驱动薄膜可切换光学装置的制造方法
【专利说明】驱动薄膜可切换光学装置
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 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。
[0003] 发明背景
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 需要改进的用于驱动电致变色装置的方法。 发明概要
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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 Rs，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Rs*J*L2的值。
[0015] 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。
[0016] 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。
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 附图简述
[0022] 图IA示意性地描绘平面汇流排布置。
[0023] 图IB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。
[0024] 图IC呈现随在装置上的位置而变的Veff的简化曲线图。
[0025] 图2描绘具有Vapp的固定值的各种装置尺寸（汇流排间距）的电压分布。
[0026] 图3描绘具有在必要时以不同值供应以使Vrff维持在合适电平的V app的各种装置 的电压分布。
[0027] 图4呈现使用固定和可变Vapp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）。
[0028] 图5展示当使用Vapp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 Vtcl和 V eff 〇
[0029] 图6展示当使用为驱动转变同时维持安全的Veff而优化的Vapp的可变值时，针对三 个不同装置尺寸随装置位置而变的V Ta和V rff。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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】
[0034] 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。
[0035] 当在汇流条上施加所施加电压Vapp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Vrff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IB和IC更详细地阐释。
[0036] 如本文所使用，Vapp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ντα。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Veff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。
[0037] 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 rff的最大值。
[0038] 图IA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。
[0039] 图IB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 Ta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 Ta。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