一种智能窗户及其调光方法

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤指一种智能窗户及其调光方法。

背景技术

现有的调光玻璃种类主要有电致变色玻璃、光致变色玻璃、热致变色玻璃以及染料液晶调光玻璃等。电致变色玻璃是在外电场作用下引发电致变色材料(例如三氧化钨、噻吩类及其衍生物等)发生氧化还原反应，从而使其颜色发生变化，虽然其光阻性较好，但响应速度相对较慢。光致变色玻璃在玻璃成分中引入光敏剂(例如卤化银、卤化铜等)，当受到户外紫外线激发时会发生变色，因此其受环境限制因素较大，不可人为自主控制变色，且多用于墨镜。热变色玻璃通过温度控制可相变材料(例如二氧化钒等)发生相变，从而改变其可见光透过率，但不够灵敏且响应速度也较慢。染料液晶调光玻璃通过外部施加电压使液晶分子偏转，同时带动染料分子偏转改变可见光透过率，从而实现调光功能，具有响应速度快(毫秒级)、透过率范围可调节等优点。

现有的调光玻璃产品仅能实现对光线透过率的调节，尚未存在既可调光又可显示的产品。

发明内容

本发明实施例提供一种智能窗户及其调光方法，用以实现集显示功能与调光功能于一体的智能窗户。

本发明实施例提供的一种智能窗户，包括：

相对设置的第一钢化玻璃和第二钢化玻璃；

透明显示组件，固定于所述第一钢化玻璃面向所述第二钢化玻璃一侧的表面；

染料液晶调光功能层，固定于所述第二钢化玻璃面向所述第一钢化玻璃一侧的表面；

感光元件，位于所述第一钢化玻璃和第二钢化玻璃之间，且所述感光元件的感光面面向所述第二钢化玻璃背离所述第一钢化玻璃的一侧；

控制组件，分别与所述感光元件和所述染料液晶调光功能层电连接，所述控制组件用于根据所述感光元件感测的环境光强，调整所述染料液晶调光功能层的透过率。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述染料液晶调光功能层的调光区在所述第二钢化玻璃上的正投影完全覆盖所述透明显示组件的显示区在所述第二钢化玻璃上的正投影。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，还包括：位于所述第一钢化玻璃和所述第二钢化玻璃之间的中框，所述中框包围所述透明显示组件、所述染料液晶调光功能层和所述感光元件设置。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，还包括：位于所述第一钢化玻璃和所述第二钢化玻璃之间且围绕所述中框设置的密封结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述染料液晶调光功能层和所述透明显示组件之间具有设定间距。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，在所述第一钢化玻璃、所述第二钢化玻璃和所述中框围成的空间内填充有惰性气体。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述感光元件固定于所述第二钢化玻璃面向所述第一钢化玻璃一侧的表面。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述第二钢化玻璃面向所述第一钢化玻璃一侧的表面具有遮光层，所述遮光层在所述第二钢化玻璃上的正投影与所述感光器件的感光面互不交叠，且与所述透明显示组件的显示区互不交叠。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，还包括分别位于所述智能窗户相对的两个侧边的两个安装框。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述第一钢化玻璃相对的两个侧边具有与所述第二钢化玻璃互不交叠的第一延伸部，所述安装框与所述第一延伸部面向所述第二钢化玻璃的一侧搭接，且所述安装框与部分所述第二钢化玻璃搭接；

或，所述第二钢化玻璃相对的两个侧边具有与所述第一钢化玻璃互不交叠的第二延伸部，所述安装框与所述第二延伸部面向所述第一钢化玻璃的一侧搭接，且所述安装框与部分所述第一钢化玻璃搭接。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述安装框与所述第一钢化玻璃之间，以及所述安装框与所述第二钢化玻璃之间均具有缓冲结构。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述透明显示组件包括：透明波导显示器件或透明电致发光显示器件。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的智能窗户中，所述染料液晶调光功能层为单层或双层。

另一方面，本发明实施例还提供了一种上述智能窗户的调光方法，包括：

通过感光元件获取环境光强对应的电信号；

根据所述电信号以及预先设置的光强补偿关系，确定与所述电信号匹配的驱动电压；

将所述驱动电压输出至染料液晶调光功能层。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的智能窗户及其调光方法，通过感光元件和控制组件使染料液晶调光功能层根据户外光强变化实现自动调光，将染料液晶调光功能层与透明显示组件结合，可以实现智能窗户集调光与显示功能于一体。例如当正午户外光照强度增强时，染料液晶调光功能层可自动降低透过率从而提高透明显示的对比度；相反，当阴天或傍晚时光照强度减弱时，染料液晶调光功能层可自动提高透过率，不影响用户观看户外景色。本发明实施例提供的上述智能窗户不仅能自动调节光照进入内部的通量，提高用户舒适度，而且还可显著提升透明显示的显示效果。具体地，本发明实施例提供的上述智能窗户通过与调光功能结合，透明显示应用场景不仅限于室内，可广泛应用于车窗(如地铁和高铁车窗)、商场或办公楼窗户等。

附图说明

图1为本发明实施例提供的智能窗户的爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的智能窗户的侧视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的智能窗户中的透明显示组件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的智能窗户中的染料液晶调光功能层的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的智能窗户的俯视结构示意图；

图6为图5中沿着AA的截面示意图；

图7为图5中沿着BB的一种截面示意图；

图8为图5中沿着BB的另一种截面示意图；

图9为本发明实施例提供的智能窗户中的染料液晶调光功能层的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的智能窗户的一种具体结构示意图；

图11为本发明实施例提供的智能窗户的另一种具体结构示意图；

图12为本发明实施例提供的智能窗户的调光方法的流程示意图；

图13为本发明实施例提供的调光方法中控制组件的模块架构示意图；

图14为本发明实施例提供的染料液晶调光功能层的V-T曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。并且在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

需要注意的是，附图中各图形的尺寸和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。并且自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

本发明实施例提供的一种智能窗户，如图1和图2所示，包括：

相对设置的第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2；

透明显示组件3，固定于第一钢化玻璃1面向第二钢化玻璃2一侧的表面；

染料液晶调光功能层4，固定于第二钢化玻璃2面向第一钢化玻璃1一侧的表面；

感光元件5，位于第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2之间，且感光元件5的感光面面向第二钢化玻璃2背离第一钢化玻璃1的一侧；

控制组件也可以称为自动调光控制系统(图1中未示出)，分别与感光元件5和染料液晶调光功能层4电连接，控制组件用于根据感光元件5感测的环境光强(感测窗户外侧的环境光强)，调整染料液晶调光功能层4的透过率。

具体地，透明显示的显示效果受环境光强影响很大，当周围环境光强增强时(如正午时分)，对比度急剧下降，观看效果很差。在本发明实施例提供的上述智能窗户内，通过感光元件5和控制组件使染料液晶调光功能层4根据户外光强变化实现自动调光，将染料液晶调光功能层4与透明显示组件3结合，可以实现智能窗户集调光与显示功能于一体。例如当正午户外光照强度增强时，染料液晶调光功能层4可自动降低透过率从而提高透明显示的对比度；相反，当阴天或傍晚时光照强度减弱时，染料液晶调光功能层4可自动提高透过率，不影响用户观看户外景色。本发明实施例提供的上述智能窗户不仅能自动调节光照进入内部的通量，提高用户舒适度，而且还可显著提升透明显示的显示效果。具体地，本发明实施例提供的上述智能窗户通过与调光功能结合，透明显示应用场景不仅限于室内，可广泛应用于车窗(如地铁和高铁车窗)、商场或办公楼窗户等。

具体地，本发明实施例提供的上述智能窗户可广泛应用于建筑玻璃幕墙领域(如商场或写字楼)，不仅可实现调光遮阳功能还可做到广告宣传、商品展示的效果，在会议中也可代替投影设备直接在窗户上进行显示；智能窗户还可以应用于轨道交通领域(如高铁或轻轨车窗)，在为乘客提供调光遮阳功能的同时，也可播放列车及天气等相关信息。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，第一钢化玻璃1一侧作为窗户内侧，第二钢化玻璃2一侧作为窗户外侧；使智能窗户安装后，染料液晶调光功能层4靠近室外侧，透明显示组件3靠近室内或车厢内侧。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，染料液晶调光功能层4的数量不限于一个，染料液晶调光功能层4可以是单层，也可以是双层。设置双层的染料液晶调光功能层4后，可以提高透过率的调控范围，例如单层的染料液晶调光功能层4透过率可以在1％-30％之间调节，双层的染料液晶调光功能层4总体透过率可以在1％-50％之间调节。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，如图1所示，还可以包括：位于第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2之间的中框6，中框可以为铝框等金属框，中框6中空且包围透明显示组件3、染料液晶调光功能层4和感光元件5设置，即在智能窗户组装时，第一钢化玻璃1、第二钢化玻璃2和中框6构成中空结构，中空结构可以保护设置于其内的透明显示组件3、染料液晶调光功能层4和感光元件5。并且，中框6可以留有开槽，开槽用于引出染料液晶调光功能层4和透明显示组件3的连接线(FPC)。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，如图2所示，还可以包括：位于第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2之间且围绕中框6设置的密封结构7。具体地，中框6的尺寸可以略小于第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2正对的部分，以便在中框6外侧设置环绕的密封结构7，密封结构7具体可以是胶条，例如可以是丁基胶或硅酮胶等材料。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，染料液晶调光功能层4起到调光作用，透明显示组件3起到显示作用。染料液晶调光功能层4与第二钢化玻璃2贴合，透明显示组件3与第一钢化玻璃1贴合，具体贴合可以采用整面贴合的方式，贴合所用材料可以包括PVB、PVE、EVA或OCA等，而且还可以根据实际应用场景选择不同特性的贴合材料进行搭配，如具有阻隔紫外线或红外线的PVB、PVE等，以及隔音或隔热型PVB、PVE等。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，如图3至图5所示，染料液晶调光功能层4的尺寸一般略大于透明显示组件3的尺寸，以保证染料液晶调光功能层4的调光区在第二钢化玻璃2上的正投影完全覆盖透明显示组件3的显示区在第二钢化玻璃2上的正投影。并且，染料液晶调光功能层4和透明显示组件3的尺寸均会小于第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2的尺寸。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，如图6至图8所示，染料液晶调光功能层4和透明显示组件3之间一般具有设定间距，即两者之间具有一定的间隙，并且为保证间隙，中框6的厚度会大于染料液晶调光功能层4和透明显示组件3的厚度之和。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，在第一钢化玻璃1、第二钢化玻璃2和中框6围成的空间内可以填充有惰性气体，可以提高智能窗户的保温性和透光性。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，感光元件5可以具体是感光电阻，也可以是感光二极管等，感光元件5一般固定于第二钢化玻璃2面向第一钢化玻璃1一侧的表面，即感光元件的感光面贴在第二钢化玻璃2的内侧，车厢外或室外光线可透过第二钢化玻璃2照到感光元件5的感光面上，感光元件5可以通过导线与控制组件电连接，控制组件与染料液晶调光功能层4电连接，以控制透过率变化。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，第二钢化玻璃面2向第一钢化玻璃1一侧的表面具有遮光层，遮光层在第二钢化玻璃2上的正投影与感光器件5的感光面互不交叠，以防止遮光层遮挡感光器件5探测车厢外或室外光强，且遮光层与透明显示组件3的显示区互不交叠，以防止遮光层遮挡透明显示。具体地，在第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2的四周边沿，以及与透明显示组件3的显示区边沿之间的位置均会涂有黑色丝印作为遮光层，黑色丝印可以遮挡中框6、密封结构7和透明显示组件3的电路板等，在感光元件5的安装处不印刷黑色丝印，以防止遮挡感光元件5的探测。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，为了便于将智能窗户安装在车厢或建筑的窗框上，如图5所示，在智能窗户上还可以包括分别位于智能窗户相对的两个侧边的两个安装框8。例如可以在智能窗户的上下两个侧边即顶部和底部设置安装框8，安装框8一般为金属框例如可以是铝框，安装框8伸出第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2的位置预留有多个开孔位置，以便使用螺栓安装使用。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，安装框8可以设置在第二钢化玻璃2一侧，即在窗户外侧安装智能窗户。具体地，如图7所示，第一钢化玻璃1相对的两个侧边可以具有与第二钢化玻璃2互不交叠的第一延伸部11，即第一延伸部11为第一钢化玻璃1相对于第二钢化玻璃2多出的部分。当在智能窗户的顶部和底部设置安装框8时，在第一钢化玻璃1的上边缘和下边缘设置第一延伸部11，而第一钢化玻璃1的左边缘和右边缘可以与第二钢化玻璃2对齐设置。安装框8可以设置为折线形，具有两个直角，安装框8可以与第一延伸部11面向第二钢化玻璃2的一侧搭接，且安装框8可以与部分第二钢化玻璃2搭接。

或者，可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，安装框8可以设置在第一钢化玻璃1一侧，即在窗户内侧安装智能窗户。具体地，如图8所示，第二钢化玻璃2相对的两个侧边可以具有与第一钢化玻璃1互不交叠的第二延伸部21，即第二延伸部21为第二钢化玻璃2相对于第一钢化玻璃1多出的部分。当在智能窗户的顶部和底部设置安装框8时，在第二钢化玻璃2的上边缘和下边缘设置第二延伸部21，而第二钢化玻璃2的左边缘和右边缘可以与第一钢化玻璃1对齐设置。安装框8可以设置为折线形，具有两个直角，安装框8可以与第二延伸部21面向第一钢化玻璃1的一侧搭接，且安装框8可以与部分第一钢化玻璃1搭接。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，如图7和图8所示，安装框8与第一钢化玻璃1之间，以及安装框8与第二钢化玻璃2之间可以均具有缓冲结构9。缓冲结构9具体可以为橡胶条或泡棉等可以缓冲在安装时的作用力，避免安装框8在安装时挤压第一钢化玻璃1和第二钢化玻璃2造成玻璃破碎或变形等问题。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，染料液晶调光功能层4如图9所示，具体可以包括：上基板41、下基板42、封框胶43、透明导电层44、取向层45、隔垫物46和染料液晶47。在上下两层基板上均设有透明导电层44和取向层45，具体在上下基板上先分别制备透明导电层44，然后在透明导电层44上制备取向层45。上下基板之间周边设有封框胶43，上下基板和封框胶43之间设有隔垫物46和染料液晶47。隔垫物46的高度范围在4um-25um，隔垫物46为硅球或者塑料球。染料液晶47中的染料包括偶氮类和蒽醌类等，染料由橙色、红色、黄色或蓝色染料按照不同配比混合而成，也可由一种或两种以上不同颜色的染料组成，具体根据应用场景选择染料的组成。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，采用的染料液晶调光功能层4可以为可常白模式，也可以为常黑模式。具体地，常白模式是指染料液晶调光功能层4不加电时，棒状染料分子垂直于染料液晶调光功能层4的基板排列，此时染料液晶调光功能层4的透过率高呈亮态；染料液晶调光功能层4加电后，棒状染料分子平行于染料液晶调光功能层4的基板排列，此时染料液晶调光功能层4的透过率降低呈暗态。常黑模式是指染料液晶调光功能层4不加电时，棒状染料分子平行于染料液晶调光功能层4的基板排列，此时染料液晶调光功能层4的透过率低呈暗态；染料液晶调光功能层4加电后，棒状染料分子垂直于染料液晶调光功能层4的基板排列，此时染料液晶调光功能层4的透过率增加呈亮态。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，采用的染料液晶调光功能层4可以包括VA型液晶，即包括负性液晶含手性剂，并且染料液晶调光功能层4的上下基板取向反向平行，为常白模式。在亮态不加电时，二向色性染料垂直于基板平面基本不吸收入射光；在暗态加电时，染料分子长轴在平行于基板平面内各个方向均有排列，可吸收各方向偏振光。

具体地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，采用的染料液晶调光功能层4可以为刚性调光功能层，也可以为柔性调光功能层。刚性调光功能层的上下基板采用玻璃基材料，柔性调光功能层的上下基板采用聚合物基材料，例如PET、PEN或PPSU等。

可选地，在本发明实施例提供的上述智能窗户中，透明显示组件3可以包括：如图10所示的透明波导显示器件31(WLCD)，或者，如图11所示的透明电致发光显示器件32(OLED)。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种智能窗户的调光方法，由于该方法解决问题的原理与前述一种智能窗户相似，因此该方法的实施可以参见智能窗户的实施，重复之处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的一种上述智能窗户的调光方法，如图12所示，包括以下步骤：

S1、通过感光元件获取环境光强对应的电信号；

S2、根据电信号以及预先设置的光强补偿关系，确定与电信号匹配的驱动电压；

S3、将驱动电压输出至染料液晶调光功能层。

具体地，在实现本发明实施例提供的上述调光方法时，参照图13所示，可以先根据光强补偿算法确定控制户外光线透过调光功能层后的亮度。具体地，可以通过照度校准模块采集室外光照实际亮度，白天户外阳光照度在1万-10万Lux，正常室内亮度范围为300-1500Lux(普通目光灯亮度为500Lux左右，工作环境对光照要求高的演播室一般在1000-2000Lux，人眼感觉舒适且无伤害的照度范围在500-1500Lux)。对不同型号的染料液晶调光功能层4测试其V-T曲线，参照图14，获得透过率T随电压V变化的V-T信息数据库。利用计算机数据处理得到光强补偿算法，逻辑关系如下表所示。

在外部光强变化时(1万-10万Lux)，通过改变染料液晶调光功能层的驱动电压，进而调节染料液晶调光功能层的透过率，使透过染料液晶调光功能层后的亮度保持在600Lux左右。如果将透明显示组件直接安装在车窗或建筑窗户上，在亮度10000-100000Lux的环境光中，对比度很低，显示画面模糊不清晰，人眼观看效果极差。针对上述情况，若将染料液晶调光功能层安装在透明显示层靠近户外一侧，无论户外光强如何变化，透过染料液晶调光功能层后的光强均保持在600Lux左右，此时透明显示组件的对比度大幅提升，显示画面清晰，显著改善观看效果。

参照图13所示的控制组件的一种具体模块示意图，将上述光强补偿算法输入微控制单元MCU的程序系统中。当户外光透过最外侧的第二钢化玻璃照射到感光元件时，感光元件中的光敏电阻会因光线强弱改变自身电阻(光照强时电阻减小、电流增大；光照弱时电阻增大、电流减小)，光敏电阻将电信号(电流大小)传送至光强照度转换模块，光强照度转换模块根据电信号输出光强数字信号(Lux值)。数字信号传输到MCU中的程序系统，利用已经输入的光强补偿算法，发出决策信号(此户外光强条件下应该匹配多少电压给染料液晶调光功能层，才能实现透过染料液晶调光功能层后的光强在600Lux左右)。DAC接收到MCU发出的决策信号，输出相应的驱动信号(包含电流值、电压值、频率、波形)，OPA接收到驱动信号将其放大，输出实际驱动电压，并经过电路转接板上的FPC传输到染料液晶调光功能层，最终使染料液晶调光功能层的透过率改变，透过染料液晶调光功能层后的光强为600Lux。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。