Управление тонкопленочными переключаемыми оптическими устройствами

Управление тонкопленочными переключаемыми оптическими устройствами

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент США №61/680 221, поданной 6 августа 2012 г., и заявки на патент США №13/682 618, поданной 20 ноября 2012 г., содержание которых полностью и для всех целей включено в настоящую заявку посредством ссылки.

Уровень техники

Электрохромные устройства (ЭУ) обычно содержат многослойную стопу, содержащую: (а) по меньшей мере один электрохромный материал, изменяющий свои оптические свойства, например, интенсивность видимого света, пропускаемого через слой, в ответ на приложение электрического напряжения, (b) ионный проводник, обеспечивающий возможность ионам (например, ионам Li⁺) проходить через него в электрохромный материал и из электрохромного материала для изменения указанного оптического свойства, при изоляции от электрического замыкания, и (с) слои прозрачного проводника (например, прозрачные проводящие окиси, ППО), к которым приложен электрический потенциал. В некоторых случаях электрический потенциал приложен с противоположных краев электрохромного устройства и через видимую область устройства. Прозрачные слои проводника выполнены с возможностью обладания относительно высокими значениями электронной проводимости. Электрохромные устройства могут иметь слои в дополнение к вышеописанным, например, слои накопления ионов, которые выполняют или не выполняют окрашивание.

Вследствие физических особенностей работы устройства соответствующая функция электрохромного устройства зависит от многих факторов, например, от перемещения ионов через слои материала, электрического напряжения, необходимого для перемещения ионов, поверхностного сопротивления слоев прозрачных проводников и от других факторов. При увеличении размера электрохромных устройств становятся неподходящими обычные методики управления электрохромными переходами. Например, при обычных профилях управления устройство тщательно управляется при достаточно низких напряжениях во избежание повреждения устройства при слишком жестком прохождении ионов через него, что замедляет скорость переключения, или устройство работает при более высоких напряжениях с увеличением скорости переключения, что приводит к преждевременному ухудшению устройства.

Следовательно, необходимы улучшенные способы управления электрохромными устройствами.

Раскрытие изобретения

Особенности этого изобретения относятся к устройствам управления и способам управления при приложении управляющего напряжения к шинам большого электрохромного устройства. Такие устройства часто выполнены на окнах, например, из архитектурно-строительного стекла. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения приложенное управляющее напряжение имеет определенную величину, достаточную для управления переходом по всей поверхности электрохромного устройства, которая не повреждает и не ухудшает устройство. Область, размещенная на одинаковом расстоянии от шин, испытывает самое низкое эффективное напряжение, а области вблизи шин испытывают самое высокое эффективное напряжение. Приложенное управляющее напряжение образует во всех местоположениях на наружной поверхности электрохромного устройства эффективное напряжение, значение которого находится в ограниченном диапазоне. Верхний предел этого диапазона расположен безопасно ниже напряжения, при котором полагают, что устройство может претерпевать повреждение или ухудшение работы, которые могли бы воздействовать на его характеристики в ближайшей перспективе или в течение длительного срока. На нижней границе этого диапазона имеет место эффективное напряжение, при котором переход между оптическими состояниями электрохромного устройства происходит относительно быстро. Уровень напряжения, приложенного между шинами, значительно превышает максимальное значение эффективного напряжения внутри ограниченного диапазона.

Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложено устройство управления, предназначенное для управления оптическим состоянием тонкопленочного электрохромного устройства. Такие устройства управления могут быть выполнены с: (а) электрической схемой для приложения напряжения или подачи команд на приложение напряжения между шинами на тонкопленочном электрохромном устройстве и (b) компонентом обработки. Компонент обработки (b) может быть разработан или выполнен с возможностью выполнения следующих операций: (i) определение необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние; и (ii) удержание значения первого приложенного напряжения между шинами тонкопленочного электрохромного устройства в ответ на определение необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. Величина первого приложенного напряжения достаточна для обеспечения того, что во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве имеет место эффективное напряжение между максимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, безопасно избегающее повреждения тонкопленочного электрохромного устройства, и минимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, достаточное для управления переходом из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. Кроме того, первое приложенное напряжение значительно больше максимального эффективного напряжения.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения это достигнуто посредством поддержания эффективного напряжения во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве во время перехода из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. В таких случаях это достигают посредством уменьшения величины первого приложенного между шинами напряжения по сравнению с первым напряжением при переходе из первого оптического состояния во второе оптическое состояние.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения устройство управления может иметь максимальное эффективное напряжение, примерно равное 2,5 В или ниже, и минимальное эффективное напряжение, примерно равное 1,2 В или выше.

Согласно другому аспекту предложены электрохромное устройство и системы управления, которые содержат описанные выше устройства управления, причем тонкопленочное электрохромное устройство содержит шины, электрически соединенные с устройством управления.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения электрохромное устройство и система управления содержат шины, размещенные на противоположных сторонах тонкопленочного электрохромного устройства. В других случаях его шины разделены расстоянием, по меньшей мере равным примерно 30 дюймам. В других случаях его шины разделены расстоянием, по меньшей мере равным примерно 40 дюймам.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения тонкопленочное электрохромное устройство расположено на архитектурном стекле. В других вариантах реализации настоящего изобретения ширина тонкопленочного электрохромного устройства составляет по меньшей мере примерно 30 дюймов.

В одном варианте реализации настоящего изобретения тонкопленочное электрохромное устройство содержит два прозрачных проводящих слоя, каждый обладающий поверхностным сопротивлением R_S, расстояние между шинами составляет L, причем значение R_S*J*L² для тонкопленочного электрохромного устройства больше примерно 3 В.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложены устройства управления, предназначенные для управления оптическим состоянием тонкопленочного электрохромного устройства. Такие устройства управления могут содержать: (а) электрическую схему для приложения напряжения или подачи команд о приложении напряжения между шинами на тонкопленочном электрохромном устройстве и (b) среду для хранения команд по управлению электрической схемой. Среда для хранения команд может содержать: (i) программу для определения необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние; и (ii) программу для удержания значения первого приложенного напряжения между шинами тонкопленочного электрохромного устройства в ответ на определение необходимости перехода тонкопленочного электрохромного устройства из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. Первое приложенное напряжение выбрано для обеспечения того, чтобы во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве имело место эффективное напряжение между максимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, безопасно избегающее повреждения тонко пленочного электрохромного устройства, и минимальным эффективным напряжением, определенным как напряжение, достаточное для управления переходом из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. Кроме того, такое первое приложенное напряжение значительно больше максимального эффективного напряжения.

В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения среда для хранения команд содержит программу для поддержания эффективного напряжения во всех местоположениях на тонкопленочном электрохромном устройстве во время перехода из первого оптического состояния во второе оптическое состояние. В этом случае это выполнено при наличии программы для уменьшения величины первого приложенного между шинами напряжения по сравнению с первым напряжением в течение перехода из первого оптического состояния во второе оптическое состояние.

Другая особенность среды для хранения команд состоит в наличии программы для линейного изменения приложенного к шинам напряжения с определенной скоростью изменения вплоть до достижения первого приложенного напряжения. Еще одна особенность состоит в наличии программы для удержания значения первого приложенного к шинам напряжения в течение определенного периода.

Кроме того, среда для хранения команд может также содержать программу для линейного изменения приложенного к шинам напряжения от первого приложенного напряжения до удерживаемого напряжения, имеющего меньшую величину, чем первое приложенное напряжение. При такой реализации программа для линейного изменения приложенного к шинам напряжения от первого приложенного напряжения до удерживаемого значения напряжения указывает определенную скорость изменения.

При некоторых реализациях устройства управления могут иметь максимальное эффективное напряжение, примерно составляющее 2,5 В или ниже, а минимальное эффективное напряжение составляет примерно 1,2 В или выше. Устройства управления могут подавать первое приложенное напряжение, составляющее от примерно 2,5 В до 5 В.

Эти и другие особенности и отличительные признаки описаны более подробно ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1А схематично показана плоская конфигурация шины.

На фиг. 1В показан упрощенный график локального значения напряжения на каждом прозрачном проводящем слое как функции положения на слое.

На фиг. 1С показан упрощенный график напряжения V_eff как функции положения при перемещении по устройству.

На фиг. 2 показаны профили напряжения для различных размеров устройства (расстояний между шинами) при постоянном значении напряжения V_app.

На фиг. 3 показаны профили напряжения для различных размеров устройства при различных значениях приложенного напряжения V_app, необходимых для поддержания напряжения V_eff на подходящих уровнях.

На фиг. 4 показаны профили окрашивания устройства (величина напряжения V_eff в зависимости от положения) для различных размеров устройства при использовании фиксированных и переменных значений напряжения V_app. В каждом наборе из четырех кривых верхняя кривая имеет отношение к самому маленькому устройству (10 дюймов), а самая нижняя кривая имеет отношение к самому большому устройству (40 дюймов).

На фиг. 5 показаны напряжения V_TCL и V_eff в зависимости от положения устройства для трех различных размеров устройства при использовании обычного фиксированного значения напряжения V_app.

На фиг. 6 показаны напряжения V_TCL и V_eff в зависимости от положения устройства для трех различных размеров устройства при использовании переменных значений напряжения V_app, оптимизированных для управления переходами при поддержании безопасного значения напряжения V_eff.

На фиг. 7 показана диаграмма, отображающая профили напряжения и тока, связанные с переходом электрохромного устройства из обесцвеченного состояния в окрашенное состояние и из окрашенного состояния в обесцвеченное состояние.

На фиг. 8 показана диаграмма, отображающая определенные профили напряжения и тока, связанные с переходом электрохромного устройства из обесцвеченного состояния в окрашенное состояние.

На фиг. 9 показана поперечная аксонометрическая проекция взятого в качестве примера электрохромного окна, содержащего две светоотражающие панели.

На фиг. 10 схематически показано устройство управления окном и сопутствующие компоненты.

Подробное описание изобретения

В типичном электрохромном устройстве управление цветовым переходом выполняют посредством приложения определенного напряжения к двум разделенным промежутком шинам на устройстве. В таком устройстве удобно размещать шины перпендикулярно к меньшему размеру прямоугольного окна (см. фиг. 1А), поскольку прозрачные проводящие слои обладают соответствующим поверхностным сопротивлением и эта конфигурация обеспечивает возможность самого короткого промежутка, по которому ток должен проходить для перекрытия всей области устройства, что, таким образом, уменьшает время, необходимое для полной зарядки слоев проводника по их соответствующим областям и, таким образом, уменьшает время для выполнения перехода устройством.

Хотя прилагаемое напряжение V_app подают через шины, по существу все области устройства видят более низкое локальное эффективное напряжение V_eff вследствие поверхностного сопротивления прозрачных проводящих слоев и омического падения напряжения между концами устройства. Центр устройства (положение на полпути между двумя указанными шинами) часто обладает самым низким значением напряжения V_eff. Это часто приводит к неприемлемо малому диапазону оптического переключения и/или к неприемлемо большому времени переключения в центре устройства. Эти проблемы, возможно, не имеют места на краях устройства, ближе к шинам. Это объяснено ниже более подробно со ссылками на фиг. 1B и 1С.

При использовании здесь значение напряжения V_app относится к разности напряжений, прилагаемой к двум шинам противоположной полярности на электрохромном устройстве. Как объяснено ниже, каждая шина электронно соединена с отдельным прозрачным проводящим слоем. Между прозрачными проводящими слоями помещены материалы электрохромного устройства. Каждый из прозрачных проводящих слоев испытывает падение напряжения на участке от шины, к которой он прикреплен, до местоположения, удаленного от шины. Обычно, чем больше расстояние от шины, тем больше падение напряжения в прозрачном проводящем слое. Локальный потенциал прозрачных проводящих слоев часто обозначен здесь как V_TCL. Как уже отмечено, шины противоположной полярности обычно отделены друг от друга в боковом направлении через наружную поверхность электрохромного устройства. Напряжение V_eff равно потенциалу между положительным и отрицательным прозрачными проводящими слоями в любом определенном местоположении на электрохромном устройстве (при х, y-координатах в декартовом пространстве). В точке проведения измерения напряжения V_eff два прозрачных проводящих слоя отстоят друг от друга в z-направлении (на толщину материалов электрохромного устройства), но совместно обладают одинаковыми х, y-координатами.

Особенности настоящего изобретения имеют отношение к устройствам управления и способам управления, в которых уровень приложенного к шинам напряжения, управляющий переходом по всей поверхности электрохромного устройства, таков, что не повреждает или ухудшает устройство. Приложенное управляющее напряжение образует во всех местоположениях на наружной поверхности электрохромного устройства эффективное напряжение, значение которого находится в ограниченном диапазоне. Верхний предел этого диапазона связан с напряжением, расположенным безопасно ниже уровня, при котором устройство может претерпевать повреждение или ухудшение работы, которые могли бы воздействовать на его характеристики в ближайшей перспективе или в течение длительного срока. На нижней границе этого диапазона имеет место эффективное напряжение, при котором переход между оптическими состояниями электрохромного устройства происходит относительно быстро. Уровень напряжения, приложенного между шинами, значительно превышает максимальное значение эффективного напряжения V_eff внутри ограниченного диапазона.

На фиг. 1А показан вид сверху вниз электрохромной светоотражающей панели 100, содержащей шины, обладающие плоской конфигурацией. Электрохромная светоотражающая панель 100 содержит первую шину 105, размещенную на первом проводящем слое 110, и вторую шину 115, размещенную на втором проводящем слое 120. Электрохромная стопа (не показана) размещена между первым проводящим слоем 110 и вторым проводящим слоем 120. Как можно видеть, первая шина 105 может быть вытянута по существу вдоль одной стороны первого проводящего слоя 110. Вторая шина 115 может быть вытянута вдоль по существу одной стороны второго проводящего слоя 120, противоположной той стороне электрохромной светоотражающей панели 100, на которой расположена первая шина 105. Некоторые устройства могут содержать дополнительные шины, например, на всех четырех краях, но это усложняет изготовление. Дальнейшее описание конфигураций шин, включая шины с плоской конфигурацией, можно найти в заявке на патент США №13/452032, поданной 20 апреля 2012 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

На фиг. 1В показана диаграмма, иллюстрирующая график локального напряжения в первом прозрачном проводящем слое 110 и напряжения во втором прозрачном проводящем слое 120, которое управляет, например, переходом электрохромной светоотражающей панели 100 из обесцвеченного состояния в окрашенное состояние. График 125 показывает локальные значения напряжения V_TCL в первом прозрачном проводящем слое 110. Как можно видеть, напряжение падает при переходе с левой стороны (например, где первая шина 105 размещена на первом проводящем слое 110 и где приложено напряжение) на правую сторону первого проводящего слоя 110 вследствие поверхностного сопротивления и тока, проходящего через первый проводящий слой 110. График 130 также показывает локальное напряжение V_TCL во втором проводящем слое 120. Как можно видеть, напряжение возрастает при переходе с правой стороны (например, где вторая шина 115 размещена на втором проводящем слое 120 и где приложено напряжение) на левую сторону второго проводящего слоя 120 вследствие поверхностного сопротивления второго проводящего слоя 120. В этом примере значение напряжения V_app равно разности напряжений между правым концом графика 130 напряжения и левым концом графика 125 напряжения. Значение напряжения V_eff в любом местоположении между шинами равно разности значений кривых 130 и 125 в положении на оси х, соответствующем представляющему интерес местоположению.

На фиг. 1С показана диаграмма, иллюстрирующая график напряжения V_eff по электрохромному устройству между первым и вторым проводящими слоями 110 и 120 электрохромной светоотражающей панели 100. Как можно видеть, эффективное напряжение равно разности локальных напряжений между первым проводящим слоем 110 и вторым проводящим слоем 120. Области электрохромного устройства, подвергнутые более высоким значениям эффективного напряжения, выполняют переход между оптическими состояниями быстрее областей, подвергнутых меньшим значениям эффективного напряжения. Как можно видеть, эффективное напряжение самое низкое в центре электрохромной светоотражающей панели 100 и самое высокое на краях электрохромной светоотражающей панели 100. Падение напряжения между концами устройства представляет собой омическое падение напряжения вследствие тока, проходящего через устройство (который представляет собой сумму электронного тока между слоями, способного к выполнению реакций окисления-восстановления в электрохромном устройстве, и ионного тока, связанного с реакцией окисления-восстановления). Падение напряжения между концами больших электрохромных окон может быть уменьшено посредством формирования дополнительных шин внутри поля зрения окна, что фактически разделяет одно большое оптическое окно на множество электрохромных окон меньшего размера, которые могут быть управляемы последовательно или параллельно. Однако такой подход не предпочтителен с эстетической точки зрения вследствие контраста между видимой областью и шиной(-ами) в видимой области. Таким образом, для глаз намного приятнее иметь монолитное электрохромное устройство без каких-либо раздражающих шин в видимой области.

Как описано выше, при возрастании размера окна возрастает сопротивление прозрачных проводящих оксидных слоев между точками, ближайшими к шине (называемыми в последующем описании краем устройства) и точками, дальше всего отстоящими от шин (называемыми в последующем описании центром устройства). При фиксированной величине тока, проходящего через прозрачный проводящий оксидный слой, возрастает падение эффективного напряжения при переходе через прозрачный проводящий оксидный слой и это уменьшает значение эффективного напряжения в центре устройства. Этот эффект усилен тем, что обычно при увеличении области окна плотность тока утечки для окна остается постоянной, но полный ток утечки возрастает вследствие увеличения области. Таким образом, при учете обоих этих эффектов имеет место существенное падение эффективного напряжения в центре электрохромного окна, вследствие чего электрохромные окна, размером больше, например, примерно 30 дюймов в поперечном направлении, могут работать ненадлежащим образом. В некоторой степени неудовлетворительная работа может быть устранена посредством использования более высокого напряжения V_app таким образом, что в центре устройства достигнуто подходящее эффективное напряжение; однако затруднение при таком подходе состоит в том, что обычные высокие напряжения на краю окна, необходимые для достижения подходящего напряжения в центре, могут ухудшать электрохромное устройство в области края, что может приводить к неудовлетворительной работе.

Обычно диапазон безопасной работы окон, основанных на твердотельном электрохромном устройстве, составляет от примерно 0,5 В до 4 В, или чаще от примерно 1 В до 3 В, например, от 1,1 В до 1,8 В. Это локальные значения напряжения V_eff. В одном варианте реализации настоящего изобретения устройство управления или алгоритм управления электрохромным устройством задают профиль управления, где напряжение V_eff всегда ниже 3 В, в другом варианте реализации настоящего изобретения устройство управления управляет напряжением V_eff таким образом, что оно всегда ниже 2,5 В, а еще в одном варианте реализации настоящего изобретения устройство управления управляет напряжением V_eff таким образом, что оно всегда ниже 1,8 В. Специалистам в данной области техники понятно, что эти диапазоны применимы к обоим переходам между оптическими состояниями устройств (например, к переходам из обесцвеченного (чистого) состояния к слегка окрашенному и от слегка окрашенного состояния в обесцвеченное в абсорбционном устройстве) и что значение напряжения V_eff может быть различным для конкретного перехода. Указанные значения напряжения имеют отношение к усредненному по времени напряжению (где время усреднения представляет собой время порядка того, что необходимо для малого оптического отклика, например, от нескольких секунд до нескольких минут). Специалистам в данной области техники также понятно, что это описание применимо к различным типам механизма управления, включая фиксированное напряжение (фиксированный постоянный ток), фиксированную полярность (переменный во времени постоянный ток) или переключаемую полярность (переменный ток, средние частоты, радиочастотная мощность и т.д. со смещением постоянным током).

Дополнительная сложность при работе с электрохромными окнами состоит в том, что ток, проходящий через окно, не фиксирован во времени. Вместо этого, во время первоначального перехода из одного состояния в другое проходящий через устройство ток существенно больше (до 30 раз больше), чем в конечном состоянии после завершения оптического перехода. Затруднение, связанное с недостаточным окрашиванием в центре устройства, дополнительно усилено во время этого периода первоначального перехода, поскольку напряжение V_eff в центре еще ниже, чем в конце периода перехода.

Описанные здесь устройства управления и алгоритмы управления электрохромным устройством преодолевают эти вышеуказанные недостатки. Как уже упомянуто, приложенное напряжение образует во всех местоположениях на наружной поверхности электрохромного устройства эффективное напряжение, значение которого находится в ограниченном диапазоне, а уровень напряжения, приложенного между шинами, значительно больше максимального значения напряжения V_eff внутри ограниченного диапазона.

В случае электрохромного устройства с плоской шиной можно показать, что напряжение V_eff по устройству с плоскими шинами обычно задано выражением:

где:

V_app представляет собой разность напряжений, приложенную к шинам для управления электрохромным окном;

ΔV(0) представляет собой напряжение V_eff в шине, прикрепленной к первому прозрачному проводящему слою (в примере ниже, к прозрачному проводящему оксидному слою типа ТЕС);

ΔV(L) представляет собой напряжение V_eff в шине, прикрепленной ко второму прозрачному проводящему слою (в примере ниже, к прозрачному проводящему оксидному слою типа оксида индия-олова (ITO));

ΔV(L/2) представляет собой напряжение V_eff в центре устройства, на полпути между двумя плоскими шинами;

R = поверхностное сопротивление прозрачного проводящего слоя;

J = мгновенная локальная плотность тока; и

L = расстояние между шинами электрохромного устройства.

Как полагают, прозрачные проводящие слои обладают по существу аналогичным, если не тем же самым, значением поверхностного сопротивления для вычисления. Однако специалистам в данной области техники понятно, что применимая физика омического падения напряжения и локального эффективного напряжения все еще работает, даже если прозрачные проводящие слои имеют различные поверхностные сопротивления.

Как уже отмечено, определенные примеры реализации настоящего изобретения относятся к устройствам управлениям и алгоритмам управления, предназначенным для управления оптическими переходами в устройствах с плоскими шинами. В таких устройствах по существу линейные шины противоположной полярности размещены на противоположных сторонах прямоугольного или другого многоугольного электрохромного устройства. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения могут быть использованы устройства с неплоскими шинами. Такие устройства могут использовать, например, изогнутые под углом шины, размещенные в вершинах устройства. В таких устройствах эффективное расстояние L между шинами определено на основании геометрии устройства и шин. Описание конфигураций шин и расстояний между шинами можно найти в заявке на патент США №13/452032, поименованной как «Изогнутая под углом шина» и поданной 20 апреля 2012 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.

При увеличении значений R, J или L происходит уменьшение напряжения V_eff по устройству, что, тем самым, замедляется или уменьшается окрашивание устройства во время перехода и даже в заключительном оптическом состоянии. Как можно видеть на фиг. 2, по мере увеличения расстояния между шинами от 10 дюймов до 40 дюймов происходит увеличение падения напряжения по слоям ТЕС и оксида индия-олова (кривые на верхнем графике) и это приводит к падению напряжения V_eff (нижние кривые) по устройству.

Таким образом, при использовании обычных алгоритмов управления электрохромные окна с размерами 10 дюймов и 20 дюймов могут быть выполнены с возможностью эффективного переключения, окна с размером 30 дюймов проявляют предельно допустимые характеристики в центре, а окна с размером 40 дюймов не будут показывать хорошие характеристики по всему окну. Это ограничивает масштабирование электрохромной технологии на окна больших размеров.

Снова обращаясь к Уравнению 1, можно видеть, что напряжение V_eff по окну по меньшей мере в RJL²/2 раз меньше напряжения V_app. Было обнаружено, что по мере увеличения падения омического напряжения (вследствие увеличения размера окна, потребления тока и т.д.) часть потерь может быть нейтрализована посредством увеличения напряжения V_app, но это допустимо делать только до значения, удерживающего значение напряжение V_eff на краях устройства ниже порогового значения, при котором может иметь место ухудшение надежности. Другими словами, было признано, что оба типа прозрачных проводящих слоев испытывают омическое падение напряжения и что это падение напряжения возрастает с увеличением расстояния от соответствующей шины, и следовательно напряжение V_TCL падает с увеличением расстояния от шины для обоих типов прозрачных проводящих слоев и, как следствие, имеет место уменьшение напряжения V_eff по всему электрохромному окну.

Хотя приложенное напряжение увеличено до уровня, намного превышающего верхний предел безопасного напряжения V_eff, фактически напряжение V_eff никогда в действительности не достигает этого высокого значения приложенного напряжения. В местоположениях вблизи шин напряжение в прикрепленных прозрачных проводящих слоях, входящих в контакт с шинами, довольно высоко, но в том же самом местоположении напряжение в прозрачных проводящих слоях с противоположной полярностью падает приемлемо близко к приложенному потенциалу посредством омического падения напряжения по наружным поверхностям проводящих слоев. Описанные здесь алгоритмы управления принимают это во внимание. Другими словами, напряжение прилагаемое к шинам, может быть выше, чем обычно считают возможным. Можно предполагать, что высокое напряжение V_app, имеющее место на шинах, дает слишком высокое значение напряжения V_eff вблизи шин. Однако при использовании значения напряжения V_app, учитывающего размер окна и омическое падение напряжения в прозрачных проводящих слоях, безопасное, но соответственно высокое значение напряжения V_eff имеет место по всей поверхности электрохромного устройства. Соответствующее значение напряжения V_app, приложенного к шинам, больше в больших устройствах, чем в меньших устройствах. Это показано более подробно на фиг. 3 и в соответствующем описании.

Обращаясь к фиг. 3 можно видеть, что электрохромное устройство управляемо посредством механизмов управления, прилагающих напряжение V_app таким образом, что напряжение V_eff остается определенно выше порогового напряжения 1,2 В (сравните с фиг. 2). Увеличение требуемого напряжения V_app может быть замечено по максимальному значению напряжения V_TCL, возрастающего со значения примерно 2,5 В до примерно 4 В. Однако это не приводит к увеличению значения напряжения V_eff вблизи шин, которое остается равным примерно 2,4 В для всех устройств.

На фиг. 4 показан график, сравнивающий обычный подход, при котором напряжение V_app фиксировано для устройств различных размеров, с новым подходом, при котором напряжение V_app различно для устройств различных размеров. Посредством регулирования напряжения V_app в зависимости от размера устройства алгоритмы управления обеспечивают возможность существенного улучшения характеристик (скорости переключения) больших электрохромных окон без увеличения риска ухудшения устройства, поскольку значение напряжения V_eff во всех случаях поддержано выше порогового напряжения, но внутри безопасного диапазона. Алгоритмы управления, специально приспособленные к параметрам данного окна, например, к размеру окна, к типу прозрачного проводящего слоя, значению сопротивления R_S, к значению мгновенной плотности тока через устройство и т.д., обеспечивают возможность работы существенно больших электрохромных окон с подходящей скоростью переключения, не доступной при ином подходе без ухудшения устройства.

Параметры V_eff и V_app

Далее будет дополнительно описано управление верхним и нижним пределами диапазона значений напряжения V_eff по всей поверхности электрохромного устройства. Как указано выше, при слишком высоком напряжении V_eff оно повреждает или ухудшает электрохромное устройство в местоположении(-ях) с высоким напряжением. Повреждение или ухудшение могут быть выражены в виде необратимой электрохромной реакции, которая может уменьшить оптический диапазон переключения, ухудшить эстетический вид (появление игольчатых отверстий, локальное изменение внешнего вида пленки), увеличить ток утечки, привести к расслаиванию пленки и т.д. Для многих устройств максимальное значение напряжения V_eff составляет примерно 4 В или примерно 3 В или примерно 2,5 В или примерно 1,8 В. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения верхний предел напряжения V_eff выбран так, что содержит буферный диапазон таким образом, что максимальное значение напряжения V_eff ниже фактического значения, которое, как ожидают, приводит к ухудшению. Разность между этим фактическим значением и максимальным значением напряжения V_eff равна размеру буфера. В определенных вариантах реализации настоящего изобретения значение буфера составляет от примерно 0,2 В до 0,6 В.

Нижняя граница диапазона эффективных напряжений должна быть выбрана с возможностью обеспечения приемлемого и эффективного перехода между оптическими состояниями электрохромного устройства. Этот переход может быть характеризован скоростью, с которой происходит переход после приложения напряжения, а также другими эффектами, связанными с переходом, такими как образование потеков (неоднородное оттенение по наружной поверхности электрохромного устройства). Например, минимальное значение напряжения V_eff может быть выбрано так, что выполнение полного оптического перехода (например, между полностью обесцвеченным и полностью окрашенным состояниями) по наружной поверхности устройства происходит примерно за 45 минут или меньше, или примерно за 10 минут или меньше. Для многих устройств максимальное значение напряжения V_eff составляет примерно 0,5 В или примерно 0,7 В или примерно 1 В или примерно 1,2 В.

Для устройств, имеющих 3 или больше состояний, целевой диапазон напряжений V_eff обычно не воздействует на достижение и поддержание промежуточных состояний в электрохромном устройстве со многими состояниями. Промежуточные состояния управляются напряжениями между конечными состояниями и, следовательно, напряжение V_eff всегда будет поддержано внутри безопасного диапазона.

Как уже упомянуто, для больших электрохромных устройств значение напряжения V_app может быть больше максимального приемлемого значения напряжения V_eff. Таким образом, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения напряжение V_app больше (на любую величину) максимального значения напряжения V_eff. Однако в некоторых вариантах реализации разность между значением напряжением V_app и максима