控制光學(xué)可切換裝置中的轉(zhuǎn)變的制作方法
【專利摘要】一種控制器或控制方法可被設(shè)計(jì)或配置來在沒有關(guān)于裝置的當(dāng)前溫度和／或裝置的環(huán)境的信息的情形下操作。此外，在某些情形中，所述控制器或控制方法被設(shè)計(jì)或配置來控制光學(xué)裝置至兩個(gè)終極狀態(tài)之間的中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。例如，所述控制器可被配置來控制至在兩個(gè)終極透射率狀態(tài)中間的透射率狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在此情形中，所述裝置具有三個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定透射率狀態(tài)。
【專利說明】控制光學(xué)可切換裝置中的轉(zhuǎn)變
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求標(biāo)題為“CONTROLLINGTRANSITIONS IN OPTICALLY SffITCHABLEDEVICES”并且于2011年3月16日提出申請的美國專利申請?zhí)?3 / 049，623的優(yōu)先權(quán)，所述專利申請以全文引用方式并且出于所有目的并入本文中。
[0003]本申請與以下美國專利申請相關(guān):2011年3月16日提出申請、標(biāo)題為“Multipurpose Controller For Multistate Windows”的美國專利申請?zhí)?13 / 049,756、標(biāo)題為“Onboard Controller for Multistate Windows”并且于 2011 年 3 月 16 日提出申請的美國專利申請?zhí)?13 / 049，750 和標(biāo)題為 “Controlling Transitions In OpticallySwitchable Devices”并且于2011年12月2日提出申請的美國專利申請?zhí)?3 / 309,990，所有所述專利申請以全文引用方式并且出于所有目的并入本文中。
[0004]背景
[0005]電致變色是其中一種材料在被置于不同電子狀態(tài)中(通常通過使其經(jīng)受電壓改變)時(shí)展現(xiàn)光學(xué)性質(zhì)的可逆電化學(xué)介導(dǎo)的改變的現(xiàn)象。所述光學(xué)性質(zhì)通常是色彩、透射率、吸收率和反射率中的一者或多者。電致變色裝置可并入到諸多類型的光學(xué)結(jié)構(gòu)中，包括窗和反射鏡。通過電化學(xué)轉(zhuǎn)變來切換這些裝置的光學(xué)狀態(tài)。
[0006]一種眾所周知的電致變色材料是氧化鎢(WO3)。氧化鎢是其中通過電化學(xué)還原而發(fā)生著色轉(zhuǎn)變(透明至藍(lán)色)的陰極電致變色材料。
[0007]雖然在20世紀(jì)60年代發(fā)現(xiàn)了電致變色性，但電致變色裝置仍遺憾地遭受各種問題并且尚未開始實(shí)現(xiàn)其完全商業(yè)潛力。部分困難是電致變色裝置的操作模式缺少通用性。另外，用于電致變色裝置的已知控制系統(tǒng)具有有限的功能性并且未能考慮到電致變色裝置的某些獨(dú)特特征。
[0008]概述
[0009]本文中所公開的各種實(shí)施方案涉及用于窗和具有可切換光學(xué)裝置的其它光學(xué)部件的控制器。還公開了切換光學(xué)部件中的光學(xué)狀態(tài)的方法?？汕袚Q光學(xué)裝置的實(shí)例是電致變色裝置。其它實(shí)例包括液晶裝置和懸浮顆粒裝置。
[0010]在各種實(shí)例中，所述控制器或控制方法被設(shè)計(jì)或配置來在沒有關(guān)于裝置的當(dāng)前溫度和/或裝置的環(huán)境的信息的情形下操作。此外，在某些情形中，所述控制器或控制方法被設(shè)計(jì)或配置來控制光學(xué)裝置至兩個(gè)終極狀態(tài)之間的中間狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。例如，所述控制器可被配置來控制至在兩個(gè)終極透射率狀態(tài)中間的透射率狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在此情形中，所述裝置具有三個(gè)或更多個(gè)穩(wěn)定透射率狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明的一方面涉及引起可切換光學(xué)裝置中的光學(xué)狀態(tài)的改變的方法。這些方法可通過以下操作來表征:(a)在從第一光學(xué)狀態(tài)至第二光學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的初始部分期間控制至所述可切換光學(xué)裝置的電流；和(b)在從所述第一光學(xué)狀態(tài)至所述第二光學(xué)狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)變的稍后部分期間控制施加至所述可切換光學(xué)裝置的電壓，以便使所述電壓的量值保持基本上處于預(yù)設(shè)水平。(a)中的電流控制操作涉及當(dāng)所述電流的量值超過上限所定義安全電流水平或未能滿足下限所定義快速切換電流水平時(shí)校正至所述可切換光學(xué)裝置的所述電流。在某些實(shí)施方案中，這通過將電壓斜坡施加至所述可切換光學(xué)裝置并且在必要時(shí)調(diào)整所述電壓斜坡以將所述電流維持于所述上限所定義安全電流水平與所述下限所定義快速切換電流水平之間來實(shí)現(xiàn)。在其它情形中，這通過將初始電流施加至所述可切換光學(xué)裝置并且在必要時(shí)調(diào)整所述初始電流來實(shí)現(xiàn)。在某些情形中，所述方法包括以下進(jìn)一步操作:(C)在(b)之后將施加至所述可切換光學(xué)裝置的所述電壓的所述量值減小至減小所述可切換光學(xué)裝置中的泄漏電流的水平。
[0012]在特定實(shí)施方案中，執(zhí)行(a)中的控制所述電流達(dá)介于約2分鐘至30分鐘之間的周期。此外，在某些特定實(shí)施方案中，所述上限所定義安全電流水平介于約70μΑ / cm2與250 μ A / cm2之間。所述下限所定義快速切換電流水平可介于約30 μ A / cm2與70 μ A /cm2之間。在進(jìn)一步特定實(shí)施方案中，執(zhí)行(b)中的控制所述電壓達(dá)介于約2分鐘與30分鐘之間的周期。
[0013]在諸多實(shí)施方案中，在所述轉(zhuǎn)變的至少所述初始部分期間不檢測所述可切換光學(xué)裝置的溫度。在某些實(shí)施方案中，所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置。雖然不如此受限制，但所述光學(xué)狀態(tài)的所述改變可為至所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極光學(xué)狀態(tài)之間的中間光學(xué)狀態(tài)。
[0014]本發(fā)明的另一方面涉及用于控制可切換光學(xué)裝置中的光學(xué)狀態(tài)的改變的控制器。這些控制器可通過以下各項(xiàng)來表征:(a) —個(gè)或多個(gè)接口，其將控制指令、驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流提供至所述可切換光學(xué)裝置；和(b)指令，其用于控制光學(xué)狀態(tài)的所述改變。所述指令可包括:(i)在從第一光學(xué)狀態(tài)至第二光學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的初始部分期間控制至所述可切換光學(xué)裝置的電流，其中控制所述電流通過當(dāng)所述電流的量值超過上限所定義安全電流水平或未能滿足下限所定義快速切換電流水平時(shí)校正至所述可切換光學(xué)裝置的所述電流來實(shí)現(xiàn)；和(ii)在從所述第一光學(xué)狀態(tài)至所述第二光學(xué)狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)變的稍后部分期間控制施加至所述可切換光學(xué)裝置的電壓，以便使所述電壓的量值保持基本上處于預(yù)設(shè)水平。
[0015]當(dāng)所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置時(shí)，在所述指令中指定的所述電流和電壓水平是針對電致變色裝置而定義。所述控制器的其它特征可包括用以實(shí)施上文所描述的方法操作中的一者或多者的指令。例如，在所述指令中指定的所述電流和/或電壓水平在所述轉(zhuǎn)變的至少所述初始部分期間不需要考慮所述可切換光學(xué)裝置的溫度。作為另一實(shí)例，所述指令可指定所述光學(xué)狀態(tài)至所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極光學(xué)狀態(tài)之間的中間光學(xué)狀態(tài)的改變。
[0016]本發(fā)明的另一方面涉及引起可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至中間光學(xué)狀態(tài)的方法，所述中間光學(xué)狀態(tài)介于所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極狀態(tài)之間。這些方法涉及將振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述振蕩電壓具有與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的平均電壓，并且其中在所述可切換光學(xué)裝置的表面上基本上均勻地經(jīng)歷所述平均電壓。
[0017]作為一個(gè)實(shí)例，所述振蕩電壓具有約1Ε3Ηζ和1E-5HZ的頻率。作為進(jìn)一步實(shí)例，所述振蕩電壓具有約0.01伏至I伏的振幅。
[0018]在某些實(shí)施方案中，所述方法進(jìn)一步包括在施加所述振蕩電壓之前將電壓脈沖施加至所述可切換光學(xué)裝置的操作，其中所述電壓脈沖具有實(shí)質(zhì)上大于與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的所述平均電壓的量值，并且其中所述電壓脈沖的施加實(shí)質(zhì)上增加所述可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至所述中間光學(xué)狀態(tài)的速度。在特定實(shí)例中，所述電壓脈沖具有介于約5分鐘與15分鐘之間的持續(xù)時(shí)間。在進(jìn)一步特定實(shí)例中，其中所述電壓脈沖具有介于約I伏與7伏之間的量值。
[0019]在某些方法中，可存在將第二振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置的額外操作，其中所述第二振蕩電壓具有與第二中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二平均電壓，并且其中施加所述第二振蕩電壓引起所述裝置轉(zhuǎn)變至所述第二中間光學(xué)狀態(tài)。
[0020]通常，所述可切換光學(xué)裝置包括用于將電壓遞送至所述裝置的一個(gè)或多個(gè)匯流條，其中所述匯流條位于所述裝置的一個(gè)或多個(gè)邊緣處并且不位于所述裝置的中心區(qū)中。通常，所述可切換光學(xué)裝置包括具有至少約每平方5歐姆的薄層電阻的一個(gè)或多個(gè)透明電極。在各種實(shí)施方案中，所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置。
[0021]本發(fā)明的又一方面涉及一種用于控制可切換光學(xué)裝置中至中間光學(xué)狀態(tài)的改變的控制器，其中所述控制器通過以下特征來表征:(a) —個(gè)或多個(gè)接口，其用于將控制指令、驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流提供至所述可切換光學(xué)裝置；和(b)指令，其用于控制光學(xué)狀態(tài)的所述改變。所述指令包括將振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述振蕩電壓具有與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的平均電壓，并且其中在所述可切換光學(xué)裝置的表面上方基本上均勻地經(jīng)歷所述平均電壓。
[0022]如以上方法實(shí)施方案中所論述，由所述控制器控制的所述可切換光學(xué)裝置可包括用于將電壓遞送至所述裝置的一個(gè)或多個(gè)匯流條，并且所述匯流條位于所述裝置的一個(gè)或多個(gè)邊緣處并且不位于所述裝置的中心區(qū)中。此外，所述可切換光學(xué)裝置可包括具有至少約每平方5歐姆的薄層電阻的一個(gè)或多個(gè)透明電極。
[0023]當(dāng)所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置時(shí)，在所述指令中指定的振蕩的特性是針對電致變色裝置而定義。所述控制器的其它特征可包括用以實(shí)施上文剛剛描述的方法操作中的一者或多者的指令。例如，所述指令可指定所述振蕩電壓具有約1Ε3Ηζ和1E-5HZ的頻率。在另一實(shí)例中，所述指令可指定所述振蕩電壓具有約0.01伏至I伏的振幅。
[0024]在又一實(shí)例中，指令進(jìn)一步包括用于在施加所述振蕩電壓之前將電壓脈沖施加至所述可切換光學(xué)裝置的指令，其中所述電壓脈沖具有實(shí)質(zhì)上大于與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的所述平均電壓的量值，并且其中所述電壓脈沖的施加實(shí)質(zhì)上增加所述可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至所述中間光學(xué)狀態(tài)的速度。在某些實(shí)施方案中，所述電壓脈沖具有介于約5分鐘與15分鐘之間的持續(xù)時(shí)間。在某些實(shí)施方案中，所述電壓脈沖具有介于約I伏與7伏之間的量值。
[0025]下文將參考相關(guān)聯(lián)圖式更詳細(xì)地描述本發(fā)明的這些和其它特征與優(yōu)點(diǎn)。
[0026]附圖簡述
[0027]圖1示出采用簡單電壓控制算法來驅(qū)動(dòng)光學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的電致變色窗的電流曲線。
[0028]圖2示出針對特定電壓的一系列Q對T(電荷對溫度)曲線。
[0029]圖3Α和3Β示出從根據(jù)某些實(shí)施方案的特定控制方法產(chǎn)生的電流和電壓曲線。
[0030]圖3C是繪示在光學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的初始階段期間對電流的控制的流程圖。
[0031 ] 圖4Α針對振蕩所施加電壓和非振蕩所施加電壓比較跨越裝置的面的電壓不均勻性。
[0032]圖4Β示出從用以產(chǎn)生相對均勻的0.40D中間狀態(tài)的振蕩所施加電壓產(chǎn)生的中心和邊緣模型化結(jié)果。
[0033]圖4C是用以產(chǎn)生圖4B中所繪示的結(jié)果的電壓算法。
[0034]圖4D繪示用于快速轉(zhuǎn)變至中間狀態(tài)的電壓曲線。
[0035]圖5是對可用以根據(jù)本文中所描述的方法控制可切換光學(xué)裝置的控制器的示意性圖解。
[0036]圖6A是以截面方式對電致變色裝置的示意性繪示。
[0037]圖6B是處于褪色狀態(tài)中(或轉(zhuǎn)變至褪色狀態(tài))的電致變色裝置的示意性截面圖。
[0038]圖6C是圖6B中所示出、但處于有色狀態(tài)中(或轉(zhuǎn)變至有色狀態(tài))的電致變色裝置的示意性截面圖。
[0039]圖7是處于有色狀態(tài)中的電致變色裝置的示意性截面圖，其中所述裝置具有界面區(qū)，所述界面區(qū)不含有相異離子導(dǎo)體層。
[0040]實(shí)施方案的詳述
[0041]介紹與概述
[0042]諸如電致變色裝置的可切換光學(xué)裝置在兩個(gè)或更多個(gè)光學(xué)狀態(tài)(諸如褪色狀態(tài)和有色狀態(tài))之間可逆地循環(huán)。在這些狀態(tài)之間切換通過將預(yù)定義電流和/或電壓施加至所述裝置來控制。所述裝置控制器通常包括低電壓電源并且可被配置來結(jié)合輻射和其它環(huán)境傳感器而操作，但這些輻射和其它環(huán)境傳感器在各種實(shí)施方案中不作要求。所述控制器還可被配置來與能量管理系統(tǒng)對接，所述能量管理系統(tǒng)諸如根據(jù)諸如一年當(dāng)中的時(shí)間、一天當(dāng)中的時(shí)間、安全條件和所測量環(huán)境條件等因素來控制所述電致變色裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這一能量管理系統(tǒng)可顯著降低建筑物的能量消耗。
[0043]圖1示出采用簡單電壓控制算法來引起電致變色裝置的光學(xué)狀態(tài)轉(zhuǎn)變(例如，著色)的電致變色窗的電流曲線。在所述曲線中，離子電流密度⑴作為時(shí)間的函數(shù)來表示。諸多不同類型的電致變色裝置將具有所繪示電流曲線。在一個(gè)實(shí)例中，諸如氧化鎢的陰極電致變色材料結(jié)合一個(gè)氧化鎳鎢對電極使用。在這些裝置中，負(fù)電流指示裝置的著色。所述特定所繪示曲線通過使電壓斜升至設(shè)定水平并且然后保持所述電壓以維持光學(xué)狀態(tài)而產(chǎn)生。
[0044]電流峰值101與光學(xué)狀態(tài)的改變(即，著色和褪色)相關(guān)聯(lián)。具體地說，所述電流峰值表示將裝置著色或褪色所需要的電荷的遞送。數(shù)學(xué)上，峰值下方的陰影區(qū)域表示將裝置著色或褪色所需要的總改變。在初始電流尖峰之后的曲線部分(部分103)表示當(dāng)裝置處于新光學(xué)狀態(tài)中時(shí)的泄漏電流。
[0045]在所述圖中，電壓曲線105疊加于所述電流曲線上。所述電壓曲線按以下序列:負(fù)斜坡(107)、負(fù)保持(109)、正斜坡(111)和正保持(113)。注意，電壓在達(dá)到其最大量值之后并且在裝置保持處于其所定義光學(xué)狀態(tài)中的時(shí)間長度期間保持恒定。電壓斜坡107將裝置驅(qū)動(dòng)至其新的有色狀態(tài)并且電壓保持109維持裝置處于有色狀態(tài)中，直至沿相反方向的電壓斜坡111驅(qū)動(dòng)從有色狀態(tài)至褪色狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。在某些切換算法中，施加電流上限。SP，不準(zhǔn)許電流超過所定義水平以便防止損壞裝置。
[0046]著色的速度不僅是所施加電壓的函數(shù)，而且是溫度和電壓斜升速率的函數(shù)。由于電壓和溫度兩者都影響鋰擴(kuò)散，因此所傳遞的電荷量(并且因此此電流峰值的強(qiáng)度)隨電壓和溫度增加，如圖2中所指示。另外，通過定義，電壓與溫度是相依的，這意味著可在較高溫度下使用較低電壓來獲得與較低溫度下的較高電壓相同的切換速度。此溫度響應(yīng)可用于基于電壓的切換算法中，但需要積極地監(jiān)測溫度以變化所施加電壓。使用溫度來確定施加哪一電壓以便實(shí)現(xiàn)快速切換而不損壞裝置。
[0047]圖2示出針對特定電壓的一系列Q對T (電荷對溫度)曲線。更具體地說，所述圖示出當(dāng)施加固定溫度時(shí)在固定時(shí)間周期已流逝之后溫度對多少電荷被傳遞至電致變色裝置的影響。隨著電壓增加，所傳遞的電荷量針對給定溫度增加。因此，對于待傳遞的所要電荷量，電壓范圍中的任何電壓則可為適當(dāng)?shù)?，如圖2中的水平線207所示出。并且很清楚，簡單地控制電壓將不保證光學(xué)狀態(tài)的改變在預(yù)定義時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生。裝置溫度強(qiáng)烈地影響特定電壓下的電流。當(dāng)然，如果已知裝置的溫度，則所施加電壓可被選擇以在所要時(shí)間周期期間驅(qū)動(dòng)著色改變。然而，在某些情形中，不可能可靠地確定電致變色裝置的溫度。雖然裝置控制器通常知曉需要多少電荷來切換裝置，但其可能不知曉溫度。
[0048]如果針對電致變色裝置的溫度施加過高電壓或電流，則裝置可被損壞或降級。另一方面，如果針對溫度施加過低電壓或電流，則裝置將切換得過慢。因此，將期望在著色狀態(tài)改變早些時(shí)候具有受控電流和/或電壓。記住此想法，所公開程序在不受限于特定電壓的情形下控制電荷(以電流的方式)。
[0049]采用受控電流初始階段的轉(zhuǎn)變
[0050]本文中所描述的某些控制程序可通過在初始轉(zhuǎn)變期間將以下限制施加于裝置來實(shí)施:(1)在裝置電極之間傳遞所定義電荷量以引起完全光學(xué)轉(zhuǎn)變；(2)在所定義時(shí)間框架內(nèi)傳遞此電荷；(3)電流不超過最大電流；和(4)電壓不超過最大電壓。
[0051]根據(jù)本文中所描述的各種實(shí)施方案，使用單個(gè)算法來切換電致變色裝置，而不管溫度如何。在一個(gè)實(shí)例中，控制算法涉及:(i)在其中離子電流顯著大于泄漏電流的初始切換周期期間控制電流而非電壓；(ii)在此初始周期期間，采用電流-時(shí)間相關(guān)性，以使得裝置在低溫度下足夠快速地切換而在較高溫度下不損壞所述部分。
[0052]因此，在從一個(gè)光學(xué)狀態(tài)至另一光學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變期間，控制器和相關(guān)聯(lián)控制算法以確保切換速度充分快速并且電流不超過將損壞裝置的值的方式控制至裝置的電流。此夕卜，在各種實(shí)施方案中，所述控制器和控制算法以兩個(gè)階段實(shí)現(xiàn)切換:第一階段，其在切換完成之前控制電流直至到達(dá)所定義點(diǎn)；和第二階段，其在所述第一階段之后控制施加至裝置的電壓。
[0053]本文中所描述的各種實(shí)施方案可通常由以下三型態(tài)式方法(regimemethodology)表征。
[0054]1.控制電流以將其維持于經(jīng)限界電流范圍內(nèi)。這僅在光學(xué)狀態(tài)的改變的起始期間進(jìn)行短時(shí)間周期。意圖保護(hù)裝置免受由于高電流條件所致的損壞，同時(shí)確保施加充分電流以準(zhǔn)許狀態(tài)的快速改變。通常，此階段期間的電壓停留于裝置的最大安全電壓內(nèi)。在采用住宅或建筑玻璃的某些實(shí)施方案中，此初始受控電流階段將持續(xù)約3分鐘至4分鐘。在此階段期間，電流曲線相對平坦，變化不大于(例如)約10%。
[0055]2.在初始受控電流階段完成之后，轉(zhuǎn)變至受控電壓階段，其中電壓保持處于基本上固定值，直至光學(xué)轉(zhuǎn)變完成，即，直至傳遞充分電荷以完成光學(xué)轉(zhuǎn)變。通常，從狀態(tài)I至狀態(tài)2(受控電流至受控電壓)的轉(zhuǎn)變通過自切換操作的起始到達(dá)所定義時(shí)間來觸發(fā)。然而，在替代實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)變通過達(dá)到預(yù)定義電壓、預(yù)定義所傳遞電荷量或某一其它準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)。在受控電壓階段期間，電壓可保持處于變化不大于約0.2V的水平。
[0056]3.在完成第二階段之后，通常在光學(xué)轉(zhuǎn)變完成時(shí)，使電壓下降以便使泄漏電流最小化同時(shí)維持新的光學(xué)狀態(tài)。至此第三階段的轉(zhuǎn)變可通過(例如)從切換操作的起始到達(dá)所定義時(shí)間來觸發(fā)。在其它實(shí)例中，所述轉(zhuǎn)變通過傳遞預(yù)定義電荷量來觸發(fā)。
[0057]圖3A和3B示出從根據(jù)某些實(shí)施方案的特定控制方法產(chǎn)生的電流和電壓曲線。圖3C提供控制序列的初始部分(受控電流部分)的相關(guān)聯(lián)流程圖。出于論述的目的，假定這些圖中所示出的負(fù)電流(如在圖1中)驅(qū)動(dòng)褪色至有色轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，所述實(shí)例可同等地適用于相反地操作的裝置，即，采用陽極電致變色電極的裝置。
[0058]在所述特定實(shí)例中，遵循以下程序:
[0059]1.在時(shí)間O處-使電壓以意圖對應(yīng)于電流水平“I target” 301的速率斜升。參見圖3C的方框351。還參見圖3A中的電壓斜坡303。I target可針對討論中的裝置先驗(yàn)地設(shè)定-獨(dú)立于溫度。如所提及，可在不知曉或推斷裝置的溫度的情形下有益地實(shí)施此處所描述的控制方法。在替代實(shí)施方案中，檢測溫度并且在設(shè)定電流水平時(shí)考慮溫度。在某些情形中，可從窗的電流-電壓響應(yīng)來推斷溫度。
[0060]在某些實(shí)例中，斜坡速率介于約10μ V / s與100V / s之間。在更多特定實(shí)例中，斜坡速率介于約ImV / 8_與_50011^ / s之間。
[0061]2.緊接在t0之后，通常在幾毫秒內(nèi)，控制器確定從操作I中的電壓的施加產(chǎn)生的電流水平并且比較其與由I slow在下部端處限界并且由I safe在上部端處限界的可接受電流范圍。I safe高于其裝置可受到損壞或降級的電流水平。I slow低于其裝置將以不可接受的慢速率切換的電流水平。作為實(shí)例，電致變色窗中的I target可介于約30 μ A /cm2與70 μ A / cm2之間。此外，I slow的典型實(shí)例的范圍介于約I μ A / cm2與30 μ A /cm2之間并且I safe的實(shí)例的范圍介于約70 μ A / cm2與250 μ A / cm2之間。
[0062]電壓斜坡被設(shè)定并且在必要時(shí)被調(diào)整以控制電流并且通常在控制序列的初始階段中產(chǎn)生相對一致的電流水平。這由如圖3A和3B中所示出的平坦電流曲線301圖解說明，平坦電流曲線301包括于水平I safe307與I slow309之間。
[0063]3.取決于步驟2中的比較的結(jié)果，控制方法采用以下操作(a)至(C)中的一者。注意，控制器不僅緊接在^之后檢查電流水平，而且其在^之后頻繁地檢查電流水平并且做出調(diào)整，如此處所描述并且如圖3C中所示出。
[0064]a.所測量電流介于I slow與I safe之間一繼續(xù)施加將電流維持于Islow與Isafe之間的電壓。參見由圖3C的方框353、355、359、369和351定義的循環(huán)。
[0065]b.所測量電流低于I slow(通常由于裝置溫度是低的)一繼續(xù)使所施加電壓斜升以便使電流高于I slow但低于I safe。參見圖3C的方框353和351的循環(huán)。如果電流水平過低，則增加電壓的增加速率(即，增加電壓斜坡的陡度)可為適當(dāng)?shù)摹?br> [0066]如所指示，控制器通常積極地監(jiān)測電流和電壓以確保所施加電流保持高于ISlow0在一個(gè)實(shí)例中，控制器每幾毫秒檢查一次電流和/或電壓。其可以相同時(shí)間標(biāo)度調(diào)整電壓?？刂破鬟€可確保所施加電壓的新增加水平保持低于V safe。V safe是最大所施加電壓量值，超過其，裝置可受到損壞或降級。
[0067]c.所測量電流高于I safe (通常由于裝置正在高溫度下操作)一降低電壓(或電壓的增加速率)以便使電流低于I safe但高于I slow。參見圖3C的方框355和357。如所提及，控制器可積極地監(jiān)測電流和電壓。因此，控制器可快速地調(diào)整所施加電壓以確保電流在轉(zhuǎn)變的整個(gè)受控電流階段期間保持低于I safe。因此，電流不應(yīng)超過I safe。
[0068]應(yīng)明了，可在必要時(shí)調(diào)整或甚至?xí)簳r(shí)停止電壓斜坡303以將電流維持于I slow與I safe之間。例如，當(dāng)在受控電流型態(tài)中時(shí)，可將電壓斜坡停止、在方向上反轉(zhuǎn)、在速率上減慢或在速率上增加。
[0069]在其它實(shí)施方案中，在需要時(shí)控制器增加和/或降低電流而非電壓。因此，以上論述不應(yīng)被視為限于使電壓斜升或以其它方式控制電壓以將電流維持于所要范圍中的選項(xiàng)。不管通過硬件控制電壓還是電流(恒電位或恒電流控制)，所述算法獲得所要結(jié)果。
[0070]4.將電流維持于目標(biāo)范圍中(介于I slow與I safe之間)，直至滿足指定準(zhǔn)則。在一個(gè)實(shí)例中，所述準(zhǔn)則是傳遞電流達(dá)所定義時(shí)間長度tl，在此時(shí)間處裝置達(dá)到所定義電壓VI。在達(dá)成此條件后，控制器旋即從受控電流轉(zhuǎn)變至受控電壓。參見圖3C的方框359和361。注意，Vl是溫度的函數(shù)，但如所提及，根據(jù)各種實(shí)施方案不需要監(jiān)測或甚至檢測溫度。
[0071]在某些實(shí)施方案中，tl是約I分鐘至30分鐘，并且在某些特定實(shí)例中，tl是約2分鐘至5分鐘。此外，在某些情形中，Vl的量值是約I伏至7伏，并且更具體地說是約2.5伏至4伏。
[0072]如所提及，控制器在受控電流階段中繼續(xù)，直至滿足指定條件，諸如過去所定義時(shí)間周期。在此實(shí)例中，使用定時(shí)器來觸發(fā)轉(zhuǎn)變。在其它實(shí)例中，所述指定條件是達(dá)到所定義電壓(例如，最大安全電壓)或傳遞所定義電荷量。
[0073]操作I至4對應(yīng)于以上一般算法中的型態(tài)1-受控電流。此階段期間的目標(biāo)是防止電流超過安全水平且同時(shí)確保合理快速的切換速度?？赡茉诖诵蛻B(tài)期間，控制器可為電致變色裝置供應(yīng)超過最大安全電壓的電壓。在某些實(shí)施方案中，通過采用其中所述最大安全值比跨越操作溫度范圍的Vl大得多的控制算法來消除此問題。在某些實(shí)例中，I target和tl被選擇以使得Vl在較低溫度下充分低于最大電壓，同時(shí)不在較高溫度下由于過度電流而使窗降級。在某些實(shí)施方案中，控制器包括將在達(dá)到最大安全電壓之前對窗進(jìn)行報(bào)警的安全特征。在典型實(shí)例中，電致變色窗的最大安全電壓的值介于約5伏與9伏之間。
[0074]5.維持電壓處于所定義水平V2，直至滿足另一指定條件，諸如到達(dá)時(shí)間t2。參見圖3A中的電壓段313。通常，時(shí)間t2或其它指定條件經(jīng)選擇以便傳遞足以引起著色的所要改變的所要量電荷。在一個(gè)實(shí)例中，所述指定條件是傳遞預(yù)指定電荷量。在此階段期間，電流可逐漸地降低，如圖3A和3B中的電流曲線段315所圖解說明。在特定實(shí)施方案中，V2=V1，如圖3A中所示出。
[0075]此操作5對應(yīng)于上文型態(tài)2-受控電壓。此階段期間的目標(biāo)是維持電壓處于Vl達(dá)充分長度以確保所要著色速度。
[0076]在某些實(shí)施方案中，t2是約2分鐘至30分鐘，并且在某些特定實(shí)例中，t2是約3分鐘至10分鐘。此外，在某些情形中，V2是約I伏至7伏，并且更具體地說是約2.5伏至4伏。
[0077]6.在達(dá)到步驟5的條件之后(即，在已傳遞充分電荷或定時(shí)器指示已到達(dá)t2之后)，使電壓從V2下降至水平V3。這在保持著色狀態(tài)時(shí)減少泄漏電流。在特定實(shí)施方案中，轉(zhuǎn)變時(shí)間t2是基于部件的中心(其為著色最慢者)所需要的時(shí)間而預(yù)定和選擇，以達(dá)到某一百分比透射率。在某些實(shí)施方案中，t2介于約4分鐘與6分鐘之間。此操作6對應(yīng)于上文型態(tài)3。
[0078]下表呈現(xiàn)上文所描述的算法的特定實(shí)例。
【權(quán)利要求】
1.一種引起窗上的可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至中間光學(xué)狀態(tài)的方法，所述中間光學(xué)狀態(tài)介于所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極狀態(tài)之間，所述方法包括: 將振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述振蕩電壓具有與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的平均電壓，并且其中在所述可切換光學(xué)裝置的表面上基本上均勻地經(jīng)歷所述平均電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述可切換光學(xué)裝置包括用于將電壓遞送至所述裝置的一個(gè)或多個(gè)匯流條，并且其中所述匯流條位于所述裝置的一個(gè)或多個(gè)邊緣處并且不位于所述裝置的中心區(qū)中。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述可切換光學(xué)裝置包括具有至少約每平方5歐姆的薄層電阻的一個(gè)或多個(gè)透明電極。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述振蕩電壓具有約1Ε3Ηζ和1Ε-5Ηζ的頻率。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述振蕩電壓具有約0.01伏至I伏的振幅。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在施加所述振蕩電壓之前將電壓脈沖施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述電壓脈沖具有實(shí)質(zhì)上大于與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的所述平均電壓的量值，并且其中所述電壓脈沖的施加實(shí)質(zhì)上增加所述可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至所述中間光學(xué)狀態(tài)的速度。
8.如權(quán)利要求7所述的方法,其中所述電壓脈沖具有介于約5分鐘與15分鐘之間的持續(xù)時(shí)間。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述電壓脈沖具有介于約I伏與7伏之間的量值。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將第二振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述第二振蕩電壓具有與第二中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二平均電壓，并且其中施加所述第二振蕩電壓引起所述裝置轉(zhuǎn)變至所述第二中間光學(xué)狀態(tài)。
11.一種用于控制窗上的可切換光學(xué)裝置中至中間光學(xué)狀態(tài)的改變的控制器，所述控制器包括: (a)一個(gè)或多個(gè)接口，其將控制指令、驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流提供至所述可切換光學(xué)裝置；和 (b)指令，其用于控制光學(xué)狀態(tài)的所述改變，其中所述指令包括: 將振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置，其中所述振蕩電壓具有與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的平均電壓，并且其中在所述可切換光學(xué)裝置的表面上基本上均勻地經(jīng)歷所述平均電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中在所述指令中指定的所述振蕩電壓是針對電致變色裝置而定義。
13.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中由所述控制器控制的所述可切換光學(xué)裝置包括用于將電壓遞送至所述裝置的一個(gè)或多個(gè)匯流條，并且其中所述匯流條位于所述裝置的一個(gè)或多個(gè)邊緣處并且不位于所述裝置的中心區(qū)中。
14.如權(quán)利要求13所述的控制器，其中所述可切換光學(xué)裝置包括具有至少約每平方5歐姆的薄層電阻的一個(gè)或多個(gè)透明電極。
15.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述指令指定所述振蕩電壓具有約1Ε3Ηζ和1Ε-5Ηζ的頻率。
16.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述指令指定所述振蕩電壓具有約0.01伏至I伏的振幅。
17.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述指令進(jìn)一步包括用于在施加所述振蕩電壓之前將電壓脈沖施加至所述可切換光學(xué)裝置的指令，其中所述電壓脈沖具有實(shí)質(zhì)上大于與所述中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的所述平均電壓的量值，并且其中所述電壓脈沖的施加實(shí)質(zhì)上增加所述可切換光學(xué)裝置轉(zhuǎn)變至所述中間光學(xué)狀態(tài)的速度。
18.如權(quán)利要求17所述的控制器，其中所述電壓脈沖具有介于約5分鐘與15分鐘之間的持續(xù)時(shí)間。
19.如權(quán)利要求17所述的控制器，其中所述電壓脈沖具有介于約I伏與7伏之間的量值。
20.如權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述指令進(jìn)一步包括用于將第二振蕩電壓施加至所述可切換光學(xué)裝置的指令，其中所述第二振蕩電壓具有與第二中間光學(xué)狀態(tài)相關(guān)聯(lián)的第二平均電壓，并且其中施加所述第二振蕩電壓引起所述裝置轉(zhuǎn)變至所述第二中間光學(xué)狀態(tài)。
21.一種引起窗上的可切換光學(xué)裝置中的光學(xué)狀態(tài)的改變的方法，所述方法包括: (a)在從第一光學(xué)狀態(tài)至第二光學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的初始部分期間控制至所述可切換光學(xué)裝置的電流，其中控制所述電流通過當(dāng)所述電流的量值超過上限所定義安全電流水平或未能滿足下限所定義快速切換電流水平時(shí)校正至所述可切換光學(xué)裝置的所述電流來實(shí)現(xiàn)；和 (b)在從所述第一光學(xué)狀態(tài)至所述第二光學(xué)狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)變的稍后部分期間控制施加至所述可切換光學(xué)裝置的電壓，以便使所述電壓的量值保持基本上處于預(yù)設(shè)水平。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述可切換光學(xué)裝置是電致變色裝置。
23.如權(quán)利要求21所述的方法，其中(a)中的控制所述電流包括:將電壓斜坡施加至所述可切換光學(xué)裝置并且在必要時(shí)調(diào)整所述電壓斜坡以將所述電流維持于所述上限所定義安全電流水平與所述下限所定義快速切換電流水平之間。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其中(a)中的控制所述電流包括將初始電流施加至所述可切換光學(xué)裝置并且在必要時(shí)調(diào)整所述初始電流以將所述電流維持于所述上限所定義安全電流水平與所述下限所定義快速切換電流水平之間。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中在所述轉(zhuǎn)變的至少所述初始部分期間不檢測所述可切換光學(xué)裝置的溫度。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述光學(xué)狀態(tài)的所述改變是至所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極光學(xué)狀態(tài)之間的中間光學(xué)狀態(tài)。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其進(jìn)一步包括: (C)在(b)之后將施加至所述可切換光學(xué)裝置的所述電壓的所述量值減小至減小所述可切換光學(xué)裝置中的泄漏電流的水平。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中執(zhí)行(a)中的控制所述電流達(dá)介于約2分鐘至30分鐘之間的周期。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述上限所定義安全電流水平介于約70μΑ/ cm2與 250 μ A / cm2 之間。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述下限所定義快速切換電流水平介于約30 μ A / cm2 與 70 μ A / cm2 之間。
31.如權(quán)利要求21所述的方法，其中執(zhí)行(b)中的控制所述電壓達(dá)介于約2分鐘與30分鐘之間的周期。
32.一種用于控制窗上的可切換光學(xué)裝置中的光學(xué)狀態(tài)的改變的控制器，所述控制器包括: (a)一個(gè)或多個(gè)接口，其用于將控制指令、驅(qū)動(dòng)電壓和/或驅(qū)動(dòng)電流提供至所述可切換光學(xué)裝置；和 (b)指令，其用于控制光學(xué)狀態(tài)的所述改變，其中所述指令包括: (i)在從第一光學(xué)狀態(tài)至第二光學(xué)狀態(tài)的轉(zhuǎn)變的初始部分期間控制至所述可切換光學(xué)裝置的電流，其中控制所述電流通過當(dāng)所述電流的量值超過上限所定義安全電流水平或未能滿足下限所定義快速切換電流水平時(shí)校正至所述可切換光學(xué)裝置的所述電流來實(shí)現(xiàn)；和 (?)在從所述第一光學(xué)狀態(tài)至所述第二光學(xué)狀態(tài)的所述轉(zhuǎn)變的稍后部分期間控制施加至所述可切換光學(xué)裝置的電壓，以便使所述電壓的量值保持基本上處于預(yù)設(shè)水平。
33.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中在所述指令中指定的電流和電壓水平是針對電致變色裝置而定義。
34.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中用于⑴中的控制所述電流的所述指令包括用于將電壓斜坡施加至所述可切換光學(xué)裝置并且在必要時(shí)調(diào)整所述電壓斜坡以將所述電流維持于所述上限所定義安全電流水平與所述下限所定義快速切換電流水平之間的指令。
35.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中在所述指令中指定的電流和/或電壓水平被設(shè)定并且在所述轉(zhuǎn)變的至少所述初始部分期間不考慮所述可切換光學(xué)裝置的溫度。
36.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中所述指令指定所述光學(xué)狀態(tài)至所述可切換光學(xué)裝置的兩個(gè)終極光學(xué)狀態(tài)之間的中間光學(xué)狀態(tài)的改變。
37.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中所述指令進(jìn)一步包括: (iii)在(ii)之后將施加至所述可切換光學(xué)裝置的所述電壓的所述量值減小至減小所述可切換光學(xué)裝置中的泄漏電流的水平。
38.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中用于⑴中的控制所述電流的所述指令指定控制所述電流達(dá)介于約2分鐘至5分鐘之間的周期。
39.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中所述上限所定義安全電流水平介于約70μΑ/cm2 與 250 μ A / cm2 之間。
40.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中所述下限所定義快速切換電流水平介于約30 μ A / cm2 與 70 μ A / cm2 之間。
41.如權(quán)利要求32所述的控制器，其中用于(ii)中的控制所述電壓的所述指令指定控制所述電流達(dá)介于約2分鐘與30分鐘之間的周期。
【文檔編號】G02F1/15GK103492940SQ201280020475
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年3月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月16日
【發(fā)明者】迪沙·曼塔尼, 戈登·杰克, 安殊·普拉達(dá) 申請人:唯景公司