Управление изменением состояний оптически переключаемых устройств

Управление изменением состояний оптически переключаемых устройств

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США №13/449,235, где в качестве изобретателей приводятся Браун и др., под названием "CONTROLLING TRANSITIONS IN OPTICALLY SWITCHABLE DEVICES" (Номер дела патентного поверенного SLDMP035), поданной 17 апреля 2012 года, которая полностью включена в данную заявку посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Варианты реализации изобретения, описанные в данной заявке, в основном относятся к электрохромным устройствам, а более конкретно к контроллерам окон и связанным с ними алгоритмам для электрохромных окон.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Электрохромизм представляет собой явление, при котором в материале обнаруживается обратимое, обусловленное электрохимическими процессами, изменение оптического свойства в случае изменения электронного состояния материала, как правило, с помощью изменения напряжения, приложенного к нему. Оптическим свойством, обычно, является один или несколько цветов, пропускание, поглощение и отражение. Одним из хорошо известных электрохромных материалов является оксид вольфрама (WO₃). Оксид вольфрама является катодным электрохромным материалом, в котором окрашивание перехода от прозрачного до синего происходит за счет эффекта электрохимического восстановления.

Электрохромные материалы могут быть встроенными, например, в окна для домашнего, коммерческого и иного применений. Цвет, пропускание, оптическая плотность и/или отражение таких окон могут изменяться путем активации изменений в электрохромном материале, то есть электрохромные окна являются окнами, которые электронным образом могут быть затемнены или переведены в состояние пропускания света. Небольшое напряжение, приложенное к электрохромному устройству (ЕС), установленному в окне, будет служить причиной для его затемнения; увеличение напряжения будет служить причиной пропускания света окном. Это свойство позволяет контролировать количество света, проходящего через окна, и предоставляет возможность использовать электрохромные окна в качестве энергосберегающих устройств.

В то время как электрохромизм был открыт в 1960-х годах, электрохромные устройства, а в частности электрохромные окна, их использование, по-прежнему, затруднено, поэтому до сих пор их коммерческий потенциал не используется полностью, несмотря на множество последних достижений в области электрохромной технологии, устройств и соответствующих способов изготовления и/или использования электрохромных устройств.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

В данной заявке описываются системы, способы и устройство для управления изменением состояниями оптически переключаемых устройств.

В одном аспекте представлен способ ограничения энергопотребления в сооружении, в котором между внутренней и внешней частями находится, по меньшей мере, одно окрашиваемое окно. Уровнем окрашивания тонируемых окон можно управлять автоматически. Способ включает прием выходных сигналов от любых двух или более датчиков, выбранных из группы, состоящей из внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, датчика присутствия, внешнего температурного датчика, и датчика пропускания, с помощью которого обнаруживается свет, проходящий извне через тонированное окно. Уровень окрашивания окрашиваемого окна определяется с помощью функциональной зависимости между принятыми выходными сигналами и уровнем окрашивания. Для изменения состояния окраски окрашиваемого окна до определенного уровня окрашивания предусмотрены инструкции.

В другом аспекте представлен контроллер для окрашиваемого окна, установленного в сооружении, имеющем, по меньшей мере, одно тонированное окно между внутренней и внешней частями сооружения. Контроллер содержит процессор или схему управления, по меньшей мере, один вход для приема выходных сигналов от одного или нескольких датчиков, и инструкции для определения посредством процессора или схемы управления уровня окрашивания в окрашиваемом окне с помощью функциональной зависимости между принимаемыми выходными сигналами датчиков и уровнем окрашивания. В качестве выходных сигналов для функциональной зависимости используются выходные сигналы от любых двух или более датчиков, выбранных из группы, состоящей из внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, датчика присутствия, внешнего температурного датчика, и датчика пропускания, с помощью которого обнаруживается свет, проходящий извне через тонированное окно. Контроллер дополнительно содержит, по меньшей мере, один выход для прямого или косвенного управления уровнем окрашивания в окрашиваемом окне.

В другом аспекте представлена система управления энергопотреблением в сооружении, в котором окрашиваемое окно установлено между внутренней и внешней частями сооружения. Система содержит систему управления зданием, панель управления освещением, сеть, посредством которой система управления зданием и панель управления освещением обмениваются данными и контроллер окна для окрашенного окна. Контроллер содержит инструкции для определения уровня окрашивания окрашиваемого окна с помощью функциональной зависимости между принятыми выходными сигналами и уровнем окрашивания. Для функциональной зависимости используются выходные сигналы от любых двух или более датчиков, выбранных из группы, состоящей из внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, датчика присутствия, внешнего температурного датчика, и датчика пропускания, с помощью которого обнаруживается свет, извне проходящий через тонированное окно. Контроллер дополнительно содержит, по меньшей мере, один выход для прямого или косвенного управления уровнем окрашивания в окрашиваемом окне.

В другом аспекте представлен способ минимизации энергопотребления в сооружении, в котором между внутренней и внешней частями сооружения имеется одно окрашиваемое окно. Окрашиваемое окно имеет регулируемый уровень окрашивания, управляемый с помощью контроллера окна. Способ включает прием сигнала, указывающего потребление энергии или мощности системой отопления, системой охлаждения, и/или освещением в сооружении, а также определение уровня окрашивания для окрашиваемого окна с помощью сигнала, указывающего потребление энергии или мощности, потребляемой устройством или системой в сооружении, и выдачу инструкций для установки уровня окрашивания окрашиваемого окна.

В другом аспекте представлен контроллер окна для окрашиваемого окна в сооружении, имеющем, по меньшей мере, одно тонированное окно между внутренней и внешней частями сооружения. Контроллер содержит процессор или схему управления, по меньшей мере, один вход для приема выходных сигналов от одного или нескольких датчиков, и инструкции для того чтобы посредством процессора или схемы управления определять уровень окрашивания окрашиваемого окна с помощью функциональной зависимости между принимаемыми выходными сигналами и уровнем окрашивания. В функциональной зависимости используются выходные сигналы от внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, наружного температурного датчика, и инструкция окрашивания. Контроллер дополнительно содержит, по меньшей мере, один выход для управления уровнем окрашивания окрашиваемого окна прямо или косвенно.

В другом аспекте представлен способ ограничения энергопотребления в сооружении, в котором между внутренней и внешней частями сооружения находится, по меньшей мере, одно окрашиваемое окно. Уровнем окрашивания тонируемых окон можно управлять автоматически. Способ включает в себя прием сигналов, указывающих на уровень внешней интенсивности излучения, измеренной на уровне или вблизи окрашиваемого окна и определение уровня окрашивания окрашиваемого окна с помощью функциональной зависимости между принятыми выходными сигналами и уровнем окрашивания. Функциональная зависимость подразумевает (i) переход от первого более темного уровня окрашивания ко второму более светлому уровню окрашивания в случае, если принятый уровень интенсивности излучения превышает первое пороговое значение, и (ii) переход от второго более светлого уровня окрашивания к первому более темному уровню окрашивания в случае, если принятый уровень освещенности превышает второе пороговое значение. Первое и второе пороговое значения являются различными. Способ дополнительно включает предоставление инструкций для изменения окраски окрашиваемого окна с определенным уровнем окрашивания.

Эти и другие признаки и преимущества будут более подробно описаны ниже со ссылками на соответствующие чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Приведенное ниже подробное описание может стать более понятным при рассмотрении совместно с чертежами, на которых:

На Фиг. 1А-1С представлены схематические чертежи электрохромных устройств, выполненных на стеклянных подложках, т.е. на электрохромных стеклах.

На Фигурах 2А и 2В представлены схематические чертежи поперечного сечения электрохромных стекол, описанных в связи с Фиг. 1А-С, встроенных в стеклопакет.

На Фиг. 3А представлено схематическое поперечное сечение электрохромного устройства.

На Фиг. 3В представлен схематический чертеж поперечного сечения электрохромного устройства в обесцвеченном состояния (или переход в обесцвеченное состояние).

На Фиг. 3С представлен схематический чертеж поперечного сечения электрохромного устройства, показанного на Фиг. 3В, но в окрашенном состоянии (или переход в окрашенное состояние).

На Фиг. 4 представлена блок-схема контроллера окна.

На Фиг. 5 представлен схематический чертеж помещения, в котором установлено электрохромное окно и множество датчиков.

На Фиг. 6 представлена функция, которая может использоваться для определения уровня окрашивания электрохромного окна.

На Фиг. 7 представлена таблица весовых констант, которые могут использоваться с функцией, показанной на Фиг. 6.

На Фиг. 8 представлена блок-схема способа для ограничения энергопотребления в комнате, в которой, по меньшей мере, одно окрашиваемое окно установлено между внутренним и внешним пространством помещения.

На Фиг. 9 представлена блок-схема принципа работы окрашиваемого окна, установленного между внутренним и внешним пространством помещения.

На Фиг. 10 представлен график освещенности, как функции времени для внешнего фотодатчика, измеренной в течение 24-часового периода.

На Фиг. 11 представлена структурная схема варианта реализации системы управления зданием.

На Фиг. 12 представлена блок-схема варианта реализации сети в здании.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В данной заявке описываются контроллеры окна, применяемые для управления тонируемыми окнами, в том числе электрохромными окнами. Практически любое окрашиваемое и/или отражающее окно или зеркало может работать под управлением контроллеров окна, описанных в данной заявке. Например, с описанными контроллерами окна могут использоваться неэлектрохромные переключаемые оптические устройства, например, устройства на жидких кристаллах и устройства со взвешенными частицами.

Использование контроллеров окон, описанных в данной заявке значительно улучшает климатический контроль в здании, например, в случае, если контроллеры окна интегрированы в систему управления зданием (BMS). Ниже будет более подробно описана взаимосвязь между техническими характеристиками окна, измеренными параметрами микроклимата и климатическим контролем.

Например, как показано на Фиг. 5, 6, и 7, автономный контроллер окна может принимать входные данные от различных датчиков, в том числе от внешнего фотодатчика, внутреннего фотодатчика, температурного датчика, внутреннего датчика пропускания, датчика присутствия, и измерителя мощности. Эти входные данные могут обрабатываться контроллером окна с целью определения желаемого окрашивания для окрашиваемого окна, с использованием, например, функции (такой как на Фиг. 6) или таблицы подстановки. Функция или таблица подстановки могут изменяться в зависимости от времени суток или дня в году для учета изменений солнечного света, падающего на окрашиваемое окно (например, Фиг. 7). Кроме того, тонируемые окна и контроллер окна могут быть реализованы в здании, содержащем сеть здания или BMS (например, на Фиг. 11 и 12). Контроллер окна может взаимодействовать с различными системами здания с целью улучшения управления климатом в здании.

Обзор Электрохромных Устройств

Следует иметь в виду, что в то время как описанные варианты реализации изобретения сосредоточены на электрохромных (ЕС) окнах (также называемых смарт-окнами), общие принципы, описанные в данной заявке могут применяться к другим типам тонируемых окон. Например, окна, содержащие вместо электрохромного устройства жидкокристаллическое устройство или устройство со взвешенными частицами, могут использоваться в любом из описанных вариантов реализации.

С целью дать читателю общее представление о вариантах систем, контроллеров окна, и способов, описанных в данной заявке, предусмотрено краткое обсуждение электрохромных устройств. Это начальное обсуждение электрохромных устройств предусмотрено только в целях пояснения контекста, и описанные ниже варианты реализации систем, контроллеры окна, и способы не ограничиваются конкретными признаками и технологическими процессами, рассмотренными в этом предварительном обсуждении.

Конкретный пример электрохромного стекла описывается со ссылкой на Фиг. 1А-1С для пояснения вариантов реализации, описанных в данной заявке. На Фиг. 1А представлено поперечное сечение (см разрез Х-Х' на Фиг. 1С) электрохромного стекла 100, изготовление которого начинается с листа стекла 105. На Фиг. 1В показан вид сбоку ЕС стекла 100 (смотрите вид Y-Y' на Фиг. 1С), показанный на Фиг. 1С как вид снизу ЕС стекла 100. На Фиг. 1А представлено изображение электрохромного стекла после изготовления листа стекла 105, причем кромка была удалена для получения по периметру стекла области 140. Электрохромное стекло также скрайбируется с помощью лазера, а затем наклеиваются шины. На стекле 105 имеется диффузионный барьер 110, а на диффузионном барьере находится первый прозрачный электропроводящий оксид (ТСО) 115. В этом примере в процессе удаления кромки удаляется как кромка ТСО 115, так и диффузионного барьера 110, но в других вариантах реализации удаляется только кромка ТСО, при этом диффузионный барьер остается неповрежденным. ТСО 115 является первым из двух электропроводящих слоев для формирования электродов электрохромного устройства, выполненного на листе стекла. В данном примере, лист стекла содержит стеклянную подложку и слой диффузионного барьера. Таким образом, в этом примере сначала формируется диффузионный барьер, а затем формируются первый ТСО, затем ЕС структура 125 (например, содержащая электрохромный, ионный проводник, и слои интегрирующих электродов), и второй ТСО 130. В одном из вариантов реализации изобретения электрохромное устройство (ЕС структура и второй ТСО) изготавливаются в интегрированной системе напыления, в которой лист стекла находится в течение всего процесса изготовления структуры. В одном из вариантов реализации первый слой ТСО также формируется с помощью интегрированной системы напыления, в которой лист стекла находится в интегрированной системе напыления во время напыления ЕС структуры и (второго) слоя ТСО. В одном из вариантов реализации изобретения все слои (диффузионный барьер, первый ТСО, ЕС структура, и второй ТСО) напыляются в интегрированной системе напыления, в которой лист стекла находится во время процесса напыления. В этом примере, перед напылением ЕС структуры 125 вдоль ТСО 115 и диффузионного барьера ПО прорезается изолирующая канавка 120. Канавка 120 выполнена с целью обеспечения электрической изоляции области ТСО 115, которая будет находиться под шиной 1 после завершения процесса изготовления (Фиг. 1А). Это сделано с целью предотвращения нежелательного накопления заряда и окрашивания ЕС устройства под шиной.

После формирования ЕС устройства, выполняются процессы удаления кромки и дополнительного лазерного скрайбирования. На Фиг. 1А изображены области 140, где была удалена структура, в данном примере, по периметру области, окружающей прорезанные с помощью лазерного скрайбирования канавки 150, 155, 160, и 165. Канавки 150, 160 и 165 проходят через ЕС структуру, а также через первый ТСО и диффузионный барьер. Канавка 155 проходит через второй ТСО 130 и ЕС структуру, но не проходит через первый ТСО 115. Прорезанные с помощью лазерного скрайбирования канавки 150, 155, 160, и 165 выполняются с целью изоляции частей ЕС устройства 135, 145, 170, и 175, которые могут быть повреждены во время процесса удаления кромки готового к эксплуатации ЕС устройства. В данном примере с целью изоляции устройства канавки 150, 160, и 165, прорезанные с помощью лазерного скрайбирования, проходят через первый ТСО (канавка 155 не проходит через первый ТСО, в противном случае было бы нарушено прохождение электрического тока между шиной 2 и первым ТСО и, следовательно, с ЕС структурой). Лазер или лазеры, используемые для процессов лазерного скрайбирования, являются, как правило, но не обязательно, лазерами импульсного типа, например, твердотельными лазерами с диодной накачкой. Например, лазерное скрайбирование может выполняться с использованием подходящего лазера от IPG Photonics (Оксфорд, штат Массачусетс), или от Ekspla (Вильнюс, Литва). Скрайбирование также может выполняться механическим способом, например, с помощью резца с алмазным наконечником. Специалистам в данной области техники известно, что процессы лазерного скрайбирования могут выполняться на различных глубинах и/или выполняться во время единого процесса, при котором меняется глубина резания лазера, или не изменяется, во время непрерывного резания по периметру ЕС структуры. В одном из вариантов реализации изобретения удаление кромки выполняется на глубину первого ТСО.

После завершения лазерного скрайбирования приклеиваются шины. Непроникающая шина (1) накладывается на второй ТСО. Непроникающая шина (2) накладывается на область, для которой не производилось напыления (например, под маской, защищающей первый ТСО от напыления), при этом обеспечивается контакт с первым ТСО или, в данном примере, в случае применения процесса удаления кромки (например, лазерной абляции с использованием устройства, содержащего XY или XYZ гальванометр) с целью удаления материала вплоть до первого ТСО. В данном примере, как шина 1, так и 2 являются непроникающими шинами. Проникающей шиной является шина, которая, как правило, запрессовывается и проходит сквозь ЕС структуру, тем самым обеспечивая контакт с ТСО в нижней части структуры. Непроникающей шиной является шина, которая не проникает в слои ЕС структуры, а скорее создает электрический и физический контакт на поверхности проводящего слоя, например, на ТСО.

Слои ТСО могут электрически соединяться с помощью нестандартной шины, например, шины, изготовленной трафаретным и литографическим способами. В одном из вариантов реализации изобретения электрическая связь с прозрачными проводящими слоями устройства реализуется с помощью трафаретной печати (или с помощью другого метода формирования структуры) проводящей пастой с последующим термообработкой или спеканием пасты. Преимуществами использования вышеописанной конфигурации устройства являются, например, упрощение производства и использование лазерного скрайбирования в меньшей мере, по сравнению с обычными способами, используемыми для изготовления проникающих шин.

После того, как шины соединены, устройство устанавливается в стеклопакет (IGU), содержащий, например, проводные шины и т.п. В некоторых вариантах реализации изобретения одна или две шины находятся внутри готового стеклопакета, хотя в одном из вариантов реализации изобретения одна шина располагается снаружи уплотнения стеклопакета, а другая шина находится внутри стеклопакета. В предыдущем варианте реализации изобретения, область 140 используется с целью формирования уплотнения с одной стороны прокладки, используемой для образования стеклопакета. Таким образом, провода или другое подключение к шинам проходит между прокладкой и стеклом. Поскольку большинство прокладок изготавливаются из металла, например, из нержавеющей стали, являющейся электропроводящей, желательно принять меры с целью избежать короткого замыкания из-за электрического контакта между шиной, соединителем шины и металлической прокладкой.

Как описано выше, после подключения шин электрохромное стекло устанавливается в стеклопакет, содержащий, например, провода для шин и тому подобное. В вариантах реализации изобретения, описанных в данной заявке, обе шины находятся внутри первичного уплотнения готового стеклопакета. На Фиг. 2А представлен схематический чертеж поперечного сечения электрохромного окна, описанного в связи с Фиг. 1А-С, встроенного в стеклопакет 200. Прокладка 205 используется с целью отделить электрохромное стекло от второго стекла 210. Второе стекло 210 в стеклопакете 200 не является электрохромным стеклом, хотя варианты реализации изобретения, описанные в данной заявке не ограничиваются этим. Например, стекло 210 может иметь электрохромное устройство и/или одно или несколько покрытий, таких как теплоотражающие покрытия и т.п. Стекло 201 также может быть ламинированным стеклом, например, как представлено на Фиг. 2 В (стекло 201 ламинируется для армированной панели 230 с помощью смолы 235). Между прокладкой 205 и первым слоем ТСО электрохромного стекла находится первичный уплотняющий материал 215. Этот первичный уплотняющий материал также находится между прокладкой 205 и вторым стеклом 210. По периметру прокладки 205 расположено вторичное уплотнение 220. Провода от шины проходит сквозь уплотнение для подключения к контроллеру окна. Вторичное уплотнение 220 может быть намного толще, чем на чертеже. Эти уплотнения защищают внутреннее пространство 225 стеклопакета от попадания влаги. Они также служат для предотвращения утечки аргона или другого газа, находящегося внутри стеклопакета.

На Фиг. 3А схематически представлено поперечное сечение электрохромного устройства 300. Электрохромное устройство 300 содержит подложку 302, первый проводящий слой (CL) 304, электрохромный слой (ЕС) 306, ионный проводящий слой (1С) 308, слой интегрирующего электрода (СЕ) 310, и второй проводящий слой (CL) 314. Слои 304, 306, 308, 310, и 314 в совокупности называются электрохромной структурой 320. Источник напряжения 316 выполнен с возможностью подачи электрического потенциала на электрохромную структуру 320, причем подача электрического потенциала приводит к изменению состояния электрохромного устройства, например, от обесцвеченного состояния к окрашенному (показано). Порядок слоев по отношению к подложке может быть изменен.

Электрохромные устройства, имеющие описанные выше отдельные слои, могут изготавливаться также как твердотельные устройства и/или неорганические устройства с низкой дефектностью. Такие устройства, а также способы их изготовления более подробно описаны в заявке на патент США №12/645,111, под названием "Fabrication of Low-Defectivity Electrochromic Devices", поданной 22 декабря 2009 года, в качестве изобретателей приводятся Mark Kozlowski и соавт., и в заявке на патент США №12/645,159, под названием "Electrochromic Devices", поданной 22 декабря 2009 года, в качестве изобретателей приводятся Zhongchun Wang и соавт., причем обе заявки полностью включены в данную заявку посредством ссылки. Однако следует иметь в виду, что один или более слоев в структуре могут содержать некоторое количество органического материала. То же самое можно сказать и о жидкостях, которые в небольших количествах могут присутствовать в одном или нескольких слоях. Кроме того, следует понимать, что твердотельный материал может напыляться или иным образом формироваться с помощью процессов, в которых используются жидкие компоненты, например, определенные процессы с использованием золь-гелей или химического парофазного осаждения.

Также следует понимать, что упоминание перехода между обесцвеченным и окрашенным состоянием не является ограничивающим, и предполагает только один пример электрохромного перехода из множества примеров, которые могут быть реализованы. Если не указано иначе в данной заявке (включая вышеизложенное), всякий раз, когда делается ссылка на переход обесцвеченное-окрашенное состояние, соответствующее устройство или процесс включают другие оптические переходы между состояниями, например неотражающее-отражающее, прозрачное-непрозрачное, и т.д. Кроме того, термин "обесцвеченный" относится к оптически нейтральному состоянию, например, бесцветный, прозрачный или полупрозрачный. Более того, если не указано иначе в данном описании, "цвет" электрохромного перехода не ограничивается любой конкретной длиной волны или диапазоном длин волн. Специалистам в данной области техники будет понятно, что выбор соответствующего электрохромного материала и материала интегрирующего электрода влияет на соответствующее состояние оптического перехода.

В описанных в данной заявке вариантах реализации изобретения электрохромное устройство циклически обратимо меняет свое состояние между обесцвеченным и окрашенным состояниями. В некоторых случаях, если устройство находится в обесцвеченном состоянии, потенциал прикладывается к электрохромной структуре 320 таким образом, что ионы, доступные в структуре находятся, главным образом, в интегрирующем электроде 310. Когда потенциал на электрохромной структуре меняется, ионы перемещаются через слой, проводящий ионы 308, к электрохромному материалу 306, и вызывает переход материала в окрашенное состояние.

На Фиг. 3А представлен источник напряжения 316, который может быть выполнен для совместной работы с датчиком излучения и другими датчиками состояния окружающей среды. Как описано в данной заявке источник напряжения 316 взаимодействует с устройством контроллера (не показан на чертеже). Кроме того, источник напряжения 316 может взаимодействовать с системой управления энергопотреблением, которая управляет устройством с учетом различных критериев, например, времени года, времени суток и измеренных условий окружающей среды. Такая система управления энергопотреблением, в сочетании с электрохромными устройствами большой площади (например, электрохромным окном), может значительно снизить энергопотребление здания.

В качестве подложки 302 может использоваться любой материал, имеющий подходящие оптические, электрические, тепловые и механические свойства. Такие подложки, например, могут быть выполнены из стеклянных, пластмассовых и зеркальных материалов. Стекло для изготовления электрохромных устройств включает прозрачное или тонированное известково-натриевое стекло, в том числе известково-натриевое полированное стекло. Стекло может быть закаленным или незакаленным.

Во многих случаях, подложка представляет собой оконное стекло с размерами, обычными для окон жилых помещений. Размеры такого оконного стекла могут варьироваться в широких пределах, в зависимости от конкретных потребностей здания. В других случаях, подложка является архитектурным стеклом. Архитектурное стекло, как правило, используется в коммерческих зданиях, но также может использоваться в жилых домах, и, как правило, хотя и не обязательно, служит для отделения внутреннего пространства от внешнего. В некоторых вариантах реализации изобретения архитектурное стекло имеет размеры, по меньшей мере, 20 дюймов на 20 дюймов, но может быть значительно больше, например, вплоть до около 80 дюймов на 120 дюймов. Архитектурное стекло, как правило, имеет толщину, по меньшей мере, около 2 мм, и, как правило, между около 3 мм и около 6 мм. Конечно, размеры электрохромных устройств изменяются в соответствии с размерами подложек, которые имеют размеры меньше или больше, чем архитектурное стекло. Кроме того, электрохромное устройство может быть выполнено на зеркале любого размера и формы.

Верхняя часть подложки 302 является проводящим слоем 304. В некоторых вариантах реализации изобретения один или оба проводящих слоя 304 и 314 являются неорганическими и/или твердыми веществами. Проводящие слои 304 и 314 могут изготавливаться из различных материалов, в том числе проводящих оксидов, тонких металлических покрытий, проводящих нитридов металлов, и композитных проводящих материалов. Как правило, проводящие слои 304 и 314 являются прозрачными, по меньшей мере, в диапазоне длин волн, в котором проявляется электрохромизм электрохромного слоя. Прозрачные электропроводящие оксиды включают оксиды металлов и оксиды металлов, легированные одним или более металлами. Примеры таких оксидов металлов и легированных оксидов металлов включают оксид индия, оксид индия и олова, легированный оксид индия, оксид олова, легированный оксид олова, оксид цинка, оксид алюминия-цинка, легированный оксид цинка, оксид рутения, легированный оксид рутения и тому подобное. Из-за того, что оксиды часто используются для изготовления этих слоев, они иногда называются слоями "прозрачного электропроводящего оксида" (ТСО). Также могут использоваться тонкие металлические покрытия, являющиеся практически прозрачными.

Функцией проводящих слоев является распространение электрического потенциала, создаваемого источником напряжения 316 по поверхности электрохромной структуры 320 к внутренним областям структуры, с относительно небольшим омическим падением напряжения. Электрический потенциал передается к проводящим слоям, в то время как электрические соединения подключены к проводящим слоям. В некоторых вариантах реализации изобретения одна шина, соединенная с проводящим слоем 304, а другая шина, соединенная с проводящим слоем 314, обеспечивают электрическое соединение между источником напряжения 316 и проводящими слоями 304 и 314. Проводящие слои 304 и 314 также могут подключаться к источнику напряжения 316 с помощью других подходящих способов.

Проводящий слой 304 находится над электрохромным слоем 306. В некоторых вариантах реализации изобретения электрохромный слой 306 является неорганическим и/или твердым веществом. Электрохромный слой может содержать один или несколько из множества различных электрохромных материалов, в том числе оксидов металлов. Такие оксиды металлов включают оксид вольфрама (WO₃), оксид молибдена (MoO₃), оксид ниобия (Nb₂O₅), оксид титана (TiO₂), оксид меди (CuO), оксид иридия (Ir₂O₃), оксид хрома (Cr₂O₃), оксид марганца (Mn₂O₃), оксид ванадия (V₂O₅), оксид никеля (Ni₂O₃), оксид кобальта (Co₂O₃) и тому подобное. В процессе эксплуатации электрохромный слой 306 передает и получает ионы от слоя интегрирующего электрода 310, что приводит к переходам из одного оптического состояния в другое.

Как правило, окрашивание (или любое изменение оптических свойств - например, оптической плотности, коэффициента отражения и пропускания) электрохромного материала обусловлено обратимым внедрением ионов в материал (например, интеркалирование) и соответствующей инжекцией заряда балансирующего электрона. Как правило, некоторая часть ионов, ответственных за оптический переход, необратимо связана электрохромным материалом. Некоторые или все из необратимо связанных ионов используются для компенсации "слепого заряда" в материале. В большинстве электрохромными материалов, подходящие ионы включают ионы лития (Li⁺) и ионы водорода (Н⁺) (то есть, протоны). Однако в некоторых случаях могут применяться другие ионы. В различных вариантах реализации изобретения, для получения электрохромного эффекта используются ионы лития. Интеркалирование ионов лития в оксид вольфрама (WO_3-у(0<y≤~0.3)) приводит к тому, что оксид вольфрама меняется от прозрачного (обесцвеченного состояния) к синему (окрашенному состоянию).

Как показано на Фиг. 3А, в электрохромной структуре 320 ионный проводящий слой 308 располагается в сэндвич-структуре между электрохромным слоем 306 и слоем интегрирующего электрода 310. В некоторых вариантах реализации изобретения слой интегрирующего электрода 310 является неорганическим и/или твердым веществом. Слой интегрирующего электрода может содержать один или более из множества различных материалов, которые служат в качестве резервуара ионов в случае, когда электрохромное устройство находится в обесцвеченном состоянии. Во время электрохромного перехода, инициированного, например, приложением соответствующего электрического потенциала, из слоя интегрирующего электрода переходят все или некоторые из ионов, удерживаемых в электрохромном слое, при этом состояние электрохромного слоя меняется на окрашенное. При этом в случае NiWO слой интегрирующего электрода меняет состояние на окрашенное при потере ионов.

В некоторых вариантах реализации изобретения подходящие материалы для интегрирующего электрода, комплементарного WO₃ включают оксид никеля (NiO), оксид никеля-вольфрама (NiWO), оксид никеля-ванадия, оксид никеля-хрома, оксид никеля-алюминия, оксид никеля-марганца, оксид никеля-магния, оксид хрома (Cr₂O₃), оксид марганца (MnO₂), и берлинскую лазурь.

В случае, когда заряд перемещается от интегрирующего электрода 310, выполненного из оксида никеля-вольфрама (то есть, ионы перемещаются от противоположного электрода 310 к электрохромному слою 306), слой интегрирующего электрода изменит состояние из прозрачного в окрашенное.

В представленном электрохромном устройстве между электрохромным слоем 306 и слоем интегрирующего электрода 310 находится ионный проводящий слой 308. Ионный проводящий слой 308 служит средой, посредством которой транспортируются ионы (в виде электролита), в случае, если электрохромное устройство меняет состояние между обесцвеченным и окрашенным. Предпочтительный ионный проводящий слой 308 с высокой ионной проводимостью соответствует требованиям для электрохромного слоя и слоя интегрирующего электрода, но имеет достаточно низкую электронную проводимость, что в процессе нормальной работы приводит к незначительному переносу электронов. Тонкий ионный проводящий слой с высокой ионной проводимостью обеспечивает быструю ионную проводимость и, следовательно, быстрое переключение для высокопроизводительных электрохромных устройств. В некоторых вариантах реализации изобретения ионный проводящий слой 308 является неорганическим и/или твердым веществом.

Примеры подходящих ионных проводящих слоев (для электрохромных устройств, имеющих отдельный слой IC) включают силикаты, оксиды кремния, оксиды вольфрама, оксиды тантала, оксиды ниобия и бораты. Эти материалы могут быть легированы различными легирующими примесями, в том числе лития. Легированные литием оксиды кремния включают литиевый оксид кремний-алюминия. В некоторых вариантах реализации изобретения ионный проводящий слой содержит структуру на основе соли кремниевой кислоты. В некоторых вариантах реализации изобретения, оксид кремний-алюминия (SiAlO) используется для ионного проводящего слоя 308.

Электрохромное устройство 300 может содержать один или более дополнительных слоев (не показаны), например один или более пассивных слоев. Пассивные слои, используемые для улучшения определенных оптических свойств, могут быть включены в электрохромное устройство 300. В электрохромное устройство 300 также могут быть включены пассивные слои для обеспечения влажности или устойчивости к царапинам. Например, проводящие слои могут быть улучшены с помощью антибликового или защитного оксидного или нитридного слоя. Другие пассивные слои могут служить для герметизации электрохромного устройства 300.

На Фиг. 3В представлен схематический чертеж поперечного сечения электрохромного устройства в обесцвеченном состоянии (или переход в обесцвеченное состояние). В соответствии с конкретными вариантами реализации изобретения электрохромное устройство 400 содержит электрохромный слой (ЕС) оксида вольфрама 406, и слой интегрирующего электрода (СЕ) оксида никель-вольфрама 410. Также электрохромное устройство 400 включает в себя подложку 402, проводящий слой (CL) 404, ионный проводящий слой (IC) 408, и проводящий слой (CL) 414.

Источник питания 416, выполнен с возможностью обеспечивать потенциал и/или ток для электрохромной структуры 420 посредством соответствующих соединений (наприм