CN105278203A - 转换电驱动的可变透射材料的方法及包含该材料的装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及转换电驱动的可变透射材料的方法及包含该材料的装置。公开了一种转换电驱动的可变透射层的方法。该层在第一和第二电极之间，并且当将足够高频率的交变电场施加于第一和第二电极之间时，在第一和第二电极之间的这个层的选择区域被转换。还公开了用作具有窗材料板以及面对该窗材料板的电驱动的可变透射层的窗板的装置。该层被夹入第一和第二电极之间。存在电场发生器，与电极电通信，并且被配置为产生转换在第一和第二电极之间的层的所选择区域的足够强度且足够高频率的交变电场。

Description

转换电驱动的可变透射材料的方法及包含该材料的装置
本申请是申请日为2009年9月22日、申请号为200980144799.9、发明名称为“转换电驱动的可变透射材料的方法及包含该材料的装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于转换电驱动的可变透射层(variabletransmissionlayer)的方法，并且涉及用作具有可选择性可转换的区域的窗(glazing)板的装置。
背景技术
电驱动的可变透射材料是众所周知的。例如，一种此类材料是液晶。液晶被使用于液晶显示器中并且依赖于某些液晶物质在存在或不存在所施加电场时的光学性质。在典型的器件中，液晶层(典型为10μm厚)位于两个交叉的偏光片之间。选择液晶的取向使得在松弛的相态中液晶被扭转。这种被扭转的相态重定向了穿过第一偏光片的光，允许它透射穿过第二偏光片(并且若提供了反射体则被反射返回观察者)。因而器件看起来是透明的。当将电场施加于液晶层时，长分子轴倾向于与电池平行地排列从而在液晶层的中心逐渐解扭。在这种状态下，液晶元(mesogen)不重定向光，因而在第一偏光片所偏振的光在第二偏光片被吸收，并且器件随着电压的增加而损失透明度。这样，电场能够被用来使像素按需地在透明或不透明之间转换。
另一种众所周知的电驱动材料被称为悬浮粒子器件膜，或简称为SPD膜。此类SPD膜在例如US6,301,040B1中进行了描述并且具有作为光阀的光调制单元的具体应用。
典型的SPD膜包含分散遍布于封闭在一个或更多个刚性的或挠性的固态膜或板之内的液相的悬浮粒子。作为选择，SPD膜可以包括含有分散的粒子的液体的不连续相，该不连续相被分散遍布于刚性的或挠性的固态膜或板的连续相。
当足够幅度的电场被施加于SPD膜的两侧时，膜的透射性质受到影响。通常，活性SPD层被夹入一对平面的、光学透明的、导电性电极之间。电场经由平面电极来施加并且夹入电极之间的活性SPD层受到方式一致的影响。
已知的是整个SPD膜的透射状态能够从低水平(当膜被关闭时)改变为高水平(当膜被开启时)。必须将足够高的电场施加于膜的两侧以转换膜的透射状态。对于膜存在最大的光透射，并且可以通过施加幅度较小的电场来获得中等水平的透射。所施加电场低于某一幅度，SPD膜不开启。
SPD膜通常用作层合的窗结构的夹层。
在所施加电场的影响之下具有可变光透射的性质的其他活性层材料同样是已知的，例如电子墨水膜或有机发光二极管(OLED)材料层。
此类电驱动的材料能够一致地从一种透射水平转换到另一种透射水平。也就是说，在电极之间中的介质基本上同时转换，因而对人眼而言，整张材料板从一种光透射水平变成另一种光透射水平。光学透射的变化可能是由于吸收或散射。
在某些应用中，并不希望转换整个窗区域而是只有所选择的区域可能需要转换。在WO2007/010542A1中，这种效果通过使用预定形状的可转换膜来实现。在US2007/0053053A1中，像素阵列由SPD玻璃板形成，每个像素能够被设置于0％～100％的任意遮光水平，该范围的边界被认为是关闭的和开启的。通过选择哪个像素被关闭或开启，以及每个像素的遮光水平，可以在像素阵列中显示字母数字的字符。
此类现有技术的方法使用多于一片的SPD膜，每个可转换区域使用一片。可转换的区域位于一对电极之间并且整个区域一致地转换。
这样的多个相邻的SPD膜的阵列具有它们难以被构造的问题。要转换多个区域，需要多于一片的电隔离膜，每片电隔离膜需要到其上的它自身的电连接。这使得转换更困难，因为现在有许多可转换的元件而不只有一个。另外，一旦构造了窗(该窗通常是具有在窗板之间的SPD膜的层合窗)，可以转换的区域就被固定并且除非在以下的情况下否则不可以被改变：(a)拆除窗并且随后重新构造该窗使其具有能够选择性地转换的新的所需的一个以上的区域；或者(b)以具有适当配置的SPD膜的新窗替换该窗。
需要提供电驱动的可变透射介质的可转换区域的方法，特别是当介质的形式是层时，其中可以在介质内选择被转换的区域。
发明内容
因此，本发明根据第一方面提供了转换电驱动的可变透射层的方法，该层为于第一电极和第二电极之间，其中足够高频率的交变电场被施加于第一电极和第二电极之间从而转换在第一电极和第二电极之间的层的选择区域。
通过选择性地转换层，从一种透射状态到另一种透射状态的转变没有一致地发生于整个层上，如同人眼所观察到的。电驱动的可变透射层的转换行为可以归因于该层的吸收性质或散射性质。
优选地，选择性转换的区域具有渐变的透射。
优选地，电驱动的可变透射层包括SPD膜或含有膜的液晶。
优选地，所施加的交变电场的频率大于1kHz，更优选地大于10kHz，还要更优选地至少为20kHz。
适当地，用于按常规转换的SPD膜的所施加的交变电压的频率为10Hz～400Hz。在该频率范围之下，在电极之间的整个膜上的SPD膜从关闭状态到开启状态(以及反过来)的转换对于人眼是一致的。
优选地，电场经由具有可变的输出电压的电源来施加。优选地，电场经由具有可变的输出频率的电源来施加。优选地，电场经由具有可变的输出波形的电源来施加。优选地，存在与一个电极及电源串联的电阻器。
优选地，所施加的电场具有基本上为矩形的波形。
在一种优选的实施例中，电场由直接电连接施加于第一电极和/或第二电极。
在另一种实施例中，电场由至少一个远距离的远程电连接施加于第一电极和第二电极。
适当地，电场由多个与第一和/或第二电极关联的电连接器施加于第一和/或第二电极。
本发明根据第二方面还提供了用作窗板的装置，包括：窗材料板以及面对窗材料板的电驱动的可变透射层，该可变透射层被夹入第一电极和第二电极之间；以及电场发生器，与电极电通信并且被配置以产生足够强度且足够高频率的交变电场以转换在第一和第二电极之间的层的所选择区域。
优选地，该层被层合于两张窗材料板之间。适当地，该窗材料板之一或二者可以是玻璃的或塑料的。该窗材料板之一或二者可以被着色。
优选地，所选择区域具有渐变的透射。
优选地，电场发生器能够生成具有大于1kHz的，更优选地大于10kHz的，还要更优选地大于20kHz的频率的交变电场。
优选地，电场发生器经由至少一个到其上的直接电连接与第一电极和/或第二电极电通信。
在另一种实施例中，电场发生器经由多个电连接器与第一电极和/或第二电极电通信。
电场发生器可以经由多个电连接器与第一电极和/或第二电极电通信。
在一种优选的实施例中，窗板是交通工具的窗板。优选地，窗板是风挡或天窗。
在另一种优选的实施例中，窗板是建筑物中的窗户。
附图说明
本发明的实施例现在将参考下列附图(没有按照比例)仅以实例的方式来描述，在附图中，
图1示出了具有夹入一对窗材料板之间的SPD膜的常规的层合窗的平面图，其中SPD膜处于关闭位置。
图2示出了具有夹入一对窗材料板之间的SPD膜的常规的层合窗的平面图，其中SPD膜处于开启位置。
图3示出了具有裁切区域从而使母线能够连接至导电层的SPD膜的透视图。
图4示出了图2所示的窗沿着线A-A’的分解截面图。
图5示出了图2所示的窗沿着线B-B’的分解截面图。
图6示出了图2所示的窗沿着线B-B’的截面图。
图7示出了具有夹入两张窗材料板之间的两片SPD膜的常规的层合窗的平面图。
图8示出了在图7所示的窗中使用的两个SPD膜沿着线C-C’的截面图。
图9示出了另一种不连续的SPD膜的截面图。
图10示出了又一种不连续的SPD膜的截面图。
图11示出了根据本发明的已经转换的窗板的平面图。
图12示出了根据本发明的已经转换的窗板的另一个平面图。
图13示出了表示SPD膜的RC电路图。
图14示出了表示图13所示的SPD膜的另一种RC电路图。
图15示出了根据本发明的已经转换的另一种窗板的平面图。
图16示出了转换常规的SPD膜的常规方法的示意图。
图17示出了转换常规的SPD膜的根据本发明的方法的示意图。
图18示出了包含遮光带的交通工具的风挡的透视图。
图19示出了具有远程电连接器的SPD的截面图。
图20示出了另一种具有两个远程电连接器的SPD膜的截面图。
具体实施方式
参考图1到6，图中示出了包含单片电驱动的SPD膜2的常规的层合窗1。SPD膜2被层合于一对光学透明板3、4(例如一对玻璃板或聚碳酸酯板)之间。
具体参考图3，SPD膜2包括悬浮于液体悬浮介质之内的多种粒子，该多种粒子被保持于聚合物介质5之内。聚合物介质的形式典型为板或层。导电层6、7(典型为ITO)被粘附于聚合物层的每个面上。导电层是电极。可以将电场施加于这些双电极之间从而将电场施加于聚合物层的两侧。通常覆盖每个导电层6、7的是另一个保护层(分别为8、9)，典型为PET层。
构成到每个导电层的电连接(称为母线)，这在本领域中是常规的。母线允许其他电元件与导电层6、7连接。如图3所示，SPD膜的区域18、20被去除以允许将母线连接至导电层6、7。
薄的导电性母线10与下导电层6连接。同样地，薄的导电性母线11与上导电层7连接。母线10、11没有显著地增加SPD膜的总厚度。母线提供接触点来将电压施加于SPD膜的表面上以便转换该膜。在图4中示出的截面图指示了母线10和11的交错布局。
尽管母线10被示出与导电层6的上表面连接，但是母线10可以与层6的下表面连接。同样地，尽管母线11被示出与导电层7的下表面连接，但是母线11可以与导电层7的上表面连接。
包含母线的SPD膜2被层合于一对衬垫(interleavant)EVA板12、13之间。在母线与导电层连接的SPD膜的区域内，SPD膜的某些部分已经被去除使得该连接能够得以构成(参见图3中的区域18、20)。在将SPD膜层合于EVA板之间的期间，衬垫板可以流入已经去除了膜层的区域18、20之内。尽管使用了EVA，但是也可以使用其他适合的衬垫板。每张衬垫板可以是相同类型的或者可以是不同的。衬垫板之一可以被着色。EVA/SPD膜/EVA的层合组件然后被用作夹层来将片3、4连结到一起以形成层合的可转换的窗1，如图6中的截面图所示。本领域所已知的任意适合的层合技术都可以使用。
对于该具体实例，层合窗1具有大约300mm的宽度19、大约300mm的高度21以及大约5.4mm的厚度23。每张板3、4都是一张大约2.1mm厚的透明的浮法玻璃。每张衬垫板12、13都是厚度为大约0.4mm的EVA。SPD膜2具有大约0.34mm的总厚度。
以上所描述的SPD膜的性质在于它是“连续的”。为清晰起见，连续的SPD膜具有下列性质。SPD膜在其中含有活性粒子的聚合物层的相对的主表面中的每个上具有遍布于整个主表面之上的导电材料层。被夹入两个导电层之间的聚合物的整体体积能够通过施加转换电压来驱动。对于频率为50-60Hz的150Vrms左右的转换电压，所施加的电场能够影响夹入导电层之间的整体体积。在正常的操作中，在导电层之间的聚合物的整体体积是可以在低透射状态到高透射状态之间以一致的方式转换的。转变对于人眼是一致的。连续的SPD膜具有覆盖物理上连续的活性层的一个表面的第一电连续的(electricallycontinuous)电极(以导电层的形式)，以及覆盖物理上连续的活性层的相对表面的另一电连续的电极(也以导电层的形式)。在两个电极之间的活性层的整体体积可以通过施加电场来影响。
常规的SPD膜被制造成连续的，即活性层是一张板，并且电极以板的形式覆盖活性层的整个主表面。
如本领域所已知的，并且参考图1和图6，当没有电压被施加于上导电层7和下导电层6之间时，在SPD膜的聚合物介质5中的粒子呈随机的位置，并且因此取决于诸如粒子的性质和浓度以及入射光束的波长那样的因素，穿过窗的光束被反射、被透射或被吸收，。层合窗1因此具有低的光透射并且SPD膜被认为处于关闭状态。
特别参考图2和6，当将低频率的交变电压施加于母线10、11时，电场产生于上导电层7和下导电层6之间。足够强的电场促使SPD膜中的粒子变成同取向的，由此允许光透射穿过窗。因此，窗在穿过窗的每个点具有一致的，或基本上一致的透射。窗1因此呈现出比处于关闭状态时更高的光透射，并且SPD膜被称为处于开启状态。
典型的交变转换电压峰-峰值为120V，具有50-400Hz的频率。转换电压可以是240V的干线供电。典型地，交变转换电压是方波，尽管其他形式的交变转换电压可以被用来提供开启状态，例如锯齿或正弦波形。典型的波形发生器包括常规的干线电力供应、信号发生器及放大器或者信号发生器加放大器加变压器。
当在图1所示的关闭状态与图2所示的开启状态之间转换时，从低的光透射到高的光透射的转变在整个窗之上是基本上一致的。也就是说，对于人眼，窗从具有低的光透射一致地转换到具有高的光透射。
如本领域所已知的，通过改变所施加的转换电压的幅度来改变窗的透射是可能的。例如，对于给定的转换频率，如果转换电压的幅度被降低，那么在开启状态下的最高的透射同样被降低。典型地，最高的光透射在转换电压的幅度为120V～204V时获得。
注意，在图5和6所示的截面图中，母线11以虚线示出。
已知的是为了提供其中所选择区域可以被转换的窗，可以使用不连续的SPD膜。这被示出于图7中。
图7示出了包括两片分离的SPD膜27、29的层合窗25。这两片SPD膜27、29可以从单张SPD膜中裁切出。给SPD膜27提供母线31、33以及给SPD膜29提供母线35、37。SPD膜是参考图3所描述的类型并且各自的母线可以用同样的方式来施加。这两个SPD膜27、29是电分离且物理分离的但是两者都被层合于一对窗板之间。通过将转换电压提供给母线31、33，可以使SPD膜27转换为开启状态。类似地，通过将转换电压提供给母线35、37，可以使SPD膜29转换为开启状态。这两片SPD膜27、29都可以独立地转换，使得窗具有两个可独立转换的区域26、28。
窗的这种布局是难以制造的并且要转换的所选择区域必须在层合之前确定。在层合之后，只有具有单独一片SPD膜及关联母线的预定区域能够被选择性地转换。这两个SPD膜能够被认为是个体像素，每个像素具有低的光透射的关闭状态以及高的光透射的开启状态。中间水平的光透射可以通过适当地选择转换电压的幅度来获得。
图8示出了在图7所示的窗25中使用的SPD膜沿着图7中的线C-C’的截面图。为了清晰起见，没有示出窗板。母线31、33与SPD膜27的相应的上导电层30和下导电层32电连接。母线35、37与SPD膜29的相应的下导电层34和上导电层36电连接。母线35、37仅以虚线示出。可以使用其他结构的母线。夹入导电层30、32之间的是电驱动的可变透射层38，以及夹入导电层34、36之间的是电驱动的可变透射层39。层38、39是SPD膜中的含有电驱动的粒子的聚合物层。如上所述，每个SPD膜27、29具有覆盖导电层30、32、34、36的保护层。通过将合适的电场施加于上导电层30和下导电层32之间，层38能够转换开启以至高的光透射状态，使得窗的透射在区域26与区域28是不同的。由于这两个电分离且物理分离的SPD膜27、29，窗25具有两个可独立转换的区域26、28。
在图9和图10的截面图中示出了在包含连续膜的层合窗的构造中使用的可选的SPD膜结构。也是为了清晰起见，窗没有在这些附图的任一个图形中示出。
在图9中示出了在SPD膜的聚合物介质之内具有两个可单独转换的区域41、42的SPD膜40。SPD膜包括含有电驱动的粒子的连续的聚合物层43。在聚合物层43的上表面上的是导电层44。在聚合物层43的下表面上的是两个电分离的导电层45、46。保护层覆盖每个导电层。母线47、48、49与相应的导电层44、45、46连接。SPD膜40具有两个可单独转换的区域41、42。通过将适当的转换电压施加于母线47、48，SPD膜的区域41可以选择性地开启(如图所示)。可以通过将适当大小的转换电压施加于母线47、49来转换区域42使之开启。由于这两个电分离的导电层45、46，这是不连续的SPD膜。下导电涂层的不连续性50可能在膜的制造期间引入或者可能由随后的过程引入。
在图10中有两个在SPD膜51的聚合物介质之内的可单独转换的区域52、53。SPD膜包括连续的聚合物层54。在聚合物层54的上表面上有两个电分离的导电层55、56。在聚合物层54的下表面上有两个电分离的导电层57、58。层55与层57对准，并且层56与层58对准。
与每个导电层55、56、57、58连接的是相应的母线59、61、63、65。通过将转换电压施加于母线59、63，SPD膜的区域52可以被选择性地转换开启同时区域69保持于关闭状态。区域52、53都可以通过将转换电压施加于母线对59、63和61、65来转换开启。转换电压可以是不同的使得每个区域52、53的透射不同。因为上和下导电层是两个电分离的区域，这是不连续的SPD膜。导电层内的不连续性可能在膜的制造期间或者由使用本领域所已知的技术的后续处理引入。
图11示出了具有参考图1到6所描述的结构的层合窗。层合窗1已经根据本发明转换。高频率的交变转换电压被施加于母线10、11。所施加电压的峰-峰电压为大约120V。所施加的电压是频率为20kHz的基本上为矩形的波。
与将低频率的交变转换电压施加于母线10、11相比，只有连续的SPD膜的选择区域74转换至开启状态。区域75保持于关闭状态。横过整个SPD膜(在71和71’之间)具有渐变透射的区域。
渐变透射的意思是区域具有可见光透射在一个方向上的变化，从低透射逐渐改变到高透射。可以有两个其中存在渐变透射的方向。优选地，渐变透射区域的高透射区域是与开启状态下的窗的透射基本上相同的透射。优选地，高透射区域具有所测得的(使用光源C或D65的加权因子计算的)大约40％的透射。
图12示出了参考图1到6描述的层合窗1，在图12中所施加的交变转换电压的频率低于图11中的，即10kHz。渐变透射区域(在79和79’之间)从母线10、11位于其中的窗的下边缘进一步扩展。SPD膜的下部77的大部分已经转换至开启状态并且SPD膜的上部78的部分仍然处于关闭状态。连续的SPD膜的下部77已经被选择性地转换开启。渐变透射区域(在79和79’之间)已经移至窗的上部。
转换电压由包括信号发生器、音频放大器及变压器的适当构造的电压发生器所施加。电压发生器的输出是其中频率是可在50Hz和20kHz之间变化的信号，并且电压输出可在0和140Vrms之间变化。
在渐变透射区域之内，所施加的电压足以轻微影响SPD膜内的粒子的取向，使得SPD膜处于在开启状态和关闭状态之间的中间状态。
与包含SPD膜的常规的层合窗相比，通过用高频率电压驱动膜来选择在窗之内要转换的区域是可能的。另外，可以产生渐变透射的区域。
渐变透射区域的范围可以通过改变所施加电压的频率、最大的峰-峰电压以及交变电压波形的性质(即方波、锯齿或正弦)来影响。
另外，母线的定位和位置以及数量也将影响SPD膜的转换。例如，在图1和图11所示的实施例的替代实施例中，母线11可以位于窗的上边缘上，而仍然与上导电层7电通信。
在没有受到任意特别的理论的约束的情况下，参考图13和14给出对所观察到的行为的一种可能的解释。SPD膜81的一部分的截面图被示出。在这些图形中SPD膜81由简单的电阻(R)-电容(C)电路表示。SPD膜包括活性的聚合物介质层82。在聚合物层82的上表面上的是导电涂层83，在聚合物层82的下表面上的是导电涂层84。AC信号发生器85经由母线86、87与SPD膜电连接。母线86、87与对应的导电涂层83、84电通信。
对于在图13的线I-I’和II-II’之间示出的简单串联的RC电路，电路的时间常数τ由[R1+R2]×C1给出。当电压被施加于导电层83、84两侧时，在I-I’和II-II’之间的电路的时间常数τ是在那点的SPD膜两侧的电压V1达到最大施加电压的大约63％所耗费的时间。
随着与母线沿着膜的距离增加，例如由在图14的线I-I’和III-III’之间的电路所示的，电路的时间常数由于电阻增加而增加。参考图14，在I-I’和III-III’之间的电路的时间常数τ是[R1+R2+R3+R4]×C2。在两个导电层83、84两侧的分布电容保持相同。因此，距离母线86、87越远时间常数τ就是越长。现在对于在那点的SPD膜两侧的电压V2要达到最大施加电压的大约63％需耗费更多的时间。因此，随着与母线的距离增加，时间常数就增加，从而耗费更长的时间来在导电层两侧达到转换SPD膜的必要电压。因此应当与母线有一定距离将是易于明了的，其中当交变的转换电压被施加于SPD膜的两侧时，在导电层两侧的电压在交变的转换电压转换之前并没有时间来达到转换SPD膜所必需的幅度。结果，不仅将产生渐变透射的区域，因为时间常数τ根据沿着SPD膜的距离而变化，而且还将存在转换电压无法在交变的转换电压关闭之前达到所需的水平的点。
以上理论预示了对于足够高频率的转换电压，在不同透射的SPD膜中将有三个区域，(i)在导电层两侧的电场能够达到转换的必要大小的地方能够被转换开启的区域，(ii)其中在导电层两侧的电场的大小由于时间常数变化的效应而改变的区域，以及(iii)其中因为时间常数足够长并且所施加电场的频率足够快，而使电场无法达到允许SPD膜转换开启的必要大小的区域。因此区域(i)将具有高的光透射，区域(ii)将具有渐变的透射以及区域(iii)将具有低的光透射。
实际上SPD膜在两个导电层之间可以具有很高的漏电阻，尽管这应该对渐变透射区域的产生具有很小的影响。
另外，以上理论表明了导电层的电阻以及这对导电层的电容的重要性。如果导电层改变使得存在不同的电阻(典型为每平方测得的)，那么发生不一致转换的频率将改变并且因此需要被确定。类似地，电驱动的可变透射层/电极的构造的电容将影响发生不一致转换的频率。该两个导电层的薄层电阻可以是相同的或不同的。
对本领域技术人员来说应当易于明了的是整个膜的时间常数将由在AC信号发生器85与导电层83、84之一或二者之间的任意串联电阻来增加。该串联电阻可以是接触电阻或者在AC信号发生器与母线之间的真实的电阻器。由于所增加的时间常数(以及可能由于在该电阻器两端的电压降)而能够以适当高的电阻来使膜转换至较低的透射水平。但是，可能会引入和膜的薄层电阻共同起作用的具体的串联电阻。虽然是膜的薄层电阻促使膜具有渐变的透射，但是对薄层电阻的灵敏度能够通过选择不同的串联电阻来改变。另外，能够将不同的串联电阻使用于每个供电侧(即在信号发生器与母线之一或二者之间)，使渐变透射的区域偏移。而且，在每个供电引脚上能够使用可变的电阻器来增加对透明区域(转换开启的区域)的尺寸和位置以及渐变透射区域的尺寸的附加控制。
对于由日立公司所供应的SPD膜，每个导电层都是沉积于PET保护层的内表面上的ITO涂层，即ITO涂层被夹入SPD聚合物层和PET保护层之间。在该SPD膜中的每个导电层的薄层电阻为220-260欧姆/方块(ohm/square)。这种膜的240×240mm的板具有大约20nF的电容。
其中薄层电阻为350ohm/square以及电容为40nF每平方英尺的其他SPD膜是可获得的(参见例如US2004/160660A1).
其中每个导电层具有大约100ohm/square的薄层电阻的包含膜的液晶可从市场上购得。
图15示出了另一种包含SPD膜的可转换的层合窗91。SPD膜面对每个窗材料板并且SPD膜具有与每个窗材料板的主表面基本上相同尺寸的主表面。
在该实例中，与下导电层连接的母线93沿着窗的整个宽度延伸并且位于窗的底边缘。与上导电层连接的母线95也横过窗的整个宽度延伸并且位于窗的上边缘。
当没有电压施加于母线93、95之间时，窗具有低的光透射因为SPD膜处于关闭状态。通过在母线93、95之间施加低频率(即10～400Hz)的电压，SPD膜一致地转换至开启状态并且层合窗从具有一致的低透射转换至一致的高透射。如同在参考图1和2描述的实例中，从关闭状态到开启状态的转变是一致的，如同人眼所观察到的。
通过将适当的高频率(即25kHz)电压施加于母线93、95，窗91的选择区域94被转换开启。转换开启的区域在边缘99和99’之间扩展。而且，存在也在边缘99、99’之间扩展的渐变透射区97、98的两个区域。SPD膜只能够在导电层两侧的电场足够高以维持必要大小的电场使得SPD膜能够转换的地方转换开启。
选择区域可以通过为在母线93、95之间施加的转换电压选择合适的高频率来选择。
易于明了的是其中SPD膜的选择区域可以被转换开启的精确的频率取决于SPD膜的尺寸及其几何图形，即例如是矩形或是圆形。对于SPD膜的给定的几何图形，母线可以被适当地定位以在给这些母线施加足够高的频率时将SPD膜的给定区域选择性地转换至开启状态。还可以选择所施加的转换电压的频率以在所希望的位置影响SPD膜的转换行为。
对于给定几何图形的SPD膜以及母线的位置，有可能确定最低的频率fmin，在该最低频率fmin下其连续的SPD膜开始不一致地转换。频率fmin取决于膜的尺寸。例如，对于300mm×300mm的SPD膜，fmin为大约10kHz。fmin的值将是膜特定的并且还取决于所施加电场的具体波形、供电电压的幅度以及电驱动的可变透射层被夹入其间的导电涂层的电阻。
因此，通过增加所施加的转换电压的频率有可能改变SPD膜被选择性转换的区域。这使得SPD膜可能以类似百叶窗或窗帘被拉开的方式不一致地转换。通过改变所施加电压的频率能够使渐变透射的区域移动。
可以用来影响渐变透射区域的因素包括所施加电场(或电压)的幅度、电驱动的可变透射层的尺寸、电驱动的可变透射层的实际几何形状、电驱动的可变透射层的具体的长宽比(特别是针对母线的位置)、母线的尺寸、母线的数量(可以有两根或更多)以及母线的位置。另外，电驱动的可变透射层被夹入其间的具体的导电层的电特性也会具有影响，例如，导电层的具体的薄层电阻以及它们的电容。
也易于明了的是对于给定尺寸的SPD膜和母线的布局，将存在所施加电场的一个频率(fmax)，在该频率fmax之上SPD膜不可转换至开启状态。
在图15所示的可选实施例中，对于矩形SPD膜，可以有四根母线，每个角落一根。通过在初始时将足够幅度的足够高频率的电场施加于这四根母线中的每一根上，并且然后通过降低每根母线的所施加电场的频率，SPD膜表现为从角落转换。
对于转换SPD膜的常规方法，参考图16。在步骤100，SPD膜处于关闭状态(如图1所示)。在步骤102施加低频率的电压促使SPD膜一致地转换至开启状态(如图2所示)。电压在步骤102典型为50-60Hz下的120-240V的峰-峰值。从关闭状态到开启状态的转变促使具有低水平的光透射的SPD膜一致地转换至具有更高水平的光透射。从关闭状态到开启状态的转变对于人眼是一致的。处于开启状态的SPD膜的实际透射水平取决于所施加电场的幅度。
对于根据本发明的转换方法，参考图17。在步骤110，SPD膜处于关闭状态(如图1所示)。通过在步骤112施加高频率的电压，其中该频率大于fmin，SPD膜不一致地转换使得在步骤114，只有SPD膜的所选择区域被转换开启(例如图11所示的)。在步骤116，所施加的转换电压的频率与在步骤112使用的频率相比可以被降低，同时仍然是在fmin之上。因此SPD膜的更多部分将在步骤118被转换至开启状态(如图12所示)。在步骤120将所施加电压的频率降低至fmin之下，整个SPD膜在步骤122被转换开启并且窗具有一致的高透明度，如图2所示。
在图17中SPD膜被指出分别在步骤110和122具有在开启和关闭状态之间的两个中间阶段(在步骤114和118)。在开启和关闭状态之间可以存在许多中间阶段使得从关闭到开启的转变从膜(并且由此其中可以并入SPD膜的窗)的一端平滑地变化到膜的另一端。若需要，最终的状态122可以是其中SPD膜具有渐变透射区域的一种状态。在这种情况下驱动电压被维持于fmin或之上以达到该最终的希望状态。作为选择，初始状态100可以与初始状态110相同，以及最终状态104可以与最终状态122相同。
通过反转以上步骤，可以使SPD膜以类似百叶窗或窗帘关闭的方式从开启状态转换到关闭状态。
本发明的一种具体应用是给交通工具的风挡提供遮阳罩(sunshade)。如图18所示，常规的层合的交通工具风挡200可以具有光透射低于风挡204的其余区域的上区域202。上区域202被称为遮光带并且通常由适当着色的夹层材料所提供。在常规的风挡中，一旦遮光带被并入叠层之内，它就保持固定的位置并且在不完全替换风挡的情况下不能够改变。在遮光带与常规的夹层之间的边界206典型为渐变透射区域以避免在低光透射区域202和高光透射区域204之间的突变过渡。
通过以包含SPD膜的合适的夹层材料代替区域202内的层合材料，可以提供可转换的遮光带。当SPD膜处于开启位置时，上区域202将会具有高的光透射。通过以具有高于fmin的频率的交变电压来转换SPD膜，可以产生遮光带。遮光带延伸的距离可以通过选择所施加的转换电压的频率来改变(确保风挡仍然满足光透射的规定要求)。这具有遮光带可以响应于太阳在天空中的位置而作出反应的优点，从而降低眩光度。
本发明的另一种应用是用于交通工具的天窗。通过将连续的SPD膜并入用于交通工具的天窗的层合窗之内，并且根据本发明转换SPD膜，有可能如参考图17所描述的那样不一致地转换连续的SPD膜，使得SPD膜的从开启到关闭状态(或相反)的转变类似于百叶窗或窗帘的打开或关闭。类似地，本发明找到了用于在诸如汽车或公共汽车的交通工具中的可转换的侧窗或后窗的应用。
本发明的又一种应用是用于建筑物的可转换窗户。使用根据本发明的第一方面的方法，当太阳当空高照时，大的办公室窗户能够在窗户的上部附近具有暗的遮光区域。随着时光推移，暗区域能够随着太阳在天空中变低而在窗户上向下移动以提供足够的遮蔽。
图19示出了包括在第一电极层304和第二电极层306之间的SPD乳液的电驱动的可变透射层302的SPD膜300。第一电极层304包括以导电性ITO涂层310布置于其表面之上的PET基板308。第二电极层306包括使导电涂层314布置于其表面之上的PET基板312。导电性ITO涂层310、314是电极。SPD膜300被配置使得活性层302处于PET基板308和导电性ITO涂层314之间，并且导电涂层314处于活性层302和PET基板312之间。在面对电极层302、304的活性层302的一个或更多个表面上可以有外涂层。
存在通过电连接器316与导电涂层310的直接电连接。存在远离导电性ITO涂层310、314(以及活性层302)的远程电连接器318，远程电连接器318被放置于PET基板312的无涂层的表面上。
SPD膜能够经由电连接器316和远程电连接器318连接至合适的电源。在将足够高频率的交变电压施加于电连接器316和远程电连接器318之间时，电场被施加于活性层的两侧从而转换在导电涂层310、314之间的层的选择区域。
图20示出了包括在第一电极层404和第二电极层406之间的SPD乳液的电驱动的可变透射层402的SPD膜400。第一电极层404包括以导电性ITO涂层410布置于其表面之上的PET基板408。第二电极层406包括使导电涂层414布置于其表面之上的PET基板412。导电性ITO涂层是电极。SPD膜400被配置使得活性层402处于两个导电性ITO涂层410、414之间。在面对电极层404、406的活性层的一个或两个表面上可以有外涂层。
存在位于PET基板408的无涂层的表面上的第一远程电连接器416。存在位于PET基板412的无涂层的表面上的第二远程电连接器418。第一和第二远程电连接器远离导电性ITO涂层410、414和活性层402。
SPD膜能够经由第一和第二远程电连接器416、418连接至合适的电源。在将足够高频率的交变电压施加于远程电连接器416、418之间时，电场被施加于活性层的两侧从而转换在导电涂层410、414之间的层的选择区域。
本发明具有可以将连续的SPD膜的所选择区域转换至开启状态，保持连续的SPD膜的另一选择区域处于关闭状态的优点。另外，本发明提供了在连续的SPD膜中产生渐变透射区域的方法。渐变透射区域的位置可以是可通过给交变的转换电压选择适当范围的高频率而在膜之内移动的。
对本领域技术人员来说应当易于明了的是，使用根据本发明的第一方面的转换方法，可以按本领域所已知的方式将电驱动的可变透射层并入窗元件之内。另外，窗元件可以包括玻璃板或塑料板。
在本发明的具体实例中，示出了矩形的母线。但是，可以塑形一根或更多根母线从而在电驱动的可变透射层之内创造出特定的图形。
虽然在此所描述的具体实例参考包含连续的SPD膜的窗，但是对本领域技术人员来说应当易于明了的是SPD膜可以用其他电驱动的可变光透射材料来代替，例如含有膜的液晶或者包含有机发光材料或电子墨水的膜。
具体的实例尤其参考影响可见光的透射的电驱动的可变透射层。通过仔细选择电驱动的可变透射材料，可以影响其他电磁能量的透射，例如在电磁光谱的紫外线或红外线区域中的。可变的透射可能是由于吸收或散射。
而且，应当易于明了的是本发明需要在电驱动的可变透射层的两侧生成足够高频率的交变电场。具体的实例参考具有覆盖活性层的整个主表面的电极的电驱动的可变透射层，并且其中母线与每个电极层直接连接。电场发生器可以经由母线与电极直接电通信。但是电场发生器有可能通过例如电容耦合与电极间接电通信。在这种情况下，母线可以被沉积于覆盖每个电极的保护层上，由此在母线和电极之间提供间接的电连接。另外，本发明可以通过采用能够利用远程电连接的重新设计的膜结构来实现。远程电连接是不与由电场发生器(即外部的电源)驱动的可转换膜的活性层接触的，并且也不与第一和第二电极接触的电连接。远程电连接器使电场能够被投射穿过活性层，驱动转换过程。该远程电连接在性质上可以是电容性的。

Claims (25)

1.一种转换电驱动的可变透射层的方法，所述层处于第一电极和第二电极之间，其中足够高频率的交变电场被施加于所述第一电极和所述第二电极之间使得在所述第一电极和所述第二电极之间的所述层的选择区域被转换。
2.根据权利要求1的方法，其中所选择性转换的区域具有渐变透射。
3.根据权利要求1或权利要求2的方法，其中所述电驱动的可变透射层包括SPD膜或含有膜的液晶。
4.根据以上任一权利要求的方法，其中所施加电场的所述频率大于1kHz，优选地大于10kHz，更优选地至少20kHz。
5.根据以上任一权利要求的方法，其中所述电场经由具有可变输出电压的电源来施加。
6.根据以上任一权利要求的方法，其中所述电场经由具有可变输出频率的电源来施加。
7.根据以上任一权利要求的方法，其中所述电场经由具有可变输出波形的电源来施加。
8.根据权利要求5到7中的任一权利要求的方法，其中存在着与所述电极和所述电源中的一个串联的电阻器。
9.根据以上任一权利要求的方法，其中所述施加电场是基本上矩形的波形。
10.根据以上任一权利要求的方法，其中所述电场通过与所述第一电极和/或第二电极的直接电连接来施加。
11.根据权利要求1到9中的任一权利要求的方法，其中所述电场通过远离所述第一电极和第二电极的至少一个远程电连接来施加。
12.根据权利要求10或11的方法，其中所述电场通过与所述第一和/或第二电极关联的多个电连接器来施加。
13.一种用作窗板的装置，包括：窗材料板以及面对所述窗材料板的电驱动的可变透射层，所述层被夹入第一电极和第二电极之间；以及电场发生器，与所述电极电通信，并且被配置为产生足够强度的且足够高频率的交变电场来转换在所述第一电极和第二电极之间的所述层的选择区域。
14.根据权利要求13的装置，其中所述层被层合于两个窗材料板之间。
15.根据权利要求13或14中的任一权利要求的装置，其中所述选择区域具有渐变的透射。
16.根据权利要求13到15中的任一权利要求的装置，其中所述电场发生器能够产生具有大于1kHz，更优选地大于10kHz，还要更优选地大于20kHz的频率的交变电场。
17.根据权利要求13到16中的任一权利要求的装置，其中有与所述电场发生器及所述电极中的一个电极串联的电阻器，优选为可变电阻器。
18.根据权利要求13到17中的任一权利要求的装置，其中所述电场发生器经由至少一个到其上的直接电连接与所述第一电极和/或第二电极电通信。
19.根据权利要求13到17中的任一权利要求的装置，其中所述电场发生器经由至少一个远离所述第一电极和所述第二电极的远程电连接与所述第一电极和/或第二电极电通信。
20.根据权利要求18或19中的任一权利要求的装置，其中所述电场发生器经由多个电连接器与所述第一电极和/或第二电极电通信。
21.根据权利要求13到20中的任一权利要求的装置，其中所述窗板是交通工具的窗板，优选为风挡或天窗，或者建筑物中的窗户。
22.一种包含根据权利要求13到21中的任一权利要求的装置的交通工具，特别是汽车。
23.一种包含根据权利要求13到21中的任一权利要求的装置的建筑物。
24.一种电驱动的可变透射层的用途，用于在所述电驱动的可变透射层内产生渐变透射区域，通过在所述层的两侧施加足够幅度的电场以使所述层转换开启以及施加足够高频率的电场以产生所述渐变透射区域。
25.一种根据权利要求24的SPD膜或液晶膜的用途。
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