CN110178075A - 用于检测可切换光学元件的基板破裂的方法和可切换光学器件 - Google Patents

用于检测可切换光学元件的基板破裂的方法和可切换光学器件 Download PDF

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Abstract

提供了用于检测至少一个可切换光学元件(10)的基板(A,B)的破裂的方法。所述至少一个可切换光学元件(10)包括第一基板(A)和第二基板(B)，所述第一基板(A)涂覆有第一电极和所述第二基板(B)涂覆有第二电极，和可切换层(14)，所述可切换层(14)夹在所述第一基板(A)和第二基板(B)之间。所述方法包括：i)测量基板(A，B)的两个触头处测量的差分信号的改变，或ii)测量所述两个基板(A，B)之间的电容的改变，或iii)测量所述基板(A，B)的至少一个的电阻的改变，或iv)测量施加到所述可切换光学元件(10)的电流的改变。还提供了可切换光学器件，其具有构造为进行所述方法的可切换光学元件(10)。

Description

用于检测可切换光学元件的基板破裂的方法和可切换光学 器件
本发明涉及一种用于检测至少一个可切换光学元件的基板破裂的方法，其中所述至少一个可切换光学元件包括第一基板和第二基板，所述第一基板涂覆有第一电极和所述第二基板涂覆有第二电极，以及可切换层，所述可切换层夹在第一基板和第二基板之间。本发明的另一方面涉及能够检测可切换光学元件的破裂的可切换光学器件。
R.Baetens等人的综述文章，“用于建筑物中动态日光和太阳能控制的智能窗的性质、需求和可能性：最先进技术的综述”，Solar Energy Materials&Solar Cells 94(2010)，第87-105页描述了变色智能窗。智能窗可以利用多种技术来调节光的透射率，比如基于电致变色的器件，液晶器件和电泳或悬浮颗粒器件。通过施加电场，基于液晶的器件采用两个导电电极之间的液晶分子的取向的改变，这导致其透射率的改变。
智能窗可用于动态控制光和热的传输。智能窗包括可切换光学元件，其具有能够采用不同状态的可切换层。可切换层嵌入在两个基板之间。智能窗可用作建筑物和车辆中的窗户。
在建筑物或车辆的许多应用中，需要使用报警玻璃。报警玻璃是可与集成电路结合使用的钢化玻璃。该电路通常由导体环形成。当玻璃破裂时，导体环被中断。可选地，可以将麦克风连接到玻璃上。当玻璃破碎或有人试图打破玻璃时，麦克风会检测到振动。
钢化玻璃是一种通过受控热处理或化学处理加工以相较于普通玻璃增加其强度的安全玻璃。回火使外表面受压并且内表面处于张紧。这种应力导致玻璃在破碎时碎裂成小颗粒状块而不是像平板玻璃一样分裂成锯齿状碎片。通过破碎成小颗粒块，当玻璃破裂时，可以可靠地破坏集成电路，比如导体环。
在具有作为可切换层的液晶层的智能窗中，所述可切换层夹在两个玻璃基板之间。为了形成具有均匀光学性质的可切换层，玻璃基板必须足够平坦。钢化玻璃不符合此要求。
通过将这种包括一层钢化玻璃和电路的报警玻璃层压到可切换光学元件的一侧，可以向可切换光学元件提供玻璃破裂检测能力。然而，出于美学原因，不希望有附加层。另外地，增加的报警玻璃层使得所得到的智能窗更复杂和昂贵。另外地，由于其可能不会被层压到可切换光学元件的报警玻璃检测到的电学行为，智能窗表现出进一步的失效机制。例如，使用层压的报警玻璃不能检测到仅影响可切换光学元件的基板层中的一个的损坏。这种失效只能被检测为故障，切换不良的窗。并且，钢化玻璃是不平坦的，并且当与可切换光学元件层压时可能导致光学瑕疵。
本发明的一个目的是提供一种能够检测可切换光学元件的破裂的方法。
本发明的另一个目的是提供一种能够检测由可切换光学元件的至少一个基板层的破裂导致的故障的方法。
提供了一种用于检测至少一个可切换光学元件的基板的破裂的方法。所述至少一个可切换光学元件包括第一基板和第二基板，所述第一基板涂覆有第一电极，所述第二基板涂覆有第二电极，以及可切换层，所述可切换层夹在所述第一基板和所述第二基板之间，第一电极和第二电极每个具有至少一个触头。
该方法还包括以下中的至少一个：
i)测量在基板的两个触头之间测量的差分信号的改变，和
ii)测量两个基板之间的电容的改变，
iii)测量至少一个基板的电阻的改变，
iv)测量施加到可切换光学元件的电流的改变。
在第一种变化形式i)中，该方法包括以下步骤：
a)通过将测试信号源提供的测试信号施加到至少一个可切换光学元件在第一电极和第二电极之间施加电场，其中测试信号是AC信号，和其中测试信号源的输出分成两条信号线，第一电极具有至少两个触头，和每条信号线与第一电极的另一个触头连接，
并且第二电极的至少一个触头连接到参考电位，
b)测量两条信号线之间的差分信号，和
c)如果差分信号的至少一个参数超过预定阈值或者如果差分信号的至少一个参数的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，其中参数优选地为振幅，相移和/或波形变形。
在第二种变化形式ii)中，该方法包括步骤：
a)测量第一电极的一个触头和第二电极的一个触头之间的电容，和
b)如果测量的电容低于预定阈值或者如果测量的电容的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
在第三种变化形式iii)中，该方法包括步骤：
a)测量第一电极的两个触头之间的电阻和/或测量第二电极的两个触头之间的电阻，第一电极和/或第二电极每个具有至少两个触头，和
b)如果测量的电阻超过预定阈值或者如果测量的电阻的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
在第四种变化形式iv)中，该方法包括步骤：
a)通过将AC驱动信号施加到第一电极的至少一个触头和第二电极的至少一个触头在第一电极和第二电极之间施加电场，AC驱动信号经配置以将可切换光学元件切换和/或保持在可切换光学元件的状态之一中，和
b)测量AC驱动信号的电流，和
如果测量的电流超过预定阈值或者如果测量的电流的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
该方法的所有四种变化形式i)至iv)可以单独地使用或与一种或多种其他变化形式组合使用。
另外地或可选地，可以进行变化形式i)，其中第一基板和第二基板可以互换。例如，将测试信号施加到第二电极的两个触头，并且第一电极的至少一个触头连接到参考电位。
优选地，可切换光学元件是夹层结构，其中可切换层嵌入在两个基板层之间。
优选地，切换层包括液晶介质。液晶介质定义为具有液晶性质的物质。典型的液晶介质包含至少一种具有细长杆状分子的组合物。将两个基板和液晶介质布置为盒，其中液晶介质置于两个基板形成的间隙中。间隙的尺寸优选为1μm至300μm，优选为3μm至100μm，更优选为20μm至100μm。与本发明结合使用的液晶介质具有至少两种状态。使用电场控制液晶介质的状态。
两个基板中的每一个都涂覆有电极。电极可以是透明的，不透明的或半透明的。优选地，电极是半透明或透明的。
为了施加电场到可切换层，在两个电极之间施加AC驱动信号。当通过施加AC驱动信号使可切换层暴露于电场时，改变了液晶分子的配向，从而改变了可切换层的状态。
优选地，AC驱动信号是周期信号，例如，方波信号或正弦信号。优选地，AC驱动信号具有0.01Hz至100Hz的频率。
优选地，选择AC驱动信号的振幅(其可以作为峰-峰电压给出)，使得所得的电场足以切换可切换层和/或将可切换层保持在期望的状态。
可切换光学元件的电学性质可以用简单的等效电路表示，其中表示第一电极的第一电阻器，表示可切换层的电容器和表示第二电极的第二电阻器串联连接到AC驱动信号源。
在损坏的可切换光学元件中，电阻器和电容器的性质改变了。此外，可能发生第一电极和第二电极之间的短路，其可以在基本模型中通过与电容器并联连接的另一电阻器表示。如果电极具有多于一个的触头，则应使用更复杂的等效电路，其中第一电极和第二电极由较小电阻器的网络表示，并且可切换层同样由多个较小电容器表示。这种等效电路如图3所示。
所提出的方法利用电学性质的这些变化来检测可切换的光学元件的破裂的基板。
在第一种变化形式i)中，执行有源测量，其中将测试信号施加到可切换光学元件并测量响应。通过使用该测试信号，测量可以独立于其中施加AC驱动信号的可切换光学元件的常规操作来执行。当可切换光学元件处于没有施加AC驱动信号的OFF状态时，测试信号优选地也是有源的。测试信号不应影响可切换光学元件的状态。因此，选择振幅和/或频率使得可切换光学元件的状态不受影响。与AC驱动信号相比较，这优选地利用高频率和低振幅的信号来实现。
为了施加测试信号，可切换光学元件的第一电极包括至少两个触头。用于施加测试信号的信号线被分成两条信号线，并将测试信号施加到两个触头。第二电极的触头连接到参考电位，优选地是地电位。
当两条信号线连接到正常的，未破裂的可切换光学元件的基板时，由于测试信号引起的电流通过两条信号线是相同的。结果，在这两个连接之间测量到无(或几乎没有)电压差。
当至少一个基板破裂或损坏时，可切换光学元件的电学性质发生改变。在等效电路中，这可以表示为构成总电容或电阻的一个或多个电阻器和/或电容器缺失或已经改变(参见，例如，图4)。朝向可切换光学元件的电流变得不对称。这导致了例如连接到基板的两条信号线之间的电压差。对于具有至少一个损坏的基板的可切换光学元件，可以测量该电压差作为差分信号。该差分信号可以例如利用电气隔离示波器(galvanic isolatedscope)或通过使用差分放大器来测量。
为了检测破裂的基板，可以分析测量的差分信号的一个或多个参数。一个或多个参数优选地选自振幅，相移和/或波形变形。优选地，该参数由表示为随时间变化的电压的信号确定。
为了检测一个或多个参数的改变，优选地将一个或多个分析的参数与相应的参考值进行比较。参考值可以是预定的，或者可以在初始校准测量中设置。如果可以由相应参数和参考值之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，如果参数超过预定阈值，则可以将一个或多个分析的参数与预定阈值进行比较，并检测破裂的基板。
另外地或可选地，优选地将相应参数与先前测量的相应参数的值的浮动平均值相比较。如果可以由相应参数和浮动平均值之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
优选地，测试信号是周期信号，其频率不同于可切换光学元件的AC驱动信号的频率。周期信号的适宜的例子是正弦信号和方波信号。AC驱动信号经配置为将可切换光学元件切换和/或保持在可切换光学元件的状态之一中。相比之下，测试信号优选地经配置以使得测试信号不影响可切换光学元件的状态的改变。为了不影响可切换光学元件的状态，测试信号优选地具有从1kHz至1000kHz的范围选择的频率，特别优选地在5kHz至40kHz的范围内。优选地，测试信号具有固定的频率。已经发现，应该将频率选择为5kHz或更高，以确保适当的差分信号检测。在5kHz以下时，已发现存在正弦波的显著衰减，优选地，应该避免这种衰减。
并且，可以表示为峰-峰电压的振幅应该低于可切换光学元件的可切换层的切换阈值。
优选地，测试信号的峰-峰电压在10mV至1000mV的范围内，优选地在100mV至300mV的范围内。
通常，差分信号具有对应于测试信号的频率的频率。这可以通过应用以测试信号的频率为中心的带通滤波器来用于测试信号的分析。通过使用这种滤波器，可以降低电噪声，这有利于差分信号的进一步分析。
作为测试信号的源，可以使用函数发生器。在一个实施方案中，使用另一个函数发生器作为AC驱动信号的源，并且两个函数发生器串联连接并用于将包括测试信号和AC驱动信号的和信号施加到第一电极的至少两个触头。在一个可选的实施方案中，可以使用任意函数发生器以产生包括测试信号和AC驱动信号的和信号。
在该方法的第二种变化形式ii)中，执行无源测量，其中测量第一电极的一个触头和第二电极的一个触头之间的至少一个电容。在基本的等效电路中，可切换光学元件可视为并联板电容器。如果至少一个基板受损，电容将改变。初始电容取决于可切换光学元件的面积，两个基板层之间的间隙的大小和可切换层的介电性质。
为了检测所测量的电容的改变，优选地将测量的电容与参考电容相比较。参考电容可以是预定的，或者可以在初始校准测量中设置。如果可以由测量的电容和参考电容之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，将测量的电容与预定阈值相比较，并且如果测量的电容低于预定阈值，则检测破裂的基板。
在可切换光学元件的操作期间，可通过将信号源与第一电极和第二电极连接将AC驱动信号施加到可切换光学元件，所述AC驱动信号经配置以将可切换光学元件切换和/或保持在可切换光学元件的状态之一中。AC驱动信号可以根据当前切换状态和可切换层的性质影响电容测量。因此，当选择参考电容时，优选考虑当前的开关状态和切换层的性质。并且，可以为可切换层的每个不同状态选择不同的参考电容。
另外地或可选地，优选地将电容与先前测量的电容值的浮动平均值相比较。如果可以由电容和浮动平均值之间的差的绝对值表示的改变超过预定的阈值，则检测破裂的基板。
使用浮动平均值是有利的，因为需要校准以考虑可切换光学元件的不同尺寸并且避免可切换层的特定的性质。
在该方法的第三种变化形式iii)中，执行无源测量，其中测量第一电极的两个触头之间和/或第二电极的两个触头之间的至少一个电阻。在基本等效电路中，每个电极可以看作薄层电阻器。如果基板中的一个损坏并且因此位于相应基板上的电极被损坏，则电阻改变。初始电阻取决于电极的尺寸和电极的材料。
为了检测测量的电阻的改变，优选地将测量的电阻与参考电阻相比较。参考电阻可以是预定的，或者可以在初始校准测量中设置。如果可以由测量的电阻和参考电阻之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，将测量的电阻与预定阈值相比较，并且如果测量的电阻超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，优选地将电阻与先前测量的电阻值的浮动平均值相比较。如果可以由电阻和浮动平均值之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
使用浮动平均值是有利的，因为需要校准以便考虑可切换光学元件的不同尺寸并且避免电极的特定性质。
通过利用第一电极的单个触头和第二电极的单个触头将信号源与第一电极和第二电极连接，可将AC驱动信号应用于可切换光学元件，所述AC驱动信号经配置以将可切换光学元件切换和/或保持在可切换光学元件的状态之一中。因此，电阻测量和可切换光学元件的驱动不会干扰。
在该方法的第四种变化形式iv)中，进行有源测量，其中使用AC驱动信号将可切换光学元件切换到状态或将可切换光学元件保持在状态，所述AC驱动信号被施加到第一电极的至少一个触头和第二电极的至少一个触头。
在基本等效电路中，可切换光学元件可以由串联连接的第一电阻器，电容器和第二电阻器表示。当施加AC驱动信号时，电容器周期性地充电和放电，因此AC电流由于AC驱动信号而流动。测量电流。当AC驱动信号未改变时测量的电流的改变可以指示由于至少一个破裂的基板导致的两个电极之间的短路。在基本等效电路中，这可以由与电容器并联连接的附加电阻器表示。
为了检测测量电流的改变，优选地将测量的电流与参考电流相比较。参考电流可以是预定的，或者可以在初始校准测量中设置。如果可以由测量电流和参考电流之间的差的绝对值表示的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，将测量的电流与预定阈值相比较，并且，如果测量的电流超过预定阈值，则检测破裂的基板。
另外地或可选地，优选地将电流与先前测量的电流值的浮动平均值相比较。如果可以由电阻和浮动平均值之间的差的绝对值表示的变化超过预定阈值，则检测破裂的基板。
使用浮动平均值是有利的，因为需要校准以考虑可切换光学元件的不同尺寸，并且避免了电极和可切换层的特定性质。并且，绝对电流的可靠测量比检测改变更困难，特别是对于AC驱动信号的低峰-峰电压。因此，将测量值与先前值相比较，从而优选地仅检测测量电流的改变。
优选地，将变化形式i)至iv)中的两种组合以检测可切换光学元件的破裂基板。在一个特别优选的实施方案中，将变化形式i)至iv)中的三种，并且最优选地，将全部四种变化形式i)至iv)组合。通过使用一种以上的变化形式来检测破裂的基板，可以提高检测的可靠性。并且，通过组合一个以上的变化形式，彻底测试可切换光学元件的电性质，以使可以可靠地检测甚至可能影响可切换光学元件的性能的小的损坏。
优选地，将至少两个可切换光学元件并联连接。这允许对若干个可切换光学元件使用共用驱动和破裂检测部件。在第一种变化形式中，每个可切换光学元件通过各个信号线连接到共用信号源，其中每个单独的信号线具有测量电阻器。每个可切换光学元件连接到单独的测量器件或连接到共用测量器件的不同通道。在第二种变化形式中，至少两个可切换光学元件并联连接到同一对信号线和连接到同一测量器件。
优选地，可切换光学元件是建筑物或车辆的窗户的部分。这样的窗可以包括一个或多个可切换光学元件。可切换光学元件可以以堆叠配置布置，其中每个可切换光学元件优选地具有不同的光学性质。另外地或可选地，若干可切换光学元件可以在单个平面中彼此相邻地布置，从而形成更大的窗。如果窗中包括两个或更多个可切换光学元件，则每个可切换光学元件可以连接到单独的电路，用于提供AC驱动电压和/或用于检测至少一个基板的破裂。可选地，至少两个可切换光学元件可以连接到共用部件，以用于提供AC驱动电压和/或用于检测至少一个基板的破裂。
本发明的另一方面是提供一种可切换光学器件，包括至少一个可切换光学元件和用于产生AC驱动信号的第一信号发生器，所述至少一个可切换光学元件包括第一基板和第二基板，第一基板涂覆有第一电极并且第二基板涂覆有第二电极，以及可切换层，所述可切换层夹在第一基板和第二基板之间，第一电极和第二电极各自具有至少一个触头。
优选地，可切换光学器件经配置以执行所述方法的至少一种变化形式。因此，关于该方法描述的特征也适用于可切换光学器件，并且关于可切换光学器件描述的特征也适用于该方法。
在第一种变化形式i)中，可切换光学器件还包括用于产生测试信号的第二信号发生器，所述测试信号是AC信号，测量单元和评估单元，第二信号发生器的输出被分成两个信号线。第一电极具有至少两个触头，并且每个信号线连接到第一电极的至少两个触头中的另一个。第二电极的至少一个触头连接到参考电位。测量单元连接到两条信号线，测量单元经配置以用于测量差分信号。评估单元经配置为如果差分信号的至少一个参数超过预定阈值或者如果差分信号的至少一个参数的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
在第二种变化形式ii)中，可切换光学器件还包括测量单元和评估单元。测量单元经配置以测量第一电极的一个触头和第二电极的一个触头之间的电容。评估单元经配置为如果测量的电容低于预定阈值或者如果测量的电容的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
在第三种变化形式iii)中，可切换光学器件还包括测量单元和评估单元。第一电极和/或第二电极具有至少两个触头，并且测量单元经配置以测量第一电极和第二电极的至少一个的两个触头之间的电阻。评估单元经配置为如果测量的电阻超过预定阈值或者如果测量的电阻的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
在第四种变化形式iv)中，可切换光学器件还包括测量单元和评估单元。测量单元经配置以测量第一电极的一个触头和第二电极的一个触头之间的AC驱动信号的电流。评估单元经配置为如果测量的电流超过预定阈值或者如果测量的电流的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
测量单元，评估单元，第一信号发生器和第二信号发生器可以构造为单独的器件。另外地，测量单元，评估单元，第一信号发生器和第二信号发生器中的一个或多个可以在单独的器件中组合。
优选地，变化形式i)的第一个信号发生器和第二个信号发生器被构造为单个任意函数发生器，用于产生包括AC驱动信号和测试信号的和信号。因此，仅有一个信号源必须连接到可切换光学元件。
四种变化形式i)至iv)中的每一种可以单独使用或与四种变化形式中的至少另一种组合使用。当使用多于一种变化形式时，相应的测量单元和/或评估单元可以在一个器件中组合。
另外地或可选地，可以执行变化形式i)，其中第一基板和第二基板互换。例如，信号线连接到第二电极的两个触头，并且第二电极的至少一个触头连接到参考电位。
所述至少一个可切换光学元件优选地是夹层结构，其中可切换层嵌入在两个基板层之间。
基板可以由玻璃或聚合物组成。适宜的玻璃基板包括，例如，浮法玻璃，下拉玻璃，化学钢化玻璃，硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃。适宜的聚合物基板包括，例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，聚碳酸酯(PC)，聚酰亚胺(PI)，COP(环烯烃聚合物)和TAC(三醋酸纤维素)。
优选地，切换层包括液晶介质。液晶介质定义为具有液晶性质的物质。典型的液晶介质包含至少一种具有细长杆状分子的组合物。将两个基板和液晶介质布置为盒，其中液晶介质置于由两个基板形成的间隙中。间隙的尺寸优选为1μm至300μm，优选为3至100μm，更优选为20至100μm。
每个基板涂覆有电极。电极可以是透明的，不透明的或半透明的。优选地，导电透明氧化物(TCO)用作电极。透明电极的适宜的例子是氧化铟锡(ITO)透明电极。
优选地，基板被定向成使得涂覆有电极的侧面在夹层结构中彼此面对。
此外，基板可另外地包括配向膜，其布置在面向可切换层的一侧上。可以在配向方向上摩擦配向膜。
优选地，第一电极和第二电极的至少一个触头位于相应基板的角部，其中在变化形式i)和iii)中，每个电极的至少两个触头位于相应基板的相对的角部。优选地，通过去除矩形基板的两个对角相对的角来切割两个玻璃基板，以允许接触触头。
优选地，第一电极层的触头和第二电极层的触头位于可切换光学元件的不同的角上。
优选地，至少两个可切换光学元件并联连接。这允许使用，比如第一信号发生器，第二信号发生器，测量单元和/或评估单元的共用部件以用于若干可切换光学元件。
优选地，可切换光学器件的可切换光学元件是建筑物或车辆的窗户的部分。可切换光学元件可包括一个或多个可切换光学元件。可切换光学元件可以以堆叠配置布置，其中每个可切换光学元件优选地具有不同的光学性质。另外地或可选地，若干可切换光学元件可以在单独的平面中相互邻近地布置，从而形成更大的窗。
附图简述：
附图显示了
图1使用无源电阻测量进行的破裂检测，
图2使用无源电容测量进行的破裂检测，
图3用于对未破裂的可切换光学元件进行有源测量的等效电路，
图4用于对具有损坏的第一基板的可切换光学元件进行有源测量的等效电路，
图5a在没有测试信号的情况下，对未破裂的可切换光学元件进行的差分信号测量，
图5b对施加有测试信号的未破裂的可切换光学元件进行的差分信号测量，
图6a在没有测试信号的情况下，对破裂的可切换光学元件进行的差分信号测量，
图6b对施加了第一测试信号的破裂的可切换光学元件进行的差分信号测量，
图6c对施加了第二测试信号的破裂的可切换光学元件进行的差分信号测量，
图7用于对在基板之间具有短路的可切换光学元件进行有源测量的等效电路，
图8a在没有测试信号的情况下，具有短路的破裂的可切换光学元件的差分信号，
图8b施加了测试信号的具有短路的破裂的可切换光学元件的差分信号，
图9用于对两个可切换光学元件进行有源测量的第一个测量设置，
图10a第一个差分信号测量的轨迹，
图10b第二个差分信号测量的轨迹，
图11用于对并联连接的两个可切换光学元件进行有源测量的第二个测量设置，和
图12两个并联连接的可切换光学元件的差分信号的轨迹。
图1描绘了使用电阻测量的可切换光学元件10的基板的无源破裂检测的示意图。
通过制备用作基板的两片导电涂层玻璃获得可切换光学元件10。制备两个不同尺寸的可切换光学元件10。第一个样品的玻璃片的尺寸为30cm×40cm。对于第二个样品，使用具有不同涂层的20cm×30cm的玻璃片。
使用玻璃切割和研磨，切割每个基板的两个相对的角。在清洗基板之后，在其透明导电氧化物(TCO)涂覆侧上印刷聚酰亚胺。然后将基板在烘箱中烘烤并摩擦聚酰亚胺以获得以90°相互转动的配向层(扭曲的向列配置)。随后，将基板布置为具有25μm盒间隙的盒。定向基板使得配向层面向盒间隙内。当组合成盒时，一个基板的切割角面向另一个基板的非切割角，产生可以建立电接触的四个区域。利用染料掺杂的液晶混合物使用真空填充来填充盒，将盒压制并放入烘箱中进行最终固化步骤。通过焊接将电线连接到接触区域。
第一基板具有在图1中标记为A1和A2的两个触头。同样，第二基板具有在图1中标记为B1和B2的两个触头。第一基板的TCO电极的电阻R1和第二基板的电阻R2例如可以使用万用表测量。
为了测试两个制备的样品，使用Fluke 175万用表。对于未破裂的可切换光学元件，两个基板层的电阻值(R1和R2)对于第一样品均为约340Ω，对于第二样品为约65Ω。随后，使两个样品破裂，并重复进行电阻值的测量。两个样品的测量的电阻均高于1MΩ。
图2描绘了使用电容测量进行的可切换光学元件10的基板的无源破裂检测的示意图。
如对于图1所述的制备两个样品。在第一基板的触头之一(例如触头A1)和第二基板的触头之一(例如触头B1)之间测量第一电容C1。任选地，在触头A2和B2之间测量第二电容C2。
可切换光学元件10的电容可以用万用表测量。为进行制备样品的测量，使用Fluke175万用表。测量结果在表1中给出。
(表1)
在破裂的和未破裂的状态之间可以观察到明显的差异。
图3显示了用于对未破裂的可切换光学元件10进行有源测量的等效电路。
可切换光学元件10按顺序包括布置为夹层结构的第一基板A，可切换层14和第二基板B。第一基板A和第二基板B每一个在其面向可切换层14的侧面上涂覆有电极。
在所描绘的等效电路中，电极由电阻器Rs和Rp的网络表示，并且可切换层14由多个电容器C表示。在所描绘的等效电路的样品中，五个电阻器Rs串联连接并且位于相应的基板A和B以及六个电阻器Rp的平面中，它们并联布置且每一个在一侧与电阻器Rs中的一个连接。每个电阻器Rp的另一侧连接到可切换层14的电容器C中的一个。
为了检测破裂的基板A、B，使用信号发生器20将测试信号施加到可切换光学元件10。信号发生器20还用于产生AC驱动信号。信号发生器20的正输出+被分成两条信号线21、22。包括第一测量电阻器23的第一信号线21连接到第一基板A的第一触头A1。包括第二测量电阻器24的第二信号线22连接到第一基板A的第二触头A2。第二基板B的两个触头B1和B2连接到信号发生器20的参考电位。
测量器件30连接到信号线21和22，并且经配置以测量差分信号。例如，测量器件30可以是电气隔离示波器，或者可以基于差分放大器。测量结果示于图5a和5b中，其中图5a显示了其中仅施加AC驱动信号的差分信号测量，图5b显示了其中施加了AC驱动信号和测试信号的差分信号测量。
在图3所示的情况下，两个基板都是未破裂的。根据图3的等效电路，两个触头A1和A2具有相同的电位，并且流过两条信号线21和22的电流是相等的。因此，可能不会检测到差分信号或仅检测到小的差分信号。
图4显示了用于对破裂的可切换光学元件11进行有源测量的等效电路。
如对于图3已描述的，可切换光学元件10包括按此顺序布置为夹层结构的第一基板A，可切换层14和第二基板B。第一基板A和第二基板B在其面向可切换层14的侧面上涂覆有电极。
在所描绘的等效电路中，电极由电阻器Rs和Rp的网络表示，并且可切换层14由多个电容器C表示。在所描绘的等效电路的样品中，五个电阻器Rs串联连接并且位于相应的基板A和B以及六个电阻器Rp的平面中，它们每一个在一侧与电阻器Rs之一连接。每个电阻器Rp的另一侧与可切换层14的电容器C中的一个连接。
对可切换光学元件10的任何损坏将引起电阻器Rs和Rp中的至少一个和/或电容器C中的至少一个的改变。在图4所示的例子中，破裂的可切换光学器件11的第一基板A被损坏，并且靠近第一触头A1的电阻器16的电阻增大。
为了检测破裂的基板A，使用信号发生器20将测试信号施加到损坏的可切换光学元件11。信号发生器20还用于产生AC驱动信号。信号发生器20的正输出+被分成两条信号线21，22。包括第一测量电阻器23的第一信号线21连接到第一基板A的第一触头A1。包括第二测量电阻器24的第二信号线22连接到第一基板A的第二触头A2。第二基板B的两个触头B1和B2连接到信号发生器20的参考电位。
测量器件30连接到信号线21和22，并且经配置以测量差分信号。具有损坏的第一基板的可切换光学器件10的测量结果在图6a至6c中示出，其中图6a示出差分信号测量，其中仅施加了AC驱动信号，图6b显示了其中施加AC驱动信号和第一测试信号的差分信号测量，并且图6c显示了其中施加了AC驱动信号和第二测试信号的差分信号测量。
图5a和5b显示了图3的未破裂的可切换光学元件10的差分信号测量的测量结果。
按关于图1所述的制备可切换光学元件10。作为测量器件30，使用Fluke 199C电隔离示波器。使用示波器获得的轨迹显示在图5a和5b中。
图5a显示了其中仅施加AC驱动信号的差分信号测量的轨迹。施加60Hz方波信号作为AC驱动信号，以将可切换光学元件10保持在其一种状态。由于AC驱动信号，电容器的充电/放电导致了轨迹中的尖峰。否则，检测不到差分信号。
图5b显示了其中施加了AC驱动信号和测试信号的差分信号测量的轨迹。在没有测试信号的情况下，轨迹显示与图5a的轨迹无差别。测试不同的正弦波测试信号，其具有100mV至300mV的峰-峰电压，频率范围为5kHz至40kHz。未检测到差分信号。
图6a，6b和6c显示了图4的破裂的可切换光学元件11的差分信号测量的测量结果。
如关于图1所述的制备可切换光学元件10。然后，通过使基板破裂来损坏可切换光学元件10，以获得破裂的可切换光学元件11。将基板中产生的裂缝推到一起以封闭任何间隙。作为测量器件30，使用Fluke 199C电流隔离示波器。使用示波器获得的轨迹显示在图6a至6c中。
图6a显示了其中仅施加AC驱动信号的差分信号测量的轨迹。施加60Hz方波信号作为AC驱动信号，以将破裂的可切换光学元件11保持在其状态之一中。轨迹中的尖峰由于AC驱动信号造成的电容器的充电/放电引起。否则，检测不到差分信号。
图6b显示了其中施加了AC驱动信号和第一测试信号的差分信号测量的轨迹。作为第一测试信号，使用频率为5kHz的正弦波。检测到差分信号，显示由于第一基板A的电极的电阻变化，第一触头A1和第二触头A2不在相同的电位。
图6c显示了其中施加了AC驱动信号和第二测试信号差分信号测量的另一轨迹。作为第二测试信号，使用频率为40kHz的正弦波。检测到差分信号，显示由于第一基板A的电极的电阻变化，第一触头A1和第二触头A2不在相同的电位。检测的差分信号具有与测试信号相同的频率，在图6b和6c所示的轨迹中清晰可见。
图7显示了用于对具有短路的破裂的可切换光学元件11进行有源测量的等效电路。
如已对于图3所描述的，可切换光学元件10包括按此顺序布置在夹层结构中的第一基板A，可切换层14和第二基板B。第一基板A和第二基板B在其面向可切换层14的侧面上涂覆有电极。
在描绘的等效电路中，电极由电阻器Rs和Rp的网络表示，并且可切换层14由多个电容器C表示。在描绘的等效电路的样品中，五个电阻器Rs串联连接并且位于相应的基板A和B以及六个电阻器Rp的平面中，它们每一个在一侧连接到电阻器Rs之一。每个电阻器Rp的另一侧连接到可切换层14的电容器C中的一个。
除了电阻器Rs和Rp中的至少一个和/或电容器C中的至少一个的改变之外，基板A和B中的至少一个的破裂可能引起第一基板A的第一电极和第二基板B的第二电极之间的短路。在图7中所示的例子中，破裂的可切换光学元件11被损坏，使得两个电极彼此直接接触。这在图7的等效电路中通过添加电阻器18来表示，电阻器18与表示可切换层的电容器C中的一个并联连接。
为了检测两个电极之间的短路，使用信号发生器20施加AC驱动信号。此外，信号发生器20用于将测试信号施加到破裂的可切换光学元件11。信号发生器20的正输出+被分成两条信号线21、22。包括第一测量电阻器23的第一信号线21连接到第一基板A的第一触头A1。包括第二测量电阻器24的第二信号线22连接到第一基板A的第二触头A2。第二基板B的两个触头B1和B2连接到信号发生器20的参考电位。
测量器件30与信号线21和22连接，并且经配置以测量差分信号。在图8a和8b中显示了具有短路的破裂的可切换光学器件11的测量结果，其中图8a显示了仅施加AC驱动信号的差分信号，并且图8b显示了其中施加了AC驱动信号和第一测试信号二者的差分信号。
在另一个实施方案中，仅第一信号线21与第一基板A的触头A1、A2中的一个连接，并且，测量流过信号线21的电流，例如，通过检测第一测量电阻器23上的电压进行测量。信号发生器20仅用于施加AC驱动信号。然后，破裂的可切换光学元件11的两个电极之间的短路可通过检测的电流的改变来检测。
图8a显示了对具有短路的破裂的可切换光学元件11进行的差分信号测量的轨迹。在图8a的测量中，仅施加AC驱动信号。施加60Hz方波信号作为AC驱动信号，以将破裂的可切换光学元件11保持在其状态之一中。除了由于AC驱动信号引起的电容器充电/放电导致的轨迹中的尖峰之外，还检测到偏移电压。偏移电压由在第一电极和第二电极之间的短路造成的流动的电流引起。当电流不均匀地流过两个触头A1和A2时，电流引起可在差分信号中检测到的电压降。可使用流动的电流检测短路，从而检测破裂的可切换光学元件。
图8b显示了对具有短路的破裂的可切换光学元件11进行的差分信号测量的轨迹。施加了AC驱动信号和测试信号两者。作为测试信号，使用频率为40kHz的正弦波。除了由如图8a所示的流动电流引起的偏移电压之外，检测到另一个差分信号，显示由于电流的不均匀分布，第一触头A1和第二触头A2不在相同的电位。可以容易地检测差分信号并用于检测破裂的可切换光学元件11。
图9显示了对两个可切换光学元件10同时进行的有源测量的第一测量设置。
每个可切换光学元件10通过单独的信号线21、22、21'和22'连接到共用信号发生器20，其中每个单独的信号线21、22、21'和22'具有测量电阻器23、24、23'、24'。每个可切换光学元件10连接到共用测量器件30的不同的通道。
在图9所示的设置中，第一对信号线21、22连接到未破裂的可切换光学元件10的第一基板A的第一触头A1和第二触头A2以及第二对信号线21'、22'连接到破裂的可切换光学元件11的第一基板A的第一触头A1和第二触头A2。共用信号发生器20被构造成产生AC驱动信号和测试信号。包括AC驱动信号和测试信号的和信号被分离并施加到两对信号线21、22和21'、22'。第二基板B的相应的触头B1和B2各自连接到参考电位26。信号发生器20的负输出也连接到参考电位26。
图10a显示了对具有图9的设置的未破裂的可切换光学元件10进行的差分信号测量的轨迹。在图10a的测量中，施加AC驱动信号和测试信号两者。施加60Hz方波信号作为AC驱动信号，以将未破裂的可切换光学元件10保持在其一种状态。测试信号是频率为40kHz的正弦波。如从图10a的轨迹可以看出的，未检测到差分信号。
图8b显示了对具有图9的设置的破裂的可切换光学元件11进行的差分信号测量的轨迹。施加AC驱动信号和测试信号。检测到差分信号，显示第一触头A1和第二触头A2不在相同的电位，显示至少一个基板是破裂的。
图11显示了用于对两个可切换光学元件10同时进行有源测量的第二测量设置。
每个可切换光学元件10使用同一对信号线21、22连接到共用信号发生器20，其中每条信号线21、22线具有测量电阻器23、24。两条信号线21、22连接到测量器件30，从而每个可切换光学元件10与共有的测量器件30连接。
在图11中描绘的设置中，第一信号线21连接到未破裂的可切换光学元件10的第一触头A1并且连接到破裂的可切换光学元件的第一触头A1。同样地，第二信号线22连接到未破裂的可切换光学元件10的第二触头A2和破裂的可切换光学元件11的第二触头A2。共用信号发生器20被构造成产生AC驱动信号和测试信号。得到的和信号包括AC驱动信号和测试信号。第二基板B的相应的触头B1和B2各自与参考电位26连接。信号发生器20的负输出也与参考电位26连接。
在图11的设置中，显示了第二对信号线21'和22'，但其未与任何元件连接。在进一步的实施方案中，第二对信号线可用于连接一个或多个另外的可切换光学元件。
图12显示了对具有图11的设置的两个并联连接的可切换光学元件10进行的差分信号测量的轨迹。在图12的测量中，施加AC驱动信号和测试信号两者。施加60Hz方波信号作为AC驱动信号，以将两个可切换光学元件10保持在预定状态。测试信号是具有40kHz频率的正弦波。从图12的轨迹可以看出，检测到差分信号，其显示两个可切换光学元件10中的至少一个的至少一个基板是破裂的。

Claims (15)

1.用于检测至少一个可切换光学元件(10)的基板(A，B)的破裂的方法，
所述至少一个可切换光学元件(10)包括
第一基板(A)和第二基板(B)，
所述第一基板(A)涂覆有第一电极，和所述第二基板(B)涂覆有第二电极，以及可切换层(14)，所述可切换层(14)夹在第一基板(A)和第二基板(B)之间，
所述第一电极和第二电极各自具有至少一个触头(A1，A2，B1，B2)，
该方法包括以下步骤：
i)
a)通过将测试信号源提供的测试信号施加到所述至少一个可切换光学元件(10)而在所述第一电极和所述第二电极之间施加电场，其中所述测试信号是AC信号，和其中
所述测试信号源的输出被分成两条信号线(21，22，21'，22')，所述第一电极具有至少两个触头和每个信号线(21，22，21'，22')与所述第一电极的所述触头(A1，A2)的另一个连接，
并且所述第二电极的所述至少一个触头(B1，B2)与参考电位(26)连接，
b)测量所述两条信号线(21，22，21'，22')之间的差分信号，和
c)如果差分信号的至少一个参数超过预定阈值或者如果差分信号的至少一个参数的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或所述方法包括步骤：
ii)
a)测量所述第一电极的一个触头(A1，A2)和所述第二电极的一个触头(B1，B2)之间的电容(C1，C2)，和
b)如果所述测量的电容(C1，C2)低于预定阈值或者如果测量的电容(C1，C2)的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或所述方法包括步骤：
iii)
a)测量所述第一电极的两个触头(A1，A2)之间的电阻(R1)和/或测量所述第二电极的两个触头(B1，B2)之间的电阻(R2)，所述第一电极和/或第二电极具有至少两个触头(A1，A2，B1，B2)，和
b)如果所述测量的电阻(R1，R2)超过预定阈值或者如果测量的电阻(R1，R2)的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或所述方法包括以下步骤：
iv)
a)通过将AC驱动信号施加到所述第一电极的所述至少一个触头(A1，A2)和施加到所述第二电极的所述至少一个触头(B1，B2)，在所述第一电极和所述第二电极之间施加电场，所述AC驱动信号经配置以将所述可切换光学元件(10)切换和/或保持在所述可切换光学元件(10)的状态之一中，
b)测量所述AC驱动信号的电流，和
c)如果所述测量的电流超过预定阈值或者如果所述测量的电流的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，变化形式i)的所述测试信号是频率不同于AC驱动信号的频率的周期信号，所述AC驱动信号经配置以将可切换光学元件(10)切换和/或保持在所述可切换光学元件(10)的状态之一中。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，变化形式i)的所述测试信号具有1kHz至1000kHz的频率，优选为5kHz至40kHz。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，变化形式i)的所述测试信号的峰-峰电压在10mV至1000mV的范围内，优选地在100mV至300mV的范围内。
5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，变化形式i)的所述测试信号与所述可切换光学元件(10)的所述AC驱动信号组合，从而将包括测试信号和所述AC驱动信号的和信号施加到所述可切换光学元件(10)的所述第一电极和所述第二电极。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，变化形式i)的至少一个参数和/或变化形式ii)的电容(C1，C2)的改变和/或变化形式iii)的电阻(R1，R2)的改变和/或变化形式iv)的电流的改变通过将相应的测量的值与先前测量的值的浮动平均值相比较来确定。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在初始校准测量中设置变化形式i)的参数和/或变化形式ii)的参考电阻和/或变化形式iii)的参考电容和/或变化形式iv)的参考电流的至少一个参考值。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，至少两个可切换光学元件(10)并联连接。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述可切换光学元件(10)是建筑物或车辆的窗户的部分。
10.可切换光学器件，包括至少一个可切换光学元件(10)和用于产生AC驱动信号的第一信号发生器，所述至少一个可切换光学元件包括第一基板(A)和第二基板(B)，所述第一基板(A)涂覆有第一电极，所述第二基板(B)涂覆有第二电极，和可切换层(14)，所述可切换层(14)夹在第一基板(A)和第二基板(B)之间，所述第一电极和第二电极每一个具有至少一个触头(A1，A2，B1，B2)，
其特征在于：
所述可切换光学器件还包括
i)用于产生测试信号的第二信号发生器，所述测试信号是AC信号，测量单元和评估单元，所述第二信号发生器的输出被分成两条信号线(21，22，21'，22')，所述第一电极具有至少两个触头(A1,A2)，和每个信号线(21，22，21'，22')与所述第一电极的所述至少两个触头(A1,A2)中的另一个连接，和所述第二电极的至少一个触头(B1，B2)与参考电位(26)连接，
所述测量单元连接到所述两条信号线(21，22，21'，22')，所述测量单元经配置以用于测量差分信号，和
所述评估单元经配置为如果所述差分信号的至少一个参数超过预定阈值或者如果所述差分信号的至少一个参数的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或
ii)测量单元和评估单元，所述测量单元经配置以测量所述第一电极的一个触头(A1，A2)和所述第二电极的一个触头(B1，B2)之间的电容(C1，C2)，并且所述评估单元经配置为如果所述测量的电容(C1，C2)低于预定阈值或者如果所述测量的电容(C1，C2)的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或
iii)测量单元和评估单元，所述第一电极和/或所述第二电极具有至少两个触头(A1，A2，B1，B2)，和所述测量单元经配置以测量所述第一电极和所述第二电极中的至少一个的所述两个触头(A1，A2，B1，B2)之间的电阻(R1，R2)，并且评估单元经配置为如果所述测量的电阻(R1，R2)超过预定阈值或者所述测量的电阻(R1，R2)的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板，
和/或
iv)测量单元和评估单元，所述测量单元经配置以测量所述第一电极的一个触头(A1，A2)与所述第二电极的一个触头(B1，B2)之间的AC驱动信号的电流，和所述评估单元经配置为如果所述测量的电流超过预定阈值或者如果所述测量的电流的改变超过预定阈值，则检测破裂的基板。
11.如权利要求10所述的可切换光学器件，其特征在于，所述第一电极的所述至少一个触头(A1，A2)和所述第二电极的至少一个触头(B1，B2)位于所述相应基板(A，B)的角部，其中在变化形式i)和iii)中，每个电极的至少两个触头(A1，A2，B1，B2)位于相应的基板(A，B)的相对的角部。
12.如权利要求10或11所述的可切换光学器件，其特征在于，所述第一电极层的所述触头(A1，A2)和所述第二电极层的所述触头(B1，B2)位于不同的角部。
13.如权利要求10至12中任一项所述的可切换光学器件，其特征在于，至少两个可切换光学元件(10)并联连接。
14.如权利要求10至13中任一项所述的可切换光学器件，其特征在于，变化形式i)的所述第一信号发生器和所述第二信号发生器被构造为单个任意函数发生器以用于产生包括AC驱动信号和测试信号的和信号。
15.如权利要求10至14中任一项所述的可切换光学器件，其特征在于，所述可切换光学元件(10)是建筑物或车辆的窗户的部分。
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