CN105182569A - 可变透光率滤光片及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率滤光片。该滤光片包含转换材料，该转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团。

Description

可变透光率滤光片及其应用

本申请为申请号为201080035776.7、申请日为2010年6月10日、发明名称为“可变透光率滤光片及其应用”的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年6月11日提交的美国临时专利申请61/186,055、2009年6月11日提交的美国临时专利申请61/186,076、2009年6月11日提交的美国临时专利申请61/186,058和2009年6月11日提交的美国临时专利申请61/186,069的优先权。上述所有申请的公开内容都通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及可变透光率滤光片领域，尤其涉及在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片、包含本发明的滤光片的装置及其用途。

背景技术

滤光片广泛用于控制可见光能和太阳能。最特别的是，滤光片已经在窗技术中用作嵌装玻璃(glazings)，用于根据乘员的舒适性控制光和热向窗玻璃以内和以外的流动。应用包括，例如建筑物、车辆、飞行器、宇宙飞船和船上的窗户。滤光片也已用于调节采光和加热水平，用于减少眩光和能量负荷管理。改善建筑物的能效是减少能量利用和减少CO₂排放的一个关键方面。仅仅美国每年就消耗100库德的原始能量。建筑物消耗美国使用的所有能量的大约39％和电能的68％。它们导致全部温室气体(GHG)排放的大约38％。窗户导致建筑物能量损失的大约30％。因此，使用减少热量损失和太阳得热的改良技术，窗户可以提供显著的益处和成本节约。

滤光片也已应用于眼用装置中以控制照射眼睛的光。应用包括，例如，处方和非处方眼镜、风镜、太阳镜、护目镜和安全眼镜。

有许多技术已经用于滤光片应用中，以动态改变可见光透过率的程度，包括光致变色体(photochromics)、电致变色体(electrochromics)、液晶、热致变色体(thermochromics)和悬浮粒子显示。

光致变色体

光致变色体自动响应光水平，在日光和特定亮光条件下变暗，而在室内或低光条件下自发变为透明或较低暗度。光致变色体的一个众所周知的应用见于TransitionsOpticalInc.,9251BelcherRoad,PinellasPark,Florida,USA,33782制造的眼镜片中。这些镜片使用嵌入刚性塑料或玻璃镜片中的光致变色化合物(或多种化合物)，或应用到镜片上的光致变色膜。例如，美国专利6,065,836描述了具有膜的光致变色眼镜片，该膜附着到含有光致变色染料的镜片上。

光致变色体在亮光下自动变暗，以减少透过的可见光的量。然而，光致变色体从暗态向亮态的逆转缓慢，并且不能手工控制。光致变色体也可以是非常依赖于温度的，并且常常在暴露于紫外线时分解。因此，尚未证明光致变色体是用于某些滤光片应用的实用技术。

美国专利5,604,626、5,838,483和6,246,505描述了具有一定程度的通过电子器件的用户控制的光致变色装置。这些光致变色装置是基于金属氧化物光致变色体，它需要电力来使装置维持在暗态。

电致变色体

电致变色体可以用来通过通电动态改变材料的可见光透过性质。电致变色技术包括将电致变色材料薄涂层应用于两个透明电极上并将电极材料夹在两者之间。不同于光致变色技术，电致变色技术一般需要用户施加外部电力来变暗。电致变色技术用于自变光汽车镜(例如，ZeelandMissouri的GentexCorporation制造的那些)。

美国专利6,934,067描述了电致变色后视镜，其在两个具有导电涂层和周边密封的玻璃基片之间形成有胶凝的电致变色材料。电致变色材料在加电时变暗和变亮，但是不会自动变暗。通过利用电子光传感器和电子控制改变镜子的透光率性质，这些电致变色镜响应于光条件变化。需要电力来使电致变色材料变得更暗。

电致变色体的另一个例子用于窗应用(SageElectrochromicsInc.,Faribault,Minnesota)，其中引入了应用到窗中一个玻璃层上的薄涂层。用连接到一个电极的正导线通电使窗变暗，而用连接到另一电极的正导线通电使窗变亮。应用到玻璃上的电致变色涂层涉及使用专门的涂层工艺如喷溅和化学气相沉积。这通常需要专门的工厂或设施，需要将玻璃运输到一个中心工厂来进行涂层工艺，然后再运输到使用它们的地方。因此，使用电致变色技术制成的窗体可能相当昂贵。

电致变色体也已用于眼用装置。例如，瑞典Uppsala的ChromoGenics通过在两个塑料膜之间制造多层电致变色装置，生产了用于摩托车头盔面罩玻璃和其它产品的“电致变色箔”。相对低的直流电压用于将电致变色体从一个状态转换到另一状态，但是通常需要电力使电致变色装置保持在暗态。

液晶

通过将液晶材料夹在两个透明电极之间产生液晶滤光片。当在电极之间施加电场时，液晶以特定方向对齐，使光能够通过该滤光片。在没有电场的情况下，液晶随机定向并且散射光，从观察者来看显示为半透明的。尽管在这种状态下能够通过一些光，但是该滤光片呈现为半透明或几乎不透明的，并且在光学上不是透明的。这使得液晶仅能用于某些应用，例如当不希望能够通过暗态的滤光片看到时的隐私玻璃。液晶转换所需的相对高的电压、高昂的制造成本以及温度依赖性都限制了液晶技术在室内应用和电子器件方面的应用。

美国专利7,459,189描述了能够用于隐私窗的液晶装置。该技术涉及夹在电极之间的液晶复合材料，它在一个状态下允许光通过，而在另一状态下散射光。

美国专利7,300,167描述了一种也基于液晶技术的可调节不透明窗。

日本东京的NipponSheetGlass生产使用液晶技术制成的光学膜，该光学膜在施加相对高(例如，120伏特)交流电压时能够从半透明状态变为不透明状态。

悬浮粒子显示

悬浮粒子显示(SPD)包括悬浮在具有导电电极的两片玻璃之间的液体中的许多小粒子。象液晶一样，通过电极施加的电压使粒子对齐，并且透过光。在没有电压时，粒子随机分布并且散射光。光的散射意味着SPD装置在暗态下一般不是光学透明的。SPD装置也可以制造昂贵的，并且一般需要粒子悬浮在液体中因此具有充分的流动性。该技术的应用的例子包括美国专利5,463,491，其中描述了包含“包封悬浮液”的窗用滤光片。美国专利6,910,729描述了一种基于SPD的自变暗玻璃，用于在车辆中提供增加的热舒适。

热致变色体

热致变色滤光片响应温度变化变暗和变亮，一般在越热时变得越暗，因此不能手工控制。热致变色技术的一个例子在美国专利6,084,702中记载。

提供该背景信息的目的是使申请人认为已知的信息可以与本发明相关。不一定旨在承认，也不应认为任何前述信息构成相对于本发明的现有技术。

发明内容

本发明的一个目的是提供可变透光率滤光片。根据本发明的一个方面，提供了在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片，包括：a)基本透明的第一和第二基片；b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片的方法，包括以下步骤：a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团和溶剂的转换材料，其中所述转换材料在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换。

根据本发明的另一方面，提供了本发明的滤光片在光学器件中的用途。

根据本发明的另一方面，提供了一种在光学器件中使用本发明的滤光片的方法，包括将该滤光片与该器件的至少一个表面可操作地联合(associate)。

根据本发明的另一方面，提供了一种在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗，包括：a)基本透明的第一和第二基片；b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗的方法，包括以下步骤：a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗，包括：a)基本透明的窗基片；和b)与所述基片的至少一个表面联合的至少一个本发明的滤光片。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗的方法，包括以下步骤：a)提供本发明的滤光片；和b)将所述滤光片与所述窗的至少一个基本透明的表面联合。

根据本发明的另一方面，提供了在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置，包括：a)基本透明的第一和第二基片；b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置的方法，包括以下步骤：a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置，包括：a)基本透明的眼用基片；和b)与所述基片的表面联合的本发明的滤光片。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置的方法，包括以下步骤：a)提供本发明的滤光片；和b)将所述滤光片与所述眼用装置的基本透明的眼用基片的至少一个表面联合。

附图说明

通过下面参考附图的详述，本发明的这些和其它特征将变得更加明显。

图1是根据本发明实施方式的滤光片的横截面示意图。

图2是根据本发明实施方式的包含间隔元件的滤光片的横截面示意图。

图3是根据本发明实施方式的具有间隔点的基片的平面图。

图4是根据本发明实施方式的包含间隔元件图案的滤光片的总图。

图5是根据本发明实施方式的滤光片的透射光谱图。

图6显示用于根据本发明实施方式的滤光片的控制电路结构。

图7是说明制造根据本发明实施方式的滤光片的方法的流程图。

图8是根据本发明实施方式的可变透光率窗的横截面示意图。

图9是根据本发明实施方式的曲面可变透光率窗的横截面示意图。

图10是根据本发明实施方式的可变透光率窗的总体剖视图。

图11是根据本发明实施方式的可变透光率窗的的横截面示意图。

图12是根据本发明实施方式的可变透光率窗的横截面示意图。

图13是根据本发明实施方式的可变透光率窗的横截面示意图。

图14是根据本发明实施方式的可变透光率窗的横截面示意图。

图15是连接到根据本发明实施方式的多个可变透光率窗的控制箱的全视图。

图16是显示根据本发明实施方式的可变透光率窗在亮态和暗态下的太阳得热的图。

图17是显示根据本发明实施方式的可变透光率窗的制造步骤的流程图。

图18A是显示光透过暗态下的根据本发明实施方式的可变色窗的示意图。

图18B是显示光透过亮态下的根据本发明实施方式的可变色窗的示意图。

图19是根据本发明实施方式的交通工具可变色窗的全视图。

图20是根据本发明实施方式的多个汽车可变色窗的全视图。

图21是根据本发明实施方式的公共汽车可变色窗的全视图。

图22是根据本发明实施方式的火车可变色窗的全视图。

图23是用于根据本发明实施方式的可变色窗的控制电路的示意图。

图24是连接到根据本发明实施方式的多个可变色窗的控制电路的全视图。

图25是显示根据本发明实施方式的可变色窗的制造步骤的流程图。

图26是根据本发明实施方式的眼用装置的全视图。

图27是根据本发明实施方式的眼用装置的全视图。

图28是根据本发明实施方式的眼用装置的全视图。

图29是根据本发明实施方式的可变透光率镜片的示意图。

图30是根据本发明实施方式的可变透光率镜片的示意图。

图31是根据本发明实施方式的可变透光率镜片的示意图。

图32是用于根据本发明实施方式的眼用装置的控制电路的示意图。

图33是显示根据本发明实施方式的眼用装置的制造方法实例的流程图。

图34是显示根据本发明实施方式的转换材料在各种紫外线强度下的吸收光谱的图。

具体实施方式

本发明涉及在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率滤光片，及其在各种装置中的用途，以及包含本发明的滤光片的装置，如建筑智能窗、汽车智能窗和眼用装置。

本发明的滤光片可用于许多不同的应用。由于本发明的滤光片的实施方式不需要外部电压来向暗态转换，它们可以用于多种商业应用。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片在暗态和亮态之间循环具有低功率需求。滤光片的低功率需求使得本发明的滤光片在商业上能够用于多种应用，如大面积应用。这样的应用的例子包括建筑和汽车窗和嵌装玻璃以及用于汽车应用的天窗。

在另一个实施方式中，本发明的滤光片表现出相对快速的暗态和亮态之间的转换。状态之间的快速转换能够使本发明的滤光片用于遭遇频繁条件变化的应用，例如，建筑和汽车窗和眼用装置。

在进一步的实施方式中，本发明的滤光片是温度稳定的并且响应于温度变化有最小的变化，即最小的变暗或变亮，因此，使得本发明的滤光片能够用于遇到温度条件变化的应用。这样的应用的例子包括建筑和汽车窗应用和眼用装置。

本发明的实施方式使得用户能够通过控制施加到滤光片上的电场来控制滤光片的可见光透过率(VLT)。在一个实施方式中，通过向滤光片施加电压触发从暗态变亮。在另一个实施方式中，通过向滤光片断续地施加电压来调节滤光片的变亮。在进一步的实施方式中，在自动变暗过程中通过向滤光片施加电压来达到中等水平的VLT。在另一个实施方式中，在变亮过程中通过停止向滤光片施加电压来达到中等水平的VLT。在进一步的实施方式中，通过向滤光片断续施加电压在多种环境条件中保持滤光片的VLT。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片能够在一定厚度范围内制造，从而使它们能够用于多种应用。例如，在一个实施方式中，本发明的滤光片层压在两片玻璃之间并且引入窗内。在另一个实施方式中，本发明的滤光片应用于玻璃片的一侧，并且用于窗体以改善乘员的舒适性并减少太阳得热。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片应用于弯曲基片，例如将成形为窗体的玻璃或塑料，用于诸如汽车天窗和眼用装置的应用。

本发明的滤光片适合商业上可行的制造工艺。在本发明的一个实施方式中，滤光片包含高薄层电阻基片。在另一个实施方式中，滤光片包含本领域已知的标准材料的基片。因此，本发明的滤光片能够使用常常是便宜材料的高电阻基片制造。在另一个实施方式中，本发明的滤光片包含与较便宜的导电涂层材料相匹配的基片。因此，本发明的滤光片具有低制造成本。

在进一步的实施方式中，本发明的滤光片可以通过将转换材料湿涂到合适的基片上的工艺制造，从而避免昂贵的和专门的涂层工艺(如喷溅和化学气相沉积)，并且允许“卷到卷”制造工艺。

本发明的滤光片适合多种应用，例如建筑和汽车领域。在本发明的一个实施方式中，滤光片表现出适用于窗体的光稳定性和耐用性。在一个实施方式中，制剂是对于紫外线稳定的，以提供提高的光稳定性。在另一个实施方式中，引入部分紫外线阻断层以增强光稳定性。在一个实施方式中，滤光片是耐用的，并且能够在亮态和暗态之间多次来回循环。

定义

除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语都具有与本发明所属领域技术人员通常理解的相同的含义。

本文使用的术语“可见光”是指波长约在400nm至750nm范围内的电磁辐射。

本文使用的术语“紫外(UV)线”是指波长短于可见光、在10nm至400nm范围内的电磁辐射。

本文使用的术语“红外辐射(IR)”是指波长在750nm至50,000nm范围内的电磁辐射。其波长长于可见光的波长。

本文使用的术语“可见光透过率(VLT)”是指透过或通过物质或产品的可见光量，以百分比表示。

本文使用的术语“自动变暗”是指当暴露于紫外线和/或日光时自动变暗和可见光透过百分比的减少或降低。

本文使用的术语“对比率”是指在亮态下透过滤光片的可见光与在暗态下透过滤光片的可见光的比值。

本文使用的术语“混合光/电染料”、“混合光致变色/电致变色发色团”或“发色团”是指具有暗态和亮态的染料材料或发色团。该染料材料或发色团是混合光致变色和电致变色材料，因为它既表现出光致变色性又表现出电致变色性：暴露于紫外线将使它变为较暗状态，而向染料或发色团通电将使它变为较亮状态。

本文使用的术语“用户控制”或“用户控制的”是指由用户施加电压控制的本发明滤光片的变亮。

本文使用的术语“密耳(mil)”是指为1英寸的1/1000(.001)的长度单位或25微米，其用于表示片状产品的厚度。

本文使用的术语“眼用装置”或“眼用件(ophthalmics)”是指置于眼睛前面用于控制照射眼睛的光的装置。该术语包括，例如，眼镜(处方的和非处方的)、风镜、太阳镜，以及能够设计用于娱乐或工业应用的护目镜。

术语“大约”是指标称值的+/-20％的变化。应当理解，这种变化总是包括在此处提供的任何给定值中，无论其是否特别指出。

滤光片

本发明涉及滤光片、滤光片的用途以及包含本发明的滤光片的装置。本发明的滤光片在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换。在暴露于紫外线和/或太阳辐射时滤光片的可见光透射降低(即变暗)是自动的。在施加电压时发生滤光片的可见光透射的增加(即变亮)，电压可以由用户控制。

本发明的滤光片包括两个基片和包含在基片之间的转换材料。转换材料在暴露于紫外线或日光时将自动变暗，在施加电荷时将变亮。当转换材料暴露于紫外线或日光时，滤光片的可见光透过率(VLT)的百分比降低。如果该滤光片安装在(如窗单元)等产品中，这有助于减少亮光下的眩光和改善乘员舒适性。滤光片进一步包括两个与转换材料接触的电极。在一个实施方式中，每个电极设置在每个相应基片的相对表面上。在另一个实施方式中，两个电极设置在同一基片的表面上。导线连接到每个电极上，以向转换材料施加电压。当向处于暗态的转换材料施加电压时，转换材料变亮，并且透过较高百分比的入射可见光直到达到亮态。控制电子器件使得用户能够控制何时向滤光片施加电压以及施加多大的电压。以这种方式，本发明的滤光片的部件提供一种能够处于亮态或暗态的滤光片，它在暴露于来自太阳的紫外线时能够自动变为其暗态，但是在需要时通过施加电压能够转换回较亮状态。

本发明的实施方式包括也可以减少光谱紫外部分(即100-400nm)的光透过的滤光片。在一个实施方式中，本发明的滤光片的紫外线透过率小于30％。在本发明的另一个实施方式中，滤光片的紫外线透过率小于20％。在本发明进一步的实施方式中，滤光片的紫外线透过率小于10％。在本发明的另一个实施方式中，滤光片的紫外线透过率小于5％。

本发明的滤光片使得用户能够控制滤光片的可见光透过率，即400-750nm光谱范围内的电磁辐射。本发明的滤光片在暗态与亮态之间转换，其中滤光片的各状态达到不同的可见光透过量。在亮态时，达到相对高的可见光透过率。在一个实施方式中，本发明的滤光片在其亮态时的可见光透过率为大约50％或更高。在另一个实施方式中，本发明的滤光片在其亮态时的可见光透过率为大约60％或更高。在进一步的实施方式中，该滤光片在其亮态时的可见光透过率为大约70％或更高。在另一个实施方式中，该滤光片在其亮态时的可见光透过率为80％或更高。

暗态允许相对低的可见光透过率。在一个实施方式中，本发明的滤光片在其暗态时的可见光透过率小于大约30％。在另一个实施方式中，本发明的滤光片在其暗态时的可见光透过率小于大约20％。在另一个实施方式中，该滤光片在其暗态时的可见光透过率小于大约15％。在进一步的实施方式中，该滤光片在其暗态时的可见光透过率小于大约10％。在进一步的实施方式中，该滤光片在其暗态时的可见光透过率小于大约5％。

滤光片的亮态和暗态之间可见光透过率的变化提供宽范围的对比率，这提供可见光透过率的中间状态的范围。在本发明的一个实施方式中，滤光片的对比率大于大约2。在本发明的另一个实施方式中，滤光片的对比率大于大约3。在本发明进一步的实施方式中，滤光片的对比率大于大约4。在本发明的另一个实施方式中，滤光片的对比率大于大约5。在某些应用中，如在眼用装置中，可希望较高的对比率。在本发明的一个实施方式中，滤光片的对比率介于大约1到大约10之间。在另一个实施方式中，滤光片的对比率介于大约2到大约12之间。

在一个实施方式中，本发明的滤光片的可见光透过率可通过太阳辐射和电压的组合在整个中间状态范围上控制。响应于紫外线或太阳辐射自动达到暗态。一旦达到暗态，它就一直保持到通过施加电压触发变亮。施加电压的持续时间取决于所希望的变亮的程度。一旦达到希望的亮态，就可以停止施加电压，在需要时可以再施加。一旦达到希望的可见光透过率状态，在没有暴露于紫外线或太阳辐射的情况下，不需要连续施加电压以保持希望的可见光透过率状态。在存在紫外线或太阳辐时，本发明的滤光片仍然可以转换到其亮态，并且通过控制的间断电压施加进行保持。可以通过在变亮过程中中断或断开电压或者在变暗过程中间断施加电压直到达到希望的状态来达到中间状态。

本发明的滤光片只需要施加低电压来完成变亮过程。在本发明的一个实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量小于大约42伏特DC。在本发明的另一个实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量小于大约12伏特。在本发明进一步的实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量小于大约6伏特。在本发明的另一个实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量小于大约3伏特。在本发明的另一个实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量小于大约2伏特。在本发明进一步的实施方式中，触发从暗态变亮所需的最小电压量约为1.8伏特。

在本发明的其它实施方式中，触发从暗态变亮所需的电压量为大约1至大约10伏特。在本发明的另一个实施方式中，触发从暗态变亮所需的电压量为大约0.1至大约42伏特。在本发明进一步的实施方式中，触发从暗态变亮所需的电压量为大约1.2至大约2.1伏特。

如上所述，实现本发明的滤光片变亮需要且只需最小电压。使滤光片保持在稳定状态不需要恒定施加电压。相反，在存在紫外线或太阳辐射时调节自动变暗所需的任何变亮能够通过间断施加电压以保持恒定亮态或者通过施加减量的电压来进行。这样，滤光片消耗的功率量达到最小。另外，本发明的滤光片的最低电压需求使得它们适用具有宽范围薄层电阻的片状材料。本发明的滤光片适合大约1欧姆/平方至大约10,000,000欧姆/平方的薄层电阻。在一个实施方式中，本发明的滤光片适合大约10欧姆/平方至大约1000欧姆/平方的薄层电阻。在另一个实施方式中，本发明的滤光片适合大约20欧姆/平方至大约500欧姆/平方的薄层电阻。在另一个实施方式中，本发明的滤光片适合大约100欧姆/平方至大约1,000欧姆/平方的薄层电阻。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片适合大约1,000欧姆/平方至大约10,000欧姆/平方的薄层电阻。在本发明的另一个实施方式中，所述滤光片适合大约10,000欧姆/平方至大约1,000,000欧姆/平方的薄层电阻。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片适合大约1,000,000欧姆/平方至大约5,000,000欧姆/平方的薄层电阻。在另一个实施方式中，本发明的滤光片适合大约5,000,000至大约10,000,000欧姆/平方的薄层电阻。

本发明的滤光片在暗态与亮态之间转换的速度取决于其最终形式，然而，通常本发明的滤光片从亮态达到10％暗态的变暗时间为大约1秒至30分钟，并且从暗态达到90％亮态的变亮时间为大约1秒至30分钟。在本发明的一个实施方式中，所述滤光片具有大约1分钟至大约5分钟的变暗时间和变亮时间。在本发明的一个实施方式中，所述滤光片具有大约3分钟的变暗时间。在本发明的另一个实施方式中，所述滤光片具有大约3分钟的变亮时间。在进一步的实施方式中，所述滤光片具有短于5分钟的变暗时间和短于5分钟的变亮时间。

由于光散射引起的混浊所致的透射雾度(haze)能够引起滤光片的澄清。光可以被悬浮在物质中的粒子散射。在其最终形式下，本发明的滤光片是透明的，并且在可见光透过的所有状态(例如亮、暗和中间状态)保持光学透明。在本发明的一个实施方式中，所述滤光片具有5.0％或更低的雾度透射率(hazetransmission)。在本发明的另一个实施方式中，所述滤光片具有3.0％或更低的雾度透射率。在本发明进一步的实施方式中，所述滤光片具有2.0％或更低的雾度透射率。在本发明的另一个实施方式中，所述滤光片具有1.5％或更低的雾度透射率。在本发明进一步的实施方式中，所述滤光片具有1.0％或更低的雾度透射率。

本发明的滤光片适合于多种应用。本领域技术人员应当认识到每个滤光片能够根据具体应用的需求制备。例如，滤光片的厚度可以变化。较薄的滤光片具有较高的柔性和较快的褪色时间，而较厚的滤光片可以具有较深的颜色和较高的刚性。根据一个实施方式，滤光片的厚度为大约0.5密耳至大约40密耳。在另一个实施方式中，滤光片的厚度为大约1密耳至大约10密耳。在本发明进一步的实施方式中，滤光片的厚度为大约1密耳至5密耳。

图1说明本发明的滤光片100的一个实施方式，它被设计为在紫外线或日光的存在下自动变为较暗状态(较低的VLT)，并且施加电压后变为较亮状态(较高的VLT)。基片120上涂覆或沉积有透明导电层140，透明导电层140设置在第一基片120的内表面上。第二基片130上涂覆或沉积有第二导电层150，第二导电层150设置在第二基片130的内表面上。第一基片120和第二基片130彼此相对地排布，使得各自的透明导电层140和150向内彼此面对。转换材料110夹在各导电层140和150之间并与之接触。提供电连接装置，用于电连接至两个导电层140和150。在一个实施方式中，该电连接装置是连接至透明导电层140的导线170，和连接至第二透明导电层150的第二电导线180。

1.基片

本发明的滤光片的基片提供足够的结构完整性以支持转换材料。刚性或柔性基片能够适用于如下所述的广泛应用。例如，由刚性基片制成的本发明的滤光片可以单独应用于特定应用，如窗应用。或者，由柔性基片制成的本发明的滤光片可以作为例如能够层压的光学膜用于选定的应用。能够在本发明中作为基片使用的合适的材料的例子包括但不限于玻璃和热塑性聚合物。合适的热塑性聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚碳酸酯及其组合。在本发明的一个实施方式中，基片材料是玻璃。在本发明的一个实施方式中，基片材料是PET。在本发明的一个实施方式中，基片是热稳定的PET。在本发明进一步的实施方式中，至少一个基片在基片中引入了紫外线阻断剂。

本领域技术人员将会认识到，所选基片的厚度应当允许足够的结构完整性以支持转换材料，同时提供用于特定应用的足够的刚性或柔性。合适的材料和厚度的确定被认为是本领域技术人员的普通技能。在本发明的一个实施方式中，基片材料的厚度为大约0.012mm至大约10mm。在一个实施方式中，基片材料是刚性的并且厚度为大约0.5mm至10mm。在另一个实施方式中，基片材料是刚性的并且厚度为大约1mm至5mm。在一个实施方式中，基片材料是柔性的并且厚度为大约0.024mm至大约0.6mm。在另一个实施方式中，基片材料是柔性的并且厚度为大约0.051mm(2密耳)至大约0.178mm(7密耳)。

也考虑用于本发明的滤光片的基片材料与厚度的组合。在一个实施方式中，本发明的滤光片包括基片，其中仅第一基片包含紫外线阻断剂材料。在另一个实施方式中，本发明的滤光片包括刚性的第一基片和柔性的第二基片。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片包括厚度为5密耳的第一基片和厚度为2密耳的第二基片。

本领域技术人员将会认识到，基片材料的薄层电阻必须能够通过滤光片的基本均匀的电荷注入以实现变亮。在本发明的一个实施方式中，本发明的滤光片包含薄层电阻最高为大约100欧姆/平方的基片材料。在本发明进一步的实施方式中，本发明的滤光片包含薄层电阻最高为大约1000欧姆/平方的基片材料。在本发明的另一个实施方式中，本发明的滤光片包含薄层电阻最高为大约100,000欧姆/平方的基片材料。在本发明的另一个实施方式中，本发明的滤光片包含薄层电阻最高为大约1,000,000欧姆/平方的基片材料。

基片任选地可以包括添加剂，如用于给滤光片提供更深的总范围或颜色的底色调色剂，和/或用于阻断特定波长的电磁辐射的紫外线阻断化合物。在一个实施方式中，本发明的滤光片包括具有用于阻断湿气的屏蔽涂层的基片。在另一个实施方式中，基片具有防反射涂层。在另一个实施方式中，基片具有防划涂层。在进一步的实施方式中，基片具有用于将滤光片层压到玻璃上的压敏粘合涂层。

2.电极

电极可以由任何导电材料制成，该导电材料可以在层中粘附到基片上。适用于导电层的材料是本领域技术人员公知的，包括，例如，金属氧化物、碳纳米管和细丝网。示例性的导电材料包括掺杂氧化铟锡、掺杂氧化锡、掺杂氧化锌的层以及基本透明的薄金属层，如金、银、铝和镍合金。

将导电材料应用到基片上以形成合适的导电层的方法是本领域公知的。例如，用氧化铟锡(ITO)预涂覆的基片材料可以从许多供应商处获得，包括CPFilms,St.Louis,Missouri和SouthwallTechnologiesInc.,PaloAlto,California。本领域技术人员应当认识到本发明的滤光片也能够使用多层导电材料。

导电层作为涂层设置在基片上。导电层涂覆或沉积在基片上达到一定的厚度，该厚度为滤光片提供足够的电导率，并且不会明显干扰所需的光透射。在一个实施方式中，导电层的厚度为大约1纳米至大约90微米。在另一个实施方式中，导电层的厚度为大约10纳米至大约10微米。

在一个实施方式中，基片上涂覆有导电层并且具有大于70％的VLT。在本发明的另一个实施方式中，涂覆的基片具有大于80％的VLT。在本发明进一步的实施方式中，涂覆的基片具有大于85％的VLT。在本发明的另一个实施方式中，涂覆的基片具有大于90％的VLT。

3.转换材料

如上所述，本发明的滤光片包含既为光致变色的又为电致变色的转换材料。转换材料的这种混合光/电致变色性提供了在暴露于紫外线和/或太阳辐射时自动变暗而在暴露于电荷时变亮的滤光片。该转换材料也被称为自动变暗材料，因为该转换材料在暴露于紫外线或太阳辐射时能够自动变暗。

所述转换材料能够以液体形式、固体形式或粘性胶凝形式掺入本发明的滤光片中。在一个实施方式中，所述转换材料为液态。在本发明的另一个实施方式中，所述转换材料为凝胶。

转换材料的厚度会影响本发明的滤光片的透光率，并且可以根据需要的具体应用进行调节。例如，含有相同浓度转换材料的较厚的层会导致在暗态下较低百分比的可见光透射。在本发明的一个实施方式中，转换材料的厚度为大约1微米至大约50微米。在本发明的另一个实施方式中，转换材料的厚度为大约0.1微米至10微米。在本发明进一步的实施方式中，转换材料的厚度为大约0.5微米至5微米。一般来说，转换材料的均匀厚度在大多数应用中是理想的；然而，也设想本发明的滤光片可含有厚度不均匀的转换材料，以用于希望有一些较暗区域和一些较亮区域的应用。

转换材料包含：1)发色团；和2)溶剂成分。在某些实施方式中，转换材料中任选地可以包含额外的成分。例如，转换材料还可以包含：3)支持电解质成分；4)聚合物成分；5)电荷补偿剂；6)载荷子(chargecarrier)；7)紫外线稳定剂；8)紫外线阻断剂；和9)调色剂。本领域技术人员应当认识到某些化合物能够在转换材料中实现双重作用，例如，某些发色团能够自聚合，因此起到发色团和聚合物两者的作用。相反，在某些实施方式中，给定的成分可以由几种单独的化合物组成，例如，聚合物成分可以是包含不同单体单元的共聚物。因此，如下文详细讨论的，转换材料可以包含一种或多种任选的成分。

在一个实施方式中，本发明的转换材料包含发色团和溶剂。在另一个实施方式中，本发明的转换材料包含发色团、溶剂和至少一种任选的成分，该任选的成分选自：a)支持电解质成分；b)聚合物成分；c)电荷补偿剂；d)载荷子；e)紫外线稳定剂；f)紫外线阻断剂；和g)调色剂。

3.1发色团

本发明的转换材料包含一种或多种显示光致变色特性和电致变色特性的发色团。这些双模式化合物当被电和光刺激时能够在两个不同形式之间可逆地转换。能够用于本发明的混合光致变色/电致变色发色团包括己三烯家族的化合物类别，例如，本领域称为二芳烯、二噻吩基环戊烯和俘精酸酐的化合物类别。

根据本发明的一个实施方式，转换材料包含一种或多种来自被称为二芳烯的化合物类别的发色团。

适用于本发明的转换材料的发色团包括如国际专利公布WO2004/015024所述的1,2-二噻吩基环戊烯的衍生物，具有以下式1的一般结构：

其中每个R₁独立地为H或卤素；其中每个R₂独立地为H、卤素，或者两个R₂一起形成CH＝CH，或者当为聚合形式时R₂为CH＝CH并且构成聚合物骨架的一部分；其中每个R₃独立地为烷基、芳基、H、卤素或CO₂Y(Y＝H、Na、烷基、芳基)；其中R₄为芳基；且其中每个R₅独立地为H、烷基或芳基。

可以引入到本发明转换材料中的示例性氟化二噻吩基环戊烯衍生物的制备遵循下面路线1的一般方法：

在本发明的一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃和R₄为并且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃为H，R₄为并且R₅为H。在本发明进一步的实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃和R₄为并且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃为H，R₄为并且R₅为H。在本发明进一步的实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃为R₄为CH₃，并且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁和R₂为F，R₃为R₄为CH₃，并且R₅为H。

根据所需的功能需求，发色团能够以单体或聚合形式引入到转换材料中。可以引入聚合形式的式1化合物作为聚合物骨架的一部分或者作为侧基。例如，可以按照以下路线2利用开环易位聚合将氟化化合物聚合：

可以引入到本发明转换材料中的示例性的非氟化二噻吩基烯烃衍生物可以按照以下路线3的一般方法制备：

在本发明的一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH，R₃为Cl，R₄为CH₃，且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH，R₃为CO₂CH₃，R₄为CH₃，且R₅为H。在本发明进一步的实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH，R₃为R₄为CH₃，且R₅为H。

在本发明的其它实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中该化合物构成聚合物的一部分。在本发明的一个实施方式中，R₁为H，R₂为CH＝CH且构成聚合物骨架的一部分，R₃为Cl，R₄为CH₃，且R₅为H。在本发明进一步的实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH且构成聚合物骨架的一部分，R₃为CO₂CH₃，R₄为CH₃，且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH且构成聚合物骨架的一部分，R₃为CO₂H，R₄为CH₃，且R₅为H。在本发明的另一个实施方式中，转换材料包含式1化合物，其中R₁为H，R₂为CH＝CH且构成聚合物骨架的一部分，R₃为R₄为CH₃，且R₅为H。

适合包含在转换材料中的发色团的一个例子是表现出光稳定性以及电化学耐久性的发色团。化合物的光稳定性，即发色团对光诱导的降解的抗性，可以通过该化合物在恒定光暴露下降解到特定点所花费的时间长度来测定。例如，在一个实施方式中，化合物可以在其暗态和其亮态测量，以确定其在测试前的对比率。在测试过程中，定期监测对比率以确定降解。当对比率落到特定水平以下时，或者当对比率落到原始对比率的50％以下时，可确定发生失效。其它测试方法为本领域技术人员所公知。

本发明的实施方式的光稳定性可以利用Q-Lab,Cleveland,Ohio生产的QUV测试单元检测。在一个实施方式中，本发明的转换材料包含光稳定性为大约1000小时至大约5000小时恒定光暴露的发色团。在另一个实施方式中，本发明的转换材料包含光稳定性为超过大约5000小时恒定光暴露的发色团。

合适的发色团的电化学耐久性根据发色团能够保持其在亮态和暗态之间的转换活性的循环数来测定。在一个实施方式中，本发明的转换材料包含电化学耐久性为大约1000至大约5,000个循环的发色团。在另一个实施方式中，本发明的转换材料包含电化学耐久性超过5,000个电化学循环的发色团。

一般来说，本发明的转换材料含有大约1重量％至大约30重量％的一种或多种发色团。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有大约2重量％至大约7重量％的一种或多种发色团。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有超过5重量％的一种或多种发色团。在本发明进一步的实施方式中，转换材料含有大约3重量％的一种或多种发色团。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有大约6重量％的一种或多种发色团。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有大约5重量％的一种或多种发色团。

3.2溶剂成分

转换材料的溶剂成分的主要作用是在转换材料中溶解、散布和扩散一种或多种发色团和其它成分。在转换材料制备中使用的溶剂一般是惰性的，即，在光化学和电化学上是非活性的，并且是无色的，并且具有足够高的沸点以防止通常操作条件下的溶剂损失。合适的溶剂的例子包括但不限于三甘醇二甲醚、二氯乙烷、四甘醇二甲醚、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、水、丁内酯、环戊酮及其混合物。在本发明的一个实施方式中，溶剂成分包括三甘醇二甲醚。

一般来说，本发明的转换材料含有大约50重量％至大约90重量％的溶剂成分。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有大约60％至大约80重量％的溶剂成分。在本发明进一步的实施方式中，转换材料含有大约70重量％至大约75重量％的溶剂成分。

3.3任选的成分

所述转换材料可以任选地含有其它成分，如支持电解质成分、额外的聚合物成分、调色剂、紫外线稳定剂或阻断剂、载荷子和电荷补偿剂。应当明白，包含在转换材料中的任选成分的选择应当使得它们不会有害地影响滤光片的性质。

支持电解质成分

转换材料的支持电解质成分是惰性的、导电性的，并且由本领域已知的物质或其任意组合组成。这些物质的例子包括碱金属盐和四烷基铵盐。本发明的电解质成分的具体的非限制性例子包括四丁基六氟磷酸铵、四丁基四氟硼酸铵、四丁基过氯酸铵、过氯酸锂、双(三氟甲磺酰亚胺)锂、三氟甲磺酸锂及其组合。在本发明的一个实施方式中，电解质成分包含过氯酸锂。在本发明的另一个实施方式中，电解质成分包含四丁基四氟硼酸铵。

一般来说，本发明的转换材料含有最多大约2重量％的支持电解质成分。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有最多大约1重量％的支持电解质成分。在本发明进一步的实施方式中，转换材料含有最多大约0.5重量％的支持电解质成分。

聚合物成分

如上所述，引入本发明转换材料中的一种或多种发色团可以是聚合形式。在本发明的其它实施方式中，可以向转换材料中添加额外的聚合物。本领域技术人员应当理解可商购的聚合物能够用于制备转换材料。能够用于本发明的聚合物的例子包括但不限于聚乙烯基缩丁醛(PVB)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)、聚(甲基丙烯酸乙酯)(PEMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)及其组合。

在一个实施方式中，本发明的转换材料含有最多50重量％的聚合物成分。在另一个实施方式中，本发明的转换材料含有大约5重量％至大约40重量％的聚合物成分。在进一步的实施方式中，本发明的转换材料含有大约15重量％至大约30重量％的聚合物成分。在另一个实施方式中，本发明的转换材料含有大约20重量％至大约25重量％的聚合物成分。在进一步的实施方式中，本发明的转换材料含有小于大约60重量％的聚合物成分。在另一个实施方式中，本发明的转换材料含有大约10重量％至大约30重量％的聚合物成分。在本发明的另一个实施方式中，转换材料含有大约10重量％至大约25重量％的聚合物成分。在本发明进一步的实施方式中，转换材料含有大约15重量％至25重量％的聚合物成分。

电荷补偿剂

电荷补偿剂成分的主要作用是平衡转换材料的氧化还原化学，并且由本领域已知为合适的电荷补偿剂材料的物质或其任意组合组成。在转换材料制备中使用的电荷补偿剂一般是用于氧化还原平衡阳极发色团的阴极材料，并且在还原形式和氧化形式都足够稳定。合适的电荷补偿剂的例子包括但不限于普鲁士蓝、二茂铁四氟硼酸盐、二茂铁六氟磷酸盐、四氰基对醌二甲烷、四氟-四氰基对醌二甲烷、1,4-二氰基苯、1,2,4,5-四氰基苯、芘、并四苯和并五苯。

本发明的转换材料一般含有大约0.1重量％至大约10重量％的电荷补偿剂成分。

载荷子

载荷子成分的主要作用是促进电子和空穴在两个电极之间的转运，并且由本领域已知为合适的载荷子材料的物质或其任意组合组成。制备转换材料中使用的载荷子一般在触发转换材料颜色变浅所需的电化学势范围内具有氧化还原活性。合适的载荷子的例子包括但不限于三(4-溴苯基)胺、三(4-氯苯基)胺、10-甲基吩噻嗪、9,9-(N,N,N',N'-四联苯基-N,N'-二苯基)芴、4,4'-二(N-咔唑基)联苯(4,4'-di(N-carbozolyl)biphenyl)、1-(N-咔唑基)-4-二苯基氨基苯和1-(N-咔唑基-4-N'-α-萘基-N'-苯胺、N,N,N'N'-四苯基联苯胺。

本发明的转换材料一般含有大约0.1重量％至大约10重量％的载荷子成分。

紫外线稳定剂

紫外线稳定剂的主要作用是通过清除在光分解过程中形成的基团中间体来抑制转换材料的光降解，并且由本领域已知为合适的紫外线稳定材料的物质或其任意组合组成。合适的紫外线稳定剂的例子包括但不限于在本领域中被称为位阻胺光稳定剂(HALS)的化合物类别。

本发明的转换材料一般含有大约0.1重量％至大约10重量％的紫外线稳定剂成分。

紫外线阻断剂

紫外线阻断剂(或紫外线吸收剂)的主要作用是通过包含吸收高能紫外线并且驱散热能量防止光分解的材料成分而防止自变暗材料的光降解，并且由本领域已知为合适的紫外线阻断材料的物质或其任意组合组成。合适的紫外线阻断剂的例子包括但不限于苯并三唑、二苯甲酮和有关的化合物类别。

本发明的转换材料一般含有大约0.1重量％至大约10重量％的紫外线阻断剂成分。

调色剂

调色剂的主要作用是获得希望的颜色，以及在一些实施方式中，通过包含不干扰转换材料的光化学或电化学的染料化合物来调节转换材料在亮态下的VLT。合适的染料化合物的例子可以商购并且是本领域技术人员已知的。

4.控制电路

为了能够运行，本发明的滤光片连接到能够在滤光片的电极之间建立电势差(电压)的电源。控制电路能够用来基于用户的输入或一些其它输入打开或断开电压，也能够用来调节电压至正确的水平。打开或关闭滤光片的电力可以来自多种来源，包括电网电力和电池电力。在一个实施方式中，电力来自于室内交流电电压。在另一个实施方式中，电力来自于电池。电源通过控制电路连接至滤光片。控制电路在电源和滤光片中的电极之间包括用于打开和闭合电路的开关。控制电路也可以包括DC-DC转换器，用于将来自电源的电压转换为适当的电压以使发色团变为其亮态。也可以使用DC-DC调节器调节电压。控制电路也可以包括在收到用户输入后向滤光片施加电压一段固定时间的电路元件。

参见图6，在一个实施方式中，利用控制电路600向滤光片的电极施加电压，以引起变亮。电源620给电路提供电力。在一个实施方式中，电源620是一般在家庭或商业建筑物内使用的交流电电压。在其它实施方式中，电源620是电池或其它一些直流电源。交流变压器610能够用来将交流电压转换为用于控制电路的直流电压。开关630能够用来连通和断开来自本发明的滤光片650的直流电压。

本发明的实施方式包括可以由用户激活、由控制电子器件自动激活或者响应于用户输入激活的开关，或者可以由传感器(如光传感器)激活。在一个实施方式中，电力控制电子器件是用户激活的开关，它使来自电源的直流电压直接通入滤光片。用户激活的开关可以是常开按钮，或者其它一些类型的开关。来自交流适配器的直流电压与触发滤光片变亮所需的电压相匹配。能够为了滤光片变亮而施加的电压取决于诸如转换材料和电极的电阻率等因素。在一个实施方式中，施加的电压的范围为大约1至大约10伏特DC。在另一个实施方式中，施加的电压的范围为大约0.1至大约42伏特DC。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片通过施加大约1.8伏特变亮。在本发明的一个实施方式中，可使用电力控制电子器件640控制施加到本发明的滤光片650上的电压以及控制施加电压的持续时间。在一个实施方式中，控制电子器件可包括用于转换和/或调节来自交流变压器610的电压的DC-DC转换器。例如，交流变压器610可以输出12伏的直流电压。可以使用DC-DC转换器将12伏直流电压向下步调至较低的电压。在一个实施方式中，本发明的滤光片使用1.2伏特至2.1伏特的电压来变亮。

在另一个实施方式中，电力控制电子器件640控制开关630。在该实施方式中，电力控制电子器件640响应用户输入或来自电子装置(如传感器)的输入闭合开关630。用户按下连接至常开瞬时开关的按钮来向电力控制电子器件640提供输入信号。电力控制电子器件640然后闭合开关630一段固定的时间。这段固定时间可以预设并且通过使用电子电路领域技术人员熟悉的标准定时电路内置到电力控制电子器件中。这段固定时间预设为滤光片650变亮所需的时间长度。

光传感器也可以加入到电力控制电子器件640中以感测外面何时明亮。如果外面明亮和用户按下按钮，则电力控制电子器件可以维持滤光片650上的电压以保持亮态。维持滤光片650上的电压可以用来克服滤光片的自动变暗特征并且使其保持在亮态，甚至在暴露于紫外线时。在一个实施方式中，用户通过再次按下按钮或者通过按下第二按钮使滤光片返回其正常的自动变暗状态。在另一个实施方式中，电力控制电子器件640用来向滤光片650施加方波信号，以提供更快的变亮时间和更长的寿命。

在进一步的实施方式中，开关630是多状态控制装置如恒电位仪或多位置开关，它允许用户选择多种不同的状态来使滤光片650变亮。例如，用户能够选择一个中间状态来指示希望介于全暗和全亮之间的状态。电力控制电子器件640然后可向滤光片650施加电压足够的持续时间以达到该中间状态。使本发明的滤光片达到中间状态的其它方法，如施加减量的电压，也是可能的。

电力控制电子器件640也可以包括电压或电流传感器，该传感器能够感测滤光片650中变亮过程何时完成。当电力控制电子器件640感测到变亮过程完成时，它打开开关630以节约电力。也设想可内置到电力控制电子器件640中的其它功能和部件。

控制电子器件640也可以包括电子电路以向滤光片650施加脉冲或交替波形而不是恒定直流电压。波形可以是方波、锯齿波、正弦波的形式或一些其它波形。波幅可以变化。在一个实施方式中，可以通过控制电子器件640向滤光片650的电极施加方波。方波振幅的范围可以是从大约-2伏特至大约+2伏特。当一个透明电极为2伏特时，另一个透明电极为-2伏特。在一个实施方式中，一个电极的波形从0到正电压变化，而另一个电极从0到相应的负电压变化。在另一个实施方式中，一个电极的波形从大约0至大约2伏特变化，而另一个电极从大约0至大约2伏特变化。向电极施加作为方波的电压可缩短滤光片650的变亮时间和/或延长其循环寿命。在一个实施方式中，波形频率为100Hz。在本发明进一步的实施方式中，波形频率范围为大约0.1Hz至大约1,000Hz。在另一个实施方式中，波形频率为大约0.001Hz至大约100KHz。

5.滤光片的任选成分

如上所述，本发明的滤光片需要紫外线辐射以向其暗态转换,然而，本领域技术人员了解，发色团，特别是有机发色团，能够在在紫外线中降解。为了对抗紫外线诱导的发色团降解，可以使用一种或多种紫外线阻断剂来阻断本发明滤光片所暴露的一些或相当一部分紫外线。紫外线阻断剂的目的是防止大量紫外线到达转换材料，同时允许足够水平的紫外线辐射暴露以实现自动变暗。

紫外线阻断剂可以被引入到基片中或者作为层应用到基片上。如果紫外线阻断层存在于滤光片上，它可以包含无机材料、有机材料或两者组合的膜或层。无机材料的例子是二氧化钛、氧化锌、氧化镉、三氧化钨和组合了两种或多种这类材料的混合氧化物。无机紫外线阻断层可以通过多种方法应用到基片上，例如通过化学气相沉积、物理气相沉积(例如喷溅、电子束蒸发和离子镀)、等离子喷涂技术或溶胶-凝胶方法。紫外线阻断剂可以通过一叠薄膜材料(二色性堆栈)提供，其厚度和折射指数选择为能够反射或吸收紫外线。有机紫外线阻断剂可以由一层聚合材料组成，该材料固有地吸收目标波长的光，或者含有混合(溶解或分散)到聚合物材料中或共价键合到聚合物本身的光吸收剂或稳定剂材料。聚合物材料的例子包括聚乙烯类、聚丙烯类、聚丁烯类、环氧树脂类、丙烯酸酯类、聚氨酯类、乙烯类(包括聚氯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛类、聚乙烯醇类)、乙酸酯类、聚苯乙烯类、聚酰亚胺类、聚酰胺类、氟碳聚合物、聚酯类、聚碳酸酯类、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚乙酸乙烯酯、上述的共聚物，以及上述聚合物的聚合物混合物。

大量光吸收剂和/或稳定剂材料是本领域公知的，并且尤其有用的包括苯并三唑类、二苯甲酮类、氰基丙烯酸酯类、位阻胺类、草酰苯胺类和取代三嗪类。

选择紫外线阻断层中紫外线吸收剂的浓度和紫外线阻断层的厚度以提供紫外线阻断层外的转换材料层对日光降解的稳定性，同时允许足够的紫外线暴露水平以实现自动变暗。在一个实施方式中，紫外线阻断膜位于滤光片的光暴露表面之前，并且透过大约8％至10％的250-400nm的入射紫外线。在另一个实施方式中，紫外线阻断剂透过5％-25％的紫外线。在另一个实例中，紫外线阻断剂透过1％-50％的250-400nm的紫外线。

在一个实施方式中，紫外线阻断膜阻断低于特定波长的较多的紫外线。紫外线阻断膜阻断较低波长的高能紫外线的损害，而允许较多低能紫外线通过。低能紫外线能够用来引起自动变暗。在一个实施方式中，紫外线阻断膜阻断大部分低于大约350nm的紫外线，但是允许350nm至400nm的紫外线通过。

滤光片的形式

本发明涉及各种形式的滤光片。在一个实施方式中，本发明的滤光片包括涂覆有透明导电层的基片，该透明导电层设置在第一基片的内表面上。第二基片上涂覆有第二导电层，该第二导电层设置在第二基片的内表面上。第一基片和第二基片彼此相对地排布，使得各自的透明导电层向内彼此面对，形成电化学电池。转换材料夹在导电层之间并且与各导电层接触。可以需要密封来使转换材料夹在基片之间，以及将两个基片粘合到一起。然而，在某些实施方式中，转换材料可以作为基片之间的粘合剂起作用，因此不需要密封。间隔元件可以加入到电极之间以保持电极之间的恒定距离。间隔元件可以附着到电极上，或者间隔元件可以是自由漂浮的。

根据本发明的一个实施方式，参见图2，滤光片200包括第一基片220和第二基片230，它们分别涂覆有透明导电电极240和250。转换材料210包括至少两个间隔元件260以保持第一导电电极240与第二导电电极250之间的一致的距离。在一个实施方式中，间隔元件是直径或厚度大致等于导电电极240与250之间希望的间隙的玻璃或塑料珠。间隙厚度可以是从大约1nm至最多大约1mm，取决于滤光片的希望的特征。在一个实施方式中，希望的间隙为大约25微米。在另一个实施方式中，希望的间隙为大约60微米。可以使用置于两个导电电极240和250和两个基片220和230之间的周边密封270围绕在滤光片200外部，以防止溶剂从转换材料210渗漏或蒸发。间隔元件260也可以附着在一个基片上。电导线280连接到导电电极240上，导线290连接到导电电极250上。

根据本发明的另一实施方式并且参见图3，滤光片的基片320可以印刷有间隔元件350的图案。基片320可以由诸如PET的材料制成。透明导电涂层340(如ITO)可以涂覆在基片上。间隔元件350然后可以应用到基片上，之后组装为滤光片层压件。在一个实施方式中，使用丝网印刷技术将间隔元件350印刷到基片上。其它将间隔元件应用到基片上的方法是本领域技术人员公知的。间隔元件350可以使用诸如可从德国杜塞尔多夫的HenkelCorporation获得的AchesonElectroDAGPD-038UVCurableDielectricDotSpacer材料的材料形成。也想到其它用于形成间隔点的材料。间隔元件350的间隔应当尽可以远，以减少它们对滤光片光学性质的影响，但是应当足够靠近以保持两个电极之间希望的一致的间隙。在一个实施方式中，间隔元件间隔大约3mm，直径大约40微米。在另一个实施方式中，间隔元件间隔大约0.1mm至大约100mm。在另一个实施方式中，间隔元件的直径为大约10微米至大约500微米。周边密封360可以应用在基片320的周边周围。周边密封360可以是诸如环氧树脂或其它粘合剂的材料，或者它可以由片状材料形成并层压到基片320上。如果用于周边密封360的材料是液体材料，也可以在它上面丝网印刷。汇流条(busbar)330可以应用在基片320的一个边缘上，以提供至导电涂层340的电连接。汇流条330可以由一些导电材料形成，如铜、铝、银、金或其它导电材料。汇流条330可以使用例如银环氧树脂或银墨材料印刷。汇流条330也可以使用带有导电粘合剂的铜带形成。电导线370可以连接到汇流条330。

本发明的另一个实施方式显示在图4中，其中滤光片400的转换材料410密封到由间隔元件图案420形成的单独的单元中。间隔元件图案420可以应用到基片430。基片430可以用导电材料(如ITO)预涂覆。间隔元件图案420包裹和密封了一袋转换材料410。除了在基片440和430之间提供一致的间隙外，间隔元件图案420也可以将基片440和430粘合在一起，并且为填充有转换材料410的每个单独单元提供密封，以防止转换材料通过渗漏或蒸发而损失。在一个实施方式中，间隔元件图案420是蜂巢图案。在另一个实施方式中，间隔元件图案420是正方形图案，或者一些其它类型的封闭图案。汇流条450连接到基片440，并且导线460连接到汇流条450。第二汇流条480连接到基片430，并且电导线470连接到汇流条480。

制备滤光片的方法

本发明的滤光片适用多种加工方法。特别是，本发明涉及用于制备滤光片的“卷到卷”加工方法，并且通常包括以下步骤：提供柔性透明基片，透明导电材料涂覆或沉积在该柔性透明基片的一侧上，以形成至少一个电极，以及在柔性基片的导电侧涂覆或沉积转换材料。该方法进一步包括以下步骤：提供第二柔性基片，该第二基片在需要时也可以类似地涂覆或沉积透明导电材料以形成第二电极，以及将其应用到转换材料的顶部以与接触两个透明导电电极的转换材料形成夹层结构。

参见图7，一种制备根据本发明一个实施方式的滤光片的方法包括：提供透明基片，该透明基片可以是玻璃或透明的PET材料或一些其它聚合物；向该透明基片的一侧应用基本透明的导电涂层以形成电极；用包含转换材料的制剂涂覆该基片；并且在转换材料的上部层压类似制备的涂覆有导电涂层的第二基片，以形成夹层结构。

在一个实施方式中，转换材料在室温下具有高粘性，并且通过加热制成较低粘度的液体，以使其能够应用或涂覆到基片上。在一个实施方式中，将转换材料加热到大约100℃，并且压在基片之间。根据本发明的另一实施方式，首先转换材料作为液体铸造，然后进一步处理以提高材料的粘度以形成凝胶。例如，可以干燥转换材料，其中溶剂或共溶剂从转换材料中蒸发除去。在其它实施方式中，将转换材料固化以提高粘度以形成凝胶。固化转换材料可以用紫外线完成。光引发剂可以被添加到转换材料中，当暴露于紫外线时，它可以帮助交联制剂以提高其粘度。对于不同制剂也可以使用其它固化方法，例如加热或暴露于电子束。本领域技术人员将会知道这种聚合和/或交联可以通过化学、热或光类型的引发剂引发。一种常用紫外线固化方法可以通过添加一种成分来完成，该成分在暴露于紫外线时将形成基团来启动聚合和/或交联。合适的聚合引发剂是本领域已知的，并且包括，例如，热敏引发剂(如AlBN)、光引发剂(如DAROCUR4265)。胶凝的转换材料然后可以粘附到两个基片上以形成整体结构。

一旦滤光片制成，可以将其切成适当大小，必要时围绕周边密封，并且可以电连接至电极。电连接可以通过将汇流条印刷到与透明导电涂层接触的基片上进行。电导线然后可以连接到汇流条。当滤光片完成时它将在紫外线的存在下自动变暗，并且使用户能够通过向电极施加适当的电荷使其返回较亮状态。

测试滤光片

本发明的滤光片的性能功效可以通过使用本领域中的标准技术进行研究来测试，包括，例如，测量可见光透过率、雾度、转换速度、光稳定性、循环和滤光片的电压需求。

1.光稳定性

本发明的滤光片对紫外线的光稳定性可以通过使用人工加速测试法或者通过本领域技术人员已知的室外测试法进行测试来确定。光稳定性测试一般在受控制的条件下进行，其中暴露光、温度以及有时湿度可以被控制。

例如可以用QUV仪器在50℃和环境湿度下进行紫外线耐候性测试。在一个实施方式中，经700小时滤光片的降解％小于50％。在另一个实施方式中，经1400小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在进一步的实施方式中，经2100小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在另一个实施方式中，经3500小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在进一步的实施方式中，经7000小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。

也可以用SolarLight16S加速耐候性测试仪进行紫外线耐候性测试。SolarLight使用氙弧灯，氙弧灯可以滤光以提供集中的小束紫外线用于大大加速的耐候性测试。在一个实施方式中，在SolarLight仪器上经100小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在另一个实施方式中，经250小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在进一步的实施方式中，经500小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在另一个实施方式中，经750小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。在进一步的实施方式中，经1000小时或更长时间滤光片的降解％小于50％。

2.循环耐久性

循环耐久性，或转换耐久性，决定了本发明的滤光片的循环转换能力。循环耐久性决定了滤光片在失效前可以经历的亮态和暗态之间的循环转换数。本发明的滤光片的循环耐久性可以通过分析技术测定，其中滤光片根据用户控制的循环谱在其暗态和亮态之间连续循环。例如，在一个实施方式中，循环耐久性被测量为在对比率降至滤光片初始对比率的50％，即50％降解(此时认为滤光片已经失效)之前，滤光片在10％VLT和90％VLT限度之间完成的循环数。在一个实施方式中，滤光片的循环耐久性大于大约100个循环。在另一个实施方式中，滤光片的循环耐久性大于大约500个循环。在进一步的实施方式中，滤光片的循环耐久性大于1,000个循环。在另一个实施方式中，滤光片的循环耐久性大于10,000个循环。在进一步的实施方式中，滤光片的循环耐久性大于40,000个循环。

3.可见光透过率(VLT)

VLT可以使用从OceanOptics,Dunedin,Florida,USA获得的OceanOptics分光光度计测量。VLT是电磁波谱可见部分的平均透光率。在一个实施方式中，滤光片在暗态下的VLT介于1％和40％之间。在另一个实施方式中，暗态下的VLT介于2％和20％之间。在进一步的实施方式中，暗态下的VLT介于5％和15％之间。在另一个实施方式中，滤光片在亮态下的VLT介于50％和90％之间。在另一个实施方式中，亮态下的VLT介于60％和80％之间。在进一步的实施方式中，亮态下的VLT介于65％和75％之间。

4.雾度％

通过本发明滤光片的光的散射，或雾度％，可以使用本领域已知的方法测量，例如使用来自BYK-Gardner的XL-211雾度测量仪。在一个实施方式中，雾度％低于10％。在另一个实施方式中，雾度％低于大约5％。在进一步的实施方式中，雾度％低于大约2％。在另一个实施方式中，雾度％低于大约1％。

5.转换速度

转换速度测量为在亮态和暗态以及在暗态和亮态之间转换花费的时间。在一个实施方式中，转换速度是在亮态下原始VLT的90％和暗态下原始VLT的10％之间转换所需的时间。

滤光片的用途

本发明的滤光片可以引入到多种应用中。特别是，本发明的滤光片特别适合于希望动态控制和过滤光的系统。本发明的滤光片可以原样使用，或者可以层压到另一基片(如玻璃或聚碳酸酯)上。

1.可变透光率窗

本发明的滤光片可以引入到多种窗系统中以给该窗系统提供可控制的可变透光率功能。在一个实施方式中，本发明的可变透光率窗包括本文所述的转换材料和透明基片(如玻璃片或透明聚合物片)。玻璃是窗应用中使用的最典型的透明基片，但是也可以使用透明聚合物材料和其它材料。如前所述，转换材料在暴露于紫外线或日光时将自动变暗，并且通过施加电荷将变亮。当转换材料暴露于紫外线或日光时，窗的VLT降低。这有助于减少眩光和改善乘员舒适性。该可变透光率窗进一步包括与转换材料接触的电极。在一个实施方式中，电极设置在基片的同一表面上，并且与转换材料接触。在另一个实施方式中，转换材料夹在第一和第二基片之间，并且与设置在相应基片的各相对表面上的电极接触。导线连接至电极以向转换材料施加电压。当向转换材料施加电压时，转换材料变亮并且透过更高百分比的入射可见光。控制电子器件使用户能够控制何时向滤光片施加电压。例如，用户可以按下按钮来指示控制电子器件向电极施加电压以使转换材料变亮。电力控制电子器件也可以包括电压转换器，以将交通工具上可获得的直流电压转换为适用于转换材料变亮的直流电压。这样，本发明的可变透光率窗在暴露于紫外线时可以自动转换到较暗状态，并且在希望时通过施加电压可以转换到较亮状态。

图8说明了本发明的可变透光率窗的一个实施方式。如上所述，本发明的滤光片810可以使用柔性基片材料制成，并且作为可以分别使用粘合剂840和粘合剂850层压到透明窗基片820和透明窗基片830之间的膜。透明窗基片820可以是浮法玻璃片。在一个实施方式中，透明窗基片是3mm厚的透明浮法玻璃(例如，可购自PPGIndustries,Pittsburgh,Pennsylvania)。其它材料(如聚碳酸酯和其它透明聚合物材料)也可以用于透明窗基片820。透明窗基片830可以是与透明窗基片820相同的材料或者可以是不同的材料。滤光片810可以分别使用粘合层840和粘合层850层压到透明窗基片820和透明窗基片830之间。光学上透明的透明粘合剂的例子可见来自3M,St.PaulMinnesota的编号为8172的产品。也可以使用其它粘合剂，也可以不使用任何粘合剂。电导线860和870连接到滤光片中的电极上。电极与转换材料接触并且当向电极施加电压时，转换材料从暗态变亮。

在另一个实施方式中，制造包括直接应用到透明窗基片820和830内部的透明导电涂层的窗。如上所述，透明导电涂层可以是ITO或一些其它透明导电涂层。转换材料直接夹在透明导电涂层之间，电导线860和870分别连接到透明窗基片820和透明窗基片830上的透明导电涂层上。转换材料可以作为液体应用到ITO涂覆的透明窗基片，或者转换材料可以经历固化以形成高粘度凝胶。在一个实施方式中，转换材料包含光引发剂如DUROCUR(瑞士巴塞尔的ClBASpecialtyChemicals)，并且使用紫外线固化以形成粘附到两个透明窗基片上的半液体高粘度凝胶或固体。其它化合物及固化以形成高粘度液体或凝胶的方法也是可能的。

本发明的滤光片也可以引入到如图9中一个实施方式所示的非平面窗系统中。本发明的柔性滤光片910使用粘合剂940附着到非平面透明基片920上。电导线940和960连接到滤光片910中的电极上。非平面透明基片920可以是弯曲的透明材料片，如玻璃或其它透明材料如聚碳酸酯或其它聚合物。在一个实施方式中，通过将本发明的滤光片层压到一个透明基片上将滤光片910引入窗系统中。在另一个实施方式中，通过将本发明的滤光片层压到两个弯曲的透明基片之间将本发明的滤光片910引入窗系统中。

1.1建筑智能窗

智能窗具有动态嵌装玻璃，该嵌装玻璃可以根据集成到设计中的外部刺激变暗和变亮。智能窗的可见光透过率不是固定的，而是可变的。这样，智能窗可以达到减少眩光和太阳得热的效果以改善乘员舒适性以及建筑物的能效。

本发明的滤光片可以被引入到多种建筑窗系统中以实现智能窗的功能。例如，可以制造包含本发明的转换材料和控制电路的窗。在替代实施方式中，本发明的滤光片可以层压到两片玻璃之间，并且用作单窗格窗。进一步的实施方式包括向中空玻璃单元(IGU)中或隐私或幕墙中引入本发明的滤光片。本发明的滤光片可以引入到平面或曲面窗系统中。

本发明的滤光片也可以引入到中空玻璃单元(IGU)中。IGU由使用周边隔离件和密封围绕外部密封在一起的两片玻璃构成。两片玻璃之间密封的间隙可以填充空气、抽空，或者可以填充惰性气体(如氩)以降低热从窗体一侧向另一侧转移的速率。本发明的可变透光率中空玻璃单元包括至少两片玻璃或一些其它透明材料以及一个或多个密封的间隙，以减缓热从IGU的一侧向另一侧的传导。可变透光率中空玻璃单元进一步包括本发明的滤光片，该滤光片包含当暴露于紫外线时变暗并且当施加电压时变亮的转换材料。在一个实施方式中，本发明的滤光片层压到IGU内部或外部窗格的一片玻璃上。在另一个实施方式中，本发明的滤光片靠近密封的间隙层压。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片层压到玻璃片表面上，其不与密封的间隙接触。在进一步的实施方式中，本发明的滤光片层压到构成IGU的一个窗格的两片玻璃之间。在另一个实施方式中，本发明的滤光片悬浮在两片玻璃之间的密封间隙中。本发明的可变透光率中空玻璃单元也可以包括两片以上的玻璃和一个以上的密封间隙。在一个实施方式中，有三个窗格的可变透光率IGU包括三片玻璃，其具有两个周边密封，限定了两个密封间隙，其中本发明的滤光片层压到一片玻璃上以提供可变透光率功能。至少一个电导线连接到至少一个与滤光片的转换材料连接的电极上。当向一个或多个电极施加电压时，转换材料变亮直到达到其亮态。

图10说明了本发明的可变透光率IGU的一个实施方式。中空玻璃单元1000包括层压到玻璃片1020上的本发明的滤光片1010。第二片玻璃1030通过周边密封1060附着到玻璃1020上。周边隔离件和密封1060在玻璃片1020和玻璃片1030之间限定了密封空间1050。密封空间1050可以填充空气、氩气或一些其它气体，或者它可以是真空的。第三片玻璃1040层压到滤光片1010的另一侧，与中间的滤光片1010形成夹层结构。框架1070位于中空玻璃单元1000周边的周围，并且有利于可变透光率窗安装到建筑物中。玻璃片1020和玻璃片1030可以包含应用到其表面的涂层。这样的涂层的例子包括防眩光涂层、防反射涂层、红外线反射涂层、低发射率涂层以及用于部分阻隔紫外线的膜。低发射率涂层用于减少热从玻璃片内表面通过密封间隙向向其它玻璃片的发射。

图11说明了本发明的可变透光率IGU的另一实施方式。示出了安装在框架1170中的中空玻璃单元1100。该中空玻璃单元包括层压到玻璃片1120上的本发明的滤光片1110。周边隔离件和密封1160在玻璃片1120和玻璃片1130之间限定了密封空间。另一片玻璃1140层压在滤光片1110的另一侧上。可以使用其它透明材料(如聚碳酸酯或其它透明聚合物)代替玻璃片。滤光片1110包括两个用于通过转换材料施加电压的电极。电线1180连接到一个电极，电线1190连接到另一电极。电连接件1130有利于连接至控制箱和电压源(未示出)。密封1140可以用来将中空玻璃单元1100保持在框架1170中。当中空玻璃单元1100暴露于紫外线时，滤光片310自动变暗，并且中空玻璃单元300的可见光光谱透光率百分比降低，直到达到其暗态。这可以帮助减少晴天的太阳得热。当通过电线1180和电线1190向转换材料施加电压时，滤光片变亮并且中空玻璃单元1100的可见光光谱透光率百分比增加，直到达到其亮态。

图12说明了本发明的可变透光率IGU的另一实施方式。在该实施方式中，中空玻璃单元1200包括玻璃片1220和玻璃片1230。本发明的滤光片1210层压到玻璃片1220的内侧，与密封间隙1250接触。填塞件和密封1260将玻璃片1220和玻璃片1230隔开，并且提供密封以产生密封间隙1250。中空玻璃单元1200可以安装在框架1270中。电线1280和电线1290连接到与上述滤光片接触的电极上。

图13说明了本发明的可变透光率IGU的另一实施方式。在该实施方式中，中空玻璃单元1300包括玻璃片1320和玻璃片1330。本发明的滤光片1310层压到玻璃片1320的外侧并且不与密封间隙1350接触。填塞件和密封1360提供密封以产生密封间隙1350。中空玻璃单元1300可以安装在框架1370中。电线1380和电线1390连接到与上述滤光片接触的电极上。

图14说明了本发明的可变透光率IGU的另一实施方式。在该实施方式中，中空玻璃单元1400包括玻璃片1420和玻璃片1430。本发明的滤光片1410悬浮在玻璃片1420和玻璃片1430之间。周边隔离件和密封1440在玻璃片1430和滤光片1410之间产生密封空间1450。周边隔离件和密封1460在玻璃片1420和滤光片1410之间产生密封空间1470。图14所示的实施方式在滤光片1410的任一侧上具有两个单独的密封空间1470和1450，而不是象大多数双窗格IGU那样仅有一个密封空间。密封空间1495和密封空间1450可以减少热通过中空玻璃单元1400的传导，从而改善了可变透光率窗的隔热能力。中空玻璃单元700可以安装在框架1480中。电线1490和电线1495连接到与上述滤光片接触的电极上。连接件1445允许连接至外部控制电路和电源。

为了控制本发明的可变透光率窗的操作，窗与所述的控制电路连接。一个可变透光率窗可以连接至一个控制电路，或者多个可变透光率窗可以连接至单个控制电路。图15说明了连接至根据本发明实施方式的多个可变透光率窗的电力控制单元的一个结构。电力控制电子器件1500通过电线1530连接至多个可变透光率窗。由常规室内电源通过电线1520供应交流电。交流电可以是北美使用的标准120伏60Hz电力。在欧洲或其它地区，交流电可以是220伏特交流电的形式。其它电压和频率也是可能的。电力控制电子器件1500安装在电气盒1550中。电气盒1550可以是在大多数住宅和商业设施中使用的标准电气盒。在一个实施方式中，电气盒1550可以安装在房屋的墙上。盖板1560用来覆盖电气盒1550。电线1520可以穿过墙壁。在另一个实施方式中，控制电子器件1500安装在设计为位于墙外的盒中。可以由插到分出的标准尖端分叉的电源引出线内的标准电源线供电。可变透光率窗1510用电线1540并联在一起。或者，可变透光率窗1510可以各自具有自己的连回到控制盒1550的电线。在该实施方式中，按钮1570和按钮1580使用户能够控制可变透光率窗。用户希望使可变透光率窗变亮时按下按钮1570。在一个实施方式中，按钮1570被标记为“清除”。当按下按钮1570时，电力控制电子器件1500向可变透光率窗1510施加电压一段固定的时间以使其变亮。在一个实施方式中，施加电压大约10秒至大约5分钟以使可变透光率窗1510褪色。在施加电压后，如果不暴露于紫外线，可变透光率窗1510将停留在亮态。然而，如果可变透光率窗1510暴露于紫外线，一旦电力控制电子器件1500打开开关并且不再向可变透光率窗1510施加电压，它们开始再次自动变暗。如果用户希望可变透光率窗1510甚至在存在紫外线时仍停留在亮态，可以使用按钮1580。在一个实施方式中，按钮1580被标记为“按住/取消”。按下按钮1580将使控制电子器件向可变透光率窗1510施加电压并保持该电压较长的一段时间。在一个实施方式中，电力控制电子器件1500在可变透光率窗上保持电压8小时。在进一步的实施方式中，设计电力控制电子器件1500，使得在施加电压的同时按下按钮1580用来打开电路并且停止向可变透光率窗1510施加电压。发光二极管或其它指示灯可以用在按钮1570和按钮1580中以向用户指示何时向可变透光率窗1510施加电压。其它控制模式可以用来向电力控制电子器件1500提供输入，并且也可以使用不同类型和数目的开关和按钮。在进一步的实施方式中，按钮1570和按钮1580被替换为一个三位置旋钮。

图17说明了本发明的可变透光率IGU的制造方法的一个实施方式。该方法包括提供第一玻璃片，或其它形式的透明窗基片如聚碳酸酯。提供本发明的滤光片并将其层压在第一片窗透明基片上。然后使用周边隔离件和密封材料将第二片透明窗基片附着到第一片透明窗基片上以形成中空玻璃单元。密封空间可以填充气体，如氩或一些其它气体。在一些实施方式中，该方法进一步包括向一个或多个透明窗基片上应用涂层。这些涂层可以是，例如，用于减少热从一个透明基片通过密封空间向另一个透明窗基片辐射的低发射涂层。

1.2用于交通工具的可变色窗

有色窗或有色窗膜常用于交通工具应用(如小汽车、公共汽车、火车、飞机、船、渡船和其它交通工具)的天窗和侧窗。有色窗减少了晴天时交通工具中的热度，而这种热度可以是一个严重的问题，特别是在温暖的气候下。有色窗也可以提高乘员舒适性，特别是在晴天当直射阳光可以引起眩光时，并且提供增加的隐私。

本发明的滤光片可以加入到窗系统中以提供可变色功能。该功能在交通工具窗应用中是特别希望的。可变色窗可以用于多种车辆应用中。例如，它可以用于小汽车的天窗、侧窗和后窗。它可以用于公共汽车和火车的旅客窗，并且它可以用于飞机和船上的舷窗。本发明的可变色窗可以制造为包括本发明的自动变暗材料和控制电路。在替代实施方式中，本发明的滤光片可以层压在两个玻璃片之间，或者它可以附着到玻璃片的一侧。另外，可变色窗可以是平面的或者它也可以用于曲面窗。

图18A和18B说明了根据本发明的实施方式，光通过两个不同色彩状态的可变色窗的透射。图18A显示在较深色状态下的可变色窗1800。可变色窗包括层压到玻璃片1820上的本发明的滤光片1810。这可以是例如汽车的侧窗。在另一个实施方式中，可变色窗1800包括层压件如粘合树脂和第二片玻璃以防止破碎和改善安全性。来自太阳的入射光1830包括范围为400-750nm的可见光。可变色窗在其有色状态将吸收或反射相当部分的可见光。只有一定百分比的可见光以透射光1840的形式透过可变色窗。在一个实施方式中，可变色窗在其深色状态下透过大约5％至30％的光。在晴天，这将给交通工具上的乘员提供减少的眩光、增加的隐私和交通工具内减少的太阳得热。其它深色水平也是可能的，并且可以通过使滤光片更薄或更厚，或者通过改变使用的转换材料，来达到不同的色彩水平。使用吸收不同波长的可见光的不同转换材料也可以获得不同的颜色。

图18B显示较浅色或透明状态的可变色窗1800。在阴天，通过向可变色窗施加电荷可以淡化或除去可变色窗1800的色彩。特别是，施加电荷将使滤光片1810中的转换材料通过变为不同的状态改变其光吸收性质。在图18B中，透射光1850现在包括比如图18A所示的深色状态更高百分比的入射光1830。较浅色给交通工具乘员提供了更好的外部视野并且提高了在低光或夜间条件下的安全性。在其透明或较浅色状态下，根据本发明的一个实施方式，可变色窗1800透过大约45％至90％的入射光1830。透明窗基片1820吸收小部分的入射光1830，并且滤光片1810甚至在其透明状态下也吸收小部分的入射光，因此甚至在浅色状态下可能的最高百分比的可见光透射低于100％透射。通过控制从深色状态变为浅色状态时向可变色窗1800施加电压的持续时间，或者通过使用传感器和电子控制，也可以达到中间色水平。

通过在转换材料中引入特定化合物，或者通过在可变色窗上增加涂层或其它材料，可变色窗也可以被设计为阻隔紫外线(UV)范围的电磁辐射或吸收或反射红外(IR)辐射。这样的涂层的例子包括防眩光涂层、防反射涂层、红外线反射涂层以及用于部分阻隔紫外线的膜。也想到其它涂层。用于滤光片的透明电极也导致IR反射。大约50％的来自太阳光谱的能量是红外线的形式，而大约50％为可见光形式。阻隔红外线可以帮助减少交通工具内的太阳得热。然而，通过阻止可见光和红外线两者向交通工具内的透射可以实现最佳的太阳得热减少。在一个实施方式中，本发明的可变色窗在晴天允许最大的太阳得热减少，而在低光天气和夜间仍然提供良好的外部能见度。这允许使用比不可变化的有色窗更深的色彩，进一步改善了晴天的太阳得热减少。

图19说明了根据本发明的实施方式，本发明的可变色窗在交通工具中的应用。可变色窗1900被设计用于安装在小汽车顶上以提供可变色的天窗或顶窗。本发明的滤光片1910层压到曲面透明基片上。在日光的存在下，可变色窗1900将自动变暗。电连接1930通过控制电子器件连接到由交通工具电池和交流发电机提供的直流电压。控制电子器件可以包括用于连接和断开通向可变色窗1900的电压的按钮或开关。控制电子器件也可以包括用于将小汽车上一般能够获得的12伏特直流电转换为用于转换材料的适当电压的DC-DC转换器或调节器。当交通工具中的驾驶员或乘客按下按钮或激活开关时，电力控制电子器件通过电连接1930向滤光片1910中的转换材料施加直流电压，以使可变色窗变为较浅色或透明状态。可变色天窗在减少汽车内的太阳得热以及防止车内在晴天时太亮方面可以提供明显益处。可变色窗1900可以不需要常用于在晴天阻隔天窗的不透明遮光物。在一个实施方式中，本发明的可变色窗在晴天时提供减少的光透射，而仍然允许交通工具乘员看到外面那些在用不透明遮光物覆盖天窗时无法看到的东西。对于汽车上覆盖大部分车顶的新的全景天窗来说，这可以是特别重要的。

图20显示根据本发明的实施方式，具有可变色窗的汽车的全视图。汽车2000包括天窗2010、后窗2020、后侧窗2030和前侧窗2040。天窗2010可以包括其色彩范围相当深(甚至在较浅色状态下)的可变色窗。甚至在亮态下保持相当深的色彩可以有益于在车内保持低太阳得热。在热天这可以是特别重要的，并且也可以通过减少对空气调节应用的需要帮助提高汽车的能效。在一个实施方式中，天窗2010的可变色范围在深色状态下允许大约10％的可见光透过百分比，在浅色状态下允许大约30％的可见光透过百分比。这提供了大约3:1的对比率(亮态下的可见光透过百分比除以暗态下的可见光透过百分比)。

后窗2020和后侧窗2030可以包括具有与天窗2010相同的色彩范围或具有不同色彩范围的可变色窗。在一个实施方式中，后窗2020和后侧窗2030具有不同的可变色范围，在深色状态下允许大约15％的可见光透过百分比，在浅色状态下允许大约60％的可见光透过百分比，提供4:1的对比率。这种较高的对比率提供了提高的能见度，特别是在浅色状态下。这可能是给乘客提供较好的外部视野所希望的。通过后窗2020和侧窗2030的太阳得热不象天窗2010那样重要，因为它们不象天窗2010一样直接在头顶阳光的光路中。前侧窗2040包括在深色状态和浅色状态下都具有甚至更高的可见光透过率的可变色窗以给汽车驾驶员提供更好的能见度。在一个实施方式中，前侧窗在暗态下具有20％的可见光透过率，在亮态下具有80％的可见光透过率。在一些管辖地区，法律规定了交通工具挡风玻璃的最小可见光透过百分比。这可以禁止使用有色挡风玻璃。然而，挡风玻璃的一部分有时可以是有色的，从而为驾驶员阻挡阳光的直接眩光。在进一步的实施方式中，挡风玻璃的顶部包括可变色窗，可变色窗在阳光下或在强光条件下驾驶时自动变色，并且在低光或夜间条件下通过驾驶员通电可以变透明。嵌入汽车2000中的可变色窗可以通过一个控制成组控制，或者它们可以通过单独的控制独立控制。

图21显示根据本发明的实施方式，具有可变色窗的大客车的全视图。大客车2100包括为本发明可变色窗的旅客侧窗。该可变色窗在紫外线或日光的存在下将自动变暗，并且它们可以通过通电变亮或透明。大客车2100上的旅客侧窗可以成组控制，或者它们可以由每名乘客单独控制。在一个实施方式中，单独控制车窗使得旅客侧窗2110为深色状态而旅客侧窗2120为浅色状态。在另一个实施方式中，挡风玻璃2140在挡风玻璃的一部分(例如上部)上包括可变色窗，以帮助驾驶员阻挡直射光，特别是在朝向太阳行驶时，而仍然保持前方的完全能见度。

图22显示根据本发明的实施方式，具有可变色窗的火车的概图。火车2200的可变色窗可以成组控制，或者它们可以由每名乘客单独控制。在一个实施方式中，单独控制可变色窗，能够使车窗2210为深色状态而可变色窗2220为浅色状态。火车2200进一步包括容纳乘客的具有圆顶2230的车厢。圆顶车厢常用在旅客列车上，特别是在观光路线上。在一个实施方式中，圆顶2230包括在明亮的晴天将自动变暗的可变色窗。这可以提供增加的乘客舒适性并且减少圆顶内的太阳得热。电子控制可以用于在低光条件下或者在需要增强能见度时(例如，在特别美丽的景区)使圆顶2230变亮。在一个实施方式中，圆顶2230包括弯曲的可变色窗。在另一个实施方式中，圆顶2230包括许多连接在一起形成圆顶2230的平窗。

如上所述，本发明的可变色窗在向滤光片的一个或多个电极施加电压时变亮。控制电路可以用来基于用户输入或一些其它输入打开或断开电压，并且也可以用来将电压调节至正确的水平。用于打开或关闭车辆应用中的可变色窗的电力可以来自于多种来源，包括交流发电机、电池和辅助电力装置。在一个实施方式中，电力来自于汽车中的12伏电池。该电源通过控制电路连接到可变色窗。控制电路包括打开和断开电源和可变色窗中的电极之间的电路的开关。控制电路也可以包括电压转换器以提供适当的电压，以使可变色窗变为其亮态。电压调节器也可以用来调节电压。控制电路也可以包括用于在收到用户输入后向可变色窗施加电压一段固定的时间的电路元件。单个可变色窗可以连接到一个控制电路，或者多个可变色窗可以连接到一个控制电路。

图23说明了根据本发明的一个实施方式，用来控制交通工具中的可变色窗的控制电路2300。控制电路2300可以用来控制一个或多个可变色窗。可变色窗2350可以是，例如，汽车天窗。电源2320向电路提供电力。在一个实施方式中，电源2320是一般用在汽车中的12伏电池。在另一个实施方式中，电源2320是汽车中的交流发电机。在进一步的实施方式中，电源是辅助电源设备。在一些实施方式中，DC-DC转换器2310用来将来自电源的12伏特向下转换为适合使可变色窗2350变亮的较低的电压。

开关2330用来连接和断开来自可变色窗2350的直流电压。开关2330可以是用户激活的、由控制电子器件2340自动激活的或者响应于用户输入激活的，或者可以由传感器(如光传感器)激活。在一个实施方式中，电力控制电子器件2340可以恰恰是用户激活的开关，它简单地使来自DC-DC转换器2310的直流电压输出直接通入可变色窗2350。用户激活的开关可以是常开按钮，或者一些其它类型的开关。在另一个实施方式中，将DC-DC转换器2310的输出调节至可变色窗2350变亮所需的电压。在一个实施方式中，施加大约1.8伏特使可变色窗2350变亮。在另一个实施方式中，需要的电压范围为大约1至大约10伏特DC。在进一步的实施方式中，需要的电压范围为大约0.1至大约42伏特DC。

电力控制电子器件2340可以用于控制施加到可变色窗2350的电压以及控制施加电压的持续时间。在一个实施方式中，电力控制电子器件2340响应用户输入或来自电子装置(如传感器)的输入闭合开关2330。用户按下连接至常开瞬时开关的按钮来向电力控制电子器件2340提供输入信号。电力控制电子器件2340然后闭合开关2330一段固定的时间。这段固定时间可以预设并且通过使用电子电路领域技术人员熟悉的标准定时电路内置到电力控制电子器件2340中。在一个实施方式中，这段固定时间预设为可变色窗2350变亮所需的时间长度。

光传感器也可以被加入到电力控制电子器件2340中以感测外面何时明亮。如果外面明亮和用户按下按钮，则电力控制电子器件2340可以维持可变色窗2350上的电压以保持可变色窗2350为其亮态。维持可变色窗2350上的电压可以用来克服可变色窗的自动变暗特征并且使其保持在亮态，甚至在暴露于紫外线时。在一个实施方式中，用户通过再次按下按钮或者通过按下第二按钮使可变色窗2350返回其正常自动变暗状态。在另一个实施方式中，电力控制电子器件840用来向可变色窗2350施加方波信号，以提供更快的变亮时间和更长的寿命。如果可变色窗2350包括两个电极，则电力控制电子器件2340也可以用来在循环与循环之间转换电极的极性。电力控制电子器件2340也可以用来在循环之间短路两个电极，以清除任何积累的电荷。

开关2330也可以是多状态控制装置如恒电位仪或多位置开关，它允许用户为可变色窗2350选择多种不同的色彩中间值。在一个实施方式中，用户选择一个中间状态来指示希望介于全暗色和全亮色之间的中间状态。电力控制电子器件2340然后向可变色窗2350施加电压适当的时间长度，以达到该中间状态。使可变色窗2350达到中间状态的其它方法，如施加减量的电压，也是可能的。

电力控制电子器件2340也可以包括电流传感器，该传感器能够感测可变色窗2350中变亮过程何时完成。在一个实施方式中，当电力控制电子器件2340感测到变亮过程完成时，它打开开关2330以节约电力。可内置到电力控制电子器件2340中的功能和部件的其它例子也是可能的，并且对于本领域技术人员来说是明显的。

控制电子器件2340也可以包括电子电路以向可变色窗2350施加脉冲或交替波形而不是恒定直流电压。该波形可以是方波、锯齿波、正弦波的形式或一些其它波形。波幅可以变化。在一个实施方式中，用控制电子器件2340向可变色窗2350的电极施加方波。在一个实施方式中，方波的振幅范围为大约-2伏特至大约+2伏特。

图24显示根据本发明的实施方式，连接到多个可变色窗的电力控制单元的全视图。电力控制电子器件2400通过电线2430连接到多个可变色窗。可变色窗2410例如可以是汽车的后窗和侧窗。由电池2480通过电线2420供电。在一个实施方式中，电池2480是标准12伏电池，如用于大多数汽车中的类型。也想到具有其它电压的电池和其它电源。电力控制电子器件2400安装在车辆的仪表板2450上。电线2420可以从电池通向仪表板。可变色窗2410可以使用电线2430直接连接到电力控制电子器件2400，或者它们可以使用电线2440并联在一起。按钮2470和表盘(dial)2480使用户能够控制可变色窗。当用户想要使可变色窗变亮时可以按下按钮2470。当按下按钮2470时，电力控制电子器件2400将向可变色窗2410施加电压一段固定的时间以使其变亮。在一个实施方式中，施加电压大约10秒至大约5分钟以使可变色窗2410褪色。在施加电压后，可变色窗2410如果不暴露于紫外线，则将停留在亮态。然而，如果可变色窗2410暴露于紫外线，一旦电力控制电子器件2400打开开关并且不再向可变色窗2410施加电压，它们将开始再次自动变暗。

控制电子器件2400可以用来保持可变色窗2410上的电压以使其保持在亮态，即使存在紫外线。这可以通过按下并按住按钮2470数秒以上来进行。按下并按住按钮2470数秒使控制电子器件向可变色窗2410施加电压并且保持该电压较长的一段时间。在一个实施方式中，电力控制电子器件2400保持可变色窗2410上的电压一小时。在向可变色窗910施加电压的同时再次按下按钮2470可用来取消变亮并使可变色窗2410在紫外线的存在下再次变暗。表盘2480可以用来指示希望的中间色水平。将表盘设置在中间色水平可使控制电子器件缩短当按下按钮2470时向可变色窗施加电压的时间。在一个实施方式中，可变色窗需要两分钟才能完全变亮，而表盘2470被设定为指示希望介于亮态和暗态之间的中间色水平。电力控制电子器件向可变色窗2410施加电压仅一分钟，因此当可变色窗在达到介于其深色状态与其浅色状态之间的一半时，变亮过程停止。发光二极管或其它指示灯可以用于按钮2470中来向用户指示何时向可变色窗2410施加电压。其它控制模式可以用来向电力控制电子器件2400提供输入，并且也可以使用不同类型和数目的开关和按钮。

图25说明了根据本发明实施方式的可变色窗的制造方法。该方法包括提供第一透明窗基片，和向透明窗基片上层压本发明的滤光片以形成可变色窗。透明窗基片可以是玻璃片或其它透明材料如聚碳酸酯片。电导线然后连接至滤光片并且可变色窗安装在车辆上。可变色窗然后连接至电源，使得通过导线向滤光片中的转换材料通电导致可变色窗变亮至其浅色状态。暴露于紫外线(不通电)使得可变色窗变暗至其深色状态。

2.可变透光率眼用装置

本发明的滤光片可以作为可变透光率镜片引入多种眼用装置中。本发明的可变透光率眼用装置在暴露于紫外线或日光时自动变暗，并且通过施加电荷变亮。例如，本发明的滤光片可以作为可变透光率镜片加入到太阳镜、运动眼镜(如滑雪镜和自行车镜)、工业用镜(如安全眼镜)和其它眼镜中。

根据本发明的一个实施方式，图26说明了本发明的滤光片作为可变透光率镜片在太阳镜中的应用。可变透光率镜片2630位于眼睛之前，镜框2620具有用来将镜框2620保持在头上的镜腿2670。向镜框中引入电源2640、开关2650和控制电子器件2660。当用户激活开关2650时，向可变透光率镜片2630施加电压。响应于电压，可变透光率镜片2630将变亮并且允许更高百分比的可见光通过。镜框2620可以由金属、塑料或其它材料制成。可变透光率镜片2630也可以由塑料、玻璃或其它透明材料制成。可变透光率镜片2630可以是处方(矫正用的)或非处方的。

根据本发明的另一实施方式，并且参见图27，本发明的滤光片可以作为可变透光率镜片引入运动眼镜(如滑雪镜和自行车镜)中。可变透光率镜片2730被夹持在镜框2720中并且位于眼睛之前。带子2780用来将镜框保持在头上。镜框中的区室包括电源2760，例如电池。为了减少可变透光率镜片的暗度，用户可以按下按钮2750。这向将电源2760连接至可变透光率镜片2730的控制电子器件2770发送信号。可变透光率镜片2730然后转换至其低暗度状态。

根据本发明的另一实施方式，本发明的滤光片作为可变透光率镜片引入安全眼用装置中。如图28所示，可变透光率镜片2830佩戴在眼睛之前以保护眼睛免遭飞屑的伤害。可变透光率镜片在亮光或紫外线下可以自动变暗，以向用户提供更大的舒适性。镜框2820支持可变透光率镜片2830并通过带子2880保持在用户头上。如果用户希望减少可变透光率镜片的暗度，他们可以按下控制按钮2870。这向容纳在装置镜框2820中的电子器件2840发送信号。控制电子器件2840然后向可变透光率镜片2830施加电压以降低镜片的暗度。通过电源2860(如电池)施加电压。可变透光率镜片2830也可以被设计为防碎的和防化学物品的，以给用户提供安全防护。

本发明的滤光片可以用多种方式引入眼用装置中。在一个实施方式中，滤光片本身制成可变透光率镜片。在另一个实施方式中，滤光片附着到眼用装置的镜片上。

图29是显示作为可变透光率镜片应用的本发明滤光片的一个实施方式的示意图。可变透光率镜片2910包括光学上基本透明的基片2930和应用到其内表面的导电层2940。光学上基本透明的材料可以是例如玻璃、塑料或一些其它材料。透明材料可以是澄清的，或者可以在其中具有一些颜色或色彩。颜色或色彩将降低基片的可见光透过百分比，并且这在一些应用中可以是希望的。电线2990可以用来电连接到导电层2940。转换材料2920定位于与导电层2940接触。转换材料2920可以是液体、凝胶或固体基质。具有导电涂层2960的第二基片2950在转换材料2920周围形成夹层结构。电线2980用来电连接到涂层2960。导电涂层2960定位于与转换材料2920的其它侧面接触。可以需要密封2970来保持转换材料2920夹在基片2930和基片2950之间以及将两个基片粘合在一起。然而，转换材料2920也可以作为基片2930与基片2950之间的粘合剂。在该实施方式中，转换材料2920的厚度是恒定的，以提供通过可变透光率镜片的均匀的光透射。然而，在其它实施方式中，如果例如希望可变透光率镜片具有一些较暗区域和一些较亮区域，转换材料2920可以使用非均匀厚度。基片2930和基片2950可以是透明的或者可以被设计为阻断多种波长的光，或者具有一些已经掺入其中的基本量的色彩以为可变透光率镜片2910提供较暗的总体范围和颜色。另外，诸如防划涂层、防反射涂层等涂层可以应用于基片2930和/或基片2950。基片2930和基片2950可以是曲面的或平面的。

在其它实施方式中，本发明的滤光片应用于眼用装置的镜片。图30显示可变透光率镜片3010的一个实施方式，其使用附着到刚性眼用镜片基片3020上的本发明柔性滤光片3030制成。刚性眼用镜片基片3020可以由塑料或玻璃或其它材料制成，并且可以是在现有眼用装置中使用的标准静电透射滤光片。在该实施方式中，使用透明粘合剂将滤光片3030层压到刚性眼用镜片基片3020上。导线3040连接到柔性电极3060，并且导线3050连接到柔性电极3070。当滤光片3030暴露于紫外线时，转换材料3080自发变暗。当通过导线3050和导线3040施加电荷时，滤光片变亮。

在进一步的实施方式中，参见图31，滤光片3130夹在刚性眼用镜片基片3150与刚性眼用镜片基片3140之间。刚性眼用镜片基片3150和刚性眼用镜片基片3140可以由玻璃或塑料或其它透明材料制成。在该实施方式中，使用透明粘合剂(如PVB)将滤光片3130层压到基片3150和3140上。导线3170和导线3190连接至滤光片3130。当暴露于紫外线时，滤光片3130变暗。当通过导线3170和导线3190施加电荷时，滤光片变亮。

眼用装置也包括可用于通过可变透光率镜片施加电荷的电源。图32显示用于向可变透光率镜片3250和可变透光率镜片3260施加电压以使其变亮的控制电路3210的一个实施方式的示意图。电源3220向电路供电。在一个实施方式中，电源3220是电池。电池可以类似于手表或助听器中使用的电池，并且可以是可充电的或不可充电的电池。

开关3230用来断开来自可变透光率镜片3250和3260的电源。开关3230可以是用户激活的、由控制电子器件3240自动激活的或者响应于用户输入激活的，或者可以由传感器(如光传感器)激活。在一个实施方式中，电力控制电子器件3240是用户激活的开关，它使来自电源的电压直接通入可变透光率镜片3250和可变透光率镜片3260。用户激活的开关可以是常开按钮，或者一些其它类型的开关。在该实施方式中，电源3220的电压必须与可变透光率镜片3250和可变透光率镜片3260变亮所需的电压相匹配。在一个实施方式中，本发明的可变透光率镜片在施加大约1.4伏特时褪色(逐渐变亮)。在其它实施方式中，取决于转换材料和电极的电阻率，电压范围为大约1-10伏特。

可使用电力控制电子器件3240控制施加到本发明的可变透光率镜片3250和3260上的电压以及控制施加电压的持续时间。在一个实施方式中，电力控制电子器件3240包括用于转换和/或调节来自电池的电压的DC-DC转换器。在另一个实施方式中，DC-DC转换器用于将来自锂离子电池的电压从3.7伏特向下步调至较低的电压。

在另一个实施方式中，电力控制电子器件3240控制开关3230。在该实施方式中，电力控制电子器件3240响应用户输入或来自传感器的输入闭合开关3230。用户可以按下连接至常开瞬时开关的按钮来向电力控制电子器件3240提供输入信号。电力控制电子器件3240然后闭合开关3230一段固定的时间。这段固定时间可以预设并且通过使用电子电路领域技术人员熟悉的标准定时电路内置到电力控制电子器件中。这段固定时间预设为可变透光率镜片3250和3260变亮所需的时间长度。

光传感器也可以加入到电力控制电子器件中以感测外面何时明亮。如果外面明亮和用户按下按钮，则电力控制电子器件可以维持可变透光率镜片3250和3260上的电压以保持其亮态。在该实施方式中，用户通过再次按下按钮或者通过按下第二按钮使眼用装置返回其正常自动变暗状态。在另一个实施方式中，电力控制电子器件可以用来向可变透光率镜片3250和3260施加方波信号，以提供更快的变亮时间和更长的寿命。

开关3230也可以是多状态控制装置如恒电位仪或多位置开关，它允许用户选择多种不同的状态来使可变透光率镜片3250和3260变亮。在一个实施方式中，用户选择一个中间状态来指示希望介于全暗和全亮之间的中间状态。电力控制电子器件3240然后可向可变透光率镜片3250和3260施加电压适当的持续时间，以达到该中间状态。也设想了使本发明的可变透光率滤光片达到中间状态的其它方法，如施加减量的电压。

电力控制电子器件3240也可以包括电流传感器，该传感器能够感测可变透光率镜片3250和3260中变亮过程何时完成。当电力控制电子器件感测到变亮过程完成时，它打开开关3230以节约电力。也设想可内置到电力控制电子器件中的功能和部件的其它例子。

控制电子器件3240也可以包括电子电路以向可变透光率镜片3250和3260施加脉冲或交替波形而不是恒定直流电压。该波形可以是方波、锯齿波、正弦波的形式或一些其它波形。波幅可以变化。在一个实施方式中，用控制电子器件740向可变透光率镜片的电极750和760施加方波。方波的振幅范围为大约-2伏特至大约+2伏特。

图33说明了根据本发明一个实施方式的眼用装置中的可变透光率镜片的制造方法。该方法包括提供夹在两个透明电极之间的转换材料和将该夹层结构集成在可变透光率镜片内。电极然后通过控制电子器件连接到电源。用户激活的开关然后连接到控制电子器件。可变透光率镜片、控制电子器件和用户激活的开关集成在用于佩戴的镜框内，使得可变透光率镜片位于眼睛之前。

因此，本发明至少提供了以下各项：

1.在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片，包括：

a)基本透明的第一和第二基片；

b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；

c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和

d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

2.如项1所述的滤光片，其中所述第一和第二基片是刚性的。

3.如项1所述的滤光片，其中所述第一和第二基片是柔性的。

4.如项1所述的滤光片，其中所述第一基片是刚性的并且所述第二基片是柔性的。

5.如项1-4中任一项所述的滤光片，其中所述转换材料是溶液。

6.如项5所述的滤光片，其中所述溶液用聚合物增稠。

7.如项1-4中任一项所述的滤光片，其中所述转换材料是凝胶。

8.如项1-7中任一项所述的滤光片，其中能够通过施加电压控制转换。

9.如项8所述的滤光片，其中在紫外线暴露过程中施加所述电压使所述滤光片变亮。

10.如项1-9中任一项所述的滤光片，其中所述滤光片在所述亮态下能够达到大约50％或更高的可见光透过率。

11.如项1-10中任一项所述的滤光片，其中所述滤光片在所述暗态下能够达到大约30％或更低的可见光透过率。

12.如项1-11中任一项所述的滤光片，其中所述滤光片能够达到大于大约2的对比率。

13.如项1-12中任一项所述的滤光片，其中所述滤光片能够以大约1秒至30分钟之间的速度在所述亮态与所述暗态之间转换。

14.如项1-13中任一项所述的滤光片，其中暗态下的VLT基本不随温度变化。

15.如项1-14中任一项所述的滤光片，其中在施加至少0.1伏特时，所述滤光片能够从所述暗态向所述亮态转换。

16.如项1-15中任一项所述的滤光片，其中所述透明基片具有最高大约10,000,000欧姆/平方的薄层电阻。

17.如项1-16中任一项所述的滤光片，其中所述滤光片在暴露于波长高于大约365nm的紫外线辐射时，能够从所述亮态向所述暗态转换。

18.如项1-17中任一项所述的滤光片，其中所述一种或多种发色团选自由二芳烯、二噻吩基环戊烯和俘精酸酐组成的化合物组。

19.如项1-17中任一项所述的滤光片，其中所述一种或多种发色团是二芳烯。

20.如项19所述的滤光片，其中所述二芳烯具有式1的一般结构：

其中：

R₁独立地为H或卤素；

R₂独立地为H、卤素，或者两个R₂一起形成CH＝CH，或者当为聚合形式时R₂为CH＝CH并且构成聚合物骨架的一部分；

R₃独立地为烷基、芳基、H、卤素或CO₂Y(Y＝H、Na、烷基、芳基)；

R₄为芳基；且

R₅独立地为H、烷基或芳基。

21.如项1-20中任一项所述的滤光片，进一步包含能够阻断波长小于365nm的紫外线的紫外线阻断剂。

22.制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片的方法，包括以下步骤：

a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和

b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

23.如项22所述的方法，进一步包括固化所述转换材料以提高所述转换材料的粘度。

24.一种转换材料，其包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团和溶剂，其中所述转换材料在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换。

25.如项1-21中任一项所述的滤光片在光学器件中的应用。

26.在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗，包括：

a)基本透明的第一和第二基片；

b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；

c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和

d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

27.如项26所述的可变透光率窗，其中所述转换材料是溶液。

28.如项27所述的可变透光率窗，其中所述溶液用聚合物增稠。

29.如项26所述的可变透光率窗，其中所述转换材料是凝胶。

30.如项26-29中任一项所述的可变透光率窗，其中能够通过施加电压控制转换。

31.如项30所述的可变透光率窗，其中在紫外线暴露过程中施加所述电压使所述可变透光率窗变亮。

32.如项26-31中任一项所述的可变透光率窗，其中所述可变透光率窗在所述亮态下能够达到大约50％或更高的可见光透过率。

33.如项26-32中任一项所述的可变透光率窗，其中所述可变透光率窗在所述暗态下能够达到大约30％或更低的可见光透过率。

34.如项26-33中任一项所述的可变透光率窗，其中所述可变透光率窗能够达到大于大约2的对比率。

35.如项26-34中任一项所述的可变透光率窗，其中所述可变透光率窗能够以大约1秒至30分钟之间的速度在所述亮态与所述暗态之间转换。

36.如项26-35中任一项所述的可变透光率窗，其中暗态下的VLT基本不随温度变化。

37.如项26-36中任一项所述的可变透光率窗，其中在施加至少0.1伏特时，所述可变透光率窗能够从所述暗态向所述亮态转换。

38.如项26-37中任一项所述的可变透光率窗，其中所述透明基片具有最高大约10,000,000欧姆/平方的薄层电阻。

39.如项26-38中任一项所述的可变透光率窗，其中所述可变透光率窗当暴露于波长高于大约365nm的紫外线辐射时，能够从所述亮态向所述暗态转换。

40.如项26-39中任一项所述的可变透光率窗，其中所述一种或多种发色团选自由二芳烯、二噻吩基环戊烯和俘精酸酐组成的化合物组。

41.如项26-39中任一项所述的可变透光率窗，其中所述一种或多种发色团是二芳烯。

42.如项41所述的可变透光率窗，其中所述二芳烯具有式1的一般结构：

其中：

R₁独立地为H或卤素；

R₂独立地为H、卤素，或者两个R₂一起形成CH＝CH，或者当为聚合形式时R₂为CH＝CH并且构成聚合物骨架的一部分；

R₃独立地为烷基、芳基、H、卤素或CO₂Y(Y＝H、Na、烷基、芳基)；

R₄为芳基；且

R₅独立地为H、烷基或芳基。

43.如项26-42中任一项所述的可变透光率窗，进一步包含能够阻断波长小于365nm的紫外线的紫外线阻断剂。

44.制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗的方法，包括以下步骤：

a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和

b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

45.如项44所述的方法，进一步包括固化所述转换材料以提高所述转换材料的粘度。

46.在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗，包括：

a)基本透明的窗基片；和

b)与所述基片的至少一个表面联合的至少一个如项1-21中任一项所述的滤光片。

47.制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的可变透光率窗的方法，包括以下步骤：

a)提供如项1-21中任一项所述的滤光片；和

b)将所述滤光片与所述窗的至少一个基本透明的表面联合。

48.在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置，包括：

a)基本透明的第一和第二基片；

b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；

c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和

d)用于将所述第一电极和所述第二电极电连接到电压源的电连接装置。

49.如项48所述的眼用装置，其中所述转换材料是溶液。

50.如项49所述的眼用装置，其中所述溶液用聚合物增稠。

51.如项48所述的眼用装置，其中所述转换材料是凝胶。

52.如项48-51中任一项所述的眼用装置，其中能够通过施加电压控制转换。

53.如项52所述的眼用装置，其中在紫外线暴露过程中施用所述电压使所述眼用装置变亮。

54.如项48-53中任一项所述的眼用装置，其中所述眼用装置在所述亮态下能够达到大约50％或更高的可见光透过率。

55.如项48-54中任一项所述的眼用装置，其中所述眼用装置在所述暗态下能够达到大约30％或更低的可见光透过率。

56.如项48-55中任一项所述的眼用装置，其中所述眼用装置能够达到大于大约2的对比率。

57.如项48-56中任一项所述的眼用装置，其中所述眼用装置能够以大约1秒至30分钟之间的速度在所述亮态与所述暗态之间转换。

58.如项48-57中任一项所述的眼用装置，其中暗态下的VLT基本不随温度变化。

59.如项48-58中任一项所述的眼用装置，其中在施加至少0.1伏特时，所述眼用装置能够从所述暗态向所述亮态转换。

60.如项48-59中任一项所述的眼用装置，其中所述透明基片具有最高大约10,000,000欧姆/平方的薄层电阻。

61.如项48-60中任一项所述的眼用装置，其中所述眼用装置当暴露于波长高于大约365nm的紫外线辐射时，能够从所述亮态向所述暗态转换。

62.如项48-61中任一项所述的眼用装置，其中所述一种或多种发色团选自由二芳烯、二噻吩基环戊烯和俘精酸酐组成的化合物组。

63.如项48-61中任一项所述的眼用装置，其中所述一种或多种发色团是二芳烯。

64.如项63所述的眼用装置，其中所述二芳烯具有式1的一般结构：

其中：

R₁独立地为H或卤素；

R₂独立地为H、卤素，或者两个R₂一起形成CH＝CH，或者当为聚合形式时R₂为CH＝CH并且构成聚合物骨架的一部分；

R₃独立地为烷基、芳基、H、卤素或CO₂Y(Y＝H、Na、烷基、芳基)；

R₄为芳基；且

R₅独立地为H、烷基或芳基。

65.如项48-64中任一项所述的眼用装置，进一步包含能够阻断波长小于365nm的紫外线的紫外线阻断剂。

66.制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置的方法，包括以下步骤：

a)在基本透明的第一和第二基片之间设置转换材料层，其中在至少一个所述基片的表面上设置第一和第二电极，使得所述转换材料与各电极接触；和

b)提供用于将所述电极连接到电压源的电连接装置。

67.如项66所述的方法，进一步包括固化所述转换材料以提高所述转换材料的粘度。

68.在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置，包括：

a)基本透明的眼用基片；和

b)与所述基片的表面联合的如项1-21中任一项所述的滤光片。

69.制备在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的眼用装置的方法，包括以下步骤：

a)提供如项1-21中任一项所述的滤光片；和

b)将所述滤光片与所述眼用装置的基本透明的眼用基片的至少一个表面联合。

为了更好地理解本文所述的本发明，阐述了下列实施例。应当理解这些实施例只是用于说明目的。因此，绝非限制本发明的范围。

实施例

实施例1：可变透光率滤光片的制备

方法A：

将厚度为7密耳(约178微米)且薄层电阻为50欧姆/平方的ITO涂覆的PET基片(OC50,CPFilms生产)切成两个15cmx15cm的片。通过用Teknektacky除尘辊清洁制备基片，并暂时层压到玻璃板上。将钢隔离件围绕PET周边置于玻璃上。这些隔离件用作硬止件(hardstops)，它为最终压制的装置设置间隙。将如下所述制备的转换材料置于PET上以在按压该装置时完全填补PET片之间的间隙。将转换材料加热到80-100摄氏度以促进分散；然而，实际的按压只需要较少的热。将第二片玻璃衬底的PET置于另一个之上。叠置PET片，使得有一些ITO涂层暴露，以用作外部电接触。将夹层结构(玻璃-PET-转换材料-PET-玻璃)置于压板的中心，将压板加热到45℃。使用Carver液压机或轧辊向滤光片施加大于160psi的压力，时间保持至少10秒到1分钟，最长数小时。时间可以变化，但是应当足以使转换材料层达到均匀的厚度。加温该制剂至大约40℃可使材料更易于流动，并且缩短达到均匀厚度所需的时间。在压力释放后，分开玻璃板，除去滤光片堆栈。清除任何过量的转换材料，向暴露的ITO上施加导电带。滤光片的总厚度为16密耳(约406微米)。转换材料层的厚度为2密耳(约51微米)。

方法B：

如上所述制备ITO涂覆的PET基片。然后使用狭缝挤压式模具、刮刀式涂布机或其它有助于卷到卷涂布的涂布方法，将包含低沸点溶剂(THF)的转换材料涂覆到一片ITO涂覆的PET的导电侧上。涂布机的厚度设置为使得一旦蒸发掉低沸点溶剂，最终的涂层即为希望的厚度。对于大约50微米的最终转换材料厚度，初始湿涂层设置为大约114微米。利用风吹或加热或两者的组合从转换材料中蒸发掉低沸点溶剂。将第二层ITO涂覆的PET层压到下面具有导电侧的涂层的顶部，以形成夹层结构。将该层压结构切成希望的大小(如果需要)并且增加电接触。滤光片的总厚度为16密耳(约406微米)。转换材料层的厚度为2密耳(约51微米)。

实施例2：转换材料的制备

配制转换材料以证明制剂的成分怎样变化。本领域技术人员通过将列出的成分替换为根据本发明的一种或多种其它成分，能够容易地改变这些配方以适应希望的应用。

2.1转换材料配方#1

配方#1中使用的发色团包括：

或其在四个外周噻吩环上具有不同官能团的衍生物；或

PEGDMA、三甘醇二甲醚、过氯酸锂和三(4-溴苯基)胺均可从例如Sigma-Aldrich,St.LouisMissouri获得。DAROCUR是可从BASF的分支—瑞士巴塞尔的ClBASpecialtyChemicals—获得的光引发剂。

配方#1的制备包括：首先在室温下将DAROCUR溶解在三甘醇二甲醚溶剂中。然后混合发色团、过氯酸锂和TBPA并添加到溶剂中混合。不需要加热。然后加入PEGDMA，混合整个制剂直到均质。

2.2转换材料配方#2

在配方#2中使用的发色团包括：

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

配方#2通过将发色团在溶剂中混合而制备。

胶凝剂(如PVBB-90和PMMA)可以添加到转换材料配方中以提高粘度。包含胶凝剂的示例性的配方由以下实施例代表。这些转换材料配方通常如下制备：首先混合发色团、支持电解质和电荷补偿剂(如果存在的话)。然后将该混合物添加到溶剂或组合溶剂中并且混合直到均匀。最后，添加聚合物成分以使混合物胶凝，将整个混合物混合并搅动，必要时轻微加热，直到获得希望的粘度。

2.3转换材料配方#3

在配方#3中使用的发色团包括：

或其在四个外周噻吩环上具有不同官能团的衍生物；或

或

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

PMMA是一种胶凝剂，可从Sigma-Aldrich,St.Louis,Missouri获得。1,4-二硝基苯是一种电荷补偿剂，也可以从Sigma-Aldrich获得。

2.4转换材料配方#4

在配方#4中使用的发色团包括：

或其在四个外周噻吩环上具有不同官能团的衍生物；或

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

PVBB-90是一种胶凝剂，可从SolutiaInc.,St.Louis,Missouri的分支——Butvar获得。

2.5转换材料配方#5

在配方#5中使用的发色团包括：

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

2.6转换材料配方#6

在配方#6中使用的发色团包括：

或其在四个外周噻吩环上具有不同官能团的衍生物；或

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

2.7转换材料配方#7

配制转换材料以另外含有第二低沸点溶剂如可从Aldrich获得的四氢呋喃(THF)，以降低用于涂覆的制剂的粘度。一旦涂覆，该低沸点溶剂基本上被蒸发掉，留下其余的成分。

配方#7中使用的发色团包括：

或其在四个苯环上具有不同官能团的衍生物。

2.8转换材料配方#8

配方#8中使用的发色团包括：

实施例3：转换材料的光学性质

用转换材料样品检测转换材料的光学性质。

VLT谱

对于根据实施例2.3所述的配方制备的转换材料，测定其亮态和暗态的VLT谱。该程序使用OceanOptics光谱仪来测量样品在亮态和暗态下在电磁波谱上的可见光透过率％。样品按照实施例2所述的方法制备。

如图5所示，当分子暴露于紫外线时，转换材料转换至其暗态，导致该材料在400-750nm的可见范围内的透光率百分比降低。然后向转换材料样品施加2伏特的电荷3分钟，使样品转换至其亮态。在亮态下，更多的光被允许透过转换材料，导致在400-750nm范围内透光率百分比升高。亮态下的可见光透过率为大约80％，暗态下的可见光透过率为大约20％。这导致对比率为4。

紫外线敏感性

分析了转换材料对紫外线强度的敏感性。将按照实施例2.2所述配方制备的转换材料暴露于365nm的紫外线和太阳辐射(使用太阳模拟器)，使用以及不使用由EnergyFilm,Portland,Oregon生产的紫外线阻断膜。EnergyFilm紫外线阻断膜作为带通滤波器起作用，并且有效阻断高强度的紫外线(低于大约365nm)。如图34所示，显示转换材料在各种紫外线强度下的吸收光谱，转换材料保持对低强度紫外线(高于大约365nm)变暗的敏感性。

实施例4：滤光片的可见光透过率(VLT)的测量

通过实施例1所述方法制备包含按照实施例2.4所述配方制备的转换材料的滤光片，使用OceanOptics光谱仪测量其VLT。将滤光片暴露于365nm紫外线大约3分钟导致VLT为17％。施加2伏特的电荷大约3分钟后，透光率升高至69％。

实施例5：滤光片的雾度测量

通过实施例1所述的方法制备包含按照实施例2.4所述配方制备的转换材料的滤光片，使用BYKGardner制造的XL-211Hazegard雾度测量仪测量其澄清度。测得滤光片的雾度为2％。

实施例6：滤光片的转变速度测量

根据滤光片从暗态变为亮态(或相反)花费的时间长度确定转变速度。为了从亮态转换为暗态，将滤光片暴露于365nm紫外线3分钟。为了从暗态转换为亮态，向滤光片施加2伏特的电荷3分钟。从亮态向暗态的转换时间测量为从完全亮态达到暗态VLT的90％所需的时间。从暗态向亮态的转换时间测量为从完全暗态达到亮态VLT的90％所需的时间。

通过实施例1所述的方法制备包含按照实施例2.4所述配方制备的转换材料并且包含由EnergyFilm,PortlandOregon生产的紫外线阻断膜的滤光片，对其进行测试。滤光片从亮态到暗态的转换速度大约为30秒，从暗态到亮态的转换速度大约为2分钟。对于按照实施例2.1所述配方制备的滤光片，测得其从暗态到亮态的转换速度为大约35秒，从亮态到暗态的转换速度为2分钟。对于按照实施例2.7所述配方制备的滤光片，测得其从暗态到亮态的转换速度为大约3分20秒，从亮态到暗态的转换速度为12秒。

从亮态转换到暗态的转换时间可以不同于从暗态转换到亮态的转换时间。

实施例7：滤光片的光稳定性测定

滤光片的光稳定性通过将样品暴露于类似于太阳光谱中紫外线的紫外线进行测试。以固定间隔检测样品以确定降解。当对比率降至该装置的原始对比率(在测试之前测得)的50％时，认为该装置已经失效。

滤光片的光稳定性使用来自Q-Labs的QUV加速的耐候性测试仪进行测定。滤光片的光稳定性也使用来自SolarLight的S16加速的测试仪进行测定，以测定滤光片在较高功率密度下的光稳定性。

通过实施例1所述方法制备包含按照实施例2.5所述配方制备的转换材料的滤光片，在其达到50％降解之前，使用QUV在大约7.3mW/cm²下测定其光稳定性1300小时。在达到50％降解之前，在135mW/cm²的太阳光单元上检测同一滤光片540小时。

实施例8：滤光片的循环耐久性测定

通过使用Spectroline透射仪将滤光片暴露于连续紫外线并以固定时间间隔向滤光片施加电压来测定其循环耐久性。首先，测量使滤光片变暗和变亮所需的时间长度。然后用其确定在自动测试中应当在多长时间打开和断开电压。一般来说，电压“打开”时间设定为滤光片脱色至其初始值的大约90％所花费的时间长度。电压“断开”时间设定为滤光片变暗至其初始值的90％所花费的时间长度。然后使用PC——LabJack的仪器(可从LabJackCorporation,LakewoodColorado获得)——通过自动循环装置控制循环。在“断开”状态下，两个电极短路，从而清除滤光片上的电荷。

按照实施例1所述方法制备包含按照实施例2.6所述配方制备的转换材料并且包含来自EnergyFilm,Portland,Oregon的紫外线阻断膜的滤光片，测试其循环耐久性。该滤光片在达到50％降解点之前测试了741个循环。在无氧环境中，在达到50％降解点之前测试了滤光片1553个循环。

实施例9：滤光片薄层电阻的测量

测试了使用不同薄层电阻的基片的滤光片的可操作性。按照实施例1所述的方法，使用50欧姆/平方、100欧姆/平方和300欧姆/平方的基片制备了包含按照实施例2.4所述配方制备的转换材料的滤光片。也按照实施例1所述的方法，使用1,000欧姆/平方和100,000欧姆/平方的基片制备了包含按照实施例2.8所述配方制备的转换材料的滤光片。测试该滤光片在亮态和暗态之间转换的能力。在所有实施例中，滤光片仍然能够在通电后变亮。

实施例10：滤光片所需电压的测量

为了确定使滤光片从暗态转换到亮态所需的最低电压，施加渐增的电压直到该装置开始从暗态向亮态转换。在按照实施例1所述的方法制备的、包含按照实施例2.4所述配方制备的转换材料的滤光片中，在大约1.8伏特下观察到从暗态向亮态褪色。该转换在大约2伏特下较快。然而不希望太高的电压，因为这引入了可使电极积垢的其它电化学反应。例如，当施加大于大约2.5伏特的电压时，滤光片的转换受到影响，如果滤光片置于该电势下较长的一段时间，则观察到褐色斑点。

实施例11：滤光片对电消耗和CO₂排放的影响

测定了本发明的可变透光率窗提供明显能量和成本节约的能力。具有可变透光率IGU的建筑物使用从LawrenceBerkeleyNationalLaboratories,Berkeley,California获得的窗和能量模型化软件(windowandenergymodellingsoftware)进行模型化。该模型化的建筑物为400平方英尺的墙窗比为0.9的小办公室。该建筑物在美国五个城市(迈阿密、洛杉矶、纽约、休斯顿和芝加哥)进行模型化。用于该模型的可变透光率智能窗是滤光片层压到一个窗格上并且外窗格内部上的低发射率涂层朝向密封间隙的中空玻璃单元。测得该结构的可变透光率窗在暗态下达到大约0.15的太阳得热系数(SHGC)，在亮态下达到大约0.32的太阳得热系数(SHGC)。根据该模型，使用具有暗态窗的根据本发明的可变透光率窗导致28％的平均节电。节电是由于可变透光率窗导致对空气调节的需求减少。CO₂排放从大约19％降至大约25％，主要是由于用电的减少。

图16显示暗态和亮态下的可变透光率窗的太阳得热系数。从图16的图中可见，可变透光率窗达到大约0.15的太阳得热系数(SHGC)，在暗态下相应的可见光透过率(VLT)百分比为大约10％。在亮态下，可变透光率窗的可见光透过百分比提高至大约60％，太阳得热系数提高至0.32。在暗态下，可变透光率窗具有比标准低发射(低-E)玻璃显著更低的太阳得热系数。标准低-E玻璃为了比较目的在图上显示，同样显示标准浮法玻璃(没有涂层)和来自PPGIndustries,Pittsburgh,Pennsylvania的Solarban70XL玻璃。标准浮法玻璃具有最高的(最差的)太阳得热系数，而Solarban70XL玻璃具有最好的非动态嵌装玻璃的SHGC。使用标准浮法玻璃的IGU的SHGC为大约0.70。使用Solarban70XL玻璃制备的IGU的SHGC为大约0.25。该图显示可变透光率智能窗和动态嵌装玻璃能够达到小于0.25的SHGC。在该实施例中，可变透光率窗的对比率大约为6。

实施例12：滤光片的中间状态

测试使用实施例2.3的配方制备的原型装置达到中间状态的能力。该装置首先在紫外线(365nm)下变暗，尽管可以同样地使用太阳光。然后向该装置施加大约2伏特的直流电压较短的时间(例如总转换时间的大约10％)之后断开。在加电的过程中，该装置的VLT提高，但是不会一直到亮态。一旦断开电压，该装置保持在其中间暗态，而不需要进一步施加任何电力。如果再次打开电压，该装置继续向其亮态转换。

实施例13：滤光片转换材料中发色团的光稳定性

转换材料的各种组合中的发色团的光稳定性通过将该组合暴露于类似于太阳光谱中紫外线的紫外线进行测试。以固定间隔检测包含该组合的滤光片，以确定降解。当对比率降至该组合的原始对比率(在测试之前测得)的50％时，认为该组合已经失效。

包含该组合的滤光片的光稳定性使用来自Q-Labs的QUV加速的耐候性测试仪测定。滤光片的光稳定性也使用来自SolarLight的S16加速的测试仪进行测定，以测定该组合在较高功率密度下的光稳定性。

发色团与根据实施例2制备的各种转换材料成分进行组合测试，结果显示在下面的表1中。参见表1，被测试的发色团包括以下所述：

发色团1

发色团2

发色团3

发色团4

对于转换材料的至少一个组合，在达到50％降解之前，每个发色团能够达到700小时。

本说明书中提到的所有专利、出版物(包括公开的专利申请)和数据库项的公开内容都特别通过引用整体并入本文，如同每个单独的专利、出版物和数据库项具体且单独地通过引用并入本文。

这样描述了本发明，显然它可以以多种方式变化。这些变化不应被认为是偏离本发明的精神和范围，本领域技术人员明白的所有这些变化都将包括在以下权利要求书的范围内。

Claims (17)

1.一种控制电路，包括：

(a)在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换的滤光片，包括：

a)基本透明的第一和第二基片；

b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；

c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团；和

(b)电力控制电子器件，其包含电连接至电源的开关，所述电力控制电子器件电连接至所述第一和第二电极，并且可操作来：

(i)通过使所述第一和第二电极短路而清除所述滤光片上的电荷，由此在所述转换材料暴露于紫外线辐射时便于所述转换材料从亮态向暗态转换；以及

(ii)通过由电源向所述第一和第二电极施加电压而使得所述滤光片从暗态向亮态转换。

2.如权利要求1所述的控制电路，还包括与所述电力控制电子器件串联电连接的DC-DC调节器或DC-DC转换器，其中当所述电源电连接至所述电力控制电子器件时，所述电力控制电子器件从所述DC-DC调节器或DC-DC转换器接收DC电压，并且所述DC-DC调节器或DC-DC转换器将所述DC电压与所述滤光片触发变亮所需的电压相匹配。

3.如权利要求2所述的控制电路，还包括AC适配器，其中当所述电源电连接至所述电力控制电子器件时，所述DC-DC调节器或DC-DC转换器串联电连接在所述AC适配器和所述电力控制电子器件之间。

4.如权利要求1所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括定时电路和第一用户控制传感器，并且其中响应于从所述第一用户控制传感器接收信号，所述电力控制电子器件利用所述定时电路向所述第一和第二电极施加电压达固定时间段，所述固定时间段预设为所述滤光片从暗态向亮态转换所需的时间长度。

5.如权利要求1所述的控制电路，其中所述转换材料构成建筑物或车辆的窗的一部分或镜片的一部分。

6.如权利要求4所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括第二用户控制传感器，并且其中响应于从所述第二用户控制传感器接收信号，所述电力控制电子器件利用所述定时电路向所述第一和第二电极施加电压达比所述固定时间段更长的时间段。

7.如权利要求4所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括第二用户控制传感器，并且在所述电力控制电子器件向所述第一和第二电极施加电压时，响应于从所述第二用户控制传感器接收信号，所述电力控制电子器件停止向所述转换材料施加电压。

8.如权利要求7所述的控制电路，其中响应于从所述第二用户控制传感器接收信号，所述电力控制电子器件使所述第一和第二电极短路。

9.如权利要求1所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括用户控制传感器，并且响应于从所述用户控制传感器接收信号，所述电力控制电子器件使所述第一和第二电极短路。

10.如权利要求1所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括光传感器，并且在从所述光传感器接收信号指示所述滤光片周围一定程度的环境亮度时，所述电力控制电子器件使所述第一和第二电极短路。

11.如权利要求1所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括用户控制传感器和光传感器，并且其中当所述光传感器指示所述滤光片周围一定程度的环境亮度时，响应于来自所述用户控制传感器的第一信号，所述电力控制电子器件保持所述第一和第二电极上的电压，从而保持所述滤光片在亮态。

12.如权利要求11所述的控制电路，其中响应于在所述第一信号之后接收的来自所述用户控制传感器的第二信号，所述电力控制电子器件使所述第一和第二电极短路。

13.如权利要求1所述的控制电路，其中所述开关包括可操作来允许用户选择所述滤光片的中间透光率的多状态控制装置，其中所述电力控制电子器件向所述第一和第二电极施加电压达足以达到该中间状态的持续时间。

14.如权利要求1所述的控制电路，其中所述开关包括可操作来允许用户选择所述滤光片的中间透光率的多状态控制装置，其中所述电力控制电子器件基于来自一个或多个光传感器的反馈向所述第一和第二电极施加电压以达到该中间状态。

15.如权利要求1所述的控制电路，其中所述电力控制电子器件还包括感测所述转换材料何时完成向亮态转换的电压或电流传感器，并且其中当所述转换材料完成向亮态转换时，所述电力控制电子器件停止向所述第一和第二电极施加电压。

16.一种控制滤光片透光率的方法，所述滤光片在暴露于紫外线辐射时能够从亮态向暗态转换并且在施加电压时能够从暗态向亮态转换，所述滤光片包括a)基本透明的第一和第二基片；b)设置在至少一个所述基片的表面上的第一和第二电极；c)设置在所述第一和第二基片之间并且与所述第一和第二电极接触的转换材料，所述转换材料包含一种或多种具有电致变色性和光致变色性的发色团，所述防包括：

(a)通过使所述第一和第二电极短路而清除所述滤光片上的电荷，由此在所述转换材料暴露于紫外线辐射时便于所述转换材料从亮态向暗态转换；以及

(b)通过向所述第一和第二电极施加电压而使得所述滤光片从暗态向亮态转换。

17.如权利要求16所述的方法，还包括：

(a)确定所述滤光片周围的环境亮度；以及

(b)当所述环境亮度处于一定程度时，使所述第一和第二电极短路。