CN112859470A - 基于电致变色的调光玻璃、控制系统、控制方法及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于电致变色的调光玻璃、控制系统、控制方法及汽车，涉及调光玻璃技术领域。调光玻璃包括：依次层叠设置的第一玻璃基板、第一调光板、第二玻璃基板、第二调光板及第三玻璃基板；第一调光板包括依次层叠设置的第一透明导电层、第一电致变色层、第一电解质层、第一离子存贮层及第二透明导电层；第二调光板包括依次层叠设置的第三透明导电层、第二离子存贮层、第二电解质层、第二电致变色层及第四透明导电层；第一透明导电层及第四透明导电层均包括多个透明电极。本发明通过层叠设置的包括多个透明电极的第一调光板及第二调光板对其对应的致电变色层施加电场使得致电变色层被施加电场的对应区域变色以实现对特定角度入射光的过滤。

Description

基于电致变色的调光玻璃、控制系统、控制方法及汽车
技术领域
本发明涉及调光玻璃技术领域，具体地涉及一种基于电致变色的调光玻璃、一种基于电致变色的调光玻璃控制系统、一种基于电致变色的调光玻璃控制方法及一种汽车。
背景技术
现有的车窗玻璃遮阳主要依靠由织物遮阳帘为主要部件构成的遮阳帘，通常集成在后车窗内侧；或者采用由电致变色玻璃为主要功能部件构成的窗玻璃，目前已应用在部分客机上，而不再需要遮光板；以及贴膜。
但是以上方法存在以下缺陷：织物遮阳帘需要配合卷收器和挂钩，因而占据空间较大，遮阳的同时影响乘员视野，无法选择性遮挡特定方向的光线；现有电致变色玻璃，遮阳的同时影响乘员视野，也无法选择性遮挡特定方向的光线，阳光照不进来的同时乘员也看不到外界；贴膜同样存在遮阳的同时影响乘员视野，无法选择性遮挡特定方向的光线的问题。
发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种基于电致变色的调光玻璃、控制系统、控制方法及汽车，以解决现有方法无法选择性遮挡特定方向的入射光的问题。
为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃，包括：
依次层叠设置的第一玻璃基板、第一调光板、第二玻璃基板、第二调光板及第三玻璃基板；
所述第一调光板包括依次层叠设置的第一透明导电层、第一电致变色层、第一电解质层、第一离子存贮层及第二透明导电层；
所述第二调光板包括依次层叠设置的第三透明导电层、第二离子存贮层、第二电解质层、第二电致变色层及第四透明导电层；
所述第一透明导电层及所述第四透明导电层均包括多个透明电极。
可选地，所述第一透明导电层的透明电极与所述第四透明导电层的透明电极一一对应。
可选地，所述透明电极为条形电极，任意相邻的透明电极之间绝缘。
可选地，所有透明电极均沿水平方向设置，且沿着所述第一透明导电层或第四透明导电层在水平方向上的轴线延伸。
可选地，所述透明电极包含导电银丝。
可选地，所述第一电致变色层及所述第二电致变色层为三氧化钼层、三氧化钨层、五氧化铌层或二氧化钛层。
可选地，所述第一透明导电层、所述第二透明导电层、所述第三透明导电层和所述第四透明导电层为氧化铟锡层或掺氟氧化锡层。
在本发明的第二方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃控制系统，包括：
上述的基于电致变色的调光玻璃；
光照角度传感器，用于采集入射光的照射角度；
电源模块，用于为每个透明电极供电；以及
控制器，用于根据入射光的照射角度确定待导通的透明电极，以及控制电源模块为待导通的透明电极供电以在第一透明导电层的待导通的透明电极与第二透明导电层之间施加电场，和/或在第四透明导电层的待导通的透明电极与第三透明导电层之间施加电场。
在本发明的第三方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃控制方法，应用上述的基于电致变色的调光玻璃控制系统，包括：
获取入射光的照射角度；
依据预确定的关系表格及所述入射光的照射角度确定待导通的透明电极，所述关系表格至少包括入射光的不同照射角度与对应的待导通的透明电极之间的对应关系；
控制所述电源模块为待导通的透明电极供电以在第一透明导电层的待导通的透明电极与第二透明导电层之间施加电场，和/或在第四透明导电层的待导通的透明电极与第三透明导电层之间施加电场。
在本发明的第四方面，提供一种汽车，包括上述的基于电致变色的调光玻璃控制系统。
本发明上述技术方案通过层叠设置的包括多个透明电极的第一调光板及第二调光板对其对应的致电变色层施加电场从而使得致电变色层被施加电场的对应区域变色以实现对入射光的过滤，通过分别对每个透明电极进行导通或断开的控制，进而能可选的控制致电变色层的对应区域的颜色变化以控制对特定角度入射光的过滤。
本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
图1是本发明优选实施方式提供的一种基于电致变色的调光玻璃的结构示意图；
图2是本发明优选实施方式提供的第一调光板的结构示意图；
图3是本发明优选实施方式提供的基于电致变色的调光玻璃在主视方向上的剖面图；
图4是本发明优选实施方式提供的不同高度角的入射光的过滤控制示意图；
图5是本发明优选实施方式提供的电极排列示意图；
图6是本发明优选实施方式提供的电极控制计算示意图。
附图标记说明
100-第一玻璃基板，200-第二玻璃基板，300-第三玻璃基板，400-第一调光板，500-第二调光板500，410-第一透明导电层，420-第一电致变色层，430-第一电解质层，440-第一离子存贮层，450-第二透明导电层，510-第三透明导电层，520-第二离子存贮层，530-第二电解质层，540-第二电致变色层，550-第四透明导电层，600-透明电极，700-导电银丝。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1、图2及图3所示，分别为本实施方式提供的基于电致变色的调光玻璃在主视方向上的剖面图及第一调光板400在主视方向上的剖面图。在本实施方式的第一方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃，包括：
依次层叠设置的第一玻璃基板100、第一调光板400、第二玻璃基板200、第二调光板500及第三玻璃基板300；第一调光板400包括依次层叠设置的第一透明导电层410、第一电致变色层420、第一电解质层430、第一离子存贮层440及第二透明导电层450；第二调光板500包括依次层叠设置的第三透明导电层510、第二离子存贮层520、第二电解质层530、第二电致变色层540及第四透明导电层550；第一透明导电层410及第四透明导电层550均包括多个透明电极600。
如此，本实施方式通过层叠设置的包括多个透明电极600的第一调光板400及第二调光板500对其对应的致电变色层施加电场从而使得致电变色层被施加电场的对应区域变色以实现对入射光的过滤，通过分别对每个透明电极600进行导通或断开的控制，进而能可选的控制致电变色层的对应区域的颜色变化以控制对特定角度入射光的过滤。
现有的家用玻璃的遮阳方式主要通过窗帘等实现，而现有的汽车车窗玻璃遮阳方式则主要通过织物遮阳帘实现，将织物遮阳帘、卷收器、挂钩等集成在后门内侧，手动拉出遮阳帘挂在挂钩上或从挂钩上手动取下遮阳帘由卷收器卷收。其次，通过将各种膜片贴在玻璃上阻挡部分阳光或红外辐射也是常见遮阳方式，如可以在车窗玻璃上贴蜂窝状膜或红外线反射膜或可见光半透膜。另外，现有部分车辆采用电致变色玻璃实现遮阳，通常将普通电致变色玻璃集成在车后门内，通过自动或手动开启和关闭变色控制电源，改变玻璃透光率实现遮阳功能；但是现有的以上方法均不能可选的遮挡特定方向的光线，因此在遮阳的同时，往往还会对乘员或驾驶员的视野造成影响。
以本实施方式的电控调光玻璃应用于汽车的车窗玻璃为例，本实施方式的车窗玻璃由沿着从车辆内到车辆外的方向上依次层叠设置的第一玻璃基板100、第一调光板400、第二玻璃基板200、第二调光板500及第三玻璃基板300构成，其中，第一调光板400由沿着从车辆内到车辆外的方向上依次层叠设置的第一透明导电层410、第一电致变色层420、第一电解质层430、第一离子存贮层440及第二透明导电层450构成；第二调光板500由沿着从车辆内到车辆外的方向上依次层叠设置的第三透明导电层510、第二离子存贮层520、第二电解质层530、第二电致变色层540及第四透明导电层550构成。其中，第一透明导电层410可以通过真空溅镀或丝网印刷等方式成膜附着在第一玻璃基板100上，第一电致变色层420可以通过真空溅镀或丝网印刷等方式成膜附着在第一透明导电层410上，第一电解质层430可以通过真空溅镀或丝网印刷等方式成膜附着在第一电致变色层420上，第一离子存贮层440可以通过真空溅镀或丝网印刷等方式成膜附着在第一电解质层430上，第二透明导电层450可以通过真空溅镀或丝网印刷等方式成膜附着在第一离子存贮层440上；可以理解的，第二调光板500可采用同样方式制成。第一电致变色层420及第二电致变色层540由可见光透过率高的电致变色材料制成，例如三氧化钼层、三氧化钨层、五氧化铌层或二氧化钛层，本实施方式中，第一电致变色层420及第二电致变色层540为三氧化钨薄膜，即WO3薄膜。第一透明导电层410、第二透明导电层450、第三透明导电层510和第四透明导电层550可以为氧化铟锡层或掺氟氧化锡层，本实施方式的第一透明导电层410、第二透明导电层450、第三透明导电层510和第四透明导电层550均采用氧化铟锡薄膜，即ITO薄膜。第一电解质层430及第二电解质层530均为固态电解质层，采用可见光透过率高、离子迁移率高、电子迁移率低的薄膜材料制成，本实施方式中，第一电解质层430及第二电解质层530由LiO2通过真空溅镀或丝网印刷等方式制成。
预先将第一透明导电层410及第四透明导电层550的ITO薄膜通过蚀刻的方式将第一透明导电层410及第四透明导电层550蚀刻为多个独立且相互绝缘的ITO电极，例如，沿着车窗玻璃的受光面的水平方向将第一透明导电层410及第四透明导电层550从下往上划分为多个条形电极，所有条形电极均沿车窗玻璃的受光面的水平方向设置且沿着透明电极600第一透明导电层410或透明电极600第二透明导电层450在水平方向上的轴线延伸，使得多个条形电极在车窗玻璃的受光面呈百叶窗结构排布，其中，第一透明导电层410的条形电极与第四透明导电层550的条形电极一一对应。为了进一步减小ITO电极的电阻，本实施方式中的每一ITO电极上还印刷有导电银丝700。本实施方式中，第一调光板400的第一透明导电层410上的每个ITO电极分别与电源负极连接，第二透明导电层450与电源正极连接；第二调光板500的第四透明导电层550上的每个ITO电极也分别与电源负极连接，第三透明导电层510与电源正极连接；这样，第一透明导电层410与第二透明导电层450上的各ITO电极均可以独立构成回路，对于每一ITO电极的回路可以通过开关电路实现，例如，通过开关电路将每一ITO电极与电源连接以独立的构成回路，也可以将各ITO电极按需求划分为组，通过开关电路将不同组的ITO电极分别构成不同回路，以实现对同一组的ITO电极进行同步控制。ITO电极构成回路后，控制器可以根据需要控制开关电路的通断以实现对对应ITO电极的控制，本实施方式中，控制器为ECU，其中，开关电路可以采用现有技术实现，此处不再赘述。
如图2及图3所示，图中黑色区域为ITO电极导通后对应的电致变色层的变色区域。以第一调光板400为例，当控制器控制开关电路使得某一ITO电极或某几个ITO电极导通后，存贮在第一电解质层430上的锂离子在电场的作用下经第一电解质层430注入到WO3薄膜的晶格空隙中，形成LiWO3-x，导致W6+被还原为低价的W5+，电子从W6+到W5+的带间跃迁吸收光子而引起变色。由于当ITO电极导通后，通电区域沿ITO电极在水平方向上的电流最强，而沿着垂直方向减弱，因此，被导通的ITO电极对应的电致变色层的区域颜色较深从而阻隔入射光，而未被导通的ITO电极对应的电致变色层的区域颜色较浅或不变，不对入射光进行阻隔。这样，通过控制第一调光板400及第二调光板500上不同的ITO电极的导通或断开，即可实现对不同高度角的入射光的过滤。
如图4及图5所示，若对每一ITO电极的回路进行单独控制，则会导致控制、布线复杂，同时不便于维护、检修，因此，本实施方式中，根据入射光的不同高度角，将各ITO电极划分为不同的组，并构成多个回路组合，以满足对不同高度角的入射光的过滤需求，例如，如图4所示为本实施方式提供的十七种不同高度角的入射光的过滤控制示意图，本实施方式通过将各ITO电极分组构成A、B、C、D、E五个供电回路，即可满足不同高度角的入射光的过滤需求，其中，每一供电回路对应一种ITO电极的控制方式的组合，从而实现对不同高度角的入射光的过滤，可以理解的，供电回路可以根据实际情况设置，例如可以将ITO电极构成更多或更少的供电回路，以满足实际需要。具体的，以第一透明导电层410及第四透明导电层550在沿车窗玻璃的高度方向上由低到高依次设置有36个条形ITO电极为例，如图5所示，图5为图4中圆圈部分即A供电回路的局部放大图，每一ITO电极由低到高分别为ITO电极1～ITO电极36。
其中，第一透明导电层410的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36与A总线连接，第四透明导电层550的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36也与A总线连接，从而构成A供电回路。可以理解的，上述ITO电极通过A总线与电源负极连接。
在此基础上，第一透明导电层410的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36与B总线连接，第四透明导电层550的ITO电极1、ITO电极5～ITO电极7、ITO电极11～ITO电极13、ITO电极17～ITO电极19、ITO电极23～ITO电极25、ITO电极29～ITO电极31以及ITO电极35～ITO电极36也与B总线连接，从而构成B供电回路。
第一透明导电层410的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36与C总线连接，第四透明导电层550的ITO电极1～ITO电极2、ITO电极6～ITO电极8、ITO电极12～ITO电极14、ITO电极18～ITO电极20、ITO电极24～ITO电极26、ITO电极30～ITO电极32以及ITO电极36也与C总线连接，从而构成C供电回路。
第一透明导电层410的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36与D总线连接，第四透明导电层550的ITO电极2～ITO电极4、ITO电极8～ITO电极10、ITO电极14～ITO电极16、ITO电极20～ITO电极22、ITO电极26～ITO电极28以及ITO电极32～ITO电极34也与D总线连接，从而构成D供电回路。
第一透明导电层410的ITO电极4～ITO电极6、ITO电极10～ITO电极12、ITO电极16～ITO电极18、ITO电极22～ITO电极24、ITO电极28～ITO电极30以及ITO电极34～ITO电极36与E总线连接，第四透明导电层550的ITO电极3～ITO电极5、ITO电极9～ITO电极11、ITO电极15～ITO电极17、ITO电极21～ITO电极23、ITO电极27～ITO电极29以及ITO电极33～ITO电极35也与E总线连接，从而构成E供电回路。
在第一透明导电层410的ITO电极的控制方式不变的情况下，第四透明导电层550的ITO电极按照预设的控制方式顺序，即控制A总线导通、B总线导通、C总线导通、D总线导通或E总线导通，在每一种控制方式下，使得第四透明导电层550的待导通的ITO电极依次向上移动一个位置或n个位置，以使得第四透明导电层550的ITO电极的控制方式形成循环。例如，在本实施方式中，在E供电回路的基础上，将第四透明导电层550的待导通ITO电极向上移动一个位置后，其控制方式与供电回路A的控制方式一致，依次类推，将所有ITO电极按照上述方法与总线A～E连接，进而能通过仅控制总线A～E的通断即可实现对不同高度角的入射光的过滤。从而实现在入射光的高度角已知的情况下，通过控制总线A～E的通断即可控制车窗玻璃对特定高度角的入射光的过滤。其中，控制器对总线A～E的控制可以通过预先确定的包括不同高度角的入射光与对应总线的通断控制的关系表格实现或根据入射光的高度角实时计算确定。
如图6所示，本实施方式中，不同高度角的入射光与对应总线的通断控制可以基于公式tan(θ)＝(H*n*m±H*s)/T计算确定，其中，θ为入射光的高度角，H为每个ITO电极的高，n为在当前控制方式下每次控制ITO电极的数量，例如，如图6所示，图6中带箭头的直线表示入射光，在本实施方式中，每次控制相邻的3组ITO电极导通或断开，因此，n为3；m表示在入射光的高度角为θ的情况下，第四透明导电层550的电极中包括m组受控制的ITO电极，即m*n，s为偏移量且s＜n，即第四透明导电层550的待导通ITO电极向上移动的位置量，如图6所示，在入射角为θ时，控制A总线导通，第四透明导电层550的电极中包括2组受控制的ITO电极，则m＝2，若入射角变为θ1时，需控制B总线导通，则第四透明导电层550的待导通电极位置需在控制A总线导通时被导通的ITO电极位置的基础上整体向上移动一个位置，例如，当控制A总线导通时，第四透明导电层550的ITO电极4～ITO电极6导通，当控制B总线导通时，第四透明导电层550的ITO电极5～ITO电极7导通，即此时则s为1。T为第一电致变色层420与第一电致变色层420之间的距离。这样，由于θ、H和T已知，在ITO电极的初始控制状态确定的情况下，即确定到第四透明导电层550对应的ITO电极中待导通的ITO电极，从而根据ITO电极与总线的连接方式确定对总线的通断控制，进而实现根据入射光的高度角对入射光进行过滤。
在本发明的第二方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃控制系统，包括：
上述的基于电致变色的调光玻璃；
光照角度传感器，用于采集入射光的照射角度；
电源模块，用于为每个透明电极600供电；以及
控制器，用于根据入射光的照射角度确定待导通的透明电极600，以及控制电源模块为待导通的透明电极600供电以在第一透明导电层410的待导通的透明电极600与第二透明导电层450之间施加电场，和/或在第四透明导电层550的待导通的透明电极600与第三透明导电层510之间施加电场。
在本发明的第三方面，提供一种基于电致变色的调光玻璃控制方法，应用上述的基于电致变色的调光玻璃控制系统，包括：
获取入射光的照射角度；
依据预确定的关系表格及入射光的照射角度确定待导通的透明电极600，关系表格至少包括入射光的不同照射角度与对应的待导通的透明电极600之间的对应关系；
控制电源模块为待导通的透明电极600供电以在第一透明导电层410的待导通的透明电极600与第二透明导电层450之间施加电场，和/或在第四透明导电层550的待导通的透明电极600与第三透明导电层510之间施加电场。
在本发明的第四方面，提供一种汽车，包括上述的基于电致变色的调光玻璃控制系统。
以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，包括：
依次层叠设置的第一玻璃基板(100)、第一调光板(400)、第二玻璃基板(200)、第二调光板(500)及第三玻璃基板(300)；
所述第一调光板(400)包括依次层叠设置的第一透明导电层(410)、第一电致变色层(420)、第一电解质层(430)、第一离子存贮层(440)及第二透明导电层(450)；
所述第二调光板(500)包括依次层叠设置的第三透明导电层(510)、第二离子存贮层(520)、第二电解质层(530)、第二电致变色层(540)及第四透明导电层(550)；
所述第一透明导电层(410)及所述第四透明导电层(550)均包括多个透明电极(600)。
2.根据权利要求1所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所述第一透明导电层(410)的透明电极(600)与所述第四透明导电层(550)的透明电极(600)一一对应。
3.根据权利要求2所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所述透明电极(600)为条形电极，任意相邻的透明电极(600)之间绝缘。
4.根据权利要求3所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所有透明电极(600)均沿水平方向设置，且沿着所述第一透明导电层(410)或第四透明导电层(550)在水平方向上的轴线延伸。
5.根据权利要求4所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所述透明电极(600)包含导电银丝(700)。
6.根据权利要求1所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所述第一电致变色层(420)及所述第二电致变色层(540)为三氧化钼层、三氧化钨层、五氧化铌层或二氧化钛层。
7.根据权利要求1所述的基于电致变色的调光玻璃，其特征在于，所述第一透明导电层(410)、所述第二透明导电层(450)、所述第三透明导电层(510)和所述第四透明导电层(550)为氧化铟锡层或掺氟氧化锡层。
8.一种基于电致变色的调光玻璃控制系统，其特征在于，包括：
权利要求1-7中任一项权利要求所述的基于电致变色的调光玻璃；
光照角度传感器，用于采集入射光的照射角度；
电源模块，用于为每个透明电极(600)供电；以及
控制器，用于根据入射光的照射角度确定待导通的透明电极(600)，以及控制所述电源模块为待导通的透明电极(600)供电以在所述第一透明导电层(410)的待导通的透明电极(600)与所述第二透明导电层(450)之间施加电场，和/或在所述第四透明导电层(550)的待导通的透明电极(600)与所述第三透明导电层(510)之间施加电场。
9.一种基于电致变色的调光玻璃控制方法，应用权利要求8所述的基于电致变色的调光玻璃控制系统，其特征在于，包括：
获取入射光的照射角度；
依据预确定的关系表格及所述入射光的照射角度确定待导通的透明电极(600)，所述关系表格至少包括入射光的不同照射角度与对应的待导通的透明电极(600)之间的对应关系；
控制所述电源模块为待导通的透明电极(600)供电以在所述第一透明导电层(410)的待导通的透明电极(600)与所述第二透明导电层(450)之间施加电场，和/或在所述第四透明导电层(550)的待导通的透明电极(600)与所述第三透明导电层(510)之间施加电场。
10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求8所述的基于电致变色的调光玻璃控制系统。
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