可變透射窗系統的制作方法
【專利說明】可變透射窗系統
[0001]本申請是申請號為201210241194.5、申請日為2007年6月11日、名稱為“可變透射窗系統”的發明專利申請的分案申請。
[0002]本申請的原始母案是申請號為200780029187.6、申請日為2007年6月11日、名稱為“可變透射窗系統”的發明專利申請。
技術領域
[0003]本發明一般地涉及可變透射窗(transmiss1n window)。更具體地，本發明涉及用于控制可變透射窗的透射的控制系統，并且涉及可變透射窗的各種構造以及用于制造可變透射窗的方法。
【背景技術】
[0004]已經提出將可變透射率(transmittance)光濾波器，諸如電致變色光濾波器用于建筑物窗戶、天窗和汽車的車窗、活動頂篷和后視鏡。這種可變透射率光濾波器減少白天期間穿過窗戶的直射或反射日光的透射率，而在夜晚不減少這種透射率。這樣一來光濾波器不僅可以減少討厭的眩光和環境亮度，而且還減少由透過窗戶的日光的透射引起的褪色和產生的熱。
[0005]出于幾種原因，可變透射窗在商業上未被廣泛接受。首先，由于其構造所需的材料的成本，它們往往非常貴，并且它們復雜的構造能夠使得大規模生產很困難。另外，由于窗戶中使用的電致變色材料的退化，電致變色窗往往具有低于傳統窗的壽命預期。增加的成本和較低的壽命預期的組合阻礙了建筑師、設計師和施工人員使用電致變色窗。
[0006]可變透射窗尚未在商業上廣泛地被諸如乘客運輸設計的交通工具例如公共汽車、飛機、火車、輪船和汽車所接受。發明人已認識到，除了上述之外，在這些類型的交通工具中提供可變透射窗的使用是具有挑戰性的。這些挑戰可以包括但不限于提供對多個可變透射窗的有效的、協調的、單獨的和集中的控制，提供響應個別或集體乘客需求的多個操作模式，提供快速改變窗透射狀態的能力，最小化系統能耗，相對于環境因素諸如潮氣和電涌提供保護，相對于過熱和物理外部負載給窗戶提供保護，以及提供允許相對不熟練的用戶理解和控制窗戶的用戶接口。發明人還認識到來自制造方面的挑戰可被證明是提供解決上述需求所需的系統特征的障礙。
【發明內容】
[0007]根據本發明的一個方面，提供了一種用于控制可變透射率窗戶的電控制系統。該電控制系統包括:耦接到可變透射率窗戶的從屬窗戶控制電路；和耦接到從屬窗戶控制電路的用戶輸入機構。用戶輸入機構配置為給從屬窗戶控制電路提供表示可變透射率窗戶的所期望的透射率級別的控制信號。從屬窗戶控制電路響應從用戶輸入機構接收的控制信號來控制可變透射率窗戶的透射率。用戶輸入機構包括耦接到從屬窗戶控制電路的燈。這些燈給系統用戶提供信息，包括以下至少一個:可變透射率窗戶的當前透射率狀態、可變透射率窗戶的所選擇的透射率狀態、可變透射率窗戶當前是否正在改變透射率狀態、用戶輸入機制是否正被超控以及系統是否正確操作。
[0008]根據本發明的另一個方面，提供了一種用于控制多個可變透射率窗戶的電控制系統。該電控制系統包括:多個從屬窗戶控制電路，每個從屬窗戶控制電路用于控制多個可變透射率窗戶中的一個或多個的透射率；多個用戶輸入機構，每個用戶輸入機構耦接到從屬窗戶控制電路中的一個或多個；和耦接到多個從屬窗戶控制電路的主控制電路。主控制電路和用戶輸入機構配置為給從屬窗戶控制電路提供表示可變透射率窗戶的透射率級別的透射率狀態信號。每個從屬窗戶控制電路響應由主控制電路和/或用戶輸入機構中的一個用戶輸入機構提供的透射率狀態信號，控制該可變透射率窗戶中的至少一個的透射率。主控制電路和從屬窗戶控制電路被配置成，使得當主控制電路給從屬窗戶控制電路提供透射率狀態信號時，從屬窗戶控制電路使用由主控制電路提供的透射率狀態信號，以便確定耦接從屬窗戶控制電路的任意可變透射率窗戶的透射率，同時超控(overrid)從用戶輸入機構接收的任意透射率狀態信號。
[0009]根據本發明的另一個方面，提供了一種用于控制多個可變透射率窗戶的電控制系統。該電控制系統包括耦接到可變透射率窗戶的從屬窗戶控制電路，其中該從屬窗戶控制電路包括丟失檢測電路，以便確定是否失去電能，確定電能失去了多久，并且如果失去電能的時間少于預定時間，則將可變透射率窗戶返回到其最近狀態。
[0010]根據本發明的另一個方面，提供了一種用于控制交通工具中的多個可變透射率窗戶的電控制系統。該電控制系統包括從屬窗戶控制電路，該從屬窗戶控制電路耦接到可變透射率窗戶并且被耦接為從交通工具電源接收電能。該從屬窗戶控制電路包括保護電路，該保護電路包括保護該系統不受從一 500V到+500V的電壓尖峰的影響的電路。
[0011]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶，其包括耦接到用于改變電致變色設備的透射率的控制電路的電致變色設備。該電致變色設備包括:以平行隔開關系布置的第一和第二襯底，以便在襯底的內表面之間形成腔室；在襯底的每個內表面上提供的透明電極涂層；在襯底的周邊，在襯底的第一和第二透明電極涂層上分別沉積的第一和第二銀膠層；以及在該透明電極涂層之間布置的電致變色介質。
[0012]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:可變透射率窗戶，其包括電致變色設備，該電致變色設備耦接到用于改變電致變色設備的透射率的控制電路；和中窗框和外窗框，中窗框和外窗框繞著電致變色設備的周邊與該電致變色設備物理接觸，并且配置為將電致變色設備保持在固定位置。由導熱塑料制成中窗框和外窗框，從而將來自電致變色設備的熱能傳導到與中窗框和外窗框接觸的其他結構。
[0013]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:包括電致變色設備的可變透射率窗戶，該電致變色設備耦接到用于改變電致變色設備的透射率的控制電路；與電致變色設備接觸并且圍繞該電致變色設備的周邊的彈性玻璃框；和中窗框和外窗框，中窗框和外窗框繞著彈性玻璃框的周邊與彈性玻璃框物理接觸并且圍繞彈性玻璃框，并且配置為將電致變色設備保持在固定位置。
[0014]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:包括電致變色設備的可變透射率窗戶；和耦接到電致變色設備、用于控制電致變色設備的透射率的控制電路。該電致變色設備包括:第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一導電涂層；提供在第二襯底的第一表面上的第二導電涂層；和布置在導電涂層之間的電致變色介質。該控制電路施加正電壓以便減小電致變色設備的透射率，并且在其他時間期間在短路可變透射率窗戶的同時給可變透射率窗戶施加一系列負電壓脈沖，以便增加電致變色設備的透射率。
[0015]根據本發明的另一個方面，提供了一種包括電致變色設備的可變透射率窗戶系統，該電致變色設備包括第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一導電涂層；提供在第二襯底的第一表面上的第二導電涂層；和布置在導電涂層之間的電致變色介質；在第一襯底的第一側處電耦接到第一導電涂層的第一導電結構；在第一襯底的第二側處電耦接到第一導電涂層的第二導電結構；在第二襯底的第一側處電耦接到第二導電涂層的第三導電結構；在第二襯底的第二側處電耦接到第二導電涂層的第四導電結構。每個導電結構可以接收獨立于其它導電結構的施加電壓。
[0016]根據本發明的另一個方面，提供了一種電致變色元件，包括:第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一 ITO層，其具有至少兩個波的厚度，并且具有小于大約
2.6歐姆/平方的薄層電阻；提供在第二襯底的第一表面上的第二 ITO層；以及布置在第一和第二 ITO層之間的電致變色介質。
[0017]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:包括電致變色設備的可變透射率窗戶，和耦接到該電致變色設備、用于控制電致變色設備的透射率的控制電路。該電致變色設備包括:第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一導電涂層；提供在第二襯底的第一表面上的第二導電涂層；和布置在導電涂層之間的電致變色介質。該可變透射率窗戶系統被配置成，使得該電致變色設備在少于大約2分鐘的時間內從60%的透射率轉變為小于大約0.2%的透射率。
[0018]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:包括具有大于0.1m2的面積的電致變色設備的可變透射率窗戶，和耦接到該電致變色設備、用于控制電致變色設備的透射率的控制電路。該電致變色設備包括:第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一導電涂層；提供在第二襯底的第一表面上的第二導電涂層；和布置在導電涂層之間的電致變色介質。該可變透射率窗戶系統被配置成，使得該電致變色設備從60%的透射率轉變為小于大約0.2%的透射率。
[0019]根據本發明的另一個方面，提供了一種可變透射率窗戶系統，該系統包括:包括電致變色設備的可變透射率窗戶，和耦接到該電致變色設備、用于控制電致變色設備的透射率的控制電路。該電致變色設備包括:第一襯底，該第一襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；第二襯底，該第二襯底具有第一表面、第二表面，以及限定第一側和相對于第一側的第二側的周邊；提供在第一襯底的第二表面上的第一導電涂層；提供在第二襯底的第一表面上的第二導電涂層；和布置在導電涂層之間的電致變色介質。該可變透射率窗戶系統被配置成，使得該電致變色設備在少于大約5分鐘的時間內從0.2%的透射率轉變為大于大約60%的透射率。
[0020]上述各個方面可被單獨實現或以各種組合形式實現。雖然被描述為不同方面或不同的實施例，但是其特征未必是彼此互相排斥的，并且因此可一起使用。
[0021]通過參考下面的說明書、權利要求書和附圖，本領域的技術人員將進一步理解和領會本發明的這些和其他特征、優點和目的。
【附圖說明】
[0022]在附圖中:
[0023]圖1是根據本發明的一個實施例的結合有可變透射窗的多乘客交通工具的一般圖示；
[0024]圖2是一般地示出了根據本發明的用于控制可變透射窗的系統的方框圖；
[0025]圖3是一般地示出了可用于實現圖2所示的用于控制可變透射窗的系統的用于控制可變透射窗的從屬控制器和用戶輸入機構的方框圖；
[0026]圖4是一般地示出了可用于實現圖2所示的用于控制可變透射窗的系統的從屬控制器的電源部分的示意圖；
[0027]圖5是一般地示出了可用于實現圖2所示的用于控制可變透射窗的系統的用戶輸入機構的不意圖；
[0028]圖6A — 6E是一般地示出了可用于實現圖2所示的用于控制可變透射窗的系統的驅動器電路，以及由該驅動器電路產生的狀態的示意圖；
[0029]圖7是一般地示出了可用于實現圖2所示的用于控制可變透射窗的系統的控制器電路的不意圖；
[0030]圖8是一般地示出了根據本發明的一個實施例的可變透射窗和用于控制可變透射窗的系統的正視圖；
[0031]圖9是圖8所示的可變透射窗和支撐結構的IX -1X處的部分截面圖；
[0032]圖10是圖8 — 9所示的可變透射窗采用的電致變色元件的一個面板的立體圖；
[0033]圖11是窗戶從近似0.1% T清透到近似67% T的％透射率相對于時間的圖；和
[0034]圖12是窗戶從近似67% T變色到近似20% T的％透射率相對于時間的圖。
【具體實施方式】
[0035]現在具體參考本發明的優選實施例，這些實施例的例子已在附圖中示出。在任何可能的情況下，在圖中使用相同的附圖標記指示相同或類似的部分。
[0036]此處為了描述的目的，如圖所示，本發明中將涉及術語“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”及其派生物。然而應當理解，除了相反地明確指出之夕卜，本發明可以假設各種可替換的取向。還應當理解，在附圖中示出并且在下面的說明書中描述的特定設備僅是所附權利要求書中定義的發明性概念的示例實施例。因此，除非權利要求書另外明確聲明，否則關于其中公開的實施例的特定尺寸、比例和其他物理特性不能被認為是限制。
[0037]本發明與一種用于控制多個可變透射窗的透射率的新穎的電控制系統有關，并且還與使得可以實際采用本發明的電控制系統的各種窗戶構造以及這些窗戶構造中的各種機械和電耦接器構造有關。可變透射窗的例子包括可以基于施加在窗戶上的電信號改變其透射率的窗戶，諸如在題目為 “ELECTROCHROMIC MEDIUM HAVING A COLOR STABILITY”的共同轉讓的美國專利N0.6，407，847，題目為“ELECTROCHROMIC STRUCTURES”的美國專利 N0.6，239，898，題目為 “ELECTRODE DESIGN FOR ELECTROCHROMIC DEVICES” 的美國專利 N0.6，597，489 和題目為 “ELECTRO-OPTIC WINDOW INCORPORATING A DISCRETEPHOTOVOLTAIC DEVICE”的美國專利N0.5，805，330中一般描述的窗戶，通過引用將其全部公開內容結合在此。在題目為“COLOR-STABILIZED ELECTROCHROMIC DEVICES”的美國專利 N0.6，433，914，題目為“ELECTROCHROMIC MEDIA WITH CONCENTRAT1N-ENHANCEDSTABILITY, PROCESS FOR THE PREPARAT1N THEREOF AND USE IN ELECTROCHROMICDEVICES” 的美國專利 N0.6，137，620，題目為 “ELECTROCHROMIC MIRROR WITH TWO THINGLASS ELEMENTS AND A GELLED ELECTROCHROMIC MEDIUM” 的美國專利 N0.5，940，201，以及題目為 “VEHICULAR REARVIEW MIRROR ELEMENTS AND ASSEMBLIES INCORPORATINGTHESE ELEMENTS”的美國專利N0.7，372，611中，描述了可以用于窗戶中的電致變色設備的例子，通過引用將其全部公開內容結合在此。在共同轉讓的題目為“VARIABLETRANSMISS1N WINDOW CONSTRUCT1NS” 的美國專利 N0.7，085，609，題目為 “SYSTEM TOINTER⑶NNECT, LINK, AND ⑶NTROL VARIABLE TRANSMISS1N WINDOWS AND VARIABLETRANSMISS1N WINDOW CONSTRUCT1NS” 的美國專利 N0.6，567，708 中公開了可變透射窗和用于控制可變透射窗的系統的其他例子，通過引用將其全部公開內容結合在此。
[0038]圖1是采用可變透射率窗戶10的多乘客交通工具的圖示。采用可變透射率窗戶10的大規模運輸多乘客交通工具包括例如飛機2、公共汽車4和火車6。應當理解，其他的多乘客交通工具可以采用可變透射率窗戶10。圖1中一般所示的多乘客交通工具還包括用于控制可變透射率窗戶10的窗戶控制系統(未示出)。
[0039]1.電控制系統
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