[发明专利]电致变色器件的控制

说明书

技术领域

本发明总体上涉及电致变色器件以及用于操作这种器件的方法，尤其涉及用于控制电致变色器件的透射率的方法和设备。

背景技术

电致变色器件是能够根据所施加的电信号来改变其透光度的器件。电致变色器件的应用包括但不限于：建筑上的窗户、信息显示器、滤光器和调光器、交通工具中的后视镜、天窗和窗户、眼镜、附有面罩的头盔、滑雪用护目镜、具有可变热发射率的表面或伪装器材。

现有不同类型的电致变色器件。一些器件需要连续的电压或电能供给以保持某种透射率水平，通常被称为自擦除器件(self-erasing device)。其他器件借助于电信号从一种透射状态转变为另一种透射状态，但是如果断开电信号的话，则基本上保持其透射率。

后面类型中的一种典型的电致变色器件包括堆积在一个基片上的五个叠加层，或者定位于两个基片之间的五个叠加层，这两个基片处于连接在一起的结构中。五层电致变色叠层的中心部分是离子导体，也被称为电解质。离子导体与电致变色膜相接触，能够传导离子。在离子导体的另一面是用作离子存储层的电子和离子传导对电极膜。中心的三层结构位于电子传导层之间。通过在该叠层的两侧上的电子传导层之间施加外部的电压脉冲，以使得电子和离子在电致变色层和对电极层之间移动，而使该器件分别着色和褪色。将该电压脉冲施加到电致变色器件的方式对于电致变色器件的性能来说是至关重要的。

理论上，驱动电致变色器件(ECD)的最简单方式是在某个规定的时间间隔内施加着色脉冲或褪色脉冲。所使用的典型脉冲是由参数(例如电压和时间)规定的矩形脉冲。在着色的情况中，限定着色电压和着色时间。ECD的透射率的变化与施加到ECD的或从ECD提取出的电荷量有关。因此，脉冲的持续时间非常重要。这种方法被在美国专利第4,412,215号中提出，该专利公开了用于电致变色器件的着色的采用固定时间的控制方法。为了使电致变色器件褪色，施加具有相反极性的电压脉冲并且限定褪色电压和褪色时间。所施加的电压需要适用于所使用的ECD。电压太大就会毁坏ECD，至少不应在较长的时间内长期施加该电压。

实际上，基于预定时间间隔进行转变的方法并不是在所有应用中都有效的，这是由于两种主要原因。第一，电致变色器件的转变速度非常依赖于操作器件时所处的温度。第二，电致变色器件的转变速度也可能随其寿命而变化。因此，旧的器件可能具有与新的器件不同的转变速度。这些方面暗示：为了在着色状态和褪色状态中达到相同的光透射率，着色脉冲和褪色脉冲必须分别具有不同的持续时间，这依赖于操作条件和/或器件历史。换句话说，在不同的条件下，相同持续时间的电压脉冲导致不同程度的着色或褪色。

暴露于变化大的环境的设备的例子可以是：在炎热的夏天使用的与在寒冷的环境中使用的摩托车的附有面罩的头盔。另一个例子是在整天、整个季度或整年中都暴露于温度变化环境的电致变色正面窗。又一个例子是汽车中的后视镜或天窗。

用于电致变色器件的多数现有技术的控制方法并没有把器件的老化考虑进去.新的刚生产的ECD具有不同于经受了几千次操作循环的ECD的性质.因此，为了得到优化的性能，不能用无变化的一组参数来控制这些器件.

在较早的时候，人们已经尝试解决这些问题。获得适当的着色时间和褪色时间的安全方法是实际地测量透射率，并且当达到所需要的透射率水平时中断着色或褪色。例如，这种方法在美国专利第5,822,107号中公开，该专利所述的方法是将时间控制与物理特性(例如电压、电流或玻璃制品的光透射率)的测量相结合。然而，这需要附加的工具来进行光学测量，会使系统更加复杂。可能会有不能测量透射率的情形，例如非透明显示器。也可能会有这种情况，即光学传感器可能会在视线中，因而干扰消费者产品中的视野或仪器中的光束。

有许多现有技术公开了表现为不同类型的控制方法。美国专利第6,404,532号公开了一种用于控制电致变色器件的系统和方法。该系统包括光源和用于测量光的衰减的光检测器，该光检测器配置在电致变色窗的相对侧。脉冲宽度调制的功率信号被用作到电致变色窗的输入。

美国专利第7,133,181号公开了一种用于ECD的控制系统，该控制系统能够估计ECD的温度而不需要外部温度监测元件，接着能够部分地基于温度读数来控制ECD。这种控制系统还提供了一种方法，这种方法确定ECD的褪色和着色历史，确定ECD的透射状态，以及施加保持电压以维持ECD的透射状态。ECD着色和褪色的控制是通过使用脉冲电压信号来完成的。