Управление переключениями в оптически переключаемых устройствах

Управление переключениями в оптически переключаемых устройствах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Настоящая заявка является частичным продолжением патентной заявки США № 13/931,459, поданной 28 июня 2013 и названной "Управление переключениями в оптически переключаемых устройствах", которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки и для всех целей.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Электрохромные (EC) устройства обычно представляют собой многослойные пакеты, содержащие: (a) по меньшей мере один слой электрохромного материала, который изменяет свои оптические свойства в ответ на приложение электрического потенциала; (b) ионно-проводящий (IC) слой, который обеспечивает возможность перемещения сквозь него ионов, таких как ионы лития, в электрохромный материал и из электрохромного материала для изменения оптических свойств с одновременным предотвращением электрического короткого замыкания; и (c) прозрачные проводящие слои, например, прозрачные проводящие оксиды (TCO), посредством которых электрический потенциал приложен к электрохромному слою. В некоторых случаях электрический потенциал прикладывают с противоположных краев электрохромного устройства по всей видимой поверхности устройства. Прозрачные проводящие слои сконструированы с возможностью иметь относительно высокие электронные проводимости. Электрохромные устройства могут иметь больше слоев, чем вышеописанные слои, таких как ионно-накопительные или противоэлектродные слои, которые дополнительно изменяют оптические состояния.

[0003] Благодаря физическим особенностям работы устройства, надлежащее функционирование электрохромного устройства зависит от множества факторов, таких как перемещение ионов сквозь слои материала, электрический потенциал для перемещения ионов, поверхностное сопротивление прозрачных проводящих слоев, и других факторов. Размер электрохромного устройства играет важную роль в переключении устройства от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию (например, от тонированного до прозрачного или от прозрачного к тонированному). Условия, примененные для управления такими переключениями, могут иметь весьма различные требования для устройств, имеющих различные размеры.

[0004] Таким образом, имеется потребность в усовершенствованных способах управления оптическими переключениями в электрохромных устройствах.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Аспекты настоящего изобретения относятся к электронным управляющим устройствам и способам управления для прикладывания управляющего напряжения к шинам оптически переключаемых устройств, таких как электрохромные устройства. Такие устройства часто устанавливают на окнах, таких как изготовленные из архитектурно-строительного стекла. Согласно некоторым вариантам реализации приложенным управляющим напряжением управляют способом, согласно которому эффективно управляют оптическим переключением по всей поверхности электрохромного устройства. Управляющим напряжением управляют для учета разности эффективных напряжений, действующих в областях между шинами и областях, удаленных от шин. В областях рядом с шинами действует самое высокое эффективное напряжение.

[0006] Некоторые аспекты настоящего изобретения относятся к способам управления оптическим переключением оптически переключаемого устройства от исходного оптического состояния до конечного оптического состояния. Способы могут включать следующие этапы, согласно которым: (a) прикладывают управляющее напряжение для управления оптически переключаемым устройством с его переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причём управляющее напряжение прикладывают к шинам оптически переключаемого устройства, (b) перед завершением переключения периодически определяют напряжение разомкнутого контура между шинами оптически переключаемого устройства и периодически определяют плотность полного доставленного заряда, доставленного в оптически переключаемое устройство во время переключения, (c) определяют, имеет ли напряжение разомкнутого контура, определенное на этапе (b), значение, которое больше или равно значению целевого напряжения разомкнутого контура, и определяют, имеет ли полная плотность доставленного заряда, определенная на этапе (b), значение, которое больше или равно значению пороговой плотности заряда, и (d) если на этапе (c) определено, что (i) значение напряжения разомкнутого контура, определенного на этапе (b), больше или равно значению целевого напряжения разомкнутого контура, и (ii) значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), больше или равно значению пороговой плотности заряда, применяют поддерживающее напряжение для поддерживания конечного оптического состояния.

[0007] Согласно некоторым вариантам реализации напряжение разомкнутого контура определяют на этапе (b) в заданное время после приложения на этапе (a) управляющего напряжения. Заданное время может составлять примерно между 15-90 секундами, например, примерно 30 секунд в некоторых случаях. В других примерах заданное время является более длительным, например, до примерно 120 минут в некоторых случаях. Целевое напряжение разомкнутого контура может иметь значение, которое находится в диапазоне примерно на 0-1 В больше чем значение поддерживающего напряжения, например, в диапазоне примерно на 0-0,4 В больше чем значение поддерживающего напряжения. В различных случаях значение целевого напряжения разомкнутого контура составляет по меньшей мере примерно на 0,025 В больше чем значение поддерживающего напряжения. Значение пороговой плотности заряда может находиться находится в диапазоне между примерно 1x10^-5 Кл/см² и примерно 5 Кл/см². В некоторых случаях, например, значение пороговой плотности заряда находится в диапазоне примерно 0,01-0,04 Кл/см².

[0008] Способ дополнительно может включать после этапа (c) и перед этапом (d): (i) увеличение значения напряжения, приложенного к шинам, до управляющего напряжения в результате определения на этапе (c) того, что значение напряжения разомкнутого контура, определенного на этапе (b), меньше чем значение целевого напряжения разомкнутого контура, или что значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), является меньше чем значение пороговой плотности заряда, и (ii) повторение этапов (b)-(c). Согласно некоторым вариантам реализации этапы (b)-(c) повторяют с интервалом примерно между 5 секундами и 5 минутами.

[0009] Согласно различным вариантам реализации оптически переключаемое устройство представляет собой электрохромное устройство. Шины в некоторых случаях могут быть разделены расстоянием по меньшей мере примерно 10 дюймов (25,4 см).

[0010] Другие аспекты настоящего изобретения относятся к устройству для управления оптическим переключением оптически переключаемого устройства от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. Такое устройство может быть охарактеризовано следующими элементами:

процессор и источник питания для подачи напряжения и/или тока с заданными значениями в оптически переключаемое устройство для управления оптическим переключением. Процессор может быть выполнен или сконфигурирован с возможностью: (a) прикладывать управляющее напряжение для управления оптически переключаемым устройством с его переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причём управляющее напряжение прикладывают к шинам оптически переключаемого устройства, (b) перед завершением переключения периодически определять напряжение разомкнутого контура между шинами оптически переключаемого устройства и периодически определять плотность полного доставленного заряда, доставленного в оптически переключаемое устройство во время переключения, (c) определять, имеет ли напряжение разомкнутого контура, определенное на этапе (b), значение, которое больше или равно значению целевого напряжения разомкнутого контура, и определять, имеет ли полная плотность доставленного заряда, определенная на этапе (b), значение, которое больше или равно значению пороговой плотности заряда, и (d) если на этапе (c) определено, что (i) значение напряжения разомкнутого контура, определенного на этапе (b), больше или равно значению целевого напряжения разомкнутого контура, и (ii) значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), больше или равно значению пороговой плотности заряда, прикладывать поддерживающее напряжение для поддерживания конечного оптического состояния.

[0011] Процессор может быть дополнительно выполнен или сконфигурирован для определения напряжения разомкнутого контура и полной плотности доставленного заряда на этапе (b) в заданное время после приложения управляющего напряжения на этапе (a). Заданное время может находиться в диапазоне примерно 15-90 секунд, например, в некоторых случаях может составлять примерно 30 секунд. В других примерах заданное время является длительным, например, в некоторых случаях до примерно 120 минут.

[0012] Целевое напряжение разомкнутого контура может иметь значение, которое находится в диапазоне примерно на 0-1 В больше чем значение поддерживающего напряжения, например, в диапазоне примерно на 0-0,4 В больше чем значение поддерживающего напряжения. В различных случаях значение целевого напряжения разомкнутого контура составляет по меньшей мере примерно на 0,025 В больше чем значение поддерживающего напряжения. Значение пороговой плотности заряда в некоторых вариантах реализации может находиться в диапазоне примерно 1x10^-5 Кл/см² и примерно 5 Кл/см². В некоторых случаях, например, значение пороговой плотности заряда может находиться в диапазоне примерно 0,01-0,04 Кл/см².

[0013] Согласно некоторым вариантам реализации процессор дополнительно выполнен или сконфигурирован для исполнения следующих этапов после выполнения этапа (c) и перед выполнением этапа (d): (i) увеличение значения напряжения, приложенного к шинам, до управляющего напряжения в результате определения на этапе (c) того, что значение напряжения разомкнутого контура, определенного на этапе (b), меньше чем значение целевого напряжения разомкнутого контура, или что значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), является меньше чем значение пороговой плотности заряда, и (ii) повторение этапов (b)-(c). Процессор может быть дополнительно выполнен или сконфигурирован для повторения этапов (b)-(c) с интервалом примерно между 5 секундами и 5 минутами. Оптически переключаемое устройство может представлять собой электрохромное устройство. В некоторых случаях шины могут быть разделены расстоянием по меньшей мере примерно 10 дюймов (25,4 см).

[0014] В дополнительном аспекте описанных вариантов реализации предложен другой способ управления оптическим переключением оптически переключаемого устройства. Способ включает переключение от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию путём выполнения этапов, согласно которым: (a) прикладывают управляющее напряжение для управления оптически переключаемым устройством с его переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причём управляющее напряжение прикладывают к шинам оптически переключаемого устройства, (b) перед завершением переключения периодически уменьшают значение напряжения, приложенного к шинам оптически переключаемого устройства, до тестирующего напряжения, обнаруживают ответный ток и периодически определяют плотность полного доставленного заряда, доставленного в оптически переключаемое устройство во время переключения, (c) определяют, достигает ли ответный ток, обнаруженный на этапе (b), целевого тока и определяют, имеет ли полная плотность доставленного заряда, определенная на этапе (b), значение, которое больше или равно значению пороговой плотности заряда, и (d) если на этапе (c) определено, что (i) ответный ток, обнаруженный на этапе (b), достигает целевого тока, и (ii) значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), больше или равно значению пороговой плотности заряда, прикладывают поддерживающее напряжение для поддерживания конечного оптического состояния.

[0015] Целевой ток в некоторых случаях может составлять примерно 0 ампер. Значение пороговой плотности заряда в некоторых вариантах реализации может находиться между примерно 1x10^-5 Кл/см² и примерно 5 Кл/см². В некоторых случаях, например, значение пороговой плотности заряда находится в диапазоне примерно 0,01-0,04 Кл/см². Согласно некоторым вариантам реализации тестирующее напряжение может иметь значение, которое находится в диапазоне примерно на 0-1 В больше, чем значение поддерживающего напряжения, например, в диапазоне примерно на 0-0,4 В больше, чем значение поддерживающего напряжения.

[0016] В другом аспекте описанных вариантов реализации предложено устройство для управления оптическим переключением оптически переключаемого устройства. Переключение включает переход от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию. Устройство может содержать источник питания для подачи напряжения и/или тока с заданными значениями в оптически переключаемое устройство для управления переключением, а также процессор, который выполнен или сконфигурирован с возможностью управления переключением. Процессор может быть выполнен или сконфигурирован с возможностью: (a) прикладывать управляющее напряжение для управления оптически переключаемым устройством с его переключением от исходного оптического состояния к конечному оптическому состоянию, причём управляющее напряжение прикладывают к шинам оптически переключаемого устройства, (b) перед завершением переключения периодически уменьшать значение напряжения, приложенного к шинам оптически переключаемого устройства, до тестирующего напряжения, обнаруживать ответный ток и периодически определять плотность полного доставленного заряда, доставленного в оптически переключаемое устройство во время переключения, (c) определять, достигает ли ответный ток, обнаруженный на этапе (b), целевого тока и определять, имеет ли полная плотность доставленного заряда, определенная на этапе (b), значение, которое больше или равно значению пороговой плотности заряда, и (d) если на этапе (c) определено, что (i) ответный ток, обнаруженный на этапе (b), достигает целевого тока, и (ii) значение полной плотности доставленного заряда, определенной на этапе (b), больше или равно значению пороговой плотности заряда, применять поддерживающее напряжение для поддерживания конечного оптического состояния.

[0017] Целевой ток в некоторых случаях может составлять примерно 0 ампер. Значение пороговой плотности заряда в некоторых вариантах реализации может находиться между примерно 1x10^-5 Кл/см² и примерно 5 Кл/см². В некоторых случаях, например, значение пороговой плотности заряда находится в диапазоне примерно 0,01-0,04 Кл/см². Согласно некоторым вариантам реализации тестирующее напряжение может иметь значение, которое находится в диапазоне примерно на 0-1 В больше, чем значение поддерживающего напряжения, например, в диапазоне примерно на 0-0,4 В больше, чем значение поддерживающего напряжения.

[0018] Эти и другие особенности подробно описаны ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0019] На ФИГ. 1A схематично показано плоское расположение шин.

[0020] На ФИГ. 1B показан упрощенный график значения локального напряжения на каждом прозрачном проводящем слое в зависимости от позиции на слое.

[0021] На ФИГ. 1C показан упрощенный график напряжения V_eff в зависимости от позиции поперек устройства.

[0022] На ФИГ. 2 показан график профилей напряжения и тока, относящихся к переключению электрохромного устройства от прозрачного состояния к тонированному и от тонированного состояния к прозрачному.

[0023] На ФИГ. 3 показан график некоторых профилей напряжения и тока, относящихся к переключению электрохромного устройства от прозрачного состояния к тонированному состоянию.

[0024] На ФИГ. 4A показан график оптического переключения, в котором понижение приложенного напряжения от V_drive до V_hold приводит к результирующему току, указывающему, что оптическое переключение прогрессирует достаточно далеко, чтобы приложенное напряжение могло быть оставлено в значении V_hold в течение действия конечного оптического состояния.

[0025] На ФИГ. 4B показан график оптического переключения, в котором начальное понижение приложенного напряжения от V_drive до V_hold приводит к результирующему току, указывающему, что оптическое переключение еще не прогрессирует достаточно далеко, чтобы приложенное напряжение могло оставаться в значении V_hold в течение действия конечного оптического состояния. Таким образом, приложенное напряжение возвращают к значению V_drive в течение дополнительного интервала времени перед новым понижением напряжения до значения V_hold до точки, в которой результирующий ток указывает, что оптическое переключение прогрессирует достаточно далеко, чтобы приложенное напряжение могло быть оставлено в значении V_hold в течение действия конечного оптического состояния.

[0026] На ФИГ. 5A показана блок-схема способа тестирования прогрессирования оптического переключения и определения момента времени, когда переключение завершено.

[0027] На ФИГ. 5B показана блок-схема способа тестирования прогрессирования оптического переключения и ускорения переключения, если оно не прогрессирует достаточно быстро.

[0028] На ФИГ. 5C-5F показаны блок-схемы дополнительных способов тестирования прогрессирования оптического переключения и определения момента времени, когда переключение завершено.

[0029] На ФИГ. 6A и 6B показаны графики полного заряда, доставленного в течение длительного времени, и напряжения, приложенного в течение длительного времени при электрохромном переключении с использованием показанного на ФИГ. 5E способа, для тестирования и отслеживания прогрессирования переключения при комнатной температуре (на ФИГ. 6A) и при пониженной температуре (на ФИГ. 6B).

[0030] На ФИГ. 6C показано электрохромное окно, содержащее два датчика напряжения, расположенные на прозрачных проводящих слоях оксида, согласно одному варианту реализации.

[0031] На ФИГ. 7A и 7B показан в разрезе пример электрохромного устройства во время работы.

[0032] На ФИГ. 8 и 9 показаны представления электронных управляющих устройств для окна и связанных с ними компонентов.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

[0033] "Оптически переключаемое устройство" представляет собой тонкое устройство, которое изменяет оптическое состояние в ответ на электрический сигнал. Оно реверсивно циклически переходит между двумя или большим количеством оптических состояний. Переключением между этими состояниями управляют пропусканием заданного тока через устройство и/или приложением заданного напряжения к устройству. Устройство обычно содержит две тонкие проводящие пластины, которые охватывают по меньшей мере один оптически активный слой. Электрический сигнал, управляющий изменением оптического состояния, прикладывают к тонким проводящим пластинам. Согласно некоторым вариантам реализации сигнал подают посредством шин, находящихся в электрической связи с проводящими пластинами.

[0034] Несмотря на то, что в настоящем изобретении в качестве примеров оптически переключаемых устройств описаны электрохромные устройства, настоящее изобретение не ограничивается ими. Примеры оптически переключаемого устройства других типов включают некоторые электрофоретические устройства, жидкокристаллические устройства и т.п. Оптически переключаемые устройства могут быть размещены на различных оптически переключаемых продуктах, например оптически переключаемых окнах. Однако, варианты реализации, раскрытые в настоящей заявке, не ограничиваются переключаемыми окнами. Примеры других типов оптически переключаемых продуктов включают зеркала, отображающие устройства и т.п. В контексте настоящего изобретения эти продукты обычно представлены в непикселированном формате.

[0035] Термин "оптическое переключение" обозначает изменение любого одного или большего количества оптических свойств оптически переключаемого устройства. Изменяющимся оптическим свойством может быть, например, оттенок, отражательная способность, коэффициент преломления, цвет, и т.п. Согласно некоторым вариантам реализации оптическое переключение имеет заданное исходное оптическое состояние и заданное конечное оптическое состояние. Например, исходным оптическим состоянием может быть коэффициент пропускания 80%, и конечным оптическим состоянием могут быть коэффициент пропускания 50%. Оптическим переключением обычно управляют путём приложения соответствующего электрического потенциала к двум тонким проводящим пластинам оптически переключаемого устройства.

[0036] Термин "исходное оптическое состояние" обозначает оптическим состоянием оптически переключаемого устройства непосредственно до начала оптического переключения. Исходное оптическое состояние обычно определено как значение оптического состояния, которое может быть оттенком, отражательной способностью, коэффициентом преломления, цветом, и т.п. Исходное оптическое состояние может быть максимальным или минимальным оптическим состоянием оптически переключаемого устройства; например, оно может быть коэффициентом пропускания 90% или 4%. Согласно другому варианту реализации исходное оптическое состояние может быть промежуточным оптическим состоянием, имеющее значение между максимальным и минимальным оптическими состояниями оптически переключаемого устройства, например, коэффициент пропускания 50%.

[0037] Термин "конечное оптическое состояние" обозначает оптическое состояние оптически переключаемого устройства непосредственно после полного оптического переключения от исходного оптического состояния. Полное переключение происходит в том случае, когда оптическое состояние изменяется способом, который, как принято считать, является завершающим для конкретного случая применения. Например, полное оттенение может считаться при переходе оптического коэффициента пропускания от 75% к 10%. Конечное оптическое состояние может быть максимальным или минимальным оптическим состоянием для оптически переключаемого устройства; например это может быть коэффициент пропускания 90% или 4%. Согласно другому варианту реализации конечное оптическое состояние может быть промежуточным оптическим состоянием, имеющим значение между максимальным и минимальным оптическими состояниями оптически переключаемого устройства; например, коэффициент пропускания 50%.

[0038] Термин "шина" относится к электрически проводящей полосе, присоединенной к проводящему слою, например, к прозрачному проводящему электроду, перекрывающему площадь оптически переключаемого устройства. Шина доставляет электрический потенциал и ток от наружного проводника к проводящему слою. Оптически переключаемое устройство содержит две или большее количество шин, каждая из которых соединена с одиночным проводящим слоем устройства. Согласно различным вариантам реализации шина формирует длинную тонкую линию, которая перекрывает большую часть длины или ширины устройства. Часто шина расположена рядом с краем устройства.

[0039] Термин "приложенное напряжение" или V_app относится к разности потенциалов, приложенных к двум шинам противоположной полярности, размещенным на электрохромном устройстве. Каждая шина электронным способом соединена с отдельным прозрачным проводящим слоем. Приложенное напряжение может иметь различные значения или функции, например управление оптическим переключением или поддерживание оптического состояния. Между прозрачными проводящими слоями размещены материалы оптически переключаемого устройства, такие как электрохромные материалы. На каждом из прозрачных проводящих слоев создано падение напряжения между точкой присоединения шины и местом, удаленным от шины. В целом, чем больше расстояние от шины, тем больше падение напряжения в прозрачном проводящем слое. Локальный потенциал прозрачных проводящих слоев часто обозначается в настоящей заявке как V_TCL. Шины противоположной полярности могут быть разнесены друг от друга в боковом направлении поперек поверхности оптически переключаемого устройства.

[0040] Термин "эффективное напряжение" или V_eff относится к потенциалу между положительным и отрицательным прозрачными проводящими слоями в любом конкретном месте в оптически переключаемом устройстве. В декартовском пространстве эффективное напряжение определено для конкретных координат x, y на устройстве. В точке, в которой измеряется напряжение V_eff, два прозрачных проводящих слоя разделяют в направлении координаты z (материалами устройства), но совместно используют те же самые координаты x, y.

[0041] Термин "Поддерживающее напряжение" относится к приложенному напряжению, необходимому для независимого поддерживания устройства в конечном оптическом состоянии. В некоторых случаях без приложения поддерживающего напряжения электрохромные окна возвращаются к своему натуральному оттенку. Иными словами, поддерживание заданного состояния оттенка требует приложения поддерживающего напряжения.

[0042] Термин "управляющее напряжение" относится к напряжению, приложенному во время по меньшей мере части оптического переключения. Управляющее напряжение может рассматриваться как "управляющее" по меньшей мере частью оптического переключения. Его значение отличается от значения приложенного напряжения непосредственно до начала оптического переключения. Согласно некоторым вариантам реализации значение управляющего напряжения больше чем значение поддерживающего напряжения. Пример применения управляющих и поддерживающих напряжений показан на ФИГ. 3

КОНТЕКСТ И КРАТКИЙ ОБЗОР

[0043] В описанных вариантах реализации используют электрическое тестирование и отслеживание для определения момента, в который оптическое переключение между первым оптическим состоянием и вторым оптическим состоянием оптически переключаемого устройства достигает достаточной степени, при которой приложение управляющего напряжения может быть завершено. Например, электрическое тестирование обеспечивает возможность приложения управляющего напряжения в течение уменьшенного периода времени чем предполагалось ранее, поскольку конкретное устройство управляется на основании результатов электрического тестирования фактического прогрессирования его оптического переключения в режиме реального времени. Кроме того, отслеживание в режиме реального времени позволяет надежно обеспечить прогрессирование оптического переключения до заданного состояния. Согласно различным вариантам реализации завершение подачи управляющего напряжения достигается путём понижения приложенного напряжения до поддерживающего напряжения. Преимущество такого подхода состоит в использовании одного аспекта оптических переключений, который обычно считается нежелательным и который заключается в тенденции тонких оптически переключаемых устройств к неоднородному переходу между оптическими состояниями. В частности, множество оптически переключаемых устройств сначала переключаются в областях рядом с шинам и только затем в областях, удаленных от шин (например, в центре устройства). Не удивительно, что данная неоднородность оказалась пригодной для использования при тестировании оптического переключения. В результате обеспечения возможности тестирования переключения, таким образом описанного в настоящей заявке, была устранена необходимость специализированного определения параметров оптически переключаемых устройств и соответствующего предварительного программирования алгоритмов управления оптически переключаемым устройством, определяющих длительность периода времени приложения управляющего напряжения, а также устранена "уравниловка", действовавшая в течение фиксированного интервала времени в отношении ведущих параметров, включая изменения температуры, изменчивость структуры устройства и т.п., для множества устройств. Перед подробным описанием способов тестирования и отслеживания ниже будут представлены некоторые особенности оптического переключения электрохромных устройств.

[0044] Переключением в типичном электрохромном устройстве управляют путём приложения заданного напряжения к двум разнесенным шинам на устройстве. В таком устройстве наиболее удобным является расположение шин перпендикулярно сторонам прямоугольного окна, имеющим наименьший размер (как показано на фиг. 1A). Это объясняется тем, что прозрачные проводящие слои, используемые для доставки приложенного напряжения поверх поверхности тонкопленочного устройства, имеют относящееся к ним поверхностное сопротивление слоя, и данное расположение шин обеспечивает самый короткий путь, по которому должен распространяться ток для перекрытия всей площади устройства, в результате чего сокращается время, необходимое для достижения полного заряда слоев проводника с их соответствующими площадями, и, таким образом, сокращается время переключения устройства.

[0045] Несмотря на то, что приложенное напряжение V_app подано по шинам, по существу на все области устройства действует локальное эффективное напряжение (V_eff), которое является пониженным из-за поверхностного сопротивления прозрачных проводящих слоев и потребляемого тока устройства. Центр устройства (позиция на полпути между этими двумя шинами) часто имеет самое низкое значение V_eff. Это может привести к неприемлемо уменьшенному оптическому диапазону переключения и/или неприемлемо большого времени переключения в центре устройства. Эти проблемы отсутствуют на краях устройства рядом с шинами. Этот эффект подробно описан ниже со ссылкой на фиг. 1B и 1C.

[0046] На ФИГ. 1A показан вид сверху электрохромного стекла 100, содержащего шины, имеющие планарную конфигурацию. Электрохромное стекло 100 содержит первую шину 105, расположенную на первом проводящем слое 110, и вторую шину 115, расположенную на втором проводящем слое 120. Электрохромный пакет (не показан) представляет собой слоистую структуру между первым проводящим слоем 110 и вторым проводящим слоем 120. Как показано на чертеже, первая шина 105 может проходить по существу вдоль одной стороны первого проводящего слоя 110. Вторая шина 115 может проходить по существу вдоль одной стороны второго проводящего слоя 120 на противоположной стороне электрохромного стекла 100, на которой расположена первая шина 105. Некоторые устройства могут иметь дополнительные шины, например, вдоль всех четырех краев, но такая конструкция усложняет изготовление. Подробное описание конфигураций шин, включая планарно сконфигурированные шины, можно найти в патентной заявке США № 13/452,032, поданной 20 апреля 2012, которая полностью включена в настоящую заявку посредством ссылки.

[0047] На ФИГ. 1B показан график локального напряжения в первом прозрачном проводящем слое 110 и напряжения во втором прозрачном проводящем слое 120, которое инициирует переход электрохромного стекла 100, например, от прозрачного состояния к тонированному состоянию. График 125 показывает локальные значения напряжения V_TCL в первом прозрачном проводящем слое 110. Как показано на чертеже, напряжение падает на участке от левой стороны (например, где на первом проводящем слое 110 расположена первая шина 105 и где приложено напряжение) до правой стороны первого проводящего слоя 110 по причине поверхностного сопротивления слоя и тока, проходящего в первом проводящем слое 110. График 130 также показывает локальное напряжение V_TCL во втором проводящем слое 120. Как показано на чертеже, напряжение увеличивается (уменьшается по величине) от правой стороны (например, где на втором проводящем слое 120 расположена вторая шина 115 и где приложено напряжение) к левой стороне второго проводящего слоя 120 по причине поверхностного сопротивления слоя второго проводящего слоя 120. Значение приложенного напряжения V_app в этом примере равно разности напряжения между правым концом графика 130 напряжений и левым концом графика 125 напряжений. Значение эффективного напряжения V_eff в любом месте между шинами равно разности значений кривых 130 и 125 в позиции на оси X, соответствующей интересующему месту.

[0048] На ФИГ. 1C показан график эффективного напряжения V_eff на электрохромном устройстве между первым и вторым проводящими слоями 110 и 120 электрохромного стекла 100. Как описано выше, эффективное напряжение равно разности локальных напряжений между первым проводящим слоем 110 и вторым проводящим слоем 120. Области электрохромного устройства, подверженные действию повышенных эффективных напряжений, переключаются между оптическими состояниями быстрее, чем области, подверженные действию пониженных эффективных напряжений. Как показано на чертеже, эффективное напряжение является самым низким в центре электрохромного стекла 100 и самым высоким на краях электрохромного стекла 100. Падение напряжения на устройстве вызвано омическими потерями при протекании тока в устройстве. Падение напряжения на больших электрохромных окнах может быть снижено путём формирования дополнительных шин в пределах просмотровой области окна за счет деления одного большого оптического окна на множество уменьшенных электрохромных окон, которыми можно управлять последовательно или параллельно. Однако, такой подход может оказаться непривлекательным с эстетической точки зрения из-за контраста между просмотровой областью окна и шиной (шинами), проходящими в просмотровой области. Таким образом, намного более привлекательным для глаз является монолитное электрохромное устройство без каких-либо заметных шин в просмотровой области.

[0049] Как описано выше, при увеличении размера окна электронное сопротивление току, протекающему в тонкой поверхности прозрачных проводящих слоев, также увеличивается. Это сопротивление может быть измерено между точками, ближайшими к шине (обозначенной как край устройства в последующем описании), и в точках, наиболее удаленными от шин (обозначенных как центр устройства в последующем описании). Когда ток проходит сквозь прозрачный проводящий слой, напряжение падает на участке поверхности прозрачного проводящего слоя, и это падение напряжения уменьшает эффективное напряжение в центре устройства. Данный эффект углубляется тем обстоятельством, что обычно при увеличении площади окна плотность тока утечки для окна остается постоянной, но полный ток утечки возрастает из-за увеличения площади. Таким образом, с учетом обоих указанных эффектов эффективное напряжение в центре электрохромного окна значительно падает, и у электрохромных окон, ширина которых больше чем, например, примерно 30 дюймов (76,2 см), могут наблюдаться плохие рабочие характеристики. Данная проблема может быть решена путём использования повышенного напряжения V_app, так что эффективное напряжение в центре устройства достигает подходящего уровня.

[0050] Обычно диапазон безопасной работы для твердотельных электрохромных устройств составляет примерно между 0,5 В и 4 В, или более чаще между примерно 0,8 В и примерно 3 В, например, между 0,9 В и 1,8 В. Эти значения являются локальными значениями эффективного напряжения V_eff. Согласно одному варианту реализации контроллер или управляющий алгоритм электрохромного устройства обеспечивают управляющий профиль, в котором напряжение V_eff всегда ниже 3 В; согласно другому варианту реализации контроллер управляет напряжением V_eff таким образом, что оно всегда ниже 2,5 В; согласно еще одному варианту реализации контроллер управляет напряжением V_eff таким образом, что оно всегда ниже 1,8 В. Указанные значения напряжения относятся к усредненному по времени напряжению (где время усреднения имеет порядок времени, необходимого для небольшой оптической реакции, например, от нескольких секунд до нескольких минут).

[0051] Дополнительная сложность электрохромных окон состоит в том, что ток, протекающий в окн