CN103987909B - 减轻可着色窗中的热冲击 - Google Patents

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Abstract

可着色光学组件诸如窗具有控制器，所述控制器被设计或配置来以阻止暴露于破坏性热冲击的方式控制着色。所述控制器确定热冲击的触发条件正在发生或将要发生且采取步骤来避免破坏性热冲击。在一些情况下，这些步骤包括增加所述光学组件的透射率或将所述组件保持在高透射状态下。在一些情况下，所述步骤涉及加热所述组件。

Description

减轻可着色窗中的热冲击
相关申请的交叉参考
本申请要求2011年10月21日申请的美国临时专利申请第61/550，277号的权益，其全文出于所有目的以引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及智能窗技术，且更特定来说涉及用于减轻具有有源控制能力的智能窗中的热冲击的控制方法和系统。
发明背景
“智能”窗制造者面临着众多挑战。例如，制造者必须用高级涂层诸如电致变色装置涂层涂覆大型窗基板。涂覆过程必须以高产量高收益进行。一些涂层中将不可避免地出现缺陷。在一些情况下，一个缺陷或一组缺陷仅影响窗基板的一小部分，且因此可以通过移除窗基板受影响的部分以及使用基板的剩余部分来形成较小窗而加以解决。遗憾的是，这种方法通常与加强过程诸如回火不兼容。而且，可能需要在未回火基板上制造智能窗的原因有很多。然而，制造在这类窗基板上的可切换智能窗比较容易断裂。例如，这类窗比较容易受热梯度的影响且可能在经回火窗基板可能不会断裂的条件下断裂。
发明概要
用于光学可切换装置的控制算法不仅用于驱动光学装置的转变以提供所要光学状态给终端用户，而且用于控制光学可切换装置的物理性质，尤其是热性质，以避免热冲击。可着色光学组件诸如窗具有控制器，所述控制器被设计或配置来以阻止暴露于破坏性热冲击的方式控制着色。控制器确定热冲击的触发条件正在发生或将要发生且采取步骤来避免破坏性热冲击。在一些情况下，这些步骤包括增加光学组件的透射率或将组件保持在高透射状态下。在一些情况下，所述步骤涉及加热组件。在特定实施方案中，这些以及其它控制参数的组合被用来减轻或避免热冲击。
下文将参考图更详细描述这些特征和其它特征以及实施方案。
附图简述
图1A和图1B是描绘特定公开的制造方法的涂层和切割方面的示意图。
图2是可以用来根据本文所述的方法控制可切换光学装置的控制器的示意图。
图3描绘多窗格窗组件的透视分解图。
图4描绘多窗格窗组件的横截面。
图5描绘层压绝缘玻璃单元(IGU)的横截面。
图6A是以横截面表示的电致变色装置的示意图。
图6B是发白状态下(或转变到发白状态)的电致变色装置的示意横截面。
图6C是图6B所示但处于有色状态下(或转变到有色状态)的电致变色装置的示意横截面。
图7是处于有色状态的电致变色装置的示意横截面，其中所述装置具有界面区域，所述界面区域不包含明显的离子导体层。
图8是描绘根据本文所述的实施方案的流程的方面的流程图。
具体实施方式
在下列描述中，陈述大量具体细节以对呈现的实施方案提供透彻理解。公开的实施方案可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实行。在其它实例中，对总所周知的过程操作没有进行详细描述以不会不必要地混淆公开的实施方案。尽管将结合具体实施方案描述公开的实施方案，但是应了解不意在限制公开的实施方案。
引言
本文公开的各种实施方案涉及涂覆在窗或其它光学组件上的可切换光学装置的控制器。特定实施方案涉及切换这类光学装置中的光学状态的方法。可切换光学装置响应于电信号改变光学性质，诸如透射率、颜色或反射率。可切换光学装置的实例是电致变色装置。其它实例包括液晶装置和悬浮颗粒装置。在下文论述中，为方便起见，可切换装置通常被描述为“电致变色装置”。然而，相关论述不应被解释为限于电致变色装置。下文呈现与电致变色装置的结构、制造和操作相关的各种细节。
一般来说，本文所述的光学组件是窗、镜子、研究工具等等，其包含涂覆有光学装置的基板。所述基板通常是透明的或基本上是透明的。基本上透明的基板的实例包括无机材料板，诸如硅石或硅酸盐基材料，以及有机材料板，诸如丙烯酸和聚碳酸酯聚合物。一般来说，基板是基本上刚性的。玻璃板的具体实例包括浮法玻璃、玻璃(可从密歇根，米德兰的Dow Corning，Corp.购得的碱硅酸铝板玻璃的商标名称)等等。有机基板的实例是普列克斯玻璃(Plexiglass)。出于简洁的目的，本文使用“玻璃板”来包括所有类型的窗基板，除非另有具体指示。
在一个实施方案中，玻璃板是浮法玻璃，其涂覆有透明传导氧化物(TCO)和扩散屏障层。这类玻璃的实例包括由俄亥俄州，托莱多的Pilkington在商标下销售以及由宾夕法尼亚，匹兹堡的PPG Industries在商标 300知 500下销售的导电层涂覆的玻璃。玻璃是涂覆有氟化锡氧化物导电层的玻璃。扩散屏障层可以设置在TCO与浮法玻璃之间以防止钠从玻璃扩散到TCO中。在一个实施方案中，玻璃板在其上不具有预成形的TCO或扩散屏障。例如，在一个实施方案中，扩散屏障、第一TCO和电致变色堆叠以及第二TCO在受控周围环境(红外)下全部形成在单个设备中。玻璃板在于其上制造电致变色(EC)装置之前可以经过热加强。
本文描述的光学组件可以由尺寸至少等于补偿制造的最大组件的大型玻璃板而制造。在各种实施方案中，在制程的随后阶段，打算将大型玻璃板切割成较小窗格。在特定实施方案中，打算将窗格用作窗，因此相关基板的物理尺寸以及光学和机械性质应适于预期的窗应用。
在典型实例中，操作时采用的大型玻璃板是至少一侧长度介于约3米与约6米之间的一块玻璃。在一些情况下，玻璃是矩形，高为约3米到6米且宽为约1.5米到3米。在具体实施方案中，玻璃板宽为约2米且高为约3米。在一个实施方案中，玻璃是六英尺乘以十英尺。无论玻璃板的尺寸为何，制造仪器被设计来适应并处理许多这类玻璃板，在这类玻璃板上一个接着一个连续制造可切换光学装置。
涂覆和切割
对于窗应用，重要的是可切换窗格应是牢固且相对无缺陷。常规上，玻璃窗格通过回火加强。遗憾的是，回火过程涉及将玻璃加热到高于玻璃的退火点，接着进行快速冷却，其可能引起电致变色装置中的缺陷。因此，制造电致变色窗的大多数尝试采用以下制造顺序：首先将玻璃窗格切割成一定尺寸，接着使玻璃回火，且最终在经回火窗口窗格上形成电致变色装置。电致变色装置通常通过将一系列薄层沉积在预先切割且回火的玻璃窗格的一侧上而形成。遗憾的是，所述顺序：切割、回火以及接着形成电致变色装置，常常导致低质量电致变色窗，原因在于装置制作过程有时在电致变色装置上产生一个或多个可见缺陷。当然，制造者可以拒绝容忍低质量装置，但是拒绝低质量窗格导致收益减少。
根据各种实施方案，窗制造以“涂覆和切割”程序预先成形，由此以基本上覆盖大型透明玻璃板的方式制造电致变色装置(或其它可切换涂层)。仅其后是界定在透明玻璃板上的多个电致变色窗格的切割图案。切割图案可以将各种想法考虑在内，包括玻璃板的使用、所制造的电致变色装置中的缺陷、对于特定尺寸和形状的电致变色窗格的经济要求、装置和/或玻璃板的不均匀性等等。涂覆和切割过程的实例详细描述于2010年11月8日申请且标题为“ELECTROCHROMIC WINDOW FABRICATION METHODS”的美国专利申请第12/941，882号中，其全文以引用的方式并入本文。
针对上下文，图1A描绘例如约3米乘以约2米或约120英寸乘以72英寸的玻璃板100，其中电致变色装置(未单独示出)位于其上。在本实例中，切割图案(如由虚线所示)被界定用于从玻璃板100切割一个或多个窗格。例如，取决于缺陷程度、要求等等，切割图案可以是规则的，诸如图案102，或者不规则的，诸如图案104。图案104包括区域106a和106b，其一起形成玻璃条，其可能因例如辊压和/或高于剩余玻璃板的缺陷程度而被摒弃。这些周围区域也可以由于因过度喷涂引起的电致变色材料的背面污染而移除。根据单个玻璃板，一个或多个窗格可以具有相同尺寸，或根据需要可以具有不同尺寸。
参考图1B，玻璃板100根据例如从电致变色装置涂层的后涂覆评估获得的切割图案而切割。在本实例中，产生四个窗格108。此外，在本实例中，两个窗格108成对且与密封分隔器110组合以形成IGU112。在本实例中，IGU112具有两个电致变色窗格。通常，但未必的是，窗格经过配置使得电致变色装置面向IGU112内部以受到保护免除周围环境的影响。具有两个或更多个电致变色窗格的电致变色窗被描述于2010年8月5日申请且标题为“MULTI-PANE ELECTROCHROMIC WINDOWS”的美国专利申请第12/851，514号中，其全文以引用的方式并入本文中。这类多窗格窗或IGU的好处在于其提供4个分立透射状态。这类多窗格电致变色窗的单独优点在于两个缺陷完全对准且因此为终端用户所见的可能性非常小。本文所述的方法对于制造用在多窗格电致变色窗的电致变色窗格特别有用。在其中例如两个电致变色窗格用于单个窗中的实施方案中，缺陷映射数据组可以用来在配准于IGU中时进一步确保个别窗格上的缺陷不对准。这可以是对玻璃板进行图案化时所考虑的一个标准。
遗憾的是，当使用涂覆和切割程序时，窗或其它光学组件可能缺乏足够的强度。然而，如果在涂覆之前通过回火加强玻璃，那么其可能不容易切割。另一方面，如果在回火之前涂覆并切割玻璃，那么涂层必须能够经受回火过程。如所提及，高级涂层诸如电致变色装置涂层通常无法经受回火。这类涂层可能对回火过程敏感且在回火期间可能受破坏或毁坏。
为了解决这个问题，人们可能考虑用某种其它方式来加强经涂覆的窗，诸如通过不如回火严重的热处理过程或通过层压涂覆玻璃到先前经回火或否则强化的玻璃窗格。这些方法都具有一些难度。例如，两者都无法解决玻璃响应于由因暴露于高温引发的玻璃中大的热梯度或热应力引起的热冲击而发生龟裂的问题。
热冲击
要避免的热冲击是由温度变化(或热梯度)引发的热应力(和相关的热应变)水平，所述温度变化足以导致单块玻璃窗格或窗龟裂或经历其它破坏，诸如剥落、非弹性变形等等。如本文所使用，术语“热冲击”意在涵盖由窗格或窗暴露于热效应引发的所有类型的破坏性热应力或应变。在这上下文中，“单块”玻璃窗格包括层压到其它窗格的玻璃窗格。在一些情况下，破坏性内应力或应变可以由玻璃窗格内的材料体积的热膨胀的局部变化所致。例如，如果玻璃窗格的一侧膨胀(例如，由于高温)，而另一侧不发生膨胀，那么可导致破坏性热冲击。
经涂覆的窗的热冲击可以许多种不同方式发生。通常，其由外部条件或引起窗中的高空间和/或时间热梯度的事件驱使。通常，热冲击是由窗的中心与窗的边缘之间的高热梯度引起，所述边缘接触安装有窗的建筑物的框架和/或一部分。
窗的高热梯度可以通过窗或窗涂层吸收太阳辐射而引入。例如，高热梯度可以在窗从低太阳暴露状态进入到高太阳暴露状态时引入。一些涂层诸如电致变色装置涂层周期性地产生低透射状态，其中窗的透射率相对较低(例如，小于约40％)。随之发生的是，这类状态增加窗对太阳辐射的吸收。吸收的太阳辐射被快速转换成热能，所述热能可以直接倾注到窗的表面上且在一些情况下可以引发热冲击。
其中高热梯度可能引发热冲击而引起窗断裂的情况的一个实例是在日出期间电致变色窗暴露于太阳辐射。通常，窗所在的建筑物在日出前不久相对较冷。那时，窗本身可能与建筑物的剩余部分达到热平衡且因此其也具有相对较低温度。随着太阳升起，太阳辐射开始冲击在窗上，电致变色装置的控制器可以导致电致变色装置转变到相对不透明状态(或窗早已处于不透明状态)。正常情况下，控制窗的不透明度来减少对建筑物内的空气调节或其它HVAC资源的需要。遗憾的是，当窗处于不透明状态时，其可以非常快速地吸收大量太阳辐射。因此，窗的中心区域非常快速地加热，而窗的边缘由于其接触建筑物的金属框架或其它组件或绝缘玻璃单元而可以维持在相对较低温度。这个中心到边缘的热梯度产生相当多的内应力和应变，其可以引发热冲击而导致窗断裂或其它破坏。
对于热冲击的易感性在日出时太阳辐射相对比较强烈的低湿度或沙漠环境中特别显著。所述问题在这些夜间温度相对较低(例如，在或低于约0℃)的环境中特别严重。
当然，存在引起窗中的热冲击的其它情况。这些情况中的一些包括气候型态的改变、因相邻障碍物窗的临时遮蔽、建筑物的内部温度的快速改变等等。
在一些情况下，热冲击可以通过窗中的高热梯度(大幅温度变化)而引发。这类高热梯度可以是时间梯度和/或空间梯度。就时间梯度而言，其意味着随着时间发生的温度变化高。例如，相对短时间段内发生的大幅温度变化具有高时间热梯度(时间梯度)。就空间梯度而言，其意味着在窗上的距离内发生的温度变化高。例如，在横跨窗相对较短距离内发生的大幅温度变化具有高空间热梯度(空间梯度)。热梯度的严重性(即，其引发热冲击的能力)可以是平均或起始窗温度和/或最终窗温度的非线性函数。
在一些情况下，热冲击对窗的潜在破坏并非由“冲击”本身产生，而是由持续暴露于引发窗中的大量热应力或应变的条件达一段时间而产生。这种条件的一个实例出现在傍晚外部温度经常超过阈值(例如，35℃)的位置中的西向窗上。
用来减轻热冲击风险的控制器操作
公开的实施方案通过引进或修改控制器功能来减小或消除热冲击成因而解决热冲击问题。通常这涉及控制可切换装置涂层以减少或避免窗或光学组件上高热梯度的产生。
这种方法在应用于尚未以减小窗对热冲击破坏的易感性的方式得到加强的窗时具有特别价值。在一些实施方案中，所述方法被应用于尚未回火的窗。然而，所述方法也可以应用于经回火或加强的窗(例如，通过热处理或层压加强的窗)。此外，这种方法特别适用于经由涂覆且接着切割的制程产生的经涂覆窗。特别的兴趣在于具有电致变色装置涂层的窗。
根据特定实施方案引入或修改的控制器功能通常包括两个功能组件。首先，存在被检测或预测的触发条件。其次，响应于这个触发条件，存在减轻热冲击的风险的控制器活动。
1.触发条件
触发条件是如不对其进行检查，那么可能产生热冲击或可能发展成可能产生热冲击的条件的条件。一些触发条件根据可能引发热冲击的预期事件预测。其它触发条件是窗位置处或附近实时检测到的条件且不涉及预测。
关于涉及预测将导致热冲击的条件的触发条件，这些条件通常涉及特定事件将导致太阳辐射通量或冲击在窗上的热能的其它源的快速改变的识别。通常，但未必的是，其不依赖于任何感测到的外部条件。其可以是例如以某种可预测规律性或周期性发生的再现事件。再现事件的一些实例与可以称为地球规律诸如日出、日落或随着太阳位置变化的季节变化的事件相关。例如，特定季节期间太阳的位置可以直接面向窗。在这些季节期间，窗可能更容易受热冲击的影响且因此触发条件仅在那些季节或白天特定时段部分中存在。其它实例包括预测的天气变化，诸如从多云到晴朗条件的快速转变、正面(暖或冷)的快速靠近，和窗因建筑物特征(例如，突出物)或相邻障碍物(例如，树或相邻建筑物)的部分或完全遮蔽。
在触发条件的第二种分类中(即，实时检测到的事件)，特定实施方案涉及检测窗中的一个或多个大幅温度梯度。检测到的大幅温度梯度可以是相对较短时间内的大幅温度变化(时间梯度)和/或相对较短距离内的大幅温度变化(空间梯度)。这些检测中的任一种可能需要设置在窗或建筑物内的传感器或感测能力。例如，传感器或感测能力可以测量窗的不同位置、具有窗的IGU、建筑物内部/外部、窗附近的其它区域处且在不同时间的温度。例如，建筑物外部和/或内部上的周围温度可以用热电偶、温度计或其它温度感测装置监控。此外，温度感测装置可以直接建立在窗或包含窗的IGU内。在一个具体实施方案中，一个或多个温度感测装置部署在IGU的框架间隔件中。在另一具体实施方案中，温度感测装置设置在玻璃窗格的表面上或附近的不同位置处。例如，两个、三个或四个温度感测装置可以部署在窗口窗格的角落处。这类装置的优点在于确定非常接近于窗的位置或接近窗边缘的温度。而且，温度可以通过测量涂覆在窗上的电致变色装置的电流对电压特性而推断。这些工具中的一个或多个可以用来测量窗的不同位置处以及不同时间的温度，且可以用来从测量的温度检测高温度梯度。使用这些工具中的任何一个或多个，检测到的高温度梯度，空间的或时间的，都可以用作触发事件。
此外，在一些实施方案中，窗的温度与涂层的透射率的组合可以用作触发事件。例如，如果窗上的温度达到特定阈值水平且同时窗处于或低于特定的透射率阈值水平，那么满足触发条件。在另一实例中，阈值温度与检测到的入射太阳辐射水平的组合可以用作触发事件，在这类实施方案中，其可以适于在窗中根据需要包括检测窗的透射率和/或太阳辐射通量的温度感测装置。
2.响应于触发的触发操作
被设计来避免或减轻热冲击的控制器操作可以采取很多形式。一般来说，其将在检测到触发条件时或在检测到触发条件不久后执行。当然，在预测或预报的触发条件的情况下，预测本身可以远远提前于操作而发生。然而，在实时检测的触发条件的情况下，补偿性控制器操作可以在检测到条件的约30分钟或更短的时间内执行，或在一些实施方案中，在检测到条件的约10分钟或更短的时间内执行，或在检测到条件的约1分钟或更短的时间内执行。
在一种方法中，控制器活动涉及转变到或维持窗中的极高透射率。在具体实施方案中，这意味着窗的透射率应大于预定阈值。这种阈值的一些实例包括约至少40％透射率、约至少45％透射率和约至少50％透射率。然而，应了解其它阈值在特定上下文中适用。例如，宽玻璃窗格和/或厚玻璃窗格可能更容易受到热冲击的破坏且因此需要较高阈值。因此，在许多实施方案中，预定阈值可以被定义为从约30％到70％的最小透射率。窗或其它光学元件的透射率常规上被定义为在通过参与性介质(例如，电致变色窗)之后直接传输的光与本应已经通过真空介质所占距离的光量的比率。热冲击问题包括连续的热应力，其在完全清晰的窗格中一般不会明显。
在另一操作模式中，当检测到触发条件(例如，触发事件)且窗处于其否则将从更易透射状态转变到较不易透射状态的状态下时，转变比其本应发生的更加缓慢。例如，如果确定所要较不易透射的最终状态将基于环境条件诸如强烈的太阳辐射，因能量吸收而过快地产生过多热量，那么比起本应发生的窗从更易透射的状态更加缓慢地转变到较不易透射的状态。此外，转变可能伴随着介于更易透射的最终状态与较不易透射的最终状态之间的中间状态。例如，如果更易透射的状态是98％透射率且较不易透射的状态是40％透射率且透射时间一般会是5分钟，那么控制器可以被编程来使转变时间缓慢到约30分钟。这个较缓慢转变时间可以伴随一个或多个中间状态，例如80％和60％透射率。电致变色装置的中间状态可以使用各种机构产生。例如，可以采用两窗格-两电致变色装置窗单元，其中每个电致变色装置具有不同的最终状态，其描述于2012年9月18日颁布且标题为“MULTI-PANEELECTROCHROMIC WINDOWS”的美国专利第8，270，059号中，其全文以引用的方式并入本文。用于产生中间状态的控制器功能被描述于2012年8月28日颁布且标题为“CONTROLLINGTRANSITIONS IN OPTICALLY SWITCHABLE DEVICES”的美国专利第8，254，013号中，其以引用的方式并入本文。
在又一操作模式中，当检测到触发条件(例如，触发事件)时，撤消将一般驱动处于窗的光学状态的开关的全部控制器功能。在一个实例中，在这个撤消条件期间，窗涂层仍然处于透射状态，尽管控制器算法可能否则指示窗转变到更加不透明状态。这种撤消可以保持在原处直到检测到特定释放条件为止。释放条件的检测是用于恢复原来的正常控制器功能的触发。释放条件的实例包括日出后一小时检测到的温度梯度减小到低于预定义阈值的值、太阳辐射通量减小到低于确定阈值的水平等等。
控制器的补偿功能的另一实例涉及热加热和冷却窗以避免热冲击。如果窗包括用于引进这种加热的某种机构，那么可以采用这种功能。举例来说，窗可以具有涂层(可能本身是电致变色涂层)，其在电流施加到其上时进行电阻式加热。在另一实例中，加热框架本身。这些方法可以减轻在日出期间窗的中心加热到比框架温度高很多的温度的风险。在另一实例中，或结合加热功能，窗单元可以包括冷却机构，诸如冷却风扇，其用冷空气与IGU中或周围的热空气交换，因此冷却窗且减轻温度极限，尤其在短时间范围或距离内。
可能采取的控制器活动的又一实例是将窗转变到相对未透射状态或将窗保持在相对未透射状态，即不透明状态。这可能在极其有限的情况下适合，诸如当建筑物内的温度快速升高时，诸如在火灾中。
控制器算法的实例
在一个实例中，控制器算法由要求转变到预定义透射率水平(例如，至少约40％)的一个表格的触发条件驱动。触发条件可以包括指定的温度水平、温度梯度和/或照明水平。例如，一个触发条件可以是至少40℃的外部温度维持一个小时或更久。另一触发条件可以是在15分钟或更少时段内至少10℃的窗温度变化。又一触发条件可以是窗的任何两个角落之间或窗的内部与外表面之间至少5℃的窗温度变化。如所提及，到较高透射状态的转变可以预定义速率完成，在一个实施方案中，所述速率尽可能与装置一样快。
在另一实例中，控制器算法在日出前预定义时间(例如，日出前约30分钟)触发，那时信号被提供给窗以转变到(维持)至少预定义值(例如，至少约55％)的透射率，接着将透射率水平维持预定义时段(例如，日出后约45分钟)。
在又一实例中，当控制器否则将导致窗从透明转变到较不透明状态时检测到触发条件(例如，窗口窗格的两个不同角落之间的温差是至少约10℃)。在本实例中，控制器算法触发缓慢转变，例如在约90分钟内。
在进一步实例中，当预报太阳辐射通量的大幅变化时(例如，当太阳将要升起时)，窗(或至少窗边缘)在通量将要发生之前不久加热。例如，可以在预报事件之前将窗加热约10-30分钟。在一个实施方案中，通过将电流输送到光学切换装置上的导电条而完成加热。电流可以振荡方式输送以用相对小的光学状态改变提供相对大的电阻加热。在另一实施方案中，加热器被嵌于窗IGU的框架间隔件中且加热器在如所述的预报事件之前启动。
在另一实例中，当预报大幅温度变化时(例如，在预计暴风雨袭来之前的炎热晴朗天)，窗在冷却事件(降雨)将要发生之前不久冷却。例如，窗可以在预报事件之前冷却约10-30分钟。在一个实施方案中，冷却通过一个或多个冷却风扇(诸如窗架中无叶片的涡轮风扇，其接近IGU，无声地冷却窗，例如低透射状态下的窗，将窗转变或不转变到较高透射状态)完成。这种冷却能力允许控制功能的灵活性，例如，太阳可以在暴风雨即将来临之前仍然耀眼地闪烁，建筑物的居住者仍然可以享受无眩光环境，同时窗正在冷却以准备迎接马上到来且否则将拍打在过热窗格上的大雨。窗经过充分冷却以避免雨滴拍打其时产生的热冲击，同时仍然尽可能使用较少能量来操作冷却机构，例如，冷却机构可以通过光伏电池供电，具有或不具有存储装置来存储由光伏电池产生的能量。
图8是描绘根据本文所述的控制算法实施方案的流程图800的方面的流程图。流程800的方面可以用在减小可控制地可着色窗将经历热冲击的可能性的方法中。首先，作出由决策方框805描绘的确定：可能对窗引发热冲击的触发条件是否可能在特定时间发生，即如上所述满足触发条件。所述特定时间可以在确定之时，那时传感器确定温度梯度，其是高热梯度的预测时间(例如，在或大约在日出时分或日落时分，在处于或接近预测的天气条件变化之时)等等。窗在这个确定之前可以处于第一着色状态。在一些情况下，这个确定在周期性基础上作出(例如，每60分钟、15分钟、5分钟等等)。触发条件可以是多个触发条件之一，例如包括冲击窗的辐射通量的快速改变、窗的外侧上的周围温度的快速改变、窗的两个角落之间的预定温差、窗的中心与边缘之间的预定温差、接近窗的一个表面的环境与接近窗的另一表面的环境之间的预定温差，以及可能对窗引发热冲击的其它条件。
如果在决策方框805处，回答是“否”，那么可着色窗将正常操作，参见810。即，在那个时间点，窗将处于第一着色状态，静态地或处于转变之中。如果在实行窗的电流操作时不存在热冲击危险，那么热冲击算法不采取行动，而是继续向决策方框805询问。只要不存在热冲击危险，窗便按编程操作或通过终端用户手动控制。
如果在决策方框805处，回答是“是”，那么满足触发条件(例如，所发生的触发事件)且存在即将发生的热冲击危险。因此，逻辑指示在决策方框815处的另一询问，其询问窗是否过热。在上下文中“过热”意味着与触发条件(例如正在发生或将要发生的触发事件)比较是装置的温度使得如果不采取任何措施来降低窗口窗格的部分或全部的当前温度，那么热冲击将接踵而至。如果在决策方框815处回答是“是”，那么窗(例如支撑EC装置的窗格)温度在预期将引起热冲击的触发条件时降低和/或适应因触发条件(例如，触发事件)而早已发生的温度变化。
算法通过询问另一问题，具体来说当前着色状态是否应改变(参见820)而接近这种在预期触发条件时降低温度的需要。由于存在一种以上方法来解决窗过热时的情况，首先需确定是否将保持当前％T。例如，如果窗当前处在需减小室内眩光的着色状态，那么升高％T可能无法接受。如果对决策方框820的回答是“否”，那么窗通过除升高％T以外的方法冷却，参见830，例如经由风扇。如果对决策方框820的回答是“是”，例如其中增加％T可以接受，那么增加％T，参见825。这增加的％T可足以解决热冲击，即使不充足，窗也可以主动冷却，参见830，这是可选择的。
在某些实施方案中，算法可以例如通过终端用户以手动操作模式撤消选择，以在决策方框820将％T保持在当前值。即，如果窗温度是使得热冲击风险很高，那么方框820处的决策将根据终端用户想要保持窗着色例如以减少眩光的愿望而由窗的需求指示。例如，可以通过存储温度值差而实施这个撤消功能，其中如果足够大，那么接受撤消协议，且只有在可接受的情况下，才允许用户在操作热冲击避免算法期间将％T保持“如此”。因此，算法可以根据情形通过升高％T、主动冷却或两者来解决其中窗的热量使窗处于热冲击风险的情况。由于着色窗可以快速吸收太阳能，所以到较高％T的转变可以充分缓和加热以避免热冲击，但是在特定情况下，这种吸收还不够充分。主动冷却可能是必需的。在不具有主动冷却能力的实施方式中，决策方框820将不是必需的，因为冷却装置的唯一方法是通过升高％T来减小太阳的热。
任选地，除升高％T以外或替代升高％T，窗被主动冷却，参见830。例如，如上所述，冷却用接近窗的一个风扇或多个风扇执行。在一个实施方案中，低电压风扇可以用在EC窗的框架系统中，例如以将较冷空气吹到玻璃上和/或去除接近EC lite的热空气。这可以在以下方案中进行，其中玻璃非常热且温度的潜在变化极大，即玻璃必须更加快速冷却以避免热冲击。本领域所属一般技术人员应明白其它冷却构件将运作良好。一般来说，这些方法比窗和相关框架系统中通常所需的复杂，但是在本说明的范畴内。
将EC lite转变到较高％T可以相对于正常转变电压/电流参数加速的速率完成，且可以包括在中间状态下的保持。如果使用加速速率，那么可以或无法观察到正常操作的最大操作电压。换句话说，使用高于正常操作电压的电压来快速转变窗是可以接受的，这是因为算法被设计来避免热冲击引发的对窗的宏观物理破坏，例如使玻璃龟裂，其将通常要求更换玻璃。由于这些较高操作电压不像正常操作电压般经常使用，所以因使用较高电压/电流而对EC装置产生长期破坏的可能性不大。
当在825将％T改变到较高值和/或在830主动冷却窗时，作出关于威胁条件是否已经过去或仍然存在的决策，参见835。换句话说，算法使用EC lite或窗的温度来确定是否仍然存在热冲击的风险。如果威胁条件已经过去，那么方法结束。如果威胁条件仍然产生热冲击风险，那么算法返回到决策方框815。
在以下情况下存在多种方案，例如，如上所述，窗相对于将引发热冲击的触发条件过冷的情况。例如，窗于寒冷的夜间处于低％T的情况，以及太阳即将升起且对着色窗赋予强烈的太阳辐射的情况。在这些方案中，在决策方框815处，如果回答是“否”，即窗过冷，那么关于是否改变％T作出决策，参见840。如果回答是“是”，那么EC装置被转变到较高％T以减小假如当前玻璃温度低则将被窗吸收且将窗过快加热的太阳辐射量，参见845。装置也可以任选地被主动加热，参见850。如果升高％T被视为不充分和/或转变不够快速来阻止太阳辐射吸收到对玻璃赋予热冲击的程度，那么这种主动加热可以进行。例如，可以通过使用EC装置的透明导电层之一作为电阻式加热元件、使用单独电阻式加热元件、经由较热风扇将暖空气吹到玻璃上、红外线辐射等等而进行加热。在特定实例中，将需使窗保持着色，尽管存在热冲击风险，例如居民不希望强烈的清晨阳光照进房间。在这类情况下，对决策方框840的回答将是“否”。在这种情况下，仅加热窗，参见850。窗将被充分加热以使温度至少上升到安全点使得当太阳辐射不冲击着色窗时，避免热冲击。如在窗过热的方案中，存在撤消方框840处的决策“否”以利于升高％T的情况，其同样加热或不加热窗。
在将％T改变到较高值和/或主动加热窗时，将作出关于威胁条件是否仍存在的决策，参见835。换句话说，在决策方框835处，算法使用EC lite或窗的温度来确定是否仍然存在热冲击风险。如果威胁条件已经过去，那么对决策方框835的回答是“是”且方法结束。如果威胁条件仍然造成热冲击风险，那么对决策方框835的回答是“否”且算法返回到决策方框815。
在某些实施方案中，算法还包括以下功能：当窗较冷时降低％T以经由吸收太阳能辐射使窗变暖到可接受温度。例如，在极其寒冷天气中，窗可能变得很冷而处于热冲击危险中，例如由于退火玻璃与作为其一部分的层压板之间的膨胀系数差。如果阳光闪耀，那么使窗处于或维持在允许玻璃变暖或保持暖和的％T，使得热冲击不会发生。
电致变色装置的控制器
如所说明，可切换光学装置将具有相关控制器，例如根据输入控制和管理装置的微处理器。其被设计或配置(例如，编程)来实施上述类型的控制算法。在各种实施方案中，控制器根据需要接收关于窗条件的检测信息，包括例如照明等级、温度、温度梯度(空间和/或时间)、透射率和/或着色状态。此外，控制器可以具有各种额外特征，诸如计时器、电荷检测器(例如，库仑计)、振荡器等等。
在一个实施方案中，窗控制器是多用途控制器，即其可以控制和/或监控一个或多个可着色窗的多个功能和/或特性。多用途控制器的各种配置呈现在2011年3月16日申请、确定Brown等人为发明者、标题为“MULTIPURPOSE CONTROLLER FOR MULTISTATE WINDOWS”的美国专利申请第13/049，756号中，其全文以引用的方式并入本文。在特定实施方案中，控制器提供至少下列功能：(1)确定窗中引发触发条件的潜在破坏性热冲击何时正在发生或何时将要发生，(2)将电力提供给窗以控制其着色程度，和(3)控制窗中透射率水平。在某些实施方案中，控制器可以额外地包括用于加热窗的功能。在特定实施方案中，控制器还可以确定窗何时破损，如由热冲击或某些其它条件所致。
在一些实施方案中，控制器位于装置外部且经由网络与装置通信。所述通信可以是直接的或间接的(例如，经由主控制器与装置之间的中间节点)。所述通信可以经由有线或无线连接进行。
在一些实施方案中，控制器与光学装置或外壳整合。在具体实施方案中，控制器整合在外壳或包含可切换光学装置的绝缘玻璃单元(IGU)密封件中。整合控制器的各种配置呈现于2011年3月16日申请、确定Shrivastava等人为发明者、标题为“ONBOARD CONTROLLERFOR MULTISTATE WINDOWS”的美国专利第8，213，074号中，其以引用的方式并入本文。
在一个实施方案中，控制器包含如图2描绘的各种组件。如所示，控制器201包括被配置来将低电压转换成IGU的电致变色窗格的电致变色装置的电力要求的电力转换器。这个电力通常经由驱动器电路(电力驱动器)被馈送到电致变色装置。在所示实施方案中，控制器201具有可选择的(在此用虚线表示)冗余电力驱动器使得万一一个驱动器出现故障，有一个备用驱动器且无需更换或维修控制器201。其它实施方案可能不具有冗余电力驱动器。
控制器201还包括通信电路(图2中标注为“通信”)，所述通信电路用于从远程控制器(图2中描绘为“主控制器”)接收命令且将命令发送给远程控制器。通信电路也用于从微控制器接收输入并将输入发送给微控制器。在一个实施方案中，电力线也用于例如经由以太网络的协议发送并接收通信。微控制器包括用于至少部分通过接收自一个或多个传感器的输入控制至少一个电致变色窗格基的逻辑。在本实例中，传感器1-3例如在控制器201外部，例如位于窗架中或接近窗架。在一个实施方案中，控制器具有至少一个或多个内部传感器。例如，控制器201也可以或替代地具有“板上”传感器4和5。在一个实施方案中，控制器使用可切换光学装置作为传感器，例如通过使用从通过电致变色装置发送一个或多个电脉冲以及分析反馈获得的电流-电压(I/V)数据。
在一个实施方案中，控制器包括芯片、卡或包括用于执行一个或多个控制功能的逻辑的板。控制器201的电力和通信功能可以组合在单个芯片中，例如可编程逻辑装置(PLD)芯片、场可编程门阵列(FPGA)等等。这类集成电路可以将逻辑、控制和电力功能组合在单个可编程芯片中。在一个实施方案中，在电致变色窗(或IGU)具有两个电致变色窗格的情况下，逻辑被配置来独立控制所述两个电致变色窗格中的每个。在一个实施方案中，所述两个电致变色窗格中的每个的功能以协作方式控制，即，使得每个装置依序控制以补偿另一装置。例如，所要光透射率水平、热绝缘效应和/或其它性质经由组合个别装置中的每个的状态而控制。例如，可以使一个电致变色装置处于有色状态，而另一个电致变色装置被用来例如经由装置的透明电极来进行电阻式加热。在另一实例中，所述两个电致变色装置的光学状态经过控制使得组合的透射率是所要结果。
控制器201也可以具有无线能力，诸如控制和供电功能。例如，无线控制诸如RF和/或IR也可以用作无线通信诸如蓝牙(Bluetooth)、WiFi、紫蜂(Zigbee)、EnOcean等等以将指令发送给微控制器且供微控制器发出数据给例如其它窗控制器和/或建筑管理系统(BMS)。无线通信可以用在窗控制器中以用于对电致变色窗编程和/或操作电致变色窗、从传感器收集电致变色窗的数据以及将电致变色窗用作无线通信的中继点中的至少一个。从电致变色窗收集的数据也可以包括计数数据，诸如已经启动(循环)电致变色装置的次数、电致变色装置的时间效率等等。
包括IGU的窗单元
在各种实施方案中，采用本文所述的控制器来控制IGU中或其它多窗格窗单元中的窗格的切换。举例来说，图3描绘具有第一窗格305、分隔器310和第二窗格315的窗单元300。在一个实例中，窗格305和315中的每个具有电致变色装置(未示出)或制造在其上的其它光学可切换装置。在另一实例中，仅窗格之一具有制造在其上的这类可切换装置。当组件被组合时，如果分隔器310被夹置在窗格305与窗格315之间且与窗格305和窗格315配准，那么形成窗单元300。窗单元300具有由与分隔器接触的窗格的表面以及分隔器的内部表面界定的相关内部空间。分隔器310通常是密封分隔器，即，包括间隔件(或框架)以及介于间隔件与每个窗格之间的密封剂，在密封剂处间隔件与每个窗格接合以隔绝密封内部区域且因此防护内部使其免受湿气等等的影响。
图4描绘窗单元400的横截面，所述窗单元400包括具有上面布置电致变色装置410的玻璃窗格405。窗单元400还包括具有上面布置电致变色装置420的第二玻璃窗格415。装置410和420在窗单元400的内部区域中面向彼此。密封分隔器425密封窗单元，且在本实例中，与电致变色装置重叠。电连接(未示出)可以经过或否则接触分隔器425。分隔器425可以具有单一主体或由多个部件制成，例如刚性或半刚性间隔件以及一个或多个粘附剂和/或密封元件。在一个实例中，分隔器425包括间隔件，诸如金属间隔件；密封间隔件接触窗格中的每个的区域的两个密封件，有时称为主密封件；以及间隔件的外周边周围且介于窗格之间的密封件，有时称为次要密封件(例如，密封粘附剂)。出于描述目的简化对分隔器425的描述。
由于电致变色窗单元可能经历的高温(由于处于着色状态的电致变色装置吸收辐射能量)，比常规IGU中使用的更牢固分隔器和密封剂可能是必需的。可以在2012年12月8日申请且标题为“IMPROVED SEPARATORS FOR INSULATED GLASS UNITS”的美国专利申请第61/421，154号中可见用于IGU中的分隔器和密封剂的实例，其全文以引用的方式并入本文。
密封分隔器425围绕基本上透明的第一和第二基板的周边区域布置，而基本上不遮蔽窗单元的可见区域(例如，也如图3所描绘)。在一个实施方案中，密封分隔器隔绝密封内部区域。窗单元400的内部区域通常但不一定是用惰性气体诸如氩气或氮气填充。在一个实施方案中，内部空间基本上无液体。在一个实施方案中，内部空间填充有惰性气体且基本上无液体。在一个实施方案中，内部空间基本上无湿气，即湿气含量小于约<0.1ppm。在另一实施方案中，内部空间将要求至少约-40℃来达到露点(来自内部空间的水蒸气的冷凝)，在另一实施方案中要求至少约-70℃。
热电偶或其它温度感测装置可以包括在窗单元结构中。任选地，这些可以设置在窗单元的一个、两个、三个或四个角落中。其可以设置在框架/间隔件内部和/或密封剂中。在一些情况下，其设置在窗单元的一个表面或两个表面上，使得可以监控窗单元的内侧与外侧之间的温差。
框架间隔件可以热绝缘或热传导。典型的传导间隔件由金属诸如铝或钢制成。典型的绝缘间隔件由泡沫诸如聚合材料泡沫制成。与传导间隔件接触的窗口窗格在日出时分(或其它热辐射冲击的快速增加)将一般比与绝缘间隔件接触的窗格较不容易受热冲击影响。传导间隔件将从建筑物内部相对快速地传输热量且使得窗的朝外侧在太阳辐射快速增加之前相对较暖。因此，热梯度较不严重。
图5是示出具有加强的电致变色窗格的窗单元520的横截面。窗单元包括第一窗格501和其上包括电致变色装置503的电致变色窗格502。加强窗格510被层压到电致变色窗格502以提供额外强度。窗格501和502由跨越窗格周长且在其与每个窗格之间具有密封件的密封分隔器504分开。内部空间530由窗格501和502以及密封分隔器504界定。电致变色窗格502和加强窗格510由固化树脂525层压。
在特定实施方案中，玻璃板可高达5mm或甚至6mm厚(高达1/4英寸)。在一些实施方案中，加强一个或多个窗格。任选地，加强IGU的一个或两个窗格。例如，在一个实施方案中，加强包括层压IGU的窗格中的一个或多个，例如其具有较厚的浮法玻璃窗格、未回火玻璃的窗格、聚合物窗格诸如普列克斯玻璃(plexiglass)、玻璃等等。在另一实施方案中，加强包括将聚合物涂层施加到IGU的一个或多个窗格。这些聚合物涂层的实例包括带纹章的聚合物涂层(环氧树脂、胺固化剂和硅烷)、凝胶涂层、丙烯酸釉和例如可在商业上购得满足一个或多个冲击测试标准的其它安全釉。
窗单元的基板无需由相同材料制成。例如，一个窗格可以是塑料的，而另一窗格可以是玻璃的。此外，在窗单元中一个基板可以薄于另一基板。例如，将面向不暴露于环境的结构的内部的窗格可以薄于将面向结构的外部的窗格。在一个实施方案中，当每个窗格包括电致变色装置时，接近例如建筑物的外部环境的电致变色装置最好能够忍受除接近建筑物内部的第二电致变色装置以外的环境降级。在一个实施方案中，第一和第二窗格中的至少一个包括建筑玻璃。在另一实施方案中，第一和第二窗格中的至少一个还包括低发射率涂层。在另一实施方案中，第一和第二窗格的至少一个还包括UV和/或红外(IR)吸收器；和/或UV和/或IR反射层。
电致变色装置
如本领域所属技术人员所了解，存在许多不同类型的电致变色装置，每种具有其自身的结构、电极成分、电荷载体等等。这些装置中的任何一个可以用在本文所述的可着色窗中。某些实施方案采用全部固态且无机的电致变色装置。这些全部固态且无机的电致变色装置和其制造方法详细描述于下列美国专列申请中：2009年12月22日申请的专利申请第12/645，111号和2011年5月11日颁布的美国专利第8，243，357号---每个标题为“FABRICATION OF LOW DEFECTIVITY ELECTROCHROMIC DEVICES”且确定Mark Kozlowski等人为发明者；2010年4月30日颁布的美国专利第8，300，298号和2011年6月22日颁布的美国专利第8，228，592号，每个标题为“ELECTROCHROMIC DEVICES”且确定Zhongchun Wang等人为发明者。
2009年12月22日申请、标题为“ELECTROCHROMIC DEVICES”且确定Zhongchun Wang等人为发明者的美国申请第12/645，159号；和2010年4月30日申请的专利申请第12/772，075号，以及每个在2010年6月11日申请的专利申请第12/814，277号和第12/814，279号---后三个申请的每个的标题为“ELECTROCHROMIC DEVICES”，且每个确定Zhongchun Wang等人为发明者。这些专利申请中的每个以及描述电致变色装置的专利的全文以引用的方式并入本文。
在一个实施方案中，电致变色装置是如上述申请中所述的低缺陷全部固态且无机的电致变色装置。然而，应了解电致变色装置堆叠中的层的任何一层或多层可以包含某数量的有机材料。可能以少量存在于一层或多层中的液体也同样可以是如此。还应了解固态材料可以通过采用液体组件的制程诸如采用凝胶或化学气相沉积的特定制程沉积或另外形成。
在一个实施方案中，电致变色装置制造在具有受控周围环境的设备(即，其中层被沉积而不离开设备且例如在沉积步骤之间不阻断真空，从而减少污染物且最终提高装置性能的设备)中的玻璃板上。这种制造可以包括在玻璃板上沉积扩散屏障且电致变色装置包括两个电极(TCO层)。
图6A示意描绘以横截面表示的电致变色装置600。电致变色装置600包括基板602、第一导电层(CL)604、电致变色层(EC)606、离子导电层(IC)608、反电极层(CE)610和第二导电层(CL)614。层604、606、608、610和614统称为电致变色堆叠620。可操作来在电致变色堆叠620两端施加电势的电压源616引起电致变色装置例如从发白状态到有色状态(所描绘)的转变。层的顺序可以相对于基板颠倒。
应了解提及发白状态与有色状态之间的转变是非限制性且仅表明可以实施的电致变色转变的众多情况中的一个实例。除非本文另有指示(包括前文论述)，无论何时提及发白-彩色转变，相应装置或程序涵盖其它光学状态转变，诸如非反射性-反射性、透明-不透明等等。此外，术语“发白”指代光学中性状态，例如未着色、透明或半透明。更进一步来说，除非本文另有指示，否则电致变色转变的“颜色”不限于任何特定波长或波长范围。如本领域所属技术人员所了解，合适的电致变色和反电极材料的选择影响相关光学转变。
在本文所述的实施方案中，电致变色装置在发白状态与有色状态之间可逆地循环。在一些情况下，当装置处于发白状态时，电势施加到电致变色堆叠620使得堆叠中的可利用离子主要驻留在反电极610中。当电致变色堆叠上的电势逆转时，离子跨离子导电层608输送到电致变色材料606且导致材料转变到有色状态。
再次参考图6A，电压源616可以被配置来结合辐射能量、温度和其它环境传感器操作。如本文所述，电压源616与装置控制器建立连接(这个图中未示出)。此外，电压源616可以与能量管理系统建立连接，所述能量管理系统根据各种标准诸如年份、日期和所测量的环境条件控制电致变色装置。结合大面积电致变色装置(例如，电致变色窗)的这种能量管理系统可以显著降低建筑物的能量消耗。
具有合适光学、电、热和机械性质的任何材料可以用作基板602。这类基板包括例如玻璃、塑料和镜面材料。合适的玻璃包括清晰或着色碱石灰玻璃，包括碱石灰浮法玻璃。玻璃可以被回火，但是在许多实施方案未被回火。
导电层604位于基板602顶部。在特定实施方案中，导电层604和614中的一层或两层是无机的和/或固态的。导电层604和614可以由多种不同材料制成，包括导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体。通常，导电层604和614至少在其中电致变色由电致变色层呈现的波长范围中是透明的。透明导电氧化物包括金属氧化物和用一种或多种金属掺杂的金属氧化物。这些金属氧化物和掺杂的金属氧化物的实例包括氧化铟、氧化铟锡、掺杂的氧化铟、氧化锡、掺杂的氧化锡、氧化锌、氧化铝锌、掺杂的氧化锌、氧化钌、掺杂的氧化钌等等。由于这些层通常使用氧化物，所以这些层有时被称为“透明导电氧化物”(TCO)层。也可以使用基本上透明的薄金属涂层。
导电层的功能是将由电致变色堆叠620的表面上的电压源616所提供的电势散布到堆叠的内部区域，其中欧姆电势下降相对较少。电势通过到导电层的电连接转移到导电层。在一些实施方案中，导电条，其中一根与导电层604接触，且另一根与导电层614接触，其提供电压源616与导电层604和614之间的电连接。导电层604和614也可以用其它常规构件连接到电压源616。
覆盖在导电层604上的是电致变色层606。在一些实施方案中，电致变色层606是无机的和/或固态的。电致变色层可以包含多种不同电致变色材料中的任何一种或多种，包括金属氧化物。这类金属氧化物包括氧化钨(WO3)、氧化钼(MoO3)、氧化铌(Nb2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化铜(CuO)、氧化铱(Ir2O3)、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(Mn2O3)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(Ni2O3)、氧化钻(Co2O3)等等。在操作期间，电致变色层506将离子转移到反电极层510且从反电极层510接收离子以导致光学转变。
一般来说，电致变色材料的着色(或任何光学性质的改变-例如，吸收率、反射率和透射率)由到材料的可逆离子插入(例如，插层)和电荷平衡电子的相应注入而引起。通常负责光学转变的某部分离子不可逆地结合在电致变色材料中。使用不可逆的结合离子来补偿材料中的“隐蔽电荷”。在大多数电致变色材料中，合适的离子包括锂离子(Li+)和氢离子(H+)(即，质子)。然而，在一些情况下，其它离子将是合适的。在各种实施方案中，使用锂离子来产生电致变色现象。锂离子到氧化钨(WO3-y(0<y≤～0.3))中的插层导致氧化钨从透明(发白状态)改变成蓝色(有色状态)。
再次参考图6A，在电致变色堆叠620中，离子导电层608夹置在电致变色层606与反电极层610之间。在一些实施方案中，反电极层610是无机的和/或固态的。反电极层可以包括当电致变色装置处于发白状态时充当离子贮槽的多种不同材料中的一种或多种。在例如通过施加适当电势起始的电致变色转变期间，反电极层将其所保持的离子的一些或全部转移到电致变色层，从而将电致变色层改变成有色状态。同时，在NiWO的情况下，反电极层以离子损耗着色。
在一些实施方案中，用于对WO3的反电极补偿的合适材料包括氧化镍(NiO)、氧化镍钨(NiWO)、氧化镍钒、氧化镍铬、氧化镍铝、氧化镍锰、氧化镍镁、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(MnO2)、普鲁士蓝。
当电荷从由氧化镍钨制成的反电极610移除时(即，离子从反电极610输送到电致变色层606)，反电极层将从透明状态转变到有色状态。
在所描绘的电致变色装置中，在电致变色层606与反电极层610之间存在离子导电层608。当电致变色装置在发白状态与着色状态之间转变时，离子导电层608充当离子传输通过的介质(以电解质的方式)。优选地，离子导电层608对于电致变色和反电极层的相关离子具有高传导性，但是具有足够低的电子传导性，在正常操作期间发生可忽略不计的电子转移。具有高离子传导性的薄离子导电层允许快速的离子传导且因此允许高性能电致变色装置的快速切换。在特定实施方案中，离子导电层608是无机的和/或固态的。
合适的离子导电层(对于具有明显IC层的电致变色装置而言)的实例包括硅酸盐、氧化硅、氧化钨、氧化钽、氧化铌和硼酸盐。氧化硅包括硅-铝-氧化物。这些材料可以用不同掺杂剂掺杂，包括锂。锂掺杂的氧化硅包括锂硅-铝-氧化物。在一些实施方案中，离子导电层包括硅酸盐基结构。在一些实施方案中，离子导电层608使用硅-铝-氧化物(SiAlO)。
电致变色装置600可以包括一个或多个额外层(未示出)诸如一个或多个无源层。用于改进特定光学性质的无源层可以包括在电致变色装置600中。用于提供湿气或抗刮擦性的无源层也可以包括在电致变色装置600中。例如，导电层可以用抗反射或保护性氧化物或氮化物层处理。其它无源层可以用于隔绝密封电致变色装置600。
图6B是发白状态下(或转变到发白状态)的电致变色装置的示意横截面。如所论述，电致变色装置600包括氧化钨电致变色层(EC)606和镍-钨氧化物反电极层(CE)610。电致变色装置600还包括基板602、导电层(CL)604、离子导电层(IC)608和导电层(CL)614。
电源616被配置来通过导电条或到导电层604和614的其它连接将电势和/或电流施加到电致变色堆叠620。在一些实施方案中，电压源被配置来施加约2伏的电势以将装置转变从一个光学状态驱动到另一光学状态。如图6B所示的电势的极性是使得离子(在本实例中是锂离子)主要驻留(如由虚线箭头所示)在镍-钨氧化物反电极层610中。
图6C是图6A和图6B所示但处于着色状态(或转变到着色状态)的电致变色装置600的示意横截面。在图6C中，电压源616的极性被逆转，使得电致变色层变得更具负性来接受额外的锂离子，且因此转变到有色状态。如由虚线箭头所示，锂离子是跨离子导电层608输送到氧化钨电致变色层606。氧化钨电致变色层606被示为有色状态。镍-钨氧化物反电极610也被示为有色状态。如所说明，镍-钨氧化物随着其放弃(解除插入)锂离子而逐渐变得更不透明。在本实例中，存在协作效应，其中两层606和610到着色状态的转变对于减少透射穿过堆叠和基板的光量是附加性的。
如上所述，电致变色装置可以包括电致变色(EC)电极层和反电极(CE)层，所述层由对离子具有高传导性且对电子具有高阻挡性的离子传导(IC)层分开。如常规了解，离子导电层因此防止电致变色层与反电极层之间的短路。离子导电层允许电致变色电极和反电极保持电荷且从而维持其发白或有色状态。在具有不同层的电致变色装置中，组件形成包括夹置在电致变色电极层与反电极层之间的离子导电层的堆叠。这三个堆叠组件之间的边界由成分和/或微结构的突然变化而界定。因此，装置具有带两个陡峭界面的三个不同层。
根据某些实施方案，反电极与电致变色电极紧邻彼此形成，有时直接接触，而不单独沉积离子导电层。在一些实施方案中，具有界面区域而非不同IC层的电致变色装置采用本文所述的控制器。这类装置和其制造方法描述于美国专利第8，300，298号和美国专利申请第12/772，075号、第12/814，277号和第12/814，279号中，每个事先以引用的方式并入本文。
图7是处于有色状态的电致变色装置700的示意横截面，其中装置具有界面区域708，其不包含明显IC层。电压源616、导电层614和604以及基板602基本上与关于图6A-C描述的相同。介于导电层614与604之间的是区域710，其包括反电极层610、电致变色层606和介于其间的“界面区域”708，而非明显IC层。在本实例中，反电极层610与电致变色层606之间无明显边界。而是，反电极层610与电致变色层606之间存在扩散转变(或无区域)。
虽然较详细地描述了前述发明来促进理解，但是所述实施方案应被视为阐释性且非限制性。本领域所属技术人员应明白特定改变和修改可以在随附权利要求书的范畴内实行。

Claims (18)

1.一种减小窗中热冲击的可能性的方法，所述窗可控制地可着色且与控制器连通，所述控制器被配置来发送信号给所述窗以改变着色状态，所述方法包括：
基于所测得的所述窗的温度，确定触发条件有可能在特定时间发生，所述触发条件具体为：可能在第一着色状态下引发所述窗中的热冲击；和
响应于所述确定，将来自所述控制器的信号发送给所述窗以使所述窗处于第二着色状态，所述第二着色状态减小所述触发条件引发热冲击的可能性。
2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：
确定所述触发条件已经过去；和
使所述窗处于不同于所述第二着色状态的着色状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述触发条件是冲击所述窗的辐射通量的快速改变和所述窗的外侧上的周围温度的快速改变之一。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述触发条件是多个触发条件之一，其包括冲击所述窗的辐射通量的快速改变、所述窗的外侧上的周围温度的快速改变、所述窗的两个角落之间的预定温差、所述窗的中心与边缘之间的预定温差和接近所述窗的一个表面的环境与接近所述窗的另一表面的环境之间的预定温差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述特定时间是在或大约在日出时分和在或接近预测的天气条件改变之时之一。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述预测的天气条件改变包括多云条件与晴朗条件之间的转变。
7.根据权利要求1所述的方法，其中使所述窗处于所述第二着色状态包括使所述窗处于处在至少预定水平的透射率的透射状态下，其中所述预定水平的透射率是40％。
8.根据权利要求1所述的方法，其还包括加热所述窗的至少一部分以进一步减小所述触发条件将引发热冲击的可能性。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述窗包括固态且无机的电致变色装置。
10.一种用于减小窗中热冲击的可能性的窗和环境控制系统，所述系统包括：
窗，其具有可着色层；和
控制器，其被配置来
基于所测得的所述窗的温度，确定可能引发所述窗中的热冲击的触发条件有可能在特定时间发生，和
使所述窗处于减小所述触发条件将引发热冲击的可能性的着色状态。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述窗包括未回火的玻璃窗格。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述可着色层包括固态且无机的电致变色层。
13.根据权利要求10所述的系统，其中所述触发条件是冲击所述窗的辐射通量的快速改变和所述窗的外侧上的环境的温度的快速改变之一。
14.根据权利要求10所述的系统，其中所述触发条件是多个触发条件之一，其包括冲击所述窗的辐射通量的快速改变、所述窗的外侧上的周围温度的快速改变、所述窗的两个角落之间的预定温差、所述窗的中心与边缘之间的预定温差，和接近所述窗的一个表面的环境与接近所述窗的另一表面的环境之间的预定温差。
15.根据权利要求10所述的系统，其中所述特定时间是在或大约在日出时分和在或接近预测的天气条件改变之时之一。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述预测的天气条件改变包括多云条件与晴朗条件之间的转变。
17.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器被配置来通过使所述窗处于处在至少预定水平的透射率的透射状态下而使所述窗处于所述着色状态，其中所述预定水平的透射率是40％。
18.根据权利要求10所述的系统，其还包括加热所述窗的至少一部分以进一步减小所述触发条件将引发热冲击的可能性。
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