光学可切换窗孔中电参数的校准的制作方法
本申请要求2016年4月29日提交的且标题为“光学可切换窗孔中电参数的校准(calibrationofelectricalparametersinopticallyswitchablewindows)”的第62/329,953号美国临时专利申请的权益。本申请还是2014年9月17日提交的且标题为“控制光学可切换装置中的转变(controllingtransitionsinopticallyswitchabledevices)”的第14/489,414号美国专利申请的部分接续申请，所述第14/489,414号美国专利申请是2011年12月2日提交的且标题为“控制光学可切换装置中的转变(controllingtransitionsinopticallyswitchabledevices)”的第13/309,990号美国专利申请的部分接续申请，而所述第13/309,990号美国专利申请是2011年3月16日提交的且标题为“控制光学可切换装置中的转变(controllingtransitionsinopticallyswitchabledevices)”的第13/049,623号美国专利申请(现第8,254,013号美国专利)的接续申请，以上文献中的每一个全文且出于所有目的以引用的方式并入本文中。本申请还是2015年12月18日提交的第14/900,037号美国专利申请的部分接续申请，所述第14/900,037号美国专利申请是2014年6月20日提交的且标题为“控制光学可切换装置中的转变(controllingtransitionsinopticallyswitchabledevices)”的第pct/us14/43514号pct专利申请的国家阶段申请，所述第pct/us14/43514号pct专利申请是2013年6月28日提交的且标题为“控制光学可切换装置中的转变(controllingtransitionsinopticallyswitchabledevices)”的第13/931,459号美国专利申请的部分接续申请，以上文献中的每一个全文且出于所有目的以引用的方式并入本文中。
背景技术：
电致变色(ec)装置通常是多层堆叠，包含(a)至少一层电致变色材料，其响应于电位的施加而改变其光学性质，(b)离子导体(ic)层，其允许例如锂离子等离子从中穿过，进出电致变色材料以引起光学性质改变，同时防止电短路，以及(c)透明导体层，例如透明导电氧化物或tco，在其上将电位施加到电致变色层。在一些情况下，电位从电致变色装置的相对边缘施加并跨越装置的可视区域。透明导体层设计成具有相对高的电子传导性。电致变色装置可以具有多于上述层，例如可选地改变光学状态的离子储存层或反电极层。
由于装置操作的物理特性，电致变色装置的适当功能取决于许多因素，例如通过材料层的离子移动、移动离子所需的电位、透明导体层的薄层电阻以及其它因素。电致变色装置的尺寸在装置从起始光学状态到结束光学状态(例如，从着色到透明或从透明到着色)的转变中起重要作用。用于驱动此转变的条件对于不同尺寸的装置或不同的操作条件可能具有完全不同的要求。
所需要的是用于驱动电致变色装置中的光学转变的改进的方法。
技术实现要素：
本文的各种实施例涉及使用在转变期间获得的反馈来转变光学可切换装置以使用传递函数控制正在进行的转变和/或校准光学开关装置的色调状态的方法。某些实施例涉及具有控制器的光学可切换装置，所述控制器具有使用在转变期间获得的反馈来转变光学可切换装置的指令。此外，在一些实施例中，基于在转变期间获得的电反馈，一起控制多组光学可切换装置。可以通过将某些电气条件(例如，电压脉冲和/或电流脉冲)施加到光学可切换装置来探测光学可切换装置。对探测的电响应可以用作反馈来控制正在进行的转变。
在所公开实施例的一个方面，提供了一种控制光学可切换装置从起始光学状态到结束光学状态的光学转变的方法，所述方法包含：(a)施加电压或电流以驱动光学可切换装置从起始光学状态转变到结束光学状态，其中施加的电压或电流施加到光学可切换装置的汇流条；(b)在转变完成之前，确定光学可切换装置的电特性；(c)使用所确定的电特性作为反馈来调整所施加的电压或电流，以进一步控制光学可切换装置的转变。
在许多实施例中，光学可切换装置是电致变色(ec)窗孔。操作(c)可以包含在转变期间使ec窗孔的色调水平与接近ec窗孔的第二ec窗孔的色调水平基本上匹配。这允许控制一个以上窗孔以匹配色调水平。
可以使用不同类型的反馈。在一些实施例中，所确定的电特性包含跨越光学可切换装置的两个电极的开路电压。在这些或其它情况下，所确定的电特性可包含在光学可切换装置的两个电极之间流动的电流。在一些实例中，所确定的电特性包含电压和电流中的至少一个，其中操作(c)包含基于所确定的电特性调整用于驱动转变的所施加电流或电压，以确保光学可切换装置在光学转变期间维持在安全操作电流范围内和/或安全操作电压范围内。安全操作电流范围可以具有在约70-250μa/cm2之间的最大量值。安全操作电压范围可以具有大约5-9v之间的最大量值。
在某些实施例中，所确定的电特性包含电压和电流中的至少一个，并且(c)包含基于所确定的电特性来调整用于驱动转变的所施加电流或电压，以确保光学转变以至少与目标转变率一样高的转变率发生。在一些情况下，(c)包含基于所确定的电特性来调整所施加的电流或电压，以确保光学转变在目标时间帧内发生。在这些或其它情况下，所确定的电特性可以包含电压和电流中的至少一个，并且(c)包含基于所确定的电特性来调整用于驱动转变的所施加电流或电压，以确定光学可切换装置是否处于或接近结束光学状态。此外，在一些情况下，所确定的电特性包含响应于施加到光学可切换装置的开路电压条件而发生的电流。
在一些情况下，所述方法进一步包含确定经递送以驱动光学转变的电荷量，并且基于所确定的所递送电荷量确定光学可切换装置是否处于或接近结束光学状态。所述方法还可以包含在从起始光学状态到结束光学状态的光学转变开始之后接收将光学可切换装置转变到第三光学状态的命令，其中第三光学状态不同于结束光学状态，其中(c)包含基于所确定的电特性调整用于驱动光学转变的所施加电流或电压，从而将光学可切换装置驱动到第三光学状态。
在所公开实施例的另一方面，提供了一种在多个电致变色(ec)窗孔中维持大体上匹配的色调水平或色调率的方法，所述方法包含：(a)探测所述多个ec窗孔以确定针对每个窗孔的电响应；(b)比较所确定的针对所述多个ec窗孔的电响应；以及(c)缩放施加到所述多个ec窗孔中的每一个的电压或电流，从而匹配所述多个ec窗孔中的每个窗孔中的色调水平或色调率。
在所公开实施例的另一方面，提供了一种以大体上匹配的色调率转变多个电致变色(ec)窗孔的方法，所述方法包含：(a)确定所述多个ec窗孔将在期间从起始光学状态转变到结束光学状态的转变时间，其中所述转变时间至少部分地基于所述多个ec窗孔中的最慢转变窗孔在期间从起始光学状态转变到结束光学状态的最小时间；(b)将一个或多个驱动条件施加到所述多个窗孔中的每个窗孔，其中施加到每个窗孔的所述一个或多个驱动条件足以使每个窗孔大体上在转变时间内从起始光学状态转变到结束光学状态。
在某些实施方案中，所述方法进一步包含：在施加所述一个或多个驱动条件时探测所述多个ec窗孔以确定针对每个窗孔的电响应，测量针对每个窗孔的电响应，确定针对每个窗孔的电响应是否指示窗孔将在转变时间内到达结束光学状态，并且如果确定窗孔将在转变时间内到达结束光学状态，则继续施加驱动条件以到达结束光学状态，并且如果确定窗孔将不会在转变时间内到达结束光学状态，则增加施加到窗孔的电压和/或电流，从而使窗孔在转变时间内到达结束光学状态。
所述方法可进一步包含：当确定针对每个窗孔的电响应是否指示窗孔将在转变时间内到达结束状态时，如果确定窗孔将大体上在转变时间之前到达结束光学状态，则减少施加到窗孔的驱动电压和/或电流从而使窗孔在更接近转变时间的时间到达结束光学状态，这与在不减少驱动电压和/或电流的情况下原本将会发生的情形形成对比。转变时间可以基于许多因素。例如，在一些情况下，转变时间至少部分地基于所述多个ec窗孔中的最大窗孔的大小。这有助于确保窗孔可以以相同的速率转变。
在一些情况下，可以具体地限定所述多个ec窗孔。例如，所述方法可以包含基于从以下组成的组中选择的一个或多个标准来限定要转变的所述多个ec窗孔：预限定的窗孔区、即时限定的窗孔区、窗孔性质和用户偏好。可以限定许多不同的窗孔组，并且在一些实施例中可以在运行中重新限定窗孔组。例如，限定要转变的所述多个ec窗孔可以包含确定第一多个ec窗孔并确定第二多个ec窗孔，其中在(a)中确定的转变时间是所述第一多个ec窗孔将在期间转变的第一转变时间，且其中(b)中的转变时间是第一转变时间，且进一步包含：(c)在开始在(b)中施加所述一个或多个驱动条件之后且在所述第一多个ec窗孔到达结束光学状态之前，确定所述第二多个ec窗孔将在期间转变到第三光学状态的第二转变时间，其中第三光学状态可以是起始光学状态、结束光学状态或不同光学状态，其中第二转变时间至少部分地基于所述第二多个ec窗孔中的最慢转变窗孔在期间转变到第三光学状态的最小时间，和(d)将一个或多个驱动条件施加到所述第二多个ec窗孔中的每个窗孔，其中施加到每个窗孔的所述一个或多个驱动条件足以使每个窗孔大体上在第二转变时间内转变到第三光学状态。在一些实施例中，所述多个ec窗孔中的每个窗孔包含存储器组件，所述存储器组件包含针对所述窗孔的指定转变时间，其中(a)包含比较所述多个ec窗孔中的每个窗孔的指定转变时间，从而确定哪个窗孔是所述多个eca窗孔中最慢转变窗孔。
在所公开实施例的另一个方面，提供了一种校准电致变色装置的经限定色调状态的方法，所述方法包含：(a)测量在透明状态和着色状态之间的多个保持电压的光密度；(b)确定一个或多个光学装置参数与装置的所测得光密度之间的传递函数；(c)使用传递函数计算一个或多个经校准驱动参数，其中传递函数使用一个或多个光学装置参数；以及(d)通过用经校准驱动参数代替一个或多个预定的驱动参数来配置窗孔控制逻辑。在某些情况下，可以使用或修改(b)中确定的传递函数，以便为从其测量窗孔参数的窗孔提供经校准的驱动参数。
在所公开实施例的又一个方面，描述了一种校准电致变色窗孔或其它光学可切换装置的方法，其确保装置的结束色调状态与既定色调状态(在本文中有时称为基线色调状态)匹配，因此减少相邻窗孔之间的所感知差异。在某些实施例中，所述方法包含以下操作：(a)测量电致变色装置的一个或多个参数，其中所述一个或多个测得的参数在指定色调状态下与未调整光密度相关；(b)将一个或多个测得的参数施加到传递函数以产生电致变色装置的经校准驱动参数，其中传递函数是从训练组电致变色装置产生；(c)配置用于控制电致变色装置中的一个或多个光学转变和/或状态的窗孔控制逻辑，其中在配置中包括施加经校准的驱动参数；以及(d)将经校准的驱动参数施加到电致变色装置，以在电致变色装置中在指定色调状态下引起经调整的光密度。在某些实施方案中，在(a)中测量并在(b)中施加到传递函数的参数包含光学参数、电参数和环境参数。
下面将参考相关图式更详细地描述这些和其它特征。
附图说明
图1示出使用简单的电压控制算法进行光学转变期间的电流和电压分布。
图2描绘特定电压下的一系列电荷(q)与温度(t)曲线。
图3a和3b示出根据某些实施例依据特定控制方法产生的电流和电压分布。
图3c示出描绘在光学转变的初始阶段期间电流的控制的流程图。
图4a示意性地描绘根据某些实施例的平面汇流条布置。
图4b呈现作为层上位置的函数的每个透明导电层上的局部电压值的简化曲线图。
图4c是veff作为装置上位置的函数的简化曲线图。
图5是描绘与将电致变色装置从透明驱动到着色相关联的某些电压和电流分布的曲线图。
图6a是描绘光学转变的曲线图，其中所施加电压从vdrive下降到vhold导致净电流流动，表明光学转变已经进行得足够远以允许所施加的电压在结束光学状态的持续时间内保持在vhold。
图6b是描绘光学转变的曲线图，其中所施加电压从vdrive初始下降到vhold导致净电流流动，指示光学转变尚未进行得足够远以允许所施加电压在结束光学状态的持续时间内保持在hold。
图7a-7d是示出用于使用电反馈控制光学可切换装置中的光学转变的各种方法的流程图。
图8a和8b示出描绘当使用图7d的方法探测和监测转变的进展时在电致变色转变期间随时间递送的总电荷与随时间施加的电压的曲线图。
图8c示出根据一实施例在透明导电氧化物层上具有一对电压传感器的电致变色窗孔。
图9a和9b是描绘用于使用电反馈控制光学可切换装置中的光学转变的其它方法的流程图。
图9c和9d呈现同时控制多个窗孔以实现匹配的色调水平或色调率的方法的流程图。
图10描绘具有多个电致变色窗孔的幕墙。
图11是可用于根据本文所描述的方法控制光学可切换装置的控制器的示意图示。
图12描绘根据一实施例的igu的横截面视图。
图13示出窗孔控制器和相关组件。
图14是电致变色装置的横截面示意描绘。
图15是处于透明状态(或转变为透明状态)的电致变色装置的示意性横截面。
图16是处于着色状态(或转变为着色状态)的电致变色装置的示意性横截面。
图17是处于着色状态的电致变色装置的示意性横截面，其中所述装置具有不含有不同离子导体层的界面区。
图18a和18b提供散点图，直方图和统计概要，其示出了使用传递函数来减小19个电致变色窗孔的示例组中的光密度变化的效应。
图19是示出校准电致变色窗孔的方法的流程图。
具体实施方式
定义
“光学可切换装置”是响应于电输入而改变光学状态的薄装置。它可在两个或两个以上光学状态之间可逆地循环。通过向装置施加预限定的电流和/或电压来控制这些状态之间的切换。所述装置通常包含两个薄导电片，其跨在至少一个光学活性层上。驱动光学状态变化的电输入被施加到薄导电片。在某些实施方案中，输入由与导电片电连通的汇流条提供。
虽然本公开强调电致变色装置作为光学可切换装置的实例，但是本公开不限于此。其它类型的光学可切换装置的实例包含某些电泳装置、液晶装置等。可以在各种光学可切换产品上提供光学可切换装置，例如光学可切换窗孔。然而，本文公开的实施例不限于可切换窗孔。其它类型的光学可切换产品的实例包含反射镜、显示器等。在本公开的上下文中，这些产品通常以非像素化形式提供。
“光学转变”是光学可切换装置的任何一个或多个光学性质的变化。改变的光学性质可以是例如色调、反射率、折射率、颜色等。在某些实施例中，光学转变将具有经限定的起始光学状态和经限定的结束光学状态。例如，起始光学状态可以是80％透射率，并且结束光学状态可以是50％透射率。通常通过在光学可切换装置的两个薄导电片上施加适当的电位来驱动光学转变。
“起始光学状态”是紧接在光学转变开始之前的光学可切换装置的光学状态。起始光学状态通常被限定为光学状态的量值，其可以是色调、反射率、折射率、颜色等。起始光学状态可以是光学可切换装置的最大或最小光学状态；例如，在某些情况下，透射率为90％或4％。在某些情况下，最小透射率可以是约2％或更低，例如约1％或更低。或者，起始光学状态可以是中间光学状态，其具有介于光学可切换装置的最大和最小光学状态之间的值；例如，50％的透射率。
“结束光学状态”是紧跟在从起始光学状态完全光学转变之后的光学可切换装置的光学状态。当光学状态以对于特定应用理解为完整的方式改变时，发生完全转变。例如，完整的着色可能被认为是从75％光透射率到10％透射率的转变。结束光学状态可以是光学可切换装置的最大或最小光学状态；例如，90％或4％的透射率。在某些情况下，最小透射率可以是约2％或更低，例如约1％或更低。或者，结束光学状态可以是中间光学状态，其具有介于光学可切换装置的最大和最小光学状态之间的值；例如，50％的透射率。
“汇流条”是指附接到导电层的导电条，例如跨越光学可切换装置的区域的透明导电电极。汇流条从外部引线向导电层递送电位和电流。光学可切换装置包含两个或两个以上汇流条，每个汇流条连接到装置的单个导电层。在各种实施例中，汇流条形成细长线，其跨越装置的长度或宽度的大部分长度。通常，汇流条位于设备边缘附近。
“所施加电压”或vapp是指在电致变色装置上施加到两个相反极性汇流条的电位的差。每个汇流条以电子方式连接到单独的透明导电层。所施加的电压可以具有不同的量值或功能，例如驱动光学转变或保持光学状态。在透明导电层之间夹有光学可切换装置材料，例如电致变色材料。每个透明导电层在汇流条连接到其的位置和远离汇流条的位置之间经历电位降。通常，距汇流条的距离越大，则透明导电层中的电位降越大。透明导电层的局部电位在本文中通常称为vtcl。相反极性的汇流条可以在光学可切换装置的表面上彼此横向分开。
“有效电压”或veff是指在光学可切换装置上的任何特定位置处的正透明导电层和负透明导电层之间的电位。在笛卡尔空间中，为装置上的特定x,y坐标限定有效电压。在测量veff的点处，两个透明导电层在z方向上(通过装置材料)分离，但是共享相同的x,y坐标。
“保持电压”是指将装置无限期地保持在结束光学状态所需的所施加电压。在某些情况下，在不施加保持电压的情况下，电致变色窗孔返回到其自然色调状态。换句话说，维持所需的色调状态需要施加保持电压。
“驱动电压”是指在光学转变的至少一部分期间提供的所施加电压。可以将驱动电压视为“驱动”光学转变的至少一部分。其量值不同于紧接在光学转变开始之前的所施加电压。在某些实施例中，驱动电压的量值大于保持电压的量值。驱动电压和保持电压的实例施加如图3所示。
引言和概述
例如电致变色装置等可切换光学装置可在两种或两种以上光学状态(例如透明状态和着色状态)之间可逆地循环。通过向装置施加预限定的电流和/或电压来控制这些状态之间的切换。装置控制器通常包含低压电源，并且可以配置成与辐射和其它环境传感器一起操作，但在各种实施例中不需要这些传感器。控制器还可以配置成与能量管理系统介接，例如根据例如一年中的时间、一天中的时间、安全条件和测得的环境条件等因素控制电致变色装置的计算机系统。这种能量管理系统可以显著降低建筑物的能耗。
在本文的各种实施例中，通过在光学转变期间产生和利用的反馈来影响光学转变。反馈可以基于各种非光学性质，例如电性质。在特定实例中，反馈可以是基于施加到装置的特定条件的ec装置的电流和/或电压响应。反馈可用于确定或控制装置中的色调水平，或防止对装置的损坏。在许多情况下，在光学转变期间产生/获得的反馈用于调整驱动转变的电参数。所公开的实施例提供了可以使用这种反馈的多种方式。
图1示出电致变色窗孔的电流分布，其采用简单的电压控制算法来引起电致变色装置的光学状态转变(例如，着色)。在曲线中，离子电流密度(i)表示为时间的函数。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，例如氧化钨等阴极电致变色材料与镍钨氧化物反电极一起使用。在这种装置中，负电流指示装置的着色。通过将电压斜升到设定水平然后保持电压以维持光学状态来得到所描绘的特定分布。
电流峰值101与光学状态的变化(即，着色和透明)相关联。具体地，电流峰值表示使装置着色或透明所需的电荷的递送。在数学上，峰值下的阴影区域表示使装置着色或透明所需的总电荷。初始电流尖峰之后的曲线部分(部分103)表示装置处于新光学状态时的泄漏电流。
在图1中，电压分布105叠加在电流曲线上。电压分布遵循以下序列：负斜坡(107)、负保持(109)、正斜坡(111)和正保持(113)。注意，电压在到达其最大量值之后以及在装置保持在其所限定的光学状态的时间长度期间保持恒定。电压斜坡107将装置驱动到其新的着色状态，并且电压保持109将装置维持在着色状态，直到相反方向上的电压斜坡111驱动从着色状态到透明状态的转变。在一些切换算法中，施加电流上限。也就是说，不允许电流超过所限定的电平以防止损坏装置。
着色速度不仅取决于所施加的电压，而且取决于温度和电压斜升速率。由于电压和温度都会影响锂的扩散，所以通过的电荷量(以及因此此电流峰值的强度)随电压和温度的增加而增加，如图2所示。另外，根据定义，电压和温度是相互依赖的，这意味着可以在较高温度下使用较低的电压以获得与较低温度下的较高电压相同的切换速度。此温度响应可以用于基于电压的切换算法，但需要主动监测温度以改变所施加的电压。使用温度来确定施加哪个电压以实现快速切换而不损坏装置。
如上所述，本文的各种实施例利用某种形式的反馈来主动控制光学可切换装置中的转变。在许多情况下，反馈基于非光学特性。电特性是特别有用的，例如当施加某些电气条件时光学可切换装置的电压和电流响应。下面提供了反馈的许多不同用途。
使用电气反馈控制转变以确保安全的操作条件
在一些实施例中，电反馈用于确保光学可切换装置维持在操作条件的安全窗孔内。如果供应给装置的电流或电压太大，可能会损坏装置。本节中呈现的反馈方法可称为损坏预防反馈方法。在一些实施例中，损坏预防反馈可以是所使用的唯一反馈。或者，损坏预防反馈方法可以与本文描述的其它反馈方法组合。在其它实施例中，不使用损坏预防反馈，而是使用下面描述的不同类型的反馈。
图2示出针对特定电压的一系列q与t(电荷与温度)曲线。更具体地，该图示出了在施加固定电压的固定时间周期过去之后温度对向电致变色装置电极传递多少电荷的影响。随着电压增加，在给定温度下通过的电荷量增加。因此，对于要通过的所需电荷量，电压范围内的任何电压都可能是合适的，如图2中的水平线207所示。并且很明显，简单地控制电压将不能保证光学状态的变化在预限定时间周期内发生。装置温度强烈影响特定电压下的电流。当然，如果装置的温度已知，则可以选择所施加的电压以在期望的时间周期内驱动着色变化。然而，在某些情况下，不可能可靠地确定电致变色装置的温度。虽然装置控制器通常知道切换装置需要多少电荷，但它可能不知道温度。
如果针对电致变色装置的温度施加过高的电压或电流，则装置可能被损坏或降级。另一方面，如果针对温度施加的电压或电流太低，则装置将切换得太慢。因此，希望在光学转变的早期具有受控的电流和/或电压。考虑到这一点，在一个实施例中，控制电荷(通过电流)而不受限于特定电压。
本文描述的一些控制过程可以通过在光学转变期间对装置施加以下约束来实现：(1)在装置电极之间传递所限定量的电荷以引起完全的光学转变；(2)此电荷在所限定的时间帧内通过；(3)电流不超过最大电流；以及(4)电压不超过最大电压。
根据本文描述的各种实施例，使用单一算法切换电致变色装置而不管温度如何。在一个实例中，控制算法涉及(i)在初始切换周期期间控制电流而不是电压，其中离子电流显著大于泄漏电流，以及(ii)在此初始周期期间，采用电流-时间相关性使得装置在低温下切换得足够快，同时在较高温度下不会损坏部件。
因此，在从一个光学状态到另一个光学状态的转变期间，控制器和相关联的控制算法以确保切换速度足够快并且电流不超过会损坏装置的值的方式控制到装置的电流。此外，在各种实施例中，控制器和控制算法实现两个阶段的切换：在完成切换之前控制电流直到到达所限定点的第一阶段，以及在第一阶段之后控制施加到装置的电压的第二阶段。
本文描述的各种实施例通常可以通过以下三种方案方法来表征。
1.控制电流以使其维持在有限的电流范围内。这可以仅在光学状态变化开始期间的短时间周期内完成。它旨在保护装置免受归因于高电流条件的损害，同时确保施加足够的电流以允许光学状态的快速变化。通常，此阶段期间的电压保持在装置的最大安全电压范围内。在采用住宅或建筑玻璃的一些实施例中，此初始受控电流阶段将持续约3-4分钟。在此阶段期间，电流分布可以是相对平坦的，不会变化超过例如大约10％。
2.在初始受控电流阶段完成之后，转变到受控电压阶段，其中电压保持在基本固定的值，直到光学转变完成，即，直到足够的电荷通过以完成光学转变。在一些情况下，通过从切换操作开始到达所限定的时间来触发从阶段1到2的转变(受控电流到受控电压)。然而，在替代实施例中，转变伴随着到达预限定电压、预限定量的电荷通过或某一其它标准。在受控电压阶段期间，电压可以保持在不会变化超过约0.2v的电平。
3.在第二阶段完成之后，通常在光学转变完成时，降低电压以便在维持新的光学状态的同时最小化(考虑)泄漏电流。也就是说，施加小电压，有时称为“保持电压”，以补偿跨越离子导体层的泄漏电流。在一些实施例中，ec装置的泄漏电流可以是相当低的，例如在
图3a和3b示出了根据某些实施例的特定控制方法产生的电流和电压分布。图3c提供了控制序列的初始部分(受控电流部分)的相关流程图。出于讨论的目的，假设这些图中所示的负电流(如图1所示)驱动透明到着色的转变。当然，所述实例可以同样适用于反向操作的装置，即采用阳极电致变色电极的装置。
在特定实例中，遵循以下过程：
1.在时间0(t0)-以对应于电流电平“i目标(itarget)”301的速率斜升电压。参见图3c的框351。还参见图3a中的电压斜坡303。i目标可针对所讨论的装置先验地设定-与温度无关。如上所述，本节中描述的控制方法可以在不知道或推断装置温度的情况下有益地实现。在替代实施例中，在设定电流电平时检测并考虑温度。在一些情况下，可以从窗孔的电流-电压响应推断出温度。
在一些实例中，斜坡率在约10μv/s和100v/s之间。在更具体的实例中，斜坡率在约1mv/s和500mv/s之间。
2.紧接在t0之后，通常在几毫秒内，控制器确定在操作1中施加电压所导致的电流电平。所得到的电流电平可以用作控制光学转变的反馈。特别地，可以将得到的电流电平与由下端的i缓慢(islow)和上端的i安全(isafe)限定的可接受电流范围进行比较。i安全是装置在其上可能会损坏或降级的电流电平。i缓慢是装置在其下将以不可接受的慢速率切换的电流电平。例如，电致变色窗孔中的i目标可以在约30和70μa/cm2之间。此外，i缓慢的典型实例在约1和30μa/cm2之间的范围内，且i安全的实例在约70和250μa/cm2之间的范围内。
设定电压斜坡，并根据需要进行调整，以控制电流，并且通常在控制序列的初始阶段产生相对一致的电流电平。这通过如图3a和3b所示的平坦电流分布301来说明，其在电平i安全307和i缓慢309之间。
3.根据步骤2中的比较结果，控制方法采用以下操作(a)-(c)之一。注意，控制器不仅检查紧接在t0之后的电流电平，而且它经常检查此后的电流电平并按此处所描述进行调整，如图3c所示。
(a)当测得的电流在i缓慢和i安全之间时→，继续施加使电流保持在i缓慢和i安全之间的电压。参见由图3c的框353、355、359、369和351限定的循环。
(b)当测得的电流低于i缓慢(通常因为装置温度低)时，→继续使所施加的电压斜升，以使电流高于i缓慢但低于i安全。参见图3c的框353和351的循环。如果电流电平太低，则可能适当的是增加电压的增加速率(即，增加电压斜坡的陡度)。
如所指出的，控制器通常主动监测电流和电压以确保所施加的电流保持在i缓慢以上。此反馈有助于确保装置保持在安全的操作窗孔内。在一个实例中，控制器每几毫秒检查一次电流和/或电压。它可以在相同的时间尺度上调整电压。控制器还可以确保新增加的所施加电压电平保持低于v安全(vsafe)。v安全是最大所施加电压量值，超过该量值，装置可能会损坏或降级。
(c)当测得的电流高于i安全(通常因为装置正在高温下操作)时，→降低电压(或电压增加速率)以使电流低于i安全但高于i缓慢。参见图3c的框355和357。如上所述，控制器可以主动监测电流和电压。因此，控制器可以快速调整所施加的电压，以确保在转变的整个受控电流阶段期间电流保持低于i安全。因此，电流不应超过i安全。
应该显而易见的是，可以根据需要临时调整或甚至停止电压斜坡303，以将电流保持在i缓慢和i安全之间。例如，在受控的电流状态下，电压斜坡可以停止，方向反转，速率减慢或速率增加。
在其它实施例中，控制器根据需要增加和/或减小电流而不是电压。因此，上述讨论不应视为限于斜升或以其它方式控制电压以将电流维持在所需范围内的选择。无论电压或电流是由硬件控制(恒电位还是恒电流控制)，算法都能达到预期的效果。
4.将电流维持在目标范围内，在i缓慢和i安全之间，直到满足指定的标准。在一个实例中，标准是将电流传递所限定的时间长度t1，此时装置达到所限定的电压v1。在实现该条件后，控制器从受控电流转变为受控电压。参见图3c的框359和361。注意，v1是温度的函数，但是如所提及，根据各种实施例，不需要监测或甚至检测温度。
在某些实施例中，t1为约1至30分钟，并且在一些具体实例中，t1为约2至5分钟。此外，在某些情况下，v1的量值约为1至7伏，更具体地约为2.5至4伏。
如上所述，控制器在受控电流阶段继续，直到满足指定条件，例如经过所限定的时间周期。在此实例中，使用计时器来触发转变。在其它实例中，指定条件是达到所限定电压(例如，最大安全电压)或通过所限定电荷量。
操作1-4对应于上述通用算法中的方案1-受控电流。此阶段期间的目标是防止电流超过安全电平，同时确保合理快速的切换速度。有可能在此方案期间，控制器可提供超过电致变色装置的最大安全电压的电压。在某些实施例中，通过采用控制算法消除了这种担忧，其中最大安全值远大于操作温度范围内的v1。在一些实例中，选择i目标和t1使得v1在较低温度下远低于最大电压，而在较高温度下不会由于过电流而使窗孔降级。在一些实施例中，控制器包含安全特征，所述安全特征将在达到最大安全电压之前警告窗孔。在典型的实例中，电致变色窗孔的最大安全电压值在约5和9伏之间。
5.将电压维持在所限定的电平v2直到满足另一个指定条件，例如到达时间t2。参见图3a中的电压段313。通常选择时间t2或其它指定条件，使得通过所需量的电荷足以引起光学状态的所需变化。在一个实例中，指定条件是指定量的电荷的通过。在此阶段期间，电流可以逐渐减小，如图3a和3b中的电流分布段315所示。在一个具体实施例中，v2＝v1，如图3a所示。
此操作5对应于上述方案2-受控电压。在此阶段期间的目标是将电压维持在v1足够的长度以确保期望的着色速度。
在某些实施例中，t2为约2至30分钟，并且在一些具体实例中，t2为约3至10分钟。此外，在某些情况下，v2约为1至7伏，更具体地约为2.5至4伏。
6.在达到步骤5的条件之后(例如，在足够的电荷已通过或者计时器指示已到达t2之后)，电压从v2下降到电平v3。这样可以在保持着色状态的同时减少泄漏电流。在特定实施例中，转变时间t2是预定的，并且基于着色最慢的部件的中心达到一定百分比的透射率所需的时间来选择。在一些实施例中，t2为约4至6分钟。此操作6对应于上面的方案3。
表1呈现上述算法的具体实例。
表1
参数的定义：
i0-i缓慢和i安全之间的目标电流值
v0-对应于电流i0的电压
t0-电流＝i0时所处的时间。
i1-时间t1处的电流。i1＝i0
v1-时间t1处的电压。电压在t0和t1之间从v0斜升至v1，并且是温度的函数。
t1-电流维持在i缓慢和i安全之间的时间(例如，大约3-4分钟)
i2-时间t2处的电流。当电压维持在v1时，电流从i1衰减到i2。
v2-时间t2处的电压。v1＝v2。
t2-维持电压v1直至的时间。距t1可约4至6分钟。在t2之后，电压从v2下降到v3
v3-t2和t3之间的保持电压。
i3-对应于电压v3的电流。
t3-收到状态改变请求时所处的时间。
使用电反馈控制转变以确定转变的终点
在这方面描述的实施例涉及使用电反馈来确定转变的终点。换句话说，使用反馈来确定光学转变何时完成或接近完成。这些反馈方法可以单独使用或与本文描述的其它反馈方法组合使用。
某些公开的实施例利用电探测和监测来确定何时光学可切换装置的第一光学状态和第二光学状态之间的光学转变已经进行到足以终止驱动电压的施加的程度。例如，电探测允许施加驱动电压的时间比先前认为的可能的时间短，因为特定装置基于其实际光学转变进展的电探测来实时驱动。此外，实时监测可以帮助确保光学转变进展到期望的状态。在各种实施例中，通过将所施加的电压降低到保持电压来实现终止驱动电压。此方法利用了通常被认为是不期望的光学转变的方面-薄的光学可切换装置在光学状态之间非均匀地转变的倾向。特别地，许多光学可切换装置最初在靠近汇流条的位置处转变，并且仅在稍后在远离汇流条的区(例如，靠近装置的中心)处转变。令人惊讶的是，可以利用这种不均匀性来探测光学转变。通过允许以本文所描述的方式探测转变，光学可切换装置避免了对装置控制算法的定制表征和相关预编程的需要，所述装置控制算法指定施加驱动电压的时间长度，以及排除考虑跨越许多装置的温度变化、装置结构可变性等的“通用型”固定时间周期驱动参数。在更详细地描述探测和监测技术之前，将提供关于电致变色装置中的光学转变的一些背景。
通过将所限定的电压施加到装置上的两个分开的汇流条来实现在典型的电致变色装置中驱动转变。在这种装置中，将汇流条垂直于矩形窗孔的较小尺寸定位是方便的(见图4a)。这是因为用于在薄膜装置的表面上递送所施加电压的透明导电层具有相关的薄层电阻，并且汇流条布置允许电流必须行进的最短跨度覆盖装置的整个区域，因此缩短导体层在其相应区域上完全充电所花费的时间，且因此缩短转变装置所花费的时间。
当所施加的电压vapp跨越汇流条供应时，由于透明导电层的薄层电阻和装置的电流汲取，装置的基本上所有区域都经历较低的局部有效电压(veff)。装置的中心(两个汇流条之间的中间位置)通常具有最低的veff值。这可能导致不可接受的小光学切换范围和/或在装置中心的不可接受的缓慢切换时间。这些问题在装置的边缘，较靠近汇流条处，可能不存在。下面参考图4b和4c更详细地解释这一点。
图4a示出了包含具有平面配置的汇流条的电致变色采光区400的俯视图。电致变色采光区400包含设置在第一导电层410上的第一汇流条405和设置在第二导电层420上的第二汇流条415。电致变色堆叠(未示出)夹在第一导电层410和第二导电层420之间。如图所示，第一汇流条405可以基本上横跨第一导电层410的一侧延伸。第二汇流条415可以基本上横跨第二导电层420的与电致变色采光区400的设置有第一汇流条405的一侧相对的一侧延伸。一些装置可能具有额外的汇流条，例如，在所有四个边缘上，但这使制造复杂化。包含平面配置的汇流条的汇流条配置的进一步讨论见2012年4月20日提交的第13/452,032号美国专利申请，其全部内容以引用的方式并入本文中。
图4b是示出例如第一透明导电层410中的局部电压和第二透明导电层420中的电压的曲线的曲线图，其驱动电致变色采光区400从透明状态到着色状态的转变。曲线425示出了第一透明导电层410中的电压vtcl的局部值。如图所示，由于薄层电阻和电流通过第一导电层410，电压从左手侧(例如，第一汇流条405设置在第一导电层410上并且施加电压的位置)下降到第一导电层410的右手侧。曲线430还示出了第二导电层420中的局部电压vtcl。如图所示，由于第二导电层420的薄层电阻，电压从右手侧(例如，第二汇流条415设置在第二导电层420上并且施加电压的位置)增加(量值减小)到第二导电层420的左手侧。在此实例中，所施加电压的值vapp是电位曲线430的右端与电位曲线425的左端之间的电压差。汇流条之间的任何位置处的有效电压veff的值是在x轴上对应于感兴趣位置的位置处的曲线430和425的值的差。
图4c是示出电致变色采光区400的第一和第二导电层410和420之间的电致变色装置上的veff的曲线图。如所解释，有效电压是第一导电层410和第二导电层420之间的局部电压差。经受较高有效电压的电致变色装置的区在光学状态之间的转变比经受较低有效电压的区更快。如图所示，有效电压在电致变色采光区400的中心处最低，并且在电致变色采光区400的边缘处最高。装置上的电压降是由于电流通过装置时的欧姆损耗。通过在窗孔的检视区域内配置额外的汇流条，可以减轻大电致变色窗孔上的电压降，实际上将一个大的光学窗孔分成多个较小的电致变色窗孔，这些较小的电致变色窗孔可以串联或并联驱动。然而，由于可视区域与可视区域中的汇流条之间的对比，这种方法可能在美学上不具吸引力。也就是说，在可视区域中没有任何分散的汇流条的情况下，具有单片电致变色装置可能更令人愉悦。
如上所述，随着窗孔尺寸的增加，流过tc层的薄面的电流的电阻也增加。可以在最靠近汇流条的点(在下面的描述中称为装置的边缘)和最远离汇流条的点(在下面的描述中称为装置的中心)之间测量此电阻。当电流通过tcl时，电压在tcl面上下降，这会降低装置中心的有效电压。通常随着窗孔面积增加，窗孔的泄漏电流密度保持恒定但总泄漏电流由于增加的面积而增加的事实加剧了这种效应。因此，利用这两种效应，电致变色窗孔的中心处的有效电压大幅下降，并且对于大于例如约30英寸宽的电致变色窗孔，可能观察到较差性能。可以通过使用更高的vapp使得装置的中心达到合适的有效电压来解决该问题。
通常，固态电致变色装置的安全操作范围在约0.5v和4v之间，或更通常在约0.8v和约3v之间，例如在0.9v和1.8v之间。这些是veff的局部值。在一个实施例中，电致变色装置控制器或控制算法提供驱动分布，其中veff始终低于3v，在另一实施例中，控制器控制veff使其始终低于2.5v，在另一实施例中，控制器控制veff使其始终低于1.8v。所述电压值是指时间平均电压(其中平均时间大约是小光学响应所需的时间，例如，几秒到几分钟)。
电致变色窗孔的增加的复杂性是通过窗孔汲取的电流在光学转变的持续时间内不固定。相反，在转变的初始部分期间，当光学转变完成或接近完成时，通过装置的电流比在结束状态下大得多(高达100倍)。在此初始转变周期期间，装置中心的着色差的问题进一步恶化，因为中心的值veff明显低于转变周期结束时的值。
在具有平面汇流条的电致变色装置的情况下，可以展示，具有平面汇流条的装置上的veff通常由下式给出：
δv(0)＝vapp-rjl2/2
δv(l)＝vapp-rjl2/2等式1
δv(l/2)＝vapp-3rjl2/4
其中：
vapp是施加到汇流条以驱动电致变色窗孔的电压差；
δv(0)是连接到第一透明导电层的汇流条处的veff(在下面的实例中，tec型tco)；
δv(l)是连接到第二透明导电层的δv(l)上的veff(在下面的实例中，ito型tco)；
δv(l/2)是装置中心的veff，位于两个平面汇流条之间的中间位置；
r＝透明导电层薄层电阻；
j＝瞬时平均电流密度；以及
l＝电致变色装置的汇流条之间的距离。
假设透明导电层具有与计算基本相似(如果不相同)的薄层电阻。然而，所属领域的普通技术人员将理解，即使透明导电层具有不同的薄层电阻，欧姆电压降和局部有效电压的适用物理特性仍然适用。
如上所述，某些实施例涉及用于驱动具有平面汇流条的装置中的光学转变的控制器和控制算法。在这种装置中，相反极性的基本上线性的汇流条设置在矩形或其它多边形电致变色装置的相对侧，例如，如图4a所示。在一些实施例中，可以采用具有非平面汇流条的装置。此类装置可以采用例如设置在装置顶点处的成角度的汇流条。在此类装置中，汇流条有效分离距离l是基于装置和汇流条的几何形状确定的。汇流条几何形状和分离距离的讨论可见于2012年4月20日提交的标题为“成角度的汇流条(angledbusbar)”的第13/452,032号美国专利申请，其全文以引用的方式并入本文中。
随着r、j或l增加，装置上的veff减小，从而在转变期间甚至在最终光学状态下减慢或减少装置着色。参考等式1，窗孔上的veff至少比vapp低rjl2/2。已经发现，随着电阻电压降的增加(由于窗孔尺寸、电流汲取等的增加)，一些损耗可以通过增加vapp来抵消，但所述增加vapp只能到使装置的边缘处的veff保持低于可能发生可靠性降级的阈值的值。
总之，已经认识到，两个透明导电层都经历欧姆降，并且该下降随着距相关汇流条的距离而增加，因此对于两个透明导电层，vtcl随着距汇流条的距离而减小。结果，veff在从两个汇流条移除的位置中减小。
图5示出了根据某些实施例的电压控制分布。在所描绘的实施例中，采用电压控制分布来驱动从透明状态到着色状态(或到中间状态)的转变。为了在反方向上从着色状态到透明状态(或从较多着色状态到较少着色状态)驱动电致变色装置，使用类似但反转的分布。在一些实施例中，用于从着色到透明的电压控制分布是图5中所描绘的电压控制分布的镜像。
图5中描绘的电压值表示所施加的电压(vapp)值。所施加的电压分布由虚线示出。相反，装置中的电流密度由实线示出。在所描绘的分布中，vapp包含四个分量：起始转变的驱动斜坡分量503、继续驱动转变的vdrive分量513、保持斜坡分量515和vhold分量517。所述斜坡组件实施为vapp的变化，且vdrive和vhold分量提供恒定或基本恒定的vapp量值。
驱动斜坡分量的特征在于斜坡速率(增加的量值)和vdrive的量值。当所施加电压的量值达到vdrive时，完成驱动斜坡分量。vdrive分量的特征在于用vdrive的值以及vdrive的持续时间。如上所述，可以选择vdrive的量值以在电致变色装置的整个面上维持具有安全但有效范围的veff。
保持斜坡分量的特征在于电压斜坡率(减小的量值)和vhold的值(或者可选地vdrive和vhold之间的差值)。vapp根据斜坡率下降，直到达到vhold值。vhold分量的特征在于vhold的量值和vhold的持续时间。实际上，vhold的持续时间通常由装置保持在着色状态(或相反地处于透明状态)的时间长度决定。与驱动斜坡、vdrive和保持斜坡分量不同，vhold分量具有任意长度，这与装置的光学转变的物理特性无关。
每种类型的电致变色装置将具有其自身的电压分布特征分量，用于驱动光学转变。例如，相对大的装置和/或具有更多电阻导电层的装置将需要更高的vdrive值并且可能需要驱动斜坡分量中的更高的斜坡率。2012年4月17日提交的第13/449,251号美国专利申请公开了用于在宽范围的条件下驱动光学转变的控制器和相关算法，该专利申请以引用的方式并入本文中。如其中所解释，可以独立地控制所施加的电压分布的每个分量(本文中，驱动斜坡、vdrive、保持斜坡和vhold)以解决例如当前温度、当前透射率水平等实时条件。在一些实施例中，所施加的电压分布的每个分量的值是针对特定的电致变色装置(具有其自身的汇流条间隔、电阻率等)而设定的，并且不基于当前条件而变化。换句话说，在此类实施例中，电压分布不考虑例如温度，电流密度等反馈。
如图所示，图5的电压转变分布中所示的所有电压值对应于上述vapp值。它们不对应于上述veff值。换句话说，图5中描绘的电压值表示电致变色装置上的相反极性的汇流条之间的电压差。
在某些实施例中，选择电压分布的驱动斜坡分量以安全但快速地引起离子电流在电致变色电极和反电极之间流动。如图5所示，装置中的电流遵循驱动电压斜坡分量的分布，直到分布的驱动斜坡部分结束并且vdrive部分开始。参见图5中的电流分量501。可以凭经验或基于其它反馈确定电流和电压的安全电平。以上提供了安全电流和电压电平的示实例。
在某些实施例中，基于上述考虑选择vdrive的值。特别地，选择所述值使得电致变色装置的整个表面上的veff值保持在有效且安全地转变大电致变色装置的范围内。可以基于各种考虑来选择vdrive的持续时间。其中之一确保驱动电位保持足够的周期以引起装置的显著着色。为此目的，vdrive的持续时间可以凭经验通过根据vdrive保持在适当位置的时间长度监测装置的光密度来确定。在一些实施例中，vdrive的持续时间被设定为指定的时间周期。在另一个实施例中，vdrive的持续时间被设定为对应于所通过的离子和/或电子电荷的量。如所示，vdrive期间电流斜降。见电流段507。
另一个考虑因素是装置中电流密度的降低，因为离子电流在光学转变期间由于可用锂离子完成从阳极上色电极到阴极上色电极(或反电极)的行程而衰减。当转变完成时，流过装置的唯一电流是通过离子导电层的泄漏电流。结果，装置表面上的电位的欧姆降降低，并且veff的局部值增加。如果所施加的电压没有降低，则这些增加的veff值会损坏或降低装置的性能。因此，确定vdrive的持续时间的另一个考虑因素是降低与泄漏电流相关的veff的电平。通过将所施加的电压从vdrive降低到vhold，不仅装置表面的veff减小，而且泄漏电流也减小。如图5所示，装置电流在保持斜坡分量期间在段505中转变。在vhold期间，电流稳定至稳定的泄漏电流509。”
由于可能难以预测在转变到保持电压之前所施加驱动电压应被施加多长时间，因此出现了挑战。不同尺寸的装置，更具体地说具有间隔特定距离的汇流条的装置，需要不同的时间长度来施加驱动电压。此外，用于制造光学可切换装置(例如电致变色装置)的过程可在不同批次之间或不同过程修改之间微妙地变化。微妙的过程变化转化为对驱动电压必须施加到操作中使用的装置的时间长度的潜在不同要求。此外，环境条件，特别是温度，可能例如由于上文参考图2所讨论的原因而影响所施加电压应被施加以驱动转变的时间长度。
为了考虑所有这些变量，当前技术可以限定许多不同的控制算法，其具有不同的时间周期，用于为许多不同的窗孔尺寸或装置特征中的每一个施加所限定的驱动电压。这样做的理由是，确保驱动电压被施加持续足够的周期，而不管装置尺寸和类型如何，以确保光学转变完成。目前制造了许多不同尺寸的电致变色窗孔。虽然可以为每种不同类型的窗孔预先确定适当的驱动电压时间，但这可能是一个繁琐、昂贵且耗时的过程。本文描述的改进的方法是在运行中确定应该施加驱动电压的时间长度。
此外，可能希望使两个所限定的光学状态之间的转变在所限定的持续时间内发生，而不管光学可切换装置的尺寸、制造装置的过程以及装置在转变时操作所处的环境条件如何。可以通过监测转变过程并根据需要调整驱动电压来确保转变在所限定时间内完成，从而实现此目标。调整驱动电压的量值是实现此目标的一种方式。下面在关于使用电反馈控制转变以确定转变的终点的章节中进一步讨论这些方法。
某些公开的实施例应用探测技术来评估在装置处于转变期间的光学转变的进展。如图5所示，通常存在光学转变的不同的驱动斜坡和驱动电压维持阶段。探测技术可以在这些阶段中的任何一个阶段应用。在许多实施例中，在算法的驱动电压维持部分期间应用探测技术。
在某些实施例中，探测技术涉及对经施加以驱动转变的电流或电压进行脉冲控制，然后监测电流或电压响应以检测汇流条附近的过驱动条件。当局部有效电压大于引起局部光学转变所需的电压时，发生过驱动条件。例如，如果当veff达到2v时认为完成到透明状态的光学转变，并且汇流条附近的veff的局部值是2.2v，则汇流条附近的位置可以表征为处于过驱动条件。
探测技术的一个实例涉及通过将所施加的驱动电压降低到保持电压的电平(或通过适当的偏移修改的保持电压)来对所施加的驱动电压进行脉冲控制，并监测电流响应以确定电流响应的方向。在此实例中，当电流响应达到所限定的阈值时，装置控制系统确定现在是时间从驱动电压转变到保持电压。
图6a是描绘光学转变的曲线图，其中所施加电压从vdrive下降到vhold导致净电流流动，表明光学转变已经进行得足够远以允许所施加的电压在结束光学状态的持续时间内保持在vhold。这通过vapp从vdrive到vhold的电压降611来说明。在vapp原本可能被限制为保持在图5中所示的驱动阶段的周期期间执行电压降611。如电流段507所示，当所施加的电压最初停止增加(变为负得更多)并且在vdrive达到稳定时，在汇流条之间流动的电流开始下降(变为负得较少)。然而，当所施加的电压现在下降在611处时，电流开始更容易减小，如电流段615所示。根据一些实施例，在电压降611之后经过所限定的时间周期之后测量电流电平。如果电流低于某个阈值，则认为光学转变完成，并且所施加的电压可以保持在vhold(或者如果它处于低于vdrive的某个其它电平，则移动到vhold)。在图6a的特定实例中，如图所示超过电流阈值。因此，vapp在结束光学状态的持续时间内保持在vhold。可以为其提供的结束光学状态选择vhold。此结束光学状态可以是经历转变的光学装置的最大，最小或中间光学状态。
在测量时电流未达到阈值的情况下，使vapp返回到vdrive可能是适当的。图6b说明了这种情况。图6b是描绘光学转变的曲线图，其中所施加电压从vdrive初始下降到vhold(参见611)导致净电流流动，指示光学转变尚未进行得足够远以允许所施加的电压在结束光学状态的持续时间内保持在vhold。注意，当在619处探测时，具有由电压降611产生的轨迹的电流段615未达到阈值。因此，所施加的电压返回到vdrive持续另一时间周期-同时电流在617处恢复-然后再次下降到vhold(621)，此时所得到的电流(623)表明光学转变已经进行得足够远以允许所施加的电压在结束光学状态的持续时间内保持在vhold。如所解释，结束光学状态可以是经历转变的光学装置的最大、最小或中间光学状态。
如所解释，保持电压是将使光学装置在特定光密度或其它光学条件下维持平衡的电压。其通过产生在结束光学状态中抵消泄漏电流的电流来产生稳态结果。施加驱动电压以加速转变到施加保持电压将导致时间不变的所需光学状态的点。
本文描述的探测技术可以根据与从装置边缘处的汇流条驱动的光学转变相关联的物理机制来理解。基本上，所述技术依赖于光学可切换装置中跨越装置表面所经历的有效电压的差分值，尤其是从装置中心到装置边缘的veff的变化。透明导电层上的电位的局部变化导致装置表面上的veff值不同。在汇流条附近的光学可切换装置所经历的veff值远大于装置中心的veff值。结果，在汇流条旁边的区中的局部电荷累积明显大于在装置中心的电荷累积。
在光学转变期间的某个点处，汇流条附近的装置边缘处的veff值足以超过光学转变所需的结束光学状态，而在装置的中心，veff的值不足以达到所述结束状态。结束状态可以是与光学转变中的端点相关联的光密度值。在光学转变的此中间阶段，如果驱动电压下降到保持电压，则电致变色装置的靠近汇流条的部分将有效地尝试转变回到其开始的状态。然而，由于装置中心的装置状态尚未达到光学转变的结束状态，当施加保持电压时，装置的中心部分将继续沿光学转变所需的方向转变。
当处于转变的此中间阶段的装置经历所施加电压从驱动电压到保持电压(或某一其它适当的较低量值电压)的变化时，装置的位于汇流条附近的部分(在该处装置被有效地过驱动)产生在与驱动转变所需方向相反的方向上流动的电流。相反，处于中心的装置的尚未完全转变到最终状态的区继续促进沿驱动转变所需方向的电流流动。
在光学转变的过程中，并且当装置正在经受所施加的驱动电压时，当装置经受所施加电压的突然下降时，驱动力逐渐增加，以使电流反向流动。通过响应于远离驱动电压的扰动来监测电流的流动，可以确定从第一状态到第二状态的转变足够远使得从驱动电压到保持电压的转变为适当时所处的点。“适当””是指光学转变从装置的边缘到装置的中心足够完整。可以根据产品的规格及其应用以多种方式限定这种转变。在一个实施例中，假定从第一状态到第二状态的转变是完整的至少约80％或完整的至少约95％。完整反映从第一状态到第二状态的光密度的变化。期望的完整性水平可以对应于阈值电流电平，如图6a和6b的实例中所描绘。
存在探测协议的许多可能变化。此些变化可以包含根据从转变开始到第一脉冲的时间长度、脉冲的持续时间、脉冲的大小和脉冲的频率限定的某些脉冲协议。
在一个实施例中，在施加驱动电压或驱动斜坡电压后立即开始脉冲序列，所述驱动电压或驱动斜坡电压的所述施加起始第一光学状态和第二光学状态之间的转变。换句话说，在转变的开始和脉冲的施加之间将没有滞后时间。在一些实施方案中，探测持续时间足够短(例如，大约1秒或更短)，使得对于整个转变在vdrive和vhold之间来回探测对切换时间没有显著的不利影响。然而，在一些实施例中，不必立即开始探测。在某些情况下，在预期或标称切换周期的大约50％完成之后，或者此周期的大约75％完成之后，开始切换。通常，汇流条之间的距离是已知的，或者可以使用适当配置的控制器来读取。利用已知的距离，可以基于近似已知的切换时间来实现用于起始探测的保守下限。作为实例，控制器可以被配置为在约50-75％的预期切换持续时间完成之后起始探测。
在一些实施例中，探测在开始光学转变约30秒后开始。在接收到中断命令的情况下，相对较早的探测可能特别有用。中断命令是当装置已经处于从第一光透射状态变为第二光透射状态的过程中时指示装置切换到第三光透射状态的命令。在这种情况下，早期探测可以帮助确定转变的方向(即，中断命令是否要求窗孔变得比接收命令时更亮或更暗)。下面在关于使用电反馈控制转变以转变到经修改的结束状态的章节中进一步讨论在接收到中断命令之后使用电反馈的方法。
在一些实施例中，探测在起始光学转变后约120分钟(或约30分钟、约60分钟，或约90分钟)开始。相对较晚的探测在使用较大窗孔的情况下以及在转变从平衡状态发生的情况下可能更有用。对于建筑玻璃，探测可以在起始光学转变后约30秒至30分钟开始，在一些情况下约1-5分钟，例如约1-3分钟，或约10-30分钟，或约20-30分钟。在一些实施例中，探测在通过中断命令起始光学转变之后约1-5分钟(例如，在特定实例中，约1-3分钟、约2分钟)开始，而探测在从电致变色装置处于平衡状态时给定的初始命令起始光学转变后约10-30分钟(例如，约20-30分钟)开始。
在图6a和6b的实例中，脉冲的量值在驱动电压值和保持电压值之间。这可以为方便起见。其它脉冲量值也是可能的。例如，脉冲的量值可以在保持电压的大约+/-500mv内，或者在保持电压的大约+/-200mv内。对于上下文，窗孔(例如建筑窗孔)上的电致变色装置可具有约0v至+/-20v(例如，约+/-2v至+/-10v)的驱动电压以及约0v至+/-4v(例如，约+/-1v至+/-2v)的保持电压。在一些实施例中，保持电压在约+/-1v至+/-1.5v之间。
在各种实施例中，控制器确定在光学转变期间何时探测电流的极性与由于转变进行到显著程度而导致的偏压的极性相反。换句话说，如果光学转变仍在进行，则控制器检测/确定何时流向汇流条的电流以与预期相反的方向流动。
通过使所施加电压量值从vdrive下降到vhold来进行探测提供了一种方便且广泛适用的机制，用于监测转变以确定探测电流何时首次反转极性。通过使电压下降到vhold的量值以外的量值来进行探测可涉及窗孔性能的表征。似乎当从vdrive到vhold进行探测后电流首次使转变反向时，即使非常大的窗孔(例如，大约60”)也基本上完成它们的光学转变。
在某些情况下，通过使所施加电压量值从vdrive降至vprobe来进行探测，其中vprobe是除保持电压之外的探测电压。例如，vprobe可以是由偏移修改的vhold。尽管当从vdrive到vhold进行探测后电流首次使转变反向时，许多窗孔能够基本上完成它们的光学转变，但是某些窗孔可以受益于向稍微偏离保持电压的电压施加脉冲。通常，随着窗孔尺寸的增加，以及窗孔的温度下降，偏移变得越来越有益。在某些情况下，偏移在约0-1v之间，并且vprobe的量值比vhold的量值高约0-1v。例如，偏移可以在约0-0.4v之间。在这些或其它实施例中，偏移可以是至少约0.025v，或至少约0.05v，或至少约0.1v。偏移可能导致转变具有比原本更长的持续时间。持续时间较长有助于确保光学转变能够完全完成。下面在目标开路电压的上下文中进一步讨论用于选择相对于保持电压的适当偏移的技术。
在一些实施例中，控制器向用户或窗孔网络主控制器通知光学转变已经进展了多远(例如，百分比)。这可以指示窗孔中心当前处于什么透射水平。可以向移动装置或其它计算设备中的用户接口提供关于转变的反馈。参见例如2013年4月12日提交的第us2013/036456号pct专利申请，其全部内容以引用的方式并入本文中。
探测脉冲的频率可以在约10秒至500秒之间。如在此上下文中所使用，“频率”表示在两个或两个以上脉冲的序列中相邻脉冲的中点之间的分离时间。通常，脉冲的频率在约10秒和120秒之间。在某些实施例中，脉冲的频率在约20秒至30秒之间。在某些实施例中，探测频率受电致变色装置的尺寸或装置中的汇流条之间的间隔的影响。在某些实施例中，探测频率被选择为光学转变的预期持续时间的函数。例如，所述频率可以被设定为转变时间的预期持续时间的约1/5到约1/50(或约1/10至约1/30)。应注意，转变时间可对应于vapp＝vdrive的预期持续时间。还应注意，转变的预期持续时间可以是电致变色装置的尺寸(或汇流条的间隔)的函数。在一个实例中，14“窗孔的持续时间是～2.5分钟，而60”窗孔的持续时间是～40分钟。在一个实例中，对于14”窗孔，探测频率是每隔6.5秒，对于60”窗孔，探测频率是每隔2分钟。
在各种实施方案中，每个脉冲的持续时间在约1x10-5和20秒之间。在一些实施例中，脉冲的持续时间在约0.1和20秒之间，例如在约0.5秒和5秒之间。
如所指示，在某些实施例中，本文公开的某些探测技术的优点在于，仅需要用负责控制窗孔转变的控制器预先设定非常少的信息。通常，此信息仅包含与每个光学结束状态相关联的保持电压(和电压偏移，如果适用)。另外，控制器可以指定保持电压和驱动电压之间的电压差，或者作为替代，vdrive本身的值。因此，对于任何所选择的结束光学状态，控制器将知道vhold、voffset和vdrive的量值。可以使用这里描述的探测算法确定驱动电压的持续时间。换句话说，控制器确定如何作为实时主动地探测转变程度的结果而适当地施加驱动电压。
图7a呈现了根据某些所公开的实施例的用于监测和控制光学转变的过程的流程图701。如图所示，所述过程以由附图标记703表示的操作开始，其中控制器或其它控制逻辑接收指导光学转变的指令。如所解释，光学转变可以是电致变色装置的着色状态和较透明状态之间的光学转变。可以基于预编程的时间表、对外部条件作出反应的算法、来自用户的手动输入等将用于指导光学转变的指令提供给控制器。无论指令如何发起，控制器通过将驱动电压施加到光学可切换装置的汇流条来对它们起作用。参见由附图标记705表示的操作。
如上所述，在传统的实施例中，驱动电压被施加到汇流条持续所限定的时间周期，之后假定光学转变足够完全，使得所施加的电压可以下降到保持电压。在此类实施例中，接着维持保持电压持续未决光学状态的持续时间。相反，根据本文公开的实施例，通过在转变期间探测光学可切换装置的条件一次或多次来控制从起始光学状态到结束光学状态的转变。此过程在图7a的操作707等中反映。
在操作707中，在允许光学转变进行增量时间周期之后，所施加电压的量值下降。此增量转变的持续时间显著小于完全完成光学转变所需的总持续时间。在降低所施加电压的量值后，控制器测量流到汇流条的电流的响应。参见操作709。然后，相关控制器逻辑可以确定电流响应是否指示光学转变接近完成。参见决策711。如上所述，可以以各种方式实现光学转变是否接近完成的确定。例如，其可以通过电流达到特定阈值来确定。假设电流响应不指示光学转变接近完成，则过程控制指向由附图标记713表示的操作。在此操作中，所施加的电压返回到驱动电压的量值。然后，过程控制循环回到操作707，其中允许光学转变进行另一增量，然后再次降低到汇流条的所施加电压的量值。
在过程701中的某一点，决策操作711确定电流响应指示光学转变实际上接近完成。此时，过程控制进行到由附图标记715指示的操作，其中所施加的电压在结束光学状态的持续时间内转变成或保持在保持电压。此时，过程完成。
图7b呈现了根据某些所公开的实施例的用于监测和控制光学转变的过程的流程图701。在这种情况下，探测的过程条件是开路电压，如前一段所述。流程图741中的前两个所描绘的操作对应于流程图701和721中的前两个操作。换句话说，流程图741的操作743和745对应于流程图701的操作703和705。简而言之，在操作743中，控制器或其它适当的逻辑接收进行光学转变的指令。然后，在操作745处，控制器将驱动电压施加到汇流条。在允许光学转变递增地进行之后，控制器在操作747将开路条件施加到电致变色装置。接下来，控制器在操作749测量开路电压响应。
与上述情况一样，控制器可以在施加开路条件后经过所限定的周期后测量电子响应(在这种情况下，开路电压)。在施加开路条件后，电压通常经历与连接到电致变色装置的外部组件中的欧姆损耗有关的初始下降。此类外部组件可以是例如导体和到装置的连接。在此初始下降之后，电压经历第一次松弛并稳定在第一平台电压(plateauvoltage)。第一次松弛涉及内部欧姆损耗，例如在电致变色装置内的电极/电解质界面上。第一平台处的电压对应于电池的电压，具有平衡电压和每个电极的过电压两者。在第一电压平台之后，电压经历第二次松弛到平衡电压。第二次松弛要慢得多，例如大约几小时。在某些情况下，希望在第一平台期间当电压在短时间周期内相对恒定时测量开路电压。此技术可有益于提供特别可靠的开路电压读数。在其它情况下，在第二次松弛期间的某个点测量开路电压。此技术可有利于在使用较便宜且快速操作的电力/控制设备的同时提供足够可靠的开路读数。
在一些实施例中，在施加开路条件之后的设定时间周期之后测量开路电压。用于测量开路电压的最佳时间周期取决于汇流条之间的距离。设定的时间周期可以涉及典型或特定装置的电压在上述第一平台区内的时间。在此类实施例中，设定的时间周期可以是毫秒级(例如，在一些实例中为几毫秒)。在其它情况下，设定的时间周期可以涉及典型或特定装置的电压经历上述第二次松弛的时间。这里，在某些情况下，设定的时间周期可以是约1秒至几秒的量级。根据可用的电源和控制器，也可以使用更短的时间。如上所述，较长的时间(例如，其中在第二次松弛期间测量开路电压)可能是有益的，因为它们仍然提供有用的开路电压信息，而不需要能够在非常短的时间帧内精确操作的高端设备。
在某些实施方案中，在取决于开路电压的行为的时间帧之后测量/记录开路电压。换句话说，可以在施加开路条件之后随时间测量开路电压，并且可以基于电压与时间行为来选择用于分析的电压。如上所述，在施加开路条件之后，电压经历初始下降，然后是第一次松弛、第一次平稳和第二次松弛。可以基于曲线的斜率在电压对时间曲线图上识别这些周期中的每一个。例如，第一平台区将涉及曲线图的其中dvoc/dt的量值相对低的部分。这可以对应于离子电流已经停止(或几乎停止)衰减的条件。这样，在某些实施例中，反馈/分析中使用的开路电压是在dvoc/dt的量值下降到某个阈值以下时测得的电压。
返回到图7b，在测量开路电压响应之后，可以在操作751将其与目标开路电压进行比较。目标开路电压可以对应于保持电压。在下面进一步讨论的某些情况下，目标开路电压对应于由偏移修改的保持电压。下面进一步讨论用于选择相对于保持电压的适当偏移的技术。在开路电压响应指示光学转变尚未完全(即，开路电压尚未达到目标开路电压的情况)的情况下，所述方法在操作753继续，其中所施加的电压增加到驱动电压持续额外时间周期。在经过所述额外时间周期之后，方法可以从操作747重复，其中开路条件再次施加到装置。在方法741中的某一点，将在操作751中确定开路电压响应指示光学转变接近完成(即，开路电压响应已达到目标开路电压的情况)。在这种情况下，方法在操作755继续，其中所施加的电压在结束光学状态的持续时间内维持在保持电压。
图7b的方法741非常类似于图7a的方法701。主要区别在于，在图7b中，测得的相关变量是开路电压，而在图7a中，测得的相关变量是当施加降低的电压时的电流响应。在下文中在关于使用电反馈在期望的时间帧内转变来控制光学转变的章节中进一步讨论的另一实施例中，以相同方式修改图9a的方法921。换句话说，可以改变方法921，使得通过将装置置于开路状态并测量开路电压而不是电流响应来进行探测。
在另一个实施例中，用于监测和控制光学转变的过程考虑了在转变期间每单位面积装置递送至电致变色装置的总电荷量。该量可以称为递送的电荷密度或总递送电荷密度。因此，例如所递送的总电荷密度等额外标准可用于确保装置在所有条件下完全转变。
可以将总递送电荷密度与阈值电荷密度(也称为目标电荷密度)进行比较，以确定光学转变是否接近完成。可以基于在可能的操作条件下完全完成或几乎完成光学转变所需的最小电荷密度来选择阈值电荷密度。在各种情况下，可以基于在所限定温度下(例如，在约-40℃、约-30℃、约-20℃、约-10℃、约0℃、约10℃、约20℃、约25℃、约30℃、约40℃、约60℃等)完全完成或几乎完成光学转变所需的电荷密度来选择/估计阈值电荷密度。
最佳阈值电荷密度也可能受到电致变色装置的泄漏电流的影响。具有较高泄漏电流的装置应具有较高的阈值电荷密度。在一些实施例中，可以针对个别窗孔或窗孔设计凭经验确定适当的阈值电荷密度。在其它情况下，可以基于例如尺寸、汇流条间隔距离、泄漏电流、开始和结束光学状态等窗孔的特性来计算/选择适当的阈值。示例阈值电荷密度范围在约1x10-5c/cm2和约5c/cm2之间，例如约1x10-4和约0.5c/cm2之间，或约0.005-0.05c/cm2之间，或约0.01-0.04c/cm2之间，或在许多情况下约0.01-0.02之间。较小的阈值电荷密度可以用于部分转变(例如，完全透明至25％着色)，并且较大的阈值电荷密度可以用于完全转变。第一阈值电荷密度可用于漂白/透明转变，且第二阈值电荷密度可用于染色/着色转变。在某些实施例中，阈值电荷密度对于着色转变比对于透明转变更高。在特定实例中，着色的阈值电荷密度在约0.013-0.017c/cm2之间，并且透明的阈值电荷密度在约0.016-0.020c/cm2之间。在窗孔能够在两个以上状态之间转变的情况下，额外的阈值电荷密度可能是合适的。例如，如果装置在四种不同的光学状态：a、b、c和d之间切换，则可以对每次转变使用不同的阈值电荷密度(例如，a到b、a到c、a到d、b到a等)。
在一些实施例中，阈值电荷密度根据经验确定。例如，可以针对不同尺寸的装置来表征在期望的结束状态之间实现特定转变所需的电荷量。可以针对每个转变拟合曲线以将汇流条分离距离与所需的电荷密度相关。此信息可用于确定给定窗孔上特定转变所需的最小阈值电荷密度。在一些情况下，在这种经验确定中搜集的信息用于计算对应于光密度的特定变化水平(增加或减少)的电荷密度的量。
图7c呈现了用于监测和控制电致变色装置中的光学转变的方法761的流程图。所述方法开始于操作763和765，其对应于图7a的操作703和705。在763处，控制器或其它适当的逻辑接收进行光学转变的指令。然后，在操作765，控制器将驱动电压施加到汇流条。在允许光学转变以递增方式进行之后，在操作767，施加到汇流条的电压的量值降低到探测电压(在某些情况下是保持电压，在其它情况下是由偏移修改的保持电压)。接下来，在操作769，测量对降低的所施加电压的电流响应。
到目前为止，图7c的方法761与图7a的方法701相同。然而，这两种方法在过程中的这一点上不同，方法761在操作770处继续，在操作770中确定总递送电荷密度。可以基于在光学转变期间递送到装置的随时间积分的电流来计算总递送电荷密度。在操作771，相关控制器逻辑可以确定电流响应和总递送电荷密度是否各自指示光学转变接近完成。如上所述，可以以各种方式实现光学转变是否接近完成的确定。例如，可以通过电流达到特定阈值并且通过递送的电荷密度达到特定阈值来确定。电流响应和总递送电荷密度都必须指示在方法可以在操作775继续之前转变接近完成，在操作775中所施加的电压在结束光学状态的持续时间内转变或维持在保持电压。假设电流响应和总递送电荷密度中的至少一个指示在操作771处光学转变尚未接近完成，则过程控制指向由附图标记773表示的操作。在此操作中，所施加的电压返回到驱动电压的量值。然后，过程控制循环回到操作767，其中允许光学转变进行另一增量，然后再次降低到汇流条的所施加电压的量值。
图7d呈现了用于监测和控制电致变色装置中的光学转变的替代方法。方法开始于操作783和785，其对应于图7a的操作703和705。在783处，控制器或其它适当的逻辑接收进行光学转变的指令。然后，在操作785，控制器将驱动电压施加到汇流条。在允许光学转变递增地进行之后，在操作787将开路条件施加于装置。接下来，在操作789，测量装置的开路电压。
到目前为止，图7d的方法781与图7b的方法741相同。然而，这两种方法在过程中的这一点上不同，方法781在操作790继续，在操作790中确定总递送电荷密度。可以基于在光学转变期间递送到装置的随时间积分的电流来计算总递送电荷密度。在操作791，相关控制器逻辑可以确定开路电压和总递送电荷密度是否都指示光学转变接近完成。开路电压响应和总递送电荷密度都必须指示在方法可以在操作795继续之前转变接近完成，在操作795中所施加的电压在结束光学状态的持续时间内转变为或维持在保持电压。假设开路电压响应和总递送电荷密度中的至少一个指示在操作791处光学转变尚未接近完成，则过程控制指向由附图标记793表示的操作。在此操作中，所施加的电压返回到驱动电压的量值。然后，过程控制循环回到操作787，其中允许光学转变在再次向装置施加开路条件之前进行另一增量。图7d的方法781非常类似于图7c的方法761。两个实施例之间的主要区别在于，在图7c中，所施加的电压下降并且测量电流响应，而在图7d中，施加开路条件并测量开路电压。
在某些实施例中，方法涉及对保持电压使用静态偏移。此偏移保持电压可用于探测装置并引出电流响应，例如，如关于图7a和7c所描述。偏移保持电压也可以用作目标开路电压，如关于图7b和7d所描述。在某些情况下，特别是对于在汇流条之间具有大的间隔(例如，至少约25“)的窗孔，偏移可以有益于确保光学转变在整个窗孔上进行到完成。
在许多情况下，适当的偏移在约0-0.5v(例如，约0.1-0.4v，或约0.1-0.2v)之间。通常，适当偏移的量值随窗孔的尺寸而增加。对于约14英寸的窗孔，约0.2v的偏移可能是合适的，对于约60英寸的窗孔，约0.4v的偏移可能是合适的。这些值仅仅是实例，并不希望具有限制性。在一些实施例中，窗孔控制器被编程为使用到vhold的静态偏移。静态偏移的量值和在某些情况下的方向可以基于装置特性，例如装置的尺寸和汇流条之间的距离、用于特定转变的驱动电压、装置的泄漏电流、峰值电流密度、装置的电容等。在各种实施例中，静态偏移根据经验确定。在一些设计中，它是在安装装置时或在安装和操作装置时依据监测的电气和/或光学参数或其它反馈而动态计算的。
在其它实施例中，窗孔控制器可以被编程为动态地计算到vhold的偏移。在一个实施方案中，窗孔控制器基于装置的当前光学状态(od)、递送到装置的电流(i)、递送到装置的电流的变化率(di/dt)、装置的开路电压(voc)以及装置的开路电压的变化率(dvoc/dt)中的一个或多个来动态地计算到vhold的偏移。此实施例特别有用，因为它不需要任何额外的传感器来控制转变。相反，所有反馈都是通过对电子条件进行脉冲控制和测量装置的电子响应产生的。反馈连同上述装置特性一起可用于计算在那时发生的特定转变的最佳偏移。在其它实施例中，窗孔控制器可以基于某些额外参数动态地计算到vhold的偏移。这些额外参数可以包含装置的温度、环境温度以及由光学传感器在窗孔上搜集的信号。这些额外参数可有助于在不同条件下实现均匀的光学转变。然而，由于需要额外的传感器，使用这些额外参数也增加了制造成本。
由于在装置上施加的有效电压veff的不均匀质量，偏移在各种情况下可能是有益的。例如，如上所述，图4c中示出了不均匀的veff。由于这种不均匀性，光学转变不会以均匀的方式发生。特别地，汇流条附近的区域经历最大的veff并且快速转变，而从汇流条移除的区域(例如，窗孔的中心)经历最低的veff并且较慢地转变。偏移可以帮助确保光学转变在变化最慢的装置的中心处完成。
图8a和8b示出了描绘在两个不同的电致变色着色转变期间随时间递送的总电荷和随时间所施加的电压的曲线图。每种情况下的窗孔大约为24x24英寸。递送的总电荷称为色调电荷计数，并以库仑(c)测量。递送的总电荷呈现在每个曲线图的左手y轴上，并且所施加的电压呈现在每个曲线图的右手y轴上。在每个图中，线802对应于递送的总电荷，线804对应于所施加的电压。此外，每个曲线图中的线806对应于阈值电荷(阈值电荷密度乘以窗孔的面积)，并且线808对应于目标开路电压。阈值电荷和目标开路电压用于图7d所示的方法中以监测/控制光学转变。
图8a和8b中的电压曲线804各自以驱动斜坡分量开始，其中电压的量值斜升到约-2.5v的驱动电压。在施加驱动电压的初始周期之后，电压开始以规则的间隔向上形成尖峰。当探测电致变色装置时发生这些电压尖峰。如图7d所示，通过向装置施加开路条件来进行探测。开路条件导致开路电压，其对应于曲线图中所见的电压尖峰。在每个探测/开路电压之间，存在所施加的电压是驱动电压的额外周期。换句话说，电致变色装置正在驱动转变并周期性地探测装置以测试开路电压，从而监测转变。由线808表示的目标开路电压对于每种情况选择为约-1.4v。每种情况下的保持电压约为-1.2v。因此，目标开路电压从保持电压偏移约0.2v。
在图8a的转变中，开路电压的量值在大约1500秒处超过目标开路电压的量值。因为此实例中的相关电压是负的，所以在曲线图中将其示为开路电压尖峰首先下降到目标开路电压以下的点。在图8b的转变中，开路电压的量值比图8a中更早超过目标开路电压的量值，在大约1250秒处。
图8a和8b中的总递送电荷计数曲线802各自从0开始并且单调上升。在图8a的转变中，递送的电荷在大约1500秒处达到阈值电荷，这非常接近于满足目标开路电压的时间。一旦满足两个条件，电压就从驱动电压切换到保持电压，大约1500秒。在图8b的转变中，总递送电荷花费大约2100秒来达到电荷阈值，这比电压达到此转变的目标电压所花费的时间长约14分钟。在满足目标电压和阈值电荷两者之后，电压切换到保持电压。图8b情况中显示了所递送的总电荷的额外要求，在驱动电压下驱动转变的时间比原本可能使用的时间长。这有助于确保在各种环境条件下跨越许多窗孔设计的完全和均匀转变。
在另一实施例中，通过直接定位在透明导电层(tcl)上的电压感测垫来监测光学转变。这允许直接测量汇流条之间的装置中心处的veff，其中veff处于最小值。在这种情况下，当装置中心处测得的veff达到例如保持电压等目标电压时，控制器指示光学转变完成。在各种实施例中，传感器的使用可以减少或消除使用从保持电压偏移的目标电压的益处。换句话说，可能不需要偏移，并且当存在传感器时，目标电压可以等于保持电压。在使用电压传感器的情况下，每个tcl上应至少有一个传感器。电压传感器可以放置在汇流条之间的中间的距离处，通常偏离装置的一侧(靠近边缘)，使得它们不影响(或最小程度上影响)检视区域。在某些情况下，可以通过将电压传感器放置在遮挡传感器的视野的隔离器/分隔器和/或框架附近而使电压传感器被隐藏不见。
图8c示出了ec窗孔890的实施例，其利用传感器直接测量装置中心处的有效电压。ec窗孔890包含顶部汇流条891和底部汇流条892，它们通过导线893连接到控制器(未示出)。电压传感器896放置在顶部tcl上，电压传感器897放置在底部tcl上。传感器896和897放置在汇流条891和892之间的中间的距离处，但它们偏离装置的侧部。在一些情况下，电压传感器可以定位成使得它们位于窗孔的框架内。此放置有助于隐藏传感器并促进最佳检视条件。电压传感器896和897通过导线898连接到控制器。导线893和898可以在放置并密封在窗孔的窗格(也称为采光区)之间的隔离器/分隔器下方通过或从中穿过。图8c中所示的窗孔890可以利用本文描述的任何方法来控制光学转变。
在一些实施方案中，电压感测垫可为导电胶带垫。在一些实施例中，垫可以小至约1mm2。在这些或其它情况下，垫可以是约10mm2或更小。在利用此类电压感测垫的实施例中可以使用四线系统。
使用电反馈控制转变以在期望的时间帧内转变
单独地，在一些实施方案中，方法或控制器可以指定转变的总持续时间。在此类实施方案中，控制器可以被编程为使用经修改的探测算法来监测从开始状态到结束状态的转变的进度。可以例如利用上述探测技术通过响应于所施加的电压量值的下降周期性地读取电流值来监测进展。探测技术也可以使用所施加电流的下降(例如，测量开路电压)来实现。电流或电压响应指示光学转变已接近完成的程度。在一些情况下，将响应与特定时间(例如，自光学转变开始以来已经过的时间)的阈值电流或电压进行比较。在一些实施例中，使用顺序脉冲或检查对电流或电压响应的进展进行比较。进展的陡峭度可以指示何时可能达到结束状态。此阈值电流的线性延伸可以用于预测转变何时完成，或者更准确地说，当它充分完成时，将驱动电压降低到保持电压是合适的。
关于用于确保从第一状态到第二状态的光学转变在所限定的时间帧内发生的算法，控制器可以被配置或设计成适当地增加驱动电压，以在脉冲响应的解释表明转变进展不够快以至于无法满足理想的转变速度时加速转变。在某些实施例中，当确定转变没有足够快地进行时，转变切换到其由所施加的电流驱动的模式。电流足够大以提高转变速度，但不会太大以至于它会使电致变色装置降级或损坏。在一些实施方案中，最大适当安全电流可称为isafe。isafe的实例可以在约5和250μa/cm2之间。在电流控制的驱动模式中，允许所施加的电压在光学转变期间浮动。然后，在此电流控制的驱动步骤期间，控制器可以通过例如下降到保持电压来周期性地探测，并且以与使用恒定驱动电压时相同的方式检查转变的完整性。
通常，探测技术可以确定光学转变是否正如预期的那样进行。如果所述技术确定光学转变进行得太慢，则可以采取步骤来加速转变。例如，其可以增加驱动电压。类似地，所述技术可以确定光学转变进行得太快并且有损坏装置的风险。当做出这样的确定时，探测技术可以采取步骤来减慢转变。作为实例，控制器可以降低驱动电压。
在一些应用中，通过基于在探测期间获得的反馈(通过脉冲或开路测量)调整电压和/或驱动电流，将窗孔群组设定为与转变速率匹配。在通过监测电流响应来控制转变的实施例中，可以从控制器到控制器(对于每组窗孔)比较电流响应的量值，以确定如何缩放群组中的每个窗孔的驱动电位或驱动电流。可以以相同的方式使用开路电压的变化率。
图9a呈现了流程图921，其描绘用于确保光学转变例如在所限定的时间周期内足够快地发生的实例过程。流程图921中的前四个所描绘的操作对应于流程图701中的前四个操作。换句话说，流程图921的操作923、925、927和929对应于来自图7a的流程图701的操作703、705、707和709。简而言之，在操作923中，控制器或其它适当的逻辑接收进行光学转变的指令。然后，在操作925，控制器将驱动电压施加到汇流条。在允许光学转变以递增方式进行之后，控制器降低到汇流条的所施加电压的量值。见操作927。较低电压的量值通常(尽管不是必须的)为保持电压。如上所述，较低的电压也可以是由偏移修改的保持电压(所述偏移通常落在约0-1v之间，例如在许多情况下约0-0.4v之间)。接下来，控制器测量对所施加的电压降的电流响应。见操作929。
控制器接下来确定电流响应是否指示光学转变进行得太慢。见决策931。如所解释，可以以各种方式分析电流响应，以确定转变是否以足够的速度进行。例如，可以考虑电流响应的量值，或者可以分析对多个电压脉冲的多个电流响应的进展以进行此确定。
假设操作931确定光学转变正在足够快地进行，则控制器然后将所施加的电压增加回到驱动电压。见操作933。此后，控制器然后确定光学转变是否足够完全以至于不需要进一步的进展检查。见操作935。在某些实施例中，操作935中的确定是通过考虑如图7a的上下文中讨论的电流响应的量值来进行的。假设光学转变尚未完全完成，过程控制返回到操作927，在操作927中控制器允许光学转变在再次降低所施加电压的量值之前进一步递增。
假设操作931的执行指示光学转变进行得太慢，则过程控制指向操作937，在操作937中控制器将所施加电压的量值增加到大于驱动电压的电平。这推动了转变，并希望将其加速到符合规格的水平。在将所施加的电压增加到此电平之后，过程控制指向操作927，在操作927中在所施加的电压的量值下降之前光学转变继续另一增量。然后整个过程继续通过如上所述的操作929、931等。在某一点处，决策935的回答是肯定的，并且过程完成。换句话说，不需要进一步的进度检查。然后光学转变完成，例如，如图7a的流程图701所示。
在某些实施例中，可以改变方法921，使得通过将装置置于开路条件下并测量开路电压而不是测量电流响应来进行探测。在一些实施例中，可以通过包含额外电荷计数和比较步骤来修改方法921，如图7c的操作770/771和图7d的操作790/791中所示。
使用电反馈控制转变以转变到经修改的结束状态
本文公开的探测技术的另一个应用涉及对不同结束状态的光学转变的即时修改。在某些情况下，有必要在转变开始后更改结束状态。这种修改的原因的实例包含用户手动覆盖先前指定的结束色调状态和广泛的电力短缺或中断。在这种情况下，初始设定的结束状态可能是透射率＝40％，且经修改的结束状态可能是透射率＝5％。
在光学转变期间发生结束状态修改的情况下，本文公开的探测技术可以适应并直接移动到新的结束状态，而不是首先完成到初始结束状态的转变。
在一些实施方案中，转变控制器/方法使用如本文所公开的电压/电流感测来检测窗孔的电流状态，且接着立即移动到新的驱动电压。可以基于新的结束状态以及可选地分配用于完成转变的时间来确定新的驱动电压。如果需要，驱动电压显著增加以加速转变或驱动光学状态的更大转变。在不等待最初限定的转变完成的情况下完成适当的修改。本文公开的探测技术提供了一种检测装置在转变中的位置并从那里进行调整的方法。
图9b示出了用于控制电致变色装置中的光学转变的方法908的流程图。图9b的方法908类似于图7d的方法781，因为两种方法都涉及测量开路电压和电荷计数，其用作反馈以控制转变。方法908开始于操作910，在操作910中控制器接通。接下来，在操作912，读取开路电压(voc)并且装置等待初始命令。在操作914接收初始命令，所述命令指示窗孔应切换到不同的光学状态。在接收到命令之后，施加开路条件并且在操作916测量开路电压。在框916处还可以读取递送的电荷量(q)。这些参数确定转变的方向(窗孔是否应该更多地着色或更透明)，并影响最佳驱动参数。在操作916选择适当的驱动参数(例如，驱动电压)。此操作还可以涉及修改目标电荷计数和目标开路电压，特别是在接收到中断命令的情况下，如下面进一步讨论。
在操作916读取开路电压之后，电致变色装置被驱动持续一时间周期。在某些情况下，驱动持续时间可以基于汇流条间隔距离。在其它情况下，可以使用固定的驱动持续时间，例如大约30秒。此驱动操作可以涉及向装置施加驱动电压或电流。操作918还可以涉及基于感测到的开路电压和/或电荷计数来修改驱动参数。接下来，在操作920，确定转变的总时间(到目前为止)是否小于阈值时间。图9b中指示的阈值时间是2小时，但是可以适当地使用其它时间周期。如果确定转变的总时间不小于阈值时间(例如，转变已经花费至少2小时并且尚未完成)，则控制器可以在操作930指示其处于故障状态。这可指示某些事情在转变过程中导致了错误。否则，在确定转变的总时间小于阈值时间的情况下，方法在操作922继续。这里，再次施加开路条件，并测量开路电压。在操作924，确定测得的开路电压是否大于或等于目标电压(就量值而言)。如果是，则方法在操作926继续，在操作926中确定电荷计数(q)是否大于或等于目标电荷计数。如果操作924或926中的任一个中的答案为否，则方法返回到框918，在框918中电致变色装置转变被驱动持续另外的驱动持续时间。在操作924和926两者中的答案为是的情况下，方法在操作928处继续，在操作928中施加保持电压以将电致变色装置维持在期望的色调状态。通常，保持电压继续施加，直到接收到新命令，或直到经历超时。
当在转变完成之后接收到新命令时，方法可以返回到操作916。可以使方法返回操作916的另一事件是接收中断命令，如操作932所示。在操作914接收到初始命令之后并且在操作928基本上完成转变之前，可以在方法中的任何点接收中断命令。控制器应该能够在转变过程中接收多个中断命令。一个实例中断命令涉及用户指示窗孔从第一色调状态(例如，完全透明)改变到第二色调状态(例如，完全着色)，然后在达到第二色调状态之前中断转变以指示窗孔改变到第三色调状态(例如，半着色)而不是第二色调状态。在接收到新命令或中断命令之后，方法返回到框916，如上所述。这里，施加开路条件并读取开路电压和电荷计数。基于开路电压和电荷计数读数以及期望的第三/最终色调状态，控制器能够确定适当的驱动条件(例如，驱动电压、目标电压、目标电荷计数等)以达到第三色调状态。例如，开路电压/电荷计数可用于指示应该在哪个方向上发生转变。在接收到新命令或中断命令之后，也可以重置电荷计数和电荷目标。更新的电荷计数可以涉及当接收到至期望的第三色调状态的新/中断命令时经递送以从色调状态移动的电荷。由于新的命令/中断命令将改变转变的起点和终点，因此可能需要修改目标开路电压和目标电荷计数。这被指示为操作916的可选部分，且在接收到新的或中断命令时特别有价值。
在相关实施例中，可以改变方法908，使得通过降低所施加电压的量值并测量电流响应而不是在操作922和924中施加开路条件和测量开路电压来进行探测。在另一相关实施例中，可以改变方法908，使得探测不涉及读取电荷计数(例如，省略操作926)或使用此电荷计数作为反馈。在这些实施例中，探测可以涉及在所施加的电压降低之后测量电流响应，或者在施加开路条件之后测量开路电压。
应当理解，本文的各个部分中的任何部分中呈现的探测技术不必限于响应于电压降(脉冲)来测量装置的电流的量值。存在各种替代方案来测量对电压脉冲的电流响应的量值，作为光学转变已经进展多远的指示。在一个实例中，电流瞬变的分布提供有用的信息。在另一实例中，测量装置的开路电压可以提供必要的信息。在此类实施例中，脉冲涉及简单地不向装置施加电压，然后测量开路装置施加的电压。此外，应该理解，基于电流和电压的算法是等效的。在基于电流的算法中，通过丢弃所施加的电流并监测装置响应来实现探测。响应可以是测得的电压变化。例如，可以将装置保持在开路条件以测量汇流条之间的电压。
使用电子反馈控制转变以将多个窗孔转变为匹配的色调水平/比率
在一些应用中，通过基于在探测期间获得的反馈调整电压和/或驱动电流来将窗孔群组设定为匹配的转变速率，此些探测技术如上所述(例如，探测可以涉及在施加开路条件之后测量开路电压，或者其可涉及在施加电压脉冲之后测量电流响应，并且在一些情况下，除了测量电压或电流响应之外，其还可涉及测量递送的电荷)。图9c呈现了一个此实施例的流程图。方法950开始于操作951，在操作951中一个或多个控制器接收同时在多个窗孔上进行光学转变的指令。在操作953，将驱动条件(例如，驱动电流和/或驱动电压)施加到每个窗孔上的汇流条。在不同窗孔之间，驱动条件最初可以相等或不相等。在已知窗孔具有不同的切换特性的情况下，例如窗孔具有不同尺寸的情况下，不相等的驱动条件可能特别有用。接下来，在操作955，在允许每个窗孔上的光学转变递增地进行之后，电子探测每个窗孔。探测可以通过本文描述的任何方法发生(例如，脉冲电流，脉冲电压，计数电荷及其组合)。在探测之后，在操作957测量并比较来自每个窗孔的电子响应。可以简单地将电子响应相互比较。替代地或另外地，可以评估电子响应以确定响应是否指示每个转变将在目标时间帧内发生。
在通过监测电流响应来控制转变的实施例中，可以从控制器到控制器(对于窗孔群组中的每个窗孔)比较电流响应的量值，以确定如何缩放群组中的每个窗孔的驱动电位或驱动电流。可以以相同的方式使用开路电压的变化率。通过基于反馈响应缩放每个窗孔的驱动电位或驱动电流，可以控制着色的量和/或速率使其在所有窗孔之间是均匀的。在框959、961、962和963中描述了驱动条件的此缩放。可以基于每个窗孔的反馈响应连续且个别地监测和更新每个窗孔的驱动条件，如图9c中的各种循环所示。一旦光学转变完成(在操作965处评估)，窗孔全部转变到它们的最终结束状态并且方法完成。
可以以这种方式一起控制任何一组窗孔。例如，可以一起控制两个或两个以上相邻窗孔。在另一实例中，单个房间中的两个或两个以上窗孔(例如，所有窗孔)被一起控制。在另一实例中，建筑物的地板上的两个或两个以上窗孔(例如，所有窗孔)被一起控制。在又一实例中，建筑物的两个或两个以上窗孔(例如，所有窗孔)被一起控制。在另一实例中，多个窗孔一起设置在幕墙中，并且幕墙中的每个窗孔可以一起控制。折叠幕墙的一实例在下文描述的。图10中示出。
图10呈现折叠幕墙1003的实例。折叠幕墙1003包含四个电致变色窗孔1000a-d，其通过一系列带状连接器1005连接。另一个带状连接器1005(或其它连接器)将幕墙1003连接到主控制器1010。带状连接器特别适用于折叠幕墙，因为它们可以适应不同面板的移动。在类似的实施例中，使用固定幕墙。在这种情况下，可以使用任何适当的电连接来连接各种窗孔，由于窗孔是静止的，因此不太担心电线被夹住。某些实施例涉及例如基于非光学反馈控制确保相邻ec窗孔的色调水平基本上匹配。返回到图10的实施例，主控制器1010可以个别地或作为一群组控制每个窗孔1000a-d。在某些实施例中，可以如所描述的那样控制折叠幕墙1003中的窗孔，以在每个窗孔1000a-d中实现基本相似的色调水平。例如，用户可以发送命令以使所有窗孔以相同水平着色。作为响应，控制器1010(或多个控制器，每个窗孔一个(未示出))可以探测窗孔以确定它们的相对或绝对色调值。可以比较来自每个窗孔的响应，然后可以基于来自探测的反馈响应个别地驱动每个窗孔以匹配每个窗孔1000a-d上的色调水平。类似地，可以在转变期间进行探测，以确保每个窗孔1000a-d以基本相同的速率着色。
与涉及多个窗孔的转变相关的问题在某些情况下尤其成问题，例如，由于窗孔尺寸和/或其它窗孔特性(例如，锂离子迁移率、tco电阻率差异、具有与原始设定中的窗孔不同的特性的替换窗孔)，窗孔表现出不同的切换速度。如果较大的窗孔位于较小的窗孔旁边并且使用相同的驱动条件来转变两个窗孔，则较小的窗孔通常将比相邻的较大窗孔转变得更快。这对于居住者来说在美学上可能是不合需要的。这样，可以使用电反馈来确保各种窗孔以相同的速率或者以掩盖或以其它方式最小化可辨别的光学差异的速率着色。
在一些实施例中，通过指定适用于多个窗孔的期望的转变时间，在多个窗孔上实现均匀着色速率。然后可以控制各个窗孔(例如，通过本地窗孔控制器和/或网络控制器)，使得它们各自以在期望的转变时间期间将实现转变的速率着色。在图9c的上下文中，例如，可以通过分析来自每个窗孔的电响应来评估框959和962，以确定每个窗孔是否将在期望的转变时间内转变。在一些实施例中，期望的转变时间是(a)被编程到或(b)由一个或多个窗孔或网络控制器动态计算。用于实现这种控制的方法在上面进一步描述，特别是在与使用电反馈在期望的时间帧内转变来控制转变相关的章节中。简而言之，如果反馈响应指示特定窗孔的转变发生得太慢(使得窗孔不会在期望的时间帧内转变)，则可以改变驱动条件以增加转变速率(例如，可增加施加于过慢的窗孔的驱动电压)。类似地，在各种实施例中，如果反馈响应指示转变发生得太快(使得窗孔将转变得比期望的转变时间更快)，则可以改变驱动条件以降低所述窗孔的转变速率(例如，可以减小施加到过快切换窗孔的驱动电压)。最终结果是，例如，即使对于立面中的多个窗孔，立面作为整体从最终用户的角度均匀地转变，并且一旦处于期望的色调状态，相邻窗孔的群组便看起来均匀着色。
在以这种方式控制多个窗孔的情况下，可能希望一个或多个控制器(例如，窗孔控制器和/或网络控制器)验证转变中涉及的窗孔能够在期望的转变时间内转变。例如，如果较小的窗孔可以在5分钟内转变，但较大的相邻窗孔需要15分钟转变，则两个窗孔的所需转变时间应为约15分钟或更长。
在一个实例中，期望的转变时间被编程到各个窗孔中(例如，进入尾纤、窗孔控制器或具有局部存储器的其它组件)。每个窗孔可以具有编程的相同转变时间，使得它们以相同的速率转变。然后，窗孔和/或网络控制器可以读取所需的转变时间信息，并验证窗孔是否可以在期望的转变时间内切换。这种验证可在转变开始之前发生。在其它情况下，验证发生在转变期间。如果群组中的任何窗孔不能在期望的转变时间内转变，则可以基于最慢切换窗孔(即，限制窗孔)指定新的目标转变时间。在某些实施例中，新目标转变可以施加于一起控制的所有窗孔。窗孔和/或网络控制器可以例如基于如上所述的反馈动态地调整驱动条件，以确保每个窗孔以期望的速率并且在期望的转变时间内转变。
在类似的实例中，可以将一组窗孔划分为一起，使得它们作为一群组一起转变。窗孔的分组可以是预编程的，或者可以在运行中指定(例如，在转变之前，或者甚至在转变期间)。然后，网络控制器或一组一起工作的窗孔控制器可以确定群组中的哪个(些)窗孔将是最慢转变窗孔。通常，最大的窗孔是转变最慢的窗孔。然后可以基于最慢(通常最大)窗孔来设定期望的转变时间。在此类实施例中，各个窗孔可以被编程为指定它们的尺寸(例如，在尾纤、窗孔控制器或具有存储器的其它组件中)。没有必要为每个窗孔指定特定的切换时间。例如具有微处理器单元的网络控制器可用于在窗孔被分组在一起之后为每个个别窗孔限定控制算法。网络控制器可以基于转变群组中最慢(通常最大)窗孔所花费的时间来选择期望的转变时间(对于群组中的所有窗孔)。然后可以基于如上所述的反馈单独地控制窗孔，使得它们在期望的转变时间的过程中转变。
如上所述，窗孔的分区可以在运行中指定。此特征是有益的，因为它在一起控制多个窗孔时有助于提供高度的灵活性和响应性。在图9d的方法970中所示的一个实例中，在操作971中限定并指示第一组窗孔经历光学转变。转变时间基于第一组窗孔中最慢改变窗孔。接下来，在操作973，将驱动条件施加于每个窗孔以使每个窗孔在转变时间内转变。然后，方法970可以如关于图9b的方法950所描述的那样进行。然而，在第一组窗孔的转变期间的某一点处，可以接收应该转变第二组窗孔而不是第一组窗孔的指令(例如，来自用户、控制器等)。这样，包含操作985以检查修改被切换的窗孔组的任何指令。如果没有收到这样的指令，则第一组窗孔继续正常转变。然而，如果接收到限定要转变的第二组窗孔的指令，则方法在操作986继续，在操作986中驱动条件被更新并施加于第二组中的窗孔。更新的驱动条件基于包含在第二组窗孔中的窗孔，包含基于第二组中的窗孔的更新的转变时间(有时称为第二转变时间)。第二组窗孔可以与第一组窗孔不同，但是这两组可以包含一些重叠窗孔(例如，某些窗孔可以包含在第一和第二组窗孔中)。然后，控制器可以通过遵循方法970中所示的操作以匹配的色调水平或色调率将第二组中的所有窗孔一起转变，其中驱动条件和转变时间现在基于第二组窗孔中的窗孔而不是第一组窗孔。
可能发生这种情况的一个实例是，用户最初决定转变房间中的三个电致变色窗孔中的两个，然后在转变期间决定转变房间中的所有三个电致变色窗孔。在将所有三个窗孔指定为第二组窗孔之后，控制器可以使用反馈来基于第二组窗孔中的最慢转变窗孔以匹配的色调水平和/或色调率控制所有三个窗孔。一个结果是，由于群组内的不同窗孔一起转变，位于第一和第二组窗孔两者中的窗孔可能在不同时间点经历不同的驱动条件。例如，稍后限定的窗孔群组可以包含比最初限定的窗孔群组更大/更慢转变窗孔。这样，当窗孔被分组以包含大/慢窗孔时，所有其它窗孔的转变速率可能较慢。第二组窗孔的结束光学状态可以与第一组窗孔的结束光学状态(或起始光学状态)相同或不同。
在多个窗孔同时转变的某些实施例中，可能希望实现(a)在某些条件下每个个别窗孔的尽可能快的转变，以及(b)在其它条件下跨多个窗孔的均匀转变。例如，可能希望针对一组窗孔均匀地发生定期调度的转变。在此上下文中，均匀性可能是有益的，因为均匀转变不太分散注意力，这对于可能不会引起居住者注意的调度的转变特别有利。换句话说，调度的转变更敏锐地发生是有益的。相反，可能希望对于每个个别窗孔尽可能快地发生非调度的用户起始的转变。在此上下文中，快速非均匀的转变可能是有益的，因为用户在输入命令时通常喜欢快速的响应时间。在用户输入了转变窗孔的命令的情况下，由于用户已经通过起始命令将一些注意力集中在窗孔上，因此非均匀转变的潜在分散注意力的性质不那么成问题。在类似的实施例中，希望切换一组窗孔的用户可以选择在所有窗孔上以均匀的速率这样做，或者对于每个窗孔以不同的(例如，最大)速率这样做。
如上所述，由于尺寸的差异以及其它窗孔特性，不同的窗孔可以以不同的速率转变。在某些实施例中，一个或多个控制器被配置为基于这两个概念考虑切换速度的差异。例如，一个或多个控制器可以首先指定用于基于每个窗孔的尺寸转变群组中的窗孔的初始指令集。然后，一个或多个控制器可以基于每个窗孔的各个转变特性(例如，锂离子迁移率、tco电阻率、汇流条和/或电引线上的接触电阻、窗孔温度等)来修改每个窗孔的各个指令。
减小多个窗孔的所感知着色差异
1.正文
例如当窗孔在房间或建筑物立面中彼此靠近放置时，电致变色窗的色调的轻微变化很容易被同时检视两个窗孔的人感知。作为实例，房间或大厅中的建筑物占用者可能同时看到两个或两个以上希望处于相同色调状态的窗孔，并且检测到从一个窗孔到另一个窗孔的色调的微小差异。相邻窗孔或邻近窗孔之间的色调状态之间的这种变化有时被称为“采光区间变化”或者指代“采光区间匹配”的问题。
透射率通常用于量化通过窗孔的可见辐射能量。对于窗孔，透射率是通过窗孔的辐射通量除以窗孔接收的辐射通量的比率。透射率表示为0到1之间的小数，或0％到100％之间的百分比。在利用透射率测量来量化窗孔色调时出现困难，因为在透射率和窗孔色调的感知差异之间存在非线性关系。例如，人类将感知到5-7％之间的电致变色窗孔透射率变化远大于窗孔透射率变化在90-92％之间。由于这种差异，对于电致变色装置，光密度或“od”(有时在文献中称为“吸光度”)的测量通常是优选的，因为测量与窗孔色调的感知变化具有更线性的相关性。光密度限定为透射率的常用对数的绝对值。
当并排检视两个或两个以上窗孔时，人类通常可以感知窗孔色调状态的差异，所述窗孔色调状态由小至0.2或甚至0.15的光密度值分开。参考前面的实例，5-7％透射率之间的窗孔色调变化很容易察觉，od变化为.33，而窗孔色调变化在90-92％透射率之间，od变化为0.02，不会被个人注意到。虽然两个窗孔之间的可感知差异可能仅与透射率的小百分比差异相关(例如，5-7％透射率的变化)，但是许多个体发现在相同视场中的窗孔之间的任何可察觉的差异是令人反感的。他们希望他们的窗孔应该具有相同的美学效果或“看起来”相同。
从并排比较中，个人可以检测到窗孔之间的色调状态的微小差异，但在此情境之外，个人无法检测到这种差异。窗孔色调的变化通常需要更大，以使个人注意到在不同时间检视并且不是并排的窗孔的色调的差异。例如，如果个人检视第一房间中的第一窗孔，然后检视不同房间中的第二窗孔，且窗孔的光密度变化0.4，则个人可能不会察觉窗孔色调的差异。因此，光学可切换窗孔之间的可察觉的色调差异的问题主要出现在可一起检视的窗孔的情境中，特别是并排放置的窗孔。
当两个或两个以上电致变色窗孔安装在可以在相同视场中观察它们的位置时，优选的是，在相同色调状态下的窗孔之间的色调变化足够小以使得变化不能被典型的个体检测到。理想地，制造电致变色装置的工艺应该产生在用户并排检视窗孔的可检测差异的限度内在相同的光密度下恒定地着色的装置，使得窗孔不会表现出视觉上分散注意力的色调差异。例如，应该制造所有旨在以给定光密度着色的电致变色窗孔，使得每个窗孔在与预期光密度相差至多约+/-0.07的变化范围内，或在至多约+/-0.05的变化范围内，或以至多约+/-0.03的变化着色。这种约束应该适用于至少那些将被安装在立面或个人可以同时一起观看它们的其它区中的电致变色窗孔。
遗憾的是，与电致变色装置制造工艺相关的公差通常导致窗孔在并排放置时具有可察觉的色调差异。例如，对于给定的色调状态，一个过程可能产生一组窗孔，其光密度变化为0.4。窗孔之间的着色的变化是由于制造步骤导致的每个工艺参数中的公差之和。例如，考虑使用物理气相沉积制造的电致变色窗孔，其中装置的每个新层沉积在先前形成的层上以形成用作电致变色装置的层堆叠。每个装置层的微小变化，例如它们的成分、形态、厚度和内部应力的变化都会产生层之间的泄漏电流(或泄漏电流密度)的变化，这会影响给定色调状态下窗孔的光密度。当然，总泄漏电流是窗孔尺寸的函数。这是正确的，因为窗孔边缘处的泄漏电流(有时称为边缘损耗)通常大于窗孔的内部区。由于边缘损耗的影响与窗孔周长与表面面积的比率有关，因此具有不同尺寸的类似设计的窗孔可能由于边缘损耗而具有可检测的采光区间变化。例如，与1'x1'窗孔相邻的6'x10'窗孔可能具有明显的采光区间变化，因为在1'x1'窗孔中边缘损耗的影响增加。
微妙的工艺变化也会影响透明导电层的薄层电阻或汇流条中的电阻，从而导致施加到电致变色装置的电位的变化。在另一实例中，锂沉积的变化以及随后电致变色层之间锂离子迁移率的变化将改变装置在特定电压下着色或透明的程度。在另一实例中，激光划线工艺的变化，例如去除太多或太少的材料，可能影响装置的电性能。在又一实例中，通过激光限制减轻的电短路的数量可以稍微改变表面上在相同条件下制造的一个装置与旁边的另一装置在两者被设定为相同的色调水平时相比较的外观。
虽然本文的描述聚焦于电致变色窗孔，但是所述概念更一般来说适用于任何电致变色装置。额外应用的实例包含光学切换镜、显示器等。
2.用于克服电致变色装置中的光学变化的校准驱动参数。
通常，在色调状态之间的转变之后，电致变色装置的结束色调状态由保持电压值限定。如本文其它地方所述，电子装置的光学转变和结束光学状态共同可以通过一系列驱动参数来表征，在一些实施方案中，所述驱动参数包含驱动电压斜坡、驱动电压本身、保持电压斜坡，以及保持电压本身。在达到保持电压时，光学转变完成或接近完成。在电致变色装置处于特定色调状态期间，电压通常固定在保持电压。在图5中呈现对应于将电致变色装置从透明驱动到着色的各种驱动参数的实例。例如初始着色电流限制等其它驱动参数在本文其它地方描述。可以通过本文描述的校准程序调整这些参数中的任何一个。
对于给定的电致变色窗孔类型，对于每种色调状态，保持电压通常是固定的。例如，电致变色窗孔类型和相关的控制电路或逻辑可以被设计为产生四个离散的色调状态，每个状态具有其自身的指定光密度和相关的保持电压。窗孔类型可以由窗孔的大小、形状、电致变色装置配置、工艺配方、工艺批次等来限定。
如所解释的，对于给定的色调状态，一组电致变色窗孔通常表现出光密度的可检测变化(例如，一组相同类型的窗孔可具有od为0.4的变化)。例如，当在上面观察到差异的每个电致变色窗孔维持在相同的保持电压时，观察到这种变化。也就是说，假设由于它们都是在相同的工艺条件下生产的，所以当它们保持在相同的保持电压时它们看起来都相似。但是，如前所述，通常并不是如此。
根据某些实施例，通过将基本保持电压(通常为特定类型的所有窗孔设定)调整为针对各个电致变色窗孔定制的校准保持电压，减少或消除了采光区间变化。换句话说，调整给定色调状态的保持电压，使得实际窗孔色调更接近地反映其预期的基线色调状态。可以针对给定电致变色窗孔中的任何一种或多种色调状态限定保持电压的校准。
在某些实施例中，使用一个或多个传递函数(例如，通过图19中描绘的过程1900)获得各个电致变色窗孔及其各自的色调状态的校准保持电压和/或其它驱动参数。在此过程中，通过测量一个或多个窗孔参数(操作1906)并将输入变量传递到适当的传递函数(操作1907)，将传递函数(由本文其它地方描述的操作1901-1904生成)施加于在操作1905中选择的窗孔，所述适当的传递函数计算一个或多个校准的驱动参数(操作1908)，然后使用所述校准的驱动参数替换预定的驱动参数(操作1908)，以允许窗孔达到其预期的基线状态。如本文所述，传递函数使用被测电致变色装置的一个或多个测得或导出的参数作为输入变量，并提供电压或其它光学装置参数作为输出变量。在某些情况下，指定的色调状态也作为输入变量传递(例如，色调水平、od或透射率)。在一个实例中，在给定色调状态(例如，第一、第二或第三色调状态)下的光密度的测量值被用作输入变量。输入变量的其它实例包含但不限于：光学特性，例如反射率、折射率；电气特性，例如电流或电压响应(例如，泄漏电流)和薄层电阻；以及温度和装置的使用寿命等属性。在某些实施例中，校准施加于具有多于两种色调状态的窗孔中，例如三种色调状态或四种色调状态。
在某些实施例中，传递函数具有单个输入变量(例如，单个od测量值)；在其它实施例中，传递函数具有一组变量(例如，在几个色调状态下的od测量值)。在一些实施例中，传递函数仅采用一种类型的可变输入(例如，电特性)，而在其它实施例中，传递函数使用多种输入类型(例如，od测量值和电压测量值)。
在某些实施例中，提供多种传递函数，例如电致变色窗孔的每种可用色调状态一种传递函数。在其它实施例中，单一传递函数用于电致变色装置的多种色调状态。在一些实例中，单个传递函数用于确定电致变色装置的多个色调状态中的每一个的校准保持电压，例如，针对电致变色装置的四种不同色调状态。例如，传递函数可以将单个od测量值作为其唯一的输入变量，并且为四个离散的色调状态提供校准的保持电压作为输出变量。在某些实施例中，传递函数采用单个输入变量，所述传递函数返回针对其测量变量的电致变色装置的一个或多个色调状态的校准保持电压。在又一实例中，传递函数采用单个输入并提供多个校准的光学驱动参数-不一定是校准的保持电压。
利用对各个电致变色装置的有限测量和/或表征，所公开的方法可以快速且简单地确定保持电压的校准值。此外，可以在窗孔寿命的各个阶段进行校准和输入变量的相关测量。例如，如流程图1900所示，可以选择窗孔以在任何时间点进行校准，例如当它们被制造时，当注意到两个窗孔之间的色调差异时，或者在窗孔老化时以周期性间隔进行校准(参见操作1905)。在某些实施例中，使用例如2015年3月5日提交的第us2015/019031号pct申请中描述的方法进行电致变色窗孔的远程监测和具有校准值的色调参数的自动更新，该申请全文以引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，在制造电致变色装置时确定校准的保持电压。例如，可以在制造装置之后但在将其并入到绝缘玻璃单元(igu)中之前确定定制保持电压。
在某些实施例中，校准的保持电压在装置寿命的稍后阶段确定或更新，例如在安装之后。如果装置发生物理变化导致性能降级或如果某一因素影响装置对所施加电压的响应，则这可能是合适的。例如，电致变色窗孔可能遭受例如被棒球或鸟击中的创伤。此外，一些电致变色窗孔装置可能经历劣化，例如汇流条和透明导电层之间的电连接的变化。在这种情况下，电致变色装置的响应可以随时间改变，使得给定色调状态的光密度偏离于其对于给定保持电压的基础设定。在此些情况下，可能希望在制造或安装之后的某一时间确定或更新校准的保持电压。在一些实施方案中，在已经安装电致变色窗孔之后执行重新校准，并且已经报告重新校准以展现来自某一区中的其它窗孔的色调变化。
在某些实施例中，采用手动或自动程序在电致变色装置安装和使用后测量光学性质或其它输入变量(操作1906)。将此测量作为输入变量施加到传递函数，确定校准的保持电压。如果将色调状态的光密度测量为输入变量，则这通常需要现场测试，然而，在一些实施例中，电致变色窗孔配备有传感器，所述传感器允许自动测量色调状态的光密度，而无需直接手动用户干预。在一些实施例中，传递函数采用非光学自变量，例如泄漏电流。在采用具有可以自动确定的输入变量的传递函数的实施例中，可以通过向所考虑的电致变色窗孔的控制器发送命令并且施加适当的电压或电流来测量电特性(例如泄漏电流)来远程分析电致变色窗孔。这些测量可以自动进行并报告给施加传递函数的逻辑，步骤1908，以自动确定保持电压的更新值。在某些实施例中，安装的电致变色装置的自动测量和分析使用模块或控制台进行，例如在转让给view公司的某些专利申请中描述，例如2015年3月3日提交的第wo2015134789a1号pct申请，其全文以引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，电致变色装置的最终用户可决定修改特定色调状态的指定光密度。例如，可以使用具有8％的指定透射率的第一色调状态来部署电致变色窗孔，而最终用户希望将第一色调状态修改为3％的透射率。为了在安装时或安装之后实现这一点，系统可以使用如本文所描述的传递函数进行逐窗孔重新校准，以计算每个窗孔的适当校准保持电压(和/其它驱动参数)。这确保了受经修改的第一色调状态影响的窗孔在允许的公差范围内具有适当的透射率(3％透射率)以避免可检测的色调差异(例如，光密度的窗孔到窗孔的变化对于经修改的色调状态不大于0.1)。
在一些实施例中，用于确定校准的保持电压和/或光学驱动参数的值(包含校准的保持电压)的指令可以存储在窗孔控制器中或物理连接到窗孔控制器的存储装置中，其中窗孔控制器连接到电致变色窗孔并提供用于驱动转变并保持电致变色窗孔的光学状态的电压。合适的存储器装置的实例包含半导体存储器、磁存储器、光存储器等。在某些情况下，存储装置不位于窗孔结构上，而是通过网络连接到窗孔控制器。例如，存储装置可以驻留在具有与窗孔控制器的通信链路的远程位置中。用于存储装置的远程位置的实例包含窗孔网络上的主控制器、公共可用数据存储媒体(例如，云)，或管理控制系统，例如专利申请中描述的控制台，所述专利申请例如2015年3月3日提交的第wo2015134789a1号pct申请，其全文以引用的方式并入本文中。使用传递函数确定校准保持电压的指令可以用任何传统的计算机可读编程语言编写，例如汇编语言、c、c++、pascal、fortran等。
此外，电致变色装置的校准驱动参数在校准之后(例如，在制造之后但在安装之前)的适当时间被编程到窗孔控制器或数据库或其它存储器装置中。在这种情况下，可以在为所讨论的装置存储其它驱动参数的时间或之后不久存储校准的保持电压。
本文描述的实施例集中于对所施加的保持电压的修改，这控制结束光学状态的光密度，所述光密度通常在相对长的时间周期(与光学状态之间的转变的时间相比)内保持固定。在某些实施例中，可以针对各个窗孔调整例如驱动电压等其它装置控制参数，使得在转变期间一组窗孔的着色特性更相似。例如，可以针对安装在相同立面中的各个窗孔校准驱动电压，使得色调转变以大致相同的速率发生。类似地，可以调整或校准斜坡参数以便于逐个窗孔地以相同的速率着色。可如本文所述校准的驱动参数的实例包含着色电压斜坡率、着色驱动电压、保持电压的着色斜坡等。驱动参数还可包含电流控制参数，例如初始电流斜坡率。通常，并且除非上下文另有明确意图，否则当本公开涉及通过校准确定的保持电压时，本公开还适用于驱动参数，例如通过校准确定的斜坡参数和驱动电压。通过校准一个或多个光学驱动参数，如本文其它地方所描述的控制光学可切换装置的转变的方法，可以进一步改善窗孔匹配。应该理解，匹配可以是任何光学参数(不仅仅是光密度)。在一个实例中，通过校准匹配色调颜色。
一些输入变量可以由窗孔控制器或连接到电致变色窗孔的其它感测装置自动测量。可以使用与窗孔控制器相关联的电路来监测例如泄漏电流、电压和内部电阻等电特性。在一些情况下，例如当测量温度、云层、光水平、反射光水平等时，可以将额外传感器附接到igu，或者可以通过网络提供感测到的信息。这些自动测量可以采用例如2015年3月3日提交的第wo2015134789a1号pct专利申请中描述的控制台或类似的管理系统，所述专利申请全文以引用的方式并入本文中。
在测量光密度的情况下，可能需要手动用户干预。通常使用软件测量光密度，所述软件比较由具有基本上白色光源的光子传感器(例如，具有ccd或cmos传感器的数码相机)的装置记录的两个不同光强度测量值。在传感器和光之间没有采光区的情况下进行第一次测量，并且在传感器和光源之间进行第二次测量。在某些情况下，这些测量仅仅是包括由数码相机提供的所有所捕获的光信息的数字文件。第一次测量提供窗孔接收的辐射通量的参考，第二次测量提供通过窗孔传输的辐射通量。通过比较在这两个测量中记录的辐射能量或光强度，可以确定窗孔的特定色调状态的透射率和光密度。
光密度测量通常被视为采光区表面上的平均值。为了记录平均光密度测量值，使用具有适当孔径和焦距的透镜将通过采光区面的光重定向到传感器。在某些情况下，当使用例如灯泡等点光源时，可以使用伞、白色片或一些其它光漫射器来反射来自光源的光并在采光区的整个表面上提供柔和的光照。然后使用软件确定特定色调状态的采光区的平均od。在一些实施例中，软件还被配置为测量光表面上的od变化以确保此变化在可接受的限度内。在其它实施例中，光密度测量简单地从多个装置上的采光区的特定区域(例如，沿着采光区的周边)获取。
3.传递函数
如本文所描述并且在操作1904中生成的传递函数是基于至少一个与窗孔的着色性能(在操作1902中测量)相关(操作1903)的输入变量提供输出(通常是校准的保持电压)的数学表示。传递函数在形式上可以是线性的或非线性的。在确定对一个或多个输入变量的非线性依赖性的情况下，传递函数可以包含对数、指数和多项式(例如，阶数2或3)关系。传递函数可以进一步是不考虑降级的非时变模型，或者需要考虑装置使用寿命的输入的时变模型。在一个主要实施例中，传递函数采用线性非时变(“lti”)系统的形式。
通常，传递函数适用于多个电致变色装置。例如，传递函数可以施加于结构中找到的几种窗孔类型。但是，在某些情况下，传递函数仅适用于特定设计、尺寸或工艺批次的装置。在一些实施例中，可以为单个装置定制传递函数(例如，定制预订的独特形状的采光区)。
通过选择将一个或多个窗孔表征为待对其施加传递函数的代表性训练集(操作1901)来生成传递函数。例如，可以通过检查特定类型的一组至少约十个窗孔或至少约二十个窗孔(例如，大约十到二十个窗孔)来生成施加于特定窗孔类型或窗孔制造批次的传递函数。通过分析通过执行光学驱动参数的参数研究和测量窗孔响应(例如，od和泄漏电流)而收集的信息来生成传递函数。例如，可以依据通过测量在几种色调状态(例如，第一色调状态、第二色调状态和第三色调状态)中的装置示例组的光密度而收集的信息来生成传递函数。然后将信息提供给产生一个或多个传递函数的软件程序。通常，使用任何曲线拟合技术生成的传递函数包含线性回归、非线性回归、偏最小二乘(pls)回归和加权最小二乘回归。在一些情况下，可以利用例如matlab或r等软件环境来执行机器学习技术，以确定包括一个或多个输入变量的传递函数的最佳关系。
通过使用传递函数为一组窗孔产生校准的保持电压，将od的变化减小到可接受的限度；例如，不大于约0.2，或不大于约0.15，或不大于约0.1或不大于约0.05。在将传递函数施加于大组窗孔(例如，20个窗孔或50个窗孔或更多窗孔)的情况下，由于使用校准的保持电压，od测量值的标准偏差显著降低。在一些情况下，标准偏差降低至少约2倍，在其它情况下降低至少约5倍，在其它情况下降低至少约10倍。
示例数据
图18a和18b中所示的一组示例数据说明了如何通过使用校准的保持电压大大降低19个电致变色窗孔的示例组中的od变化。制造的ec窗孔最初具有大的光密度差异，如数据集1801所示(图中的菱形符号表示)，这是典型观察者可察觉的。从保持电压和在多个色调状态下获得的光密度测量值之间的第一确定的线性关系产生具有保持电压和相应的od测量值作为输入变量的第一传递函数。施加此第一传递函数显著减小了窗孔之间的光密度的变化，如数据集1802所示(由图中的圆圈表示)。保持电压和od之间的第二关系也通过关联1801和1802之间的电压变化如何导致od的变化来确定。使用此第二关系，生成具有保持电压和相应的od测量作为输入的第二传递函数。施加此第二传递函数，光密度差异更进一步降低，如数据集1803所示(在图上用x表示)。图18b提供了使用第一和第二传递函数来减小od差异的效果的统计概要。显然，通过施加如本文所描述的传递函数，实现了光密度标准偏差的显著降低。
用于电致变色装置的控制器
如所指示，可切换光学装置将具有相关联的控制器，例如根据输入控制和管理装置的微处理器。设计或配置(例如，编程)以实现上述类型的控制算法。在各种实施例中，控制器检测装置中的电流和/或电压电平并适当地施加电流和/或电压。控制器还可以检测电流和/或电压电平，以确保光学装置保持在安全电压电平和/或安全电流电平内。控制器还可以检测装置中的电流、电压和/或递送的电荷电平，以便确定转变的适当终点。在一些情况下，控制器可以检测装置中的电流、电压和/或递送的电荷电平，以便确保在期望的时间帧内发生转变。在一些情况下，控制器可以检测电流、电压和/或递送的电荷电平，以便控制到经修改的最终状态的转变。在这些实例的每一个中，控制器使用装置或转变的电响应或其它(通常是非光学的)特性作为反馈来控制正在进行的转变。此外，控制器可以具有各种额外特征，例如定时器、电荷检测器(例如，库仑计)、振荡器等。
在一些实施例中，控制器位于装置外部并经由网络与装置通信。通信可以是直接的或间接的(例如，通过主控制器和装置之间的中间节点)。可以通过有线或无线连接进行通信。brown等人作为发明人且标题为“用于多态窗孔的多用途控制器(multipurposecontrollerformultistatewindows)”并在与本申请同一天提交的第13/049,756号美国专利申请中提出了外部控制器的各种布置，该专利申请全文以引用的方式并入本文中。
在一些实施例中，控制器与光学装置或壳体集成在一起。在特定实施例中，控制器集成在壳体中或包含可切换光学装置的绝缘玻璃单元(igu)的密封件中。在标题为“用于多态窗孔的机载控制器(onboardcontrollerformultistatewindows)”的第8,213,074号美国专利中提出了集成控制器的各种布置，该专利全文以引用的方式并入本文中。
在一个实施例中，控制器包含如图11中所描绘的各种组件。如图所示，控制器1101包含功率转换器，其被配置为将低电压转换为igu的ec窗格的ec装置的功率要求。此功率通常通过驱动器电路(功率驱动器)馈送到ec装置。在一个实施例中，控制器1101具有冗余电源驱动器，使得在一个电源驱动器发生故障的情况下，存在备用并且不需要更换或修复控制器。
控制器1101还包含通信电路(图11中标记为“通信”)，用于从远程控制器接收和发送命令(在图11中描绘为“主控制器”)。通信电路还用于接收微控制器和从微控制器发送输入。在一个实施例中，电源线还用于例如通过例如以太网等协议发送和接收通信。微控制器包含用于至少部分地基于从一个或多个传感器接收的输入来控制所述至少一个ec窗格的逻辑。在此实例中，传感器1-3例如在控制器1101的外部，例如位于窗框中或靠近窗框。在一个实施例中，控制器具有至少一个或多个内部传感器。例如，控制器1101还可以或替代地具有“机载”传感器4和5。在一个实施例中，控制器使用可切换光学装置作为传感器，例如，通过使用从通过ec装置发送一个或多个电脉冲并分析反馈获得的电流-电压(i/v)数据。
在一个实施例中，控制器包含芯片、卡或板，其包含用于执行一个或多个控制功能的逻辑。控制器1101的电源和通信功能可以组合在例如可编程逻辑装置(pld)芯片、现场可编程门阵列(fpga)等单个芯片中。此些集成电路可以在单个可编程芯片中组合逻辑、控制和功率功能。在一个实施例中，在电致变色窗孔(或igu)具有两个电致变色窗格的情况下，逻辑被配置为独立地控制两个电致变色窗格中的每一个。在一个实施例中，两个电致变色窗格中的每一个的功能以协同方式控制，即使得每个装置被控制以对另一个进行补充。例如，通过每个个别装置的状态的组合来控制期望的光透射水平、热绝缘效果和/或其它特性。例如，一个电致变色装置可以置于着色状态，而另一个用于例如经由装置的透明电极进行电阻加热。在另一实例中，控制两个电致变色装置的光学状态，使得组合的透射率是期望的结果。
控制器1101还可以具有无线能力，例如控制和供电功能。例如，可以使用例如rf和/或ir等无线控制以及例如蓝牙、wifi、zigbee、enocean等无线通信来向微控制器发送指令并且供微控制器将数据发送到例如其它窗孔控制器和/或建筑物管理系统(bms)。无线通信可以在窗孔控制器中用于以下至少一个操作：编程和/或操作电致变色窗孔、从传感器收集来自电致变色窗孔的数据，以及使用电致变色窗孔作为用于无线通信的中继点。控制器可以包含用于无线通信的无线通信接收器和/或传输器。从电致变色窗孔收集的数据还可以包含计数数据，例如电致变色装置已被激活(循环)的次数、电致变色装置随时间的效率等。
而且，控制器1101可以具有无线电力能力。也就是说，控制器1101可以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传输器的传输，因此控制器1101可以通过无线电力传输为电致变色窗孔供电。无线电力传输包含例如但不限于感应、谐振感应、无线电频率功率传递、微波功率传递和激光功率传递。在一个实施例中，功率经由无线电频率传输到接收器，且接收器利用例如圆偏振、椭圆偏振和/或双偏振波等偏振波和/或各种频率和向量将功率转换成电流。在另一实施例中，功率经由磁场的感应联接被无线传递。电致变色窗孔的示范性无线功率功能在2010年12月17日提交的标题为“无线供电的电致变色窗孔(wirelesspoweredelectrochromicwindows)”且robertrozbicki为发明人的序列号为12/971,576的美国专利申请中描述，该专利申请全文以引用的方式并入本文中。
控制器1101还可以包含rfid标签和/或存储器，例如固态串行存储器(例如i2c或spi)，其可以任选地为可编程存储器。射频识别(rfid)涉及询问者(或读者)和标签(或标记)。rfid标签使用经由电磁波的通信在终端和对象之间交换数据，例如用于识别和跟踪对象的目的。一些rfid标签可以从几米远且超出读者视线处读取。
rfid标签可包含至少两个部分。一个部分是用于存储和处理信息、调制和解调射频(rf)信号以及其它专用功能的集成电路。另一部分是用于接收和传输信号的天线。
有三种类型的rfid标签：无源rfid标签，其没有电源，且需要外部电磁场来起始信号传输；有源rfid标签，其包含电池，且一旦读取器已经成功识别就可以传输信号；以及电池辅助无源(bap)rfid标签，其需要外部源来唤醒，但具有明显更高的前向链路能力，从而提供更大的范围。rfid有很多应用；例如，它用于企业供应链管理，以提高库存跟踪和管理的效率。
在一个实施例中，rfid标签或其它存储器被编程具有以下数据中的至少一个：保修信息、安装信息、供应商信息、批次/库存信息，ec装置/igu特性、ec装置循环信息和客户信息。ec装置和igu特性的实例包含例如窗孔电压(vw)、窗孔电流(iw)、ec涂布温度(tec)、玻璃可见传输(％tvis)、％色调命令(来自bms的外部模拟输入)、数字输入状态和控制器状态。这些中的每一个代表可从控制器提供的上游信息。可提供到控制器的下游数据的实例包含窗孔驱动配置参数、区成员(例如什么区是此控制器的部分)、％色调值、数字输出状态，以及数字控制(色调、透明、自动、重启等)。窗孔驱动配置参数(有时在本文中称为光学驱动参数或仅仅驱动参数)的实例包含透明到着色转变斜坡率、透明到着色转变电压、初始着色斜坡率、初始着色电压、初始着色电流限制、着色保持电压、着色保持电流限制、着色到透明转变斜坡率、着色到透明转变电压、初始透明斜坡率、初始透明电压、初始透明电流限制、透明保持电压、透明保持电流限制。
在一个实施例中，可编程存储器用于在本文中所描述的控制器中。此可编程存储器可以代替rfid技术使用，或与rfid技术结合使用。可编程存储器具有用于存储与控制器匹配到的igu相关的数据的灵活性增加的优点。
图12示出了包含两个窗孔窗格或采光区1216和控制器1250的igu1202的一实施例的横截面轴测图。在各种实施例中，igu1202可以包含一个、两个或更多个基本上透明(例如，在不施加电压的情况下)采光区1216以及支撑采光区1216的框架1218。例如，图12i所示的igu1202被配置为双窗格窗孔。一个或多个采光区1216本身可以是两个、三个或更多个层或采光区的层叠结构(例如，类似于汽车挡风玻璃的防碎玻璃)。在igu1202中，采光区1216中的至少一个包含电致变色装置或堆叠1220，其布置在其内表面1222或外表面1224中的至少一个上；例如，外采光区1216的内表面1222。
在多窗格配置中，每个相邻组的采光区1216可具有设置在其间的内部体积1226。通常，作为一个整体的采光区1216和igu1202中的每一个为矩形，并形成矩形固体。然而，在其它实施例中，其它形状(例如，圆形、椭圆形、三角形、曲线的、凸的、凹的)可能是期望的。在一些实施例中，采光区1216之间的体积1226被抽空空气。在一些实施例中，igu1202是气密密封的。此外，体积1226可用例如氩(ar)、氪(kr)或氙(xn)等一种或多种气体填充(到适当的压力)。用例如ar、kr或xn等气体填充体积1226可降低通过igu1202的传导性热传递，因为这些气体的导热性低。后两种气体也可以通过增加重量来改善隔音效果。
在一些实施例中，框架1218由一个或多个工件构造。例如，框架1218可以由例如乙烯基、pvc、铝(al)、钢或玻璃纤维等一种或多种材料构成。框架1218还可以包含或容纳一个或多个泡沫或其它材料件，其与框架1218协同工作以分离采光区1216并气密密封所述采光区1216之间的体积1226。例如，在典型的igu实施方案中，隔板位于邻近1216之间并结合可被沉积在它们之间的粘合密封剂与窗格形成气密密封。这被称为主密封件，在其周围可以制造辅助密封件，通常是额外的粘合密封剂。在一些此类实施例中，框架1218可以是支撑igu构造的单独结构。
每个1216包含基本上透明或半透明的基板1228。通常，基板1228具有第一(例如，内)表面1222和与第一表面1222相对的第二(例如，外)表面1224。在一些实施例中，基板1228可以是玻璃基板。例如，基板1228可以是传统的基于氧化硅(sox)的玻璃基板，例如钠钙玻璃或浮法玻璃，由例如大约75％的二氧化硅(sio2)加上na2o、cao和几种次要添加剂组成。然而，可以使用具有适当的光学、电学、热学和机械性能的任何材料作为基板1228。此类基板还可以包含例如其它玻璃材料、塑料和热塑性塑料(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、聚碳酸酯、烯丙基二甘醇碳酸酯、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。如果基板由例如玻璃形成，则可以例如通过回火、加热或化学强化来强化基板1228。在其它实施方案中，基板1228不进一步强化，例如基板未回火。
在一些实施例中，基板1228是尺寸适于住宅或商业窗孔应用的玻璃窗格。这种玻璃窗格的尺寸可以根据住宅或商业企业的特定需求而广泛变化。在一些实施例中，基板1228可以由建筑玻璃形成。建筑玻璃通常用于商业建筑中，而且还可以在住宅建筑中使用，且通常(虽然不一定)使室内环境与室外环境分离。在某些实施方案中，合适的建筑玻璃基板可以是至少约20英寸乘约20英寸，且可以更大，例如约80英寸乘约120英寸，或更大。建筑玻璃通常至少约2毫米(mm)厚，并且可以厚至6mm或更厚。当然，电致变色装置1220可相对于大于或小于建筑玻璃的基板1228可缩放，包含在任何或所有的相应长度、宽度或厚度尺寸方面。在一些实施例中，基板1228的厚度在约1mm至约10mm的范围内。在一些实施例中，基板1228可以是非常薄和柔性的，例如gorilla
电致变色装置1220设置在例如外窗格1216(与外部环境相邻的窗格)的基板1228的内表面1222上方。在一些其它实施例中，例如在较冷的气候或igu1202接收更大量的直射阳光(例如，垂直于电致变色装置1220的表面)的应用中，将电致变色装置1220设置在例如与内部环境相邻的内窗格的内表面(与体积1226接壤的表面)上可能是有利的。在一些实施例中，电致变色装置1220包含第一导电层(cl)1230(通常是透明的)、阴极上色层1232(通常称为电致变色层(ec)1232)、离子导电层(ic)1234、阳极上色层1236(通常称为反电极层(ce)1236)，和第二导电层(cl)1238(通常是透明的)。同样，层1230、1232、1234、1236和1238也统称为电致变色堆叠1220。
电源1240可操作以将电位(vapp)施加到装置并在电致变色堆叠1220的厚度上产生veff且驱动电致变色装置1220从例如透明或较亮状态(例如，透明、半透明或透光状态)到着色或较暗状态(例如，着色、较不透明或较不透光的状态)的转变。在一些其它实施例中，层1230、1232、1234、1236和1238的顺序可以颠倒或以其它方式相对于基板1228重新排序或重新布置。
在一些实施例中，第一导电层1230和第二导电层1238中的一个或两个由无机和固体材料形成。例如，第一导电层1230以及第二导电层1238可以由许多不同的材料制成，包含导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体，以及其它合适的材料。在一些实施例中，导电层1230和1238至少在电致变色层1232呈现电致变色的波长范围内基本上是透明的。透明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。例如，适合用作第一或第二导电层1230和1238的金属氧化物和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、氧化锌铝、经掺杂氧化锌、氧化钌、经掺杂氧化钌等。如上文指示，第一和第二导电层230和238有时称为为“透明导电氧化物”(tco)层。
在一些实施例中，市售的基板，例如玻璃基板，在购买时已含有透明导电层涂层。在一些实施例中，此产品可以统一地用于基板1238和导电层1230两者。此类玻璃基板的实例包含由俄亥俄州托莱多的pilkington公司以商标tecglasstm出售以及由宾夕法尼亚州匹兹堡的ppgindustries公司以商标sungatetm300和sungatetm500出售的导电涂覆层玻璃。具体地，tecglasstm是例如涂覆有氟化氧化锡导电层的玻璃。
在一些实施例中，第一或第二导电层1230和1238可各自通过包含例如溅射的物理气相沉积工艺来沉积。在一些实施例中，第一和第二导电层1230和1238可各自具有在大约0.01μm到大约1μm范围内的厚度。在一些实施例中，第一和第二导电层1230和1238的厚度以及任何或所有以下描述的其它层的厚度相对于给定层分别是均匀的可能通常是合乎需要的；也就是说，给定层的厚度是均匀的，并且该层的表面是光滑的并且基本上没有缺陷或其它离子阱。
第一和第二导电层1230和1238的主要功能是将电源1240(例如电压或电流源)在电致变色堆叠1220的表面上方提供的电位从堆叠的外表面区扩散到堆叠的内表面区。如所提及，由于第一和第二导电层1230和1238的薄层电阻的缘故，施加到电致变色装置的电压经历从外部区到内部区的一些欧姆电位降。在所描绘的实施例中，汇流条1242和1244设置为汇流条1242与导电层1230接触，且汇流条1244与导电层1238接触，以提供电压或电流源1240与导电层1230和1238之间的电连接。例如，汇流条1242可与电源1240的第一(例如，正)终端1246电联接，而汇流条1244可与电源1240的第二(例如，负)端子1248电联接。
在一些实施例中，igu1202包含插件组件1250。在一些实施例中，插件组件1250包含第一电输入1252(例如，销、插座，或其它电连接器或导体)，其经由例如一个或多个电线或其它电气连接、组件或装置与电源端子1246电联接。类似地，插件组件1250可以包含第二电输入1254，其经由例如一个或多个电线或其它电气连接、组件或装置与电源端子1248电联接。在一些实施例中，第一电输入1252可以与汇流条1242电联接，并且从那里与第一导电层1230电联接，而第二电输入1254可以与汇流条1244联接，并从那里与第二导电层1238联接。导电层1230和1238也可以利用其它常规手段以及根据下面相对于窗孔控制器描述的其它手段连接到电源1240。例如，如下面参考图13描述，第一电输入1252可连接到第一电源线，而第二电输入1254可以被连接到第二电源线。另外，在一些实施例中，第三电输入1256可以联接到装置、系统或建筑物地面。此外，在一些实施例中，第四和第五电输入/输出1258和1260分别可用于例如窗孔控制器或微控制器与网络控制器之间的通信。
在一些实施例中，电输入1252和电输入1254接收、携载或传输互补电源信号。在一些实施例中，电输入1252及其补充电输入1254可分别直接连接到汇流条1242和1244，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。所述外部电源可以是窗孔控制器(参见图13的元件1314)本身，或传输到窗孔控制器或以其它方式联接到电输入1252和1254的来自建筑物的电力。在此实施例中，通过电输入/输出1258和1260传输的电信号可以直接连接到存储器装置，以允许窗孔控制器和存储器装置之间的通信。此外，在此实施例中，输入到电输入1256的电信号可以内部连接或联接(在igu1202内)到电输入1252或1254或者到汇流条1242或1244，以便能够远程测量(感测)那些元件中的一个或多个的电位。这可以允许窗孔控制器补偿从窗孔控制器到电致变色装置1220的连接线上的电压降。
在一些实施例中，窗孔控制器可立即附接(例如，在igu1202外部但不可由用户分离)或集成在igu1202内。例如，上文以引用的方式并入的第8,213,074号美国专利详细描述了“机载”控制器的各种实施例。在此实施例中，电输入1252可以连接到外部dc电源的正输出。类似地，电输入1254可以连接到dc电力源的负输出。然而，如下文描述，电输入1252和1254可以替代地连接到外部低电压ac电源(例如，hvac工业常见的典型的24vac变压器)的输出。在此实施例中，电输入/输出1258和1260可连接到窗孔控制器和网络控制器之间的通信总线。在本实施例中，电输入/输出1256可以最终(例如，在电源处)与系统的大地接地(例如，保护性接地或在欧洲pe)端子连接。
虽然可以提供所施加的电压作为dc电压，但在一些实施例中，实际上由外部电源供应的电压是ac电压信号。在一些其它实施例中，所供应的电压信号被转换为经脉宽调制的电压信号。然而，实际“看到”或施加到汇流条1242和1244的电压实际上是dc电压。通常，在端子1246和1248处施加的电压振荡在约1hz至1mhz的范围内，且在特定实施例中，大约100khz。在各种实施例中，振荡具有用于某一周期的变暗(例如，着色)和变亮(例如，透明)部分的不对称停留时间。例如，在一些实施例中，从第一较不透明状态转变到第二较透明状态需要比相反情况(也就是说，从较透明第二状态转变到较不透明第一状态)更多的时间。如下所述，控制器可以被设计或配置为施加满足这些要求的驱动电压。
振荡施加的电压控制允许电致变色装置1220在一个或多个状态下操作，并且转变到一个或多个状态以及从一个或多个状态转变，而无需对电致变色装置堆叠1220或转变时间进行任何必要的修改。相反，窗孔控制器可以被配置或设计成考虑到例如频率、工作循环、平均电压、量值等因素以及其它可能的合适或适当的因素提供适当波形的振荡驱动电压。另外，这种控制水平允许在两个结束状态之间的整个光学状态范围内转变到任何状态。例如，适当配置的控制器可提供透射率(％t)的连续范围，其可以被调谐到结束状态(例如，不透明和透明结束状态)之间的任何值。
为了使用振荡驱动电压将装置驱动到中间状态，控制器可以简单地施加适当的中间电压。然而，可以有更有效的方式来达到中间光学状态。这部分是因为可施加高的驱动电压来达到结束状态，但在传统上不施加高的驱动电压来达到中间状态。一种用于增加电致变色装置1220达到期望的中间状态的速率的技术是先施加适于完全转变(到结束状态)的高电压脉冲，然后退避到振荡中间状态(刚刚描述)的电压。换句话说，可以采用针对预期最终状态选择的量值和持续时间的初始低频单脉冲(与用于维持中间状态的频率相比为低)来加速转变。在此初始脉冲之后，可以采用较高频率电压振荡来维持中间状态持续所期望的时长。
在一些实施例中，每个igu1202包含组件1250，其为“可插入”式或从igu1202容易移除(例如，易于维修、制造或更换)。在一些特定实施例中，每个插件组件1250本身包含窗孔控制器。即，在一些此类实施例中，每个电致变色装置1220由位于插件组件1250内的其自身的相应本地窗孔控制器控制。在一些其它实施例中，窗孔控制器与框架1218的另一部分集成，在次级密封区域的玻璃窗格之间或体积1226内。在一些其它实施例中，窗孔控制器可以位于igu1202的外部。在各种实施例中，每个窗孔控制器可以与其控制和驱动的igu1202通信，以及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1263或无线(wifi)接口1265与其它窗孔控制器、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13。具有以太网或wifi能力的实施例也非常适合用于住宅和其它较小规模的非商业应用中。另外，通信可以是直接的或间接的，例如，通过例如网络控制器1312等主控制器和igu1202之间的中间节点。
图13描绘了窗孔控制器1314，其可以被部署为例如组件1250。在一些实施例中，窗孔控制器1314通过通信总线1262与网络控制器通信。例如，可以根据控制器局域网(can)车辆总线标准设计通信总线1262。在此类实施例中，第一电输入1252可连接到第一电源线1264，而第二电输入1254可以被连接到第二电源线1266。在一些实施例中，如上所述，电源线1264和1266上发送的功率信号是互补的；也就是说，它们共同表示差分信号(例如，差分电压信号)。在一些实施例中，线1268联接到系统或建筑物地面(例如，大地接地)。在此类实施例中，can总线1262上(例如，微控制器1274和网络控制器1312之间)的通信可以根据canopen通信协议或其它合适的开放、专有或叠加的通信协议沿分别通过电输入/输出1258和1260传输的第一和第二通信线1270和1272继续进行。在一些实施例中，在通信线1270和1272上发送的通信信号是互补的；也就是说，它们共同表示差分信号(例如，差分电压信号)。
在一些实施例中，组件1250将can通信总线1262联接到窗孔控制器1314中，并且在特定实施例中联接到微控制器1274中。在一些此类实施例中，微控制器1274还被配置为实施canopen通信协议。微控制器1274还被设计或配置(例如，编程)为结合经脉宽调制的放大器或脉宽调制器(pwm)1276、智能逻辑1278以及信号调整器1280实施一个或多个驱动控制算法。在一些实施例中，微控制器1274被配置为例如以电压信号的形式生成命令信号vcommand，然后将其传输到pwm1276。pwm1276继而基于vcommand产生经脉宽调制的功率信号，包含第一(例如，正)分量vpw1和第二(例如，负)分量vpw2。然后，功率信号vpw1和vpw2通过例如接口1288传输到igu1202，或者更具体地，传输到汇流条1242和1244，以便在电致变色装置1220中产生期望的光学转变。在一些实施例中，pwm1276被配置为修改经脉宽调制信号的占工作循环，使得信号vpw1和vpw2中的脉冲的持续时间不相等：例如，pwm1276脉冲vpw1具有第一60％工作循环，且脉冲vpw2为第二40％工作循环。第一工作循环的持续时间和第二工作循环的持续时间共同表示每个功率循环的持续时间tpwm。在一些实施例中，pwm1276可以额外地或替代地修改信号脉冲vpw1和vpw2的量值。
在一些实施例中，微控制器1274被配置为基于一个或多个因素或信号(例如，通过can总线1262接收的任何信号以及分别由pwm1276生成的电压或电流反馈信号vfb和ifb)生成vcommand。在一些实施例中，微控制器1274分别基于反馈信号ifb或vfb确定电致变色装置1220中的电流或电压电平，并根据上述一个或多个规则或算法调整vcommand以实现相对脉冲持续时间(例如，第一和第二工作循环的相对持续时间)或功率信号vpw1和vpw2的量值的变化，以产生如上所述的电压分布。另外或替代地，微控制器1274还可以响应于从智能逻辑1278或信号调节器1280接收的信号调整vcommand。例如，可由信号调节器1280响应于来自一个或多个联网或非联网装置或传感器(例如，外部光电传感器或光电探测器1282、内部光电传感器或光电探测器1284、热或温度传感器1286或色调命令信号vtc)的反馈产生调节信号vcon。例如，信号调节器1280和vcon的额外实施例也在第8,705,162号美国专利中描述，该专利以引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，vtc可以是0v和10v之间的模拟电压信号，其可以由用户(例如居民或工作人员)使用或调整以动态地调整igu1202的色调(例如，用户可以使用类似于恒温器的房间或建筑物区域中的控制器，以精细调整或修改房间或区域中的igu1202的色调)，从而将动态用户输入引入到确定vcommand的微控制器1274内的逻辑。例如，当设置在0到2.5v范围内时，vtc可用于促使转变到5％t状态，而当设置在2.51到5v范围内时，vtc可用于促使转变到20％t状态，且对于例如5.1至7.5v和7.51至10v等其它范围以及其它范围和电压实例是类似的。在一些实施例中，信号调节器1280通过通信总线或接口1290接收上述信号或其它信号。在一些实施例中，pwm1276还基于从智能逻辑1278接收的信号vsmart生成vcommand。在一些实施例中，智能逻辑1278通过例如内部集成电路(i2c)多主机串行单端计算机总线等通信总线传输vsmart。在一些其它实施例中，智能逻辑1278通过1-wire装置通信总线系统协议(由德州达拉斯的dallassemiconductor公司开发)与存储器装置1292通信。
在一些实施例中，微控制器1274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1274的功率和通信功能可以组合在单个芯片中，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。此类集成电路可以在单个可编程芯片中组合逻辑、控制和功率功能。在一个实施例中，在一个窗格1216具有两个电致变色装置1220(例如，在相对的表面上)或者igu1202包含两个或两个以上窗格1216且每个窗格1216包含电致变色装置1220的情况下，逻辑可以被配置为彼此独立地控制两个电致变色装置1220中的每一个。然而，在一个实施例中，两个电致变色装置1220中的每一个的功能以协同方式控制，例如，使得控制每个装置以补充另一个装置。例如，可以通过每个个别的电致变色装置1220的状态组合来控制期望的光透射水平、热绝缘效果或其它性质。例如，一个电致变色装置可以置于着色状态，而另一个用于例如经由装置的透明电极进行电阻加热。在另一实例中，控制两个电致变色装置的光学状态，使得组合的透射率是期望的结果。
通常，用于控制电致变色装置转变的逻辑可以用硬件和/或软件设计或配置。换句话说，用于控制驱动电路的指令可以是硬编码的或作为软件提供。可以说，指令是通过“编程”提供的。此编程被理解为包含任何形式的逻辑，包含数字信号处理器中的硬编码逻辑和具有实施为硬件的特定算法的其它装置。编程还被理解为包含可以在通用处理器上执行的软件或固件指令。在一些实施例中，用于控制向汇流条施加电压的指令存储在与控制器相关联的存储器装置上或者通过网络提供。合适的存储器装置的实例包含半导体存储器、磁存储器、光存储器等。用于控制所施加电压的计算机程序代码可以用任何传统的计算机可读编程语言编写，例如汇编语言、c、c++、pascal、fortran等。由处理器执行编译的目标代码或脚本以执行程序中标识的任务。
如上所述，在一些实施例中，微控制器1274或窗孔控制器1314通常也可以具有无线能力，例如无线控制和供电能力。例如，可以使用例如射频(rf)信号或红外(ir)信号等无线控制信号以及例如wifi(如上所述)、蓝牙、zigbee、enocean等无线通信协议将指令发送到微控制器1274，并且微控制器1274将数据发送到例如其它窗孔控制器、网络控制器1312或直接发送到bms1310。在各种实施例中，无线通信可用于编程或操作电致变色装置1220、收集数据或通常从电致变色装置1220或igu1202接收输入、收集数据或从传感器接收输入，以及使用窗孔控制器1314作为其它无线通信的中继点这些操作中的至少一个。从igu1202收集的数据还可以包含计数数据，例如电致变色装置1220已经被激活(循环)的次数、电致变色装置1220随时间的效率，以及其它有用的数据或性能度量。
窗孔控制器1314还可以具有无线电力能力。例如，窗孔控制器可以具有一个或多个无线功率接收器，其接收来自一个或多个无线功率传输器的传输；以及一个或多个无线功率传输器，其传输功率传输，使得窗孔控制器1314能够无线地接收功率并且无线地分配功率到电致变色装置1220。无线功率传输包含例如感应、谐振感应、rf功率传递、微波功率传递和激光功率传递。例如，rozbicki作为发明人且在2010年12月17日提交的标题为“无线供电的电致变色窗孔(wirelesspoweredelectrochromicwindows)”的序列号12/971,576号美国专利申请详细描述了无线功率能力的各种实施例，该专利申请以引用的方式并入本文中。
为了实现期望的光学转变，产生经脉宽调制的功率信号，使得在功率循环的第一部分期间将正分量vpw1提供给例如汇流条1244，而负分量vpw2在功率循环的第二部分期间提供给例如汇流条1242。
在某些情况下，取决于经脉宽调制信号的频率(或相反地持续时间)，这可能导致汇流条1244基本上在vpw1的量值的分数上漂浮，所述分数是由第一工作循环的持续时间与功率循环的总持续时间tpwm的比率给出的。类似地，这可以导致汇流条1242基本上在vpw2的量值的分数上浮动，所述分数由第二工作循环的持续时间与功率循环的总持续时间tpwm的比率给出。以这种方式，在一些实施例中，经脉宽调制信号分量vpw1和vpw2的量值之间的差是跨越端子1246和1248且因此跨越电致变色装置1220的有效dc电压的两倍。换句话说，在一些实施例中，施加到汇流条1244的vpw1的分数(由第一工作循环的相对持续时间确定)与施加到汇流条1242的vpw2的分数(由第二工作循环的相对持续时间确定)之间的差是施加到电致变色装置1220的有效dc电压veff。通过负载电磁装置1220的电流ieff大致等于有效电压veff除以负载的有效电阻或阻抗。
所属领域的普通技术人员还将理解，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)或反转极性(在dc偏压情况下，ac、mf、rf功率等)。
控制器可以配置成监测来自光学可切换装置的电压和/或电流。在一些实施例中，控制器被配置为通过测量跨越驱动电路中的已知电阻器的电压来计算电流。可以采用其它测量或计算电流的模式。这些模式可以是数字或模拟的。
电致变色装置
对于上下文，现在将描述电致变色装置设计的实例。图14示意性地描绘了电致变色装置1400的横截面。电致变色装置1400包含基板1402、第一导电层(cl)1404、阴极上色电致变色层(ec)1406、离子导电层(ic)1408、阳极上色反电极层(ce)1410以及第二导电层(cl)1414。层1404、1406、1408、1410和1414被统称为电致变色堆叠1420。可操作以在电致变色堆叠1420上施加电位的电压源1416实现电致变色装置从例如透明状态到着色状态(已描绘)的转变。层的顺序可以相对于基板反转。
具有所描述的不同层的电致变色装置可以制造成具有低缺陷率的所有固态和/或所有无机装置。在2009年12月22日提交且markkozlowski等人作为发明人的标题为“低缺陷率电致变色装置的制造(fabricationoflow-defectivityelectrochromicdevices)”的序列号12/645,111美国专利申请中，以及在2009年12月22日提交且zhongchunwang等人作为发明人的标题为“电致变色装置(electrochromicdevices)”的第8,432,603号美国专利中更详细地描述了这种装置及其制造方法，所述专利申请和专利两者出于所有目的以引用的方式并入本文中。然而，应理解，堆叠中的任何一个或多个层可含有一定量的有机材料。对于可以少量存在于一个或多个层中的液体也可以这样说。还应理解，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，例如采用溶胶-凝胶或化学气相沉积的某些工艺。
在本文所描述的实施例中，电致变色装置在透明状态和着色状态之间可逆地循环。在一些情况下，当装置处于透明状态时，将电位施加到电致变色堆叠1420，使得堆叠中的可用离子主要位于反电极1410中。当电致变色堆叠上的电位反转时，离子跨越离子导电层1408传送到电致变色材料1406并使材料转变到着色状态。
再次参考图14，电压源1416可以配置成与辐射和其它环境传感器一起操作。如本文所述，电压源1416与装置控制器(在该图中未示出)介接。另外，电压源1416可以与能量管理系统介接，所述能量管理系统根据例如一年中的时间、一天中的时间和测得的环境条件等各种标准来控制电致变色装置。这种能量管理系统与大面积电致变色装置(例如，电致变色窗孔)结合可以显著降低建筑物的能量消耗。
具有合适的光学、电学、热学和机械性质的任何材料都可以用作基板1402。此些基板包含例如玻璃、塑料和镜面材料。合适的玻璃包含透明或着色的钠钙玻璃，包含钠钙浮法玻璃。玻璃可以是回火的或未回火的。
在许多情况下，基板是尺寸适合住宅窗孔应用的玻璃窗格。这种玻璃窗格的尺寸可根据住宅的特定需要而广泛变化。在其它情况下，基板是建筑玻璃。建筑玻璃通常用于商业建筑中，但也可用于住宅建筑中，并且通常但不是必须将室内环境与室外环境隔开。在某些实施例中，建筑玻璃至少为20英寸乘20英寸，并且可以更大，例如大到约80英寸乘120英寸。建筑玻璃通常至少约2mm厚。当然，电致变色装置可相对于比建筑玻璃更小或更大的基板缩放。此外，电致变色装置可以设置在任何尺寸和形状的镜子上。
在基板1402的顶部上是导电层1404。在某些实施例中，导电层1404和1414中的一个或两个是无机和/或固体。导电层1404和1414可以由许多不同的材料制成，包含导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体。通常，导电层1404和1414至少在电致变色层表现出电致变色的波长范围内是透明的透明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。此些金属氧化物和经掺杂金属氧化物的实例包含氧化铟、氧化铟锡、经掺杂的氧化铟、氧化锡、经掺杂的氧化锡、氧化锌、氧化铝锌、经掺杂的氧化锌、氧化钌、经掺杂的氧化钌等。由于氧化物通常用于这些层，因此它们有时被称为“透明导电氧化物”(tco)层。也可以使用基本上透明的薄金属涂层。
导电层的功能是在相对小的欧姆电位降的情况下将电压源1416提供的电位在电致变色堆叠1420的表面上散布到堆叠的内部区。通过与导电层的电连接将电位传递到导电层。在一些实施例中，汇流条(一个与导电层1404接触，一个与导电层1414接触)提供电压源1416与导电层1404和1414之间的电连接。导电层1404和1414也可以用其它传统方法连接到电压源1416。
覆盖导电层1404是电致变色层1406。在一些实施例中，电致变色层1406是无机和/或固体。阴极上色电致变色层可包含许多不同的阴极上色电致变色材料中的任何一种或多种，包含金属氧化物。此些金属氧化物包含氧化钨(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)、氧化钴(co2o3)等。在操作期间，阴极上色电致变色层1406将离子转移到阳极上色反电极层1410并从阳极上色反电极层1410接收离子以引起光学转变。
通常，电致变色材料的着色(或任何光学性质的变化-例如，吸光度、反射率和透射率)是由到材料中的可逆离子插入(例如，嵌入)和相应的电荷平衡电子注入引起的。通常，负责光学转变的一部分离子在电致变色材料中不可逆地结合。一些或所有不可逆结合的离子用于补偿材料中的“盲电荷”。在大多数电致变色材料中，合适的离子包含锂离子(li+)和氢离子(h+)(即，质子)。然而，在某些情况下，其它离子将是合适的。在各种实施例中，锂离子用于产生电致变色现象。锂离子嵌入氧化钨(wo3-y(0<y≤～0.3))使氧化钨从透明(透明状态)变为蓝色(着色状态)。
再次参考图14，在电致变色堆叠1420中，离子导电层1408夹在电致变色层1406和反电极层1410之间。在一些实施例中，反电极层1410是无机和/或固体。反电极层可包括多种不同材料中的一种或多种，当电致变色装置处于透明状态时，所述材料用作离子储库。在通过例如施加适当电位起始的电致变色转变期间，阳极上色反电极层将其保持的一些或全部离子转移到阴极上色电致变色层，从而将电致变色层改变为着色状态。同时，在niwo的情况下，阳极上色反电极层随着离子的损失而着色。
在一些实施例中，用于与wo3互补的反电极的合适的阳极上色材料包含氧化镍(nio)、氧化镍钨(niwo)、氧化镍钒、氧化镍铬、氧化镍铝、氧化镍锰、氧化镍镁、氧化铬(cr2o3)、氧化锰(mno2)、普鲁士蓝。其它合适的阳极上色材料在以下美国专利申请中进一步讨论，每个专利申请全文以引用的方式并入本文中：2014年5月2日提交且pradhan等人作为发明人的第61/998,111号美国临时专利申请，以及2014年5月2日提交且gillaspie等人作为发明人的第61/988,107号美国临时专利申请。
当从由氧化镍钨制成的反电极1410去除电荷(即，离子从反电极1410传送到电致变色层1406)时，反电极层将从透明状态转变为着色状态。
在所描绘的电致变色装置中，在电致变色层1406和反电极层1410之间，存在离子导电层1408。当电致变色装置在透明状态和着色状态之间转变时，离子导电层1408用作通过其传送离子(以电解质的方式)的介质。优选地，离子导电层1408对于电致变色层和反电极层的相关离子具有高导电性，但具有足够低的电子传导性，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导电层允许快速离子传导并因此快速切换以用于实现高性能电致变色装置。在某些实施例中，离子导电层1408是无机和/或固体。在其它实施例中，省略了离子导电层1408。
合适的离子导电层(用于具有不同ic层的电致变色装置)的实例包含硅酸盐、氧化硅、氧化钨、氧化钽、氧化铌和硼酸盐。氧化硅包含硅-铝-氧化物。这些材料可以掺杂有不同的掺杂剂，包含锂。锂掺杂的氧化硅包含锂硅-铝-氧化物。在一些实施例中，离子导电层包括基于硅酸盐的结构。在一些实施例中，硅-铝-氧化物(sialo)用于离子导电层1408。
电致变色装置1400可包含一个或多个额外层(未示出)，例如一个或多个无源层。用于改善某些光学性质的无源层可以包含在电致变色装置1400中。用于提供防潮或抗划伤性的无源层也可包含在电致变色装置1400中。例如，可以用抗反射或保护性氧化物或氮化物层处理导电层。其它钝化层可用于气密密封电致变色装置1400。
图15是处于透明状态(或转变为透明状态)的电致变色装置的示意性横截面。根据特定实施例，电致变色装置1500包含氧化钨阴极上色电致变色层(ec)1506和镍-钨氧化物阳极上色反电极层(ce)1510。电致变色装置1500还包含基板1502、导电层(cl)1504、离子导电层(ic)1508和导电层(cl)1514。
电源1516被配置为通过到导电层1504和1514的合适的连接(例如，汇流条)将电位和/或电流施加到电致变色堆叠1520。在一些实施例中，电压源被配置为施加大约2v的电位，以便驱动装置从一个光学状态到另一个光学状态的转变。如图15所示的电位的极性使得离子(在该实例中为锂离子)主要存在于镍-钨氧化物阳极上色反电极层1510中(如虚线箭头所示)。
图16是图15中所示的电致变色装置1500的示意性横截面，但处于着色状态(或转变为着色状态)。在图17中，电压源1516的极性反转，使得电致变色层更负，以接受额外的锂离子，从而转变为着色状态。如虚线箭头所示，锂离子跨越离子导电层1508传送到氧化钨电致变色层1506。氧化钨电致变色层1506以着色状态示出。镍-钨氧化物反电极1510也以着色状态示出。如所解释，镍-钨氧化物随着其放弃(脱嵌)锂离子而逐渐变得更不透明。在此实例中，存在协同效应，其中向层1506和1510两者的着色状态的转变有助于减少透过堆叠和基板的光的量。
如上所述，电致变色装置可包含通常称为电致变色(ec)电极层(或更简单地称为电致变色层)的阴极上色层和通常称为反电极(ce)层的阳极上色反电极层，其由对离子具有高导电性并且对电子具有高电阻的离子导电(ic)层隔开。如常规所理解的，离子导电层防止电致变色层和反电极层之间的短路。离子导电层允许电致变色和反电极保持电荷，从而保持其透明或着色状态。在具有不同层的电致变色装置中，组件形成堆叠，所述堆叠包含夹在电致变色电极层和反电极层之间的离子导电层。这三个堆叠组件之间的边界由组成和/或微结构的突然变化来限定。因此，这些装置具有三个不同的层，具有两个突变的接口。
根据某些实施例，反电极和电致变色电极彼此紧邻形成，有时直接接触，而不单独沉积离子导电层。在一些实施例中，具有界面区域而不是不同ic层的电致变色装置与本文所描述的控制器一起使用。这些装置及其制造方法在以下文献中描述：第8,300,298号美国专利、第8,582,193号美国专利、第8,764,950号美国专利、第8,764,951号美国专利，四个专利中的每一个标题为“电致变色装置(electrochromicdevices)”，zhongchunwang等人作为发明人，且各自以引用的方式并入本文中。
图17是处于着色状态的电致变色装置1700的示意性横截面，其中所述装置具有界面区域1708，其不包含不同的ic层。电压源1716、导电层1714和1704以及基板1702基本上与关于图14和15所描述的相同。在导电层1714和1704之间是区域1710，其包含阳极上色反电极层1710、阴极上色电致变色层1706和它们之间的界面区域1708，而不是不同的ic层。在此实例中，在反电极层1710和界面区域1708之间没有明显的边界，在电致变色层1706和界面区域1708之间也没有明显的边界。而是，在ce层1710和界面区域1708之间以及界面区域1708和ec层1706之间存在漫射转变。
尽管已经在一些细节上描述了前述发明以便于理解，但是所描述的实施例应被认为是说明性的而非限制性的。对于所属领域的普通技术人员显而易见的是，可以在所附权利要求书的范围内实践某些改变和修改。
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