驱动薄膜可切换光学装置的制造方法_3

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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Vapp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。
[0074] 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Vapp,其使最大 Veff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,Vapp随时间过去而变化。至少部分地将V app的 变化确定为Vrff的函数。在某些实施方案中,以维持可接受Vrff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。
[0075] 在光学转变期间不调整Vapp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Vrff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Vapp的调整。
[0076] 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Vapp。 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 rff的影响。在此实例中,驱动分布导致中等汲取 电流情形(25 μ A/cm2),当所汲取电流较高(42 μ A/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Vrff。另外,在转变完成且窗达到低汲取电流配置 (5 μ A/cm2)之后,Veff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。
[0077] 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。
[0078] 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。
[0079] 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。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082] 图8中所描绘的电压值表示所施加电压(Vapp)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;Vea分量813,其继续驱动所述转变;斜升到保持分量815 ;以及V fiyt分量817。斜升分量实现为Vapp的变化,且V ?_和Vmf分量提供恒定或大体上恒定的Vapp 量值。
[0083] 斜升到驱动分量由斜率(增加量值)和V9ra的量值表征。当所施加电压的量值达 到V?时,斜升到驱动分量完成。V 5ra分量由Vea的值以及v_的持续时间表征。可将% _的量值选择为使Vrff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。
[0084] 斜升到保持分量由电压斜率(减小的量值)以及Vfiyf的值(或任选地,V iga与Vffi #之间的差)表征。Vapp根据斜率而降低,直到达到Vfiyf的值为止。Vfiyf分量由V fiyf的量值 以及Vmf的持续时间表征。实际上,Vfiyf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 9ra以及斜升到保持分量,V Iif分量具有任意长度,其与装置的光学转变的物理学无关。
[0085] 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 9ra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Vfiw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 9ra、斜升到保持和Vfiyf ),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。
[0086] 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Vapp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。
[0087] 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 iga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。
[0088] 在某些实施方案中,基于上文所述的考虑来选择Vea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V5ra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 5ra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V9ra的持续时间。在一些实施方案中,可将V 9ra的持续 时间设定为指定时间周期。在另一实施方案中,将V9ra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 9ra期间斜降。见电流段807。
[0089] 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 rff的局部值增加。如果所施加电压不减小,那么Veff的这些增加的值可损坏装置 或使装置降级。因此,确定V 5ra的持续时间中的另一考虑是减小与泄露电流相关联的Veff 的水平的目标。通过使所施加电压从降低到Vmf,不仅装置的面上的Vrff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 Vfiyf期间稳定到稳定的泄露电流809。
[0090] 电致夺色装詈和棹制器
[0091] 图9展示包含两个窗格或简化物216的I⑶102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。
[0092] 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,I⑶102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。
[0093] 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。
[0094] 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 Na2OXaO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
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