專利名稱：電致變色器件的控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電致變色器件以及用于操作這種器件的方法，尤其涉及用于控
制電致變色器件的透射率的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
電致變色器件是能夠根據(jù)所施加的電信號來改變其透光度的器件。電致變色器件 的應(yīng)用包括但不限于建筑上的窗戶、信息顯示器、濾光器和調(diào)光器、交通工具中的后視鏡、 天窗和窗戶、眼鏡、附有面罩的頭盔、滑雪用護(hù)目鏡、具有可變熱發(fā)射率的表面或偽裝器材。
現(xiàn)有不同類型的電致變色器件。 一些器件需要連續(xù)的電壓或電能供給以保持某種 透射率水平，通常被稱為自擦除器件(self-erasing device)。其他器件借助于電信號從一 種透射狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N透射狀態(tài)，但是如果斷開電信號的話，則基本上保持其透射率。
后面類型中的一種典型的電致變色器件包括堆積在一個基片上的五個疊加層，或 者定位于兩個基片之間的五個疊加層，這兩個基片處于連接在一起的結(jié)構(gòu)中。五層電致變 色疊層的中心部分是離子導(dǎo)體，也被稱為電解質(zhì)。離子導(dǎo)體與電致變色膜相接觸，能夠傳導(dǎo) 離子。在離子導(dǎo)體的另一面是用作離子存儲層的電子和離子傳導(dǎo)對電極膜。中心的三層結(jié) 構(gòu)位于電子傳導(dǎo)層之間。通過在該疊層的兩側(cè)上的電子傳導(dǎo)層之間施加外部的電壓脈沖， 以使得電子和離子在電致變色層和對電極層之間移動，而使該器件分別著色和褪色。將該 電壓脈沖施加到電致變色器件的方式對于電致變色器件的性能來說是至關(guān)重要的。
理論上，驅(qū)動電致變色器件(ECD)的最簡單方式是在某個規(guī)定的時間間隔內(nèi)施加 著色脈沖或褪色脈沖。所使用的典型脈沖是由參數(shù)(例如電壓和時間)規(guī)定的矩形脈沖。在 著色的情況中，限定著色電壓和著色時間。ECD的透射率的變化與施加到ECD的或從ECD提 取出的電荷量有關(guān)。因此，脈沖的持續(xù)時間非常重要。這種方法被在美國專利第4，412，215 號中提出，該專利公開了用于電致變色器件的著色的采用固定時間的控制方法。為了使電 致變色器件褪色，施加具有相反極性的電壓脈沖并且限定褪色電壓和褪色時間。所施加的 電壓需要適用于所使用的ECD。電壓太大就會毀壞ECD，至少不應(yīng)在較長的時間內(nèi)長期施加 該電壓。 實際上，基于預(yù)定時間間隔進(jìn)行轉(zhuǎn)變的方法并不是在所有應(yīng)用中都有效的，這是 由于兩種主要原因。第一，電致變色器件的轉(zhuǎn)變速度非常依賴于操作器件時所處的溫度。第 二，電致變色器件的轉(zhuǎn)變速度也可能隨其壽命而變化。因此，舊的器件可能具有與新的器件 不同的轉(zhuǎn)變速度。這些方面暗示為了在著色狀態(tài)和褪色狀態(tài)中達(dá)到相同的光透射率，著色 脈沖和褪色脈沖必須分別具有不同的持續(xù)時間，這依賴于操作條件和/或器件歷史。換句 話說，在不同的條件下，相同持續(xù)時間的電壓脈沖導(dǎo)致不同程度的著色或褪色。
暴露于變化大的環(huán)境的設(shè)備的例子可以是在炎熱的夏天使用的與在寒冷的環(huán)境 中使用的摩托車的附有面罩的頭盔。另一個例子是在整天、整個季度或整年中都暴露于溫 度變化環(huán)境的電致變色正面窗。又一個例子是汽車中的后視鏡或天窗。
用于電致變色器件的多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)的控制方法并沒有把器件的老化考慮進(jìn)去。新
4的剛生產(chǎn)的ECD具有不同于經(jīng)受了幾千次操作循環(huán)的ECD的性質(zhì)。因此，為了得到優(yōu)化的 性能，不能用無變化的一組參數(shù)來控制這些器件。 在較早的時候，人們已經(jīng)嘗試解決這些問題。獲得適當(dāng)?shù)闹珪r間和褪色時間的 安全方法是實際地測量透射率，并且當(dāng)達(dá)到所需要的透射率水平時中斷著色或褪色。例如， 這種方法在美國專利第5， 822， 107號中公開，該專利所述的方法是將時間控制與物理特性 (例如電壓、電流或玻璃制品的光透射率)的測量相結(jié)合。然而，這需要附加的工具來進(jìn)行 光學(xué)測量，會使系統(tǒng)更加復(fù)雜。可能會有不能測量透射率的情形，例如非透明顯示器。也可 能會有這種情況，即光學(xué)傳感器可能會在視線中，因而干擾消費者產(chǎn)品中的視野或儀器中 的光束。 有許多現(xiàn)有技術(shù)公開了表現(xiàn)為不同類型的控制方法。美國專利第6， 404， 532號公 開了一種用于控制電致變色器件的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括光源和用于測量光的衰減的光 檢測器，該光檢測器配置在電致變色窗的相對側(cè)。脈沖寬度調(diào)制的功率信號被用作到電致 變色窗的輸入。 美國專利第7， 133， 181號公開了一種用于ECD的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能夠估計 ECD的溫度而不需要外部溫度監(jiān)測元件，接著能夠部分地基于溫度讀數(shù)來控制ECD。這種控 制系統(tǒng)還提供了一種方法，這種方法確定ECD的褪色和著色歷史，確定ECD的透射狀態(tài)，以 及施加保持電壓以維持ECD的透射狀態(tài)。ECD著色和褪色的控制是通過使用脈沖電壓信號 來完成的。 關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)ECD控制的另一個問題是高電壓損壞ECD的風(fēng)險。通常，高電壓對
于壽命有負(fù)面影響，短脈沖除外。對于可能存在大的溫度或老化差異的應(yīng)用來說，情況尤其 如此。已公布的國際專利申請WO 97/28484描述了一種安全驅(qū)動方法，該方法基于施加預(yù)
設(shè)的恒定電流，并規(guī)定不能被超過的電壓極限。如果規(guī)定低的電流值，則該方法提供一種安
全操作模式，然而，這是以低轉(zhuǎn)變速度為代價的。 相關(guān)技術(shù) 美國專利第6，084，700號公開了一種用于自擦除電致變色元件的電子電路，其中 將脈沖寬度調(diào)制的信號耦合到電致變色元件而不進(jìn)行信號平均，以便維持某種水平的透射 率。為了補償在這種條件下被壓縮的反射特性的工作范圍，該電子電路利用主動負(fù)載或可 選的電致變色元件的電壓反饋來提供具有未壓縮的線性工作范圍的反射響應(yīng)特性，該反射 響應(yīng)特性與具有DC驅(qū)動電路的電致變色元件的反射特性相似。 已公布的歐洲專利申請EP 0869032公開了一種具有自擦除電致變色元件的后視 鏡系統(tǒng)。驅(qū)動電路根據(jù)脈沖驅(qū)動信號的占空比控制部分反射率水平。另外，驅(qū)動電路根據(jù) 在脈沖期間在電致變色單元兩端形成的電壓調(diào)節(jié)脈沖幅度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供用于控制非自擦除的電致變色器件的改進(jìn)的方法 和設(shè)備。本發(fā)明的另一個目的是提供在著色狀態(tài)和褪色狀態(tài)之間的快速轉(zhuǎn)變，以及提供在 褪色狀態(tài)和著色狀態(tài)之間的快速轉(zhuǎn)變。本發(fā)明的又一個目的是為電致變色器件提供初始著 色或褪色過程中的快速轉(zhuǎn)變，同時保持其壽命。本發(fā)明的又一個目的是提供用于檢測電致 變色器件的狀況并相應(yīng)地采用著色程序或褪色程序的裝置和方法。本發(fā)明的再一個目的是
5簡化控制電路。本發(fā)明的再一個目的是提供一種能夠在任意透射率水平停止著色過程的控 制方法。本發(fā)明的再一個目的是提供一種不依賴于電致變色器件的尺寸和形狀的控制方 法。 通過根據(jù)所附的權(quán)利要求所述的方法和設(shè)備來實現(xiàn)上述發(fā)明目的。根據(jù)本發(fā)明所 述，在第一方面，提出了一種控制電致變色器件的透射率的方法。將被控制的電致變色器件 具有第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層，至少部分地覆蓋第一電子傳導(dǎo)層的第一電致變色 層，至少部分地覆蓋第二電子傳導(dǎo)層的對電極層，以及層壓在第一電致變色層和對電極層 之間并且至少部分地覆蓋第一電致變色層和對電極層的電解質(zhì)層。所述方法包括在所述第 一和第二電子傳導(dǎo)層之間施加一系列電壓脈沖，以及在所施加的電壓脈沖之間在所述第一 和第二電子傳導(dǎo)層之間提供開路。所述方法的特征在于在開路的時間段期間，測量第一電 子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間的至少一個電壓值，以及根據(jù)所測量的至少一個電壓值來 控制電壓脈沖的脈沖參數(shù)，脈沖參數(shù)至少是脈沖持續(xù)時間和脈沖電壓或可由此直接導(dǎo)出的 在本發(fā)明的第二方面，提供了一種電致變色器件，包括第一電子傳導(dǎo)層，第二電 子傳導(dǎo)層，至少部分地覆蓋第一電子傳導(dǎo)層的第一電致變色層，至少部分地覆蓋所述第二 電子傳導(dǎo)層的對電極層，層壓在第一電致變色層和所述對電極層之間并且至少部分地覆蓋 第一電致變色層和對電極層的電解質(zhì)層，以及透射率控制電子設(shè)備。該透射率控制電子設(shè) 備包括連接在第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間并且被配置為施加一系列電壓脈沖 的電壓源，以及用于在所施加的電壓脈沖之間提供第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間 的開路的裝置。所述電致變色器件的特征在于透射率控制電子設(shè)備還包括連接在第一電 子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間并配置為在開路時間段期間測量至少一個電壓值的電壓 傳感器，以及連接到電壓傳感器和電壓源的控制器。控制器被配置為基于來自電壓傳感器 的輸出控制電壓脈沖的脈沖參數(shù)，其中脈沖參數(shù)至少是脈沖持續(xù)時間和脈沖電壓或可由此 直接導(dǎo)出的量之一。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是實現(xiàn)電致變色器件的快速光學(xué)調(diào)制，自動地補償某些老化和 環(huán)境參數(shù)。優(yōu)選實施方式提供了其他的一些優(yōu)點。
附圖簡要說明 通過參考下面的描述以及隨附的附圖，可以對本發(fā)明連同更多的目的和優(yōu)點得到 更清楚的理解，在這些附圖中

圖1是電致變色器件的層堆疊的實施方式的示意圖； 圖2A至圖2B是說明通過使用恒定的施加電壓來分別對電致變色器件充電和放電 的示意圖； 圖3是說明特征為采用電壓脈沖來對電致變色器件充電的實施方式的示意圖；
圖4是說明為著色目的而對根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件施加一系列電壓脈 沖的實施方式的示意圖； 圖5A是說明用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的透射率的方法的實施方 式的各步驟的流程圖； 圖5B是說明用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的透射率的方法的另一個 實施方式的各步驟的流程6
圖5C是說明為著色目的而對根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件施加一系列電壓脈 沖的另一個實施方式的示意圖； 圖5D和圖5E是說明用于著色目的而用根據(jù)本發(fā)明所述的測試設(shè)備進(jìn)行電壓測量 的示意圖； 圖5F是說明用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的透射率的方法的又一個 實施方式的各步驟的流程圖； 圖6是說明根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的著色程序的實施方式的示意圖；
圖7是說明為褪色目的而對根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件施加一系列電壓脈 沖的實施方式的示意圖； 圖8是說明根據(jù)本發(fā)明的電致變色器件的一個實施方式的部分的方塊圖； 圖9是說明為著色目的而對根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件施加一系列電壓脈
沖的另一個實施方式的示意圖； 圖10是說明用于控制根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的透射率的方法的另一個 實施方式的各步驟的流程圖； 圖11是說明用于探測目的而對根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件施加一系列電壓 脈沖的實施方式的示意圖； 圖12是說明探測測量的計算的示意圖；以及 圖13是說明根據(jù)本發(fā)明所述的電致變色器件的另一個實施方式的部分的方塊 圖。 實施方式詳述 貫穿本說明書所公開的內(nèi)容，不同附圖和實施方式中相同或直接相應(yīng)的部件將用 相同的參考數(shù)字來標(biāo)示。 在本說明書中，電致變色材料被定義為在引入/抽出離子和電子的情況下能夠永 久地和可逆地改變其光學(xué)性質(zhì)的材料。其后，電致變色層是包括電致變色材料的層。
圖1說明了非自擦除類型的電致變色器件10的電致變色層的疊層11的典型配 置。在中心部分，設(shè)置離子導(dǎo)體，即電解質(zhì)層20。電解質(zhì)層20在一側(cè)上與電致變色層16 相接觸，其能夠傳導(dǎo)電子以及離子。在電解質(zhì)層20的另一側(cè)上是電子和離子傳導(dǎo)對電極層 18，層18其作為離子儲存層。該對電極膜18可全部或部分由第二電致變色膜構(gòu)成。中心 的三層結(jié)構(gòu)16、18、20位于兩電子傳導(dǎo)層12、14之間。兩電子傳導(dǎo)層12、14被分別配置為 緊靠第一基片22和第二基片24。 需注意的是，本說明書的不同附圖中層的相對厚度并不表示真正的尺寸關(guān)系。典 型地，基片比其他層要厚得多。附圖僅是為了說明連接原理而被繪出的，而不是要給出任何 尺寸上的信息。 通過在疊層11的兩側(cè)上的電子傳導(dǎo)層12、14之間施加外部電壓脈沖，使電子和離 子在電致變色層16和對電極層18之間移動，來對這種電致變色器件10進(jìn)行著色或褪色。 因此，電致變色層16將改變其顏色。電致變色層16的例子包括但不限于基于鎢、鉬、鈮、 鈦、鉛和/或鉍的氧化物的陰極著色薄膜，或基于鎳、銥、鐵、鉻、鈷和/或銠的氧化物、氫氧 化物和/或氧氫化物(oxy-hydride)的陽極著色薄膜。 基片22、24中至少一個必須是透明的，以便將電致變色層16的電致變色性質(zhì)展示
7給周圍環(huán)境。在目前的典型情況中，使用塑料基片。在最普遍意義上，塑料基片22、24是合 成的或半合成的聚合產(chǎn)品。一般地，塑料基片依據(jù)其聚合物主鏈來分類?？赡艿乃芰匣?例子包括但不限于聚碳酸酯、聚丙烯酸化物、聚氨基甲酸酯、碳酸聚氨酯共聚物、聚砜、聚 酰亞胺、聚丙烯酸酯、聚醚、聚酯纖維、聚乙烯、聚烯烴、聚酰亞胺、聚硫化物、聚乙烯乙酸酯、
纖維素基聚合物。 同時，兩個電子傳導(dǎo)層12、14中的至少一個必須是透明的。對可見光透明的電子 傳導(dǎo)層12、 14的例子包括但不限于銦錫氧化物(IT0)、氧化錫、氧化鋅、n摻雜或p摻雜的 氧化鋅以及氟氧化鋅的薄膜。近來，也研究了基于金屬的層(例如ZnS/Ag/ZnS)和碳納米 管層。根據(jù)特定的應(yīng)用，一個或全部兩個電子傳導(dǎo)層12、14可由金屬網(wǎng)格制成。
如上所述，對電極層18可包括電致變色材料以及非電致變色材料。對電極層18 的例子包括但不限于基于鎢、鉬、鈮、鈦、鉛和/或鉍的氧化物的陰極著色電致變色薄膜， 基于鎳、銥、鐵、鉻、鈷和/或銠的氧化物、氫氧化物和/或氧氫化物陽極著色電致變色薄膜， 或諸如基于釩和/或鈰以及活性碳的氧化物的非電致變色薄膜。同樣地，這些材料的組合 也可被用作對電極層18。 電極層20包括離子導(dǎo)體材料。電解質(zhì)層20可以是透明的或非透明的，著色的或 非著色的，這根據(jù)應(yīng)用來選擇。電解質(zhì)類型的一些例子包括但不限于固體聚合物電解質(zhì) (SPE)，例如具有溶解的鋰鹽的聚環(huán)氧乙烷；凝膠聚合物電解質(zhì)(GPE)，例如聚甲基丙烯酸 甲酯和具有鋰鹽的碳酸丙烯的混合物；復(fù)合凝膠聚合物電解質(zhì)(CGPE)，其類似于GPE但是 添加第二種聚合物，例如聚環(huán)氧乙烷，和液體電解質(zhì)(LE)，例如具有鋰鹽的碳酸乙二酯/碳 酸二乙酯的溶解的混合物；以及復(fù)合有機-無機電解質(zhì)(CE)，其包括添加Ti(^、二氧化硅 或其他氧化物的LE。所采用的鋰鹽的一些例子包括但不限于LiTFSI[雙(三氟甲烷)磺 酰亞胺鋰]、LiBF4[四氟硼酸鋰]、LiAsF6[鋰六氟砷]、LiCF3S03[三氟甲烷磺酸鋰]，以及 LiC104[高氯酸鋰]。 圖2A說明利用恒定電壓輸入的ECD的著色過程。在時刻t0，恒定電壓V0被施加 到ECD上。在本說明書中，正電壓被定義為給予對電極比電致變色膜更高的電壓。這意味 著通過施加較高的電壓來實現(xiàn)著色，并且通過施加較低的電壓來實現(xiàn)褪色。所需要的電壓 依賴于材料的選擇。根據(jù)圖l所示的實施方式，用于基于氧化鎢的電致變色層和氧化鎳的 對電極層的ECD的著色的典型電壓在0. 6到2V的范圍內(nèi)，更典型的電壓約為1. 6V。由曲 線101表示的著色，即ECD的吸收率隨時間增加并最終達(dá)到穩(wěn)定的著色水平CO。換句話說， ECD的透射率逐漸下降。被斷開電壓的ECD的這種穩(wěn)定的吸收率水平相應(yīng)于ECD上的電壓 V0。 一個嚴(yán)重的問題是著色的增加一般是緩慢的。特別是在著色的初始階段，使用者常常 感興趣于具有到至少部分著色的狀態(tài)的迅速轉(zhuǎn)變。對于使用者來說，著色的最后的小部分 通常是不重要的。 類似地，圖2B說明了采用恒定電壓輸入的典型ECD的褪色過程。在時刻tl，恒定 電壓V1被施加到ECD上，與前一種情況相比，該實施方式具有相反的極性。用于對根據(jù)圖1 所示的實施方式的基于鴇/鎳的ECD進(jìn)行褪色的典型電壓在0到-2V的范圍內(nèi)，更典型的 約為-1.4V。因此，與著色電壓相比，該實施方式中的極性是相反的。然而，在用于電致變 色膜和對電極的材料的其他選擇中，電壓水平可以是不同的，并且甚至在一些情況下，也可 通過正電壓獲得褪色。由曲線102表示的ECD的褪色，即發(fā)生吸收率的降低，并且吸收率最
8終達(dá)到接近相應(yīng)于最大透射率的狀態(tài)的水平。被斷開電壓的ECD的這種吸收率水平相應(yīng)于 ECD上的電壓VI。同時，褪色過程的初始部分也是相當(dāng)緩慢的。 —般說來，ECD對于電壓較長時間段處于預(yù)期工作范圍之外是相對敏感的。稍微 高于最大程度著色或最大程度褪色的最佳電壓的穩(wěn)定的電壓將會減少ECD的壽命。然而， 發(fā)現(xiàn)所施加的電壓高于最大工作電壓在較短的時間段，典型地短于一秒，不會顯著地?fù)p害 ECD。 ECD的充電過程是一個復(fù)雜的過程，其中涉及不同的動力學(xué)依變因子 (d印endentfactor)。這種充電并不等同于傳統(tǒng)的電容器充電。圖3中的示意圖說明在ECD 上施加的電壓信號的典型效果。在該示意圖的上部，示出了施加的電壓信號103，其具有有 限持續(xù)時間At2的幅度V自卩。在該電壓信號結(jié)束后，在時刻t2，ECD從外部電壓斷開，例如 在ECD的相對側(cè)之間設(shè)置為開路。在下部，示出了相應(yīng)的充電電流104。能夠注意到電流 104逐步降低。 圖3描述了由具有高采樣速率(100kHz)的瞬態(tài)記錄器測量的在衰減 (relaxation)期間的ECD的電壓。從施加的電壓水平V施加到初始電壓Vi的立即下降基本 上是即刻發(fā)生的。這種即時下降Vext相應(yīng)于例如，到ECD的導(dǎo)體和接線中的歐姆損耗，即 連接到ECD的外部組件中的歐姆損耗。注意在時刻t2之后，時間標(biāo)度是以對數(shù)標(biāo)度給出 的。衰減從該初始電壓Vi開始發(fā)生。如可以看出的，在最初的60 ii s期間，存在初始壓降， V初始。在該時間段內(nèi)，歐姆損耗在ECD的電極/電解質(zhì)雙層的界面上是衰減的，即內(nèi)部歐姆 損耗。在該衰減后，電池電壓以約Vg^的水平保持稍微的恒定達(dá)幾毫秒，在這之后，電池電 壓再次繼續(xù)更快速地衰減(以對數(shù)的時間標(biāo)度)。在Vg^的這種穩(wěn)定水平表示電池的電化 學(xué)電壓，包括ECD的每個電極的平衡電壓和過電壓。在最后的衰減后，電池將達(dá)到平衡電壓 V^^然而該最后的衰減非常緩慢并且典型地將花費幾個小時來完成。 所公開的方法測量當(dāng)器件衰減到該穩(wěn)定水平或歐姆方式的衰減狀態(tài)時的電池電 壓的值。該穩(wěn)定水平的電池電壓是算法應(yīng)用為反饋電壓的電壓。通過將其用作控制參數(shù)，該 方法以這樣的方式進(jìn)行操作，以致使驅(qū)動器通過施加較高的有效電壓來補償電阻損耗，并 且目的在于使得穩(wěn)定水平的電壓從不超過閾值電壓。當(dāng)穩(wěn)定水平的電壓達(dá)到閾值電壓時， 占空比或所施加的電壓就會降低，從而降低經(jīng)過時間平均的施加的電壓。如果穩(wěn)定水平的 電壓超過閾值電壓，就會存在材料退化的大的風(fēng)險，這是因為各種電化學(xué)和化學(xué)副作用將 會使得器件出現(xiàn)故障。在充電或放電序列的結(jié)尾處，占空比的值或施加的電壓是小的，意味 著正在流過非常低的電流。這意味著所測量的穩(wěn)定水平電壓實際上接近于電池的完全衰減 后的平衡電壓。 目前本發(fā)明所公開的方法的實施方式是在所施加的電壓脈沖的開路時間段的結(jié) 尾處采樣電壓。作為一個例子，使用200Hz的脈沖頻率和50%的占空比(DC)，這意味著在 開路時約2. 5ms的衰減后采樣反饋電壓。使用相同的頻率，但是占空比僅為5%，在采樣反 饋電壓之前的衰減時間為4. 75ms。
這種工作情況特別針對于非自擦除ECD。 本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員應(yīng)能認(rèn)識到在所有情況中預(yù)知所有的參數(shù)并提供預(yù)定的 控制參數(shù)是困難的，如果不是不可能的話。然而，本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員也認(rèn)識到衰減的工 作情況包括關(guān)于諸如溫度或老化等信息。這實際上可用于控制ECD。
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在本發(fā)明的實施方式中，在ECD的電子傳導(dǎo)層之間施加一系列的電壓脈沖，以改變ECD的光學(xué)狀態(tài)。換句話說，光學(xué)模式(optical mode)被改變?yōu)楦祷蚋恋臓顟B(tài)。通過充電，即轉(zhuǎn)到更暗的狀態(tài)，或通過放電，即轉(zhuǎn)到更亮、更透明的狀態(tài)，來改變ECD的光學(xué)模式。每個電壓脈沖包括電壓信號，該電壓信號后是沒有施加任何電壓的時間段。在所施加的電壓信號之間的時間段期間，在電子傳導(dǎo)層之間設(shè)置為開路。圖4說明了一種實施方式。這里，電壓脈沖110是恒定幅度V自卩的電壓脈沖。換句話說，每個電壓脈沖110由恒定電壓"接通(on)"模式111和接著的開路"斷開(off)"模式112組成。每個電壓脈沖110的特征是所施加的電壓V船。、脈沖持續(xù)時間tft沖，以及接通時間t船。，在接通時間t施加期間施加所施加的電壓V自卩。V自卩由一電源提供。接通時間也可被表示為電壓脈沖中所施加的電壓的持續(xù)時間。接通時間t自卩也可以從占空比的方面來表示。占空比定義為接通時間t自。除以脈沖持續(xù)時間ta^，并通常被以百分比的方式給出。在接通模式期間施加的所施加的電壓tia卩的水平是具體針對每種應(yīng)用的設(shè)計參數(shù)，但是典型地在l-5V之間。斷開模式采用施加的為0的電流，即ECD是開路的。 在開路時間段112期間的至少一個時刻^i，測量電子傳導(dǎo)層之間的電壓V測量。所測量的電壓V^i包括關(guān)于ECD的狀態(tài)的可用信息。最可再現(xiàn)的測量被認(rèn)為可在開路時間間隔中盡可能晚地完成，此時，相關(guān)的衰減過程已經(jīng)衰退，即衰減已經(jīng)達(dá)到如上所述的穩(wěn)定水平。因此，目前認(rèn)為，直接在后繼的電壓脈沖110開始之前、在開路時間段112的結(jié)尾處執(zhí)行測量是優(yōu)選的方案。 根據(jù)測量結(jié)果，即根據(jù)測量的電壓，能夠控制電壓脈沖的脈沖參數(shù)，在本實施方式中，該脈沖參數(shù)為脈沖持續(xù)時間。借助于有連續(xù)的時機來測量施加在ECD上的實際電壓，可使脈沖持續(xù)時間被調(diào)整來給予例如快速的初始充電，同時保持對固定的電壓水平的控制。在充電過程的最后階段，可使脈沖持續(xù)時間改為被調(diào)整來給予到目標(biāo)電壓的安全途徑。
在圖4中示出的實施方式中，所施加的電壓V自卩典型地顯著高于ECD的最大允許的固定電壓V^力。如果典型的最大固定電壓的極限在0.6到2V之間，典型地約為1.6V，則脈沖中所施加的電壓能夠容易地為3-5V。設(shè)定相應(yīng)于ECD的某種目標(biāo)透射率水平的目標(biāo)電壓Vgg，并且需要將ECD快速充電到該透射率水平。圖中示出了 4個電壓脈沖A-D。在第一個電壓脈沖A之后，在開路時間段的結(jié)尾處測量ECD上的剩余電壓VA。該電壓VA低于暫時的閾值電壓V,^t。認(rèn)為不需要任何改變，并且施加相同的第二個電壓脈沖B。在第二個電壓脈沖后的開路時間段的結(jié)尾處，測量剩余電壓Ve?，F(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)該電壓Ve超過暫時的閾值電壓V,。認(rèn)為要降低充電速率。 因此，控制第三個電壓脈沖C以具有更短的占空比或接通時間的持續(xù)時間t，卩，這意味著在一個單電壓脈沖中轉(zhuǎn)移到ECD的電荷量降低了。這也給予ECD較長的可用衰減時間。同時根據(jù)目前的實施方式，暫時的閾值電壓V,^t可被調(diào)整到新的值。程序繼續(xù)進(jìn)行下去，并且因為測量到的剩余電壓Ve沒有超過新的暫時的閾值電壓Vwtt，因此第四個電壓脈沖D被給予相同的接通時間的持續(xù)時間tMn。充電繼續(xù)進(jìn)行下去，在t自卩和V,中有連續(xù)的變化，直到達(dá)到目標(biāo)電壓V^為止。 接通時間的持續(xù)時間t自卩的變化量是一項設(shè)計參數(shù)。 一種容易實現(xiàn)的可能性是以固定的量At，卩改變該持續(xù)時間，即以預(yù)定的步長降低接通時間的持續(xù)時間。另一種可能性是使作為目前的接通時間的持續(xù)時間t自的固定百分比發(fā)生變化，以致接通時間的持續(xù)時間每次降低例如30% 。第三種類型的降低方案是具有絕對測量或相對測量的一組預(yù)定的 接通時間的持續(xù)時間，由此相繼地選擇持續(xù)時間。以這種方式，可以得到良好控制的吸收率 變化的工作情況，例如參見下面的圖6。 同樣地，根據(jù)不同的原理可實現(xiàn)閾值電壓V,^t的變化。此外，這里可通過定義電 壓差A(yù)V,來使用恒定的升壓，在每次應(yīng)該進(jìn)行更新時，閾值電壓V,增加電壓差A(yù)Vwtt。 另一種可能性是使閾值電壓V,tt和目標(biāo)設(shè)定電壓V^g的當(dāng)前差的固定百分比發(fā)生變化。例 如，每當(dāng)閾值電壓V,^t將要變化時，電壓差可以被減半。此外，這里其他變化方案是可行的， 所述其他方案能夠與上面討論的持續(xù)時間變化的方案一起給予所要求的充電工作情況。
因此，上面提出的實施方式是采用脈沖電壓信號的脈沖寬度調(diào)制(P麗)方法，依 據(jù)頻率和/占空比來在時間上調(diào)制該脈沖電壓信號，產(chǎn)生多個連續(xù)的電壓脈沖，即"脈沖 串"。典型的電壓脈沖頻率是50-1000Hz的量級，更具體地，典型地為200-500Hz。在P麗方 法中，占空比可典型地從例如充電過程的開始時的90%改變?yōu)榻Y(jié)尾處的1%，或者甚至小 于1 % 。在脈沖串持續(xù)的過程中，本P麗方法采用信號反饋方案與控制算法來改變隨后的電 壓脈沖的參數(shù)，即脈沖持續(xù)時間(或頻率)和占空比。在脈沖的斷開模式期間，即在開路期 間，對反饋信號進(jìn)行采樣。在該實施方式中，在脈沖的低電平狀態(tài)(low-state)部分的結(jié)尾 處的電壓電平被用作反饋信號。將被控制的隨后的電壓脈沖可以是緊隨采樣周期的第一個 電壓脈沖或稍后的電壓脈沖。因此，利用控制電壓脈沖的占空比的控制參數(shù)來對電壓脈沖 的序列進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。 借助于標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置和/或借助于在每個充電/放電操作之前管理參數(shù)確定階段或探 測階段，來確定脈沖參數(shù)的初始值。下面進(jìn)一步描述這種實施方式。這意味著電壓脈沖參 數(shù)將根據(jù)條件和應(yīng)用而改變。有一種典型的與使用者相關(guān)的算法參數(shù)目標(biāo)電壓V^g，該參 數(shù)直接與吸收率水平相關(guān)。目標(biāo)電壓V^確定ECD應(yīng)該轉(zhuǎn)到的新的光學(xué)模式，其在之前的 參數(shù)確定階段中得到，并典型地由操作者例如通過按壓按鈕和旋轉(zhuǎn)旋鈕，或由傳感器控制。
在本說明書中，"電壓脈沖參數(shù)"旨在表示電壓脈沖的實際性質(zhì)。"控制參數(shù)"是用 于控制電壓脈沖的參數(shù)。例如，這種控制參數(shù)可包括電壓脈沖參數(shù)的初始或要求的值，或者 可以包括在控制過程中使用的不同的設(shè)置值、停止值或閾值。 上面簡述的控制算法在脈沖串的持續(xù)過程中應(yīng)用并且利用反饋信號來生成用于 脈沖串中的下一個或其他隨后脈沖的脈沖參數(shù)?？刂扑惴ㄟ€包括停止條件控制。如下面進(jìn) 一步的描述，也可以執(zhí)行中斷例程。在圖5A的流程圖中說明這種控制算法的實施方式。
在步驟200中，控制ECD的透射率的程序開始。在步驟210中，規(guī)定控制參數(shù)，例 如電壓脈沖參數(shù)或不同的設(shè)置參數(shù)的初始值。這些初始值可以是從存儲器中取回的或通 過探測程序獲得的標(biāo)準(zhǔn)值，下面進(jìn)一步更詳細(xì)地描述其一個實施方式。如上所述，初始值， 特別是設(shè)定電壓可以由操作者直接或間接地規(guī)定。當(dāng)應(yīng)用于圖4的實施方式時，將被啟用 (initiate)的典型的電壓脈沖參數(shù)是VMn、 t船 ，以及t脈沖，或與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。在本實 施方式中采用的典型控制參數(shù)是V設(shè)定和V閾值。 通過不同的手段可以獲得關(guān)于是將執(zhí)行褪色還是將執(zhí)行著色的信息，該不同的手
段例如通過操作者的輸入，在任何操作之前在目標(biāo)電壓V^g和ECD上的電壓之間進(jìn)行比較；
或通過來自其他邏輯單元的輸入。下面將對此進(jìn)行進(jìn)一步更加詳細(xì)的討論。 在步驟212中，根據(jù)當(dāng)前的電壓脈沖參數(shù)將電壓脈沖施加到ECD上。在步驟214中，在開路時間段期間測量ECD上的電壓VStt。在步驟216中，確定所測量的電壓V，^是否 已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)的設(shè)定電壓Vsjg。如果是這樣的話，程序?qū)⒗^續(xù)進(jìn)行到步驟299，在步驟299 程序結(jié)束。在該實施方式中，V設(shè)定的達(dá)到是唯一的停止條件。如果沒有達(dá)到目標(biāo)設(shè)定電壓 V^g，則程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟218。 鑒于圖4的特定實施方式，在步驟216中，檢查是將執(zhí)行褪色還是執(zhí)行著色，即ECD 上的電壓將被降低還是被增加，如在步驟210中所確定的。如果將執(zhí)行著色，則設(shè)定電壓 V^g是在某種精度下的ECD電壓的上限。那么停止的判斷標(biāo)準(zhǔn)是V^i的值大于V^g或處于 從V設(shè)定開始的合理范圍內(nèi)，即V測量〉V設(shè)定-S ，其中S是從目標(biāo)設(shè)定電壓V設(shè)定的可接受的 偏離。類似地，如果將要執(zhí)行褪色，則設(shè)定電壓V^g是在某種精度下的ECD電壓的下限。那 么停止判斷標(biāo)準(zhǔn)是V,的值小于V^或處于從V^開始的合理范圍內(nèi)，即V
測量< v設(shè)定十s ，
其中s是從目標(biāo)設(shè)定電壓v設(shè)定的可接受的偏離。 在步驟218中，確定所測量的電壓V^是否已經(jīng)達(dá)到目前的閾值電壓V,^t。如果 情況并非如此，則程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟212，在步驟212施加額外的電壓脈沖。如果已經(jīng)達(dá) 到目前的閾值電壓V,^t，則程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟220。鑒于圖4的特定實施方式，在步驟218 中，檢查是否滿足變化的判斷標(biāo)準(zhǔn)。首先，類似于步驟216，檢查是將要執(zhí)行著色還是褪色， 如在步驟210中確定的。如果將要執(zhí)行著色，則變化判斷標(biāo)準(zhǔn)是V^i的值大于Vsjg，即VStt > V離。如果將要執(zhí)行褪色，則變化判斷標(biāo)準(zhǔn)是V測量的值小于V設(shè)定，即V測量〈V離。該步驟 220中，改變脈沖參數(shù)。在P麗實施方式中，變化接通時間t自卩或與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。典型 地，降低t施力卩參數(shù)，以降低平均充電速率。在步驟222中，同時更新控制參數(shù)。在圖4的實
施方式中，變化v閨值的值以減小與v設(shè)定的值的差，即降低lv設(shè)定-v閨值l。接著程序返回到步
驟212，在步驟212施加視變化的脈沖參數(shù)而定的電壓脈沖。 采用這種算法的結(jié)果是脈沖參數(shù)將在充電/放電階段期間改變。圖6是說明兩種 透射率控制過程的示意圖。曲線120說明傳統(tǒng)的充電，其中連續(xù)地施加目標(biāo)設(shè)定電壓大小 的恒定電壓。曲線121說明根據(jù)本發(fā)明的上述實施方式的充電。這里，施加一系列的電壓 脈沖，使施加的脈沖電壓大于目標(biāo)設(shè)定電壓，但是在短的時間段中施加?？刂扑鲆幌盗械?電壓脈沖的參數(shù)以對ECD進(jìn)行快速但仍然是可靠的充電。 在另一個實施方式中，可完全省略對閾值電壓V,^t的變化。接著選擇V,^t等于目標(biāo) 設(shè)定電壓Vsjg。當(dāng)所測量的電壓達(dá)到恒定閾值電壓V,時，接通時間的持續(xù)時間t 降低， 如上所述的。由于這暗示當(dāng)接通模式提供的電荷量降低時，用于衰減的時間同時地增加，因 此典型地所測量的電壓變得較小，再次小于閾值電壓V,^t。接著省略圖5A的步驟222。然 后該過程重復(fù)進(jìn)行。由于將閾值電壓V,tt設(shè)置為等于目標(biāo)設(shè)定電壓Vsjg，因此必須采用新 的停止判斷標(biāo)準(zhǔn)。 一種可能性是繼續(xù)該過程直到電壓脈沖中的可用電荷變小為止，即直到 P麗信號的占空比達(dá)到目標(biāo)占空比為止。 這可以由圖5B說明。在步驟210，如前面的實施方式規(guī)定控制參數(shù)。在本實施方 式中啟用的典型的電壓脈沖參數(shù)是施加的脈沖電壓V，卩、電壓脈沖接通時間t自卩、占空比 DC、暫停時間twf (下面進(jìn)一步描述)以及脈沖時間ta^，或與其相關(guān)聯(lián)的參數(shù)。在本實施 方式中采用的控制參數(shù)是目標(biāo)占空比DC目標(biāo)、占空比的變化ADC，以及恒定閾值電壓V,^t。 在步驟212中，根據(jù)目前的電壓脈沖參數(shù)在ECD上施加電壓脈沖。在步驟214中，在開路時 間段期間測量ECD上的電壓V測量。在步驟218中，確定所測量的電壓V測量是否已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)的恒定閾值電壓Vwtt。如果情況并非如此，則程序再次繼續(xù)進(jìn)行步驟212，在步驟212施 加額外的電壓脈沖。如果^ 已經(jīng)達(dá)到V,^t，則程序繼續(xù)進(jìn)行到步驟217，在步驟217確定 目前的占空比DC是等于或小于最終的目標(biāo)占空比DC目標(biāo)。因此在該實施方式中采用的停 止判斷標(biāo)準(zhǔn)與占空比或"接通模式"的持續(xù)時間相聯(lián)系。如果達(dá)到目標(biāo)占空比DC目標(biāo)，則 程序在步驟299結(jié)束。換句話說，如果已經(jīng)將占空比降低到某種水平，則在每個脈沖可得到 的電荷量足夠小以使得ECD的充電狀況接近于所要求的充電狀況。否則，過程繼續(xù)進(jìn)行到 步驟220，以變化脈沖參數(shù)。在本實施方式中，在步驟220中，目前的占空比降低ADC并且 過程繼續(xù)進(jìn)行到步驟221，在步驟221中，引入休息暫停以使ECD電壓衰減。暫停時間t wf 可以是恒定參數(shù)或者可以取決于例如占空比時間(duty cycletime)。在暫停之后，過程繼 續(xù)進(jìn)行到步驟212，在步驟212施加新的電壓脈沖。 在圖5C中說明根據(jù)上面實施方式的控制程序的典型工作情況。在施加第一脈沖 之后，ECD上的電壓向下衰減到低于恒定閾值電壓V,^t的電壓水平。脈沖參數(shù)沒有任何變 化并且施加新的脈沖。這次，ECD電壓沒有衰減到低于閾值電壓V,^t，脈沖參數(shù)變化，在這 種情況下降低占空比。還引入另外的暫停。在暫停后，現(xiàn)在根據(jù)新的占空比施加新的脈沖。 接著繼續(xù)施加脈沖直到ECD的衰減沒有在電壓閾值V,^t之下為止。當(dāng)占空比達(dá)到或超過目 標(biāo)占空比DC目標(biāo)時，整個充電過程停止。 圖5D說明用測試設(shè)備進(jìn)行的真實測量。在ECD上施加3. 6V的電壓脈沖達(dá)4ms，并 且lms的斷開時間(80%的占空比)使ECD以歐姆方式衰減。容易看出對于每個施加的脈 沖，衰減的終端電壓逐步地增加。在圖5E中，在示意圖中說明相同的序列的一部分，但為后 來的階段，其中時間標(biāo)度減小而電壓標(biāo)度增加。需注意的是，圖中只示出電壓曲線的下部部 分。在示意圖的第一部分中，使用80%的占空比。在斷開時間期間的終端電壓逐步變得更 高，并且當(dāng)達(dá)到閾值電壓，即該例子中的1.6V時，占空比下降到68X，并且在下一個電壓脈 沖之前引入暫停。這里可以看出這最初降低了后面測量的終端電壓。然而，終端電壓再次 開始爬升到閾值。 當(dāng)?shù)玫紼CD上的目標(biāo)電壓時，ECD從電源斷開并且保持基本恒定的透射率。
如果透射率要被再次變化回來，則執(zhí)行類似的程序，然而，與用于最初變化的電壓 脈沖相比，現(xiàn)在電壓脈沖的符號是相反的。然而將提供類似的情形，改為使用負(fù)的電壓值。 在圖7中說明類似于圖5A中描述的實施方式的實施方式。在該情況中，"接通模式"相應(yīng)于 負(fù)電壓，由此術(shù)語"接通"需要考慮所施加的電壓信號的絕對值。同時注意，對于著色和褪 色來說，控制算法的不同參數(shù)分別可以是不同的。 在圖8中作為方塊圖說明根據(jù)本發(fā)明的上面提出的思想的電致變色器件10的實 施方式。電致變色器件IO包括電致變色層的疊層ll，例如根據(jù)在圖1中說明的。概括起來， 電致變色層的疊層11包括第一電子傳導(dǎo)層、第二電子傳導(dǎo)層、至少部分地覆蓋第一電子傳 導(dǎo)層的第一電致變色層、至少部分地覆蓋第二電子傳導(dǎo)層的對電極層，以及層壓在第一電 致變色層和對電極層之間并至少部分地覆蓋第一電致變色層和對電極層的電解質(zhì)層。
電致變色器件10進(jìn)一步包括控制透射率的電子設(shè)備40，該電子設(shè)備40被接線 41、42分別連接到電致變色層的疊層11的第一和第二電子傳導(dǎo)層?？刂仆干渎实碾娮釉O(shè)備 40反過來包括電壓源44，電壓源44配置為使電壓能夠被施加到接線41、42上，并從而施加 在第一和第二電子傳導(dǎo)層之間。電壓源44被配置為施加一系列的電壓脈沖作為對來自控制器46的控制信號45的形式的某種輸入的響應(yīng)?？刂仆干渎实碾娮釉O(shè)備40還包括用于 在第一和第二電子傳導(dǎo)層之間提供開路的裝置48。這種開路在施加的脈沖電壓之間發(fā)生。 在圖8的實施方式中，用于提供開路的裝置48是在電壓源44和接線41、42之間的接線中 的一條接線上設(shè)置的開關(guān)49。用于提供開路的裝置48還可以被集成在電壓源44自身中。
控制透射率的電子設(shè)備40還包括電壓傳感器50，電壓傳感器50連接在第一和第 二電子傳導(dǎo)層之間并且被配置為測量開路時間段期間的電壓。在圖8的實施方式中，電壓 傳感器50位于開關(guān)49和接線41、42之間?？刂破?6連接到電壓傳感器50，以接收代表測 量的電壓的輸入信號。控制器46被配置為根據(jù)來自電壓傳感器50的所接收的信號來控制 電壓脈沖的脈沖參數(shù)。典型地，通過向電壓源44提供適當(dāng)?shù)目刂菩盘?5來控制脈沖參數(shù)。 如上所述，將被控制的脈沖參數(shù)可以是所施加的電壓或脈沖電壓的持續(xù)時間。在典型的實 現(xiàn)中，單元44、 46 、 48和50中的一個或幾個被集成在同一個處理器中，并且因此不能作為物 理上分離的單元而被得到。 當(dāng)使用一系列的電壓脈沖時，可能有控制電壓脈沖中的可用電荷的不同方法。在 上面討論的實施方式中，已經(jīng)使用P麗。然而，在另一個實施方式中，也可能控制所施加的電 壓脈沖電壓幅度。如同上述，例如根據(jù)使用者的輸入(例如按壓按鈕、旋轉(zhuǎn)旋鈕，或其他使 用者交互設(shè)備)，或傳感器輸入(例如光傳感器)，以及探測階段的結(jié)果的組合，來確定用于 控制所施加的電壓幅度的參數(shù)。因此將被控制的脈沖參數(shù)是所施加的脈沖電壓。
該實施方式還采用兩階段的受脈沖作用的過程，類似于P麗方法，具有接通和斷 開模式，以脈沖串的操作來運行。然而，在該實施方式中，在脈沖之間改變接通模式的電 壓水平V施加，而不是改變脈沖寬度和/或占空比。此外，在該實施方式中，接通模式持續(xù) 時間和斷開模式持續(xù)時間之比，即接通/斷開的比率典型地高得多，并且在基本的實施方 式中在脈沖串持續(xù)的過程中不改變。斷開模式的持續(xù)時間，即斷開時間或開路時間段典 型地在O. l-10ms的范圍內(nèi)。典型地，接通/斷開的比率在10-300的范圍內(nèi)，即占空比是 90-99. 7%。 通過利用斷開模式期間測量的電壓信號的信號反饋方法，來確定操作過程中的接 通模式電壓水平(V施加)。 圖9說明采用電壓幅度改變方法的一系列電壓脈沖。典型地，至少在充電過程的 初始階段，可在脈沖之間改變的、所施加的電壓V自卩比ECD的最大允許的固定電壓V^力高得 多。保持占空比恒定，即脈沖的接通持續(xù)時間t船卩是恒定的。在圖9中，所示出的占空比稍 微小于通常使用的占空比，以便增加附圖的可讀性。設(shè)置相應(yīng)于ECD的某種目標(biāo)透射率水 平的目標(biāo)電壓Vsjg，并要求將ECD快速充電到該透射率水平。圖中示出四個電壓脈沖A-D。 在第一個電壓脈沖A之后，在開路時間段的結(jié)尾處測量ECD上的剩余電壓VA。該電壓VA高 于閾值電壓下限V,.^g，但是低于閾值電壓上限V,^tn如果剩余電壓VA已經(jīng)低于閾值電 壓下限V隨,下限，則施加的電壓將被增力B。如果剩余電壓VA已經(jīng)高于閾值電壓上限V閨值,上限， 則施加的電壓將改為被降低。然而，在目前的情況中，當(dāng)剩余電壓VA處于閾值電壓之間時， 認(rèn)為不需要進(jìn)行任何變化，并且施加相同的第二個電壓脈沖B。在第二個電壓脈沖后的開 路時間段的結(jié)尾處，測量剩余電壓V現(xiàn)在，發(fā)現(xiàn)該電壓Ve超過閾值電壓上限V,n因 此，認(rèn)為充電速率將要降低，即，降低VM。。 因此，控制第三個電壓脈沖C以具有更低的施加的電壓V施加，這意味著在一個單
14電壓脈沖中轉(zhuǎn)移到ECD的電荷量降低了。程序繼續(xù)進(jìn)行下去，并且因為測量的剩余電壓Vc
沒有超過閾值電壓上限￥,,，并且沒有下降到閾值電壓下限￥,,^之下，因此第四個電
壓脈沖D被給予相同的施加的電壓VMn。程序繼續(xù)進(jìn)行下去，直到施加的電壓V，卩降低到
合理地接近于設(shè)定電壓Vgg的水平為止，即處于Vgg附近AV的電壓范圍內(nèi)為止。 該算法存在特別重要的一些參數(shù)。設(shè)定電壓V^確定ECD應(yīng)該轉(zhuǎn)到的新的光學(xué)模
式。這可以由操作者設(shè)置，或者在之前的參數(shù)確定階段中設(shè)置，并且典型地在這種情況下將
在ECD的光學(xué)模式中的每個命令的變化之間改變。 在每個步驟中的施加的電壓V自卩的變化量是一種設(shè)計參數(shù)。 一種容易實現(xiàn)的可能 性是以一個固定量AV自卩改變電壓，即電壓以預(yù)定的步長降低。另一種可能性是使目前施 加的電壓V，卩和目標(biāo)設(shè)定電壓V^g之差的固定百分比發(fā)生變化。第三種類型的降低方案是 具有絕對測量或相對測量的一組預(yù)定的施加的電壓，由此相繼地選擇電壓。此夕卜，閾值電壓 V閾值,上限和V離，下限以及被接受的V設(shè)定附近的A V的電壓范圍都是設(shè)計參數(shù)。
反過來，可變的接通模式的電壓信號可以借助于例如DC電流源來生成。另一種可 能性是使用高頻P麗電流源。在這種情況中，工作頻率優(yōu)選地高于500Hz，以便ECD的電容 效應(yīng)對信號取平均并且產(chǎn)生取決于P麗占空比的不同的施加的電壓水平。
該程序遵循與圖5F所示相同的基本思想。在該實施方式中，在步驟215中，檢查 施加的電壓V，卩是否足夠接近于設(shè)定電壓V^g。如果不是足夠接近，則過程繼續(xù)進(jìn)行。在 步驟219中，評估所測量的電壓。如果測量的電壓落在電壓閾值V隨,上限和V隨,下限之間的 間隔之外，則需要進(jìn)行調(diào)整。因此，在步驟220中，變化脈沖參數(shù)。在本實施方式中，將要被 變化的脈沖參數(shù)是電壓幅度。 如本領(lǐng)域任何技術(shù)人員認(rèn)識到的，在放電程序中，即當(dāng)施加負(fù)的電壓脈沖時，也可 以使用上面改變電壓幅度的原理。 可以以多種不同的方式實現(xiàn)啟動變化ECD透射率的過程。 一種自動操作的方法是 使該過程依賴于某種類型的傳感器。例如，如果光傳感器經(jīng)受非常高的光強，則可以向ECD 的控制裝置傳送信號以啟動降低透射率的過程。接著，控制參數(shù)可以根據(jù)設(shè)計考慮而被確 定或者可以至少部分地依賴于被測的量。 在另一種方法中，操作者的動作代替透射率變化的自動啟動，或者是透射率變化 的自動啟動的替換方案。操作者的動作可以有多種類型。在一種非常簡單的安排中，可以 設(shè)置按壓_按鈕操作。在按鈕上的第一次按壓可以啟動透射率的增加，連續(xù)的第二次按壓 可以啟動透射率的降低。接著根據(jù)預(yù)設(shè)控制參數(shù)執(zhí)行這些過程，直到達(dá)到"亮"和"暗"的標(biāo) 準(zhǔn)水平為止。在另一個例子中，可以這種方式配置按壓按鈕操作，即第一次按壓給出用于給 定降低的透射率的第一水平的命令，第二次按壓給出更加降低的透射率的第二水平，依此 類推。那么，按壓按鈕操作中的第n次按壓可被配置為給出返回到最大透射率水平的命令。
如果使用雙向按鈕，則可以實現(xiàn)更加精細(xì)的方案。那么，在一個方向上旋轉(zhuǎn)按鈕可 被配置為意指增加透射率的命令，而在另一個方向上旋轉(zhuǎn)按鈕可以給出降低透射率。通過 使用具有預(yù)定的離散位置或連續(xù)設(shè)置的旋轉(zhuǎn)旋鈕操作，能夠由操作者容易地選擇不同的透 射率水平。 目前為止，已經(jīng)將增加或降低ECD透射率的上述過程描述為通過任何停止判斷標(biāo) 準(zhǔn)而被停止，其中停止判斷標(biāo)準(zhǔn)是一種設(shè)計參數(shù)或者由操作者設(shè)置。然而，在特定的實施方式中，在該過程的任何位置都可以中斷該過程。這種中斷可以操作者或傳感器的輸出來命 令。在傳感器方法中，可以啟動透射率的變化，并且當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)乃綍r，傳感器可以中斷 透射率變化程序。在操作者進(jìn)行控制的情況中，可能有許多不同的情形。例如，其能夠與按 壓-按鈕操作相組合，其中僅當(dāng)按下按鈕時才發(fā)生透射率的變化。在另一個例子中，第一次 按壓可以指示透射率變化的啟動，并且如果透射率變化仍然在進(jìn)行中，則下一次按壓指示 中斷命令。本領(lǐng)域任何技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到可能有眾多的變化形式。 在上述的程序中，使用某些控制參數(shù)。非排他性的例子是，例如，Vsjg、 AV、初始 V隨、AV閨值，或得到這種量，即V閨值,上限、V閾值,下限、初始V船卩、初始t船。、AV船?；駻 t船卩的方 法，或得到這種量，即占空比和占空比變化的方法。如上所述，這種參數(shù)可通過設(shè)計而被設(shè) 置，或者可由操作者直接或間接地規(guī)定。為了獲得依賴于諸如溫度、老化、設(shè)計特征等的最 佳的充電/放電，這些參數(shù)中的許多參數(shù)需要進(jìn)行相應(yīng)的改變。在本發(fā)明的優(yōu)選實施方式 中，在實際的充電或放電發(fā)生之前設(shè)置探測程序。在這種探測程序期間，適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)可 從與ECD相關(guān)聯(lián)的測量中推導(dǎo)出來。 因此，該實施方式是一種包括用于變化ECD的光學(xué)狀態(tài)的三個階段的方法。這些 階段是探測階段、參數(shù)確定階段以及最后的充電或放電階段，典型地包括停止條件。
在圖10中說明根據(jù)三個階段思想控制電致變色器件的透射率的方法的實施方 式。程序在步驟200開始。當(dāng)使用者想要變化ECD的透射率或者當(dāng)周圍條件這樣要求時， 在步驟260中生成變化_狀態(tài)_信號。這種信號由使用者利用例如按壓_按鈕操作或旋 轉(zhuǎn)_旋鈕操作，或者借助于其他裝置例如傳感器或系統(tǒng)輸入，而被提供。接著控制器首先應(yīng) 用探測階段262，在該階段探測ECD的狀態(tài)。在探測階段之后，在參數(shù)確定階段264中處理 探測階段的結(jié)果連同變化-狀態(tài)-信號，以為最終的充電或放電階段確定適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)。 典型地，還確定停止條件參數(shù)。步驟260、262和264可被認(rèn)為是包括在更一般的步驟210 中的部分步驟，如結(jié)合圖5所描述的。 之后，并且優(yōu)選地緊隨其后，參數(shù)確定階段264后面是步驟270，在步驟270變化 ECD的透射率。這由充電或放電階段實現(xiàn)，其中控制電路施加受脈沖作用的充電或放電信 號。這是優(yōu)選地根據(jù)圖5A、5B或5F中提出的步驟212-222來執(zhí)行的。整個程序在步驟299 結(jié)束。 在探測階段的實施方式中，表征環(huán)境條件(例如溫度或光)、ECD的當(dāng)前透射率水 平和老化效應(yīng)，其中探測階段總是在參數(shù)確定階段和充電或放電階段之前發(fā)生。也可以生 成關(guān)于所使用的ECD的類型的信息，使得本實施方式的整個方法是通用的并且適用于任何 尺寸或類型的非自擦除ECD。 探測階段的本實施方式利用具有接通和斷開模式的一系列電壓脈沖(類似于上 述P麗充電或放電方法)，來表征ECD。這在圖11中作出示例性的說明。所施加的電壓脈 沖110的數(shù)量可根據(jù)條件而變，但是至少為l，典型地約為5，并且優(yōu)選地小于10。電壓脈沖 110足夠短且數(shù)量足夠少，以不給予ECD狀態(tài)的任何大變化，這是因為他們主要是為了探測 的目的，而不是用于實際的充電。在本實施方式中，并且不同于隨后的充電或放電過程，探 測階段115中的電壓脈沖110具有預(yù)定的脈沖參數(shù)，即電壓脈沖110是相同的；并且在探測 階段中，電壓脈沖110包括時間段112，在時間段112中關(guān)于ECD提供開路。在該探測階段 期間，在施加的電壓111之間的時間段112中的至少一個期間，測量ECD的第一和第二電子傳導(dǎo)層之間的電壓至少一次，給出一定數(shù)量的探測電壓Vs^。在優(yōu)選實施方式中，在探測狀態(tài)的脈沖之前，還測量第一和第二電子傳導(dǎo)層之間的參考電壓V^,。 探測階段可通過對ECD充電或?qū)CD放電來操作。優(yōu)選地，當(dāng)命令隨后的充電時使用充電，并且當(dāng)命令隨后的放電時使用放電。圖ll說明在探測階段期間的充電。通過改為選擇低于參考電壓的所施加的電壓來實現(xiàn)放電。 測量的參考電壓V^,給出關(guān)于當(dāng)前ECD狀態(tài)的信息。測量的探測電壓Vs^依賴于ECD的性質(zhì)，例如溫度、老化等等。因此，探測電壓Vs^，或更確切地探測電壓和參考電壓之差反映探測階段的脈沖對ECD的影B向。通過在參數(shù)確定階段中分析這種結(jié)果，可推斷出ECD的性質(zhì)，并可確定適當(dāng)?shù)目刂茀?shù)，例如初始V施加、初始tMn、 V離和V設(shè)定。因此，這種確定基于至少一個，優(yōu)選地幾個探測電壓，并且優(yōu)選地也基于參考電壓。接著，優(yōu)選地緊接在探測階段115之后，在充電或放電過程116中使用這些控制參數(shù)。 因此，參數(shù)確定階段使用來自探測階段的輸入和變化-狀態(tài)-信號，以生成用于隨后的充電或放電階段的控制參數(shù)。用于將輸入轉(zhuǎn)換為控制參數(shù)的算法可以不同。 一種基本的這種方法利用最后的探測電壓和參考電壓之差作為到"查找表"的輸入，該查找表具有預(yù)先存儲的合適的控制參數(shù)。如果在每個開路時間段中提供幾個探測電壓，則可改為使用這些探測電壓的時間平均以降低測量噪聲。圖12是說明另一個實施方式的示意圖，其中繪出參考電壓118和來自連續(xù)的開路時間段的三個探測電壓117。可以對測量的電壓117U18進(jìn)行多項式擬合119，可改為將各項的系數(shù)用作到查找表的輸入。此外，可對探測階段的數(shù)據(jù)采用其他類型的信號修整(signal conditioning)，并且可采用更復(fù)雜的邏輯或算法以獲得合適的控制參數(shù)，例如，采用基于所測量的探測電壓的函數(shù)值的不同類型的數(shù)字計算。也可能存在關(guān)于所要求的透射率水平的輸入請求，例如在變化_模式_信號中。接著執(zhí)行透射率控制步驟以達(dá)到目標(biāo)透射率。 在圖13中說明提供探測階段的電致變色器件的實施方式。該實施方式類似于圖8的實施方式，并且不再描述類似的部件。在該實施方式中，用于在第一和第二電子傳導(dǎo)層之間提供開路的裝置48包括兩個開關(guān)49，該兩個開關(guān)49設(shè)置在電壓源44和接線41、42之間的連接的每一個上。并且，控制器46包括用于限定探測階段的裝置53。在可替換的實施方式中，能夠與控制器46相分離地提供該裝置53。典型地，探測階段包括一系列電壓脈沖中的最初n個電壓脈沖，其中n > 1。電壓源40進(jìn)一步被配置為也在探測階段中提供電壓脈沖。電壓傳感器50進(jìn)一步被配置為在探測狀態(tài)期間、測量至少一個在第一和第二電子傳導(dǎo)層之間的探測電壓。最后，裝置52用于為控制器46確定控制參數(shù)，在該實施方式中查找表54在控制器46中被提供或者與控制器46相聯(lián)系?？刂茀?shù)的選擇基于從探測電壓得到的輸入。 在上述實施方式中，已經(jīng)假定在每個開路時間段中有一個測量時機。然而，在探測階段以及在實際的充電或放電過程中，可能有替換的方案。如果想要使用電壓衰減過程的參數(shù)來提供甚至更優(yōu)化的充電過程，那么在每個開路時間段中可以提供多于一個的測量時機。相反，如果處理能力有限，那么使用于控制的反饋更少可能就足夠了，這意味著沒有必要在每個開路時間段中進(jìn)行測量。 最好的情況是在第一個隨后的電壓脈沖開始之前，結(jié)束探測階段和充電或放電階段中的分析和反饋。然而，在其他實施方式中，可能進(jìn)行更精確的評估，并且改為對任何稍后的后來電壓脈沖執(zhí)行任何變化。 在上面提出的不同實施方式中，脈沖電壓幅度或接通持續(xù)時間都是進(jìn)行控制的對 象。然而，還可能同時控制這些參數(shù)。此外，在之前，已經(jīng)假定了恒定的脈沖持續(xù)時間。然 而，脈沖持續(xù)時間或頻率，連同電壓幅度或接通持續(xù)時間，也可以是脈沖控制的對象。
在本發(fā)明中描述的用于變化ECD的光學(xué)狀態(tài)的全部方法具有幾種優(yōu)點。其提供了 快速的光學(xué)調(diào)制并允許光學(xué)狀態(tài)變化到任何任意的透射率水平。每當(dāng)轉(zhuǎn)變光學(xué)模式時，這 種方法能夠考慮到老化和環(huán)境參數(shù)，例如光強、溫度等。而且，這種方法阻止可能導(dǎo)致電致 變色器件的退化的電力負(fù)荷。所有這些都是通過可能以廉價的電路執(zhí)行的方法實現(xiàn)的，這 種電路也適于進(jìn)行大量生產(chǎn)。用于利用對控制參數(shù)的"校準(zhǔn)(calibration)"進(jìn)行控制的一 般方案使得該方法適于許多不同的應(yīng)用。該方法用暗_亮，即ECD的二元操作，以及用可變 的透射率操作來進(jìn)行工作。最終，該方法用使用者控制的輸入以及來自其他技術(shù)控制或控 制系統(tǒng)的輸入進(jìn)行工作。 上述實施方式應(yīng)該被理解為本發(fā)明的幾個說明性的例子。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知
道可以對這些實施方式進(jìn)行各種更改、組合以及變化，而不會脫離本發(fā)明的范圍。特別地，
這些實施方式中的不同部分的解決方案能夠以其他結(jié)構(gòu)來組合，只要這在技術(shù)上是可能
的。然而，本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求所限定。 參考文獻(xiàn) 美國專利4，412，215 美國專利5， 822， 107 美國專利6，404，532 美國專利7， 133， 181 公布的國際專利申請WO 97/28484 美國專利6， 084， 700
權(quán)利要求
一種控制電致變色器件(10)的透射率的方法，所述電致變色器件(10)具有第一電子傳導(dǎo)層(12)和第二電子傳導(dǎo)層(14)，至少部分地覆蓋所述第一電子傳導(dǎo)層(12)的第一電致變色層(16)，至少部分地覆蓋所述第二電子傳導(dǎo)層(14)的對電極層(18)，以及層壓在所述第一電致變色層(16)和所述對電極層(18)之間并且至少部分地覆蓋所述第一電致變色層(16)和所述對電極層(18)的電解質(zhì)層(20)，所述方法包括以下步驟在所述第一電子傳導(dǎo)層和所述第二電子傳導(dǎo)層之間施加(212)一系列電壓脈沖(110)；所述施加步驟還包括在所施加的電壓的時間段(111)之間提供所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的開路，其特征在于，還包括以下步驟在所述開路的時間段(112)期間，測量(214)所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的至少一個電壓值；以及根據(jù)所測量的所述至少一個電壓值，控制(215-222)所述電壓脈沖(110)的脈沖參數(shù)；所述脈沖參數(shù)是電壓脈沖(110)中的所施加的電壓的持續(xù)時間(t施加)和所施加的脈沖電壓(V施加)或者可由此直接導(dǎo)出的量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述測量(214)步驟直接在相繼的電壓脈沖(110)開始之前、在所述開路的所述時間段(112)的結(jié)尾處執(zhí)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于限定包括所述一系列電壓脈沖中最初n個電壓脈沖的探測階段，其中n > 1 ;所述探測階段中的電壓脈沖具有預(yù)定的所述脈沖參數(shù)；在所述探測狀態(tài)(115)期間，在所施加的電壓的所述時間段(111)之間的至少一個時間段(112)期間，測量所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的至少一個探測電壓(117， V探測)；至少基于所述至少一個探測電壓(117，V探測)，確定(264)所述控制步驟的控制參數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于n < 10。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于所述測量(262)步驟還包括在所述探測狀態(tài)(115)之前，測量所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的參考電壓(118，V參考)；以及所述確定(264)控制參數(shù)的步驟還基于所述參考電壓(118，V參考)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3至5之一所述的方法，其特征在于在所述探測狀態(tài)(115)期間，并且在所施加的電壓的所述時間段(111)之間，在所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間提供開路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6之一所述的方法，其特征在于所述確定(264)步驟包括用至少從所述至少一個探測電壓(117， Vsa)得到的值作為輸入，從查找表(54)中取回所述控制參數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于至少從所述至少一個探測電壓(117，Vsa)得到的所述值是對所述至少一個探測電壓的時間平均值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7任一所述的方法，其特征在于所述確定(264)步驟包括對多個探測電壓(117)的多項式擬合。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其特征在于利用控制所述電壓脈沖的占空比的控制參數(shù)對所述一系列電壓脈沖(110)進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制，以控制所述脈沖參數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的方法，其特征在于利用控制所述電壓脈沖的幅度的控制參數(shù)對所述一系列電壓脈沖(110)進(jìn)行幅度調(diào)制，以控制功率量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其特征在于還包括設(shè)置目標(biāo)透射率的另外步驟，由此執(zhí)行所述控制步驟以達(dá)到所述目標(biāo)透射率。
13. —種電致變色器件(IO)，包括第一電子傳導(dǎo)層(12);第二電子傳導(dǎo)層(14);第一電致變色層(16)，其至少部分地覆蓋所述第一電子傳導(dǎo)層(12);對電極層(18)，其至少部分地覆蓋所述第二電子傳導(dǎo)層(14);電解質(zhì)層(20)，其層壓在所述第一電致變色層(16)和所述對電極層(18)之間并且至少部分地覆蓋所述第一電致變色層(16)和所述對電極層(18);以及透射率控制電子設(shè)備(40);所述透射率控制電子設(shè)備(40)依次包括電壓源(44)，其連接在所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間并且被配置為施加一系列電壓脈沖(110);以及裝置(48)，其用于在所施加的電壓的時間段(111)之間提供所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的開路，其特征在于，所述透射率控制電子設(shè)備(40)還包括電壓傳感器(50)，其連接在所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間并配置為在所述開路的時間段(112)期間測量至少一個電壓值；以及控制器(46)，其連接到所述電壓傳感器(50)和所述電壓源(44);所述控制器(46)被配置為基于來自所述電壓傳感器(50)的輸出控制所述電壓脈沖(110)的脈沖參數(shù)；所述脈沖參數(shù)是電壓脈沖(110)中的所施加的電壓的持續(xù)時間(t，卩)和所施加的脈沖電壓(V施加)或者可由此直接導(dǎo)出的量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的電致變色器件，其特征在于，所述控制器還包括裝置(53)，其用于限定包括所述一系列電壓脈沖中最初n個電壓脈沖的探測階段(115)，其中n > 1 ;所述電壓源(44)被配置為在所述探測階段中提供具有預(yù)定的所述脈沖參數(shù)的電壓脈沖；所述電壓傳感器(50)被配置為在所述探測狀態(tài)(115)期間，在所施加的電壓的所述時間段之間的至少一個時間段期間，測量所述第一電子傳導(dǎo)層(12)和所述第二電子傳導(dǎo)層(14)之間的至少一個探測電壓(117，V探測)；以及裝置(52)，其用于至少基于所述至少一個探測電壓(117， Vsw)來確定用于所述控制器(46)的控制參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種控制電致變色器件的透射率的方法。待被控制的電致變色器件具有第一和第二電子傳導(dǎo)層，覆蓋第一電子傳導(dǎo)層的第一電致變色層，覆蓋第二電子傳導(dǎo)層的對電極層，以及層壓在第一電致變色層和對電極層之間的電解質(zhì)層。本發(fā)明所述方法包括在第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間施加(212)一系列電壓脈沖，并且在所施加的電壓脈沖之間提供第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間的開路。該方法的特征在于在開路時間段期間測量(214)第一電子傳導(dǎo)層和第二電子傳導(dǎo)層之間的電壓，并且基于所測量的電壓控制(220)電壓脈沖的脈沖參數(shù)，其中脈沖參數(shù)是脈沖持續(xù)時間和脈沖電壓中之一。
文檔編號G02F1/163GK101707892SQ200880017556
公開日2010年5月12日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月1日
發(fā)明者彼得·喬仁, 格雷爾格·蓋斯塔沃松 申請人:顯色公司