境比较器3012的输出为逻辑电平低。实施2-10秒的延时功能3051,以当环境光水平处于或接近预置阈值而可能引起放大器/峰值检测器3011的输出的快速波动时减小反射镜的闪烁。
类似地,前灯比较器3022上的偏置电压设置于比放大器/峰值检测器3021的输出电压略高的负输入。这样,当没有光线或者有不充分的光线入射到前灯传感器302时,前灯比较器3022的输出为逻辑电平低,而当充分的光线入射到前灯传感器302时,前灯比较器3022的输出为逻辑电平高。加入2-10秒的类似延时功能3052,以当尾随前灯的强度水平接近预置阈值时减小反射镜的闪烁。
比较器3012和3022的输出是对二输入“与非”(NAND)门电路3031的输入。这个“与非”门电路3031的输出仅当两个输入处于逻辑电平高时才为低,而当比较器输出的之一或两个处于逻辑电平低时才为高。两个比较器输出均为高的唯一条件是在以下时间:AS 301和放大器/峰值检测器3011指明环境照明条件为暗,即AS 301的电压信号低于峰值检测器的设定,而HS 302及其放大器/峰值检测器3021指明有来自后方的具有大于预定阈值的前灯,即HS 302的电压信号高于峰值检测器的设定。
“与非”电路3031的输出通过配置为逻辑反相器3032的“与非”门来反相,使得当两个比较器3012、3022的输出为高时,逻辑反相器3032的输出为高。
两个附加的“与非”门配置为方波振荡器3033,其输出频率设置成将液晶反射镜304驱动为降低反射镜的反射率并且没有表现为闪烁。这个频率通常在大约30至大约60Hz之间,但是其它频率是可以的,并且落入本发明的范围之内。仅当反相器3032的输出为高时,振荡器3033才进行工作,而当逻辑反相器3032的输出为低时,振荡器3033为低或断开。因此,要知道,用图5的电路,仅当环境传感器指明充分的环境暗度并且前灯传感器指明来自后方的充分亮度时,才将方波电压信号施加到反射镜上。在下列真值表中用针对四种条件的典型电源电流要求给出振荡器操作。
环境传感器 | 前灯传感器 | 振荡器条件 | 电流微安培 | |
白天无前灯 | 低 | 低 | 断开 | 30 |
白天有前灯 | 低 | 高 | 断开 | 40 |
夜间无前灯 | 高 | 低 | 断开 | 40 |
夜间有前灯 | 高 | 高 | 接通 | 250 |
图6示出用于将LC反射镜401的夹式实施例安装到已有后视镜409的安装机构的一个实施例。活动臂或夹具402、403上下滑动结合固定臂404、405用于将LC反射镜401夹到车辆的已有反射镜409上。优选地通过反射镜401的壳体内部的弹簧使活动安装臂或夹具402、403偏向其缩进位置。虽然在当前示范中,两个活动臂位于反射镜壳体的底部,但是它们可定位于反射镜壳体的顶部或底部。为了将反射镜401安装到反射镜409,使活动臂展开,将固定臂404、405定位于已有反射镜顶部(或底部),并且松开活动臂,使它们部分收缩,因而夹到反射镜409的底部(或顶部)。
反射镜401的壳体内部的电池408可通过检测何时反射镜401与反射镜409附连或没有附连的微型开关407自动地与电路进行连接或断开连接。例如,开关407可配置成当臂402或403处于其完全缩进位置、表示反射镜401没有与已有反射镜409附连时断开,而当臂402或403展开、表示反射镜401与反射镜409附连时闭合。当反射镜401与已有反射镜409附连时,开关407将电池电力施加到控制板406。这样,当反射镜401在存放或运输期间未使用时,电池电力没有完全耗尽。另外,使用节约能量的低功耗电容器将TD功能结合到反射镜控制电路406。
夹式LC反射镜401使用一般为3个串联的均为碱性类型1.5伏的电池提供4.5伏标称DC输出的电源,以大约50微安培的待机模式以及200微安培的操作模式工作在4.5伏或更高的方波电压。通过用户定制设计的束线,夹式LC反射镜可通过例如点烟器等电源出口直接与已有的汽车电池连接。另外,电源可以是可充电类型电池或者太阳能电池。
DM类型LC反射镜可随时间需要比BM反射镜基本上更多的能量,因为DM反射镜必须在大部分时间处于其最高反射性的BM状态,并且这种状态在DM反射镜中通过将AC电压信号施加到反射镜的电极来获得。因此,DM反射镜对于OEM使用会更有效,其中功耗不是关键问题,因为反射镜由汽车电池供电。BM反射镜可能对于零件市场夹式应用会是最有效的,因为它仅在其DM状态才从电池消耗电力,DM状态的出现远比BM状态要少。
图7示出可结合到OEM LC反射镜501中的非限制性地用于温度502、罗盘503和图形显示器504的可能附加特征。例如时钟、蓝牙、车库开门器、轮胎压力指示器等的其它特征也可根据需要结合在反射镜中。温度功能可包括内部和外部温度。图形显示器504可呈现倒车相机观视、消息中心和/或GPS信息。
图8给出非限制性地用于温度602和罗盘603的零件市场夹式LC反射镜601的可能附加特征。例如时钟、蓝牙、车库开门器、轮胎压力指示器等的其它低功耗特征也可根据需要结合在反射镜中。微型手动电源开关604和运动检测器开关605是夹式LC反射镜的附加节能装置,因为当车辆不在运行时不需要调暗功能,电池606可通过电源开关手动或者通过运动检测器自动断开连接。
如上所述,环境光传感器从夜间条件来确定白天条件。仅当环境传感器检测到夜色或者其它低光线条件时,前灯传感器才处于活动模式。这种功能性通过如上所述的逻辑电路来实现。如果前灯传感器然后检测到车辆后方的亮前灯,则振荡器将AC电压施加到LC反射镜的电极,以使反射镜为较少反射性,由此减小来自尾随车辆前灯的眩光。不具有振荡器的简单通/断功能,前灯传感器所检测的电压水平也可改变振荡器的工作周期,使得眩光减小或者反射性的程度对于较明亮光线可以更大,而对于不太明亮的光线可以更小。因此,反射镜可响应前灯传感器所检测的光线自动地逐渐变暗到不同反射水平。这种特征在本发明的LCD反射镜中已经成功地证明,但在现有技术电致变色调暗镜中是不可能的。
另外,如前面所述,确定针对环境传感器的激活水平的比较器具有数秒的延时,使得电路在黄昏和黎明时分从亮到暗或者从暗到亮的过渡期间没有波动。一种用于消除这种不稳定过渡的备选技术是在比较器中包含滞后,使得从低到高的水平比从高到低的水平更低。将过渡间隙构建到电子器件中,以使环境状态的过度通/断为最小。
OEM以及夹式配置中的各种样板LC反射镜已经由本发明人构造和测试。样板的大小从小汽车的反射镜到大拖运卡车的7英寸×16英寸反射镜不等。DM以及BM配置中的样板已经经过测试并且证明是成功的。反射镜系统已经构建,并且证明能够将反射镜从明亮到透明的中性黑色或蓝色来回转换。这些样板已经证明是OEM和零件市场应用中可行的后视镜产品。
以上公开的各种特征、方面、附加的、删除和修改在本发明的范围之内是技术人员可以认识理解的。下面列出一些可能的示例。
1.LC反射镜池由包括但不限于玻璃和塑料的材料制成的透明前衬底和反射或透反射后衬底组成。
2.1中的LC反射镜的前衬底的底面沉积有由包括但不限于氧化铟锡(ITO)或氧化锡等材料制成的透明导电薄膜。
3.1中的LC反射镜前衬底的上表面沉积有包括但不限于由多层氧化物材料制成的或者与UV保护聚合物膜层叠的无机光学薄膜的UV保护涂层。
4.3中的UV保护涂层还可由配制有包括但不限于例如CibaSpecialty Chemicals Corporation的Tinuvin化合物或者BASFCorporation的Uvinul材料等UV吸收剂的材料的有机涂层制成。UV吸收剂的含量在聚合物基材载体中为2-15%。
5.包括但不限于混合氧化物薄膜的无机类型AR光学涂层沉积在3和4中的UV保护涂层的上表面,用于截止LC反射镜池的前表面对在410nm或者410nm以上的光的反射度,以减小对可见光的反射。
6.3中的UV保护聚合物膜可不限于是韩国的Nanofilm Co.的产品。另外,与AR表涂层结合的膜产品也可向同一家供应商购买。
7.1中的LC反射镜的后衬底的上表面沉积有由包括但不限于ITO、氧化硅、氧化钛银、铝、增强铝、铬或者其它反射或透反射涂层的材料制成的高反射或透反射薄膜。
8.用包括但不限于非导电氧化铟、氧化钛、氮化钛或者其它钝化薄膜的透明表涂层来保护7中的反射镜表面,以防止反射涂层降级。
9.2中具有透明导电薄膜的表面以及8中具有反射涂层的表面涂有定向材料用于建立LC分子取向。
10.通过包括但不限于PI、聚乙烯醇或者其它适当有机化合物的材料来建立1中的反射镜池的LC分子的一致化排列方向。
11.通过包括但不限于具有直线碳侧链或者长度为C4-C30的链的有机化合物的材料来建立1中的反射镜池的LC分子的同型排列方向。
12.1中的反射镜池间隙包括但不限于厚度为3-12微米。
13.用二色性LC流体来填充1中的LC反射镜池。
14.对于暗模式反射镜应用,10中的二色性LC流体包括溶解于具有正介电各向异性常数Δε的LC混合物的二色性染料混合物。
15.对于亮模式反射镜应用,11中的二色性LC流体包括溶解于具有负介电各向异性常数Δε的LC材料的二色性染料混合物。
16.14和15的二色性LC流体由包括但不限于红色、蓝色和黄色的三种基本色染料组成。非限制性地,14和15中的LC流体的整体染料组成为0.8至4.5%,其中每个单种染料成分为0.1至4.0%。
17.14和15中的染料-LC分子对的有序参数非限制性地在0.7至0.9之间。
18.采用2至17组装的1中的LC反射镜处于平坦配置。
19.采用2至17组装的1中的LC反射镜也可处于弯曲配置。
20.18中的LC反射镜可制作为黑色暗模式或亮模式类型。
21.18中的LC反射镜可制作为蓝色暗模式或亮模式类型。
22.19中的LC反射镜可制作为黑色暗模式或亮模式类型。
23.19中的LC反射镜可制作为蓝色暗模式或亮模式类型。
24.18至23中的LC反射镜的光反射度通过电子部件自动监测。
25.24中的电子反射镜控制系统包括与前灯传感器结合的环境光传感器。
26.25中的环境光传感器设计成在白天操作期间禁止减小的反射特征。
27.25中的环境光传感器配备了光学过滤件,以使它对环境日光的灵敏度为最大,而使它对接近的交通的人为前灯的灵敏度为最小。
28.26和27中的环境传感器的灵敏度设置成对应于在日落之前大约但不限于15分钟的环境光水平。
29.25中的前灯传感器的灵敏度设置成基本上与26和27中的环境传感器的相同。
30.使用电阻器电路的非限制性的2-6秒的延时结合到用于环境传感器的28的控制逻辑中,以在白天在低阴暗周围环境中以及夜间或低光线条件中在不平坦公路上或者在交通拥挤条件中行驶时使反射镜闪烁为最小。
31.29中的前灯传感器设计成使它对环境日光的灵敏度为最小,而使它对人为前灯的灵敏度为最大,以防止反射镜在白天错误地变暗。
32.使用电阻器电路的非限制性的大约2-6秒的延时结合到用于前灯传感器的31的控制逻辑中,以防止反射镜夜间在交通拥挤条件下以及当车辆行驶在不平坦公路时进行闪烁。
33.当具有明亮前灯或远光灯的车辆从后方接近时,32中的前灯传感器激活并且使LC反射镜变暗,以减小眩光反射。
34.采用2至33中包含的电子系统组装的1的LC反射镜用于机动车辆制造商生产内部和外部后视镜。
35.34中的LC反射镜通过机动车辆中的主电源供电。
36.采用低功耗,35的LC反射镜还设计成通过干电池供电的独立夹式配置。这些LC反射镜可夹到机动车辆的已有后视镜上。
37.36中的夹式LC反射镜由碱性或锂类型电池供电。
38.36中的夹式LC反射镜还可由可充电电池供电。
39.36中的夹式LC反射镜还可由太阳能电池供电。
40.36中的夹式LC反射镜还可通过与例如但不限于车辆中的已有点烟器等电源出口直接连接来供电。
41.对36中的夹式反射镜的电力供应通过通/断开关手动来中断。
42.为了节省干电池的功耗,微型开关安装到36的夹式反射镜的电子控制电路,并且采用拉伸弹簧安装到夹臂上,使得在反射镜没有夹到车辆中的已有反射镜时中断对反射镜的电力输入。
43.当车辆处于静止或停放模式时通过运动检测器来中断对36的夹式反射镜的电力供应,但当运动检测器检测到车辆的运动时对反射镜恢复电力。
44.当对36的LC反射镜的电池输入低时,低电池指示器激活。
45.罗盘结合到35和36的LC反射镜中,用于朝向的方位。
46.热传感器结合到35和36的LC反射镜中,用于监测机动车辆的外部。
47.热传感器结合到所述35和36的LC反射镜中,用于监测机动车辆的内部温度。
本文根据通过本发明人给出实施本发明的最佳模式来考虑而来的优选实施例和方法描述了本发明。但是应当理解,但是,本领域的技术人员可能对所说明的实施例进行大量添加、消除和修改,这没有偏离权利要求书阐明的本发明的精神和范围。
在此要求2008年8月4日申请的美国临时专利申请序号61/085921的申请日的优先权,通过引用将此临时专利申请的完整内容结合于到本文中。
Claims (33)
1.一种液晶反射镜,包括:
具有内和外表面的基本上透明的前衬底;
反射后衬底,具有内和外表面,并且与所述前衬底间隔开,以定义出衬底的内表面之间的池子;以及
所述池子中包含的液晶流体。
2.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:掺入到所述液晶流体中的二色性染料分子。
3.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述后衬底的内表面涂有反射材料或者透反射材料。
4.如权利要求3所述的液晶反射镜,其中,所述反射材料或者透反射材料从由氧化硅、氧化钛、银、铝、增强铝和铬组成的组中选取。
5.如权利要求3所述的液晶反射镜,其中,所述反射材料或者透反射材料是导电的,并且还包括所述前衬底的内表面上的导电薄膜,所述反射材料或者透反射材料和所述导电薄膜形成所述池子的相对侧上的电极。
6.如权利要求5所述的液晶反射镜,还包括:所述池子的相对侧上并且确定所述池子界限的定向化合物。
7.如权利要求6所述的液晶反射镜,还包括:控制电路,与所述电极耦合,用于有选择地将电压信号施加到所述电极,所述电压信号产生影响所述液晶流体以改变所述反射镜的反射率的电场。
8.如权利要求7所述的液晶反射镜,其中,所述定向化合物配置成在没有电压信号施加到所述电极时使所述液晶流体中的分子取向于与所述上和下衬底的内表面基本上平行。
9.如权利要求7所述的液晶反射镜,其中,所述定向化合物配置成在没有电压信号施加到所述电极时使所述液晶流体中的分子取向于与所述上和下衬底的内表面基本上垂直。
10.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:结合到所述反射镜中并且通过所述反射镜可视的至少一个显示器。
11.如权利要求10所述的液晶反射镜,其中,所述显示器从由温度显示器、罗盘显示器、时钟显示器、蓝牙显示器、车库开门器显示器、轮胎压力显示器、信息显示器、全球定位卫星显示器、倒车相机显示器以及它们的组合组成的组中选取。
12.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:所述反射镜上的用于将反射镜夹到辅助结构上的夹具。
13.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:所述前衬底的外表面上的紫外线保护涂层。
14.如权利要求13所述的液晶反射镜,其中,所述紫外线保护涂层包括包含有从由氧化物的无机光学薄膜、UV吸收剂、Tinuvian化合物和Univul组成的组中选取的材料的聚合物基材载体。
15.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:所述前衬底的外表面上的保护涂层。
16.如权利要求15所述的液晶反射镜,其中,所述保护涂层从由非导电的ITO、氧化钛、氮化钛和钝化薄膜组成的组中选取。
17.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:所述前衬底的外表面上的耐磨涂层。
18.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述池子的厚度在大约3微米与大约12微米之间。
19.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述液晶流体包括溶解于具有正介电各向异性常数的液晶材料的二色性染料混合物。
20.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述液晶流体包括溶解于具有负介电各向异性常数的液晶材料的二色性染料混合物。
21.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述前和后衬底基本上是平坦的。
22.如权利要求1所述的液晶反射镜,其中,所述前和后衬底是弯曲的。
23.如权利要求1所述的液晶反射镜,还包括:电子控制电路,用于响应光线有选择地使液晶流体暗化,由此使所述反射镜暗化。
24.如权利要求23所述的液晶反射镜,其中,所述电子控制电路包括用于响应高于预定前灯阈值的强度的光线照射到所述反射镜上而使所述反射镜暗化的前灯传感器以及用于感测环境光强度的环境传感器,所述环境传感器优先于所述前灯传感器的操作,以防止当环境光强度高于预定环境阈值时所述反射镜的暗化。
25.如权利要求24所述的液晶反射镜,其中,所述前灯阈值和所述环境阈值基本上相同。
26.如权利要求24所述的液晶反射镜,其中,所述环境阈值一般对应于黄昏时的环境照明条件。
27.如权利要求24所述的液晶反射镜,其中,所述环境阈值一般对应于日落之前大约15分钟时的环境照明条件。
28.如权利要求24所述的液晶反射镜,其中,所述电子控制电路包括对所述环境传感器的响应的延时,以防止所述反射镜的闪烁。
29.如权利要求24所述的液晶反射镜,其中,所述电子控制电路包括对所述前灯传感器的响应的延时,以防止所述反射镜的闪烁。
30.一种液晶反射镜,其响应照射到所述反射镜上的前灯而暗化,所述液晶反射镜包括:
基本上透明的前衬底,具有内和外表面以及所述前衬底的内表面上的导电膜;
后衬底,具有内和外表面,并且与所述前衬底间隔开,以定义出所述衬底的内表面之间的液晶池;
所述后衬底的内表面上的至少部分地反射并且导电的涂层;
所述液晶池的相对侧上的并且确定所述液晶池界限的定向化合物;
所述液晶池中包含的液晶流体,所述液晶流体包括二色性染料;
电子控制电路,与所述前衬底上的所述导电膜和所述后衬底上的所述反射导电膜耦合,所述电子控制电路适用于有选择地将电压信号施加到所述薄膜,以影响所述液晶流体的透射率;以及
前灯传感器,与所述电子电路耦合,用于感测照射到所述反射镜上的光线的强度,所述电子电路施加电压信号或者中断电压信号,以响应所述前灯传感器所感测的高于预定前灯阈值的光强度而减小所述液晶流体的透射率。
31.如权利要求30所述的液晶反射镜,还包括:环境光传感器,与所述电子控制电路耦合,用于感测环境光的强度,当所述环境传感器感测到高于预定环境阈值的环境光强度时,所述电子控制电路不响应来自所述前灯传感器的信号。
32.如权利要求31所述的液晶反射镜,其中,所述前灯阈值和所述环境阈值基本上相同。
33.如权利要求31所述的液晶反射镜,其中,所述电子电路包括施加到来自所述前灯和环境传感器的信号的延时,以防止所述液晶流体的透射率的快速变化。
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