JP4558480B2 - エレクトロクロミックデバイスの推測温度測定 - Google Patents

Description

本発明は、過電圧に起因する破損を防止しつつ、最も短い時間で１つの透過率から他の透過率へとエレクトロクロミックデバイスを駆動することに関する。特に、本発明は、デバイスの温度を考慮したデバイスの駆動電圧の大きさ及び形状に関する。

過度な駆動電圧に起因してデバイスを破損させることなく、できる限り速く、選択された透過率でエレクトロクロミックデバイスを駆動する必要がある。駆動電圧の最大の大きさは、デバイスの温度によって決まる。しかしながら、外部及び／又は特定の温度センサの使用は費用がかかり、また、そのようなセンサは製造が困難で且つ故障し易いため、温度の決定は厄介である。

エレクトロクロミック技術、具体的には、無機薄膜材料を用いると、低電圧ＤＣ源を用いて制御できる調光可能なウインドウを形成することができる。ガラスは、基本的に、バッテリと同様に振舞う２つの端末デバイスである。デバイスに電圧を印加すると、イオンをエレクトロクロミック層中へと移動させることができる。イオンは、このエレクトロクロミック層において、光を吸収して、デバイスを薄暗くし、すなわち、デバイスを「発色させる」。印加電圧を逆にすることにより、イオンを元のストレージ層へと移動させることができ、これにより、デバイスを明るくし、すなわち、デバイスを「脱色させる」ことができる。

本発明は、エレクトロクロミックデバイスの温度決定に関する前述した問題を解決する。エレクトロクロミックウインドウ等のデバイスは、デバイスの光透過レベルを効率的に制御するために、電圧を変化させ且つ極性を逆にすることが必要な場合があるとともに、デバイスを破損させることなく最適な電圧を使用しなければならない。本発明は、デバイスに印加される電圧及び電流の測定に基づいてデバイス温度を推測する装置又は方法を含む。この情報から、適切な駆動電圧を設定することにより、デバイスを破損させることなく高性能で動作させることができる。

エレクトロクロミックウインドウの制御が本発明の適用例である。エレクトロクロミックウインドウは、複数の材料層から成る。例示的なデバイスの調光機能（すなわち、発色）は、水素又はリチウムを、イオンストレージ層からイオン導電層を通じて搬送し、それらをエレクトロクロミック層中に注入することによって生じる。

図１は、光透過率を変えることが可能なエレクトロクロミックウインドウ（electrochromic window）１の断面の一例である。ウインドウ１の複数の層は、ガラス基板又はプラスチック基板２と、透明な導電酸化物３と、エレクトロクロミック層４と、イオン導体／電解物５と、イオンストレージ層６と、透明な導電酸化物７とを含む。エレクトロクロミック層４は、一般に、タングステン酸化物（ＷＯ₃）である。エレクトロクロミック層４中にイオンが存在すると、エレクトロクロミック層４の光学的特性が変化し、それにより、エレクトロクロミック層４が可視光を吸収するようになる。その規模が大きくなると、結果的に、ウインドウ１が暗くなる。

中央の３つの層４，５，６は、透明な導電材料から成る層３と７間に挟まれている。全ての層３，４，５，６，７は、ガラス、プラスチック、或いは、特定の他の透明材料から成っていても良い層２の上に１つずつ順次にコーティングされる。

電源９又はドライバから導電酸化物層３に対して印加されるマイナス（負）の電圧及び導電酸化物層７に対して印加されるプラス（正）の電圧により、水素アニオン又はリチウムアニオン（Ａ⁺）が、イオンストレージ層６からイオン導電層５を通じてエレクトロクロミック層４中に注入される。層３及び７に対するこのような電圧の印加により、ウインドウ１が暗くなる（又は、「発色する」）。ウインドウ１を明るくする（又は、「脱色する」）ためには、層３及び７に印加する電圧を逆にし、それにより、イオンをエレクトロクロミック層４からイオン導電層５を通じてイオンストレージ層６へと反対方向に送出する。イオンがエレクトロクロミック層４から移動すると、エレクトロクロミック層４が明るくなり（或いは、「脱色し」）、ウインドウ１が再び透明になる。

エレクトロクロミック（ＥＣ）デバイスは、低温時に非常にゆっくりと透過レベルが変化する。低温時において、デバイスは、全ての温度において安全な電圧レベルで駆動される場合には、非常にゆっくりと透過レベルが変化する。しかしながら、印加される電圧が高ければ高いほど、透過率の変化が速く生じるため、考えられる最大の電圧を用いてＥＣデバイスの透過率を変えることが有利である。しかし、印加される電圧が大き過ぎると、デバイスが破損する場合があるため、エレクトロクロミックデバイスの温度を把握し、ＥＣデバイスの移行のために最大であるが安全な電圧を使用できるようにすることが重要である。

様々な温度及び様々な電圧でエレクトロクロミックデバイスを周期的に動作させた結果、図２に示されるように、約−６０℃〜＋９０℃の温度範囲における安全な作動電圧の表が得られた。図２の電圧駆動結果２９は、図３においては、電圧レベル２７，２４，２８へと簡略化されている。この場合、電圧限界と温度との間の図３の近似的なデータを使用するデバイスの応答時間に著しく影響を与えることがないように簡略化されている。ライン２４（すなわち、ビンＢ）は、デバイス１６の温度が＋１０℃〜＋４０℃における電圧限界を示している。ライン２７（すなわち、ビンＣ）は、温度が−６０℃〜＋１０℃における電圧限界を示している。ライン２８（すなわち、ビンＡ）は、温度が＋４０℃〜＋９０℃における電圧限界を示している。各ビン又は限界において、電圧は更に低くても良いが、ゆっくりとした性能が犠牲にされる。データ取得は、デバイスの温度，デバイス状態のスポット測定，デバイスの電圧，及び電流の測定を含んでいても良い。デバイスの温度が、ステップ電圧を印加する際にデバイスに供給される電流の大きさ、及び、デバイスの両端間に一定の電圧を印加する際の電流の変化率に影響を与えることがデータによって明らかになった。測定値が温度によって影響されるため、これらの測定値から計算された値も温度によって影響される。抵抗は、電圧の変化を電流の変化で割ることにより計算できる値である。抵抗は、２つの部分から成ると見なされる。一方の部分は温度に依存するものであり、他方の部分はデバイス特有のものである。デバイス特有の部分は、実質的には、デバイスの導線の抵抗及び透明導体のシート抵抗である。この静的抵抗（すなわち、温度変化に対して静的）は、１０ＫＨｚの信号を用いて測定される。この１０ＫＨｚの信号は、そのような抵抗測定を可能にする。これは、ＥＣデバイス１６のエレクトロクロミック層がその信号に合わせて十分速く反応することができないからである。抵抗を計算するための方程式は、以下の通りである。

方程式（１）及び（２）の他の項については、以下に説明する。

図４において、図は、エレクトロクロミックデバイス１６を制御するための、考えられ得る機構１０を示している。この機構１０は、ドライバ３２と、電圧測定機構又は電圧計１２と、電流測定機構又は電流計１３と、ルックアップテーブル及び変換器等を有する構成要素１４と、プロセッサ１５とを含む。構成要素１４は、プロセッサ１５と一体であっても良い。プロセッサ１５及び構成要素１４は、マイクロコントローラ３１の少なくとも一部を構成していても良い。或いは、構成要素１４は、必要とされなくても良く、又は、等価な構成要素に取って代えられても良い。エレクトロクロミック（ＥＣ）デバイス１６に繋がるライン３５上の駆動信号の電圧及び電流は、電圧センサ１２及び電流センサ１３によってそれぞれ測定される。前述したように、測定値は、波形の異なるポイントで取得される。電圧測定値信号４２及び電流測定値信号４１は、プロセッサ１５に送られて、抵抗情報２１に変換される。この抵抗情報２１から、デバイス１６の温度が推測され、必要に応じて、デバイス１６を駆動するための最大電圧が決定される。情報２１は、実質的にはルックアップテーブルである構成要素１４又は他の機構へと送られる。構成要素１４又は前記他の機構は、デバイス１６の抵抗情報２１に基づいて、デバイス１６の安全な最大作動電圧の情報２２を供給することができる。抵抗情報２１とデバイス電圧情報２２との相関関係は、デバイス１６の様々な温度で安全な最大作動電圧を決定した試験によって作り上げられた。プロセッサ１５は、情報２２を、ドライバ３２からデバイス１６への適切な駆動電圧を設定する信号３６に変換しても良い。この最大駆動電圧は、デバイス１６がその現在の温度で安全な動作限界を超えることなく、可能な限り速くエレクトロクロミックデバイス１６を駆動させることができる。デバイス１６を所定の状態に保持するために必要な電圧は、常に、デバイス温度とは無関係に、安全な作動電圧の範囲内にある。抵抗情報又は温度情報が必要とされる唯一の時は、デバイス１６が１つの透過レベル又は状態から他の透過レベル又は状態へと移行している時である。

プロセスの一般的な考え方は、印加電圧に起因するデバイス電流の応答を観察することによってデバイスの温度を推測するということである。デバイスに対して電圧を印加するための異なる３つのモードが存在しても良い。保持モードは、デバイスが特定の透過率（状態）に保持されているモードである。デバイスを任意の状態に保持するために必要な電圧は、温度とは無関係に安全である。移行モードは、デバイスが更に明るい（脱色した）新たな状態又は更に暗い（発色した）新たな状態へと変化するモードである。デバイス状態を変更するため、コントローラは、デバイス１６が脱色され或いは発色されているかに応じて且つデバイス温度が何度であるかに応じて許容される最大電圧を印加しても良い。測定モードは、抵抗を計算するために使用される電流の変化及び電圧の変化を測定できるように、デバイスに印加される電圧がプラス電圧とマイナス電圧との間で切換えられるモードである。この計算された抵抗は、デバイス１６を移行レベルの変化に合わせて駆動させるべく、デバイス１６の温度が何度であるかを推測するとともに、安全な最大電圧限界が幾らであるかを推測するために使用されても良い。

図５及び図６は、コントローラの現在のモードに応じてデバイスに印加できる様々な電圧を示している。電圧は、測定モード電圧レベルを除いて同一である。図５において、測定モードの電圧レベルは、様々な温度において同じであり且つ安全である。これにより、４つのポイント（発色に関する２つのポイントと、脱色に関する２つのポイント）だけを用いて、安全な作動電圧範囲を決定することができる。図６は、現在の温度が与えられて許容される最大電圧レベルを使用する測定モードを示している。この方法は、低温で測定している時には殆ど変化しないが安全な作動電圧限界を決定するためにポイントの数を４から８へと増やすような結果を与える場合がある。温度検出が必要とする精度に応じて、いずれかの方法を使用することができる。図３の現在の３ビン安全電圧限界を用いると、温度検出は、あまり正確である必要はない。以後、更に多くの電圧を加えることができたこと及び更に多くのビンが形成されたことが分かった場合には、精度が更に重要となる場合がある。

図５及び図６は、温度を推測し且つ駆動電圧を選択するための方法の設定及び電圧を更に示している。図５において、システムは、測定モードに一定の電圧レベルを含む。この手法は、あまり複雑ではないが、図６のプロセスほど正確ではない。領域４０１は、デバイス１６が特定の透過率（状態）に保持される保持モードである。デバイス１６に対して印加されるこの範囲の電圧は、デバイスの任意の温度で安全である。ポイント４０２は、デバイス１６に状態を変更するように要求する、すなわち、デバイス１６に発色するように或いは脱色するように要求する設定変更ポイントである。移行モード４０３は、デバイス１６の全ての温度において安全な最も低い限界＋２ボルト及び１ボルトで始まる。測定モード４０４は、全ての温度において安全な電圧を使用する。これらの電圧は、約＋２ボルト及び約−１ボルトである。このモード４０４においては、ΔＶ測定値及びΔＩ測定値を得て、抵抗を計算するとともに、温度を決定するために、印加電圧が変化される。平均化されても良い複数の測定値を得るために、印加電圧が複数回変えられても良い。移行中に温度を監視するため、周期的な測定４０５が行なわれる。移行モード４０６中においては、最後のΔＶ測定値及びΔＩ測定値の結果に応じて、発色のために、約＋２ボルト，３ボルト，或いは４ボルトが印加されても良く、或いは、脱色のために、約−１ボルト，−２ボルト，或いは−４ボルトが印加されても良い。測定モード４０７は、移行中にデバイス１６の温度を監視するためのΔＶ及びΔＩの次の周期的なチェックである。モード４０８は、他の移行である。この場合、デバイス温度によって決定される特定の電圧限界を有する発色又は脱色に従って、デバイス１６の状態を変更するために、整数の電圧レベルが印加される。モードのこのプロセス４０９は、発色又は脱色のため、必要に応じて繰り返される。最後の移行モード４１０においては、デバイスが所定の状態を達成したら、システムが保持モード４０１に戻る。

図６においては、図５の一定の電圧レベルとは異なり、測定モードの電圧レベルを変えることができる。電圧レベルが変えられる測定モードは、より正確であるが、電圧レベルが一定のモードよりも複雑である。このプロセス又は方法は、測定モードで印加される電圧レベルを除き、先と同じである。測定モード４１２においては、ΔＶ測定値及びΔＩ測定値を得て、抵抗を計算するとともに、デバイス１６の温度を推測するために、通常通り、印加電圧が変えられる。しかしながら、様々な温度において安全な約＋２ボルト及び１ボルトのレベルを使用する代わりに、現在のデバイス温度に基づいて最大値及び最小値が使用される。デバイス１６の推測された温度に基づく最大値（＋２ボルト，＋３ボルト，又は＋４ボルト）及び最小値（−１ボルト，−２ボルト，又は−４ボルト）を使用しなければならない測定モード４１３においても、同じ手法が適用される。

図７のハードウェアブロック図は、ここで開示した方法、プロセス、及び／又は、アルゴリズムのために必要なプラットフォーム３０を示している。デバイス１６が１つの状態から他の状態へ移行している間は、温度だけが計算される。一般に、コントローラ３１は、デバイス１６の状態が所望の状態の約５％内に入るまで、許容される最大の電圧を印加する（温度に基づいて）。この時点で、コントローラ３１は、保持電圧に移行するとともに、透過センサからのフィードバックに基づいて、或いは、推測透過検出を使用して、電圧を変化させる。保持電圧は、最も低い限界（最も高い温度に関連付けられる）に制限される。

図７に示されるブロックの回路は、ＥＣデバイス１６に給電するため、デバイス１６への駆動信号の極性を選択するため、デバイス１６の回路を開く（open-circuit）ことができ且つデバイス１６で印加電流及び印加電圧を測定できるようにするために使用されても良い。回路３０を用いて満たされる幾つかの目的としては、最小のサイズをもって且つヒートシンクを用いないでデバイス１６に対して電力を効率的に供給すること、約−４ボルトＤＣ〜約＋４ボルトＤＣの範囲をもって且つ約０．７５アンペアで電圧をデバイス１６に供給すること、約−４ボルトＤＣ〜約４ボルトＤＣの電圧及び電流を測定すること、ＥＣデバイス１６の開回路電位を測定すること、マイクロコントローラ３１の故障時のデバイス１６の保護を含む危険防止動作を挙げることができる。例えば、電圧は、マイクロコントローラの故障時に増大しない。

実施回路（装置）３０は、ＥＣデバイス１６の主要コントローラのための例示的なシステムである。ウインドウドライブ３２は、デバイス１６に対して制御信号３５を供給する。ドライブ３２は、デバイス１６に送られる信号３５の一体の電圧・電流センスを取得する。マイクロコントローラ３１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）された電圧選択信号３６をドライブ３２に供給する。信号３６は、デバイス１６に送られる電圧信号３５の大きさを設定する。また、マイクロコントローラ３１は、信号３５の極性を設定するため、極性制御信号３９をドライブ３２に供給する。ドライブ３２は、差動電流センス測定信号３７をフィルタ・レベルシフト構成要素（filter and level sift component）３３に対して供給するとともに、差動電圧センス測定信号３８をフィルタ・レベルシフト構成要素３４に対して供給する。構成要素３３は、シングルエンド電流センス測定信号４１をマイクロコントローラ３１に対して供給するとともに、構成要素３４は、シングルエンド電圧センス測定信号４２をマイクロコントローラ３１に対して供給する。信号４１及び４２は、マイクロコントローラ３１が特定の極性信号３９のために適切な電圧選択信号３６をドライブ３２に対して供給できるようにする情報を有している。マイクロコントローラ３１にはユーザインタフェース４３及び通信構成要素４４が接続されており、これにより、オペレータがマイクロコントローラ３１及びドライブ３２から情報を得ることができ且つマイクロコントローラ３１及びドライブ３２の様々な態様を制御できるようになっている。

エレクトロクロミックデバイス１６が新たな状態へ移行しようとしている時、コントローラは、最初に、所定の期間の間、全ての温度において安全な最大電圧を印加しても良い。その結果は、印加電圧の極性を逆にし始める前の最小の期間の間に発色又は脱色が存在する場合に、更に良好であると思われる。移行中、一定の間隔で、コントローラ３１は、図８ａ及び図８ｂの波形２５及び２６によって示されるように、発色及び脱色に関してそれぞれ約１秒及び約１０秒という短い期間の間、反対の電圧（何の測定モードが使用されるかに応じて、温度に基づき、一定の電圧又は考えられる最大の電圧）を印加する。コントローラは、図３の限界２４（ビンＢ）で、発色中及び脱色中にそれぞれデバイス１６の抵抗を示す値を計算するために電圧が変化する前後から、電圧（Ｖ_A1−Ｖ_B1及びＶ_C1−Ｖ_D1）及び電流（Ｉ_A1−Ｉ_B1及びＩ_C1−Ｉ_D1）を使用する。前記方程式（１）及び（２）は、抵抗計算のために使用されても良い。なお、脱色の間、基本的な読み取りの前の長い時間、発色を必要とし、その後、脱色に戻ることができる。この動作は、測定の再現性を向上させる。抵抗を計算するために使用される電圧及び電流の変化の値及び大きさは、デバイス温度を推測するために使用される。結果として得られた抵抗値が所定の閾値を超える場合には、コントローラは、最大電圧を増大して、新たな状態へ移行し続ける。結果として得られた抵抗値が所定の閾値を下回る場合には、コントローラを最大電圧を減少させて、新たな状態へ移行し続ける。

図９ａ，図９ｂ，及び図９ｃは、様々な周知の温度でデバイスに関して行なわれた測定から計算された抵抗値３６０のプロットである。図９ａは、測定モードが限界Ａ電圧（＋２，−１ボルト）を使用した時の値を示している。図９ｂは、測定モードが限界Ｂ電圧（＋３，−２ボルト）を使用した時の値を示している。図９ｃは、測定モードが限界Ｃ電圧（＋４，−４ボルト）を使用した時の値を示している。これらのプロットは、測定モード中に、低温で測定値の変動がどのように増えるか、また、電圧の増大に伴って測定値の変動がどのように減少するかを示している。最も低い限界（Ａ）を用いると、図３に示される正確な安全作動電圧を選択できるように温度間の値に十分な差があるのが分かる。

図３の簡略化された電圧限界は、温度範囲を、３つのビンＣ，Ｂ，及びＡ、すなわち、ビンの境界を定める＋１０℃及び＋４０℃のクロスオーバー温度を有する限界２７，２４，及び２８に分けている。抵抗の計算された値は、デバイス１６への接続部と直列に接続される分流器の両端間で測定される電圧変化を含む電圧変化の大きさによって決まるとともに、デバイス１６が脱色しているか或いは発色しているかどうかによって決まるため、これらの２つの境界は、各移行方向のそれぞれにおいて、４つの抵抗値によって定められる。全ての温度において安全な一定の電圧を測定モードが使用する場合には、クロスオーバー値の数が各方向毎に２だけ減少されても良い。これに対し、測定モードが可変電圧を使用した場合には、４つの値が必要とされる。図１０は、現在推測された温度に基づいて許容される最大電圧及び最小電圧を印加する測定モードを使用する場合の脱色及び発色におけるクロスオーバー抵抗値（Ω）を示す表である。図１１及び図１２は、一方の限界から他方の限界への移行を示す図１０のグラフ表示である。限界２７（Ｃ），２４（Ｂ），及び２８（Ａ）に関して、図１１は、脱色移行におけるクロスオーバー抵抗値を示しており、図１２は、発色移行におけるクロスオーバー抵抗値を示している。これらの値は、図１１及び図１２に示される各限界内における矢印４５及び４６の方向での移行にとって十分である。幾つかのＥＣガラス片においてクロスオーバー値が決定された実験により、これらの値が室温で測定された値のパーセンテージに基づき得ることが分かった。これらの結果は、ＥＣデバイスを炉内で加熱してクロスオーバー値を決定する必要がないことを示している。従って、各デバイスを較正するプロセスが大幅に減少する。

測定モードが可変電圧レベルを使用する際の電圧値決定の例示的な実施例として、現在脱色され且つ発色状態へ移行しているデバイス１６を考える。また、デバイス１６の温度は−１０℃である。コントローラ又はプロセッサ３１は、限界２８（ビンＡ）においてデバイス１６を発色させ始めても良く、また、抵抗を読み取っても良い。読み取り値がクロスオーバー値（すなわち、２．３Ω）よりも高い場合、コントローラ３１は、限界２４（ビンＢ）へ切り換え、更に大きい電圧で発色させる。コントローラ３１は、その後、抵抗読み取り値と限界２４における閾値とを比較しても良い。次に、コントローラ３１は、４．１よりも高い読み取り値を得ても良い。そのため、最大限界、すなわち、限界２７（ビンＣ）が使用されても良い。発色中に、デバイス１６の温度が変化し、読み取り値が４．２を下回る場合には、限界が元の限界２４（ビンＢ）のそれへと減少される。デバイス１６は、それが発色して光を吸収する時に、熱をも吸収し、その温度が上昇するような性質を有している。データによれば、そのような温度上昇がコントローラ３１の応答よりもかなり遅く、従って、限界２７（ビンＣ）から限界２８（ビンＡ）へと切り換わる必要がなく、それにより、限界２４（ビンＢ）が飛ばされるのが分かる。一般に、読み取り値が現在のビンＲ_low値を下回る場合、温度は非常に高く、電圧レベルを減少させる必要がある。読み取り値が現在のビンＲ_high値を上回る場合、温度は非常に低く、電圧レベルを上げてデバイスの切換え時間を改善しなければならない。ビンＡは、最も低い限界を既に使用しているため、Ｒ_low値を有しておらず、また、ビンＣは、最も高い限界を既に使用しているため、Ｒ_high値を有していない。一定の電圧を用いる測定モードを使用する他の利点は、得られる抵抗読み取り値が両方のクロスオーバー値において適用され、ビンＡからビンＣへの迅速な飛び越えが生じ得るということにある。これは、新たな状態に達するために必要な切換え時間を減らすことにより、デバイスの性能を向上させる。

図１３は、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｓｔａｔｅ」機械における移行及び状態の状態図３００である。状態図３００は、各周期測定時間に発色のために複数の測定値を使用し且つ測定期間中に一定の電圧レベルを使用するプロセス，方法，又はアルゴリズムの実施である。コントローラ３１は、保持モードであっても良く、或いは、新たな透過率へと移行していても良い。その後、温度コントローラは、コントローラがどの経路を辿るかに応じて、発色状態又は脱色状態を繰り返している。

コントローラ３１が保持モードにある場合には、コントローラは、制御されるエレクトロクロミックデバイス１６の移行レベルを変更しない。その保持モードにおいて、温度測定状態は、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ状態３０１にある。また、この状態は、デバイス１６の脱色の中止である移行１（３０２）の結果、又は、デバイス１６の発色の中止である移行１（３０３）の結果である。この説明のため、Ｖ_outは、デバイス１６に印加される電圧であり、Ｖ_highは、デバイス１６の現在の温度において許容される最も大きい安全なプラス電圧であり、Ｖ_lowは、デバイス１６の現在の温度において許容される最も大きい安全なマイナス電圧である。

移行１（３０２）は、コントローラ３１がドライバ３２を介してＥＣデバイス又はＥＣガラス１６を安定した透過レベル及び安全な電圧に維持している場合である。ここでは、測定タイマの機能が無効にされる。デバイス１６の温度を測定する必要はない。移行２（３０４）は、コントローラ３１が信号をドライバ３２に送って、ガラスを新たな光推移性又は光透過レベルへと脱色する場合である。ここでは、測定タイマが始動されて６０秒間作動する。移行２（３０４）の状態は、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨ３０９へと向かう。測定タイマの時間が経過すると、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５へ向かって移行１０（３１０）が起こる。用語「Ａ」又は「Ｂ」は、前述した限界すなわちビンＡ又はビンＢとは関係がない。それは、ここでは、前述した脱色のループにおけるステップである。状態３０５への移行中、タイマが再始動して１０秒間作動し、抵抗測定値の数を数えるｍｅａｓｕｒｅ Ｒカウンタがクリアされる。ここで、Ｖ_out＝Ｖ_highである。測定タイマがその１０秒の作動後にタイムアウトすると、移行３（３０６）が起こる。入り込む状態は、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７である。移行３（３０６）の終了時、測定タイマの機能が無効にされる。電圧１及び電流１の（Ｖ₁＋Ｉ₁）値は、デバイス１６の入力部で読み取られ、保存される。ここで、値（Ｖ₁＋Ｉ₁）が保存された後、Ｖ_out＝Ｖ_lowである。測定タイマが始動して０．５秒間作動する。０．５秒後に測定タイマがタイムアウトすると、移行１１（３１９）又は移行４（３０８）が起こる。平均化のために更なる読み取りが必要な場合には、移行１１（３１９）が起こり、そうでない場合には、移行４（３０８）が起こる。ここで、少なくとも１回だけＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５へと戻る移行１１（３１９）が起こることを前提としても良い。この移行１１（３１９）の理由は、一般に、平均化のために少なくとも２回読み取りを行ないたいと考えるからである。移行１１（３１９）のため、測定タイマの機能が無効にされ、電圧２及び電流２のレベル（Ｖ₂＋Ｉ₂）が読み取られるとともに、抵抗Ｒが計算され、これが平均化のために現在の総和に対して加えられる。そして、Ｖ_out＝２となり、測定タイマが始動され１０秒間作動される。測定タイマの時間が経過すると、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７状態へと向かう移行３（３０６）が再び起こる。測定タイマの機能が無効にされ、電圧１及び電流１の（Ｖ₁＋Ｉ₁）レベルが読み取られて保存される。そして、Ｖ_out＝Ｖ_lowとなり、測定タイマが始動され０．５秒間作動される。次の移行は、平均化の要件に応じて、移行１１（３１９）又は移行４（３０８）である。ここで、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨ３０９へと向かう移行４が起こることを前提としても良い。測定タイマはその機能が無効にされる。電圧２及び電流２の値（Ｖ₂＋Ｉ₂）が読み取られる。この読み取り値から、抵抗Ｒが計算される。すなわち、｛（Ｖ₁−Ｖ₂）÷（Ｉ₁−Ｉ₂）｝−Ｒ＠１０ＫＨｚとなる。ここで、現在の総和を平均サンプル数で割ることにより、平均抵抗が計算される。この抵抗は、デバイス１６の温度を推測し、また、脱色における限界が更新される。ここで、Ｖ_out＝Ｖ_highである（新たな限界に基づく）。測定タイマが始動されて６０秒間作動される。ここで、状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨであり、コントローラは、デバイスを新たな状態へと脱色し続ける。この時点で、２つの移行１（３０２）及び移行１０（３１０）のうちの一方が、測定タイマのタイムアウト時に起こっても良い。デバイス１６を更に脱色しなければならない場合には、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５へと向かう移行１０（３１０）が起こる。ループは、この状態３０５から始まって、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７へと向かう移行３（３０６）へと移り、移行１１（３０９）又はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨ３０９へと戻る移行４（３０８）へと至る。求められている透過レベルに向けてデバイス１６を脱色するために必要な回数だけ、いずれかのループが繰り返されても良い。このレベルに達すると、移行１（３０２）が起こり、状態機械がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ状態３０１へと戻る。この状態３０１は、移行レベルの変更が無く且つコントローラ３１が保持モードにある限り、維持される。

ＥＣデバイス１６を新たな透過レベルへと発色させるために、コントローラ３１が信号をドライバ３２に送る場合には、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２へと向かう移行５（３１１）が起こる。測定タイマが始動されて６０秒間作動する。発色が安全な電圧で進行する。測定タイマの時間が経過すると、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４へ向かって移行９（３１３）が起こる。ここで、Ｖ_out＝２となる。抵抗測定値の数を数えるｍｅａｓｕｒｅ Ｒカウンタがクリアされる。測定タイマが始動されて２秒間作動する。測定タイマがタイムアウトすると、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６へと向かう移行６（３１５）が起こる。この時点で、測定タイマの機能が無効にされる。電圧１及び電流１の（Ｖ₁＋Ｉ₁）値がＥＣデバイス１６の入力部で読み取られて保存される。Ｖ_out＝−１ボルトである。測定タイマが始動して０．５秒間作動する。この時点で、２つの移行７（３１７）及び移行８（３１８）のうちの一方が起こっても良い。平均化のために更なる読み取りが必要でない場合には、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２へと向かう移行８（３１８）が起こる。しかしながら、更なる読み取りが必要な場合には、測定タイマのタイムアウト時に、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４へと向かう移行７（３１７）が起こる。ｍｅａｓｕｒｅ ＲカウンタがＮＵＭＢＥＲ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳを下回る場合には、更なる読み取りが必要とされる。移行７（３１７）において、測定タイマの機能が無効にされる。電圧２及び電流２の（Ｖ₂＋Ｉ₂）値がＥＣデバイス１６の入力部で読み取られる。この読み取り値から、デバイス１６の温度を推測する抵抗が、｛（Ｖ₁−Ｖ₂）÷（Ｉ₁−Ｉ₂）｝−Ｒ＠１０ＫＨｚによって計算される。この値は、その後、平均化のために現在の総和に対して加えられる。Ｖ_out＝２ボルトである。測定タイマが始動されて１秒間作動される。測定タイマのタイムアウト時、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６へと向かう移行６（３１５）が起こる。更なる平均化が必要な場合には、ＮＵＭＢＥＲ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ読み取り値が集められるまで、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４へと向かう移行７（３１７）と移行６（３１５）とから成るループが再び起こる。この時点で、平均Ｒを計算することができ、その後、測定タイマの１秒間の設定時間が経過すると、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６から状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２へと向かう移行８（３１８）が起こる。ｍｅａｓｕｒｅ Ｒカウンタは、ＮＵＭＢＥＲ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳ以上の表示を有している。測定タイマの機能が無効にされる。電圧２及び電流２の（Ｖ₂＋Ｉ₂）値の第２のセットがＥＣデバイス１６の入力部で読み取られる。第１のセット値（Ｖ₁＋Ｉ₁）及び第２のセット値（Ｖ₂＋Ｉ₂）から、ＥＣデバイス１６のその入力端子での抵抗が計算される。この抵抗は、現在の総数に対して加えられるとともに、平均抵抗を求めるためにＮＵＭＢＥＲ ＯＦ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＳによって割られる。この抵抗（温度の推論を用いる）に基づいて、発色における電圧限界の更新が行なわれる。ここで、新たに更新された限界に基づいて、Ｖ_out＝Ｖ_highである。測定タイマが始動して６０秒間作動する。測定タイマのタイムアウト時、移行１（３０３）又は移行９（３１３）が起こる。ＥＣデバイス１６の更なる発色が実行される場合には、移行９（３１３）が起こり、その後、その移行から状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４へと至り、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６へ向かう移行６（３１５）及び移行７（３１７）へと移るループが起こり、或いは、移行９（３１３）から状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４へと至り、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａへ向かう移行６（３１５）及び状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２へと向かう移行８（３１８）へと移る他のループが起こる。ＥＣデバイス１６の発色が続けられる限り、これらのループのいずれか或いはこれらのループの組み合わせが起こっても良い。発色を行なう必要がない場合には、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２から状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ３０１へと向かう移行１（３０３）が起こる。この状態３０１において、コントローラ３１は、安全な駆動電圧を用いて、ＥＣデバイス１６をほぼ一定の安定した透過率又は透過レベルに保持する。

図１４は、発色を必要とする設定変更ポイントを通る一例及び図１３の温度測定状態機械３００が行なうことの一例を示す図である。ここで、デバイス１６の温度が−１０℃であると仮定する。従って、最大安全電圧限界は約＋４ボルトＤＣ及び４ボルトＤＣである。保持モード３１２は、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ３０１の温度状態を有している。その後、デバイス３１６を発色させることをコントローラ３１に要求する設定変更ポイントを有するモード３２２において、移行５（３１１）が起こる。これにより、モード３２３において、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２の温度状態となる。移行９（３１３）は、３２４において、測定モードを開始する。測定モードは、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４の温度状態を有している。ポイント３２５においては、電圧を変更する前に電圧１及び電流１のレベルが読み取られる移行６（３１５）が起こる。この測定モードにおける温度状態は、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６である。ポイント３２６においては、移行７（３１７）が起こる。この移行７（３１７）においては、電圧を変更する前に電圧２及び電流２のレベルが読み取られ、また、電圧１及び電流１の読み取りと共に、デバイス１６の抵抗Ｒが計算される。デバイス１６の温度が抵抗Ｒから推測されても良い。電圧が変更される。温度状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４である。更なる移行６（３１５）がポイント３２７において起こる。電圧１及び電流１のレベルが測定されて読み取られ、必要に応じて電圧が変更される。温度状態が再びＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６になる。ポイント３２８においては、更なる移行７（３１７）が起こり、電圧２及び電流２のレベルが読み取られるとともに、抵抗Ｒが計算され、また、更なる測定を行なうために、デバイス１６に対する電圧が＋２ボルトに設定される。温度状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４である。ポイント３２９においては、再び移行６（３１５）が起こり、電圧１及び電流１のレベルが再び読み取られるとともに、電圧が変更される。温度状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ａ３１６になる。ポイント３３０においては、移行８（３１８）が起こる。電圧２及び電流２のレベルが読み取られ、抵抗Ｒが計算される。抵抗における平均値が計算され、限界が更新されるとともに、デバイス１６に対する駆動電圧は、約＋４ボルトＤＣという新たな限界で許容される最大値に変更される。温度状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＣＯＬＯＲ３１２である。ポイント３３１においては、移行９（３１３）が再び起こり、温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＣＯＬＯＲ Ｂ３１４になる。このプロセスは、更なる発色が必要とされなくなるまで繰り返される。そして、移行１（３０３）が起こり、システムは、状態ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ３０１で、保持モードに戻る。

図１５は、脱色のための設定変更ポイントの一例及び図１３の温度測定状態機械３００が行なうことの一例を示している。ここで、デバイス１６の温度が２５℃であると仮定する。従って、最大安全電圧限界は約＋３ボルトＤＣ及び２ボルトＤＣである。ライン３４１においては、システムが保持モードにあり、温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ３０１である。ポイント３４２においては、移行２（３０４）が起こり、設定変更ポイントは、ドライバを介してデバイス１６を新たな透過レベルへと脱色するようにコントローラ３１に要求する。この透過モード３４３において、温度状態はＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨ３０９である。ポイント３４４においては、状態３０９からＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５へと向かう移行１０（３１０）が起こる。ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７へと向かう移行３（３０６）が起こり、電圧を変更する前に電圧１及び電流１のレベルが測定される。その後、ポイント３４６において、移行１１（３１９）が起こり、温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５になる。電圧を変更する前に、電圧２及び電流２のレベルが測定される。ポイント３４７においては、移行３（３０６）が起こり、温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７になる。電圧を変更する前に電圧１及び電流１のレベルが測定される。ポイント３４８においては、移行１１（３１９）が起こり、測定状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ａ３０５になる。電圧を変更する前に、電圧２及び電流２のレベルが測定される。抵抗Ｒが計算される。ポイント３４９においては、移行３（３０６）が起こり、温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＢＬＥＡＣＨ Ｂ３０７になる。電圧を変更する前に、電圧１及び電流１のレベルが測定される。ポイント３５０においては、移行４（３０８）が起こり、新たな温度状態がＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ ＢＬＥＡＣＨ３０９になる。電圧を変更する前に、電圧２及び電流２のレベルが測定される。Ｒ読み取り値の全ての平均から、抵抗が計算され、限界が更新される。また、駆動電圧が、新たな限界で許容される最大値に変更されても良い。前記最大値は、約−２ボルトである（２５℃の温度において）。コントローラが新たな状態（透過率）に達する場合、システムは、移行１（３０２）を介して、ＴＥＭＰＥＲＡＴＵＲＥ ＩＤＬＥ３０１に戻る。そうでない場合には、移行２（３０４）が起こっても良く、また、前述したプロセス自体が繰り返されても良い。

この説明のため、計算された抵抗値は、温度の表示として使用された。前述したように、デバイスの温度は、ステップ電圧を印加する際にデバイスに供給される電流の大きさに影響を与えるとともに、デバイスの両端間に一定の電圧を印加する際の電流の変化率に影響を与える。この電圧データ及び電流データの他の組み合わせを使用すると、マイクロコントローラ上で実施することが容易な値が得られる。例えば、ウインドウを駆動する電源が、供給される電流とは無関係に、安定した出力電圧を十分に供給できる場合には、電圧差が一定であるため、抵抗の計算を、簡単な電流差に取って代えることができる。分割を不要にすることにより、マイクロコントローラによって必要とされるコードスペースが減る。

本発明に関しては、幾つかの結論を引き出すことができる。測定された電圧とエレクトロクロミックデバイスに供給された電流との組み合わせを使用して計算される値は、デバイス温度に伴って変化する。そのような１つの計算値は、方程式（１）及び（２）に示されるように、ΔＶ÷ΔＩを使用する抵抗測定値である。ΔＶ及びΔＩを測定することができるため、デバイス１６の温度を推測することができる。安全作動電圧の数を５から３に制限する（すなわち、図２及び図３にそれぞれ示されるように）ことにより、限界変更プロセスを簡略化できるが、結果的に、発色又は脱色の速度に関しては、デバイス１６の性能を大きく犠牲にしないで済む。ΔＶ及びΔＩの測定値を取得する前にどの程度の長さの信号が加えられるかに関する内容は、測定の再現性に影響を与える。測定間の時間の長さは、デバイスの性能に影響を与えるが、温度上昇を捕らえて過電圧に起因する損傷を回避できるように十分短くなければならない。室温で取得された２つの計算された抵抗に基づいて、クロスオーバー値を決定することができ、従って、簡単な方法で較正プロセスが達成される。

少なくとも１つの例示的な実施形態に関して本発明を説明してきたが、本明細書を読めば、多くの変形及び変更が当業者にとって明らかである。つまり、そのような変形及び変更を含むように、従来技術に照らして、添付の請求の範囲ができる限り広く解釈されることを意図している。

本発明によって制御される基本的なエレクトロクロミックデバイスを示す図である。 安全なエレクトロクロミックデバイス動作のための電圧限界のグラフである。 安全なエレクトロクロミックデバイス動作のための簡略化された電圧限界のグラフである。 エレクトロクロミックデバイスの透過レベルを制御するために使用されても良い特定のハードウェアの概略図である。 常に同じで且つ全ての温度において安全な測定モードにおける電圧レベルを示す図である。 現在の温度を与えて許容される最大電圧レベルを測定モードが使用していることを示す図である。 性能を最適にするべくその駆動電圧が制御されるエレクトロクロミックデバイスを制御するために使用されても良い構成要素のブロック図である。 発色機能のための電圧測定ポイント及び電流測定ポイントのグラフである。 脱色機能のための電圧測定ポイント及び電流測定ポイントのグラフである。 図９ａは、限界Ａを使用して様々な周知の温度でデバイスに成される測定によって計算された抵抗値のプロット図、図９ｂは、限界Ｂを使用して様々な周知の温度でデバイスに成される測定によって計算された抵抗値のプロット図、図９ｃは、限界Ｃを使用して様々な周知の温度でデバイスに成される測定によって計算された抵抗値のプロット図である。 脱色移行及び発色移行のためのクロスオーバー値を示す表である。 脱色移行のためのクロスオーバー値のグラフである。 発色移行のためのクロスオーバー値のグラフである。 温度測定状態機械における移行及び状態の状態図である。 発色を要求する設定変更ポイントの一例を示す図である。 脱色を要求する設定変更ポイントを通る一例を示す図である。

Claims (12)

1. エレクトロクロミックデバイスを駆動するためのプロセスであって、
   前記エレクトロクロミックデバイスを脱色又は発色させるために、初期の時点では任意の温度で前記エレクトロクロミックデバイスにとって無害な電圧振幅を有する駆動信号を印加するステップと、
   前記エレクトロクロミックデバイスに印加される駆動信号の第１の電圧振幅を測定するステップと、
   前記エレクトロクロミックデバイスに印加される駆動信号の第２の電圧振幅を測定するステップと、
   前記エレクトロクロミックデバイスに印加される駆動信号の第１の電流振幅を測定するステップと、
   前記エレクトロクロミックデバイスに印加される駆動信号の第２の電流振幅を測定するステップと、
   前記第１の電圧振幅と前記第２の電圧振幅との間の電圧振幅差を決定するステップと、
   前記第１の電流振幅と前記第２の電流振幅との間の電流振幅差を決定するステップと、
   前記電圧振幅差及び前記電流振幅差から、第１の抵抗を決定するステップと、
   前記第１の抵抗から、エレクトロクロミックデバイスの温度変化に伴って変化しないエレクトロクロミックデバイスの静的な抵抗である第３の抵抗を差し引くことにより、第２の抵抗を決定するステップと、
   前記第２の抵抗から推測される現在の温度でエレクトロクロミックデバイスにとって無害な最大振幅に対し、前記第１及び第２の電圧振幅を調整するステップと、
   を含むことを特徴とするプロセス。
2. 脱色又は発色するために、第１又は第２の表示信号を受信すると、前記プロセスが繰り返されることを特徴とする請求項１に記載のプロセス。
3. 前記駆動信号は、短期間の間に、逆の極性を有し、
   極性が逆にされない時及び逆にされる時に、前記第１及び第２の電圧振幅が測定され、
   極性が逆にされない時及び逆にされる時に、前記第１及び第２の電流振幅が測定されること、
   を特徴とする請求項２に記載のプロセス。
4. 駆動信号の極性がほぼ周期的に逆にされることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
5. 前記第１の電圧振幅は、幾つかの設定された振幅のうちの任意の１つに等しくても良く、設定された各振幅は、エレクトロクロミックデバイスの特定の温度範囲内でエレクトロクロミックデバイスにとって無害であることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。
6. 前記第２の電圧振幅は、幾つかの設定された振幅のうちの任意の１つに等しくても良く、設定された各振幅は、エレクトロクロミックデバイスの複数の温度範囲のうちの１つの温度範囲内でエレクトロクロミックデバイスにとって無害であることを特徴とする請求項５に記載のプロセス。
7. 前記複数の温度範囲が少なくとも３つの温度範囲であることを特徴とする請求項６に記載のプロセス。
8. 前記複数の温度範囲は、必ずしも互いに重なり合っていないことを特徴とする請求項７に記載のプロセス。
9. 前記第１及び第２の電圧振幅がプラス又はマイナスの値であることを特徴とする請求項８に記載のプロセス。
10. 前記第１の電圧振幅は、任意の温度でエレクトロクロミックデバイスにとって無害な振幅であることを特徴とする請求項３に記載のプロセス。
11. 前記第２の電圧振幅は、任意の温度でエレクトロクロミックデバイスにとって無害な振幅であることを特徴とする請求項４に記載のプロセス。
12. 前記任意の温度は、エレクトロクロミックデバイスの作動温度範囲であることを特徴とする請求項２に記載のプロセス。

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