JP2016541020A - エレクトロクロミックデバイスの制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記方法は、上記電源から上記第1及び第2の電極の間に連続電圧を印加し、所定のパルスシーケンスにより上記連続電圧をパルス化するステップを含む。
上記パルスシーケンスは、約0.5秒未満の間にわたって少なくとも1つの過電位を印加し、次に、約0.5秒未満の間にわたって動作電位を印加することを含んでもよい。
上記過電位は上記動作電位よりも高い。
上記方法は、上記エレクトロクロミックデバイスの選択された透過率の状態に達したとき、上記第1及び第2の電極への上記連続電圧の印加を停止するステップを含む。
上記方法は、
上記コントローラに動作可能に接続された光センサにおける電位を測定するステップと、
上記光センサ電位に基づいて上記少なくとも1つの過電位の値を決定するステップとをさらに含んでもよい。
さらに、上記方法は、上記光センサ電位を、上記エレクトロクロミックデバイスの選択された透過率状態に関連付けられた基準電位に対して比較するステップを含んでもよい。
さらに、上記少なくとも1つの過電位は、上記動作電位より高い約4V未満の高さを有してもよい。
さらに、複数の過電位を印加することは、上記動作電位よりも高い約4V未満の高さを有する最大過電位で開始し、上記動作電位より高い最小過電位で終わる、複数の過電位パルスからなる減少シーケンスを印加することを含んでもよい(動作電位は例えば約1Vあってもよい)。
複数の過電位パルスからなる減少シーケンスを印加するステップは、約0.2秒以下で約0.25Vの第1のレートに従って減少されてもよい。
さらに、上記動作電位は約0.5V〜1.5Vの高さを有してもよい。
好ましくは、上記動作電位は約1.0Vの高さを有してもよい。
上記エレクトロクロミックデバイスは、陰極により発色する導電ポリマー材料を備える第1の電極と、正極により発色する導電ポリマー材料を備える第2の電極と、上記第1及び第2の電極との間において電気化学的に導通するように配置された電解質とを備える。
本発明の装置は、光を受信し、そのような光を光センサ電位に変換するように構成された光センサを含んでもよい。
上記装置は、上記光センサ及び上記エレクトロクロミックデバイスと電気的に通信するコントローラをさらに含んでもよい。
上記コントローラは、上記光センサ電位に応じて、上記エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするのに十分なパルス化された連続電圧を上記エレクトロクロミックデバイスに送るように構成される。
もう1つの実施形態では、上記装置は、上記コントローラと電気的に通信する電源を含む。
さらに、上記装置は、約5秒未満で、又は好ましくは約2秒未満で、エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするのに十分なパルス化された連続電圧を提供してもよい。
具体的には、本発明は、対象のエレクトロクロミックシステムの酸化還元安定限界に対応する電圧を大幅に超過する電圧を印加する、パルス化された連続電圧による方法を提供する。
しかしながら、これらの電圧は、非常に短い時間期間の間、例えば数百ミリ秒(ms)以下の範囲で印加される。
従って、本発明の方法及び装置は、エレクトロクロミックシステムを劣化させることなく、10倍以上にわたって、大幅に増大したスイッチング速度を提供する(すなわち、エレクトロクロミックスイッチング時間を低減させる)。
本明細書で使用されるように、2電極のエレクトロクロミックデバイスにおける陰極により発色するポリマー材料及び陽極により発色するポリマー材料の酸化還元電位は、与えられた電位において、陰極により発色するポリマー材料が完全に酸化され、陽極により発色するポリマー材料が完全に還元されるとき、及びその逆のとき、「実質的に一致している」とみなされる。より詳しくは、陰極及び陽極により発色するポリマー材料の両方が、与えられた電位において、陰極及び陽極により発色するポリマー材料の個々のボルタメトリックのピークの曲線下の面積を調べることによって決定される、それらのエレクトロクロミックに関連する酸化又は還元ピークに対応して移動させられるそれらの全電荷の少なくとも約85%、約90%、又は約95%を示すとき、陰極及び陽極により発色するポリマー材料は「実質的に一致している」とみなされる。
0.25V/0.1s(±3.0,±2.75,±2.5,±2.25,±2.0)
0.25V/0.2s(±2.0,±1.75,±1.5,±1.25,±1.0)
0.25V/0.1s(±3.25,±3.0,±2.75,±2.5,±2.25)
0.25V/0.2s(±2.25,±2.0,±1.75,±1.5,±1.25,±1.0)
0.25V/0.15s(±3.0,±2.75,±2.5,±2.25,±2.0)
0.25V/0.2s(±2.0,±1.75,±1.5,±1.25,±1.0)
0.25V/0.2s(±2.75,±2.5,±2.25,±2.0)
0.25V/0.2s(±2.0,±1.75,±1.5,±1.25,±1.0)
エレクトロクロミックデバイスは、2,2−ビス(4−クロロベンジル)−3,4−プロピレンジオキシチオフェンのモノマーを含む、陰極により発色する導電性ポリマーと、N,N’−ジフェニルベンジジンのモノマーを含む、陽極により発色する導電性ポリマーとを利用して準備された。上述したエレクトロクロミックデバイスの特性に関して、図4に、そのようなデバイスのUV−Vis−NIR領域における典型的な透過(%T)スペクトルを開示する。
本発明の実施例において、特定の光レベルに対応してmVで表されてもよい光センサの読み取り値は、エレクトロクロミックデバイスをどのように駆動するか、すなわち、どのくらいの電圧をどのくらいの時間にわたって印加するかを決定する際に、本発明のプログラムによってキー入力として使用されてもよい。この目的のために、本発明のプログラムは、コントローラ4又はより具体的にはマイクロコントローラの中に保持されてもよいルックアップテーブルに関連付けられてもよい。ここでは、表1に、代表的なルックアップテーブルを提供する。
ポテンショスタットを使用する場合と比較して、本発明のプログラムを適用する場合の差のアプリケーション間の差を実証して、スイッチング時間の検査結果が観察されてもよい(図8)。実際に、図8は、ポテンショスタット(又は直流電源)から印加される安定したDC電圧を用いた場合のスイッチング時間と、プログラムA及びC(例示として使用した)を用いて取得したスイッチング時間との比較を示す。スイッチング時間は、ポテンショスタットのDC電圧の場合の約8秒から、プログラムCの場合の1秒未満に減少される。上に説明したように、スイッチング時間は、最大及び最小の%Tの10%及び90%の間の遷移の時間として慣習的に定義され、上述の値はこの定義を使用して測定される。さらに、図9は、プログラムCを使用して、明状態及び暗状態の間の0サイクル及び10000サイクルにおける、長期の周期可能性を示す。+3.0Vの過電圧がシステムに非常に短い時間期間にわたって10000回印加されても、システムのエレクトロクロミックスイッチング特性及び安定性にはほとんど影響しない。商業的に使い物になるエレクトロクロミックレンズが1秒未満のスイッチング時間を有するので、上述のように、約8秒から1秒未満にスイッチング時間を8倍よりも短縮することは、商業的に使い物になるエレクトロクロミックレンズを提供する。一方、使い物にならないレンズは、概して、8秒よりも長いスイッチング時間を有するが、これは、フォトクロミックレンズの約半分未満である。
Claims (24)
- エレクトロクロミックデバイスへ電位を印加するための装置であって、上記エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするように構成された装置であって、
上記エレクトロクロミックデバイスは、陰極により発色する導電ポリマー材料を備える第1の電極と、正極により発色する導電ポリマー材料を備える第2の電極と、上記第1及び第2の電極との間において電気化学的に導通するように配置された電解質とを備え、
上記装置は、
a.光を受信し、そのような光を光センサ電位に変換するように構成された光センサと、
b.上記光センサ及び上記エレクトロクロミックデバイスと電気的に通信するコントローラとを備え、
上記コントローラは、上記光センサ電位に応じて、上記エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするのに十分なパルス化された連続電圧を上記エレクトロクロミックデバイスに送るように構成される装置。 - 上記装置は、電位基準テーブルを備え、光センサ電位を受信して上記光センサ電位を上記電位基準テーブルに比較するように構成される請求項1記載の装置。
- パルス電位コントローラと電気的に通信する電源を備える請求項1又は2記載の装置。
- 上記パルス化された連続電圧は、約5秒未満で上記エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするのに十分である請求項1〜3のうちの1つに記載の装置。
- 上記パルス化された連続電圧は、約2秒未満で上記エレクトロクロミックデバイスをエレクトロクロミックにスイッチングするのに十分である請求項1〜4のうちの1つに記載の装置。
- 上記陰極により発色する導電ポリマー材料は、置換又は非置換の2,2−ジベンジル−3,4−プロピレンジオキシチオフェンモノマーを含む請求項1〜5のうちの1つに記載の装置。
- 上記陰極により発色する導電ポリマー材料は、2,2−ビス(4−クロロ−ベンジル)−3,4−プロピレンジオキシチオフェン、2,2−ビス(4−ブロモ−ベンジル)−3,4−プロピレンジオキシチオフェン、2,2−ジベンジル−3,4−プロピレンジオキシチオフェン、それらの組み合わせからなるグループから選択された少なくとも1つのモノマーを含む請求項1〜6のうちの1つに記載の装置。
- 上記陽極陰極により発色する導電ポリマー材料は、ポリ(芳香族アミン)を含む
請求項1〜7のうちの1つに記載の装置。 - 上記エレクトロクロミックデバイスは、インジウムスズ酸化物(ΓΓΟ)、ガラス、ポリ(エチレンテレフタル酸塩)(PET)、酸化スズ、金、カーボンナノチューブ、又はそれらの組み合わせを含む、導電性透明基板を含む請求項1〜8のうちの1つに記載の装置。
- 上記電解質は、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、又はそれらの組み合わせを含む
請求項1〜9のうちの1つに記載の装置。 - 第1の電極、第2の電極、及び上記第1及び第2の電極と電気的に導通する電源を有するエレクトロクロミックデバイスの透過率を変調する方法であって、
上記方法は、上記電源から上記第1及び第2の電極の間に連続電圧を印加し、所定のパルスシーケンスにより上記連続電圧をパルス化するステップを含み、
上記パルスシーケンスは、約0.5秒未満の間にわたって少なくとも1つの過電位を印加し、次に、約0.5秒未満の間にわたって動作電位を印加することを含み、
上記過電位の高さは上記動作電位よりも高く、
上記方法は、
上記エレクトロクロミックデバイスの選択された透過率の状態に達したとき、上記第1及び第2の電極への上記連続電圧の印加を停止するステップを含む方法。 - 上記電源から連続電圧を印加するステップは、上記電源及び上記第1及び第2電極に動作可能に接続されたコントローラにより上記パルスシーケンスを制御することを含む請求項11記載の方法。
- 上記コントローラに動作可能に接続された光センサにおける光センサ電位を測定するステップと、
上記光センサ電位に基づいて上記少なくとも1つの過電位の値を決定するステップとを含む請求項12記載の方法。 - 上記光センサ電位を、上記エレクトロクロミックデバイスの選択された透過率状態に関連付けられた基準電位に対して比較するステップを含む請求項13の方法。
- 上記基準電位を較正するステップを含む請求項14の方法。
- 上記少なくとも1つの過電位は、上記動作電位より高い約4V未満の高さを有する請求項11〜15のうちの1つに記載の方法。
- 上記少なくとも1つの過電位を印加することは、複数の過電位を印加することを含む
請求項11〜16のうちの1つに記載の方法。 - 複数の過電位を印加することは、上記動作電位よりも高く、約4V未満の高さを有する最大過電位で開始し、上記動作電位より高い最小過電位で終わる、複数の過電位パルスからなる減少シーケンスを印加することを含む請求項17記載の方法。
- 上記最大過電位は約0.2秒未満の間にわたって印加され、上記最小過電位は約0.2秒未満の間にわたって印加される請求項18記載の方法。
- 複数の過電位パルスからなる減少シーケンスは、約0.2秒以下で約0.25Vの第のレートに従って減少される請求項18及び19のうちの1つに記載の方法。
- 上記複数の過電位パルスからなる減少シーケンスは、約0.15秒以下で約0.25Vの第1のレートに従って、又は、約0.2秒以下で約0.25Vの第2のレートに従って減少される請求項18〜20のうちの1つに記載の方法。
- 上記複数の過電位パルスからなる減少シーケンスは、約0.15秒で約0.25Vの第1のレートに従って、次に、約0.2秒で約0.25Vの第2のレートに従って減少され、
上記最大過電位は約3Vの高さを有する請求項18〜21のうちの1つに記載の方法。 - 上記動作電位は約0.5V〜1.5Vの高さを有する請求項11〜22のうちの1つに記載の方法。
- 上記動作電位は約1.0Vの高さを有する請求項23記載の方法。
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