智能窗、智能窗系统、操作智能窗的方法以及制造智能窗的方法与流程

本发明涉及智能技术，更具体地，涉及智能窗、智能窗系统、操作智能窗的方法以及制造智能窗的方法。

背景技术：

电致变色是这样一种现象，其中当通常通过经受电压变化而处于不同的电子状态时，材料表现出可逆的电化学介导的光学性质变化。光学性质通常是颜色、透过率、吸收率和反射率中的一种或多种。

电致变色材料的示例包括氧化钨(wo3)。氧化钨是阴极电致变色材料，其中通过电化学还原发生对蓝色透明的着色转变。

技术实现要素：

在一方面，本发明提供了一种智能窗，该智能窗配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换，该智能窗包括：第一实质上透明的导电层；离子存储层，在第一实质上透明的导电层上；电解质层，在离子存储层的远离第一实质上透明的导电层的一侧上；电致变色层，在电解质层的远离离子存储层的一侧上；第二实质上透明的导电层，在电致变色层的远离电解质层的一侧上；以及，天线层，配置为接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换；其中，电致变色层在第一实质上透明的导电层上的正投影实质上覆盖天线层在第一实质上透明的导电层上的正投影。

可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少50％。

可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少80％。

可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少90％。

可选地，天线层的第一端子电连接到第一实质上透明的导电层；并且天线层的第二端子电连接到第二实质上透明的导电层。

可选地，智能窗还包括转换器，该转换器电连接到天线层并且配置为将由天线层接收的无线能量传输转换成电能。

可选地，天线层配置为接收射频；并且转换器是配置为将射频转换成电能的射频转换器。

可选地，智能窗还包括第一实质上透明的基层和面向第一实质上透明的基层的第二实质上透明的基层；其中，第一实质上透明的导电层、离子存储层、电解质层、电致变色层和第二实质上透明的导电层夹在第一实质上透明的基层和第二实质上透明的基层之间。

可选地，天线层位于第二实质上透明的导电层的远离电致变色层的一侧。

可选地，天线层包括实质上透明的材料。

可选地，实质上透明的材料选自由以下各项构成的组：镀银聚酯薄膜、氧化铟锡和氟掺杂氧化锡。

可选地，天线层包括缝隙波导天线。

另一方面，本发明提供了一种智能窗系统，该智能窗系统包括：本文所述或通过本文所述的方法制造的智能窗；以及无线能量传输源，配置为将无线能量传输发送到天线层。

另一方面，本发明提供了一种操作智能窗的方法，该方法包括：将天线层集成在智能窗中，该智能窗配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换；由天线层接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换；以及，为智能窗供电以在实质上透明状态和调暗状态之间转换；其中智能窗包括：第一实质上透明的导电层；离子存储层，在第一实质上透明的导电层上；电解质层，在离子存储层的远离第一实质上透明的导电层的一侧上；电致变色层，在电解质层的远离离子存储层的一侧上；以及，第二实质上透明的导电层，在电致变色层的远离电解质层的一侧上；其中，电致变色层在第一实质上透明的导电层上的正投影实质上覆盖天线层在第一实质上透明的导电层上的正投影。

可选地，该方法还包括：由无线能量传输源生成无线能量传输；以及，将无线能量传输发送到天线层。

可选地，该方法还包括确定智能窗的当前功率容量是否低于阈值；其中，在确定智能窗的当前功率容量低于阈值时，无线能量传输源生成无线能量传输。

可选地，无线能量传输由覆盖智能窗的整个光透射区域的至少50％的天线层接收。

可选地，无线能量传输由覆盖智能窗的整个光透射区域的至少80％的天线层接收。

可选地，无线能量传输由覆盖智能窗的整个光透射区域的至少90％的天线层接收。

另一方面，本发明提供了一种制造智能窗的方法，该智能窗配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换，该方法包括：形成第一实质上透明的导电层；在第一实质上透明的导电层上形成离子存储层；在离子存储层的远离第一实质上透明导电层的一侧上形成电解质层；在电解质层的远离离子存储层的一侧上形成电致变色层；在电致变色层的远离电解质层的一侧上形成第二实质上透明的导电层；以及，通过将天线材料沉积在智能窗的层上并对天线材料进行图案化来形成天线层，该天线层配置为接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换；其中，天线层形成为使得电致变色层在第一实质上透明的导电层上的正投影实质上覆盖天线层在第一实质上透明的导电层上的正投影。

附图说明

以下附图仅是用于根据各种公开的实施例的说明性目的的示例，并且不旨在限制本发明的范围。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗的结构的示意图。

图2是示出根据本公开的一些实施例中的天线层的结构的示意图。

图3是示出根据本公开的一些实施例中的天线层的结构的示意图。

图4是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗系统的结构的示意图。

图5是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗系统的结构的示意图。

图6是示出根据本公开的一些实施例中的操作智能窗的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照以下实施例更具体地描述本公开。应注意，本文仅出于说明和描述的目的呈现了一些实施例的以下描述。其并非旨在穷举或限于所公开的精确形式。

电致变色窗在变色时需要电力，每次颜色变化仅需几伏，并且通常仅需要每天改变颜色几次。电致变色窗可以由充电电缆或电池供电。使用外部充电电缆是不雅观的并且需要额外的安装成本。电池电量需要定期更换电池，增加了维护成本。

因此，本公开尤其提供了智能窗、智能窗系统、操作智能窗的方法以及制造智能窗的方法，其实质上消除了由于相关技术的限制以及缺点导致的一个或多个问题。在一方面，本公开提供了一种智能窗，其配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换。在一些实施例中，智能窗包括：第一实质上透明的导电层；离子存储层，在第一实质上透明的导电层上；电解质层，在离子存储层的远离第一实质上透明的导电层的一侧上；电致变色层，在电解质层的远离离子存储层的一侧上；第二实质上透明的导电层，在电致变色层的远离电解质层的一侧上；以及，天线层，配置为接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换。可选地，电致变色层在第一实质上透明的导电层上的正投影实质上覆盖天线层在第一实质上透明的导电层上的正投影。如本文所使用的，术语“实质上覆盖”是指一个正投影的至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％、至少99％或100％由另一个正投影覆盖。

图1是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗的结构的示意图。参照图1，在一些实施例中，智能窗包括：第一实质上透明的导电层102；离子存储层103，在第一实质上透明的导电层102上；电解质层104，在离子存储层103的远离第一实质上透明导电层102的一侧上；电致变色层105，在电解质层104的远离离子存储层103的一侧上；第二实质上透明的导电层106，在电致变色层105的远离电解质层104的一侧上；以及，天线层301，配置为接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换。可选地，电致变色层105在第一实质上透明的导电层102上的正投影实质上覆盖天线层301在第一实质上透明的导电层102上的正投影。

在一些实施例中，天线层301包括多个天线。图2是示出根据本公开的一些实施例中的天线层的结构的示意图。参照图2，在一些实施例中，天线层包括多个天线3011的矩阵。多个天线3011中的相应一个天线可以具有各种合适的形状，例如矩形板形状(参见例如图2)、方形形状、多边形形状、三角形形状、圆形形状等。可选地，多个天线3011是多个片状天线，如图2所示。

图3是示出根据本公开的一些实施例中的天线层的结构的示意图。参照图3，在一些实施例中，天线层是缝隙波导天线，其包括波导3013中的多个缝隙天线3012。

在一些实施例中，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少30％，例如，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或至少99％。可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少50％。可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少80％。可选地，天线层覆盖智能窗的整个光透射区域的至少90％。如本文所使用的，在本公开的智能窗的上下文中的术语“光透射区域”指的是其中智能窗的各个层重叠的智能窗的区域。例如，智能窗的光透射区域对应于这样的区域，其中智能窗的各种层(例如，包括第一层实质上透明的导电层102、离子存储层103、电解质层104、电致变色层105和第二实质上透明的导电层106)在基层(例如，图1中的第一实质上透明的基层101)上的正投影重叠。

可以使用各种合适的材料来制造天线层301。可选地，天线层301由实质上透明的材料制成。用于制造天线层301的合适的材料的示例包括镀银聚酯薄膜、氧化铟锡和氟掺杂氧化锡中的一种或者它们的组合。

在一些实施例中，并且参照图1，智能窗还包括开关303，该开关303配置为接通和断开用于智能窗的充电电路。开关303的第一端子电连接到第一实质上透明的导电层102，开关303的第二端子通过天线层301电连接到第二实质上透明的导电层106。天线层301的第一端子通过开关303电连接到第一实质上透明的导电层102，并且天线层301的第二端子电连接到第二实质上透明的导电层106。

可以通过充电电路来控制智能窗的光传输。如上所讨论的，智能窗能够在实质上透明状态和调暗状态之间切换。当开关303断开时，电势不会施加到智能窗，例如，不会施加在第一实质上透明导电层102和第二实质上透明导电层106之间。智能窗处于实质上透明状态，允许相对较高的光传输。当开关303接通时，充电电路将电势施加到智能窗，例如，施加在第一实质上透明的导电层102和第二实质上透明的导电层106之间。智能窗处于调暗状态，允许相对较低的光传输。

在一些实施例中，并且参照图1，智能窗还包括转换器304，该转换器304电连接到天线层301并且配置为将由天线层301接收的无线能量传输转换成电能。可选地，由天线层301接收的无线能量传输是射频，并且转换器304是配置为将射频转换成电能的射频转换器。

在一些实施例中，转换器304是射频-直流转换器。可选地，转换器304利用阻抗匹配来最大化能量输送。可选地，转换器304包括电压倍增器。转换器304的转换效率与阻抗匹配的精度和电压倍增器的能量效率有关。

在一些实施例中，并且参照图1，智能窗还包括第一实质上透明的基层101和面向第一实质上透明的基层101的第二实质上透明的基层107。第一实质上透明的导电层102、离子存储器层103、电解质层104、电致变色层105和第二实质上透明的导电层106夹在第一实质上透明的基层101和第二实质上透明的基层107之间。可选地，天线层301也夹在第一实质上透明的基层101和第二实质上透明的基层107之间。可选地，天线层301位于第二实质上透明的导电层106的远离电致变色层105的一侧上，并且位于第二实质上透明的导电层106和第二实质上透明的基层107之间。可选地，天线层301形成在第一实质上透明的导电层102的远离离子存储层103的一侧上，并且形成在第一实质上透明的导电层102和第一实质上透明的基层101之间。

另一方面，本公开还提供了一种智能窗系统。在一些实施例中，智能窗系统包括本文描述的或通过本文描述的方法制造的智能窗、以及配置为将无线能量传输发送到天线层的无线能量传输源。图4是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗系统的结构的示意图。参照图4，智能窗系统包括配置为将无线能量传输发送到天线层301的无线能量传输源401。无线能量传输源401包括多个能量传输天线402。在一个示例中，多个能量传输天线402配置为将射频发送到天线层301中的多个天线3011。

在本智能窗系统中，由于天线层301覆盖智能窗的相对大的光透射区域，因此可以显著提高充电效率。而且，由于大的接收区域，可以避免被对象(例如，图4中的家具406)阻挡的无线能量传输的问题。此外，因为相对大的总接收区域，所以可以相对降低单位区域中的传输能量密度，使得更容易以对人体健康无害的方式控制无线能量传输。在图4中，无线能量传输源401设置在墙壁上。

图5是示出根据本公开的一些实施例中的智能窗系统的结构的示意图。参照图5，无线能量传输源401设置在天花板上以避免信号被家具阻挡。

另一方面，本公开提供了一种制造智能窗的方法，该智能窗配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换。在一些实施例中，方法包括：形成第一实质上透明的导电层；在第一实质上透明的导电层上形成离子存储层；在离子存储层的远离第一实质上透明的导电层的一侧上形成电解质层；在电解质层的远离离子存储层的一侧上形成电致变色层；在电致变色层的远离电解质层的一侧上形成第二实质上透明的导电层；以及，通过将天线材料沉积在智能窗的层上并对天线材料进行图案化来形成天线层，该天线层配置为接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换。可选地，天线层形成为使得电致变色层在第一实质上透明的导电层上的正投影实质上覆盖天线层在第一实质上透明的导电层上的正投影。

在一些实施例中，天线层形成为覆盖智能窗的整个光透射区域的至少30％，例如，天线层形成为覆盖智能窗的整个光透射区域的至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％、至少95％或至少99％。可选地，天线层形成为覆盖智能窗的整个光透射区域的至少50％。可选地，天线层形成为覆盖智能窗的整个光透射区域的至少80％。可选地，天线层形成为覆盖智能窗的整个光透射区域的至少90％。

在一些实施例中，方法还包括形成充电电路。充电电路通过提供开关、将开关的第一端子连接到第一实质上透明的导电层、以及通过天线层将开关的第二端子连接到第二实质上透明的导电层而形成。可选地，形成充电电路的步骤还包括：通过开关将天线层的第一端子连接到第一实质上透明的导电层、以及将天线层的第二端子连接到第二实质上透明的导电层。可选地，形成充电电路的步骤还包括提供转换器，该转换器电连接到天线层并且配置为将由天线层接收的无线能量传输转换成电能。

在一些实施例中，方法还包括：形成第一实质上透明的基层以及形成面向第一实质上透明的基层的第二实质上透明的基层。第一实质上透明的导电层、离子存储层、电解质层、电致变色层和第二实质上透明的导电层形成为夹在第一实质上透明的基层和第二实质上透明的基层之间。可选地，天线层也形成为夹在第一实质上透明的基层和第二实质上透明的基层之间。可选地，天线层形成在第二实质上透明的导电层的远离电致变色层的一侧上、并且形成在第二实质上透明的导电层和第二实质上透明的基层之间。可选地，天线层形成在第一实质上透明的导电层的远离离子存储层的一侧上、并且形成在第一实质上透明的导电层和第一实质上透明的基层之间。

可以使用各种合适的电致变色材料来制造电致变色层。合适的电致变色材料的示例包括无机金属氧化物(例如，wo3、nio或tio2)、或者有机物质(例如，联吡啶盐(紫精)衍生物、包括蒽醌的醌基衍生物、或者包括吩噻嗪的吖嗪基衍生物)。可以使用各种工艺(例如，蚀刻工艺、丝网印刷工艺、压印工艺或喷墨印刷工艺)来对电致变色层进行图案化。

可以使用各种合适的实质上透明的导电材料来制造第一实质上透明的导电层和第二实质上透明的导电层。合适的实质上透明的导电材料的示例包括氧化铟锌(izo)、氧化铟锡(ito)、铝掺杂氧化锌(azo)、硼掺杂氧化锌(bzo)、钨掺杂氧化锌(wzo)和钨掺杂氧化锡(wto)、氟掺杂氧化锡(fto)、镓掺杂氧化锌(gzo)，锑掺杂氧化锡(ato)、铟掺杂氧化锌(izo)、铌掺杂氧化钛、和氧化锌(zno)。

可以使用各种合适的离子存储材料来制造离子存储层。合适的离子存储材料的示例包括包含铱和/或钽的材料，例如具有式hairo2(0<a<2)的氢氧化铱和具有式hbta2o5(0<b<5)的氢氧化钽。

可以使用各种合适的电解质材料来制造电解质层。合适的电解质材料的示例包括包含氧化钽、氧化锆、高氯酸钾、高氯酸锂和高氯酸钠的材料。可选地，电解质层是固体电解质层。

另一方面，本公开提供了一种操作智能窗的方法。在一些实施例中，方法包括：将天线层集成在智能窗中，该智能窗配置为在实质上透明状态和调暗状态之间转换；由天线层接收无线能量传输，来为智能窗提供能量以在实质上透明状态和调暗状态之间转换；以及，为智能窗供电以在实质上透明状态和调暗状态之间转换。可选地，方法还包括：由无线能量传输源生成无线能量传输；以及，将无线能量传输发送到天线层。

在一个示例中，将天线层集成在智能窗中包括将天线层粘附在智能窗的另一层的表面中。例如，天线层可以粘附到实质上透明的层(例如，粘附到玻璃或薄膜)上，该实质上透明的层实质上覆盖智能窗的整个光透射区域(例如，覆盖智能窗的整个光透射区域的至少50％、至少80％或至少90％)。可选地，可以在天线层上附着实质上透明的保护薄膜或层以保护天线层。可以提供连接线以将天线层的电极与智能窗的其他组件连接。

在一些实施例中，方法还包括确定智能窗的当前功率容量是否低于第一阈值。可选地，在确定智能窗的当前功率容量低于第一阈值时，无线能量传输源生成无线能量传输。在一个示例中，第一阈值是智能窗的全功率容量的20％。

在一些实施例中，方法还包括确定智能窗的当前功率容量是否高于或等于第二阈值。可选地，在确定智能窗的当前功率容量高于或等于第二阈值时，无线能量传输源中断无线能量传输的产生。在一个示例中，第二阈值是智能窗的全功率容量的95％。

图6是示出根据本公开的一些实施例中的操作智能窗的方法的流程图。参照图6，无线能量传输源首先通过内部蓝牙通信模块定期执行蓝牙扫描，以确定附近的任何智能窗是否需要无线充电。如果不需要无线充电(例如，智能窗的当前功率容量高于第一阈值)，则无线电力传输源继续蓝牙扫描。如果需要无线充电(例如，智能窗的当前功率容量低于第一阈值)，则其登录到控制应用程序以控制无线能量传输源来启用无线充电。控制应用程序用作无线能量传输源和天线层之间的通信通道。在登录到控制应用程序之后，控制无线能量传输源以将无线能量传输发送到天线层。

已经出于说明和描述的目的呈现了本发明的实施例的前述描述。其并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式或示例性实施例。因此，前述描述应被认为是说明性的而不是限制性的。显然，许多修改和变化对于本领域技术人员来说是显而易见的。选择和描述实施例是为了解释本发明的原理及其最佳模式实际应用，从而使得本领域技术人员能够理解本发明的各种实施例并且具有适合于预期的特定用途或实现的各种修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同形式限定，其中，除非另有说明，否则所有术语均以其最宽的合理含义解释。因此，术语“发明”、“本发明”等不一定将权利要求范围限制于特定实施例，并且对本发明的示例性实施例的参照并不意味着对本发明的限制，并且不应推断出这样的限制。本发明仅受所附权利要求的精神和范围的限制。此外，这些权利要求可以指代使用名词或元素的“第一”、“第二”等术语。这些术语应理解为一种命名方式并且不应被解释为对由这种命名方式修饰的元素的数量进行限制，除非已给出具体的数字。所描述的任何优点和益处可能不适用于本发明的所有实施例。应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对所描述的实施例进行变化。此外，无论在所附权利要求中是否明确地叙述了元件或组件，本公开中的任何元件和组件都不旨在专用于公众。