CN103562962A - 用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

用于检测和修复电致变色装置（30）中的缺陷的系统（1）和方法（100），可以包含获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置（30）的热图像。另外，所述系统和方法可以包含处理代表所述热图像的热成像数据，通过将在所述热图像的一个或多个像素检测到的热幅度和预定的值相比较，检测所述电致变色装置中的缺陷，并且确定所述电致变色装置中与检测到的缺陷相对应的位置。

Description

用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统和方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求申请号为61/470,083、提交日为2011年3月31日、名称为“用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统和方法”的美国临时专利申请的申请日的利益，其内容通过引用被加入本文中。
技术领域
本发明涉及电致变色装置，该装置能够通过将电势施加至电致变色装置而改变电磁辐射的透射或反射。更具体地，本发明涉及使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷。
背景技术
电致变色装置包含电致变色材料，这些材料已知根据施加的电势改变它们的光学特性，从而使得装置例如或多或少是透明的或反光的，或者具有所需的颜色。
电致变色（EC）装置的制造通常包含在基底（例如玻璃）上形成电致变色薄膜叠层，该薄膜叠层包含导电的和电致变色的材料的多个层。例如参看美国专利号5,321,544、6,856,444、7,372,610和7,593,154，它们通过引用加入本文中。在制造过程期间，有时会在EC薄膜叠层的一个或多个层中形成缺陷，当通过向装置施加电势以运行装置时，这些缺陷使得电致变色装置在该缺陷的所在之处或其附近的光学性能与所需的不同，或者缺少所需的光学性能。该缺陷可能是EC薄膜叠层的导电层之间的短路（short），其例如由EC薄膜叠层的一个或多个层中材料的外来污染物或不均匀性而引起，并使得该EC装置在运行时在缺陷的位置的光学性能与所需的不同，并且呈现在该缺陷附近的位置。因此，所述缺陷可能会使得EC装置在运行时具有不希望的美学外观。
用于检测和修复电致变色装置中的缺陷的一些目前的技术依赖于这些缺陷的光学检测。但是，使用光学检测来检测电致变色装置中缺陷的位置，然后修复检测到的缺陷，可能是相对耗时的过程，并且也可能不会总是令人满意地修复EC装置运行时造成不希望的美学外观的这些缺陷。
通常，在已经为特定的用途（例如以EC装置的形式附着至一块绝缘玻璃）而将基底（上面已经制造有EC薄膜叠层）切割成较小尺寸的EC薄膜叠层部分之后、在已经在基底上制造EC薄膜叠层之后、或者在基底上的EC薄膜叠层层压至另一块玻璃之后，使用光学成像系统进行EC装置的光学成像。将合适的电势施加至EC薄膜叠层或叠层部分至启动时间间隔（例如约15至20分钟），使得EC薄膜叠层或叠层部分可以达到运行状态，其中EC薄膜叠层或叠层部分的光学特性依赖于EC装置的设计。进行EC薄膜叠层或叠层部分的光学成像以检测缺陷的时间段基于光学发射的不同位置，而这些位置对应于EC装置的制造期间的缺陷，因此，通常包含启动时间间隔。
此外，EC薄膜叠层可能具有记忆特性，这使得EC薄膜叠层在向EC薄膜叠层施加电势之后储存电荷，并且储存的电荷消耗得相当缓慢。其结果是，如果没有等待足够的时间（可能达到两个小时或更长），以使任何聚集的电荷（其可能从施加电荷至EC薄膜叠层的制造期间的早期测试步骤中残留）从EC薄膜叠层消散，就在EC装置的制造期间进行光学成像以检测缺陷的位置的话，被鉴定为具有缺陷的EC装置的位置可能是不准确的。
进一步地，在EC装置制造期间，希望在EC装置上进行功率循环（power cycling）之前修复一些缺陷（例如导电层之间的短路）。如果这些短路没有在进行功率循环之前修复，则包含该短路的EC薄膜叠层的相对较大的区域可能不能运行，使得这些短路不会变得可检测，并因此不能够在EC装置的功率循环之后修复。此外，一些短路如果没有在功率循环之前修复，可能会作为功率循环的结果而损坏EC薄膜叠层。
此外，已经观察到的是，EC薄膜叠层中的一些短路在对EC装置进行功率循环之前可能不具有这样的光学发射特性，使得它们不能够通过光学成像系统而被检测为缺陷。因此，在EC装置制造期间，可能需要进行多次光学成像以检测和修复缺陷。
此外，在光学成像系统中通常需要使用照明装置。所述照明装置被运行来从EC薄膜叠层部分的表面（该表面与被光学地成像的EC薄膜叠层部分的表面相反）照亮EC薄膜叠层部分。提供这样的照明是为了确保通过光学成像系统得到的EC薄膜叠层部分的光学图像中有足够的对比，以使得包含缺陷的EC薄膜叠层部分的位置上的光学发射和不具有缺陷的位置的不同。照明装置的使用对于通过光学成像系统在EC装置中检测和修复缺陷增加了复杂性和额外的费用。
或者，EC装置中的缺陷可能由人类视觉地检测，例如用于制造EC装置的装配线的操作人员。这些缺陷的人工检测通常耗费20至40分钟。此外，由人类鉴定EC装置上缺陷的位置并不具有非常大的可重复性，使得在后续的修复步骤中不能得到令人满意的缺陷的修复结果。所以，由操作人员视觉地检测缺陷然后修复检测到的缺陷的步骤可能需要在EC装置的制造期间重复一次或多次。
因此，有需要以高水平的准确率、快速地、相对容易地、以较低的成本检测和修复电致变色装置中的缺陷。
发明内容
根据一个实施例，一种用于检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统可以包含热成像单元，以获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像。另外，所述系统可以包含控制单元，以使用代表所述热图像的热成像数据，通过将在所述热图像的一个或多个像素上检测到的热幅度（thermal amplitude）与预定的值相比较，检测电致变色装置上的缺陷，并以确定所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
根据另一个实施例，一种使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的方法可以包括：获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像。另外，所述方法可以包括：处理代表所述热图像的热成像数据，以通过将在所述热图像的一个或多个像素上检测到的热幅度与预定的值相比较，检测电致变色装置上的缺陷，并以确定所述电致变色装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
根据另一个实施例，一种用于检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统可以包含热成像单元，以获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像。另外，所述系统可以包含控制单元，以处理所述热图像的热成像数据，从而检测所述电致变色装置上的缺陷，并确定所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。进一步地，所述系统可以包含激光装置单元，以发射激光，从而烧蚀（ablate）所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。所述系统还可以包含冷却器单元，以控制获取热图像时所述装置的温度。并且，所述控制单元还可以将在所述热图像的像素上检测到的热幅度与预定的值相比较，以确定该像素是否对应于所述装置中缺陷的位置。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的、用于使用热成像检测电致变色装置中的缺陷的系统的方块图。
图2是根据本发明的一个方面的、用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统的方块图。
图3是根据本发明的一个方面的、沿用于制造电致变色装置的装配线的、用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统的方块图。
图4是根据本发明的一个方面的、用于使用热成像检测电致变色装置中的缺陷的处理流程。
图5是根据本发明的一个方面的、用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的处理流程。
图6是根据本发明的一个方面的、用于制造电致变色装置的处理流程，其中热成像被用来检测和修复电致变色装置中的缺陷。
图7是处于运行状态的示例性的电致变色装置的光学图像。
图8A和8B是根据本发明的一个方面的获得的图7的电致变色装置的热图像。
图8C和8D分别是图8A和8B的热图像的三维图。
图8E和8F分别是图8A和8B的热图像的三维图。
图9A和9B是根据本发明的一个方面的获得的图7的电致变色装置的热图像。
图9C和9D分别是图9A和9B的热图像的三维图。
图9E和9F分别是图9A和9B的热图像的三维图。
具体实施方式
根据本发明的一个方面，热成像可以被用来检测和定位电致变色装置中的缺陷（例如短路），并修复电致变色装置的检测到的缺陷和验证该修复。
图1示出了根据本发明的一个方面的、用于使用热成像检测电致变色装置中的缺陷的系统1。参照图1，系统1可以包含与输入装置12电互连（electrically interconnect）的控制单元10、显示装置14、电源（electrical source）单元16、冷却器单元18、真空单元20、空气供应单元22和热图像处理器单元24。另外，系统1还可以包含与热图像处理器单元24电互连的热摄像机单元26、以及和电源单元16电互连的接触器单元28A和28B。
所述输入装置12是可以由用户操作以向控制单元10提供输入信息的常规装置，例如小键盘、键盘、鼠标、开关等。所述输入信息可以用来控制系统1以检测电致变色装置中（例如电致变色装置的电致变色薄膜叠层中）的、包含在面板31（设于系统1的板32上）中的缺陷。所述面板31可以是基底（例如玻璃），在其上已经形成有电致变色薄膜叠层和与电致变色薄膜叠层的部件电互连的导电母线。EC薄膜叠层和母线可以被设于面板1的基底上，使得可以通过分别将面板切割成一个或多个部分来得到一个或多个电致变色装置。为了便于参考，以下参照可以由切割面板31而得到的电致变色装置30，描述根据本发明的、使用热成像的缺陷检测和修复。
所述显示装置14可以是任何显示器或显示屏（例如LCD或LED显示器），它能够显示由控制单元10提供的信息。
所述冷却器单元18可以是这样的任何装置，它能够被控制（例如由控制单元10）来供给一定温度和流量的气体（例如空气、氮气、氩气或氦气）或液体，以使板32的温度降低至或稳定在预定的温度（例如约65◦ F）或之下。根据冷却器单元的操作的控制，EC装置30（设于板32上）的温度可以被降低至并且稳定在所需的温度（例如约50◦ F）。
所述板32可以是壳体的形式，该壳体具有基本上平坦的外表面36，该外表面具有足够的尺寸以保持其上的面板31。板32可以进一步包含在外表面36开出的一个或多个孔38、以及从孔38延伸至输入端口42的管道40。
空气供应单元22可以是这样的装置，它能够被控制（例如由控制单元10）来供应所需流量的压缩空气。所述压缩空气可以通过管道21（终止于板32的输入端口42）供应。
所述真空单元20可以是这样的任何装置，它能够被控制（例如由控制单元10）来制造真空。所述真空可以通过管道21供应至板32的输入端口42。
所述热摄像机单元26可以包含具有镜头27的热成像摄像机（例如红外摄像机）。所述摄像机的镜头27可以是可控制的，以在三个自由度（x, y, z）中移动，并且所述热成像摄像机可以是可控制的，以获得热图像并提供代表得到的热图像的热成像数据。所述镜头27可以例如是红外的f/1.4、25mm物镜或红外的f/3.0 Marco 1x镜头。应该理解的是，本领域技术人员可以选择具有合适的光圈和焦距的红外镜头，以获得能够被用来如下所述地检测和定位EC装置中的缺陷的热图像。
根据从控制单元提供的控制数据，所述热图像处理器单元24可以控制热摄像机单元26的运行，使得热摄像机单元26的镜头27被移动至相对于板32的所需位置，并且通过摄像器单元26得到板32上的EC装置30的热图像。另外，所述热图像处理器单元24可以处理来自摄像机单元26的热成像数据，并且向控制单元10提供处理的热成像数据和来自摄像机单元的热成像数据。
所述接触器单元28可以是包含接触元件29的装置，所述接触元件可以被控制来在三个自由度（x, y, z）中移动。接触器单元28相对于板32设置，从而接触元件29可以被移动至与EC装置30的所需位置接触，该位置例如是装置30的EC薄膜叠层的母线或相似的接触点，在该点可以施加电势来以EC装置切换至运行状态。当电势被施加至EC装置的负极端和正极端时，EC装置30可以从非运行状态切换至运行状态，在后者EC薄膜叠层（以及因此涉及的装置30）的光学特性可以达到所需的、预定的状态（例如彩色的或有色的状态）。
所述电源单元16可以是这样的装置，它能够被控制（例如由控制单元10）来向接触器28提供位置控制数据，以使接触元件29移动至与EC装置30的所需位置接触。进一步地，所述电源单元16可以通过控制器28A和28B的接触元件控制被施加至EC装置30的低压电信号的特性。
所述控制单元10是数据处理装置，它包含处理器和用于储存可以由处理器（例如计算机或相似的装置）执行的数据和指令的储存器。所述控制单元10适用于处理由输入装置12提供的输入数据，并向冷却器单元18、真空单元20、空气供应单元22、热图像处理器单元24和电源单元16提供控制数据，以进行处理来根据本发明的方面通过热成像检测电致变色装置中的缺陷。在一个实施例中，所述控制单元10可以被配置来执行由本文所述的系统1的其他单元执行的一个或多个功能。
图4示出了根据本发明的方面的、检测电致变色装置中的缺陷的示例性流程100。为了进行说明，与由上述图1的系统1的部件进行的操作相关地描述流程100。
参照图4，在方块102中，控制单元10可以向空气单元22提供控制数据，使得通过管道21由空气单元22供应压缩空气。在压缩空气的供应开始之后，电致变色装置30（可以是面板的一部分，所述面板包含包覆有电致变色薄膜叠层的玻璃板并且具有形成于其上的导电母线，所述导电母线与电致变色薄膜叠层电互连）可以被移动至板32的表面36之上。所述压缩空气可以是干净的和干燥的空气或氮气。
在EC装置设于板32上之后，可以停止压缩空气的供应，控制单元可以控制真空单元20以在管道21中制造真空。所述真空被提供来使EC装置维持基本上不能够在板32的表面36上移动。
在一个实施例中，所述板32可以包含输入端口44，所述输入端口与管道46（在板32的内部延伸）连通并且靠近表面36设置。控制单元可以控制冷却器18通过管道23向输入端口44供应液体或气体（例如冷却的空气或液体）并进入管道46，从而降低板32的温度。板32的冷却（例如冷却至约65◦ F的温度）反过来使得与板表面36接触的EC装置30冷却至所需的、均匀的温度。通过在施加合适的电势使EC装置切换至运行状态之前冷却EC装置30，可以增强使用热成像的EC装置30的EC薄膜叠层中缺陷（例如短路）的检测。被冷却的EC装置30可以被维持在稳定的、均匀的温度，使得通过使用热成像，EC装置的从具有缺陷（例如短路）的区域产生的热量，会容易与EC装置的不具有缺陷（其产生热量）的缺陷周围或附近的区域区分出来。另外，通过冷却板32，所以它对于EC装置作为均匀的热背景，可以提高对EC薄膜叠层的包含短路的部分检测到的热幅度，与对EC薄膜叠层的不具有缺陷的、在包含缺陷的部分周围或附近的部分检测到的热幅度的信号噪声比。
在方块104中，根据在输入装置12接收的输入信息，控制单元10可以向电源单元16提供控制数据，使接触器单元28A和28B移动它们各自的接触元件29A和29B至与EC装置30的各个正母线和负母线（未示出）接触。在一个实施例中，根据储存于控制单元的储存器中的数据（该数据表示EC装置30的尺寸、EC装置上母线的位置、以及板32的表面36上保持EC装置的位置），可以自动地控制接触元件的定位。
在方块106中，热图像处理器单元24可以控制热摄像机单元26，以将镜头27移动至EC装置30的面向镜头27的表面上预定的位置。
在方块108中，控制单元10可以控制电源单元16，以跨过EC装置30的接触各个接触元件29A和29B的母线供应预定的电势（例如方波）。根据来自控制单元的控制数据，其中所述控制数据是从储存于控制单元的储存器中的数据或者由输入装置12提供的输入信息中确定的，可以控制施加的电势的工作周期（duty cycle）、持续时间、频率和功率电平。
进一步地，在方块108中，当电势被施加至EC装置时，热图像处理器单元可以控制热摄像机单元，以获得在预定的频率并且与电势的施加相同步的EC装置的热图像。可以将代表得到的热图像的热成像数据从热图像处理器单元提供至控制单元，然后和将得到的热图像关联至施加的电势的时机的信息一起，储存在控制单元的储存器中。
在方块110中，控制单元10可以处理热成像数据，以确定在热图像中的不同像素检测到的热幅度的差异，以检测并鉴定EC薄膜叠层中缺陷的位置。所述缺陷可以包括例如EC薄膜叠层的两个导体之间的短路，当EC装置处于运行状态时，与具有短路的区域附近EC薄膜叠层的的区域相比，EC薄膜叠层中该短路的区域会吸引更多电流。在短路处EC薄膜叠层中电流的增加会产生热量或热辐射，这可以通过热成像摄像器检测。在一个实施例中，可以通过热图像处理器单元，确定由热成像摄像机得到的、在EC装置的热图像的每个像素检测到的热辐射的幅度。
在一个实施例中，可以在预定的频率调制施加至EC装置的电势，并且可以从热图像得到热成像数据，以使用高水平的精度来鉴定缺陷的位置。由流经EC薄膜叠层的短路的较高水平的电流产生的升高的温度，可以使得能够通过使用热成像检测EC薄膜叠层中短路的位置。在一个实施例中，可以通过以下方法检测和定位缺陷：迭代地分析分别代表得到的一系列热图像的热成像数据，并在将缺陷定位于热图像的中心的同时，减少EC装置的热成像的区域的尺寸，从而锁定（lock in）缺陷及其在EC装置中的位置，有利地提高缺陷的信号噪声比。例如参看Huth, S., et al., "Lock-in Thermography – a novel tool for material and device characterization," Solid State Phenomena, Vol. 82-84, pp. 741-746 (2002)，其通过引用被加入本文中，描述了一种锁定热成像技术。
在一个实施例中，在方块110中，可以在热图像的各个像素的热幅度之间进行比较，以鉴定热图像中具有可能与EC薄膜叠层中的缺陷（例如短路）相关的热幅度的像素。被鉴定的像素被确定为对应于EC装置的EC薄膜叠层上的缺陷的位置。
在一个实施例中，例如如上所述地通过使用迭代过程锁定缺陷，控制单元10可以控制镜头27的位置的定位，以及施加至EC装置以提高信号噪声比的电势，所述信号噪声比是对EC薄膜叠层的包含缺陷的部分检测到的热幅度，与对EC薄膜叠层的不具有缺陷的、在包含缺陷的部分周围或附近的部分检测到的热幅度的比。
在一个实施例中，可以处理热图像的热成像数据，从而在显示屏上对应于被热成像的EC装置二维地显示热幅度，并通过标记（例如着色、阴影等）显示热幅度，使得能够在显示屏上容易地区分具有缺陷的区域和EC装置不具有缺陷的其他区域。例如，所述热幅度可以被显示为具有与它们的绝对值成正比的亮度。
在方块112中，对于每个热图像，控制单元12可以储存在每个像素检测到的热幅度，以及与该热图像的每个像素相对应的EC装置上的位置。
在方块114中，控制单元12可以处理储存的热成像数据，以提供过滤功能，其中与EC装置的热图像的像素（具有低于预定阈值的热幅度）相对应的EC装置上的位置，不被鉴定为对应于缺陷。进一步地，在方块114中，所述控制单元可以在其储存器中储存这样的数据，该数据表示与过滤后保留下来的缺陷相对应的EC装置上的位置，以用于缺陷的后续修复。
在方块116中，控制单元可以控制真空单元以停止制造真空，然后控制空气单元供应压缩空气，使得包含装置30的面板31可以被从板32移除。
在本发明的一个实施方式中，具有与上述系统1相同或相似的部件和功能的示例性系统，被用来进行包含EC薄膜叠层的示例性EC装置的热成像。该EC薄膜叠层的长和宽分别为35 mm和41 mm，被放置于厚度为2 mm的玻璃基底上。图7是从处于运行状态的这个EC装置得到的光学图像。参照图7，可以从光学图像中观察到，该EC装置具有多个作为缺陷的短路，包含图像中心的附近和右边的明显短路。
使用示例性系统的热摄像机单元获得该示例性EC装置的热图像，该热摄像机单元具有置于EC装置上的25 mm IR物镜，以提供80 µm/像素的分辨率，并使用置于EC薄膜装置上的Macro 1X IR物镜，以提供10 µm/像素的分辨率。图8A和8B示出了分别使用25 mm和Macro 1X镜头得到的图7的整个EC装置的热图像。
另外，分别如图8C和8E、图8D和8F所示，处理热成像数据，以在三维中显示图8A和8B中显示的热图像的每个像素的热幅度，以突出对应于缺陷的热区域。可以发现，如图8C和8E所示，使用25 mm镜头进行的热成像在短路处形成约350千开尔文（milleKelvins）（0.35° C）的峰，而如图8D和8F所示，使用Macro 1X镜头进行的热成像在相同的短路处形成约16,000千开尔文（16° C）的峰。对于相同的短路，两个不同镜头各自的峰值热幅度（温度）之间出现不同，是因为每个像素平均于来自多个区域的热发射，而含有短路的EC装置的区域通常很小，例如约10 μm。结果，对于相同的短路，如果一个像素对应的EC薄膜叠层的区域更大，则与EC薄膜叠层的背景（基线）温度相比，该像素的热成像数据的温度差异会更小。换句话说，随着每个像素代表的EC装置的区域尺寸的增加，EC薄膜叠层中缺陷的热幅度（温度）与没有缺陷的EC薄膜叠层的部分的热幅度的信号噪声比会降低。
在系统1的一些实施例中，可以改变得到的热图像的像素尺寸，以使视野更大，以增加对于EC装置制造期间的缺陷的EC装置的测试期间的吞吐量，其中灵敏度相应减少，反之亦然。
图9A-9B示出了通过分别使用25 mm镜头和Macro 1X镜头的热成像得到的图7的相同EC装置的热图像，其中热图像是示例性EC装置的4 mm × 4 mm区域的，包含EC薄膜叠层中位于区域中心的缺陷。图9C和9E以及图9D和9F分别示出了图9A和9B的热成像数据的三维显示。
在系统1的操作的一个实施例中，电势可以以方波的形式被施加至电致变色装置，并且可以如下得到热图像：（1）电势是-3伏特施加100秒，然后0伏特施加100秒，最后-3伏特施加100秒，在2.2 Hz的频率下得到热图像；（2）电势是-2伏特施加100秒，然后0伏特施加100秒，最后-2伏特施加100秒，在2.2 Hz的频率下得到热图像；（3）电势是3伏特施加100秒，然后-2伏特施加100秒，最后3伏特施加100秒，在2.2 Hz的频率下得到热图像；（4）电势是-2伏特施加100秒，然后0伏特施加100秒，最后-2伏特施加100秒，在2.2 Hz的频率下得到热图像；（5）电势是-2伏特施加10秒，然后0伏特施加10秒，最后-2伏特施加10秒，在22 Hz的频率下得到热图像；（6）电势是-2伏特施加3.3秒，然后0伏特施加3.3秒，最后2伏特施加3.3秒，在80 Hz的频率下得到热图像；（7）电势是3伏特施加3.3秒，然后0伏特施加3.3秒，最后3伏特施加3.3秒，在80 Hz的频率下得到热图像；（8）电势是5伏特施加3.3秒，然后0伏特施加3.3秒，最后5伏特施加3.3秒，在80 Hz的频率下得到热图像；（9）电势是7伏特施加3.3秒，然后0伏特施加3.3秒，最后7伏特施加3.3秒，在80 Hz的频率下得到热图像；以及（10）使用两个如下的连续的200秒脉冲施加电势400秒：首先3伏特施加50秒，然后0伏特施加50秒，-2伏特施加50秒，在2.2 Hz的频率下得到热图像。
在另一个方面，参照图2，系统200可以用于使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷。参照图2，系统200可以包含与上述系统1相同或相似的部件，并且进一步地，还包含与控制单元10和激光装置212电互连的激光控制单元210。
激光装置212可以是光学能量发射装置（例如激光器），它能够被控制来发射充足能量下的光束，以烧蚀与激光器的距离小于约20 mm的、小于约15平方微米的集中区域。另外，激光装置212可以被控制来在三个自由度（x, y, z）中移动。
根据由控制单元10提供的控制数据，激光控制单元210可以运行来控制射出的激光的发射和强度、以及激光装置212的移动。
在一个实施例中，激光装置212可以被固定至热摄像机单元26（优选构成一体）。
图5示出了示例性的流程250，它可以与系统200联合进行，以使用热成像检测EC装置中的缺陷、修复检测到的缺陷，并且然后使用热成像鉴定检测到的缺陷是否已经被满意地修复。流程250可以包含与上述流程100的方块102、104、108和110（在图5中未示出）相同的功能。
参照图5，在如上述地进行方块102、104、108和110之后，在方块240中，控制单元可以控制激光装置212的移动，以将激光装置相对于EC装置而设置，使得从激光装置212发射的激光可以射到EC装置上的位置，该位置对应于EC装置的热图像的、被确定为具有超过预定阈值的热幅度的一个或多个像素，其对应于检测到的短路的位置。可以使用储存于控制单元的储存器中的、表示EC装置的尺寸以及其在板32上的位置的信息，来设置激光装置212。
在方块242中，激光控制单元210可以使激光装置射出合适波长和足够强度的激光，以烧蚀EC装置的EC薄膜叠成中的位置，该位置对应于EC装置的热图像的、被确定为具有超过预定阈值的热幅度的一个或多个像素。例如，激光的强度可以是300-500 mW。另外，激光束可以具有宽度为50-250 µm的直径，以及至少2x107 W/cm2的功率密度。在替代的实施例中，激光装置可以被控制来通过烧蚀EC薄膜叠层的包围缺陷的位置，以修复缺陷。
在方块244中，热摄像机单元26可以被控制来将镜头27移动到EC装置上的位置，在该位置可以得到EC薄膜叠层的一定位置的热图像，该位置对应于已经在方块242中通过激光烧蚀进行缺陷修复的位置。
在方块246中，与方块108相似地，电源和热摄像机单元可以被控制单元控制来得到处于运行状态的EC装置的热图像。
在方块248中，与方块110相似地，可以处理与在方块246中得到的热图像相对应的热成像数据，以确定是否通过热成像数据显示了任何缺陷。例如，确定的方法是这样的：如果得到的热图像的像素的热幅度，超出EC薄膜叠层的、与在242中进行缺陷修复的位置相对应的位置上的预定阈值，则确定为存在短路（换句话说，在方块248中检测到短路）。在EC薄膜叠层中修复短路之后，EC薄膜叠层的被鉴定为具有短路的位置，应该不再辐射提高水平的热量，使得与被修复的短路的位置相对应的、热图像的像素的热幅度低于预定的阈值。如果在方块248中没有检测到缺陷，可以在方块249中进行如上所述的方块116的操作，以从板32移除包含EC装置的面板。如果在方块248中检测到缺陷，可以通过重复方块240、242、244、246和248的操作，以进行进一步的修复过程。
在另一个实施例中，如果在方块248中检测到缺陷，控制单元可以例如在显示单元或另一个输出装置上，提供报警信号（例如在连接至控制单元的扬声器上的声音报警），以例如向系统的操作人员表示，该EC装置包含缺陷，该缺陷可能会在电致变色装置处于运行状态时引起不希望的美学效果。所述控制单元进一步地可以在显示单元提供信息，该信息表示在方块248中确定的、EC装置上的缺陷的位置。
在进一步的实施例中，可以通过向EC装置施加逐渐增加的电流（例如由电源单元16和使用接触器单元28供给的电流），以加热该短路，直到该短路自行从EC装置中的导电层分离，从而修复通过上述系统1的操作被检测为缺陷的短路。控制单元可以在进行修复时控制连续的热图像的获取，并且同样在进行修复时分析代表热图像的热成像数据，以在短路已经被修复时自动进行确定，这时控制单元控制电源单元，使得电流不再被施加至EC装置。
图3示出了示例性的系统300，它用于检测和修复EC装置中的缺陷，其中系统300是用于制造EC装置的装配线的一部分。参照图3，系统300可以包含系统400，系统400用于使用热成像检测EC装置中的缺陷的位置，其中系统400与上述系统1相同或相似。系统400可以在沿装配线430的系统420的前面。系统420可以与上述系统200相同或相似，系统420可以使用热成像，在EC装置的制造期间的后续阶段中，进行由系统400检测到的缺陷的修复或鉴别修复。
在一个实施例中，显微镜单元440可以被系统400和420中的任一方的控制单元控制并与其交换数据，显微镜单元440可以被置于沿装配线430的系统400和420之间。显微镜单元440可以被运行来取得正在制造的EC装置上选定的位置（特别是被系统400鉴定为具有缺陷的位置）的高分辨率图像。
在一个实施例中，照明单元450（例如光源）可以被设置为：其朝向的EC装置的表面与EC装置的朝向显微镜单元440的表面相反。照明单元450可以被系统400或420的任一方的控制单元控制，以运行来照亮EC装置的选定区域，以对由显微镜单元440得到的光学图像提供更好的对比。
在一个实施例中，系统400的热成像的热分辨率可以小于系统420的热成像的热分辨率。
在一个实施例中，可以进行EC装置的热成像，以鉴定EC薄膜叠层中的不均匀性，或者上面施加或沉积有EC薄膜叠层的基底中的不均匀性。例如，EC薄膜叠层中的不均匀性可以是厚度不同的EC薄膜叠层的区域的存在。可以通过热成像检测不均匀性，因为如果这些层不具有强的结合，则从EC装置的表面向EC薄膜叠层中的层发生的热传递会不均匀地发生。例如，可以使用热成像来检测EC薄膜叠层的层中的相互剥离，或者EC薄膜叠层从下面的基底的剥离。
在另一个实施例中，可以进行热成像来检测EC装置的母线中的不均匀性和不均匀的粘附、母线和EC薄膜叠层的部分之间的高接触电阻、以及EC装置的弱的或失效的焊点或线连接。
在一个实施例中，可以在板32的表面36上设置不透明的材料板（例如一张黑色纸），以避免热辐射从EC装置反射而不在热图像中被测量。通过最小化热辐射从EC装置的反射，在EC装置的得到的热图像中，具有缺陷的区域和不具有缺陷的区域的热辐射测量之间的对比会增加。
在进一步的实施例中，过滤元件（例如玻璃板）可以被置于热摄像机单元（例如系统1的单元26）或者正在被热成像的EC装置附近的镜头之上，或者成为其一部分。
在另一个实施例中，板32可以适于能够通过热摄像机单元从EC薄膜叠层的任一侧进行EC装置的热成像，其中EC装置和热摄像机单元的镜头之间具有或不具有过滤元件。在进一步的实施例中，板32可以适于作为过滤元件，可以通过它由热摄像机单元获得被维持在板上的EC装置的热图像。
参照图6，它示出了示例性的EC装置制造流程500，可以在流程500的各个阶段根据本发明使用热成像，以在EC装置的制造期间检测缺陷并验证检测到的缺陷的修复，而不会实质上增加EC装置产品的生产时间。例如，可能在EC装置的EC薄膜叠层中形成缺陷，由于以下原因：（i）上面形成有EC薄膜叠层的基底玻璃的表面上的污染、（ii）在基底的涂覆期间形成的EC薄膜叠层的一个或多个层中的污染、以及（iii）在基底上EC薄膜叠层的形成期间的激光和其他处理，这可能会在EC薄膜叠层中形成EC装置处于运行状态时吸引过量电流的区域。
可以在流程500的方块502之后和方块504之前的制造阶段A（参看图6）进行热成像以检测和修复这些缺陷。在方块502中，可以通过以下方法形成包含一个或多个EC装置的面板：使用导电的和电致变色的材料层涂覆基底（例如玻璃）以形成EC薄膜叠层，在EC薄膜叠层上进行激光划线处理，然后在烤炉中加热面板。在一些目前的制造过程中，方块502可以包含测试和修复操作，它们是在烤炉中加热面板之后进行的，并且与上述相似地，通过向EC薄膜叠层施加增加的电流，修复EC装置中的硬短路（hard short）。通过电荷修复硬短路通常是不精确的，并且会损坏EC装置，使得需要在最后的测试操作期间修复该损伤，例如如下所述的在方块512中进行的那样。在方块504中，面板被切割成需要的尺寸，该尺寸对应于将要被结合至各自的EC装置产品的EC装置，这些装置例如在2011年3月4日提交的美国专利申请号13/040,787和在2011年7月7日提交的美国专利申请号13/178,065中描述的，它们的内容通过引用合并入本文中。
在方块504的面板切割之前的阶段A进行缺陷修复，使得能够较早地对面板上每个EC装置的缺陷进行检测和修复。在阶段A可以以相对高的精确度检测缺陷的位置，因为在EC装置的制造的这一阶段得到的热成像可能会在缺陷和非缺陷区域之间具有更高的对比。进一步地，涉及在该阶段检测到的缺陷的数据，可以被用来在被进行来形成EC薄膜叠层的、导电的和电致变色的材料涂覆步骤期间，帮助消灭缺陷的来源。
在一个实施例中，在阶段A中，可以通过向EC薄膜叠层施加电流，以修复面板的一个或多个EC装置中的每一个，并且使用反馈信息来验证任何短路的成功修复，该反馈信息是以代表面板的得到的热图像的热成像数据的形式。在一些实施例中，可以例如通过系统1的冷却器单元18来冷却面板，以保护EC薄膜叠层不受损害，并且可以在相对缓慢的速率增加被施加至面板的EC装置的电流的幅度，以去除短路的来源，例如通过燃烧EC薄膜叠层的包含短路的区域，其将短路的区域和EC薄膜叠层的导电层分离。可以在监控面板的热图像的同时，通过系统的控制单元自动地增加电流的幅度，或通过观察热成像的显示而增加电流的幅度，使得可以增加电流直到通过控制单元自动地从监控中确定这些短路被消除、或通过观察显示的操作人员从监控中确定这些短路被消除。在进一步的实施例中，可以在包含于面板的多个EC装置中的每一个上依次进行阶段A中的使用热成像的缺陷修复。
在阶段A中进行的使用热成像的修复，与在EC装置的切割之后进行的一些现有技术的缺陷修复技术相反，其中切割EC装置作为测试程序的一个部分而被测试，其自动检测缺陷并储存涉及检测到的缺陷的数据，但不修复检测到的短路。
在替代的实施例中，可以在没有切割EC薄膜叠层而被形成的EC装置上进行检测并修复缺陷的热成像，例如通过在基底上形成EC薄膜叠层而得到的EC装置，该基底的大小和EC装置将要被施加至的绝缘玻璃基底的大小相同。
再次参照图6，可以在方块504之后和方块506之前的制造阶段B进行检测和修复缺陷的热成像。在方块506中，切割EC装置经过层压，例如在2011年3月4日提交的美国专利申请号13/040,787中描述的，其通过引用合并入本文中。
进一步地，可以在方块506之后的制造阶段C进行检测和修复缺陷的热成像。在方块506中，缺陷（例如短路）可以来源于被用来将层压施加至切割EC装置的辊上的污染。在阶段C中，可以和上述阶段A中进行的相同或相似地进行使用热成像的短路的修复。
参照图6，在方块506之后，流程500可以包含方块508，其中通过切割EC装置装配EC装置产品（例如绝缘玻璃单元（IGU）），还包含方块510和512，其中分别在EC装置产品上进行功率循环和随后的最终测试和检查。可能不能够在进行EC产品的功率循环之前使用光学成像或热成像检测到的缺陷（例如短路），可以在制造阶段D使用热成像检测和修复，阶段D在方块512中的最终测试和检查之后。
有利地，对EC装置进行的、使用热成像的缺陷检测和修复的时间相对较短（例如约30秒），使得能够在制造期间的多个阶段检测和修复缺陷，而不实质地影响EC装置的生产速度和时间。进一步地，可以最小化对EC装置进行功率循环的时间，因为在功率循环之前进行的热成像，使得能够检测和修复直到进行功率循环之后才可以光学地检测的缺陷。并且，使用热成像来检测和修复缺陷可以避免在EC装置产品的最终测试步骤中修复缺陷的必要性，在该步骤期间修复会变得复杂，因为不透明的材料层会已经被附着至EC装置以形成EC装置产品。另外，当在EC装置的制造期间的不同时间得到EC装置的热图像时，被确定为相同缺陷的EC装置上的位置是可重复的，使得对于不同的热图像具有较高的精确度。
在进一步的方面，系统1或系统200的部件可以被结合进便携式单元。便携式热成像缺陷检测和修复单元可以包含固定元件，以将该单元靠紧EC装置产品，例如建筑物的构成EC装置产品的窗。所述固定元件可以包含吸杯，该吸杯用于固定至EC装置产品并且被附着至三脚架，可移动的支撑件从三脚架延伸。所述支撑件可以被牢固地连接至热成像摄像机单元和激光装置，并且可以被移动以使得摄像机单元和激光装置设置于相对于EC装置产品的所需的位置。包含于便携式单元中的激光装置可以是能够控制来发射约7纳秒的脉冲宽度的532 nm调Q激光器，并且具有20 KHz的重复频率，并且提供约100-400 mW的功率水平。
在一个实施例中，所述便携式单元可以包含光学摄像机单元，以拍摄EC装置产品的光学图像，而且控制单元可以在便携式单元的显示器上和EC装置产品的热图像一起，或者单独地显示光学图像。另外，便携式单元可以包含通信单元，以通过无线或有线通信，传递热成像数据和在便携式单元处理或收集的其他数据。
另外，应该理解的是，根据本发明的上述特征，使用热成像的EC装置中缺陷的检测和修复，相似地可以应用于使用热成像在以下装置中检测和修复缺陷：光伏装置、其中具有非固态集成电路的EC装置、热致变色装置和包含于液晶装置中的液晶材料层。
虽然在此参照特定的实施例描述了本发明，但应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的说明。因此应该理解的是，可以对这些说明性的实施例进行多种修改，并且可以设计其他配置，而不脱离由附属的权利要求界定的本发明的精神和范围。

Claims (18)

1.一种用于检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统，所述系统包含：
热成像单元，用于获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像；以及
控制单元，用于使用代表所述热图像的热成像数据，通过将在所述热图像的一个或多个像素检测到的热幅度与预定的值相比较，检测所述电致变色装置上的缺陷，并且确定所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
激光装置单元，用于发射激光，从而烧蚀所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
3.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
冷却器单元，用于控制获取热图像时所述装置的温度。
4.根据权利要求1所述的系统，其中当在一个或多个像素检测到的热幅度不小于预定的值时，所述控制单元确定所述一个或多个像素对应于所述装置上缺陷的位置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元处理所述热成像数据，以提高信号噪声比，所述信号噪声比是对应于检测到的缺陷的热图像部分的热幅度，与对应于检测到的缺陷的热图像部分附近的热图像部分的热幅度的比。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元用于控制设有所述装置的表面的热状态，该表面与得到所述热图像的所述装置的表面相反。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制单元用于控制所述表面的热状态，从而提高信号噪声比，所述信号噪声比是对应于检测到的缺陷的热图像部分的热幅度，与对应于检测到的缺陷的热图像部分附近的热图像部分的热幅度的比。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定的值不同于从所述电致变色装置的热图像确定的热幅度。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述预定的值对应于从所述热图像数据确定的热幅度。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制单元使用锁定方法，处理分别代表由所述热成像单元得到的一系列热图像的所述热成像数据，以提高检测到的缺陷的信号噪声比。
11.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包含：
修复单元，用于向所述装置施加电流，从而修复检测到的缺陷。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述控制单元根据所述热成像数据控制所述修复单元。
13.一种使用热成像检测和修复电致变色装置中的缺陷的方法，所述方法包含：
获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像；以及
处理代表所述热图像的热成像数据，通过将在所述热图像的一个或多个像素检测到的热幅度与预定的值相比较，检测所述电致变色装置上的缺陷，并且确定所述电致变色装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
14.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包含：
根据被确定的位置，控制所述电致变色装置上检测到的缺陷的修复。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述修复包含：发射激光，从而烧蚀所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法进一步包含：
在从包含多个电致变色装置中的所述电致变色装置的面板切割所述电致变色装置之前，进行所述修复。
17.根据权利要求13所述的方法，所述方法进一步包含：
控制获取热图像时所述电致变色装置的温度。
18.一种用于检测和修复电致变色装置中的缺陷的系统，所述系统包含：
热成像单元，用于获取所述装置处于运行状态时所述电致变色装置的热图像；
控制单元，用于处理所述热图像的热成像数据，从而检测所述电致变色装置上的缺陷，并且确定所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置；
激光装置单元，用于发射激光，从而烧蚀所述装置中与检测到的缺陷相对应的位置；以及
冷却器单元，用于控制获取热图像时所述装置的温度；
其中所述控制单元将在所述热图像的像素检测到的热幅度与预定的值相比较，以确定该像素是否对应于所述装置中缺陷的位置。
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