CN112262341A - 用于选择性地阻止来自人工源的光的传播的光学可切换窗户 - Google Patents

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Abstract

描述了一种可着色窗户,所述可着色窗户具有用于调节光或阻挡光通过所述窗户传输的可着色涂层,例如电致变色装置涂层。在一些实施例中,所述窗户可以接收、传输和/或调节使用电磁波作为通信介质的无线通信。在一些情况下,窗户可以接收或传输红外、可见或紫外无线光保真(LiFi)信号。窗户可以被配置成,在一些情况下被选择性地配置成用于阻挡由LiFi、射频(RF)、激光或其它装置生成的辐射和/或信号穿过所述窗户。被配置成用于阻挡信号的窗户可以被配置为位于内部环境与外部环境之间的通信防火墙,或反之亦然。可着色窗户的网络可以通过LiFi通信,并且提供通信网络,通过所述通信网络,如个人计算装置等其它装置可以连接到互联网或远程网络。

Description

用于选择性地阻止来自人工源的光的传播的光学可切换窗户
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月11日提交的题为“LiFi系统中的光学可切换窗户(OPTICALLY SWITCHABLE WINDOWS IN LiFi SYSTEMS)”的美国临时专利申请第62/683,572号和于2019年4月1日提交的题为“用于选择性地阻止来自人工源的光的传播的光学可切换窗户(OPTICALLY SWITCHABLE WINDOWS FOR SELECTIVELY IMPEDING PROPAGATION OFLIGHT FROM AN ARTIFICIAL SOURCE)”并且是于2017年5月4日提交的并且题为“窗户天线(WINDOW ANTENNAS)”的国际专利申请第PCT/US17/31106号的部分的延续的美国临时专利申请第62/827,674号的优先权,所述专利申请的公开内容出于所有目的,通过引用以其整体并入本文。本申请还涉及于2017年4月26日提交的美国临时专利申请第62/490,457号、于2017年5月15日提交的美国临时专利申请第62/506,514号、于2017年5月17日提交的美国临时专利申请第62/507,704号、于2017年6月22日提交的美国临时专利申请第62/523,606号和于2017年12月19日提交的美国临时专利申请第62/607,618号,所述专利申请均题为“具有透明显示技术的电致变色窗户(ELECTROCHROMIC WINDOWS WITH TRANSPARENT DISPLAYTECHNOLOGY)”,并且出于所有目的,均以其整体并入本文。此应用还涉及以下:于2012年5月2日提交的并且题为“电致变色装置(ELECTROCHROMIC DEVICES)”的美国专利申请第13/462,725号;于2015年11月14日提交的并且题为“自包含式EC IGU(SELF CONTAINED ECIGU)”的美国专利申请第14/951,410号;于2012年4月17日提交的并且题为“用于光学可切换窗户的控制器(CONTROLLER FOR OPTICALLY-SWITCHABLE WINDOWS)”的美国专利申请第13/449,248号;于2012年4月17日提交的并且题为“用于光学可切换窗户的控制器”的美国专利申请第13/449,251号;于2016年10月26日提交的并且题为“用于光学可切换装置的控制器(CONTROLLERS FOR OPTICALLY-SWITCHABLE DEVICES)”的美国专利申请第15/334,835号;于2017年3月3日提交的并且题为“调试电致变色窗户的方法(METHOD OFCOMMISSIONING ELECTROCHROMIC WINDOWS)”的国际专利申请第PCT/US17/20805号;于2018年5月25日提交的并且题为“用于建筑物服务的可着色窗户系统(TINTABLE WINDOW SYSTEMFOR BUILDING SERVICES)”的国际专利申请第PCT/US18/29460号;于2016年10月26日提交的并且题为“用于光学可切换装置的控制器”的美国专利申请第15/334,832号;于2016年11月23日提交的并且题为“窗户网络中控制器的自动化调试(AUTOMATED COMMISSIONING OFCONTROLLERS IN A WINDOW NETWORK)”的国际专利申请第PCT/US17/62634号;题为“窗户天线”的并且于2017年5月4日提交的国际专利申请第PCT/US17/31106号;于2018年4月25日提交的并且题为“用于可着色窗户的显示器(DISPLAYS FOR TINTABLE WINDOWS)”的国际专利申请第PCT/US18/29476号;题为“窗户天线”的国际专利申请第PCT/US17/31106号;题为“多传感器(MULTI-SENSOR)”的并且于2016年10月6日提交的美国专利申请第15/287,646号;于2015年2月20日提交的并且题为“光子供电的EC装置(PHOTONIC-POWERED EC DEVICES)”的美国专利申请第14/423,085号。这些相关申请中的每个申请也通过引用以其整体并且出于所有目的并入本文。
技术领域
本文公开的实施例总体上涉及:控制建筑物内或建筑物之间的无线通信,所述建筑物包含光学可切换窗户;并且更具体地涉及光学可切换窗户的用途,所述光学可切换窗户被配置成选择性地阻止来自人工源的光或其它电磁能的传播。
背景技术
电致变色是材料在被置于不同电子状态下,通常是经受电压变化时,在光学特性方面展现出可逆电化学介导的变化的现象。光学特性通常是颜色、透射率、吸光度以及反射率中的一个或多个。
电致变色材料可以并入到例如用于家庭、商业和其它用途的窗户中,作为窗户玻璃上的薄膜涂层。此类窗户的颜色、透射率、吸光度和/或反射率可以通过诱导电致变色材料的改变而改变,例如,电致变色窗户是可以以电子方式变暗或变亮的窗户。施加到窗户的电致变色装置的小电压将使其变暗;反转电压极性使其变亮。这种能力允许控制穿过窗户的光的量,并且呈现了将电致变色窗户用作节能装置的机会。
在建筑物中已经使用了光学可切换窗户,有时被称为“智能窗户”,无论是电致变色的还是另外,来控制太阳能的传输。可切换窗户可以通过加热、空调和/或照明系统来手动或自动着色和清除,以降低能耗,同时维持居住者的舒适性。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种可着色窗户,所述可着色窗户具有:(i)至少一个薄片,所述一个或多个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;(ii)电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;(iii)一个或多个控制器,所述一个或多个控制器具有用于以下的逻辑:(a)控制所述电致变色装置涂层的着色状态;以及(b)处理在所述可着色窗户处接收到的光保真(LiFi)信号;以及(iv)接收器,所述接收器被配置成接收无线数据并且将所述无线数据提供给所述控制器,其中所述无线数据是通过红外、可见和/或紫外LiFi信号传输的。在一些实施例中,所述接收器被进一步配置成接收通过射频(RF)信号传输的无线数据。
在一些实施例中,所述可着色窗户具有屏蔽层,所述屏蔽层在至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。所述屏蔽层在一些情况下,可以在第一状态与第二状态之间进行调节,所述第一状态被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输,所述第二状态允许RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。在一些实施例中,所述控制器具有防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成过滤接收到的无线数据,并且基于经过过滤的无线数据来确定应该将所述屏蔽层调节到所述第一状态还是所述第二状态。
在一些实施例中,所述可着色窗户具有发射器(由所述控制器控制),所述发射器被配置成通过红外、可见或紫外LiFi信号传输无线数据。所述发射器还可以被配置成通过射频(RF)信号传输无线数据。所述可着色窗户具有屏蔽层,所述屏蔽层在所述至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。在一些情况下,所述屏蔽层可以在第一状态与第二状态之间进行调节,所述第一状态被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输,所述第二状态允许RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。在一些实施例中,所述控制器具有防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成过滤接收到的无线数据,并且基于经过过滤的无线数据来确定应该将所述屏蔽层调节到所述第一状态还是所述第二状态。在一些实施例中,所述控制器被配置成通过所述发射器传输无线数据,其中经传输的数据包含由所述接收器接收的无线数据。在一些实施例中,所述接收器被配置成从所述第一环境接收无线数据,并且所述发射器被配置成向所述第一环境传输无线数据。在一些实施例中,所述接收器被配置成从所述第一环境接收无线数据,并且所述发射器被配置成向所述第二环境传输无线数据。
在一些实施例中,所述控制器被配置成至少部分地基于接收到的无线数据来调节所述电致变色装置涂层的所述着色状态。在一些实施例中,所述发射器包含在所述至少一个薄片上的透明显示器。在一些实施例中,所述透明显示器是有机发光二极管显示器。
本公开的另一方面涉及一种可着色窗户,所述可着色窗户具有:(i)至少一个薄片,所述至少一个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;(ii)电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;(iii)发射器,所述发射器被配置成通过红外、可见或紫外光保真LiFi信号传输无线数据;以及(iv)一个或多个控制器,所述一个或多个控制器具有用于以下的逻辑:(a)控制所述电致变色装置涂层的着色状态;以及(b)控制由所述发射器传输的所述无线数据。
本公开的另一方面涉及一种可着色窗户,所述可着色窗户具有:(i)至少一个薄片,所述至少一个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;(ii)电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;(iii)一个或多个控制器,所述一个或多个控制器具有用于控制所述电致变色装置涂层的着色状态的逻辑;以及(iv)屏蔽层,所述屏蔽层在所述至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
本公开的另一方面涉及一种建筑物,所述建筑物具有:(i)多个可着色窗户,其中每个窗户具有电致变色装置涂层;(ii)多个控制器,所述多个控制器被配置成控制所述可着色窗户上的所述电致变色装置涂层;以及(iii)网络,所述网络连接所述控制器。所述网络包含:多个接收器,所述多个接收器被配置成接收通过红外、可见、或紫外光保真(LiFi)信号传输的无线数据;以及多个发射器,所述多个发射器被配置成通过红外、可见或紫外LiFi信号传输无线数据。
在一些实施例中,连接所述控制器的所述网络为网格网络。在一些实施例中,所述控制器被配置成通过在所述网络上提供的LiFi信号接收用于控制所述可着色窗户的指令。在一些实施例中,连接所述控制器的所述网络包含用于接收射频(RF)信号的接收器和/或用于传输射频(RF)信号的发射器。
在一些实施例中,所述网络被配置成通过所述接收器和所述发射器从建筑物内或建筑物附近的移动装置发送和/或接收数据。所述网络可以连接到互联网。
在一些实施例中,所述网络被配置成通过面向第二建筑物的一个或多个LiFi反射器和面向所述第二建筑物的一个或多个LiFi接收器与定位在所述第二建筑物中的第二网格网络通信。
所述网络可以包含防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成调节通过LiFi信号传输的数据。在一些实施例中,所述可着色窗户中的至少一个可着色窗户具有屏蔽层,所述屏蔽层被配置成阻挡射频(RF)和/或LiFi信号穿过所述至少一个可着色窗户或衰减RF和/或LiFi信号。在一些实施例中,所述至少一个可着色窗户上的所述屏蔽层可以在阻挡或衰减RF和/或LiFi信号的状态与允许RF和/或LiFi信号穿过所述至少一个可着色窗户的状态之间进行调节。屏蔽层可以被配置成防止RF和/或LiFi信号离开和/或进入所述建筑物。
本公开的另一方面涉及一种用于控制建筑物的内部与外部之间的电致变色窗户的控制器。所述控制器被配置成:(i)接收红外、可见或紫外无线光保真信号,所述红外、可见或紫外无线光保真信号具有用于控制至少一个电致变色窗户的光学状态的指令;以及(ii)基于接收到的红外、可见或紫外无线光保真信号中的所述指令,控制一个或多个电致变色窗户的光学状态。
在一些实施例中,所述控制器被进一步配置成传输红外、可见或紫外无线光保真信号。所述控制器可以被配置成传输具有所述至少一个电致变色窗户的状态信息的红外、可见或紫外无线光保真信号。所述状态信息可以包含所述至少一个电致变色窗户的效率数据或循环数据。
在一些实施例中,所述控制器被配置成将红外、可见或紫外无线光保真信号传输到窗户控制器和/或建筑物管理系统(BMS)。所述控制器可以包含二极管激光器,所述二极管激光器被配置成传输所述红外、可见或紫外无线光保真信号。
在一些情况下,所述控制器被配置成通过光缆接收红外、可见或紫外无线光保真信号。在一些情况下,所述控制器被配置成接收通过自由空间传输的红外、可见或紫外无线光保真信号。
在一些情况下,所述控制器是具有微控制器的窗户控制器,所述微控制器被配置成通过光保真信号发送信息。
本公开的另一方面涉及一种用于控制网络上的光学可切换窗户的系统,其中所述光学可切换窗户中的每一个光学可切换窗户都位于建筑物的内部与外部之间。所述系统具有第一控制器和第二控制器,所述第一控制器被配置成传输具有用于控制至少一个光学可切换窗户的所述光学状态的指令的光保真信号,所述第二控制器被配置成接收经传输的光保真信号并且基于经传输的指令控制所述至少一个光学可切换窗户的所述光学状态。
在一些情况下,所述光保真信号包含可见光、红外光和/或近紫外光。在一些实施例中,所述第一控制器包含用于传输所述光保真信号的发光二极管(LED)。所述LED可以由用户控制以在所述建筑物中提供可见照明。在一些实施例中,所述LED包含钙钛矿材料(例如,溴化铯铅)。
在一些情况下,所述第二控制器可以具有被配置成接收经传输的光保真信号的光电检测器。在一些情况下,所述第二控制器被配置成传输具有所述至少一个电致变色窗户的状态信息的另外的光保真信号,并且所述第一控制器被配置成接收由所述第二控制器传输的所述另外的光保真信号。在一些实施例中,状态信息是包含所述至少一个光学可切换窗户的效率数据或循环数据。在一些实施例中,所述第二控制器被配置成将所述另外的光保真信号传输到建筑物管理系统(BMS)。
在一个实施例中,本发明包括一种限定内部和外部的系统,所述系统包括:多个可着色窗户,所述多个可着色窗口安置在所述内部与所述外部之间,其中每个窗户包括面向内部的窗格和至少一个面向外部的窗格,并且其中所述窗格中的至少一个窗格具有安置在其上的电致变色装置涂层;以及至少一个控制器,所述至少一个控制器被配置成控制所述多个可着色窗户中的至少一个可着色窗户上的所述电致变色装置涂层的着色,以便选择性地形成屏蔽层,所述屏蔽层被配置成衰减来自人工源或人造源的红外或可见光(“人工光”)或阻挡红外或可见光穿过所述多个可着色窗户中的所述至少一个可着色窗户的至少一个窗格传输。在一些实施例中,所述涂层安置在所述窗户的所述至少一个面向外部的窗格上。在一些实施例中,所述涂层安置在所述至少一个面向外部的窗格的面向内部的侧上。在一个实施例中,所述人工光由LiFi装置生成。在一个实施例中,所述人工光由激光器生成。在一些实施例中,所述系统进一步包括至少一个检测器,所述至少一个检测器功能性地耦接到所述至少一个控制器。所述控制器被配置成响应于所述至少一个检测器对所述人工光的检测来控制所述多个可着色窗户中的至少一个可着色窗口的所述着色。
在一个实施例中,本发明包括:一种控制人工光通过可着色窗户的传递的方法,其步骤包括:用控制器控制所述可着色窗户的着色,以阻挡可见或红外光穿过所述可着色窗户的至少一个窗格传输,其中所述红外或可见光来自人工源。在一个实施例中,所述窗户包括安置在所述窗户的至少一个窗格上的电致变色涂层。在一个实施例中,所述窗户是建筑物的一部分,并且其中所述涂层安置在所述窗户的面向外部的窗格上。在一个实施例中,所述涂层安置在所述面向外部的窗格的面向内部的侧上。在一个实施例中,所述人工光由LiFi装置生成。在一个实施例中,所述人工光由激光器生成。在一些实施例中,所述方法进一步包括以下步骤:用检测器检测所述人工光的存在,并且响应于所述检测器对所述人工光的检测,用所述控制器控制所述窗户的所述着色。
下文将更详细地描述本公开的这些和其它特征。
附图说明
图1示出了可以用于可着色窗户的电致变色装置的横截面视图。
图2示出了被构造为绝缘玻璃单元(“IGU”)的可着色窗户的横截面侧视图。
图3描绘了由具有一个或多个可着色窗户的窗户控制系统提供的窗户控制网络。
图4a-4c提供了IGU内电致变色装置涂层和电磁屏蔽层的几种布置。
图5描绘了可以用于可着色窗户以提供电磁屏蔽的两个屏蔽堆叠。
图6描绘了分别具有两个导电层和具有三个导电层的屏蔽堆叠。
图7描绘了可以安装到薄片的表面上以提供电磁屏蔽的屏蔽膜。
图8描绘了被配置成具有LiFi发射器和/或接收器的可着色窗户。
图9a-9c描述了在建筑物中的LiFi数据递送的几个实例。
图10描绘了被配置成用于无线通信的可着色窗户。
图11描绘了被配置成用于无线通信的可着色窗户。
图12提供了建筑物的平面图,其中窗户控制系统提供了可以在建筑物内侧或建筑物附近访问的通信网络。
图13a和13b展示了被配备成用于LiFi的建筑物如何在城市区域提供通信网络。
具体实施方式
引言
出于描述所公开的方面的目的,以下具体实施方式涉及某些实施例或实施方案。然而,本文中的教导可以以多种不同方式应用和实施。在以下具体实施方式中,参考了附图。尽管以足够的细节描述了所公开的实施方案,以使得本领域的技术人员能够实践实施方案,但是应该理解,这些实例不是限制性的;可以使用其它实施方案,并且在不脱离其精神和范围的情况下,可以对所公开的实施方案进行改变。更进一步,尽管所公开的实施例聚焦于电致变色窗户(也被称为光学可切换窗户、可着色和智能窗户),但是本文所公开的概念可以适用于其它类型的可切换光学装置,包含例如液晶装置和悬浮颗粒装置等。例如,液晶装置或悬浮颗粒装置,而不是电致变色装置可以并入到所公开的实施方案中的一些或全部中。另外,除非另有说明,否则在适当时,连词“或”在本文旨在包含性意义;例如,短语“A、B或C”旨在包含“A”、“B”、“C”、“A和B”、“B和C”、“A和C”和“A、B和C”的可能性。
LiFi–光保真(“LiFi”)是一种在装置之间使用光来传输数据的无线通信的方法。类似于WiFi,LiFi在电磁光谱上传输数据,与利用无线电波相反,Li-Fi使用可见、紫外、和/或红外光。LiFi相对于射频(“RF”)通信的一个显著优势是可用于传输光通信的广谱。可见光光谱单独比整个300GHz的无线电、微波、和mm波无线电光谱大约1000倍。这种增加的带宽有可能解决与无线通信相关联的许多拥塞问题,在所述无线通信中,WiFi带在许多设置中变得饱和。LiFi的另一个优势在于,其可以很容易地被牵制,因为LiFi信号不会穿过不透明表面,如大多数墙和天花板,从而减少了无线通信可能处于反常目的而被监控的风险。借助于通过LiFi发射器调制光的强度,可以将数据与光发射耦接。在LiFi接收器处接收所发射的光,其中光发射被解调成电子形式。在LiFi利用波长介于约780nm与约375nm之间的光的情况下,通信也被称为可见光通信(VLC)。当使用VLC时,可以以调制对人眼不可察觉的方式(例如,通过以足够的频率对光快速脉冲)对光进行调制。最近已经证明了当使用红外波长时,LiFi能够支撑速度为40gbps的通信。如本文将更详细描述的,窗户网络上的一个或多个控制器可以被配置成发送和/或接收LiFi信号。
以下描述涉及一种被配备成用于LiFi通信传输和/或屏蔽的窗户控制系统。在窗户控制系统中,窗户(通常具有集成玻璃单元或“IGU”结构)被配置为通信节点,并且可以被配备成具有LiFi接收器、LiFi发射器和LiFi屏蔽层中的一个或多个。LiFi发射器使用发光二极管(“LED”)或其它光源来生成LiFi通信信号。LiFi接收器通常采用光电检测器,并且被配置成接收LiFi通信信号。具有LiFi屏蔽件的窗户被配置成使得LiFi通信中的一些或全部,以及在一些情况下WiFi通信被衰减或被有效阻挡穿过窗户。除非另有说明,否则“阻挡”和“衰减”在本文中可互换使用。例如,当窗户被描述为“阻挡”LiFi信号时,可以仅衰减LiFi信号,使得接收装置不能至少可靠地接收LiFi信号。因此,即使仅可以衰减信号,也可以阻挡通过LiFi进行的通信。LiFi屏蔽层可以是无源层,或者其可以被选择性地控制以在允许LiFi通信的模式与阻挡(或衰减)LiFi通信的模式之间切换。在一些实施例中,EC装置涂层可以着色,从而使某种波长的光被衰减或阻挡。在各个实施例中,屏蔽层与EC层分开。在一些此类实施例中,屏蔽层可以阻挡或仅衰减LiFi信号中的全部或一部分,如下文更详细描述的。
在一些情况下,窗户网络可以被配置为LiFi中继器。例如,由窗户的一侧的光电检测器接收到的LiFi信号可以由与所述窗户相关联的发射器重新广播。在一些情况下,接收到的通信可以通过有线或光纤网络传输,并且然后通过建筑物中的不同LiFi发射器重新广播。重新广播LiFi信号可以增加LiFi通信网络的范围,这可能会受到视线通信的限制。当配置有LiFi屏蔽时,本文所描述的窗户可以用作防火墙,所述防火墙可以控制哪些通信信号可以在内部空间与外部空间之间传送。在一些情况下,如本文所描述的窗户控制系统可以用作LiFi网络的可以由个人计算装置(如电话、膝上型电脑和计算机)和/或其它建筑物系统访问的一部分。由窗户控制系统提供的LiFi网络可以用于代替常规WiFi网络,或者可以与常规WiFi网络结合使用。本文中描述了基于窗户的LiFi网络,,例如参见图10-12以及其相关联的描述。
可着色窗户-可着色窗户(有时被称为光学可切换窗户)是当施加刺激时,例如施加电压,表现出光学特性的可控且可逆的变化的窗户。可着色窗户可以用于通过调节太阳能的传输以及因此施加到建筑物内部的热荷载,来控制建筑物内的照明条件和温度。控制可以是手动的或自动的,并且可以用于维持居住者的舒适性,同时降低加热、空调和/或照明系统的能量消耗。在一些情况下,可着色窗户可以对环境传感器和用户控制做出响应。在本公开中,可着色窗户最常参考定位在建筑物或结构的内部与外部之间的电致变色窗户描述。然而,不必是这种情况。在一些情况下,可着色窗户可以定位在建筑物的内部内,例如会议室与走廊之间。在一些情况下,可着色窗户可以用于汽车、火车、飞机和其它车辆中。可着色窗户可以使用液晶装置、悬浮颗粒装置或被配置成通过窗户来控制光传输的现在已知或者以后开发的任何技术操作。
电致变色(EC)装置涂层–EC装置涂层(有时被称为EC装置(ECD))是包括当跨EC装置施加电势时,表现出从一种光学状态到另一种光学状态的变化的至少一层电致变色材料的涂层。电致变色层从一种光学状态到另一种光学状态的转变可以是由到电致变色材料的可逆离子插入(例如,通过嵌入)和电荷平衡电子的对应注入引起的。在一些情况下,负责光学转变的离子的某些级分在电致变色材料中不可逆地结合。在许多EC装置中,可以使用不可逆地结合的离子中的一些或全部来补偿材料中的“盲电荷”。在一些实施方案中,合适的离子包含锂离子(Li+)和氢离子(H+)(即质子)。在一些其它实施方案中,其它离子可能是合适的。锂离子嵌入到例如氧化钨(WO3-y(0<y≤~0.3))使氧化钨从透明状态变为蓝色状态。如本文所描述的EC装置涂层定位在可着色窗户的可视部分内,使得可以使用EC装置涂层的着色来控制可着色窗户的光学状态。
根据一些实施例的电致变色装置100的示意性横截面示出在图1中。所述EC装置100包含衬底102、透明传导层(TCL)104、电致变色层(EC)106(有时也被称为阴极显色层或阴极着色层)、离子传导层或区(IC)108、反电极层(CE)110(有时也被称为阳极显色层或阳极着色层)和第二TCL 114。总的来说,元件104、106、108、110和114构成电致变色堆叠120。可操作以跨电致变色堆叠120施加电势的电压源116实现电致变色涂层从例如清晰状态到着色状态的转变。在其它实施例中,层的顺序相对于衬底反转。也就是说,层按以下顺序:衬底、TCL、反电极层、离子传导层、电致变色材料层、TCL。
在各个实施例中,离子导体区108可以由EC层106的一部分和/或由CE层110的一部分形成。在此类实施例中,电致变色堆叠120可以被沉积为包含与阳极显色的反电极材料(CE层)直接物理接触的阴极显色的电致变色材料(EC层)。离子导体区108(有时被称为界面区或离子传导的基本上电绝缘层或区)然后可以形成,其中EC层106和CE层110相遇,例如,通过加热和/或其它处理步骤。在不沉积差异离子导体材料的情况下制造的电致变色装置在于2012年5月2日提交并且题为“电致变色装置”的美国专利申请第13/462,725号中进行了进一步讨论,所述申请通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中,EC装置涂层还可以包含一个或多个另外的层,如一个或多个无源层。例如,无源层可以用于改善某些光学性质、提供水分或提供抗划伤性。这些或其它无源层也可以用于气密密封EC堆叠120。另外,包含透明传导层(如104和114)的各个层可以用抗反射或保护性氧化物或氮化物层处理。
在某些实施例中,电致变色装置在清晰状态与着色状态之间可逆地循环。在清晰状态下,向电致变色堆叠120施加电势,使得堆叠中可以使电致变色材料106处于着色状态的可用离子主要驻留在反电极110中。当施加到电致变色堆叠的电势反转时,离子跨离子传导层108传送到电致变色材料106,并且使材料进入着色状态。
应该理解,对清晰状态与着色状态之间的转变的提及是非限制性的,并且仅提出了可以实施的电致变色转变的许多实例中的一个实例。除非本文另有说明,否则每当提及清晰-着色转变时,对应装置或过程涵盖其它光学状态转变,如非反射-反射、透明-不透明等。进一步,术语“清晰”和“漂白的”是指光学中性状态,例如未着色、透明或半透明。仍进一步,除非本文另有说明,否则电致变色转变的“颜色”或“着色”不限于任何特定波长或波长范围。如本领域的技术人员所理解的,适当的电致变色和反电极材料的选择决定了相关光学转变。
在某些实施例中,构成电致变色堆叠120的材料中的所有材料均为无机的、固体的(即,呈固态)或无机的和固体的两者。由于有机材料趋向于随时间推移而降解,特别是当作为着色建筑物窗户暴露于热和UV线时,无机材料供应可以在延长的时间段起作用的可靠电致变色堆叠的优势。呈固态的材料还供应不具有如呈液态的材料通常所具有的牵制和泄漏问题的优势。应该理解,堆叠中的层中的任何一个或多个层可以含有某种量的有机材料,但是在许多实施方案中,层中的一个或多个层含有很少有机物质或不含有机物质。对于可以少量存在于一个或多个层中的液体也是如此。还应该理解,固态材料可以通过采用液体组分的工艺沉积或以其它方式形成,如采用溶胶-凝胶或化学气相沉积的某些工艺。
图2示出了根据一些实施方案的采取IGU 200的形式的示例可着色窗户的横截面视图。一般而言,除非另有说明,否则术语“IGU”、“可着色窗户”和“光学可切换窗户”可互换使用。例如,通常使用此描绘的惯例,因为其是常见的,并且因为当提供用于安装在建筑物中时,可能希望使IGU用作用于保持电致变色窗格(也被称为“薄片”)的基本构造。IGU薄片或窗格可以是单衬底或多衬底构造,如两个衬底的层压板。IGU,尤其是具有双窗格或三窗格配置的那些,可以提供优于单窗格配置的许多优势;例如,当与单窗格配置相比时,多窗格配置可以提供增强的热隔离、噪声隔离、环境保护和/或耐用性。多窗格配置还可以为ECD提供例如增强的保护,因为电致变色膜以及相关联的层和传导互连可以形成于多窗格IGU的内部表面上,并且由IGU的内部容积208中的惰性气体填充物保护。惰性气体填充物提供了IGU的(热)隔离功能中的至少一些。电致变色IGU凭借吸收(或反射)热和光的可着色涂层已经增加了热阻挡能力。
图2更具体地示出了IGU 200的示例实施方案,其包含具有第一表面S1和第二表面S2的第一窗格204。在一些实施方案中,第一窗格204的第一表面S1面向外部环境,如室外或外侧环境。IGU 200还包含具有第一表面S3和第二表面S4的第二窗格206。在一些实施方案中,第二窗格206的第二表面S4面向内部环境,如家庭、建筑物或车辆的内侧环境,或家庭、建筑物或车辆内的房间或隔间。
在一些实施方案中,第一窗格204和第二窗格206中的每一个是透明或半透明的-至少对于可见光谱中的光来说如此。例如,窗格204和206中的每一个可以由玻璃材料,以及尤其建筑玻璃或其它防碎玻璃材料形成,例如基于氧化硅(SOx)的玻璃材料。作为更具体的实例,第一窗格204和第二窗格206中的每一个可以是钠钙玻璃衬底或浮法玻璃衬底。此类玻璃衬底可以由,例如,大约75%的二氧化硅(SiO2)以及Na2O、CaO和几种微量添加剂构成。然而,第一窗格204和第二窗格206中的每一个可以由具有合适的光学、电学、热学和机械性质的任何材料形成。例如,可以用作第一窗格204和第二窗格206中的一个或两个的其它合适的衬底可以包含其它玻璃材料以及塑料、半塑料和热塑性材料(例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、烯丙基双甘油碳酸盐、SAN(苯乙烯丙烯腈共聚物)、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚酯、聚酰胺)或镜面材料。在一些实施方案中,第一窗格204和第二窗格206中的每个可以例如通过回火、加热或化学加强来加强。
经常,第一窗格204和第二窗格206中的每个以及IGU 200整体都是矩形的。然而,在一些实施方案中,其它形状是可能的并且可能是期望的(例如,圆形、椭圆形、三角形、曲线形、凸形或凹形形状)。在一些具体实施方案中,第一窗格204和第二窗格206中的每一个的长度“L”可以处于大约20英寸(in.)到大约10英尺(ft.)的范围内,第一窗格204和第二窗格206中的每一个的宽度“W”可以处于大约20in.到大约10ft.的范围内,并且第一窗格204和第二窗格206中的每一个的厚度“T”可以处于大约0.3毫米(mm)到大约10mm的范围内(但是根据具体用户、管理者、管理员、建造者、建筑师或所有者的需要,更小和更大两者的其它长度、宽度或厚度是可能的并且可能是期望的)。在衬底204的厚度T小于3mm的实例中,衬底通常被层压到更厚的另外的衬底,并且从而保护薄衬底204。另外,虽然IGU 200包含两个窗格(204和206),但是在一些其它实施方案中,IGU可以包含三个或更多个窗格。更进一步,在一些实施方案中,窗格中的一个或多个本身可以是两层、三层或更多层或子窗格的层压板结构。
在所展示的实例中,第一窗格204和第二窗格206通过间隔件218彼此间隔开,所述间隔件通常是框架结构,以形成内部容积208。在一些实施方案中,内部容积填充有氩气(Ar),但是在一些其它实施方案中,内部容积208可以填充有另一种气体,如另一种贵重气体(例如,氪气(Kr)或氙气(Xe))、另一种(非贵重)气体或气体的混合物(例如空气)。用如Ar、Kr或Xe等气体填充内部容积208可以因为这些气体的低热传导性而减少通过IGU 200的传导热传递,以及可以由于其增加的原子重量而改善声隔离。在一些其它实施方案中,内部容积208可以被抽空空气或其它气体。间隔件218通常确定内部容积208的高度“C”;即,第一窗格204与第二窗格206之间的间隔。在图2中,ECD、密封剂220/222和母排226/228的厚度未按比例;这些组件通常非常薄,但是仅为了便于说明而在这里被夸大。在一些实施方案中,第一窗格204与第二窗格206之间的间隔“C”处于大约6mm到大约30mm的范围内。间隔件218的宽度“D”可以处于大约5mm到大约25mm的范围内(但是其它宽度是可能的并且可能是期望的)。
尽管未在图2的横截面视图中示出,但是间隔件218为通常围绕IGU 200的所有侧(例如,IGU 200的顶部、底部、左侧和右侧)形成框架结构。例如,间隔件218可以由泡沫或塑料材料形成。然而,在一些其它实施方案中,间隔件218可以由金属或其它传导材料形成,例如,具有至少3个侧的金属管或通道结构,其中两个侧用于密封到衬底中的每一个,并且一个侧用于支撑和分离薄片并且作为在其上涂覆密封剂224的表面。第一主密封件220粘附并气密密封间隔件218和第一窗格204的第二表面S2。第二主密封件222粘附并气密密封间隔件218和第二窗格206的第一表面S3。在一些实施方案中,主密封件220和222中的每一个可以由粘性密封剂形成,例如,聚异丁烯(PIB)。在一些实施方案中,IGU 200进一步包含辅助密封件224,所述辅助密封件气密密封围绕间隔件218外侧的整个IGU 200的边界。为此,间隔件218可以距第一窗格204和第二窗格206的边缘一段距离“E”置入。距离“E”可以处于大约4mm到大约8mm的范围内(但是其它距离是可能的并且可能是期望的)。在一些实施方案中,辅助密封件224可以由粘性密封剂形成,例如,抗水并且为组合件增加结构支撑的聚合材料,如硅树脂、聚氨酯和形成水密密封的类似结构密封剂。
在图2所示的实施方案中,ECD 210形成于第一窗格204的第二表面S2上。在一些其它实施方案中,ECD 210可以形成于另一合适的表面上,例如,第一窗格204的第一表面S1、第二窗格206的第一表面S3或第二窗格206的第二表面S4。ECD 210包含电致变色(“EC”)堆叠,所述电致变色堆叠本身可以包含如参考图1所描述的一个或多个层。在所展示的实例中,EC堆叠包含层212、214和216。
窗户控制器-窗户控制器与一个或多个可着色窗户相关联,并且被配置成通过向窗户施加刺激,-例如通过向EC装置涂层施加电压或电流来控制窗户的光学状态。如本文所描述的窗户控制器可以具有许多大小、格式和相对于其控制的光学可切换窗户的位置。通常,控制器可以附接到IGU或层压板的薄片上,但是所述控制器也可以处于容纳IGU或层压板的框架中或者甚至在分开的位置中。如前所述,可着色窗户可以包含一个、两个、三个或更多个单独电致变色窗格(透明衬底上的电致变色装置)。同样,电致变色窗户的各个窗格可以具有电致变色涂层,所述电致变色涂层具有单独可着色区。如本文所描述的控制器可以控制与此类窗户相关联的所有电致变色涂层,无论电致变色涂层是整体的还是分区的。
如果不是直接附接到可着色窗户、IGU或框架,窗户控制器通常被定位成接近可着色窗户或者至少与窗户处于同一建筑物中。例如,窗户控制器可以邻近于窗户、位于窗户的薄片之一的表面上、位于窗户旁边的墙内或位于自包含式窗户组合件的框架内。在一些实施例中,窗户控制器是“原位”控制器;也就是说,控制器是窗户组合件、IGU或层压板的一部分,并且可以不必与电致变色窗户匹配并且在现场安装,例如,控制器与窗户一起作为组合件的一部分从工厂转运。控制器可以安装在窗户组合件的窗户框架中,或者是IGU或层压板组合件的一部分,例如,安装在IGU的窗格上或窗格之间或层压板的窗格上。在控制器定位在IGU的可见部分上的情况下,控制器的至少一部分可以是基本上透明的。玻璃上控制器的另外的实例提供在于2015年11月14日提交并且题为“自包含式EC IGU”的美国专利申请第14/951,410号中,所述专利通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中,局域化控制器可以被设置为多于一个部分,其中至少一个部分(例如,包含存储关于相关联的电致变色窗户的信息的存储器组件)被设置为窗户组合件的一部分,并且至少一个其它部分是分开的,并且被配置成与窗户组合件、IGU或层压板的部分的至少一个部分配对。在某些实施例中,控制器可以是不在单个壳体中,而是例如在IGU的辅助密封件中间隔开的互连部分的组合件。在其它实施例中,控制器是例如处于单个壳体中或者在将例如对接件和壳体组合件组合的两个或更多个组件中的紧凑单元,其靠近玻璃,不在可视区域中或者安装在可视区域中的玻璃上。
在一个实施例中,窗户控制器在安装可着色窗户之前,并入到IGU中或其上和/或窗户框架中。在一个实施例中,控制器在离开制造设施之前,并入到IGU中或其上和/或窗户框架中。在一个实施例中,控制器并入到IGU中,基本上处于辅助密封件内。在另一实施例中,控制器并入到IGU中或其上,部分地、基本上或完全处于由密封分隔件与衬底之间的主密封件限定的周边内。
使控制器作为IGU和/或窗户组合件的一部分,IGU可以具有例如与IGU或窗户单元一起转运的控制器的逻辑和特征。例如,当控制器是IGU组合件的一部分时,如果一个或多个电致变色装置的特性随时间改变(例如,在整个降解期间),则可以使用表征功能,例如,以更新用于驱动着色状态转变的控制参数。在另一实例中,如果已经安装在电致变色窗户单元中,则可以使用控制器的逻辑和特征来校准控制参数,以匹配预期的安装,并且例如如果已经安装,则可以重新校准控制参数,以匹配一个或多个电致变色窗格的性能特性。
在其它实施例中,控制器不与窗户预先关联,而是例如具有对任何电致变色窗户通用的部分的对接件组件与工厂的每个窗户相关联。在窗户安装之后,或者另外在现场中,控制器的第二组件与对接件组件组合,以完成电致变色窗户控制器组合件。对接件组件可以包含芯片,所述芯片在工厂被编程为具有对接件所附接的特定窗户(例如,在安装之后将面向建筑物的内部的表面上,有时被称为表面4或“S4”)的物理特性和参数。第二组件(有时被称为“载体”、“外壳”、“壳体”或“控制器”)与对接件配对,并且当通电时,第二组件可以读取芯片,并且根据存储在芯片上的特定特性和参数将自身配置为对窗户供电。以此方式,装运窗户仅需要将其相关联的参数存储在芯片上,所述芯片与窗户成一体,而更复杂的电路系统和组件可以在以后组合(例如,分开装运并且在玻璃工已经安装窗户之后,由窗户制造商安装,随后由窗户制造商调试)。下文将更详细地描述各个实施例。在一些实施例中,芯片包含在附接到窗户控制器的导线或导线连接器中。具有连接器的此类导线有时被称为尾纤。
如上文所指示的,“IGU”包含两个(或更多个)基本上透明的衬底,例如,两个玻璃窗格,其中至少一个衬底包含安置在其上的电致变色装置,并且窗格具有安置在其之间的分隔件(间隔件)。IGU通常是气密密封的,具有与周围环境隔离的内部区。“窗户组合件”可以包含IGU或例如独立的层压板,并且包含用于将IGU、层压板和/或一个或多个电致变色装置连接到电压源、开关等的电引线,并且可以包含支撑IGU或层压板的框架。窗户组合件可以包含如本文所描述的窗户控制器和/或窗户控制器的组件(例如,对接件)。
如本文所用,术语外设意味着更靠近外侧环境,而术语内设意味着更靠近建筑物的内部。例如,在IGU具有两个窗格的情况下,定位成更靠近外侧环境的窗格被称为外设窗格或外窗格,而定位成更靠近建筑物的内侧的窗格被称为内设窗格或内窗格。如图2所标记的,IGU的不同表面可以被称为S1、S2、S3和S4(假设双窗格IGU)。S1是指外设薄片的面向外部的表面(即,可以由站在外侧的人物理地触摸的表面)。S2是指外设薄片的面向内部的表面。S3是指内设薄片的面向外部的表面。S4是指内设薄片的面向内部的表面(即,可以由站在建筑物内侧的人物理地触摸的表面)。换句话说,从IGU的最外面的表面开始并且向内计数,表面被标记为S1-S4。在IGU包含三个窗格的情况下,使用此同样的惯例(其中S6为可以由站在建筑物内侧的人物理地触摸的表面)。在采用两个窗格的某些实施例中,电致变色装置(或其它光学可切换装置)安置在S3上。
窗户控制器和其特征的另外的实例呈现在于2012年4月17日提交的并且题为“用于光学可切换窗户的控制器”的美国专利申请第13/449,248号、于2012年4月17日提交的并且题为“用于光学可切换窗户的控制器”的美国专利申请第13/449,251号、于2016年10月26日提交的并且题为“用于光学可切换装置的控制器”的美国专利申请第15/334,835号和于2017年3月3日提交的并且题为“调试电致变色窗户的方法”的国际专利申请第PCT/US17/20805号中,所述专利中的每一个通过引用以其整体并入本文。
窗户控制系统-当建筑物配套有可着色窗户时,窗户控制器可以彼此连接和/或通过通信网络连接到其它实体,所述通信网络有时被称为窗户控制网络或窗户网络。网络和通过网络(例如,有线或无线电力传递和/或通信)连接的各种装置(即,控制器和传感器)在本文中被称为窗户控制系统。窗户控制网络可以向窗户控制器提供着色指令,向主控制器或其它网络实体提供窗户信息等。窗户信息的实例包含当前着色状态或由窗户控制器收集的其它信息。在一些情况下,窗户控制器具有一个或多个相关联的传感器,包含例如在网络上提供感测信息的光电传感器、温度传感器、占用传感器和/或气体传感器。在一些情况下,在窗户通信网络上传输的信息不需要影响窗户控制。例如,在被配置成接收WiFi或LiFi信号的第一窗户处接收到的信息可以在通信网络上传输到被配置成以例如WiFi或LiFi信号的形式无线地广播信息的第二窗户。窗户控制网络不必限于提供用于控制可着色窗户的信息,而是还可以能够为与通信网络界接的其它装置,如HVAC系统、照明系统、安全系统、个人计算装置等传送信息。
图3提供了窗户控制系统300的控制网络301的实例。网络可以分配控制指令和反馈两者,以及用作电力分配网络。主控制器302与多个网络控制器304通信并且起作用,其网络控制器中的每一个能够寻址多个窗户控制器306(有时在本文中被称为叶控制器),所述窗户控制器施加电压或电流,以控制一个或多个光学可切换窗户308的着色状态。NC 304WC306与窗户308之间的通信可以通过有线(例如,以太网)或通过无线(例如,WiFi或LiFi)连接发生。在一些实施方案中,主网络控制器302向NC 304发出高级指令(如电致变色窗户的最终着色状态),并且然后NC 304将指令传送到对应WC 308。通常,主网络控制器302可以被配置成与一个或多个向外面对网络309通信。窗户控制网络301可以包含具有各种能力或功能的任何适当数量的分布式控制器,并且不需要布置在图3所描绘的分层结构中。如本文别处所讨论的,控制网络301还可以用作充当通信节点的分布式控制器(例如,302、304、306)与其它装置或系统(例如,309)之间的通信网络。
在一些实施例中,面向外的网络309是建筑物管理系统(BMS)的一部分或连接到所述建筑物管理系统。BMS是基于计算机的控制系统,其可以安装在建筑物中,以监测和控制建筑物的机械和电气设备。BMS可以被配置成控制HVAC系统、照明系统、电力系统、电梯、消防系统、安保系统和其它安全系统的操作。BMS频繁地用于大型建筑物中,其中其用于控制建筑物内的环境。例如,BMS可以监测和控制建筑物内的照明、温度、二氧化碳水平和湿度。这样做,BMS可以控制炉、空调、鼓风机、通风口、气体管线、供水管线等的操作。为了控制建筑物的环境,BMS可以根据例如建筑物管理者制定的规则接通和断开这些各种装置。BMS的一个功能是为建筑物的居住者维持舒适的环境。在一些实施方案中,BMS被配置成不仅监测和控制建筑物条件,还优化各种系统之间的协同作用–例如,以节省能量和降低建筑物操作成本。在一些实施方案中,BMS可以被配置成具有灾难响应。例如,BMS可以发起使用备用发电机并且关闭供水管线和气体管线。在一些情况下,BMS具有更集中的应用—例如,简单地控制HVAC系统—而并行系统,如照明、可着色窗户和/或安全系统则独立存在或与BMS交互。在其它情况下,BMS集成或被集成在独立系统的功能中,例如,在一个实施例中,用于控制可着色窗户的主控制器302可以提供BMS的另外的功能。
在一些实施例中,窗户控制网络301本身可以向建筑物提供通常由BMS提供的服务。在一些情况下,窗户控制器302、304和/或306可以供应可以用于其它建筑物系统的计算资源。例如,窗户控制网络上的控制器可以单独或共同运行用于如先前所描述的一个或多个BMS应用的软件。在一些情况下,窗户控制网络301可以向其它建筑物系统提供通信和/或电力。窗户控制网络如何可以提供用于监测和/或控制建筑物中的其它系统的服务的实例在于2018年5月25日提交的并且题为“用于建筑物服务的可着色窗户系统”的国际专利申请第PCT/US18/29460号中进行了进一步描述,所述申请通过引用其整体并入本文。
在一些实施例中,网络309是远程网络。例如,网络309可以在云中或在远离具有光学可切换窗户的建筑物的装置上操作。在一些实施例中,网络309是提供信息或允许通过远程无线装置控制光学可切换窗户的网络。在一些情况下,网络309包含地震事件检测逻辑。窗户控制系统和其特征的另外的实例呈现在于2016年10月26日提交的并且题为“用于光学可切换装置的控制器”的美国专利申请第15/334,832号和于2016年11月23日提交的并且题为“窗户网络中控制器的自动化调试”的国际专利申请第PCT/US17/62634号中,两个申请均通过引用以其整体并入本文。
影响LIFI的窗户特征
LiFi和RF屏蔽件
在一些实施例中,窗户被配备为阻挡LiFi信号穿过窗户或基本上衰减LiFi信号的LiFi屏蔽件。在一些实施例中,LiFi屏蔽件还被配置成用于阻挡和/或衰减对应于例如蓝牙或WiFi通信的射频(“RF”)传输。这些屏蔽件有时被称为EMI(电磁干扰)屏蔽件。由于LiFi通信是在视线的基础上操作的,所以LiFi屏蔽窗户可以有效地用于调节进入和/或离开房间或建筑物的通信。在一些情况下,LiFi屏蔽件阻挡用于LiFi通信的所有光带穿过窗户,并且在一些情况下,LiFi屏蔽件仅阻挡对应于例如LiFi通信协议的某种频率范围的光。例如,LiFi协议有时利用第一频带来承载数据,并且利用不同的、通常不重叠的频带来承载控制信号。如果LiFi数据是在可见频率范围内承载的,而LiFi控制信号是在红外频率范围内承载的,则LiFi屏蔽件可以选择性地阻挡仅红外频率范围。
在一些实施例中,可着色窗户的屏蔽特征是可控的,并且LiFi屏蔽可以在接通状态与断开状态之间切换。在窗户控制网络上操作的防火墙逻辑可以用于确定何时阻挡LiFi通信,例如,通过向LiFi屏蔽件施加使屏蔽件在阻挡状态与非阻挡状态之间转变的电势或另一驱动器。
在一些实施例中,可着色窗户的LiFi阻挡功能(例如,由LiFi屏蔽膜提供)是无源的并且总是启用的。这可以适用于其中总是需要隐私或通信控制的某些隐私或安全应用,如安全房间。无源屏蔽功能通常限于红外、紫外和/或可见光谱内的具体有限频率范围。无源屏蔽层不能阻挡所有范围的可见光谱–否则,居住者将无法通过窗户看到。因此,“始终接通”的LiFi屏蔽件通常限于其中LiFi通信需要至少一些通信发生在EM光谱的可见部分外侧的情况。在一些情况下,通过选择性地阻挡窄带的可见光,无源屏蔽件在阻挡LiFi所需的可见光通信方面仍然可以有效。例如,无源屏蔽件可以通过阻挡波长范围小于约50nm、或小于约10nm、或小于约5nm的带来阻挡LiFi通信,因此仅产生细微的(如果可察觉的话)可观察到的差异。
LiFi阻挡发生在LiFi传输被LiFi屏蔽件的一个或多个物理层吸收或以其它方式防止穿过时。在一些实施例中,LiFi阻挡发生在LiFi传输被屏蔽件反射、散射和/或衍射时。例如,低发射率(“低-e”)膜通常用于常规窗户,以反射红外光并改善建筑物的隔离。在一些实施例中,LiFi屏蔽件使用反射和吸收两者来阻挡LiFi。在一些实施例中,反射层可以放置在吸收层之间,以增加某种LiFi通信频率的衰减。
在一些实施例中,电致变色装置涂层或另一着色结构涂层也充当LiFi屏蔽件。因此,EC装置涂层可以起到阻挡LiFi通信的作用,同时提供可见波长的光的着色。在某些实施例中,EC层、IC层、CE层、TCL或此类层的组合(见图1:104-110)被设计成使得一个或多个层吸收LiFi通信所发生的光谱区中的辐射。
在一个实例中,已知LiFi通信发生在光谱的红外区(或可能地UV区)中,并且第一或第二透明传导层(104或114)被设计成传输可见光但阻挡IR光。在另一实例中,电致变色层被配置成使得其总是阻挡LiFi传输所发生的光谱区中的辐射,但是可变地传输光谱的可见部分中的辐射。当然,这假设了LiFi传输不仅发生在可见区中。在又另一实例中,光谱的可见区的一些级分是LiFi传输所需的,而可见光谱的其它区不是。在这种情况下,着色可以衰减跨整个可见光谱的光传输,而用于LiFi传输的特定波长总是被阻挡或选择性地阻挡。在一些实施例中,可着色窗户的着色仅在减少不用于LiFi通信的波长的传输方面有效。
在一些情况下,电致变色装置涂层本身的操作被用于控制LiFi传输。在此类情况下,LiFi传输或缺少其与可着色窗户的光学状态一致。当施加电势来驱动可着色窗户的着色变化时,LiFi信号的吸收相应地受到影响。处于清晰状态或略微着色状态的EC窗户对可见光可以是基本上透明的,并且允许一些LiFi传输,而处于较暗着色状态的EC窗户可以具有足够低的可见光透射率(“VLT”),并且将LiFi信号衰减到LiFi接收器不再可以检测到其的量。由于可着色窗户不会转变到完全不透明状态,因此电致变色装置涂层仅衰减而不是完全阻挡可见范围内的LiFi传输。通常,LiFi信号的衰减是中断LiFi通信所需的全部信号。小于约60%、小于约40%、小于约10%或小于约5%的LiFi带的衰减在一些情况下可以足以中断LiFi通信。例如,当窗户的两个侧上的通信使用相同频率的光时,此衰减可以足以防止窗户的一侧上的LiFi通信干扰窗户的另一侧上的LiFi通信。在其它情况下,衰减可能仅足以将LiFi信号强度降低到用LiFi接收器接收LiFi信号所需的水平以下。由于透射率与窗户着色的感知到的差异之间的非线性关系,因此衰减或吸收与窗户的感知到的着色不具有1:1相关性。感知到的着色效果与光学密度更紧密地对准,所述光学密度被限定为透射率的常用对数的绝对值。对应于这种关系,人眼对低透射度状态下窗户着色状态的变化越来越敏锐。因此,在一些情况下,可见光谱中LiFi信号的充分衰减仍可以在不将可着色窗户调节到最暗着色状态的情况下实现。例如,如果电致变色窗户被配置成在范围为基本上清晰状态(TS 0)到完全着色状态(TS 4)的五个光学着色状态(清晰或TS 0、TS 1、TS 2、TS 3和TS 4)之间转变,则即使更透明状态,如TS 0与TS 1,或着色状态TS 1与TS 2之间的转变也可以足以使LiFi屏蔽在接通状态与断开状态之间切换。在一个实施例中,可着色窗户被配置成具有五个光学着色状态TS 0、TS 1、TS 2、TS 3和TS 4,其可见光透射率分别为大约82%、58%、40%、7%和1%。在一些情况下,通过在这些着色状态之间进行调节而提供的衰减可以足以使LiFi屏蔽切换。
电致变色装置的操作对于阻挡使用红外光的LiFi通信可以甚至更加有效。例如,来自上述实例的较暗着色状态(例如,TS 3和TS 4)可以基本上阻挡红外LiFi传输,从而将用于LiFi通信的红外光带的传输减少到少于约3%、少于约1%,或者在一些情况下,少于约0.1%。因此,电致变色装置涂层可以足以选择性地阻挡使用红外光并且在一些情况下,使用可见光的LiFi通信。
在一些实施例中,可着色窗户具有与可着色窗户的EC装置涂层分开的LiFi屏蔽件。LiFi吸收结构通常是平行于(或基本上平行于)EC装置涂层(或其它可着色层)的层的一个或多个层。在某些实施例中,LiFi屏蔽件具有与电致变色装置涂层的可视区域(有时被称为“视觉区域”)共延伸的表面。涂层可以具有与电致变色装置涂层相同的占用面积。但是,这不是必须的,条件是LiFi屏蔽件延伸到可视区域的边缘,由此阻挡通过窗户的入射光和出射光。
一个或多个LiFi屏蔽层的位置被定位在与EC装置平行或基本上平行的定向上。在一些实施例中,LiFi屏蔽件与EC装置涂层分开一定距离,使得当例如LiFi屏蔽件在接通状态与断开状态之间切换时,施加到EC装置涂层的电势不会影响LiFi屏蔽结构的性能。在屏蔽层和可着色层被空气或如氩气等惰性气体分开的情况下,分开距离可以是至少约1mm,或介于约5mm与50mm之间。在一些情况下,LiFi屏蔽件由介电材料与EC装置涂层分开。当被介电材料分开时,分开距离可以是至少约1mm,或介于约1mm与10mm之间。
在可着色窗户是IGU或其它多薄片可着色窗户结构的情况下,存在用于放置LiFi屏蔽件和EC装置涂层的几种配置。考虑例如图2中描绘的IGU,其具有定位在薄片204的S2上的EC装置涂层。在一些实施例中,LiFi屏蔽结构可以定位在与EC涂层相同的薄片上(S1)。在一些实施例中,LiFi屏蔽结构可以定位在不同的薄片上(薄片206的S3或S4)。当LiFi屏蔽件包括电接地层或在LiFi阻挡模式期间保持在特定电势下的层时,此布置可能有利于提供电绝缘。在其它实施例中,LiFi屏蔽结构和EC装置涂层两者可以定位在同一薄片(S2)的同一侧上。在最后一种情况下,屏蔽层可以定位在衬底204与EC装置涂层之间,或者位于EC装置涂层与IGU 208的内部容积之间。如所提及的,可以存在在EC装置涂层与一个或多个LiFi屏蔽层之间提供电绝缘的一个或多个介电层。
图4a-4c描绘了用于EC装置涂层402的几个非限制性布置,所述EC装置涂层被配置成在IGU内与LiFi和/或RF屏蔽层404一起起作用。为了清楚起见,一些特征被省略或未标记。在图4a中,EC装置涂层402和LiFi和/或RF屏蔽件404定位在IGU的单独的灯上。虽然EC装置涂层402和LiFi和/或RF屏蔽件404被描绘为位于内部薄片表面S2和S3上,但是这些层也可以被定位在面向外的表面S1和S4上。在图4b中,EC装置涂层402和LiFi和/或RF屏蔽件404都定位在IGU的S3上。在一些情况下,例如,当屏蔽层接地时,EC装置涂层402和LiFi和/或RF屏蔽件404由中间介电层电隔离。虽然描绘为位于表面S3上,但是层402、404和406也可以可替代地位于S4上。图4c描绘了位于S2上的EC装置涂层402以及位于IGU的S1上的作为外部涂层或膜的LiFi和/或RF屏蔽件404的实例。在一些情况下,除了阻挡LiFi或RF通信之外,面向外的表面(S1或S4)上的LiFi和/或RF屏蔽件还可以保护IGU。还可以理解的是,图4a-4c中描绘的布置可以反转,使得S1面对内部环境而不是外部环境。
可着色窗户还可以被配置成为结构或建筑物提供电磁屏蔽,从而有效地将建筑物、房间或空间变成法拉第笼(Faraday cage),条件是结构本身使电磁信号衰减(例如,所述结构由如钢或铝等传导材料制成,或者被适当地接地以便如法拉第笼那样进行阻挡)。被配置成用于RF屏蔽的窗户可以被表征为使整个频率范围(例如介于20MHz与10,000MHz之间)内的电磁传输充分衰减。当然,一些应用可以允许更有限的或选择性的衰减。例如,根据屏蔽件的结构,一个或多个子范围可以被排除在衰减之外。RF屏蔽件可以用于防止电磁干扰(EMI),从而允许在屏蔽空间中观察到敏感电磁传输,或者阻挡无线通信并创建其中防止外侧装置窃听源自空间内的无线传输的私人空间。例如,在一些实施例中,电磁辐射可以在所选范围内衰减约10dB到70dB,或者在所选范围内衰减约20dB到50dB。虽然以下实施例是参考阻挡RF通信来描述的,但是本领域的技术人员可以理解,出于阻挡更高能量的电磁辐射(包含红外、可见和/或紫外LiFi通信)的目的,可以如何调节本文中所讨论的实施例的尺寸,特别是各个层的厚度。除非另有说明,否则旨在以下实施例中的所有实施例也适用于阻挡LiFi通信。
在一些实施例中,当导电材料的一个或多个层被制成与薄片的表面共延伸以提供电磁辐射的衰减时,可着色窗户被配置成用于RF或LiFi屏蔽。在一些情况下,当导电层接地或保持在特定电压下以提供电磁辐射的衰减时,被配置成用于屏蔽的窗户的衰减效果可以增加。在一些情况下,导电材料的一个或多个层不连接到接地或外部电路,并且具有浮动电势。如本文所述,衰减层可以是具有间隔的网格,所述间隔被选择为对应于寻求屏蔽的辐射的波长。用于窗户应用的电磁屏蔽先前已经在例如US5139850A和US5147694A中进行了描述。
在各个实施例中,屏蔽结构包含横跨其中阻挡电磁辐射的传输的整个区域的传导材料的片材。例如,结构可以横跨薄片的整个区域。在屏蔽结构由如金属等不透明或反射材料(以其整体形式)制成的情况下,所述结构可以被设计成最小化可见辐射的衰减,同时仍强烈衰减无线通信中通常使用的较长波长的辐射。一种最小化可见辐射的衰减的方法是在导电层(如银层)旁边包含防反射层。通常,如本文所描述的防反射层的折射率将不同于其靠近的导电层。在一些实施例中,防反射层的厚度和折射率被选择为产生在层界面处反射的光的相消干扰和通过层界面传输的光的相长干扰。在一些情况下,防反射层的厚度和折射率被特别地选择为产生处于用于LiFi通信的波长下的相消干扰。
在一些实施例中,采用两个或更多个单独金属层,连同金属层之间的中间层或防反射层,其一起有效地衰减以用于无线通信的频率进行的电磁辐射的传输,同时传输可见区中的大部分辐射。用于电磁屏蔽的含有至少一个导电层、至少一个防反射层以及任选的中间层的多层结构在本文中将被称为屏蔽堆叠。此类多层结构的分开距离和厚度的实例在以下呈现。
屏蔽堆叠的某些实例在图5中被示出为区段510和511,每个区段具有至少一个导电层502和至少两个防反射层501、跨越层502。在屏蔽堆叠511的情况下,中间层区503将两个导电层分开。屏蔽堆叠可以放置在衬底的任何表面(或内部区)上,如图2的S1、S2、S3、S4,或电致变色装置、介电层、透明显示器或甚至含有窗户天线结构的层的任何表面上。可以用于通过窗户阻挡RF通信的屏蔽堆叠在题为“窗户天线”的并且于2017年5月4日提交的国际专利申请第PCT/US17/31106号中进行了进一步描述,所述专利申请以其整体并入本文。当屏蔽堆叠设置在电致变色装置或天线层上时,薄片可以包含将屏蔽堆叠和装置或天线分开的绝缘层。
在一些实施例中,屏蔽堆叠可以包含两个或更多个导电层502,其中每个导电层由防反射层501夹置。图6描绘了包含两个导电层502的屏蔽堆叠612和包含三个导电层502的屏蔽堆叠613的实例。在一些实施例中,在单个屏蔽堆叠中可以使用四个或更多个导电层。
在一些实施例中,屏蔽堆叠安置在电致变色IGU的配对薄片(IGU中的第二或另外的薄片,例如,除了电致变色薄片之外)上,或者作为层压板中的配对薄片,其中一个薄片包含电致变色装置涂层,并且层压板的另一个薄片具有屏蔽堆叠,所述屏蔽堆叠用于例如通过用开关使屏蔽堆叠的一个或多个金属层接地来选择性地阻挡或不阻挡电磁辐射。此功能可以并入到例如相关联的窗户控制器中。一个实施例为电致变色窗户,所述电致变色窗户包含具有电致变色装置涂层的一个薄片和具有如本文所描述的屏蔽堆叠的另一薄片。在一个实施例中,屏蔽堆叠被选择性地控制以屏蔽或不屏蔽接地功能。接地功能可以由窗户控制器控制,所述窗户控制器还控制电致变色装置的切换功能。在这些实施例中,在屏蔽堆叠和电致变色装置堆叠处于不同的衬底上的情况下,窗户可以采取IGU、层压板或其组合的形式,例如其中IGU的一个或两个薄片为层压板的IGU。在一个实例中,IGU的层压板薄片包含屏蔽堆叠,而IGU的非层压板薄片包含电致变色装置涂层。在另一实施例中,IGU的两个薄片均为层压板,其中一个层压板薄片包含屏蔽堆叠,并且另一个层压板薄片包含电致变色装置涂层。在又其它的实施例中,单个层压板包含电致变色装置涂层和屏蔽堆叠两者。层压板本身可以是IGU的薄片或不是。
导电层501可以由多种导电材料(如银、铜、金、镍、铝、铬、铂和其混合物、金属间化合物和其合金)中的任何导电材料制成。导电层的厚度增加会导致较低的片材电阻,以及通常较大的衰减效果,然而,厚度增加也会增加材料成本,并且可能降低可见光透射度。
在一些实施例中,如在屏蔽堆叠612中使用的导电层可以由两个或更多个不同的金属子层的“金属夹置”构造制成或包含金属夹置构造。例如,金属层可以包含“金属夹置”构造,如包含Cu/Ag/Cu子层,而不是例如Cu的单个层的构造。在另一实例中,导电层可以包含NiCr/金属/NiCr的“金属夹置”构造,其中金属子层是前述金属之一。
在一些实施例中,如当屏蔽堆叠被定位成邻近于电致变色装置时,导电层或子层是金属合金。通过合金化可以增加金属的电迁移耐性。增加金属导电层中金属层的电迁移耐性减少金属迁移到电致变色堆叠中并潜在地干扰装置的操作的趋势。通过使用金属合金,可以减缓和/或减少金属向电致变色堆叠的迁移,这可以提高电致变色装置的耐久性。例如,向银中添加少量的Cu或Pd可以显著增加银的电迁移耐性。例如,在一个实施例中,在导电层中使用具有Cu或Pd的银合金,以减少银迁移到电致变色堆叠中的趋势,从而减缓或防止此迁移干扰正常装置操作。在一些情况下,导电子层可以包含其氧化物具有低电阻率的合金。在一个实例中,金属层或子层可以进一步包括在氧化物制备期间呈化合物形式的,用于增加密度和/或降低电阻率的另一种材料(例如,Hg、Ge、Sn、Pb、As、Sb或Bi)。
在一些实施例中,复合导电层的一个或多个金属子层是透明的。通常,透明金属层小于10nm厚,例如约5nm厚或更小。在其它实施例中,复合导体的一个或多个金属层是不透明的或不完全透明的。
在一些情况下,防反射层被放置在传导层的任一侧,以增强通过具有屏蔽堆叠的涂覆的玻璃衬底的光传输。通常,防反射层是介电材料或金属氧化物材料。防反射层的实例包含氧化铟锡(ITO)、In2O3、TiO2、Nb2O5、Ta2O5、SnO2、ZnO或Bi2O3。在某些实施例中,防反射层是厚度的范围介于约15nm到80nm之间或介于约30nm到50nm之间的氧化锡层。通常,防反射层的厚度可以取决于传导层的厚度。
在某些实施例中,防反射层是与相邻导电金属层具有相对电极化率的材料的层。材料的电极化率是指其在施加的电场中极化的能力。极化率越大,材料响应于电场极化的能力就越大。包含相对极化率的层可以改变波长吸收特性,以增加导电层的透明度和/或转变通过组合的层传输的波长。例如,导电层可以包含邻近于金属层的具有相对极化率的高指数介电材料层(例如,TiO2),以增加金属层的透明度。在一些情况下,临近于金属层的相对极化率的添加的层可以使不完全透明的金属层更加透明。例如,厚度为约5nm到约30nm、或介于约10nm与约25nm之间、或介于约15nm与约25nm之间的金属层(例如,银层)本身可以不是完全透明的。然而,当被定位成位于相对极化率的防反射层(例如,位于银层的顶部的TiO2层)旁边时,通过组合的层的传输高于金属或介电层单独的传输。
在某些实施例中,复合导电层可以包含一个或多个金属层和又一个颜色调谐子层(也被称为指数匹配子层)。这些颜色调谐层通常是对一个或多个金属层具有相对极化率的高指数、低损耗的介电材料。可以用于颜色调谐层的材料的一些实例包含氧化硅、氧化锡、氧化铟锡等。在这些实施例中,用于一个或多个颜色调谐层的厚度和/或材料会改变吸收特性,从而转变通过材料层的组合传输的波长。例如,一个或多个颜色调谐层的厚度可以被选择成调谐通过屏蔽堆叠传输的光的颜色。在另一实例中,调谐层被选择并被配置成减少某种波长(例如,黄色)的通过屏蔽堆叠的传输。调谐层可以用于例如阻挡用于LiFi通信的特定带。
在一个实施例中,屏蔽堆叠510包含厚度为约15nm到60nm的银(或其它传导材料)的单个层。厚度大于约15nm的银确保了将获得低片材电阻,例如小于5ohms每平方。在某些实施例中,单个导电银层的厚度将介于约7nm与30nm之间,并且因此允许在通信频率下充分吸收电磁辐射,同时维持足够高的光透射度。在此实施例中,银层可以通过物理连接(例如,母排)或通过导电层与至少部分地与导电层重叠的金属框架之间的电容性耦接而电耦接到接地。
在另一实施例中,屏蔽堆叠511包含银(或其它导电材料)的两个层,每个层的厚度为约7nm到30nm。已经发现,与使用单个但更厚的银层相比,对于给定的衰减,可以产生具有降低的光反射的屏蔽板。一个导电层可以通过物理连接(例如,母排)或通过导电层与至少部分地与导电层重叠的接地的金属框架之间的电容性耦接而电耦接到接地。第二导电层可以电容性地耦接到第一接地的导电层,从而将第二导电层连接到接地。在一些实施例中,第一导电层和第二导电层两者均物理地连接到接地。在一些实施例中,两个导电层都具有浮动电势(即,其不电连接到接地或限定电势的源)。此实施例中的大多数衰减都可以归因于电磁辐射在第一导电层处的反射。进一步的衰减由于导电层(或其近侧的防反射层)之间的中间层区中的吸收而发生,因为入射波的路径长度由于导电层之间的反射而大大增加,从而导致在中间层内反射的辐射的显著吸收。
在另一实施例中,如堆叠612或堆叠613等屏蔽堆叠包含具有浮动电势的银导电层,其中每个银层的厚度为约10nm-20nm。可以由氧化铟锡制成的防反射层当邻近于一个银层时,其厚度可以为约30nm到约40nm,并且当插置在两个银层之间时,其厚度为约75nm到约85nm。
在一些实施例中,中间层可以由对可见光谱中的短波电磁辐射而言是透明的,同时吸收具有用于通信的更长波长的频率的材料制成。中间层可以是单个层或包含若干个材料层的复合物。如果电致变色窗户是在没有绝缘气体层的情况下制造的,或者如果IGU包含安置在薄片204与206之间的另外的薄片,则可以将如聚乙烯醇缩丁醛(“PVB”)或聚氨酯等现浇树脂用作中间层,以将两个窗格层压在一起,每个窗格上具有导电层。在其它实施例中,单个薄片可以由使用中间层树脂层压的两个或多个薄玻璃(或塑料)片材构成。在某些实施例中,当使用如PVB等树脂时,中间层的厚度在约0.25mm与1.5mm之间的范围内。
在又另一实施例中,一个衬底(例如,S1或S4)的外表面涂覆有包含导电半导体金属氧化物层的透明耐磨涂层,所述透明耐磨涂层可以用作屏蔽堆叠或其一部分的目的。在所描绘的实施例中,薄片还包含屏蔽堆叠510,所述屏蔽堆叠具有厚度介于例如约15nm与50nm之间的银(或其它导电材料)的单个层,放置在玻璃(例如,S3或S4)的内部表面之一上,如不具有电致变色堆叠或窗户天线的表面。任选地,中间层可以放置在金属氧化物层与屏蔽堆叠之间的任何位置处,以增加在两个导电层之间反射的波的吸收。在一些情况下,金属氧化物层和屏蔽堆叠被放置在IGU的相对薄片上,使得金属氧化物层与屏蔽堆叠之间存在间隙。例如,耐磨涂层可以由金属氧化物(如锡掺杂的氧化铟、掺杂的氧化锡、氧化锑等)制成。在此实施例中,导电层和耐磨涂层通过物理连接(例如,母排)或通过导电层与至少部分地与所述层重叠的金属框架之间的电容性耦接而电耦接到接地。
当具有单个导电层的屏蔽堆叠(例如,510)与半导体金属氧化物层组合使用时,或者当使用具有两个导电层的屏蔽堆叠(例如,511)时,实现RF或LiFi传输的期望的衰减所需的导电层之间的间隔可以取决于位于两个导电层之间的层的组合物(例如,玻璃、空气、气体或EC装置层)和厚度。
所描述的用于电磁屏蔽的层可以使用各种沉积工艺制造,包含用于制造电致变色装置的那些沉积工艺。在一些情况下,用于沉积屏蔽堆叠的步骤可以集成到用于沉积电致变色装置的制造过程步骤中。通常,屏蔽堆叠或作为半导体金属氧化物的耐磨涂层可以在制造过程中的任何步骤处通过物理和/或化学气相技术沉积到衬底(例如,图2的衬底204或206)上。屏蔽堆叠(501、502和503)的单独层通常非常适合于通过物理气相沉积技术(如溅射)沉积。在一些情况下,银(或其它金属)层通过如冷喷涂等技术或基于液体的工艺(如用金属油墨涂覆)沉积。在使用如PVB等树脂材料的情况下,中间层可以通过层压工艺形成,在所述层压工艺中,两个衬底(任选地其上具有一个或多个层)连接在一起。
在又另一实施例中,用于阻挡RF或LiFi通信的屏蔽堆叠并入到柔性膜中,在下文中被称为屏蔽膜,所述柔性膜可以粘附或以其它方式安装到窗户上。例如,IGU可以被配置成用于通过将屏蔽膜附接到IGU薄片的表面S1或S4上来进行电磁屏蔽。可替代地,在IGU的装配期间,可以将窗户配置成用于通过将屏蔽膜附接到IGU薄片的表面S2或S3来进行屏蔽。屏蔽膜也可以嵌入在层压板中,并且用作如本文所描述的电致变色IGU的配对薄片。例如,IGU可以被构造成使得S2具有电致变色膜,并且IGU的配对薄片是在构成层压板的两个薄片薄片内侧具有屏蔽膜的层压板。
屏蔽膜可以阻挡RF、IR和/或UV信号。例如,由马里兰州奥因斯米尔斯(OwingsMills,Maryland)的信号防御公司(Signals Defense)销售的可商购获得的膜,如SD2500/SD2510、SD 1000/SD 1010和DAS ShieldTM膜可以适用于本文所描述的实施例。
图7描绘了可以安装到薄片的表面上以提供电磁屏蔽的屏蔽膜700的一个实施例。第一膜层701是屏蔽堆叠702所沉积的约束外层。然后使用层压板粘合层703将屏蔽堆叠结合到第二膜层704上,使得屏蔽堆叠701被包封在柔性膜(层701和704)内。然后,可以使用安装粘合层705将屏蔽膜结构结合到薄片的表面上。在一些实施例中,可以将另外的保护层定位在表面710上。保护层根据窗户环境而变化,并且可以包含如环氧树脂、树脂等材料或为屏蔽膜结构提供足够保护的任何天然或合成材料。在一些实施例中,膜结构700可以不同于图7中所描绘的说明性实施例。例如,在一些实施例中,安装粘合层可以将屏蔽堆叠702直接结合到窗户表面上,并且可以省略层压板层703和第二膜层704。在某些实施例中,当安装在薄片上时,屏蔽膜的总厚度介于约25μm与1000μm之间。
许多材料可以适用于膜层701和704、层压粘合层703和安装粘合层704。通常,所选材料应对可见光透明,并且具有足够低的雾度,因此薄片的光学特性不会显著减弱。当然,这是假设屏蔽堆叠不是用于阻挡可见光通信的目的。在某些实施例中,膜层小于约300μm厚(例如,约10μm与275μm厚之间),并且由热塑性聚合物树脂制成。膜材料的实例包含聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚萘二甲酸乙二醇酯。本领域的技术人员可以从各种可接受粘合层和安装粘合层中选择。可以使用不同的粘合剂,这取决于屏蔽堆叠的厚度、膜在IGU单元内的放置或被配置成用于电磁屏蔽的窗户所期望的光学特性。在一些实施例中,安装粘合层704可以由如可从宜瑞安公司(Ingredion Inc.)获得的国家淀粉(National Starch)80-1057等压敏粘合剂制成。其它合适的粘合剂的实例包含可从罗门哈斯公司(Rohm&Haas)获得的具有催化剂9H1H的Adcote 76R36和可从罗门哈斯公司获得的Adcote 89R3。当在安装在玻璃窗户上之前运送屏蔽膜时,可以将释放膜层定位在表面711上。释放膜层可以在当移除释放膜时的安装时间之前保护安装粘合层705。
LiFi接收器
LiFi接收器用于将接收到的LiFi传输信号转化成电信号。LiFi接收器通过光电检测器或光电传感器接收LiFi信号。可以使用任何光电检测器作为LiFi接收器,条件是其具有读取接收到的LiFi信号所需的灵敏度和采样率。合适的光电检测器包含如以下等装置:光电倍增器、CMOS图像传感器、电荷耦接的装置(CCD)、反向偏置以用作光电二极管的LED、光电二极管(例如,雪崩光电二极管)、光伏电池等。通常,来自LiFi信号的光是通过电压或电流测量的。在一些情况下,LiFi接收器可以具有解调或解码电路系统和/或逻辑,所述逻辑从所测量的电压和/或电路系统中提取信息,并输出可以由相关联的控制器或其它电子装置解释的信号。在一些情况下,通过导线向窗户控制器、网络控制器和/或主控制器证明输出信号。在一些情况下,控制器接收原始光测量结果(例如,通过所测量的电压和/或电流),并且控制器具有解调或解码电路系统和/或用于以下的逻辑:将原始数据转化成可以由在控制器或窗户控制系统上操作的逻辑解释的格式。
LiFi接收器通常放置在位置中,以改善光电检测器对提供LiFi传输的LiFi发射器具有不间断的直接视线的可能性。LiFi接收器可以定位在窗户控制器中(附接到对应窗户中或定位成位于对应窗户附近),靠近IGU(例如,位于窗户组合件的框架内侧),或被定位在距IGU很短,但电连接到窗户控制器的距离。通常,LiFi接收器可以被定位成位于升高的位置处,如窗户上方的天花板上,以减少居住者可能阻挡LiFi传输的机会。在一些实施例中,光电检测器可以是透明的,例如,由透明光伏电池制成。在此类情况下,光电检测器可以放置在可着色窗户的一个或多个灯上。在一些情况下,放置在IGU的内部区内的光电检测器可以被配置成从可着色窗户的任一侧接收LiFi信号。在一些情况下,窗户可以被配置成具有多个LiFi接收器,以实现冗余或改进LiFi信号的接收。如果LiFi传输被阻挡到达LiFi接收器之一,则其仍可以到达另一LiFi接收器,从而允许不间断的通信。
在一些实施例中,可着色窗户可以具有被配置成接收不同带宽范围内的LiFi通信的LiFi接收器。作为说明性实例,第一LiFi接收器可以被配置成接收红外范围内的LiFi通信,而第二LiFi接收器可以被配置成接收可见范围内的LiFi通信。在一些实施例中,被配置成用于不同带宽下的LiFi通信的LiFi接收器可以具有不同目的。例如,第一LiFi接收器可以被配置成用于接收用于控制窗户控制器的动作的指令(例如,控制窗户的着色),而第二LiFi接收器可以被配置成从利用LiFi通信网络的一个或多个其它系统传输数据或向其传输数据。在一些实施例中,LiFi接收器对某种波长的光极具选择性。这可以用于降低接收到的LiFi信号中的噪声,或消除由以附近波长传输的LiFi信号造成的干扰。在一些情况下,LiFi接收器被配置成当一个或多个光学滤波器(例如,高通滤波器、低通滤波器或带通滤波器)被定位成位于光电检测器前面时,接收特定带宽的光。在一些情况下,光电检测器可以具有光伏(“PV”)电池,所述PV电池具有不同带隙能量,使得在光电检测器处仅检测到具有足够能量(通常刚好低于LiFi频率)的光。
LiFi发射器
LiFi发射器负责生成LiFi信号。LiFi发射器提取由例如控制器、窗户控制网络或另一相关联的装置所提供的数据,并且将所述数据转化成用于控制LiFi发射的驱动信号(例如,数字信号或模拟信号)。驱动信号指定所发射的LiFi信号的照明状态。例如,驱动信号可以指定LiFi信号的亮度、WiFi信号的一种或多种波长和/或与LiFi信号的调制相关联的成形。LiFi驱动信号可以由窗户控制器提供,或者可以由与LiFi发射器集成或电通信的电路系统和/或逻辑生成。在一些情况下,窗户控制器或窗户网络上的另一控制器可以具有用于生成驱动信号的电路系统。然后,将驱动信号提供给光源和/或负责生成LiFi信号的光调制特征。在一些情况下,将指定一系列电压电平的驱动信号提供给LED驱动器,所述LED驱动器生成对应于驱动信号中的一系列电压的经调制的光子信号。在一些情况下,所发射的LiFi信号是正交频率维度复用(OFDM)信号,所述正交频率维度复用信号使用许多小带宽信道,而不是单个大带宽信道。
发光二极管(LED)或有机发光二极管(OLED)通常被用作用于生成LiFi信号的光源。迄今为止,LED是首选技术,因为其可以快速接通和断开的速度。LED可以在约1GHz的频率下接通和断开,并且在大多数情况下,以足够的亮度进行脉冲,以传输LiFi通信。例如,可见范围内的LED通常需要在大约或高于60勒克斯下操作,以确保可靠的LiFi通信,但是LED的所需的亮度可以取决于许多因素,如建筑物中的环境照明条件和/或LiFi接收器的灵敏度。LiFi发射器通常使用LED来生成LiFi信号,然而可以使用任何光源,条件是其可以在状态(例如,接通、断开或中间状态)之间快速切换,并且其输出足够亮以用于由对应LiFi接收器接收。
与窗户相关联的LiFi发射器可以位于LiFi接收器可以定位的任何地方。例如,发射器可以是窗户控制器的一部分(附接到对应窗户或定位成位于对应窗户附近),靠近IGU(例如,位于窗户组合件的框架内侧),或定位在距IGU很短但电连接到窗户控制器的距离。与接收器一样,LiFi发射器通常被定位在升高的位置处,如位于天花板上或窗户上方,以改善与LiFi接收器直接视线通信的可能性。
图8描绘了具有可着色窗户801-804的房间800,所述可着色窗户具有沿其周边的LiFi发射器和/或LiFi接收器820。LiFi发射器820可以包含例如横跨对应窗户的至少一部分的LED的带。类似地,LiFi接收器820可以包含分布在用于接收LiFi信号窗户的周边周围的一个或多个位置处的光电检测器。当窗户具有以此方式分布的LiFi发射器和/或接收器时,可以改善与对应装置不间断视线通信的可能性。在一些情况下,发射器和/或接收器定位在可着色窗户的框架单元内或IGU的间隔件内。窗户控制器811-813可以被配置成具有如本文所描述的用于控制LiFi通信的LiFi逻辑。在一些实施例中,可着色窗户具有单独控制器,并且被配置成彼此独立地发送和/或接收通信LiFi通信。例如,窗户控制器811可以独立于通过由窗户控制器812控制的窗户803传输的LiFi通信,通过窗户801发送和接收LiFi通信。在一些实施例中,单个窗户控制器可以用于控制多于一个可着色窗户的着色状态。在一些情况下,窗户控制器813可以被配置成控制窗户803和804两者上的LiFi发射器和/或接收器。例如,来自窗户803和804的LiFi传输可以一致地发射,由此进一步减少人或物体可能中断与房间800中的装置的LiFi通信的机会。
LED非常适合于生成LiFi传输,因为其可以在非常窄带频率下发射光。在希望将LiFi传输限制在特定波长的情况下,可以将光学滤波器放置在LED或另一光源前面。在一些情况下,这可能有助于减少对其它LiFi通信的干扰。在一些实施例中,如当LiFi接收器的位置已知或可以确定时,LiFi发射器可以引导沿接收器的方向的LiFi传输。这可以通过例如调节发射器处的镜子来执行。当LiFi传输聚焦在接收器的方向上,而不是在宽视场中广播时,可以减少对其它系统的干扰,并且在一些情况下可以增强光学信号,从而降低发射器的输出要求或接收器的灵敏度。
在一些情况下,LiFi发射器可以包含定位在可着色窗户的可视部分中的透明LED(或OLED)。透明LED可以定位在IGU的任何表面(例如,图2中的S1-S4)上。当放置在IGU的可视部分中时,LiFi传输可以在窗户的两侧广播出来。在一些实施例中,如当可着色窗户具有LiFi屏蔽层时,LiFi发射仅被广播到可着色窗户的内部侧或外部侧。在一些实施例中,LiFi发射器使用定位在可着色窗户的可视部分中的透明显示器。透明显示器可以是例如OLED或LCD。窗户显示器可以具有其它功能,如显示用于允许用户控制可着色窗户的用户界面,或显示与个人计算装置相关联的操作系统的用户界面。在一些情况下,透明显示器在正常显示操作期间可能会间歇地生成LiFi传输。例如,显示器所提供的图像在生成LiFi传输时可以暂时中断。由于LiFi传输的短持续时间和/或间歇性质,LiFi传输可能无法由无辅助的眼睛检测到。在一些情况下,使用透明显示器的仅一部分以生成LiFi发射,例如,在一些实施例中,使用透明显示器的仅周边像素。可以使用的透明显示器的实例提供在于2018年4月25日提交的并且题为“用于可着色窗户的显示器”的国际专利申请第PCT/US18/29476号中,所述专利申请以其整体并入本文。
在窗户被配置成具有可以在屏蔽状态之间调制的LiFi屏蔽件的实施例中,LiFi屏蔽件的调制可以用于生成LiFi信号。在此配置中,外部光源(如太阳光)可以提供用于LiFi信号的光。如在其它地方提到的,可以在接通状态与断开状态之间切换的动态LiFi屏蔽件可以通过例如选择性地将横跨可着色窗户的可视区的一个或多个透明传导层接地或对其施加电势来操作。当以与LED或其它光源类似的方式调制时,LiFi屏蔽件可以用于产生红外、可见和/或紫外频率范围内的LiFi通信。被配置成通过屏蔽层生成LiFi信号的可着色窗户还可以具有用于生成驱动信号的电路系统,所述驱动信号用于控制LiFi屏蔽层的状态。在一些实施例中,屏蔽层可以被配置成在多于两种状态之间转变。例如,除了阻挡和允许LiFi辐射的状态之外,还可以存在仅衰减LiFi传输的中间状态和/或选择性地阻挡某种波长的光而不是其它波长的光的状态。
在某些实施例中,窗户可以使用电润湿透明显示技术。电润湿显示器是像素化显示器,其中每个像素具有一个或多个单元。每个单元可以以例如高于30Hz、高于60Hz或高于120Hz的频率在基本上透明光学状态与不透明光学状态之间振荡。单元利用表面张力和静电力控制疏水性溶液和亲水性溶液在单元内的移动。单元在其不透明状态下可以为例如白色、黑色、青色、品红色、黄色、红色、绿色、蓝色或一些其它颜色(由单元内的疏水性溶液或亲水性溶液确定)。彩色像素可以具有例如呈堆叠布置的青色、品红色、黄色单元。感知到的颜色是通过使像素的单元(每个单元具有不同的颜色)以各种频率振荡生成的。此类显示器可以具有成千上万个可单独寻址的单元,所述可单独寻址的单元可以产生高分辨率图像,并且在国际专利申请第PCT/US18/29476号中进行了进一步描述,所述专利申请先前已经通过引用并入本文。在一些情况下,电润湿显示器可以用于通过调制通过窗户传输的光和/或调制由透明电润湿显示器反射的光来生成LiFi信号。在一些实施例中,透明显示器上的每个像素可以被同步控制以生成LiFi信号。在其它情况下,LiFi信号可以通过异步控制显示器的像素来生成。在一些情况下,单元内的疏水性溶液和亲水性溶液两者都是基本上透明的,但所述溶液中的一种含有产生光的波长转换的磷光体或量子点(QD)材料。换句话说,与具有清晰状态和不透明状态相反,单元具有第一基本上透明的状态和第二基本上透明的状态,所述第二基本上透明的状态具有磷光体或量子点(QD)材料的光学标记。击中磷光体或量子点(QD)材料的光中的一些光被吸收,并且以用于LiFi通信的频率重新发射。例如,在一些实施例中,量子点可以吸收UV和可见光,并且发射近红外或红外光。在一些情况下,磷光体或QD材料可以包含在彩色电润湿显示器中,以生成LiFi信号。
在一些实施例中,可着色窗户可以具有被配置成使用不同波长或不同波长组(例如,在OFDM信号的情况下)来生成LiFi通信的LiFi发射器。作为说明性实例,第一LiFi发射器可以被配置成传输红外范围内的LiFi通信,而第二LiFi发射器可以被配置成传输可见范围内的LiFi通信。在不同波长下操作的LiFi发射器可以用于不同的目的,例如,一种波长可以用于发送与窗户的控制有关的通信,而另一种波长可以用于在LiFi网络上传输数据。
在一些情况下,窗户可以被配置成具有LiFi发射器和/或LiFi接收器两者,从而使得可着色窗户能够必须具有在LiFi上的双向通信。发射器和接收器可以在空间上分开,或者可以共享公共壳体。在一些情况下,发射器共享被配置成生成驱动信号并解码接收到的LiFi传输的公共电路系统。在一些实施例中,LiFi发射器和接收器两者都容纳在窗户控制器的壳体内。
当可着色窗户被配置成具有发送和接收LiFi通信的能力时,其不需要依赖于其它形式的有线或无线通信来与窗户控制系统的其余部分通信。被配置成发送和接收无线通信的窗户可以被配置成充当重新发送接收到的LiFi传输的LiFi中继器。作为LiFi中继器,可着色窗户可以延伸LiFi网络的覆盖区域。在一些情况下,LiFi中继器被配置成通过传输接收到的LiFi信号的放大副本来增加LiFi通信的强度。
LiFi逻辑
用于控制建筑物中的LiFi通信(以及其它无线通信,如WiFi和蓝牙)的逻辑可以通过窗户控制网络实施。逻辑可以驻留在窗户控制器、网络控制器、主控制器或与窗户控制网络通信的任何控制器上。在一些情况下,用于控制LiFi通信的逻辑存储在云中。如本文所述,用于控制LiFi通信的逻辑(下文有时被称为LiFi逻辑)与用于控制窗户的着色的逻辑是分开的,但是两种类型的逻辑可以共定位在同一物理控制器上和/或使用共享电路系统操作。
LiFi逻辑可以被配置成发送、接收和/或阻挡任何已知的或以后开发的LiFi通信协议。在一些情况下,LiFi逻辑被配置成用于使用IEEE 802标准之一(例如,802.11和802.15.7)的LiFi通信,所述标准通过引用以其整体并入本文。在一些实施例中,LiFi逻辑可以被分成用于处理窗户控制网络的控制信号(例如,传输着色命令)的逻辑组件和用于处理在窗户网络上传递的其它数据的逻辑组件。
LiFi逻辑可以被配置成通过允许一些无线传输而不是其它无线传输来调节LiFi(以及在一些情况下RF通信)。当建筑物配备有用于RF和/或LiFi屏蔽的窗户时,窗户可以被配置为接入点,来自电话、计算机和其它移动装置的通信在离开或进入建筑物,或者在一些情况下房间之前必须通过所述接入点。LiFi逻辑可以被配置成允许源自(或被递送到)授权装置或授权用户的通信。以此方式,被配置成接收、传输和阻挡LiFi和/或RF信号的窗户可以充当防火墙,从而控制建筑物内允许哪些形式的无线通信。在一些情况下,LiFi逻辑可能会拒绝将传入信号重新传输到预期的目的地。在一些情况下,LiFi逻辑可以被配置成与装置通信,以通知装置其对通信的请求已经被拒绝。如果LiFi通信被批准,则其可以由LiFi(例如,由可着色窗户另一侧或建筑物另一部分上的LiFi发射器)、通过RF发射器(例如,在WiFi或蓝牙上)重新传输或重新传输到外部网络。
在一些情况下,具有现有电致变色窗户的建筑物可以更新,使得电致变色窗户提供动态LiFi屏蔽。例如,更新的软件可以部署在窗户控制系统的一个或多个控制器上,以基于例如LiFi阻挡偏好(例如,在用于控制光学可切换窗户的用户应用中)是被切换为接通还是断开来调节电致变色窗户的着色状态。在一些情况下,将窗户调节成着色状态可能需要可以通过LiFi以其它方式通信的装置在窗户保持处于着色状态的同时,转变到蓝牙、WiFi或有线连接。
LiFi网络
图9a-9c描绘了网络操作的三个非限制性实例,所述网络操作可以由可着色窗户执行,以将数据递送到建筑物900中的被配备成接收LiFi通信的装置905。在图9a中,窗户901通过LiFi信号910接收数据,并且在窗户911的另一侧上通过LiFi信号形式传输数据,使得数据被递送到装置905。在图9b中,窗户901通过LiFi信号910接收数据,并且数据通过窗户控制网络(例如,通过导线、光纤、WiFi或LiFi)传输,并且通过LiFi信号912从另一窗户902传输。如果例如窗户901不具有到装置905的直接视线,则可以使用通信路径。在图9c中,窗户901通过LiFi信号910接收数据,并且数据通过窗户控制网络(例如,通过导线、光纤、WiFi或LiFi)传输,并且通过连接到窗户控制网络的LiFi发射器903传输。LiFi发射器可以是例如在建筑物900中提供照明的一个或多个LED灯泡。
图10描绘了被配置成用于接收、传输和调节LiFi通信的可着色窗户1000。为简单起见,已经省略了各种特征(例如,图2所示的EC装置涂层的层)。进一步,应当理解,在本申请的上下文中,图10描述了多个实施例,所述实施例对应于何时窗户仅具有所描绘的特征的子组合和/或对应于何时特征定位在相对于可着色窗户1000的不同位置处。如所描绘的,可着色窗户1000位于内部环境与外部环境之间。在其它实施例中,可着色窗户可以位于两个内部空间之间,例如房间与走廊之间。窗户1000具有相关联的窗户控制器1020,所述相关联的窗户控制器用于通过的EC装置涂层1012和窗户所接收、传输和/或阻挡的无线通信来控制窗户的光学状态。如其它地方所提及的,窗户控制器1020可以是原位控制器,或可以以其它方式定位成接近窗户1000。在所展示的实例中,窗户1000具有被安置成靠近表面S3的电磁屏蔽层1002。电磁屏蔽可以被配置成阻挡无线通信,如蓝牙、WiFi、和/或LiFi传输。在一些实施例中,窗户控制器1020可以使屏蔽层1002在“接通”、“断开”和/或中间衰减状态之间切换。在屏蔽层1002的内部侧上,窗户1000具有被配置成用于接收LiFi通信并将其传输到内部方向上的一个或多个装置或窗户的LiFi接收器1015和LiFi发射器1017。在屏蔽层1002的外部侧,窗户1000具有面向被配置成接收LiFi通信并将其传输到外部方向上的装置和/或窗户的LiFi接收器1015和LiFi发射器1016。如所描绘的,LiFi发射器和接收器在窗户1000的可视区外侧,被放置在IGU间隔件与IGU的两个薄片(1004和1006)之间的密封区域中。然而,如在其它地方提到的,对于LiFi发射器和接收器,存在许多其它可能的位置,使得其为例如窗户组合件的一部分或者被定位成靠近IGU。当屏蔽层1002不存在、未被配置成用于阻挡LiFi通信或者被切换到“断开”状态(即,允许LiFi传输穿过窗户)时,LiFi发射器和/或接收器可以定位在窗户的可视部分中,并且可以被配置成向内部环境和外部环境两者发送通信或接收通信。在一些实施例中,屏蔽层1002被配置成用于LiFi屏蔽,并且可以在两个或更多个状态之间快速调制,使得能够通过对光的选择性阻挡而不是选择性光生成来生成LiFi传输。当窗户被配置成接收来自外部光源(如太阳)的光时,窗户控制器1020可以被配置成通过控制LiFi屏蔽件来选择性地调制一种或多种LiFi频率下的自然或外部照明,以在内部环境中生成LiFi传输。
在一些实施例中,窗户1000可以包含一个或多个窗户天线,所述一个或多个窗户天线被配置成接收RF通信,如蜂窝、蓝牙和WiFi通信。当窗户具有被配置成用于阻挡RF传输的屏蔽层1002时,窗户可以具有位于屏蔽层(1008和1010)的任一侧上的窗户天线。当定位在可着色窗户1000的可视区中时,窗户天线是基本上透明的。在一些情况下,内部环境或外部环境指向的窗户天线定位在其它位置处,如在窗户的框架结构上或框架结构中,或窗户控制单元内。当窗户不具有被配置成阻挡RF传输的屏蔽层1002时,或者当窗户天线的屏蔽功能断开时,窗户可以具有被配置成向内部环境和外部环境两者发送无线通信和/或接收无线通信的天线(例如,定位在S2或S3上的天线)。窗户天线在题为“窗户天线”的国际专利申请第PCT/US17/31106号中进行了进一步描述,所述专利申请先前已经通过引用并入到本申请中。
在一些实施例中,可着色窗户可以进一步包含位于窗户的面向内部环境(例如,放置在层1010内)或面向外部环境(例如,放置在层1008内)的可视部分中的一个或多个透明显示器。透明显示器和窗户天线通常设置在IGU的单独层上。为了简单起见,在此其被示出为任选层1008和1010。透明显示器可以被配置成提供图像,并且由窗户控制器1020控制。在一些情况下,所显示的图像或视频信号的数据是通过窗户天线、LiFi接收器或通过窗户控制网络接收的。在一些情况下,透明显示器被配置成作为向内部环境或外部环境广播LiFi传输的LiFi发射器来操作。在一些情况下,透明显示器可以代替专用LiFi发射器(1016或1017),或者与LiFi发射器结合工作。当屏蔽层1002不存在、未被配置成用于阻挡LiFi通信或者被切换到“断开”状态(即,允许LiFi传输穿过窗户)时,透明显示器可以定位在窗户的可视部分中,并且可以被配置成向内部环境和外部环境两者发送LiFi通信或接收LiFi通信。透明显示器在题为“用于可着色窗户的显示器”的国际专利申请第PCT/US18/29476号中进行了进一步描述,所述专利申请先前已并入。
在所展示的实例中,窗户控制器1020连接到窗户控制系统1022(见图2),所述窗户控制系统具有用于在控制器与系统中的其它装置之间传输数据以及在一些情况下传输电力的控制网络。在一些情况下,通信通过有线连接,如以太网或光纤连接传输。在一些实施例中,窗户控制器通过无线连接(例如,通过WiFi或LiFi通信)借助于窗户控制系统通信。当建筑物具有被配置成发送、接收和/或阻挡无线通信的多个窗户时,可以在整个建筑物中安装有窗户的任何地方提供无线网络。在一些情况下,窗户控制网络可以包含可以用于将LiFi网络延伸到例如建筑物的内部区的一个或多个LiFi发射器1026或LiFi接收器1028。在一些情况下,LiFi传输可以通过建筑物的照明系统提供。窗户控制系统也可以连接到外部网络(例如,蜂窝网络或互联网),并且窗户控制网络可以用作网关,建筑物中的电子装置通过所述网关可以连接到外部网络。
如图10的窗户1000等可着色窗户可以用作各种类型通信的通信节点或网络接入点。图11描绘了可着色窗户1100(类似于图10的窗户1000),其可以被配置为用于电、RF和WiFi通信的通信节点。
在一些情况下,窗户1100是用于LiFi到LiFi通信的节点。例如,基于从内部环境1102接收到的LiFi信号,然后可以将LiFi信号传输回到内部环境1104中和/或朝窗户的外部1106传输。类似地,如果从外部环境1108接收到LiFi信号,则可以将LiFi信号传输回到外部环境1106和/或到内部环境1102中。在一些情况下,基于在窗户(例如,1108或1108)处接收到的LiFi信号,窗户控制器1120可以被配置成向窗户控制网络发送电信号1118(例如,通过以太网),或者将RF信号(1110或1114),如WiFi或蓝牙信号传输到窗户的一侧或两侧之外。当在窗户控制器1120处通过有线连接接收到电信号1119时,可着色窗户1100可以被配置成通过传输电信号1118、LiFi信号(1102和/或1106)和/或RF信号(1110和/或1114)来作出响应。类似地,如果窗户接收到RF信号(1112或1116),则窗户控制器可以被配置成通过传输电信号1118、LiFi信号(1102和/或1106)和/或RF信号(1110和/或1114)来作出响应。虽然信号1118和1119被描述为在导线上传递的电信号,但是在一些实施例中,窗户控制器可以借助于通过光纤传输的LiFi通信连接到窗户控制系统。
在一些情况下,窗户不需要被配置成具有图11中描绘的通信接口中的每个通信接口,但可以仅具有所描绘的通信接口的子集。在一些情况下,在窗户控制器1120或窗户控制系统上操作的LiFi逻辑负责确定是否应传输信号,以及是否应该以电、RF或LiFi信号的形式传输信号。这可能取决于各种因素,如给予已经发送信号的装置或用户的权限以及信号的预期目的地。
当建筑物配套有被配置成用于无线通信的可着色窗户时,窗户控制网络可以用作用于连接建筑物中的各种电子装置的网络。图12描绘了建筑物并且展示了可以如何使用可着色窗户1201-1209来提供建筑物范围的网络。如所展示的,窗户被配置成发送和接收无线通信1231,如LiFi通信或RF通信。窗户也可以通过有线通信1232彼此连接。现在将描述几个非限制性说明性实例通信路径。
在一些情况下,可着色窗户可以调节和/或充当用于建筑物中的无线装置与建筑物外侧的无线装置(如无线装置1230)之间的无线通信的网关。无线装置1230可以是例如手机基站、相邻建筑物上的LiFi启用的可着色窗户或被配置成用于无线通信的任何装置。在一些情况下,窗户1201可以允许LiFi或RF通信,使得通信可以不受阻碍地从建筑物1230外侧的装置传递到建筑物1224内侧的装置中。这可能是因为窗户1201未被配置成用于RF和/或LiFi屏蔽,或者因为屏蔽功能被切换为“断开”以允许通信穿过窗户。在一些情况下,窗户可以充当用于建筑物1230外部的装置与建筑物内的移动装置1220之间的通信的防火墙。例如,窗户1202可以被配置成用于RF或LiFi屏蔽,并且需要将通信路由通过与窗户相关联的窗户控制器。如图所示,网络上的窗户可以使用LiFi或RF信号在彼此之间传送数据(如在各个组的窗户,如1201与1209之间所描绘的)。在一些情况下,可着色窗户可以电地(例如,通过以太网)或通过光纤(参见有线连接1232)连接。有线连接也可以直接连接到个人计算机1220或外部网络1232,如互联网。因此,计算机1222可以通过多个可着色窗户之间的有线连接和无线连接两者与无线装置1220通信。在一些情况下,如当装置的位置未知时,通过窗户通信网络接收到的LiFi信号可以在建筑物的每个房间中由例如LiFi发射器重新广播。如可以由此图示看出的,窗户控制系统可以提供平台,建筑物中或建筑物外部的电子装置可以通过所述平台通信。
作为窗户网络上的通信介质的LiFi
在一些情况下,配备成用于LiFi的窗户控制系统可以用作建筑物的主要通信网络,为个人装置、建筑物系统、IoT装置等提供彼此的连接性和与互联网的连接性。如图12中的建筑物等建筑物提供了分布式网络,在所述分布式网络中被配置成用于LiFi和/或WiFi通信的每个窗户都充当装置可以通过其连接的接入点。与常规RF网络相比,被配置成提供LiFi网络的窗户控制系统供应了许多优势。随着更多装置通过RF通信连接,并且随着装置使用更大数量的数据(用于如视频流等目的),RF带宽变得越来越拥挤。在拥塞的区域中,如公寓建筑物中,WiFi拥塞通常会产生连接性问题。LiFi通信具有大大缓解RF拥塞问题的潜力,因为LiFi频率比射频充沛约1000倍,并且不会引起对RF频率的干扰。通过具有如此多的可用频率,由共享频率的使用而引起的信号干扰的情况会大大减少。带宽的增加也意味着LiFi在理论上供应了比RF通信(如WiFi)显著更高的数据密度。由于LiFi信号被墙和LiFi屏蔽件所牵制,因此无线通信可以更容易调节。能够调节LiFi网络的物理空间改善了无线网络的安全性,并且减少了可能干扰的机会。与通常可以延伸出到可以监测其的公共空间的WiFi网络不同,LiFi网络更加安全,因为希望连接到网络或监测LiFi通信的装置必须处于LiFi网络的视线和物理空间内。在LiFi上的干扰也因为墙和LiFi屏蔽件还会阻挡外部LiFi通信进入网络区域而减少。此干扰的减少提供了对WiFi技术的显著改进,所述WiFi技术容易受到来自如无绳电话等宽范围的装置、微波和邻近WiFi网络的干扰。由于LiFi网络仅尽可能远地延伸到所照明的区域,因此在一些情况下,相邻房间中的LiFi通信可以在不引起彼此的干扰的情况下发生在相同的LiFi频率下。LiFi通信的硬件也更简单,并且具有比RF通信所需的硬件便宜得多的潜力。虽然RF通信需要无线电电路、天线和复杂接收器,但LiFi模块简单得多,在一些情况下,类似于在常规TV远程系统中发现的红外调制硬件。
使用案例
用于安装被配置成用于LiFi屏蔽的窗户的一个使用案例是调节建筑物内的LiFi通信。建筑物的外部与内部之间的可着色窗户可以用于调节进入并离开建筑物的通信。在更具粒度的尺度内,建筑物内部的窗户可以用于牵制与建筑物内的特定房间或区域的无线通信。用于实现LiFi屏蔽的特征已经在本文中进行了描述,并且在图5-7中进行了描绘。用于LiFi屏蔽的可着色窗户可以具有LiFi接收器或LiFi发射器,但是对于调节LiFi通信而言,这不是必需的。在一些情况下,可着色窗户总是“接通”的,并且被配置成阻挡LiFi通信信号。例如,用于私人或敏感事务的建筑物可以总是希望紧密调节无线通信,并且可以安装具有无源LiFi阻挡层的总是处于“接通”状态的可着色窗户。在其它实施例中,可着色窗户可以在“接通”与“断开”模式之间切换,以阻挡或允许LiFi通信。选择窗户的屏蔽模式可以涉及用户与墙开关或例如用于控制窗户着色状态的应用的交互。在用户选择LiFi屏蔽的情况下,窗户控制系统不需要被配置成接收LiFi通信或甚至对LiFi通信解码。在一些情况下,可着色窗户也可以阻挡RF通信。当建筑物具有例如钢结构和/或混凝土结构时,建筑物的内部与外部之间的RF通信路径可能已经被限于窗户。在此类情况下,添加无源RF屏蔽层可以显著衰减蜂窝、WiFi或其它RF通信并且阻挡其进入或退出建筑物。类似于LiFi屏蔽件,在一些情况下,RF屏蔽件可以在“接通”与“断开”模式之间切换,以阻挡或允许RF通信。虽然使用案例在本文中主要是参考LiFi通信描述的,但除非另有说明,否则意图是以下使用案例也可以适用于RF通信。例如,LiFi屏蔽件、发射器和接收器可以被RF屏蔽件、发射器和接收器替代或与其结合使用。
在一些情况下,被配置成用于LiFi屏蔽的窗户可以用于执行防火墙系统,并且选择性地调节建筑物内所允许的通信。在窗户控制系统上操作的防火墙逻辑可以确定接收到的LiFi信号是否符合防火墙逻辑的预定规则。LiFi信号可以由具有LiFi接收器的可着色窗户或与窗户网络通信的其它LiFi接收器(例如,第三方接收器)接收。防火墙逻辑的预定规则可以类似于用于调节网络流量的WiFi路由器和网络安全系统上所使用的预定规则。规则可以由建筑物管理人员或IT团队配置;为了简洁起见,在此将不进一步讨论防火墙系统中常见的各种规则。
仍参考图12,现在将描述运转中的LiFi防火墙的几个说明性实例。在第一种情况下,窗户1202被配备为用于LiFi屏蔽,并且具有面向外部环境的LiFi接收器(参见例如图10中的1002和1015)。可以由防火墙逻辑过滤由外部装置1230传输的信号,以确定传入通信是否满足预定规则。如果传入信号被防火墙逻辑视为是可接受的,则可以使用LiFi、WiFi、有线连接或其组合将传输重新传输到建筑物内的一个或多个装置(例如,1220、1222和1224)。具有面向内部环境的LiFi接收器的可着色窗户可以类似地用于调节传出LiFi数据。
在一些情况下,防火墙逻辑可以用于确定是将LiFi屏蔽设置为“接通”模式还是“断开”模式。在一些实施例中,窗户1230可以被配置成监听窗户的任一侧上的装置之间的LiFi通信(1230和1224)。如果两个装置之间的通信被确定为打破防火墙逻辑所强加的规则,则屏蔽功能可以被接通,以阻挡进一步的通信。在其它情况下,LiFi屏蔽件可以首先处于“接通”或阻断状态,并且然后在确定来自窗户的任一侧上的装置的通信符合防火墙逻辑的规则之后被断开。在一些实施例中,如当通过使LiFi屏蔽件在“接通”状态与“断开”状态之间切换而执行LiFi通信时,窗户不需要被配置成具有LiFi发射器。当在窗户的另一侧上通过RF传输或有线传输重新传输接收到的LiFi信号时,情况也是如此。
在一些应用中,窗户用于接收并发送LiFi通信两者。在此情况下,窗户必须具有至少一个发射器和至少一个接收器。在一些情况下,被配置成发送并接收LiFi通信两者的可着色窗户可以被配置为LiFi中继器,所述LiFi中继器在窗户的接收LiFi信号的一侧上或接收到的LiFi信号的另一侧上中继LiFi信号。例如,在图12中,窗户1203可以中继最初由窗户1202传输的LiFi信号,以便可以将所中继的信号递送到窗户1205。
LiFi发射器、LiFi接收器、窗户控制器的或窗户控制网络上的逻辑和电路系统可以用于产生与接收到的LiFi信号对应的电子比特流,所述电子比特流可以被使用或修改,并以生成所中继的LiFi。在一些情况下,首先由防火墙逻辑处理传入LiFi信号,以确定是否应该中继信号,并且在一些情况下,中继所有传入信号。在一些情况下,控制逻辑可以处理仅控制信号,而不是经传输的LiFi信号的有效载荷。
在一些应用中,可着色窗户的网络可以被共同用作LiFi中继器。例如,第一窗户可以被配置成接收被处理并传输到另一窗户的LiFi通信,接收到的LiFi传输在所述另一窗户中被中继。例如,参考图12,窗户1205可以接收信号,并且将信号传输到窗户1206,然后所述窗户在建筑物的不同区域中中继LiFi信号,使得可以将所述信号递送到装置1221。在此实例中,LiFi窗户可以通过光纤、有线通信或如WiFi等RF通信通信。这在例如在建筑物的一个楼层上接收信号,并且然后在同一建筑物的不同楼层上传输信号的情况下可能是有用的。在一些实施例中,在第一窗户处接收到的LiFi信号可以被加密并作为LiFi信号重新传输(在一些情况下,在多个中间窗户之间),在此之前由第二窗户对所述信号进行解密和中继。在一些情况下,可以在加密的信号到达第二窗户之前在一个或多个窗户之间接收并重新传输加密的信号。
图13a和13b展示了可以如何使用被配置成用于LiFi通信的可着色窗户来提供横跨城市区域1300的通信网络的实例。城市区域1300具有三个建筑物—1301、1302和1303—每个建筑物都被配置成具有用于发送和接收LiFi通信的可着色窗户。在此实例中,还存在建筑物1304,所述建筑物未被配置成用于LiFi通信。这两个图展示了其中建筑物1301、1302和1303的LiFi网络可以连接以创建更大的通信网络—从而允许在装置1301与装置1303之间传递数据(即使所述两个装置在不同建筑物中)的两种可能的方式。
图13a描绘了城市区域1300的平面图。建筑物1304未被配置成用于LiFi通信,并且阻挡了将以另外作为建筑物1301与建筑物1303之间的视线通信路径。由于建筑物1304产生的障碍,一种可能的通信路径将是路由数据通过建筑物1302,所述建筑物具有建筑物1301和建筑物1303的视线视图。在所描绘的实例中,通过内部LiFi网络将来自装置1310的数据首先传输到建筑物1301的边缘(例如,外部窗户)。与外部窗户通信的面向外部的LiFi发射器用于将LiFi信号播送到定位在建筑物1302上的面向外部的LiFi接收器。建筑物1302的LiFi网络然后通过将信号播送到建筑物1303来中继信号,在所述建筑物中,可以将信号递送到装置1312。通常,在一定程度上聚焦较长距离上的LiFi传输(如建筑物之间),以保持信号强度,但是这并不总是必要的。
图13b描绘了建筑物1301、1304和1303的立面图。在所描绘的情况下,在建筑物1301与1303之间在两个建筑物的第四楼层上有直接视线。为了将数据从装置1310传输到位于第四楼层上的外部LiFi发射器,需要存在在楼层之间横越的通信路径以及在一个或多个楼层内水平延伸的路径。虽然对于不同楼层的窗户而言可能的是处于彼此的视线内(因此允许LiFi通信),但通常情况并非如此。因为这,楼层之间(例如,单独楼层上的可着色窗户之间)的通信通常是在电导线、光纤或WiFi上。在一些情况下,楼层内的传输路径的至少一部分可以使用这些通信手段之一。一旦来自装置1310的数据到达外部RF发射器,数据就通过LiFi播送到建筑物1303,并且递送到装置13012。在一些情况下,建筑物可以具有专用LiFi发射器和/或接收器,以允许其之间进行通信。在一些情况下,LiFi发射器可以在建筑物之间生成LiFi激光束。在一些情况下,与使用与可着色窗户相关联的RF发射器或接收器相反,RF发射器或接收器可以定位在建筑物的屋顶。在一些情况下,RF发射器和/或接收器可以并入到屋顶传感器中,所述屋顶传感器还向窗户控制网络提供照明数据。屋顶传感器在题为“多传感器”的并且于2016年10月6日提交的的美国专利申请第15/287,646号中进行了进一步描述,其通过引用以其整体在此并入。
在一些情况下,在建筑物(例如,建筑物1301、1302和1303)之间延伸的网络可以是私人网络,并且在一些情况下,网络可以是公共网络。在一些情况下,网络可以提供一些隐私(例如,每个建筑物内的隐私),同时仍向横跨多个建筑物的更大网络提供公共通信服务。与建筑物中的窗户控制系统相关联的防火墙逻辑可以具有不同的规则,所述规则根据数据的目标目的地而应用于传入数据流。例如,一旦确定了应该将信号中继到建筑物1303,与图13a的实例中的建筑物1302相关联的防火墙逻辑可以不对源自装置1310的数据进行任何处理。在一些情况下,建筑物控制系统可以针对不同用途而划分其可用LiFi带宽。例如,第一分区可以专用于窗户控制系统的操作,而第二分区可以被设置为用于连接到建筑物安全LiFi网络的装置。在一些情况下,另一分区可以被分配成用于仅穿过建筑物的LiFi网络的通信(如图13a中所描绘的通信)。在一些情况下,横跨多个建筑物的LiFi网络可以提供在城市区域访问互联网的改进的方式。
基于已经在例如图12中描述和描绘的所展示的实例,可以理解如何可以使用LiFi通信作为网络主干的一部分。在一些情况下,LiFi不用作将装置连接到互联网的“最后一英里”连接,但是可以用作通信网络中的大通信静脉(例如,参见图12中的LiFi通信路径1244)。与WiFi和其它形式的无线通信一样,可以发送LiFi信号或包,以确认已经接收到信息或请求中继传输(例如,如果LiFi传输被暂时阻挡)。LiFi信号还可以传输可以确定如何通过窗户控制网络路由LiFi信号的各种路由和信息。
在一些情况下,被配置成用于LiFi通信的窗户控制系统可以是自网格化或自修复通信网络,其中当窗户首次安装并接通时,可着色窗户控制器基于所感测到的和/或所编程的输入来彼此识别。网格化可以通过发生在可着色窗户和/或控制器之间的LiFi和/或WiFi通信的组合来执行。控制器中的一个或多个控制器,例如主控制器,可以基于自网格化网络和由所感测到的和所编程的输入提供的信息来开发窗户图谱。换句话说,系统可以通过创建每个窗户相对于其它窗户并且任选地相对于全球定位(例如,GPS位置)的位置的模型来“自虚拟化”。以此方式,简化了窗户的安装和控制,因为窗户本身在弄清其定位在哪里以及其如何定向方面做了许多工作。几乎不需要或不需要对每个单独窗户的位置和定向进行单独编程。
可以使用无线网格网络将窗户中的每个窗户彼此连接。无线网格网络可以包含以网格拓扑组织的无线电节点或客户端(例如,窗户/局部窗户控制器)。例如,除了网格客户端之外,网格网络还可以包含网格路由器和网关。网格路由器转发往来于网关的流量。在一些实施例中,网关与互联网连接。无线电节点彼此协作以创建无线电网络,所述无线电网络覆盖了可以被称为网格云的物理区域。网格云不同于在讨论远程数据存储和处理时通常提到的“云”,但是在一些实施例中两者都可以使用。例如,由网格云中的装置生成的数据可以存储在云中和/或在云中进行处理(即,在互联网上远程地进行)。
无线网格架构在提供特定覆盖区域(网格云)上的动态网络方面是有效的。例如,与传统WLAN接入点相比,此架构是使用不必用电缆连接到有线端口的对等无线电或LiFi装置(节点/客户端)构建的。无线网格架构能够通过将长距离分割成一系列较短距离来保持信号强度。例如,可以存在定位在建筑物的地下室中的单个网络控制器,和定位在建筑物的楼层1-5上的十个局部控制器。常规网络架构将需要网络控制器能够与十个局部控制器中的每个局部控制器直接通信。在一些情况下,对于网络控制器来说,可能难以与局部控制器,尤其是定位在离楼层5最远的控制器通信。在使用网格网络的情况下,局部可着色窗户中的每个局部可着色窗户都充当中间节点。中间节点如所期望的增强和路由信号。换句话说,中间节点基于其对网络的了解来协作地做出信号转发决定。可以在每个装置中实施动态路由算法,以允许此类路由发生。以此方式,信号仅需要在小得多的距离上(例如,从地下室到楼层1、从楼层1到楼层2等)传输。这意味着信号发射器的功率可以更小,并且成本可以更低。网格网络可以是中心化的或去中心化的(即,其可以包含控制局部窗户控制器的特定网络控制器,或者网络可以仅由局部窗户控制器制成)。可着色窗户的网格化网络在于2017年3月3日提交的并且题为“调试电致变色窗户的方法”的国际专利申请第PCT/US17/20805号中进行了进一步描述,所述专利申请先前通过引用并入。
在一些实施例中,使用用于LiFi传输的光源来传输数据并递送电力。例如,出于如为手机充电的目的,可以使用光来提供用于转变窗户的电力和/或为房间中的装置提供电力。在一些实例中,在窗户控制网络上的通信发生在其中使用光为可着色窗户递送电力的光缆上。当通信通过光纤发生时,通信可以遵守如本文中所参考的LiFi协议,但是这不是必需的。光子电力和通信网络的实例在题为“光子供电的EC装置”并且于2015年2月20日提交的美国专利申请第14/423,085号中进行了进一步描述,所述申请通过引用以其整体在此并入。
虽然已经参考建筑物中的通信网络描述了用于LiFi通信的可着色窗户,但是当可着色窗户用于代替常规窗户时,可以使得将类似通信系统用于汽车、火车、飞机和其它车辆。在一些情况下,被配备成用于LiFi通信的窗户可以提供优于可能更容易被中断或截获的其它形式的通信的独特优势。例如,在晴天,LiFi对于允许更安全的通信方式的战场应用可能特别有用。
以上一些实施例已经描述了控制可着色窗户的着色以阻挡由通信装置生成的信号的波长。本发明还设想了使用可着色窗户来阻挡由其它类型的装置生成的信号的波长。已知可以用呈激光束形式的指向窗户玻璃的窗格的一个侧的信号的反射来监视窗格的另一侧上的声音信号,因为玻璃的窗格的一个侧上的声音会引起玻璃的振动,这会引起对所反射的信号施加调制,所述所反射的信号随后可以进行解调以获得声音的表示。还已知的是,在使用具有两个或更多个玻璃窗格的窗户的情况下,面向内部的窗格比面向外部的窗格将受到更多由声音引起的振动。当激光束指向此多窗格窗户时,施加在所反射的信号上的调制中的大部分调制(如果不是全部的话)因此将是由面向内部的窗格的振动引起的。因此,当使用激光束来监视具有多玻璃窗格窗户的建筑物内侧的通信时,检测来自最内部的玻璃窗格的激光束的反射是优选的。
还已知的是,当监视用激光束以上述方式执行时,激光束可以包含对人类不可见的波长,例如红外波长。鉴于在上文中已经将可着色电致变色层的用途描述为能够用于阻挡红外波长,本发明还设想了设置在窗户的窗格上的可着色电致变色层也可以用于基本上降低或完全消除使用指向窗户的红外信号来监视窗户的另一侧上的声音的能力。因此,在一个实施例中,在多窗格窗户的至少一个面向外部的窗格上设置至少一个可着色电致变色层的情况下,所述一个或多个层基本上衰减红外信号或完全阻挡红外信号穿过所述一个或多个层,并且基本上或完全阻止反射离开面向内部的窗格的信号能够被检测到。在一个实施例中,标识出所述信号中的一些信号最初可能没有被完全阻挡,但是在面向内部的窗格的反射之后,信号的反射可以被一个或多个面向外部的窗格基本上或完全阻挡。在一个实施例中,信号包括红外信号。在一个实施例中,信号体现为呈从建筑物的外部指向建筑物的窗户的信号的形式。在一个实施例中,信号包括激光束。在一个实施例中,激光束包括红外激光束。在一个实施例中,响应于对定位在建筑物外侧的人工光的检测,启动对建筑物的面向外部的窗户窗格的面向内部的侧上的电致变色层的着色的控制。在一个实施例中,响应于对定位在建筑物外侧的激光的检测,启动对建筑物的面向外部的窗户窗格的面向内部的侧上的电致变色层的着色的控制。在一个实施例中,响应于对定位在建筑物外侧的红外光的检测,启动对建筑物的面向外部的窗户窗格的面向内部的侧上的电致变色层的着色的控制。在一个实施例中,人工光、激光或红外光的检测由光传感器启动,所述光传感器功能性地耦接到一个或多个窗户控制器,所述一个或多个窗户控制器用于响应对人工光、激光或红外光的检测来实现窗户的着色。
结论
尽管出于清楚理解的目的已经在一些细节上描述了前述实施例,但是显而易见,可以在所附权利要求的范围内实践某些更改和修改。应该注意,存在许多实施本实施例的过程、系统和设备的替代性方式。因此,本实施例被视为是说明性的而非限制性的,并且实施例并不限于本文给出的细节。

Claims (63)

1.一种可着色窗户,所述可着色窗户包括:
至少一个薄片,所述至少一个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;
电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;
一个或多个控制器,所述一个或多个控制器包括用于以下的逻辑:(a)控制所述电致变色装置涂层的着色状态;以及(b)处理在所述可着色窗户处接收到的光保真(LiFi)信号;以及
接收器,所述接收器被配置成接收无线数据并将所述无线数据提供给所述控制器,其中所述无线数据是通过红外、可见和/或紫外LiFi信号传输的。
2.根据权利要求1所述的可着色窗户,其中所述接收器被进一步配置成接收通过射频(RF)信号传输的无线数据。
3.根据权利要求1或2所述的可着色窗户,其进一步包括屏蔽层,所述屏蔽层在所述至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
4.根据权利要求3所述的可着色窗户,其中所述屏蔽层能够在第一状态与第二状态之间进行调节,所述第一状态被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输,所述第二状态允许RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
5.根据权利要求4所述的可着色窗户,其中所述控制器进一步包括防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成过滤接收到的无线数据,并且基于经过滤的无线数据来确定应将所述屏蔽层调节到所述第一状态还是所述第二状态。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的可着色窗户,其进一步包括发射器,所述发射器被配置成通过红外、可见或紫外LiFi信号传输无线数据,其中所述发射器由所述控制器控制。
7.根据权利要求6所述的可着色窗户,其中所述发射器被进一步配置成通过射频(RF)信号传输无线数据。
8.根据权利要求7所述的可着色窗户,其进一步包括屏蔽层,所述屏蔽层在所述至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
9.根据权利要求8所述的可着色窗户,其中所述屏蔽层能够在第一状态与第二状态之间进行调节,所述第一状态被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输,所述第二状态允许RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
10.根据权利要求9所述的可着色窗户,其中所述控制器进一步包括防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成过滤接收到的无线数据,并且基于经过滤的无线数据来确定应将所述屏蔽层调节到所述第一状态还是所述第二状态。
11.根据权利要求6到10中任一项所述的可着色窗户,其中所述控制器被配置成通过所述发射器传输无线数据,其中经传输的数据包括所述接收器所接收的无线数据。
12.根据权利要求6到11中任一项所述的可着色窗户,其中所述接收器被配置成从所述第一环境接收无线数据,并且所述发射器被配置成向所述第一环境传输无线数据。
13.根据权利要求6到12中任一项所述的可着色窗户,其中所述接收器被配置成从所述第一环境接收无线数据,并且所述发射器被配置成向所述第二环境传输无线数据。
14.根据权利要求6到13中任一项所述的可着色窗户,其中所述发射器包括在所述至少一个薄片上的透明显示器。
15.根据权利要求6到14中任一项所述的可着色窗户,其中所述控制器被配置成至少部分地基于接收到的无线数据来调节所述电致变色装置涂层的所述着色状态。
16.根据权利要求15所述的可着色窗户,其中所述透明显示器包括有机发光二极管显示器。
17.一种可着色窗户,所述可着色窗户包括:
至少一个薄片,所述至少一个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;
电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;
发射器,所述发射器被配置成通过红外、可见或紫外光保真LiFi信号传输无线数据;以及
一个或多个控制器,所述一个或多个控制器包括用于以下的逻辑:(a)控制所述电致变色装置涂层的着色状态,以及(b)控制由所述发射器传输的所述无线数据。
18.一种可着色窗户,所述可着色窗户包括:
至少一个薄片,所述至少一个薄片具有面向第一环境的第一表面和面向第二环境的第二表面;
电致变色装置涂层,所述电致变色装置涂层安置在所述至少一个薄片的所述第一表面或所述第二表面上;
一个或多个控制器,所述一个或多个控制器包括用于控制所述电致变色装置涂层的着色状态的逻辑;以及
屏蔽层,所述屏蔽层在所述至少一个薄片上位于所述第一表面与所述第二表面之间,其中所述屏蔽层被配置成衰减RF和/或LiFi信号或阻挡RF和/或LiFi信号在所述第一表面与所述第二表面之间传输。
19.一种建筑物,其包括:
多个可着色窗户,其中每个窗户具有电致变色装置涂层;
多个控制器,所述多个控制器被配置成控制所述多个可着色窗户上的所述电致变色装置涂层;以及
网络,所述网络连接所述多个控制器,所述网络包括:
多个接收器,所述多个接收器被配置成接收通过红外、可见或紫外光保真(LiFi)信号传输的无线数据;以及
多个发射器,所述多个发射器被配置成通过红外、可见或紫外LiFi信号传输无线数据。
20.根据权利要求19所述的建筑物,其中所述多个可着色窗户中的至少一个可着色窗户具有屏蔽层,所述屏蔽层被配置成阻挡射频(RF)和/或LiFi信号穿过所述至少一个可着色窗户或衰减RF和/或LiFi信号。
21.根据权利要求19或20所述的建筑物,其中连接所述多个控制器的所述网络为网格网络。
22.根据权利要求19到21中任一项所述的建筑物,其中所述多个控制器被配置成通过在所述网络上提供的LiFi信号接收用于控制所述多个可着色窗户的指令。
23.根据权利要求19到22中任一项所述的建筑物,其中连接所述多个控制器的所述网络进一步包括用于接收射频(RF)信号的接收器。
24.根据权利要求19到23中任一项所述的建筑物,其中连接所述多个控制器的所述网络进一步包括用于传输射频(RF)信号的发射器。
25.根据权利要求19到24中任一项所述的建筑物,其中所述网络被进一步配置成通过所述多个接收器和发射器从建筑物内或附近的移动装置发送和/或接收数据。
26.根据权利要求19到25中任一项所述的建筑物,其中所述网络连接到互联网。
27.根据权利要求19到26中任一项所述的建筑物,其中所述网络被配置成通过面向第二建筑物的一个或多个LiFi发射器和面向所述第二建筑物的一个或多个LiFi接收器与定位在所述第二建筑物中的第二网格网络通信。
28.根据权利要求19到27中任一项所述的建筑物,其中所述网络进一步包括防火墙逻辑,所述防火墙逻辑被配置成调节通过LiFi信号传输的数据。
29.根据权利要求20所述的建筑物,其中所述至少一个可着色窗户上的所述屏蔽层能够在阻挡或衰减RF和/或LiFi信号的状态与允许RF和/或LiFi信号穿过所述至少一个可着色窗户的状态之间进行调节。
30.根据权利要求20所述的建筑物,其中具有屏蔽层的所述至少一个可着色窗户被配置成防止RF和/或LiFi信号离开和/或进入所述建筑物。
31.一种用于控制建筑物的内部与外部之间的电致变色窗户的控制器,其中所述控制器被配置成:
接收红外、可见或紫外无线光保真信号,所述红外、可见或紫外无线光保真信号包括用于控制至少一个电致变色窗户的光学状态的指令;并且
基于接收到的红外、可见或紫外无线光保真信号中的所述指令,控制一个或多个电致变色窗户的所述光学状态。
32.根据权利要求31所述的控制器,其中所述控制器被进一步配置成传输红外、可见或紫外无线光保真信号。
33.根据权利要求32所述的控制器,其中所述控制器包括二极管激光器,所述二极管激光器被配置成传输所述红外、可见或紫外无线光保真信号。
34.根据权利要求31到33中任一项所述的控制器,其中所述控制器被配置成传输具有所述至少一个电致变色窗户的状态信息的红外、可见或紫外无线光保真信号。
35.根据权利要求34所述的控制器,其中所述状态信息包括所述至少一个电致变色窗户的效率数据或循环数据。
36.根据权利要求31到35中任一项所述的控制器,其中所述控制器被配置成将红外、可见或紫外无线光保真信号传输到窗户控制器和/或建筑物管理系统(BMS)。
37.根据权利要求31到36中任一项所述的控制器,其中所述控制器被配置成通过光缆接收红外、可见或紫外无线光保真信号。
38.根据权利要求31到37中任一项所述的控制器,其中所述控制器被配置成接收通过自由空间传输的红外、可见或紫外无线光保真信号。
39.根据权利要求31到38中任一项所述的控制器,其中所述控制器是包括微控制器的窗户控制器,所述微控制器被配置成通过光保真信号发送信息。
40.一种用于在网络上控制光学可切换窗户的系统,其中所述光学可切换窗户中的每个光学可切换窗户都位于建筑物的内部与外部之间,所述系统包括:
第一控制器,所述第一控制器被配置成传输光保真信号,所述光保真信号包括用于控制至少一个光学可切换窗户的光学状态的指令;以及
第二控制器,所述第二控制器被配置成接收经传输的光保真信号并且基于经传输的指令来控制所述至少一个光学可切换窗户的所述光学状态。
41.根据权利要求40所述的系统,其中所述光保真信号包括可见光。
42.根据权利要求40或41所述的系统,其中所述光保真信号包括红外或近紫外光。
43.根据权利要求40到42中任一项所述的系统,其中所述第一控制器包括用于传输所述光保真信号的发光二极管(LED)。
44.根据权利要求43所述的系统,其中所述LED能够由用户控制以在所述建筑物中提供可见照明。
45.根据权利要求43所述的系统,其中所述LED包括钙钛矿材料。
46.根据权利要求43所述的系统,其中所述LED包括溴化铯铅。
47.根据权利要求40或41所述的系统,其中所述第二控制器具有被配置成接收所述经传输的光保真信号的光电检测器。
48.根据权利要求40到47中任一项所述的系统,其中所述第二控制器被进一步配置成传输包括所述至少一个电致变色窗户的状态信息的另外的光保真信号,并且其中所述第一控制器被进一步配置成接收由所述第二控制器传输的所述另外的光保真信号。
49.根据权利要求48所述的系统,其中所述状态信息要包括所述至少一个光学可切换窗户的效率数据或循环数据。
50.根据权利要求48或49所述的系统,其中所述第二控制器被配置成将所述另外的光保真信号传输到建筑物管理系统(BMS)。
51.一种限定内部和外部的系统,所述系统包括;
多个可着色窗户,所述多个可着色窗户安置在所述内部与所述外部之间,其中每个窗户包括面向内部的窗格和至少一个面向外部的窗格,并且其中所述窗格中的至少一个窗格具有安置在其上的电致变色装置涂层;以及
至少一个控制器,所述至少一个控制器被配置成控制所述多个可着色窗户中的至少一个可着色窗户上的所述电致变色装置涂层的着色,以便选择性地形成屏蔽层,所述屏蔽层被配置成衰减红外或可见光或阻挡红外或可见光穿过所述多个可着色窗户中的所述至少一个可着色窗户的所述窗格中的至少一个窗格,其中所述红外或可见光来自人工源。
52.根据权利要求51所述的系统,其进一步包括至少一个检测器,所述至少一个检测器功能性地耦接到所述至少一个控制器,其中
所述控制器被配置成响应于所述至少一个检测器对人工光的检测来控制所述多个可着色窗户中的至少一个可着色窗户的所述着色。
53.根据权利要求51或52所述的系统,其中所述涂层安置在所述窗户的所述至少一个面向外部的窗格上。
54.根据权利要求51到53中任一项所述的系统,其中所述涂层安置在所述至少一个面向外部的窗格的面向内部的侧上。
55.根据权利要求51到54中任一项所述的系统,其中所述光由LiFi装置生成。
56.根据权利要求51到55中任一项所述的系统,其中所述光由激光器生成。
57.一种控制光通过可着色窗户的传递的方法,所述方法包括:
用控制器控制所述可着色窗户的着色,以阻挡可见或红外光穿过所述可着色窗户的至少一个窗格传输,其中所述红外或可见光来自人工源。
58.根据权利要求57所述的方法,其中所述窗户包括安置在所述窗户的至少一个窗格上的电致变色涂层。
59.根据权利要求58所述的方法,其中所述窗户是建筑物的一部分,并且其中所述电致变色涂层安置在所述窗户的面向外部的窗格上。
60.根据权利要求59所述的方法,其中所述电致变色涂层安置在所述面向外部的窗格的面向内部的侧上。
61.根据权利要求57到60中任一项所述的方法,其中所述光由LiFi装置生成。
62.根据权利要求57到61中任一项所述的方法,其中所述光由激光器生成。
63.根据权利要求57到62中任一项所述的方法,其进一步包括以下步骤:用检测器检测所述光的存在,并且响应于所述检测器对所述人工光的检测,用所述控制器控制所述窗户的所述着色。
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