CN106896613B

CN106896613B - 驱动薄膜可切换光学装置

Info

Publication number: CN106896613B
Application number: CN201611216264.6A
Authority: CN
Inventors: 安舒·普拉丹; 迪沙·曼塔尼; 戈登·杰克
Original assignee: View Inc
Current assignee: View Inc
Priority date: 2012-08-06
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2020-08-07
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CA3205173A1; KR20210054592A; KR102117731B1; KR102487954B1; EP2880492A4; EP3933498A1; RU2018103078A; JP2018077498A; CA2880920C; KR20150040985A; EP2880492A1; CN106896613A; JP2015530613A; KR20220116359A; JP6266618B2; HK1206821A1; KR20200060787A; CN104603686B; CN104603686A; KR102249718B1

Abstract

本申请涉及驱动薄膜可切换光学装置。控制器和控制方法将驱动电压施加到薄膜光学可切换装置的汇流条。所述所施加的驱动电压是以驱动所述光学可切换装置的整个表面上的转变但不损坏所述装置或使所述装置降级的电平提供。此所施加电压在所述装置的面上的所有位置处产生在框入范围内的有效电压。此范围的上限与一电压相关联，所述电压安全地低于所述装置可经历损坏或降级从而在短期或长期内影响其性能的电平。在此范围的下限处是所述装置的光学状态之间的转变相对快速地发生的有效电压。所述汇流条之间所施加的电压的电平显著大于所述框入范围内的所述有效电压的最大值。

Description

驱动薄膜可切换光学装置

分案申请的相关信息

本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2013年8月5日、申请号为201380046356.2、发明名称为“驱动薄膜可切换光学装置”的发明专利申请案。

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年8月6日提交的美国临时专利申请号61/680,221以及2012年11月20日提交的美国申请号13/682,618的权益，上述申请出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。

发明背景

电致变色(EC)装置通常包括多层堆叠，其包含(a)至少一种电致变色材料，所述电致变色材料响应于电位的施加而改变其光学特性，例如透过所述层的可见光，(b)离子导体(IC)，其允许离子(例如，Li⁺)移动穿过离子导体，进入电致变色材料中，并从电致变色材料出来，以致使所述光学特性改变，同时隔绝电短路，以及(c)透明导体层(例如，透明导电氧化物或TCO)，在其上施加电位。在一些情况下，从电致变色装置的相对边缘且越过所述装置的可见区域施加所述电位。将所述透明导体层设计为具有相对较高的电子传导性。电致变色装置可具有多于上述的层，例如有色或无色的离子储存层。

归因于装置操作的物理学，电致变色装置的恰当功能取决于许多因素，例如穿过材料层的离子运动、移动所述离子所需的电位、透明导体层的薄层电阻，以及其它因素。随着电致变色装置的大小增加，用于驱动电致变色转变的常规技术不符合标准。举例来说，在常规的驱动概况中，以足够低的电压小心地驱动装置，以便不因过于强硬地驱动离子穿过所述装置而损坏所述装置，这减慢了切换速度，或者以较高电压操作所述装置以增加切换速度，但是以装置的过早降级为代价。

需要改进的用于驱动电致变色装置的方法。

发明概要

本公开的方面涉及用于将驱动电压施加到大型电致变色装置的汇流条的控制器和控制方法。此些装置通常提供于窗户(例如建筑玻璃)上。在某些实施方案中，所施加的驱动电压具有所定义量值，其足以驱动电致变色装置的整个表面上的转变，但不损坏装置或使装置降级。汇流条之间等距的区经历最低有效电压，且最接近汇流条的区经历最高有效电压。所施加的驱动电压在电致变色装置的位于框入范围内的面上的所有位置处产生有效电压。此范围的上限安全地在相信装置可经历损坏或降级的电压之下，所述损坏或降级在短期或长期可能影响其性能。在此范围的下限处是电致变色装置的光学状态之间的转变相对快速地发生的有效电压。在汇流条之间施加的电压的电平显著大于框入范围内的有效电压的最大值。

本公开的一个方面涉及用于控制薄膜电致变色装置的光学状态的控制器。此类控制器的特征可在于：(a)用于在薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压或提供指令以在薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压的电路，以及(b)处理组件。所述处理组件(b)可经设计或配置以执行以下操作：(i)确定薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态；以及(ii)响应于确定薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态而保持薄膜电致变色装置的汇流条之间的第一所施加电压。第一所施加电压的量值足以确保薄膜电致变色装置上的所有位置经历最大有效电压与最小有效电压之间的有效电压，其中最大有效电压识别为安全地避免对薄膜电致变色装置的损坏，且最小有效电压识别为足以驱动从第一光学状态到第二光学状态的转变。另外，第一所施加电压显著大于最大有效电压。

在某些实施方案中，这是通过在从第一光学状态到第二光学状态的转变期间维持薄膜电致变色装置上的所有位置处的有效电压来完成的。在此类情况下，这是通过在从第一光学状态到第二光学状态的转变过程期间，将汇流条之间的第一所施加电压的量值从第一电压降低来完成的。

在特定实施方案中，所述控制器可具有大约2.5伏或以下的最大有效电压，以及大约1.2伏或以上的最小有效电压。

本发明的另一方面涉及电致变色装置和控制系统，其特征在于上文所描述的控制器，其中薄膜电致变色装置具有电耦合到所述控制器的汇流条。

在某些实施方案中，电致变色装置和控制系统具有安置于薄膜电致变色装置的相对侧的汇流条。在其它情况下，电致变色装置和控制系统的汇流条分开至少约30英寸的距离。在其它情况下，电致变色装置和控制系统的汇流条分开至少约40英寸的距离。

在某些实施方案中，薄膜电致变色装置安置于建筑玻璃上。在其它实施方案中，薄膜电致变色装置具有至少约30英寸的宽度。

在一个实施方案中，薄膜电致变色装置具有两个透明传导层，各自具有薄层电阻R_s，且汇流条分开距离L，且薄膜电致变色装置具有大于约3V的R_s*J*L²的值。

本发明的另一方面涉及用于控制薄膜电致变色装置的光学状态的控制器。此类控制器的特征可在于：(a)用于在薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压或提供指令以在薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压的电路，以及(b)存储用于控制所述电路的指令的媒体。所述用于存储指令的媒体可包含(i)用于确定薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态的代码；以及(ii)用于响应于确定薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态而保持薄膜电致变色装置的汇流条之间的第一所施加电压的代码。此类第一所施加电压的经选择以确保薄膜电致变色装置上的所有位置经历最大有效电压与最小有效电压之间的有效电压，其中最大有效电压识别为安全地避免对薄膜电致变色装置的损坏，且最小有效电压识别为足以驱动从第一光学状态到第二光学状态的转变。并且，此第一所施加电压显著大于最大有效电压。

在某些实施方案中，存储指令的媒体的特征在于用于在从第一光学状态到第二光学状态的转变期间维持薄膜电致变色装置的所有位置处的有效电压的代码。在此情况下，这是通过具有用于在从第一光学状态到第二光学状态的转变过程期间，将汇流条之间的第一所施加电压的量值从第一电压降低的代码来完成的。

存储指令的媒体的另一特征包含用于使施加到汇流条的电压以所定义的斜率斜升直到达到第一所施加电压为止的代码。又一特征包含用于在所定义周期内保持施加到汇流条的第一所施加电压的代码。

另外，存储指令的媒体还可具有用于使施加到汇流条的电压从第一所施加电压斜升到具有比第一所施加电压小的量值的保持电压的代码。在此实现方式中，所述用于使施加到汇流条的电压从第一所施加电压斜升到保持电压的代码指定所定义的斜率。

在某些实现方式中，控制器可具有大约2.5伏或以下的最大有效电压，以及大约1.2伏或以上的最小有效电压。控制器可提供介于2.5伏与5伏之间的第一所施加电压。

下文参考相关联的图式更详细地描述这些和其它特征和优点。

附图简述

图1A示意性地描绘平面汇流排布置。

图1B呈现每一透明传导层上随在层上的位置而变的局部电压值的简化曲线图。

图1C呈现随在装置上的位置而变的V_eff的简化曲线图。

图2描绘具有V_app的固定值的各种装置尺寸(汇流排间距)的电压分布。

图3描绘具有在必要时以不同值供应以使V_eff维持在合适电平的V_app的各种装置的电压分布。

图4呈现使用固定和可变V_app的各种装置尺寸的装置着色分布(V_eff对位置)。在每组四个曲线中，上部曲线是针对最小装置(10英寸)，且下部曲线是针对最大装置(40英寸)。

图5展示当使用V_app的固定常规值时针对三个不同装置尺寸随装置位置而变的V_TCL和V_eff。

图6展示当使用为驱动转变同时维持安全的V_eff而优化的V_app的可变值时，针对三个不同装置尺寸随装置位置而变的V_TCL和V_eff。

图7是描绘与将电致变色装置从脱色驱动到着色以及从着色驱动到脱色相关联的电压和电流分布的图表。

图8是描绘与将电致变色装置从脱色驱动到着色相关联的某些电压和电流分布的图表。

图9是包含两个简化物的实例电致变色窗户的横截面三向投影视图。

图10是窗户控制器和相关联组件的示意性表示。

具体实施方式

通过将所定义的电压施加到典型电致变色装置上的两个分开的汇流条来实现驱动所述装置中的色彩转变。在此装置中，将汇流条定位成垂直于矩形窗户的较小尺寸(见图1A)是方便的。这是因为透明传导层具有相关联的薄层电阻，且此布置允许电流必须在其上行进以覆盖装置的整个面积的最短跨距，从而减少导体层在其相应区域上完全充电所花费的时间，且因此减少使所述装置转变的时间。

当在汇流条上施加所施加电压V_app时，归因于透明传导层的薄层电阻以及装置上的电位的欧姆降，装置的基本上所有区域均经历较低局部有效电压(V_eff)。装置的中心(在两个汇流条中间的位置)频繁地具有V_eff的最低值。这经常导致装置中心中的不可接受的小光学切换范围和/或不可接受的慢切换时间。这些问题在装置的边缘，较靠近汇流条处可能不存在。这在下文参考图1B和1C更详细地阐释。

如本文所使用，V_app指代施加到电致变色装置上具有相反极性的两个汇流条的电位的差。如下文所阐释，每一汇流条以电子方式连接到单独的透明传导层。透明传导层之间夹着电致变色装置材料。透明传导层中的每一者经历从其所连接到的汇流条以及在汇流条远处的位置的电位降。一般来说，距汇流条的距离越大，透明传导层中的电位降越大。透明传导层的局部电位在本文中通常称为V_TCL。如所指示，具有相反极性的汇流条通常在电致变色装置的面上彼此横向隔开。术语V_eff指代电致变色装置上的任何特定位置处的正透明传导层与负透明传导层之间的电位(笛卡尔空间中的x、y坐标)。在测量V_eff的点处，两个透明传导层在z方向上(通过EC装置材料)隔开，但共用相同的x、y坐标。

本公开的方面涉及控制器和控制方法，其中施加到汇流条的电压处于驱动电致变色装置的整个表面上的转变但不损坏或降级所述装置的电位。此所施加的电压在电致变色装置的面上的所有位置处产生位于框入范围内的有效电压。此范围的上限与安全地在装置可经历损坏或降级从而在短期或长期内影响其性能的电平以下的电压相关联。在此范围的下限处是电致变色装置的光学状态之间的转变相对快速地发生的有效电压。施加在汇流条之间的电压的电平显著大于框入范围内的V_eff的最大值。

图1A展示电致变色简化物100的自顶向下视图，所述电致变色简化物100包含具有平面配置的汇流条。电致变色简化物100包含：第一汇流条105，其安置于第一传导层110上；以及第二汇流条115，其安置于第二传导层120上。电致变色对的(未图示)夹在第一传导层110与第二传导层120之间。如图所示，第一汇流条105可大体上延伸越过第一传导层110的一侧。第二汇流条115可大体上延伸越过第二传导层120的一侧，所述侧与电致变色简化物100的第一汇流条105安置于其上的侧相对。一些装置可具有额外的汇流条，例如在所有四个边缘上，但这使制造变得复杂。包含平面配置的汇流条的汇流条配置的进一步论述在2012年4月20日提交的美国专利申请号13/452,032中找到，该案以全文引用的方式并入本文中。

图1B是展示第一透明传导层110中的局部电压以及第二透明传导层120中例如驱动电致变色简化物100从脱色状态到着色状态的转变的电压的曲线图的图表。曲线图125展示第一透明传导层110中的V_TCL的局部值。如图所示，从第一传导层110的左手侧(例如，第一汇流条105安置于第一传导层110上之处以及施加电压之处)到右手侧的电压降归因于薄层电阻以及穿过第一传导层110的电流。曲线图130还展示第二传导层120中的局部电压V_TCL。如图所示，归因于第二传导层120的薄层电阻，电压从第二传导层120的右手侧(例如，第二汇流条115安置于第二传导层120上之处，以及施加电压之处)向左手侧增加。在此实例中，V_app的值为电位曲线图130的右端与电位曲线图125的左端之间的电压差。汇流条之间的任何位置处的V_eff的值为x轴上对应于所关注位置的位置处的曲线130和125的值的差。

图1C是展示在电致变色简化物100的第一传导层110与第二传导层120之间越过电致变色装置的V_eff的曲线图的图表。如所阐释，有效电压是第一传导层110与第二传导层120之间的局部电压差。电致变色装置的经受较高有效电压的区与经受较低有效电压的区相比，较快地在光学状态之间转变。如图所示，有效电压在电致变色简化物100的中心处最低，且在电致变色简化物100的边缘处最高。越过装置的电压降为归因于穿过装置的电流(其为能够经历电致变色装置中的氧化还原反应的层之间的电子流和与氧化还原反应相关联的离子流的总和)的欧姆降。可通过在窗户的检视区域内配置额外的汇流条来减轻越过大电致变色窗的电压降，以实际上将一个大光学窗分成多个较小的电致变色窗，其可串行或并行驱动。然而，归因于可检视区域与可检视区域中的汇流条之间的对比度，此方法在审美上不是优选的。就是说，对于眼睛来说，在可检视区域中具有整体电致变色装置而无任何分散注意力的汇流条会愉悦得多。

如上文所述，随着窗户大小增加，最靠近汇流条的点(在以下描述中称为装置的边缘)之间以及最远离汇流条的点(在以下描述中称为装置的中心)中的TCO层的电阻增加。对于穿过TCO的固定电流，TCO上的有效电压降增加，且这减小了装置中心处的有效电压。此效应因以下事实而加重：通常随着窗面积增加，所述窗的泄露电流密度保持恒定，但总泄露电流归因于增加的面积而增加。因此，因为这两个效应，电致变色窗的中心处的有效电压大体上下降，且针对例如横向大于约30英寸的电致变色窗，可观察到较差的性能。一些较差性能可通过使用较高V_app使得装置的中心达到合适的有效电压来减轻；然而，此方法的问题在于需要达到中心处的合适电压的窗户边缘处的典型较高电压可能使边缘区域中的电致变色装置降级，这可导致较差性能。

通常，对于基于固态电致变色装置的窗户的安全操作范围0.5V与4V之间，且更通常介于1V与3V之间，例如介于1.1V与1.8V之间。这些是V_eff的局部值。在一个实施方案中，电致变色装置控制器控制算法提供驱动分布图，其中V_eff总是低于3V，在另一实施方案中，控制器控制V_eff，使得其总是低于2.5V，在另一实施方案中，控制器控制V_eff，使得其总是低于1.8V。本领域的技术人员将理解，这些范围适用于装置的光学状态之间的转变(例如，在吸收性装置中从脱色(透明)到有色以及从有色到脱色的转变)，且特定转变的V_eff的值可不同。所陈述的电压值指代经时间平均的电压(其中平均时间大约为最小光学响应所需的时间，例如几秒到几分钟)。本领域的技术人员还将理解，此描述适用于各种类型的驱动机制，包含固定电压(固定DC)、固定极性(时变DC)或相反极性(AC、MF、RF电力等，具有DC偏置)。

电致变色窗的增加的复杂性在于穿过所述窗汲取的电流随着时间的过去而不固定。代替地，在从一个状态到另一状态的初始转变期间，穿过所述装置的电流实质上比光学转变完成时的结束状态中大(至多大30倍)。装置中心的较差着色的问题在此初始转变周期期间进一步加重，因为中心处的V_eff甚至低于将在转变周期结束时的V_eff。

本文所述的电致变色装置控制器和控制算法克服了上文所述的问题。如所提到，所施加的电压在电致变色装置的面上的所有位置处产生位于框入范围内的有效电压，且汇流条之间施加的电压的电平限制大于框入范围内的V_eff的最大值。

在具有平面汇流条的电致变色装置的情况下，可展示具有平面汇流条的装置上的V_eff通常由以下给出：

其中：

V_app为施加到汇流条以驱动电致变色窗的电压差；

ΔV(0)是连接到第一透明传导层(在下文的实例中，TEC类型TCO)的汇流条处的V_eff；

ΔV(L)是连接到第二透明传导层(在下文的实例中，ITO类型TCO)的汇流条处的V_eff；

ΔV(L/2)是在两个平面汇流条中间的装置中心处的V_eff；

R＝透明传导层薄层电阻；

J＝瞬时局部电流密度；以及

L＝电致变色装置的汇流条之间的距离。

假定透明传导层具有大体上相似(如果不是相同)的薄层电阻以供计算。然而，本领域的技术人员将了解，即使透明传导层具有不类似的薄层电阻，欧姆电压降以及局部有效电压的适用物理学仍适用。

如所注意，某些实施方案涉及用于驱动具有并行汇流条的装置中的光学转变的控制器和控制算法。在此类装置中，具有相反极性的大体上线性的汇流条安置于矩形或其它多边形电致变色装置的相对侧。在一些实施方案中，可使用具有非平面汇流条的装置。此类装置可使用(例如)安置于装置的顶点处的成角度的汇流条。在此类装置中，基于装置和汇流条的几何形状来确定汇流条有效间隔距离L。汇流条几何形状和间隔距离的论述可在2012年4月20日提交的标题为“Angled Bus Bar”的美国专利申请号13/452,032中找到，该案以全文引用的方式并入本文中。

随着R、J或L增加，装置上的V_eff减小，从而减慢或减少转变期间以及甚至最后光学状态中的装置着色。如图2中所示，随着汇流条距离从10英寸增加到40英寸，TEC和ITO层上的电压降(上部曲线图中的曲线)增加，且这导致V_eff(下部曲线)在装置上下降。

因此，使用常规驱动算法，可使10英寸和20英寸电致变色窗有效地切换，而30英寸窗在中心将具有裕量性能，并且40因英寸窗在窗上将不显示较好性能。这将电致变色技术的缩放比例限制于尺寸较大的窗。

再次参考等式1，窗上的V_eff至少比V_app低RJL²/2。已发现，随着电阻性电压降增加(归因于窗大小、所汲取电流等的增加)，可通过增加V_app，但仅对使装置边缘处的V_eff保持低于将发生可靠性降级的阈值的值这样做，来中和所述损耗中的一些损耗。换句话说，已认识到，两个透明传导层均经历欧姆降，且所述欧姆降随着距相关联汇流条的距离而增加，且因此V_TCL随距用于两个透明传导层的汇流条的距离而减小，且因此V_eff在整个电致变色窗上减小。

虽然所施加的电压增加到远高于安全V_eff的上限的水平，V_eff实际上永不接近所施加电压的此高值。在接近汇流条的位置处，接触汇流条的附加透明传导层的电压相当高，但在相同位置处，通过传导层的面上的欧姆降，相反极性的透明传导层的电压下降到相当接近所施加电位。本文所描述的驱动算法考虑此因素。换句话说，施加到汇流条的电压可高于惯例，但是可能的。可假定汇流条处所提供的高V_app在汇流条附近呈现过高的V_eff。然而，通过使用导致所述窗的所述大小以及透明传导层中的欧姆降的V_app，电致变色装置的整个表面上产生安全但适当高的V_eff。施加到汇流条的适当V_app在较大壮装置中比在较小装置中大。这在图3和相关联的描述中更详细地说明。

参看图3，使用施加V_app的控制机制来驱动电致变色装置，使得V_eff固定地保持高于阈值电压1.2V(与图2相比)。所需的V_app的增加可在从约2.5V增加到约4V的V_TCL的最大值中看到。然而，这并不导致汇流条附近的V_eff的增加，对于所有装置，V_eff在汇流条附近保持在约2.4V。

图4是将其中V_app针对不同大小的装置为固定的常规方法与其中V_app针对不同大小的装置而变化的新方法进行比较的曲线图。通过针对装置大小调整V_app，驱动算法允许大电致变色窗的性能(切换速度)得以实质上改进，而不增加装置降级的风险，因为在所有情况下，V_eff维持高于阈值电压，但在安全范围内。为给定窗的度量(例如，窗大小、透明传导层类型、Rs、穿过装置的瞬时电流密度等)定制的驱动算法允许实质上较大的电致变色窗以原本不可能的合适切换速度起作用，而无装置降级。

V_eff和V_app参数

现在将进一步描述控制电致变色装置的整个表面上的V_eff范围的上限和下限。如所提到，当V_eff过高时，其在其为高的位置处损坏电致变色装置或使电致变色装置降级。所述损坏或降级可显示为不可逆转的电致变色反应(其可减小光学切换范围)，美学的降级(针孔的出现、膜外观的局部变化)、泄露电流的增加、膜分层等。对于许多装置来说，V_eff的最高值为约4伏，或约3伏，或约2.5伏，或约1.8伏。在一些实施方案中，选择V_eff的上限以包含缓冲范围，使得V_eff的最大值在预期产生降级的实际值之下。V_eff的此实际值与最大值之间的差为缓冲的大小。在某些实施方案中，缓冲值介于0.2伏与0.6伏之间。

有效电压的范围的下限应选择为提供电致变色装置的光学状态之间的可接受且有效的转变。可依据施加电压之后转变发生的速度，以及与转变相关联的其它效应(例如垂落)(电致变色装置的面上的非均匀染色)来表征此转变。举例来说，可选择V_eff的最小值来影响装置的面上约45分钟或以下，或约10分钟或以下的完整光学转变(例如，安全脱色到完全染色)。对于许多装置来说，V_eff的最小值为约0.5伏，或约0.7伏，或约1伏，或约1.2伏。

对于具有3个或3个以上状态的装置，V_eff的目标范围通常将不影响达到和维持多状态电致变色装置中的中间状态。以结束状态之间的电压驱动中间状态，且因此V_eff总是维持在安全范围内。

如所提到，对于大电致变色装置，V_app的值可大于V_eff的最大可接受值。因此，在一些实施方案中，V_app比V_eff的最高值大(任何量)。然而，在一些实现方式中，V_app与V_eff的最大值之间的差具有至少一所定义量值。举例来说，所述差可为约0.5伏，或约1伏，或约1.5伏，或约2伏。应理解，V_app的值与V_eff的最大值之间的差部分地由装置中的汇流条之间的间隔距离以及可能其它参数(例如，装置的透明传导层的薄层电阻以及泄露电流)决定。举例来说，如果装置的泄露电流相当低，那么V_eff与V_app之间的差可小于其原本可能的值。

如所注意，所公开的控制算法在具有较大尺寸的装置：例如大电致变色窗中特别有用。技术上，所述大小由汇流条之间的有效间隔距离L决定。在一些实施方案中，装置具有至少约30英寸，或至少约40英寸，或至少约50英寸或至少约60英寸的L的值。间隔距离不是影响使用V_app的适当大值来驱动转变的需要的唯一参数。其它参数包含透明传导层的薄层电阻，以及光学切换期间装置中的电流密度。在一些实施方案中，使用这些和/或其它参数的组合来确定何时应用V_app的大值。所述参数并入有且共同指示透明传导层的面上是否存在足够大的欧姆电压降，从而需要较大的所施加电压。

在某些实施方案中，可使用参数(例如，无尺寸数字)的组合来确定适当的操作范围。举例来说，可使用电压损耗参数(V_损失)来定义典型控制算法将不起作用且所公开的方法将非常适合处置的条件。在某些实施方案中，将V_损失参数定义为RJL²(其中L为汇流条之间的间隔距离，且R为透明传导层的薄层电阻)。在一些实现方式中，本文所描述的方法在V_损失大于约3V或更具体地说大于约2V或更具体地说大于约1V时最有用。

转变期间的V_app分布。

对透明传导层的面上的欧姆电压降负责的电流具有两个分量：所述电流包含：离子电流，其用来驱动光学转变；以及寄生电子电流，其穿过电解质或离子传导层。对于所施加电压的给定值，寄生电子电流应相对恒定。寄生电子电流也可称为泄露电流。离子电流是归因于在电致变色层与对电极层之间移动以驱动光学转变的锂离子。对于给定的所施加电压，离子电流在转变期间将经历变化。在施加任何V_app之前，离子电流较小或不存在。在施加V_app后，离子电流可增长，且可甚至在所施加电压保持恒定之后继续增长。然而，最后，离子电流将达到峰值，并随着光学转变期间所有可用离子在电极之间移动而减弱。在光学转变完成之后，仅泄露电流(穿过电解质的电子电流)继续。此泄露电流的值随有效电压而变，有效电压随所施加电压而变。如下文更详细地描述，通过在光学转变之后修改所施加电压，所述控制技术减小了泄露电流的量以及V_eff的值。

在一些实施方案中，用于驱动光学转变的控制技术设计有变化的V_app，其使最大V_eff在光学转变的整个过程期间维持低于特定水平(例如，2.5V)。在某些实施方案中，在电致变色装置的一个状态向另一状态转变期间，V_app随时间过去而变化。至少部分地将V_app的变化确定为V_eff的函数。在某些实施方案中，以维持可接受V_eff以便不使装置功能降级的方式，随着转变时间的过去而调整V_app。

在光学转变期间不调整V_app的情况下，V_eff可能增长得过大，因为离子电流在转变的过程中衰减。为了使V_eff维持在安全水平，当装置电流主要为泄露电流时，V_app可减小。在某些实施方案中，通过如下文所述的驱动电压分布的“斜升保持”部分来完成V_app的调整。

在某些实施方案中，基于光学转变期间所汲取的瞬时电流(J)来选择和调整V_app。最初，在此转变期间，V_app较高以导致较大的所汲取电压。图5展示使用常规驱动算法，针对固定窗大小(40英寸)，所汲取电流对V_eff的影响。在此实例中，驱动分布导致中等汲取电流情形(25μA/cm²)，当所汲取电流较高(42μA/cm²)(其导致实质上较长的切换时间)时，所述情形导致初始切换期间非常低的V_eff。另外，在转变完成且窗达到低汲取电流配置(5μA/cm²)之后，V_eff比转变期间高得多(3.64V)。由于这高于安全操作的电压阈值，因此这将成为长期可靠性风险。

图6说明考虑瞬时汲取电流的某些电压控制技术。在所描绘的实施方案中，低汲取电流和高汲取电流条件现在稳定地在所需电压窗内。甚至对于高汲取电流条件，装置的大部分现在高于电压阈值，从而改进此装置的切换速度。通过选择允许瞬时电压接近所要设定点的电压斜率而不是要求电压上的反馈循环来简化驱动分布。

图7展示使用简单的电压控制算法来导致电致变色装置的光学状态转变循环(着色之后脱色)的电致变色装置的完整电流分布和电压分布。在图表中，将总电流密度(I)表示为时间的函数。如所提到，总电流密度是与电化学方面活性的电极之间的电致变色转变和电子泄露电流相关联的离子电流密度的组合。许多不同类型的电致变色装置将具有所描绘的电流分布。在一个实例中，结合例如对电极中的镍钨氧化物等阳极电致变色材料使用例如氧化钨等阴极电致变色材料。在此些装置中，负电流指示装置的着色。在一个实例中，锂离子从镍钨氧化物阳极着色电致变色电极流入氧化钨阴极着色电致变色电极中。对应地，电子流入氧化钨电极中，以补偿正充电的引入锂离子。因此，展示电压和电流具有负值。

所描绘的分布因使电压斜升到设定水平且接着保持所述电压以维持光学状态而产生。电流峰值701与光学状态的变化(即，着色和脱色)相关联。具体地说，电流峰值表示使装置着色或脱色所需的离子电荷的递送。在数学上，峰值下方的阴影区域表示使装置着色或脱色所需的总电荷。曲线的在初始电流尖峰之后的部分(部分703)表示电子泄露电流，同时装置处于新的光学状态。

在图中，电压分布705叠加在电流曲线上。电压分布遵循以下序列：负斜坡(707)、负保持(709)、正斜坡(711)以及正保持(713)。注意，电压在达到其最大量值之后且在装置保持在其所定义光学状态的时间长度期间保持恒定。电压斜坡707将装置驱动到其新的着色状态，且电压保持709使装置维持在着色状态，直到相反方向上的电压斜坡711驱动从着色状态到脱色状态的转变为止。在一些切换算法中，强加电流帽。就是说，不允许电流超过所定义的水平，以防损坏装置。着色速度不仅随所施加电压而变，而且随温度和电压斜升率而变。

图8描述根据某些实施方案的电压控制分布。在所描绘的实施方案中，使用电压控制分布来驱动从脱色状态到着色状态(或到中间状态)的转变。为了在相反方向上将电致变色装置从着色状态驱动到脱色状态(或从较多着色驱动到较少着色状态)，使用类似但相反的分布。在一些实施方案中，从着色变为脱色的电压控制分布为图8中所描绘的分布的镜像。

图8中所描绘的电压值表示所施加电压(V_app)值。所施加电压分布有虚线展示。为了对比，装置中的电流密度由实线展示。在所描绘的分布中，V_app包含四个分量：斜升到驱动分量803，其指示转变；V_驱动分量813，其继续驱动所述转变；斜升到保持分量815；以及V_保持分量817。斜升分量实现为V_app的变化，且V_驱动和V_保持分量提供恒定或大体上恒定的V_app量值。

斜升到驱动分量由斜率(增加量值)和V_驱动的量值表征。当所施加电压的量值达到V_驱动时，斜升到驱动分量完成。V_驱动分量由V_驱动的值以及V_驱动的持续时间表征。可将V_驱动的量值选择为使V_eff在电致变色装置的整个面上具有安全但有效的范围，如上文所述。

斜升到保持分量由电压斜率(减小的量值)以及V_保持的值(或任选地，V_驱动与V_保持之间的差)表征。V_app根据斜率而降低，直到达到V_保持的值为止。V_保持分量由V_保持的量值以及V_保持的持续时间表征。实际上，V_保持的持续时间通常由装置保持在着色状态(或相反地，保持在脱色状态)的时间长度来控制。不同于斜升到驱动、V_驱动以及斜升到保持分量，V_保持分量具有任意长度，其与装置的光学转变的物理学无关。

每一类型的电致变色装置将具有其自己的电压分布的特定分量，用于驱动光学转变。举例来说，相对较大的装置和/或具有电阻较大的传导层的装置将需要V_驱动的较高值，以及可能斜升到驱动分量的较高斜率。较大装置也可能需要V_保持的较高值。2012年4月17日提交且以引用的方式并入本文中的美国专利申请号13/449,251公开用于在较宽条件范围内驱动光学转变的控制器和相关联算法。如所述申请中所阐释，可独立地控制所施加电压分布的分量中的每一者(此处为斜升到驱动、V_驱动、斜升到保持和V_保持)，以解决实时条件，例如电流温度、电流透射水平等。在一些实施方案中，所施加电压分布的每一分量的值是针对特定电致变色装置而设定的(具有其自己的汇流条间隔、电阻性等)，且确实基于电流条件而变化。换句话说，在此些实施方案中，电压分布不考虑反馈，例如温度、电流密度等。

如所指示，图8的电压转变分布中所示的所有电压值均对应于上文所述的V_app值。它们并不对应于上文所述的V_eff值。换句话说，图8中所描绘的电压值代表电致变色装置上具有相反极性的汇流条之间的电压差。

在某些实施方案中，将电压分布的斜升到驱动分量选择为安全但快速地感应离子电流，以在电致变色电极与对电极之间流动。如图8中所示，装置中的电流遵循斜升到驱动电压分量的分布，直到分布的斜升到驱动部分结束且V_驱动部分开始为止。见图8中的电流分量801。可凭经验或基于其它反馈来确定电流和电压的安全水平。2011年3月16日提交、2012年8月28日颁发且以引用的方式并入本文中的美国专利号8,254,013呈现用于在电致变色装置转变期间维持安全电流水平的算法的实例。

在某些实施方案中，基于上文所述的考虑来选择V_驱动的值。明确地说，选择所述值，使得电致变色装置的整个表面上的V_eff的值保持在有效且安全地转变大电致变色装置的范围内。可基于各种考虑来选择V_驱动的持续时间。这些考虑中的一者确保驱动电位保持足以导致装置的实质着色的周期。为此，可凭经验，通过监视随V_驱动保持在合适位置的时间长度而变的装置的光学密度来确定V_驱动的持续时间。在一些实施方案中，可将V_驱动的持续时间设定为指定时间周期。在另一实施方案中，将V_驱动的持续时间设定为对应于正传递的离子电荷的所要量。如图所示，电流在V_驱动期间斜降。见电流段807。

另一考虑是随着离子电流因完成其在光学转变期间从阳极着色电极到阴极着色电极(或对电极)的旅程的可用锂离子而衰减，装置中的电流密度的减少。当转变完成时，流过装置的唯一电流是穿过离子传导层的泄露电流。因此，装置的面上的电位中的欧姆降减小，且V_eff的局部值增加。如果所施加电压不减小，那么V_eff的这些增加的值可损坏装置或使装置降级。因此，确定V_驱动的持续时间中的另一考虑是减小与泄露电流相关联的V_eff的水平的目标。通过使所施加电压从V_驱动降低到V_保持，不仅装置的面上的V_eff减小，而且泄露电流也减小。如图8中所示，装置电流在斜升到保持分量期间在段805中转变。电流在V_保持期间稳定到稳定的泄露电流809。

电致变色装置和控制器

图9展示包含两个窗格或简化物216的IGU 102的实施方案的横截面三向投影视图。在各种实施方案中，IGU 102可包含一个、两个或两个以上大体上透明(例如，在无所施加电压下)的简化物216以及支撑简化物216的框218。举例来说，图9中所示的IGU 102配置为双格窗。简化物216中的一个或多个本身可为两个、三个或三个以上层或简化物的层压结构(例如，类似于汽车挡风玻璃的不易碎玻璃)。在IGU 102中，简化物216中的至少一者包含电致变色装置或堆叠220，其安置于其内表面222或外表面224的至少一者上：例如，外简化物216的内表面222。

在多格配置中，简化物216的每一邻近集合可具有安置于其间的内部容量226。一般来说，简化物216和IGU 102中的每一者整体为矩形的，且形成矩形固体。然而，在其它实施方案中，其它形状(例如，圆形、椭圆形、三角形、曲线形、凸、凹)可为所要的。在一些实施方案中，简化物116之间的体积226排空空气。在一些实施方案中，IGU 102是气密密封的。另外，可用一种或多种气体(例如氩(Ar)、氪(Kr)或氙(Xn))来将体积226填充(到适当的压力)。用例如Ar、Kr或Xn等气体来填充体积226可因这些气体的低传热性而减少穿过IGU 102的传导热量转移。后两种气体还可归因于其增加的重量而给予改进的隔音效果。

在一些实施方案中，框218由一片或多片构成。举例来说，框218可由一种或多种材料构成，例如乙烯基、PVC、铝(Al)、钢或玻璃纤维。框218还可包含或保持一个或多个泡沫或其它材料片，其结合框218而工作，以分开简化物216，且气密密封简化物216之间的体积226。举例来说，在典型的IGU实现方式中，间隔件位于邻近简化物216之间，且结合可安置于其间的粘性密封剂而与格形成气密密封。这称为主要密封，在其周围可制造次要密封，通常为额外粘性密封剂。在一些此类实施方案中，框218可为支撑IGU构造的单独结构。

每一简化物216包含大体上透明或半透明的衬底228。一般来说，衬底228具有第一(例如，内)表面222，以及与第一表面222相对的第二(例如，外)表面224。在一些实施方案中，衬底228可为玻璃衬底。举例来说，衬底228可为常规的基于氧化硅(SO_x)的玻璃衬底，例如苏打石灰玻璃或浮法玻璃，其例如由大约75％的矽土(SiO₂)加Na₂O、CaO以及若干少量添加剂。然而，可将具有合适光学、电、热和机械特性的任何材料用作衬底228。此类衬底还可包含例如其它玻璃材料、塑料和热塑性(例如，聚(甲基丙烯酸脂)、聚本乙烯、聚碳酸脂、二甘醇单烯丙基醚碳酸盐、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。如果衬底例如由玻璃形成，那么可例如通过回火、加热或化学强化来强化衬底228。在其它实现方式中，不进一步强化衬底228，例如衬底未经回火。

在一些实施方案中，衬底228为大小适合住宅或商业窗户应用的玻璃方格。此类玻璃方格的大小可依据住宅或商业企业的特殊需要而广泛变化。在一些实施方案中，衬底228可由建筑玻璃形成。建筑玻璃通常用于商业建筑中，但也可用于住宅建筑中，且通常(但不一定)将室内环境与室外环境分离。在某些实施方案中，合适的建筑玻璃衬底可为至少约20英寸乘约20英寸，且可大得多，例如约80英寸乘约120英寸，或更大。建筑玻璃通常厚度至少为约2毫米(mm)，且可厚达6mm或以上。当然，电致变色装置220可根据衬底228而按比例缩放成比建筑玻璃小或大，包含在任何或所有相应长度、宽度或厚度尺寸中。在一些实施方案中，衬底228具有在大约1mm到大约10mm的范围内的厚度。在一些实施方案中，衬底228可非常薄且为柔性的，例如Gorilla

或Willow^TM玻璃，其各自可从纽约科宁的康宁公司购得，这些玻璃的厚度可小于1mm，厚度薄至0.3mm。

电致变色装置220例如安置于外方格216(邻近外部环境的方格)的衬底228的内表面222上方。在一些其它实施方案中，例如在较冷的气候或应用中，其中IGU 102接收较大量的直接阳光(例如，垂直于电致变色装置220的表面)，电致变色装置220例如安置在邻近内部环境的内方格的内表面(与体积226接界的表面)上方。在一些实施方案中，电致变色装置220包含第一传导层(CL)230(通常为透明的)、电致变色层(EC)232、离子传导层(IC)234、对电极层(CE)236，以及第二传导层(CL)238(通常为透明的)。并且，层230、232、234、236和238也统称为电致变色堆叠220。

电源240可操作以将电位(V_app)施加到装置，且在电致变色堆叠220的厚度上产生V_eff，并驱动电致变色装置220从(例如)脱色或较淡状态(例如透明、半透明或亚透明状态)向着色或较暗状态(例如，染色、较不透明或较不亚透明状态)的转变。在一些其它实施方案中，层230、232、234、236和238的次序可相反或以其它方式重新排序或相对衬底238重新布置。

在一些实施方案中，第一传导层230和第二传导层238中的一者或两者是由无机且固体材料形成。举例来说，第一传导层230以及第二传导层238可由若干不同材料制成，包含导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体，以及其它合适材料。在一些实施方案中，传导层230和238至少在其中电致变色层232展现电致变色的波长范围内大体上透明。透明的导电氧化物包含金属氧化物和掺杂有一种或多种金属的金属氧化物。举例来说，适合用作第一传导层230或第二传导层238的金属氧化物以及经掺杂金属氧化物可包含氧化铟、氧化铟锡(ITO)、经掺杂氧化铟、氧化锡、经掺杂氧化锡、氧化锌、氧化铝锌、经掺杂氧化锌、氧化钌、经掺杂氧化钌等等。如上文所指示，第一传导层230和第二传导层238有时被称为“透明传导氧化物”(TCO)层。

在一些实施方案中，市售衬底(例如玻璃衬底)在购买时已经含有透明传导涂层。在一些实施方案中，此类产品可共用用于衬底238和传导层230。此类玻璃衬底的实例包含以俄亥俄州托莱多市Pilkington的商标TEC Glass^TM以及宾夕法尼亚州匹兹堡市的PPGIndustries的商标SUNGATE^TM300和SUNGATE^TM500销售的涂覆有传导层的玻璃。具体地说，TEC Glass^TM是例如涂覆有氟化氧化锡传导层的玻璃。

在一些实施方案中，第一传导层230和第二传导层238可各自通过物理气相沉积工艺(包含例如溅镀)来沉积。在一些实施方案中，第一传导层230和第二传导层238可各自具有在大约0.01μm到大约1μm的范围内的厚度。在一些实施方案中，通常可希望第一传导层230和第二传导层238的厚度以及下文所描述的任何或所有其它层的厚度个别地相对于给定层均匀；就是说，希望给定层的厚度是均匀的，且所述层的表面是平滑的，且大体上无缺陷或其它离子阱。

第一传导层230和第二传导层238的主要功能是在电致变色堆叠220的表面上，将电源240所提供的电位(例如电压或电流源)从堆叠的外表面区扩展到堆叠的内表面区。如所提到，由于第一传导层230和第二传导层238的薄层电阻，施加到电致变色装置的电压经历从外部区到内部区的某一欧姆电位降。在所描绘的实施方案中，提供汇流条242和244，其中条242与传导层230接触，且汇流条244与传导层238接触，以提供电压或电流源240与传导层230和238之间的电连接。举例来说，汇流条242可与电源240的第一(例如，正)端子246电耦合，而汇流条244可与电源240的第二(例如，负)端子248电耦合。

在一些实施方案中，IGU 102包含插入式组件250。在一些实施方案中，插入式组件250包含第一电输入252(例如，插脚、插座，或其它电连接件或导体)，其经由例如一个或多个电线或其它电连接、组件或装置与电源端子246电耦合。类似地，插入式组件250可包含第二电输入254，其经由例如一个或多个电线或其它电连接、组件或装置与电源端子248电耦合。在一些实施方案中，第一电输入252可与汇流条242电耦合，且从此处与第一传导层230电耦合，而第二电输入254可与汇流条244耦合，且从此处与第二传导层238耦合。传导层230和238还可通过其它常规手段以及根据下文相对于窗控制器而描述的其它手段来连接到电源240。举例来说，如下文参看图10所述，第一电输入252可连接到第一电力线，而第二电输入254可连接到第二电力线。另外，在一些实施方案中，第三电输入256可耦合到装置、系统或建筑物接地。此外，在一些实施方案中，第四电输入258和第五电输出260分别可用于例如窗控制器或微控制器与网络控制器之间的通信。

在一些实施方案中，电致变色层232沉积或以其它方式形成于第一传导层230上。在一些实施方案中，电致变色层232由无机且固体的材料形成。在各种实施方案中，电致变色层232可包含若干电致变色材料中的一种或多种或由其形成，包含电化学方面阴极或电化学方面阳极的材料。举例来说，适合用作电致变色层232的金属氧化物可包含氧化钨(WO₃)、氧化钼(MoO₃)、氧化铌(Nb₂O₅)、氧化钛(TiO₂)、氧化铜(CuO)、氧化铱(Ir₂O₃)、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化锰(Mn₂O₃)、氧化钒(V₂O₅)、氧化镍(Ni₂O₃)和氧化钴(Co₂O₃)，以及其它材料。在一些实施方案中，电致变色层232可具有在大约0.05μm到大约1μm的范围内的厚度。

在操作期间，响应于第一传导层230和第二传导层238在电致变色层232的厚度上产生的电压，电致变色层232将离子传送到对电极层236或从对电极层236交换离子，从而导致电致变色层232中的所要光学转变，且在一些实施方案中，还导致对电极层236中的光学转变。在一些实施方案中，适当的电致变色和对电极材料的选择控制相关光学转变。

在一些实施方案中，对电极层236由无机且固体的材料形成。对电极层236可通常包含在电致变色装置220处于例如透明状态时可充当离子库的若干材料或材料层中的一个或多个。在一些实施方案中，对电极层236是具有与电致变色层232相反极性的第二电致变色层。举例来说，当电致变色层232由电化学方面阴极的材料形成时，对电极层236可由电化学方面阳极的材料形成。用于对电极层236的合适材料的实例包含氧化镍(NiO)、镍钨氧化物(NiWO)、镍钒氧化物、镍铬氧化物、镍铝氧化物、镍锰氧化物、镍镁氧化物、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化锰(MnO₂)以及普鲁士蓝。在一些实施方案中，对电极层236可具有在大约0.05μm到大约1μm的范围内的厚度。

在例如通过在电致变色堆叠220的厚度上施加适当的电位而起始的电致变色转变期间，对电极层236将其持有的所有或一部分离子转移到电致变色层232，从而导致电致变色层232中的光学转变。在一些实施方案中，如例如在由NiWO形成的对电极层236的情况下，对电极层236也以其已转移到电致变色层232的离子的损耗来光学上转变。当将电荷从由NiWO制成的对电极层236移除(例如，将离子从对电极层236输送到电致变色层232)时，对电极层236将在相反方向上转变(例如，从透明状态向变暗状态)。

在一些实施方案中，当电致变色装置220在光学状态之间转变时，离子传导层234充当离子可穿过其运输的媒介(例如，以电介质的方式)。在一些实施方案中，离子传导层234对电致变色层232和对电极层236的相关离子高度传导，但也具有充分低的电子传导性，使得在正常操作期间发生可忽略的电子转移。具有高离子传导性的薄离子传导层234准许快速离子传导，且因此准许高性能电致变色装置220的快速切换。在装置操作期间，电子泄露电流穿过层234。在一些实施方案中，离子传导层234可具有在大约0.01μm到大约1μm的范围内的厚度。

在一些实施方案中，离子传导层234也是无机且固体的。举例来说，离子传导层234可由一种或多种硅酸盐、氧化硅、氧化钨、氧化钽、氧化铌和硼酸盐形成。氧化硅包含硅铝氧化物。这些材料还可掺杂有不同掺杂剂，包含锂。掺杂有锂的氧化硅包含锂硅铝氧化物。

在一些其它实施方案中，电致变色层232和对电极层236彼此紧邻形成，有时直接接触，而不单独沉积离子传导层。举例来说，在一些实施方案中，可利用在第一与第二传导电极层之间具有界面区而不是不同的离子传导层234的电致变色装置.此类装置及其制造方法在各自于2010年4月30日提交的美国专利申请序号12/772,055和12/772,075中，以及在各自于2010年6月11日提交的美国专利申请序号12/814,277和12/814,279中描述，上述四个专利申请全部标题为“ELECTROCHROMIC DEVICES”，且Zhongchun Wang等人是其发明人。这四个申请中的每一者以全文引用的方式并入本文中。

在一些实施方案中，电致变色装置220还可包含一个或多个额外层(未图示)，例如一个或多个无源层。举例来说，用以改进某些光学特性的无源层可包含于电致变色装置220中或电致变色装置220上。用于提供防潮或防刮擦的无源层也可包含在电致变色装置220中。举例来说，可用抗反射或保护性氧化物或氮化物层来处理传导层230和238。其它无源层可用来气密密封电致变色装置220。

另外，在一些实施方案中，电致变色堆叠220中的层中的一个或多个可含有某一量的有机材料。另外或替代地，在一些实施方案中，电致变色堆叠220中的层中的一个或多个可在一个或多个层中含有某一量的液体。另外或替代地，在一些实施方案中，可沉积或通过使用液体组份的工艺(例如，使用溶胶凝胶或化学气相沉积的某些工艺)以其它方式形成固体状态材料。

另外，脱色或透明状态与着色或不透明状态之间的转变仅为可实现的光学或电致变色转变的许多实例中的一个实例。除非本文(包含前面的论述)另有指定，否则每当提到脱色到不透明转变(或到其间的中间状态以及从其间的中间状态)时，所描述的对应装置或工艺包含其它光学状态转变，例如中间状态转变，例如百分比传输(％T)到％T转变、非反射到反射转变(或到其间的中间状态以及从其间的中间状态)、脱色到着色转变(或到其间的中间状态以及从其间的中间状态)，以及色彩到色彩转变(或到其间的中间状态以及从其间的中间状态)。另外，术语“脱色”可指代光学上中性的状态，例如未着色、透明或半透明。更进一步，除非本文另有指定，电致变色转变的“色彩”不限于任何特定波长或波长范围。

一般来说，通过将离子可逆插入到材料中(例如，夹入)以及电荷平衡电子的对应注入来导致电致变色层232中的电致变色材料的着色或其它光学转变。通常，负责光学转变的离子的某一部分不可逆地束缚在电致变色材料中。所述不可逆地束缚的离子中的一些或全部可用来补偿材料中的“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)。然而，在一些其它实施方案中，其它离子可为合适的。将例如锂离子夹入到氧化钨中(WO_3-y(0<y≤～0.3))导致氧化钨从透明(例如，脱色)状态改变为蓝色(例如，着色)状态。

在本文所述的特定实施方案中，电致变色装置220在透明状态与不透明或染色状态之间可逆地循环。在一些实施方案中，当装置处于透明状态时，将电位施加到电致变色堆叠220，使得堆叠中的可用离子主要驻留在对电极层236中。当电致变色堆叠220上的电位的量值减小或其极性相反时，越过离子传导层234将离子运输回到电致变色层232，从而导致电致变色材料转变为不透明、然而或较暗状态。在某些实施方案中，层232和236是互补着色层；就是说，例如，当将离子转移到对电极层中时，其不着色。类似地，当将离子从电致变色层转移出来时或之后，其也不着色。然而，但当极性切换，或电位减小，且将离子从对电极层转移到电致变色层中时，对电极层和电致变色层两者均变为着色。

在一些其它实施方案中，当装置处于不透明状态时，将电位施加到电致变色堆叠220，使得堆叠中的可用离子主要驻留在对电极层236中。在此类实施方案中，当电致变色堆叠220上的电位的量值减小或其极性相反时，越过离子传导层234将离子运输回到电致变色层232，从而导致电致变色材料转变为透明或较浅状态。这些层也可为互补着色的。

光学转变驱动逻辑可以许多不同的控制器配置来实现，且与其它控制逻辑耦合。合适的控制器设计和操作的各种实例提供于以下专利申请中，各个专利申请以全文引用的方式并入本文中：2011年3月16日提交的美国专利申请号13/049,623；2011年3月16日提交的美国专利申请号13/049,756；2011年3月16日提交的美国专利号8,213,074；2012年4月17日提交的美国专利申请号13/449,235；2012年4月17日提交的美国专利申请号13/449,248；2012年4月17日提交的美国专利申请号13/449,251；以及2011年12月14日提交的美国专利申请号13/326,168。以下描述和相关联的图(图9和图10)呈现适合实现本文所描述的驱动概况的某些非限制控制器设计选项。

在一些实施方案中，电输入252和电输入254接收、运载或传输补充电信号。在一些实施方案中，电输入252及其补充电输入254可分别直接连接到汇流条242和244，且在另一侧上，连接到提供可变DC电压(例如，符号和量值)的外部电源。所述外部电源可为窗控制器(见图10的元件114)本身，或从建筑物传输到窗控制器或以其它方式耦合到电输入252和254的电力。在此实施方案中，传输穿过电输入/输出258和260的电信号可直接连接到存储器装置，以允许窗控制器与存储器装置之间的通信。此外，在此实施方案中，输入到电输入256的电信号可以使得能够远程测量(感测)那些元件中的一个或多个的电位的方式，内部连接或耦合(在IGU 102内)到电输入252或254或到汇流条242或244。这可允许窗控制器补偿从窗控制器到电致变色装置220的连接线上的电压降。

在一些实施方案中，窗控制器可立即附接(例如，在IGU 102外部，但用户不可分)或集成在IGU 102内。举例来说，2011年3月16日提交且标题为“ONBOARD CONTROLLER FORMULTISTATE WINDOWS”以Brown等人作为发明人的美国专利申请序号13/049,750(代理人案号SLDMP008)详细描述“板上”控制器的各种实施方案。在此实施方案中，电输入252可连接到外部DC电源的正输出。类似地，电输入254可连接到DC电源的负输出。然而，如下文所述，电输入252和254可替代地连接到外部低压AC电源(例如，HVAC行业常见的典型24V AC变压器)的输出。在此实施方案中，电输入/输出258和260可连接到窗控制器与网络控制器之间的通信总线。在此实施方案中，电输入/输出256可最终(例如，在电源处)与系统的接地(例如，保护性接地，或欧洲的PE)端子连接。

尽管图7和8中所标绘的电压可表达为DC电压，但在一些实施方案中，实际上由外部电源供应的电压为AC电压信号。在一些其它实施方案中，将所供应的电压信号转换成经脉冲宽度调制的电压信号。然而，汇流条242和244“经历”或供应到汇流条242和244的电压有效地为DC电压。通常，在端子246和248处供应的电压振荡在大约1Hz到1MHz的范围内，且在特定实施方案中，大约100kHz。在各种实施方案中，振荡针对周期的变暗(例如，染色)和发亮(例如，脱色)部分具有不对称的驻留时间。举例来说，在一些实施方案中，从第一较不透明的状态转变为第二较透明的状态需要比相反转变(就是说，从较透明的第二状态转变为较不透明的第一状态)多的时间。如下文将描述，控制器可设计或配置为施加满足这些要求的驱动电压。

振荡的所施加电压控制允许电致变色装置220在一个或多个状态下操作，且向或从一个或多个状态转变，而无需对电致变色装置堆叠220或对转变时间作任何必要修改。相反，窗控制器可配置或设计成提供具有适当波分布的振荡驱动电压，从而考虑例如频率、工作周期、平均电压、振幅等因素，以及其它可能合适或适当的因素。另外，此控制水平准许转变为两个结束状态之间的全光学状态范围上的任何状态。举例来说，经适当配置的控制器可提供连续的透射率(％T)范围，其可调谐到结束状态(例如，不透明和脱色结束状态)之间的任何值。

为了使用振荡性驱动电压将装置驱动到中间状态，控制器可简单地施加适当的中间电压。然而，可存在更高效的方式来达到中间光学状态。这部分地是因为可施加高驱动电压来达到结束状态，但传统上不施加高驱动电压来达到中间状态。一种用于增加电致变色装置220达到所要中间状态的速率的技术是首先施加适合全转变(到结束状态)的高电压脉冲，且接着退会到振荡中间状态(刚刚描述)的电压。换句话说，可使用具有为既定最终状态而选择的量值和持续时间的初始低频单一脉冲(与用以维持中间状态的频率相比较低)来加速所述转变。在此初始脉冲之后，可使用较高频的电压振荡来保持中间状态持续所要的时间。

在一些实施方案中，每一IGU 102包含组件250，其“可插拔”或可容易地从IGU 102装卸(例如，为了便于维护、制造或更换)。在一些特定实施方案中，每一插入式组件250本身包含窗控制器。就是说，在一些此类实施方案中，每一电致变色装置220由其自己的位于插入式组件250内的相应本地窗控制器控制。在一些其它实施方案中，窗控制器与框架218的另一部分集成，在次要密封区域中的玻璃格之间，或在体积226内。在一些其它实施方案中，窗控制器可位于IGU 102外部。在各种实施方案中，每一窗控制器可与IGU 102传达其控制和驱动，并且经由一个或多个有线(例如，以太网)网络或无线(例如，WiFi)网络，例如经由有线(例如，以太网)接口263或无线(WiFi)接口265，与其它窗控制器、网络控制器、BMS或其它服务器、系统或装置(例如，传感器)通信。见图10具有以太网或Wifi能力的实施方案也非常适合用于住宅房屋和其它较小规模的非商业应用中。另外，所述通信可为直接或间接的，例如经由主控制器(例如网络控制器112)与IGU 102之间的中间节点。

图10描绘窗控制器114，其可部署为例如组件250。在一些实施方案中，窗控制器114经由通信总线262与网络控制器通信。举例来说，可根据控制器域网络(CAN)交通工具总线标准来设计通信总线262。在此些实施方案中，第一电输入252可连接到第一电力线264，而第二电输入254可连接到第二电力线266。在一些实施方案中，如上文所述，经由电力线264和266发送的电力信号是互补的；就是说，其共同代表差分信号(例如，差分电压信号)。在一些实施方案中，线268耦合到系统或建筑物接地(例如，地球接地)。在此些实施方案中，经由CAN总线262(例如，微控制器274与网络控制器112之间)的通信可根据CAN开放通信协议或其它合适的开放、专属或上层通信协议，分别沿第一通信线270和第二通信线272继续传输穿过电输入/输出258和260。在一些实施方案中，经由通信线270和272发送的通信信号是互补的；就是说，其共同代表差分信号(例如，差分电压信号)。

在一些实施方案中，组件250将CAN通信总线262耦合到窗控制器114中，且在特定实施方案中，耦合到微控制器274中。在一些此类实施方案中，微控制器274还经配置以实现CAN开放通信协议。微控制器274还经设计或配置(例如，编程)以结合经脉冲宽度调制的放大器或脉冲宽度调制器(PWM)276、智能逻辑278和信号调节器280来实现一个或多个驱动控制算法。在一些实施方案中，微控制器274经配置以产生命令信号V_命令，例如以电压信号的形式，其接着发射到PWM 276。PWM 276又基于V_命令产生经脉冲宽度调制的电流信号，包含第一(例如，正)分量V_PW1和第二(例如，负)分量V_PW2。接着经由例如接口288将电力信号V_PW1和V_PW2发射到IGU102，或更明确地说，发射到汇流条242和244，以便导致电致变色装置220中的所要光学转变。在一些实施方案中，PWM 276经配置以修改经脉冲宽度调制的信号的工作周期，使得信号V_PW1和V_PW2中的脉冲的持续时间是不相等的：例如，PWM 276用第一60％工作周期来对V_PW1进行脉冲，且用第二40％工作周期对V_PW2进行脉冲。第一工作周期的持续时间和第二工作周期的持续时间共同代表每一电力周期的持续时间t_PWM。在一些实施方案中，PWM276可另外或替代地修改信号脉冲V_PW1和V_PW2的量值。

在一些实施方案中，微控制器274经配置以基于一个或多个因素或信号产生V_命令，例如经由CAN总线262接收的信号以及由PWM276产生的电压或电流反馈信号(分别为V_FB和I_FB)中的任一者。在一些实施方案中，微控制器274分别基于反馈信号I_FB或V_FB来确定电致变色装置220中的电流或电压电平，且根据一个或多个规则或算法来调整V_命令，以影响电力信号V_PW1和V_PW2的相对脉冲持续时间(例如，第一和第二工作周期的相对持续时间)和振幅的变化，以如上文所述产生电压分布。另外或替代地，微控制器274还可响应于从智能逻辑278或信号调节器280接收到的信号来调整V_命令。举例来说，调节信号V_CON可由信号调节器280响应于来自一个或多个连网或非连网装置或传感器的反馈而产生，所述连网或非连网装置或传感器例如为外部光电传感器或光电检测器282、内部光电传感器或光电检测器284、热或温度传感器286或染色命令信号V_TC。举例来说，信号调节器280和V_CON的额外实施方案也在2012年4月17日提交且先前以引用的方式并入的美国专利申请序号13/449,235中描述。

在某些实施方案中，V_TC可为介于0V与10V之间的模拟电压信号，其可由用户(例如住户或工作人员)使用或调整，以动态地调整IGU 102的色彩(例如，用户可使用建筑物104的房间或区域中的类似于恒温器的控件来精细地调整或修改房间或区域中的IGU 102的色彩)，从而将动态用户输入引入到微控制器274内的逻辑中，其确定V_命令。举例来说，当设定在0到2.5V范围内时，可使用V_TC来导致到5％T状态的转变，而当设定在2.51到5V范围内时，可使用V_TC来导致到20％T状态的转变，且对于例如5.1到7.5V以及7.51到10V的其它范围，以及其它范围和电压实例是类似的。在一些实施方案中，信号调节器280经由通信总线或接口290接收前面所提到的信号或其它信号。在一些实施方案中，PWM 276还基于从智能逻辑278接收到的信号V_智能产生V_命令。在一些实施方案中，智能逻辑278经由通信总线(例如，集成电路间(I²C)多主串行单端计算机总线)发射V_智能。在一些其它实施方案中，智能逻辑278经由1-WIRE装置通信总线系统协议(德克萨斯州达拉斯市的达拉斯半导体公司(DallasSemiconductor Corp.,))与存储器装置292通信。

在一些实施方案中，微控制器274包含处理器、芯片、卡、或板，或这些的组合，其包含用于执行一个或多个控制功能的逻辑。微控制器274的电力和通信功能可组合在单个芯片中，例如可编程逻辑装置(PLD)芯片或现场可编程门阵列(FPGA)，或类似逻辑。此类集成电路可组合将逻辑、控制和电力功能组合在单个可编程芯片中。在一个实施方案中，其中一个窗格216具有两个电致变色装置220(例如，在相对表面上)，或其中IGU 102包含两个或多个窗格216，其各自包含电致变色装置220，所述逻辑可经配置以彼此独立地控制两个电致变色装置220中的每一者。然而，在一个实施方案中，例如以协同方式控制两个电致变色装置220中的每一者的功能，使得每一装置得以控制以便补充其它装置。举例来说，可经由个别电致变色装置220中的每一者的状态的组合来控制所要水平的光传输、隔热效应或其它特性。举例来说，可将一个电致变色装置置于着色状态，而将另一电致变色装置用于电阻性加热，例如，经由装置的透明电极。在另一实例中，控制两个电致变色装置的光学状态，使得组合透射率是所要结果。

一般来说，用来控制电致变色装置转变的逻辑可设计或配置在硬件和/或软件中。换句话说，用于控制驱动电路的指令可为硬译码的或提供为软件。可这样说，指令由“编程”提供。将此类编程理解为包含任何形式的逻辑，包含数字信号处理器或具有实施为硬件的特殊算法的其它装置中的硬译码逻辑。也将编程理解为包含可在通用处理器上执行的软件或固件指令。在一些实施方案中，用于控制将电压施加到汇流条的指令存储在与控制器相关联的存储器装置上，或经由网络提供。合适的存储器装置的实例包含半导体存储器、磁性存储器、光学存储器等。用于控制所施加电压的计算机程序代码可以任何常规计算机可读编程语言编写，例如汇编语言、C、C++、Pascal、Fortran等。经汇编的对象代码或脚本由处理器执行以实施所述程序中确定的任务。

如上文所述，在一些实施方案中，微控制器274或窗控制器114通常也可具有无线能力，例如无线控制和供电能力。举例来说，可使用无线控制信号，例如射频(RF)信号或红外(IR)信号，以及无线通信协议，例如WiFi(上文提到)、蓝牙、紫蜂、EnOcean等，来将指令发送到微控制器274，且供微控制器274将数据例如向外发送到其它窗控制器、网络控制器112或直接发送到BMS 110。在各种实施方案中，无线通信可用于以下各项中的至少一者：编程或操作电致变色装置220、通常从电致变色装置220或IGU 102收集数据或接收输入、从传感器收集数据或接收输入，以及将窗控制器114用作其它无线通信的中继点。从IGU 102收集的数据还可包含计数数据，例如电致变色装置220已被激活(循环)的次数、电致变色装置220随着时间过去的效率，以及其它有用数据或性能度量。

窗控制器114也可具有无线电力能力。举例来说，窗控制器可具有：一个或多个无线电力接收器，其接收来自一个或多个无线电力发射器的发射；以及发射电力发射的一个或多个无线电力发射器，从而使窗控制器114能够无线接收电力，且将电力无线分配给电致变色装置220。无线电力发射包含例如感应、共振感应、RF电力传送、微波电力传送和激光电力传送。举例来说，以引用的方式并入本文中的以Rozbicki为发明人，2010年12月17日提交且标题为“WIRELESS POWERED ELECTROCHROMIC WINDOWS”的美国专利申请序号12/971,576(代理人案号SLDMP003)详细描述无线电力能力的各种实施方案。

为了实现所要的光学转变，产生经脉冲宽度调制的电流信号，使得在电力周期的第一部分期间，正分量V_PW1供应到例如汇流条244，而在电力周期的第二部分期间，负分量V_PW2供应到例如汇流条242。

在一些情况下，取决于经脉冲宽度调制的信号的频率(或相反地，持续时间)，这可导致汇流条244大体上在V_PW1的量值的由第一工作周期的持续时间与电力周期的总持续时间t_PWM的比率给出的部分处浮动。类似地，这可导致汇流条242大体上在V_PW2的量值的由第二工作周期的持续时间与电力周期的总持续时间t_PWM的比率给出的部分处浮动。以此方式，在一些实施方案中，经脉冲宽度调制的信号分量V_PW1和V_PW2的量值之间的差是端子246和248上，且因此电致变色装置220上的有效DC电压的两倍。换句话说，在一些实施方案中，施加到汇流条244的V_PW1的部分(由第一工作周期的相对持续时间决定)与施加到汇流条242的V_PW2的部分(由第二工作周期的相对持续时间决定)使施加到电致变色装置220的有效DC电压V_EFF。穿过负载电磁装置220的电流IEFF粗略地等于有效电压VEFF除以所述负载的有效电阻(由电阻器316表示)或阻抗。

其它实施方案

尽管已用一些细节描述了前面的实施方案以促进理解，但所描述的实施方案将被视为说明性的而不是限制性的。本领域的技术人员将明白，在所附权利要求书的范围内，可实践某些改变和修改。举例来说，虽然参考具有平面汇流条的电致变色装置来描述驱动概况，但其适用于任何汇流条定向，其中相反极性的汇流条分开足够大的距离，以导致透明导体层中从一个汇流条到另一汇流条的显著欧姆电压降。另外，虽然已参考电致变色装置描述了驱动概况，但其可应用于其它装置，其中相反极性的汇流条安置在装置的相对侧。

Claims

1.一种用于控制薄膜电致变色装置光学状态的控制器，所述控制器包括：

用于在所述薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压或提供指令以在所述薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压的电路，其中所述薄膜电致变色装置上的汇流条分开至少30英寸的距离；

处理组件，其经设计或配置以执行以下操作：

(i)确定所述薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态；以及

(ii)响应于确定所述薄膜电致变色装置应从所述第一光学状态转变为所述第二光学状态而将第一所施加电压提供至所述薄膜电致变色装置的汇流条之间，

其中所述第一所施加电压的量值足以确保所述汇流条之间的所述薄膜电致变色装置区域内的所有位置经历最大有效电压与1伏的最小有效电压之间的有效电压，其中所述最大有效电压避免对所述薄膜电致变色装置的损坏，且所述最小有效电压驱动从第一光学状态到第二光学状态的转变，以及

其中所述第一所施加电压大于所述最大有效电压。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理组件经设计或配置以在所述转变期间施加斜升至驱动电压、驱动电压、斜升至保持电压和保持电压。

3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述处理组件包括微控制器。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中所述电路包括脉冲宽度调制的放大器或脉冲宽度调制器。

5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述第一所施加电压在2.3伏至6伏之间。

6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述第一所施加电压在3.5伏至5伏之间。

7.根据权利要求6所述的控制器，其中所述第一所施加电压在2.5伏至5伏之间。

8.根据权利要求1所述的控制器，其中所述有效电压在0.5伏至4伏之间。

9.根据权利要求8所述的控制器，其中所述有效电压在1伏至3伏之间。

10.根据权利要求9所述的控制器，其中所述有效电压在1.1伏至1.8伏之间。

11.根据权利要求1所述的控制器，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大0.5伏。

12.根据权利要求11所述的控制器，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大1伏。

13.根据权利要求12所述的控制器，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大1.5伏。

14.根据权利要求13所述的控制器，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大2伏。

15.根据权利要求1所述的控制器，其中所述最大有效电压为约2.5伏或更低且所述最小有效电压为约1.2伏或更高。

16.根据权利要求1所述的控制器，其中在所述转变期间，所述有效电压可以在约45分钟或更少的时间内驱动光学转变。

17.根据权利要求16所述的控制器，其中在所述转变期间，所述有效电压可以在约10分钟或更少的时间内驱动完整的光学转变。

18.根据权利要求1所述的控制器，其中所述最大有效电压不会引起不可逆的电致变色反应。

19.根据权利要求1所述的控制器，其中在不需要反馈的条件下控制所述薄膜电致变色装置的光学状态。

20.一种电致变色装置和控制系统，其包括：

权利要求1中的控制器；以及

薄膜电致变色装置，其具有电耦合至所述控制器的汇流条，其中所述薄膜电致变色装置上的汇流条分开至少30英寸的距离。

21.根据权利要求20的电致变色装置和控制系统，其中所述薄膜电致变色装置的汇流条分开至少40英寸的距离。

22.根据权利要求20的电致变色装置和控制系统，其中所述薄膜电致变色装置具有矩形形状且将所述汇流条定位成垂直于所述形状的较小尺寸。

23.根据权利要求20的电致变色装置和控制系统，其中所述薄膜电致变色装置具有两个透明传导层，各自具有薄层电阻R_s，且其中所述汇流条实质上相互平行并分开距离L，其中在操作期间所述薄膜电致变色装置经历局部电流密度J，且其中在操作期间所述薄膜电致变色装置具有大于3V的R_s*J*L²的值。

24.一种用于控制薄膜电致变色装置光学状态的方法，所述方法包括：

(a)确定所述薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态，其中所述薄膜电致变色装置上的汇流条分开至少30英寸的距离；以及

(b)响应于确定所述薄膜电致变色装置应从所述第一光学状态转变为所述第二光学状态而将第一所施加电压提供至所述薄膜电致变色装置的汇流条之间，

其中所述第一所施加电压大于所述最大有效电压。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述汇流条之间的所述薄膜电致变色装置区域内的所有位置的有效电压在0.5伏至4伏之间。

26.根据权利要求24所述的方法，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大0.5伏。

27.根据权利要求24所述的方法，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大1.0伏。

28.根据权利要求24所述的方法，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大1.5伏。

29.根据权利要求24所述的方法，其中第一所施加电压比所述最大有效电压大2.0伏。

30.根据权利要求24所述的方法，其中所述第一所施加电压在2.3伏至6伏之间。

31.根据权利要求25所述的方法，其中所述第一所施加电压在3.5伏至5伏之间。

32.根据权利要求26所述的方法，其中所述第一所施加电压在2.5伏至5伏之间。

33.根据权利要求24所述的方法，其中在所述转变期间，所述第一所施加电压致使在所述汇流条之间的区域内的所有位置的有效电压在约1V-3V。

34.根据权利要求24所述的方法，其中所述最小有效电压为1.2伏以及所述最大有效电压为3伏。

35.根据权利要求24所述的方法，其中在所述转变期间，所述有效电压可以在约45分钟或更少的时间内驱动光学转变。

36.根据权利要求35所述的方法，其中在所述转变期间，所述有效电压可以在约10分钟或更少的时间内驱动完整的光学转变。

37.根据权利要求24所述的方法，其进一步包括：

将施加到所述汇流条的电压以所定义的斜率斜升直到达到第一所施加电压为止；

在所定义周期内保持施加到所述汇流条的第一所施加电压；以及

将施加到所述汇流条的电压从所述第一所施加电压斜升至保持电压，所述保持电压具有比所述第一所施加电压更小的量值。

38.根据权利要求24所述的方法，其中在不需要反馈的条件下控制所述薄膜电致变色装置的光学状态。

39.一种用于控制薄膜电致变色装置光学状态的装置，所述装置包括：

用于在所述薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压或提供指令以在所述薄膜电致变色装置上的汇流条之间施加电压的装置，其中所述薄膜电致变色装置上的汇流条分开至少30英寸的距离；

用于确定所述薄膜电致变色装置应从第一光学状态转变为第二光学状态的装置；以及

用于响应于确定所述薄膜电致变色装置应从所述第一光学状态转变为所述第二光学状态而将第一所施加电压提供至所述薄膜电致变色装置的汇流条之间的装置，

其中所述第一所施加电压的量值足以确保所述汇流条之间的所述薄膜电致变色装置区域内的所有位置经历最大有效电压与1伏的最小有效电压之间的有效电压，其中所述最大有效电压安全地避免对所述薄膜电致变色装置的损坏，且所述最小有效电压驱动从第一光学状态到第二光学状态的转变，以及

其中所述第一所施加电压大于所述最大有效电压。