CN110346996A - 一种局部抗强光的电致变色玻璃 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种局部抗强光的电致变色玻璃，自上而下依次包括衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ串联在控制电路中，当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域的光敏变阻层电阻减小，从而使得被强光照射区域的变色模块电压增大，进而使得被强光照射区域变色模块变色，用于阻挡强光。本发明提供的一种局部抗强光的电致变色玻璃，结合变色模块的电光特性以及光敏变阻层的光电特性，设计出能够实现局部自动抑制强光的玻璃，用于对抗大光灯造成的局部强光干扰。

Description

一种局部抗强光的电致变色玻璃
技术领域
本发明属于光学领域，具体属于一种局部抗强光的电致变色玻璃。
背景技术
德国弗劳恩霍夫研究所的应用聚合物(IAP)研究人员联手Tilse Formglas GmbH研发了一种加工工艺，它能大大加快玻璃的变色速度并且还能支持更多的颜色选择。这种工艺打造的电致变色玻璃可以在更低电压的情况下开始快速变色。弗劳恩霍夫研究所IAPVolker Eberhardt博士指出，一个1.2平方米的玻璃可以在20到30秒之间就完成全部的变色反应。
在夜间行车期间，大光灯可致司机致盲2秒，在这期间可发生许多交通事故，若采用现有技术中的全局变色玻璃作为汽车玻璃，则在强光照射过程中，全局变色玻璃会使司机的视线受限，在夜间行车时看不清前方路况；虽然避免了强光导致的致盲，但是会引起视线受限问题。
交通法规定汽车所用的变色玻璃在变色之后的通光率需要达到夜间正常光照的75％，而现有技术中的电致变色玻璃均为全局变色，即没有受到强光照射的部分也会发生变色，从而使得夜间行驶暗光部分也受到遮挡，不满足通光率75％的要求。
为了有效抑制大光灯的强光照射，需要研发一种能够实现局部变色的玻璃，使得被强光照射的局部区域发生变色。
发明内容
本发明的目的在于提供一种局部抗强光的电致变色玻璃，结合变色模块的电光特性以及光敏变阻层的光电特性，设计出能够实现局部自动抑制强光的玻璃，用于对抗大光灯造成的局部强光干扰。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种局部抗强光的电致变色玻璃，自上而下依次包括衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ串联在控制电路中，当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域的光敏变阻层电阻减小，从而使得被强光照射区域的变色模块电压增大，进而使得被强光照射区域变色模块变色，用于阻挡强光。
进一步地，所述变色模块依次包括电致变色层、电解质层和离子存储层。
进一步地，所述光敏变阻层和变色模块的位置可以互换。
进一步地，所述控制电路包括控制电源，所述控制电源打开时，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源形成串联电路；所述控制电源关闭时，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源不导通。
进一步地，所述控制电路还包括感光子电路，所述感光子电路连接所述控制电源，所述感光子电路用于感测环境光并将感测到的环境光照强度反馈至所述控制电源，当感测到环境光照强度大于阈值时，所述控制电源关闭；当感测到环境光照强度小于阈值时，所述控制电源打开。
进一步地，所述电致变色玻璃中光敏电阻层的电阻值与其接收到的光照强度负相关。
进一步地，所述控制电路采用网格化管理，使得所述电致变色玻璃中不同位置对应的导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成不同的串联电路。
进一步地，所述控制电源打开时，所述控制电源、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成串联电路；当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域对应的光敏变阻层电阻减小，被强光照射区域对应的变色模块两端电压增大，使得被强光照射区域对应的变色模块变色；未被强光照射区域对应的光敏变阻层和变色模块不发生变化。
进一步地，所述衬底层Ⅰ和衬底层Ⅱ均为透明衬底层。
进一步地，所述导电层Ⅰ和导电层Ⅱ均为透明导电层。
进一步地，所述光敏变阻层为透明光敏变阻层。
本发明的有益效果为：本发明在变色玻璃中增加了光敏变阻层，结合变色模块的电光特性以及光敏变阻层的光电特性，设计出能够实现局部自动抑制强光的玻璃，用于对抗大光灯造成的局部强光干扰，可有效降低视觉反差引起的致盲；同时本发明中控制电路用以区分玻璃所处环境，并在夜间模式中开启电致变色玻璃的控制电路，能够有效用于防护夜间行车的强光照射。
附图说明
附图1为本发明一种局部抗强光的电致变色玻璃的结构示意图。
附图2为光敏变阻层的电阻变化示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
本发明提供的一种局部抗强光的电致变色玻璃，在现有的变色玻璃的基础上增加了变色模块，并在电致变色玻璃内部和外部形成控制电路。具体的，本发明中局部抗强光的电致变色玻璃，依次包括衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ，其中，位于电致变色玻璃最外侧的衬底层Ⅰ和衬底层Ⅱ为现有技术中的衬底玻璃，为了不影响电致变色玻璃的变色过程，衬底层优选为透明衬底层；位于衬底层Ⅰ和衬底层Ⅱ内侧的分别为导电层Ⅰ和导电层Ⅱ，本发明中导电层起到导电的作用，为了不影响电致变色玻璃的变色过程，导电层优选为透明导电层；位于导电层Ⅰ和导电层Ⅱ内侧的分别为变色模块和光敏变阻层，其中变色模块和光敏电阻层的位置可以互换，光敏电阻层起到电阻随光强变化的作用，为了不影响电致变色玻璃的变色过程，光敏电阻层优选为透明光敏电阻层；变色模块具体包括电致变色层、电解质层和离子存储层，且在变色模块中，电解质层位于电致变色层和离子存储层之间，具体电致变色层靠近光敏电阻层或是离子存储层靠近光敏电阻层可以根据实际需求进行设定，并不影响变色模块的功能，变色模块的原理是利用这三种材质之间的化学作用来实现变色。
在上述电致变色玻璃的基础上，本发明还形成了控制电路，其中控制电路包括控制电源，当控制电源打开时，导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源形成串联电路，此时，电致变色玻璃处于工作状态，当有强光照射在电致变色玻璃上时，才可能发生变色；当控制电源关闭时，导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源不导通，此时，电致变色玻璃处于不工作状态，即使有强光照射，也不会发生变色。
本发明中控制电路还包括感光子电路，感光子电路连接控制电源，用于感测环境光并将感测到的环境光照强度反馈至控制电源，从而使得控制电源打开或者关闭。当感光子电路感测到环境光照强度大于阈值时，控制电源关闭，说明此时外界环境光照充足，电致变色玻璃不需要进行变色；当感测到环境光照强度小于阈值时，控制电源打开，说明此时外界环境光照不充足，电致变色玻璃处于工作状态。
本发明中光敏电阻层的电阻值与其接收到的光照强度负相关，具体关系如附图2所示，当外界光照强度增加时，光敏电阻层的电阻值减小。当控制电源打开时，控制电源、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成串联电路；当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域对应的光敏变阻层电阻减小，被强光照射区域对应的变色模块两端电压增大，使得被强光照射区域对应的变色模块变色；由于变色模块的变色速度受到其两端电压的影响，当其两端的电压较大时，其变色速度相应较快，从而使得被强光照射区域能够快速变色，而未被强光照射区域对应的光敏变阻层和变色模块不发生变化。
以下结合附图2和实施例1对本发明进行进一步解释：
实施例1
本发明中局部抗强光的电致变色玻璃用于汽车的前车玻璃，请参阅附图1，电致变色玻璃自上而下包括衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ，变色模块具体包括电致变色层、电解质层和离子存储层，通过其相互之间的化学反应实现变色功能，其中，衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ均为透明材质。
本发明中电致变色玻璃用于汽车前车玻璃，具体是为了在夜间行车的过程中，强光照射该玻璃时，电致变色玻璃发生变色，抑制强光入射，同时确保该变色范围为强光照射范围，在没有被强光照射的区域不发生变色，保证司机的正常行驶视线。请继续参阅附图1，本发明中控制电路包括感光子电路和控制电源，其中，控制电源同时连接感光子电路、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ，并且当控制电源打开时，导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源形成串联电路。其中，控制电源与导电层的连接方式可以为一点式连接，也可以为多点式连接，确保导电层上各点的电势相同即可。
其中，感光子电路具体为环境光感光子电路，用于感测环境光，并判断外界环境为白天或者晚上，本发明中可以在衬底层Ⅰ和衬底层Ⅱ上布置多点环境光采样电路，例如布置多点光敏电阻。具体判断方法可以为以下两种方法中的任意一种：(1)当感光子电路感测到环境光照强度大于阈值时，确定外界环境为白天，控制电源关闭；当感测到环境光照强度小于阈值时，确定外界环境为晚上，控制电源打开；(2)当衬底层Ⅰ与衬底层Ⅱ上感测到的光照强度近似时，确定外界环境为白天；否则视为夜晚。
用于汽车前车玻璃的电致变色玻璃只需要在夜间正常工作即可，因此，当控制电源打开时，导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源形成串联电路，此时，电致变色玻璃处于工作状态；当控制电源关闭时，导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源不导通，此时，电致变色玻璃处于不工作状态。
光敏电阻层的电阻曲线如附图2所示，实际中的远光灯要求光强I大于15000cd，且远光灯的立体角Ω为0.5π球面度；其中，cd为光强单位，1cd是指光源在指定方向的单位立体角内发出的光通量；球面度(Sr＝Steradian)是立体角的计量单位，面积为半径平方(r2)的球表面对球心的张角等于1球面度。则远光灯所发射光的光通量F＝I×Ω，即光通量约为20000流明，其中，流明为光通量单位，1流明等于在540太赫兹(540THz或5.40x 10赫兹)频率下1.46毫瓦(1.46x 10-3W)的辐射出的电磁能(EM)。如果玻璃上光斑面积为1平方米(事实上远小于该面积)，则玻璃的照度约为20000lx，其中，勒克斯(lx)是照度(luminance)的单位，被光均匀照射的物体，在1平方米面积上所得的光通量是1流明时，它的照度是1勒克斯，结合附图2可知，玻璃照度约20000勒克斯，远超100勒克斯，大于100勒克斯后，光敏变阻层阻值缓慢下降，附图2中c区域，20000勒克斯时光敏电阻层阻值小于1千欧，正常维持司机视线的夜间光强小于50lux，附图2中b区域，光敏电阻层阻值约10千欧，即被光斑照射的电致变色玻璃与没有光斑照射的电致变色玻璃的阻值差约10倍。当控制电源打开时，控制电源、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成串联电路；当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域对应的光敏变阻层电阻减小，被强光照射区域对应的变色模块两端电压增大，使得被强光照射区域对应的变色模块变色；由于变色模块的变色速度受到其两端电压的影响，当其两端的电压较大时，其变色速度相应较快，从而使得被强光照射区域能够快速变色，而未被强光照射区域对应的光敏变阻层和变色模块不发生变化。
由于光斑中心沿半径向外围呈现指数衰减，我们设定光斑区域为强光区域，光敏变阻层的阻值约1千欧，如附图2中c区域，此时变色模块占据主体分压并达到开启电压；光斑区域外为正常视野区，光敏变阻层的阻值约10千欧，如附图2中b区域，使得变色模块分压极小，进而使得变色模块几乎不变色，所以光斑对应的变色区局限在光斑照射的位置，且光强越大，变色模块变色越剧烈，通光量越小。本发明中电致变色玻璃为局部抗强光，在被强光照射区域发生变色，使得该区域内强光的通光量变小，而在未被强光照射的区域，电致变色玻璃未发生变色，该区域内正常光线的通光量保持正常。
本发明中电致变色玻璃的控制电路中采用网格化管理，使得玻璃中不同区域对应的导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成不同的串联电路，从而在玻璃中形成若干个串联电路，这样一来，当有强光照射在某个电路对应区域时，只有该区域发生变色，抑制强光入射；其余未被照射部分不会发生变色，保持正常的通光量。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，自上而下依次包括衬底层Ⅰ、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ和衬底层Ⅱ，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ串联在控制电路中，当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域的光敏变阻层电阻减小，从而使得被强光照射区域的变色模块电压增大，进而使得被强光照射区域变色模块变色。
2.根据权利要求1所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述变色模块包括电致变色层、电解质层和离子存储层。
3.根据权利要求1所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述光敏变阻层和变色模块的位置可以互换。
4.根据权利要求1所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述控制电路包括控制电源，所述控制电源打开时，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源形成串联电路；所述控制电源关闭时，所述导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层、导电层Ⅱ以及控制电源不导通。
5.根据权利要求4所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述控制电路还包括感光子电路，所述感光子电路连接所述控制电源，所述感光子电路用于感测环境光并将感测到的环境光照强度反馈至所述控制电源，当感测到环境光照强度大于阈值时，所述控制电源关闭；当感测到环境光照强度小于阈值时，所述控制电源打开。
6.根据权利要求5所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述电致变色玻璃中光敏电阻层的电阻值与其接收到的光照强度负相关。
7.根据权利要求6所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述控制电路采用网格化管理，使得所述电致变色玻璃中不同位置对应的导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成不同的串联电路。
8.根据权利要求7所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述控制电源打开时，所述控制电源、导电层Ⅰ、变色模块、光敏变阻层和导电层Ⅱ形成串联电路；当外界强光照射在所述电致变色玻璃上时，被强光照射区域对应的光敏变阻层电阻减小，被强光照射区域对应的变色模块两端电压增大，使得被强光照射区域对应的变色模块变色；未被强光照射区域对应的光敏变阻层和变色模块不发生变化。
9.根据权利要求1所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述导电层Ⅰ和导电层Ⅱ均为透明导电层，且所述衬底层Ⅰ和衬底层Ⅱ均为透明衬底层。
10.根据权利要求1所述的一种局部抗强光的电致变色玻璃，其特征在于，所述光敏变阻层为透明光敏变阻层。
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