KR102433069B1 - 박막 스위칭 가능한 광 디바이스들 구동 - Google Patents

Abstract

제어기들 및 제어 방법들은 박막 광학적으로 스위칭가능한 디바이스의 버스 바들에 드라이브 전압을 인가한다. 인가된 드라이브 전압은 광학적으로 스위칭가능한 디바이스의 전체 표면 상에서 전환을 유도하지만 디바이스를 손상 또는 저하시키지 않는 레벨에서 제공된다. 이 인가 전압은 그룹 범위(bracketed range)내 디바이스의 표면 상에 모든 위치들에서 실효 전압을 생성한다. 이 범위의 상단 한계는 디바이스가 짧은 기간 또는 긴 기간에서 그것의 성능에 영향을 미치는 손상 또는 성능저하를 경험할 수 있는 레벨 아래에 안전한 전압과 관련된다. 이 범위의 하단 경계는 디바이스의 광학적 상태들 사이의 전환이 상대적으로 빠르게 일어나는 실효 전압이다. 버스 바들 사이에 인가 전압 레벨은 그룹 범위 내 실효 전압의 최대값보다 상당히 더 크다.

Description

박막 스위칭 가능한 광 디바이스들 구동 {DRIVING THIN FILM SWITCHABLE OPTICAL DEVICES}

관련 출원들에 대한 상호 참조

본 출원은 2012년 8월 6일에 출원된 U.S. 가특허 출원번호 61/680,221, 및 2012년 11월 20일에 출원된 U.S. 출원 번호. 13/682,618의 이익을 주장하고, 이들은 그것들의 전체로서 그리고 모든 목적을 위하여 참조로서 본 출원에 통합된다.

전기변색 (EC) 디바이스들 전형적으로 (a) 전기 전위의 인가에 응답하여, 층을 통하여 투과된 가시광과 같이 그것의 광학적 특성들을 변화시키는 적어도 하나의 전기변색 재료 (b) 전기쇼트에 대비하여 절연시키면서 광학적 특성 변화를 일으키기 위해 전기변색 재료로부터 밖으로 그리고 안으로 이온 도전체를 통하여 이동하는 이온들 (예를 들어 Li⁺)을 허용하는 이온 도전체 (IC) 및 (c) 그 위로 전기 전위가 인가되는 투명 전도성 층들 (예를 들어 투명한 도전 산화물들 또는 TCOs)를 포함하는 다층 스택을 포함한다. 일부 경우들에서, 전위는 디바이스의 시청가능한 영역을 가로질러서 그리고 전기변색 디바이스의 대향하는 에지들로부터 인가된다. 투명 전도성 층들은 상대적으로 높은 전자 전도도를 갖도록 디자인된다. 전기변색 디바이스들은 상기-설명된 층들보다 더 많은 층들, 예를 들어, 색을 띠거나 또는 색을 띠지 않은 이온 스토리지 층들을 가질 수 있다.

디바이스 동작의 물리현상 때문에, 전기변색 디바이스의 적절한 기능은 재료 층들을 통한 이온 움직임, 이온들을 이동시키기 위해 요구되는 전기 전위, 투명 전도성 층들의 시트 저항, 및 다른 요인들과 같은 많은 요인들에 의존한다. 전기변색 디바이스들의 크기가 증가함에 따라, 전기변색 전환들을 일으키기 위한 종래 기술들은 충분치 않다. 예를 들어, 통상의 구동 프로파일들에서, 디바이스는 너무 세게 디바이스를 통하여 이온들을 구동시킴으로써 디바이스를 손상시키지 않도록 하기 위해서 충분하게 낮은 전압들에서 조심스럽게 구동됨으로써 스위칭 속도를 느리게 하거나, 디바이스는 스위칭 속도를 증가시키기 위해서 더 높은 전압들에서 동작되지만 그러나 디바이스의 때이른 성능저하의 대가를 치른다.

요구되는 것은 전기변색 디바이스들을 구동시키기 위한 개선된 방법들이다.

본 발명의 측면들은 큰 전기변색 디바이스의 버스 바들에 드라이브 전압을 인가하기 위한 제어기들 및 제어 방법들에 관한 것이다. 이런 디바이스들은 건축 유리와 같은 윈도우들상에 자주 제공된다. 어떤 실시예들에서, 상기 인가된 드라이브 전압은 상기 전기변색 디바이스의 전체 표면상에서의 전환을 유도하기에 충분하지만 상기 디바이스를 손상 또는 성능저하시키지 않는 정의된 크기를 가진다. 상기 버스 바들사이의 중심(equidistant) 영역은 최저 실효 전압을 경험하고 상기 버스 바들에 근접한 영역들은 최고 실효 전압을 경험한다. 상기 인가된 드라이브 전압은 그룹 범위(bracketed range)내 상기 전기변색 디바이스의 표면 상에 모든 위치들에서 실효 전압을 생성한다. 이 범위의 상단 한계는 안전하게 상기 디바이스가 짧은 기간 또는 긴 기간에서 그것의 성능에 영향을 미칠 수 있는 손상 또는 성능저하를 경험할 수 있다고 믿어지는 전압 아래에 있다. 이 범위의 하단 경계는 전기변색 디바이스의 광학적 상태들 사이의 전환이 상대적으로 빠르게 일어나는 실효 전압이다. 상기 버스 바들 사이에 인가 전압 레벨은 상기 그룹 범위내 실효 전압의 최대값보다 상당히 더 크다.

본 발명의 하나의 측면은 박막 전기변색 디바이스의 광학적 상태를 제어하기 위한 제어기들에 관한 것이다. 이런 제어기들은 (a) 상기 박막 전기변색 디바이스상의 버스 바들사이에 전압을 인가하기 위한 명령들을 제공하거나 또는 전압을 인가하기 위한 회로부 및 (b) 프로세싱 컴포넌트에 의해 특성화된다. 상기 프로세싱 컴포넌트 (b)는 상기 이하의 동작들을 수행하도록 디자인되거나 또는 구성될 수 있다: (i) 상기 박막 전기변색 디바이스가 제 1 광학적 상태로부터 제 2 광학적 상태로 전환되어야 하는지를 결정하고; 및 (ii) 상기 박막 전기변색 디바이스가 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로 전환되어야 함을 결정한 것에 응답하여 상기 박막 전기변색 디바이스의 상기 버스 바들 사이에 제 1 인가 전압을 홀드(hold)한다. 상기 제 1 인가 전압의 크기는 상기 박막 전기변색 디바이스상의 모든 위치들에서 상기 박막 전기변색 디바이스에 손상을 회피하여 안전한 것으로 식별된 최대 실효 전압과 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로 상기 전환을 유도하기에 충분한 것으로 식별된 최소 실효 전압 사이의 실효 전압을 경험하는 것을 충분히 보장하는 것이다. 추가적으로, 상기 제 1 인가 전압은 상기 최대값 실효 전압보다 상당히 더 크다.

어떤 실시예들에서, 이것은 상기 박막 전기변색 디바이스상에 모든 위치들에서 실효 전압을 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로의 전환 동안에 유지함으로써 성취된다. 이런 경우들에서, 이것은 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로의 상기 전환의 진행 동안에는 상기 버스 바들 사이에 상기 제 1 인가 전압의 크기를 상기 제 1 전압으로부터 낮춤으로써 성취된다.

특정 실시예에서, 상기 제어기는 약 2.5 볼트 또는 더 낮은 최대 실효 전압 및 약 1.2 볼트 또는 더 높은 최소 실효 전압을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 전기변색 디바이스 및 상기에서 설명된 제어기들에 의해 특성화되는 제어 시스템들에 관한 것으로, 박막 전기변색 디바이스는 상기 제어기에 전기적으로 결합된 버스 바들을 갖는다.

어떤 실시예들에서, 상기 전기변색 디바이스 및 제어 시스템은 상기 박막 전기변색 디바이스의 대향 측면들에 배치된 버스 바들을 가진다. 다른 경우들에서, 그것의 버스 바들은 적어도 약 30 인치의 거리만큼 떨어진다. 또 다른 경우들에서, 그것의 버스 바들은 적어도 약 40 인치의 거리만큼 떨어진다.

어떤 실시예들에서, 상기 박막 전기변색 디바이스는 건축용 유리상에 배치된다. 다른 실시예들에서, 상기 박막 전기변색 디바이스는 적어도 약 30 인치의 폭을 가진다.

일 실시예에서, 상기 박막 전기변색 디바이스는 두개의 투명 전도성 층들을 가지며, 각각은 시트 저항 R_s를 갖고, 그리고 상기 버스 바들은 거리 L만큼 떨어져 있고, 및 상기 박막 전기변색 디바이스는 약 3V보다 더 큰 R_s * J* L²의 값을 갖는다.

본 발명의 다른 측면은 박막 전기변색 디바이스의 상기 광학적 상태를 제어하기 위한 제어기들과 관련된다. 이런 제어기들은 (a) 상기 박막 전기변색 디바이스상의 버스 바들 사이에 전압을 인가하기 위한 명령들을 제공하거나 또는 전압을 인가하기 위한 회로부 및 (b) 상기 회로부를 제어하기 위한 명령을 저장하는 매체에 의해 특성화된다. 명령들을 저장하기 위한 매체는 포함할 수 있다 (i) 상기 박막 전기변색 디바이스가 제 1 광학적 상태로부터 제 2 광학적 상태로 전환되어야 하는지를 결정하기 위한 코드; 및 (ii) 상기 박막 전기변색 디바이스가 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로 전환되어야 함을 결정한 것에 응답하여 상기 박막 전기변색 디바이스의 상기 버스 바들 사이에 제 1 인가 전압을 홀드(hold)하기 위한 코드. 이런 제 1 인가 전압의 크기는 상기 박막 전기변색 디바이스상의 모든 위치들에서 상기 박막 전기변색 디바이스에 손상을 회피하여 안전한 것으로 식별된 최대 실효 전압과 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로 상기 전환을 유도하기에 충분한 것으로 식별된 최소 실효 전압 사이의 실효 전압을 경험하는 것을 보장하도록 선택된다. 또한, 이런 제 1 인가 전압은 상기 최대값 실효 전압보다 상당히 더 크다.

어떤 실시예들에서, 상기 명령을 저장하는 매체는 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로의 전환 동안에 상기 박막 전기변색 디바이스상에 모든 위치들에서 실효 전압을 유지하기 위한 코드에 의해 특성화된다. 이 경우에서, 이것은 상기 제 1 광학적 상태로부터 상기 제 2 광학적 상태로의 상기 전환의 진행 동안에는 상기 버스 바들 사이에 상기 제 1 인가 전압의 크기를 상기 제 1 전압으로부터 낮추기 위한 코드를 가짐으로써 성취된다.

상기 명령을 저장하는 매체의 다른 특징부는 상기 제 1 인가 전압에 이를때까지 정의된 램프 레이트에서 상기 버스 바들에 인가 전압을 램핑하기 위한 코드를 포함한다. 또 다른 특징부는 정의된 기간동안 상기 버스 바들로 상기 제 1 인가 전압을 홀드하기 위한 코드를 포함한다.

추가하여, 상기 명령을 저장하는 매체는 상기 제 1 인가 전압으로부터 상기 제 1 인가 전압보다 더 작은 크기를 갖는 홀드 전압(hold voltage)으로 상기 버스 바들에 인가 전압을 램핑하기 위한 코드를 또한 가질 수 있다. 이런 구현예에서, 상기 제 1 인가 전압으로부터 홀드 전압으로 상기 버스 바들에 인가 전압을 램핑하기 위한 상기 코드는 정의된 램프 레이트를 특정한다.

어떤 구현예들에서, 상기 제어기들은 약 2.5 볼트 또는 더 낮은 최대 실효 전압 및 약 1.2 볼트 또는 더 높은 최소 실효 전압을 가질 수 있다. 상기 제어기들은 약 2.5와 5 볼트사이의 제 1 인가 전압을 제공할 수 있다.

이들 및 다른 특징들 및 장점들은 관련 도면을 참조하여, 이하에서 더욱 상세하게 설명한다.

도 1a는 평면 버스 바(bus bar) 배열을 개략적으로 도시한다.
도 1b는 층 상에서의 위치의 함수로서 각각의 투명 전도성 층상에서의 로컬 전압 값의 간략화된 플롯을 제시한다
도 1c는 디바이스를 가로지르는 위치의 함수로서 V_eff의 간략화된 플롯을 제시한다.
도 2 는 V_app의 고정된 값을 갖는 다양한 디바이스 크기(버스 바 분리)에 대한 전압 프로파일들을 도시한다.
도 3은 적절한 레벨들에서 V_eff 유지하기 위해서 필요한 상이한 값들에서 공급되는 V_app 를 갖는 다양한 디바이스 크기에 대한 전압 프로파일들을 도시한다
도 4는 고정 및 가변 V_app를 이용한 다양한 디바이스 크기에 대한 디바이스 착색 프로파일들 (V_eff 대 위치)을 제시한다. 네개의 커브들의 각각의 셋에서, 상단 커브는 가장 작은 디바이스 (10 인치)에 대한 것이고 및 최하단 커브는 가장 큰 디바이스 (40 인치)에 대한 것이다.
도 5 는 V_app의 고정된 통상 값을 이용할 때 세개의 상이한 디바이스 크기에 대한 디바이스 위치 함수로서 V_TCL 및 V_eff를 도시한다.
도 6 은 안전한 V_eff를 유지하면서 전환들을 일으키기 위해 최적화된 V_app의 가변적 값을 이용할 때 세개의 상이한 디바이스 크기에 대한 디바이스 위치 함수로서 V_TCL 및 V_eff를 도시한다.
도 7 은 전기변색 디바이스를 탈색된 것으로부터 착색되는 것으로 및 착색된 것으로부터 탈색되는 것으로 구동시키는 것과 관련된 전압 및 전류 프로파일들을 도시한 그래프이다.
도 8은 전기변색 디바이스를 탈색된 것으로부터 착색되는 것으로 구동시키는 것과 관련된 임의 전압 및 전류 프로파일들을 도시한 그래프이다.
도 9 는 두개의 라이트(lite)들을 포함하는 예 제 전기변색 윈도우의 부등각 투영의 단면도이다.
도 10 은 윈도우 제어기 및 관련된 컴포넌트들의 개략적인 표현이다.

전형적인 전기변색 디바이스에서 색상 전환을 일으키는 것은 디바이스상의 두개의 별개의 버스 바들에 정의된 전압을 인가함으로써 성취된다. 이런 디바이스에서, 버스 바들을 직사각형 윈도우의 보다 적은 차원에 수직으로 위치시키는 것이 편리하다(도 1a 참조). 이것은 투명 전도성 층들이 관련된 시트 저항을 갖기 때문이고 이 배열은 디바이스의 전체 영역을 커버하도록 전류가 이동해야 하는 최단 스팬(span)을 허용하고, 따라서 전도성 층들이 그것들의 개별 영역들을 가로질러 완전히 대전되는데 걸리는 시간을 더 작게 하고, 및 따라서 디바이스 전환 시간을 더 작게 한다.

인가 전압, V_app이 버스 바들을 가로질러 공급되지만, 필연적으로 디바이스의 모든 영역들은 투명 전도성 층들의 시트 저항 및 디바이스를 가로지른 전위의 오믹 강하 때문에 더 낮은 로컬 실효 전압 (V_eff)을 본다. 디바이스의 중심 (두개의 버스 바들사이의 중간쯤의 위치 )은 자주 V_eff의 최저 값을 가진다. 이것은 종종 디바이스의 중심에서 수용할 수 없을 정도로 작은 광학적 스위칭 범위 및/또는 수용할 수 없을 정도로 느린 스위칭 시간으로 귀결된다. 이들 문제들은 디바이스의 에지들에서, 버스 바들 근처에서 존재하지 않을 수 있다. 이것은 도면들 1b 및 1c를 참고로 하여 이하에서 보다 상세하게 설명된다.

본 출원에서 사용되는, V_app는 전기변색 디바이스상의 두개의 반대 극성의 버스 바들에 인가된 전위에서의 차이를 나타낸다. 이하에서 설명되는, 각각의 버스 바는 개별 투명 전도성 층에 전자적으로 연결된다. 투명 전도성 층들 사이에 전기변색 디바이스 재료들이 샌드위치된다. 각각의 투명 전도성 층들은 버스 바로부터 그것이 연결되고 및 버스 바로부터 원격인 위치까지의 전위 강하를 경험한다. 일반적으로, 버스 바로부터 거리가 더 클수록, 투명 전도성 층에서의 전위 강하가 더 크다. 투명 전도성 층들의 로컬 전위는 본 출원에서 V_TCL로서 종종 언급된다. 표시된 바대로, 반대 극성의 버스 바들은 전기변색 디바이스 표면을 가로질러 전형적으로 서로로부터 수평으로 이격된다. 용어 V_eff는 전기변색 디바이스상의 임의의 특정 위치(직교 공간에 x,y 좌표)에서 양의 투명 전도성 층과 음의 투명 전도성 층 사이의 전위를 지칭한다. V_eff가 측정된 지점에서, 두개의 투명 전도성 층들은 z 방향에서 (EC 디바이스 재료들에 의해) 이격되지만, 동일한 x,y 좌표를 공유한다.

본 발명의 측면들은 버스 바들에 인가 전압들이 전기변색 디바이스의 전체 표면상에서 전환을 유도하지만 디바이스를 손상시키거나 성능 저하시키지 않는 레벨들에서의 제어기들 및 제어 방법들에 관한 것이다. 이 인가 전압은 그룹 범위(bracketed range)내 전기변색 디바이스의 표면 상에 모든 위치들에서 실효 전압을 생성한다. 이 범위의 상단 한계는 디바이스가 짧은 기간 또는 긴 기간에서 그것의 성능에 영향을 미치는 손상 또는 성능저하를 경험할 수 있는 레벨 아래에 안전한 전압과 관련된다. 이 범위의 하단 경계는 전기변색 디바이스의 광학적 상태들 사이의 전환이 상대적으로 빠르게 일어나는 실효 전압이다. 버스 바들사이에 인가 전압 레벨은 그룹 범위내 V_eff의 최대값보다 상당히 더 크다.

도 1a 는 평면 구성을 갖는 버스 바들을 포함하는 전기변색 라이트(100)의 평면도를 도시한다. 전기변색 라이트 (100)는 제 1 전도성 층 (110)상에 배치된 제 1 버스 바(105), 및 제 2 전도성 층 (120)상에 배치된 제 2 버스 바 (115)를 포함한다. 전기변색 스택 (미도시)은 제 1 전도성 층 (110) 및 제 2 전도성 층 (120)사이에 샌드위치된다. 도시된 바와 같이, 제 1 버스 바 (105)는 실질적으로 제 1 전도성 층 (110)의 일 측면에 걸쳐 연장할 수 있다. 제 2 버스 바 (115)는 제 1 버스 바 (105)가 배치된 전기변색 라이트 (100)의 측면에 반대인 제 2 전도성 층 (120)의 일 측면에 걸쳐 실질적으로 연장될 수 있다. 일부 디바이스들은 잉여 버스 바들을, 예를 들어 모든 네 개의 에지들상에 가질 수 있지만, 그러나 이 제조를 복잡하게 한다. 평면 구성된 버스 바들을 포함하여 버스 바 구성들의 추가 논의가, 2012년 4월 20일에 출원된 US 특허 출원 번호. 13/452,032 에서 제공되고, 이것은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.

도 1b는 예를 들어, 탈색된 상태로부터 착색된 상태로 상태 전기변색 라이트 (100)의 전환을 유도하는 제 1 투명 전도성 층 (110)내 로컬 전압 및 제 2 투명 전도성 층 (120)내 전압의 플롯을 보여주는 그래프이다. 플롯 (125)는 제 1 투명 전도성 층(110)내 V_TCL의 로컬 값들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 1 전도성 층 (110)을 통과하여 지나가는 시트 저항 및 전류 때문에 제 1 전도성 층 (110)의 왼쪽 측면으로부터(예를 들어, 제 1 버스 바 (105)가 제 1 전도성 층 (110)상에 배치되고 전압이 인가되는) 오른쪽 측면으로 전압이 강하하다. 플롯 (130)은 또한 제 2 전도성 층 (120)내 로컬 전압 V_TCL를 도시한다. 도시된 바와 같이, 제 2 전도성 층 (120)의 시트 저항 때문에 제 2 전도성 층 (120)의 오른쪽 측면으로부터(예를 들어, 제 2 버스 바 (115)가 제 2 전도성 층 (120)상에 배치되고 전압이 인가되는) 왼쪽 측면으로 전압이 증가한다. 이 예에서 V_app의 값은 전위 플롯 (130)의 오른쪽 끝단 및 전위 플롯 (125)의 왼쪽 끝단사이의 전압에서의 차이이다. 버스 바들사이의 임의의 위치에서 V_eff의 값은 관심 위치에 대응하는 x-축상의 위치에 커브들 (130) 및 (125)의 값들에서의 차이이다.

도 1c는 전기변색 라이트 (100)의 제 1 및 제 2 전도성 층들 (110) 및 (120)사이에서 전기변색 디바이스를 가로질러 V_eff의 플롯을 도시하는 그래프이다. 설명된 것처럼, 실효 전압은 제 1 전도성 층 (110) 및 제 2 전도성 층 (120)사이의 로컬 전압 차이이다. 더 높은 실효 전압들을 따르는 전기변색 디바이스의 영역들은 더 낮은 실효 전압들을 따르는 영역들보다 더 빨리 광학적 상태들 사이에서 전환한다. 도시된 바와 같이, 실효 전압은 전기변색 라이트 (100)의 중심에서 최저이고 및 전기변색 라이트 (100)의 에지들에서 가장 높다. 디바이스에 걸친 전압 강하는 디바이스를 통과하여 지나가는 전류(전기변색 디바이스내 레독스 반응들을 경험할 수 있는 층들 사이의 전자 전류 및 이온 전류 레독스 반응과 관련된 이온 전류의 합이다)에 기인한 오믹 강하이다. 큰 전기변색 윈도우들에 걸친 전압 강하는 윈도우의 시청 영역(viewing region)내에 추가 버스 바들을 구성함으로써 실제로는 하나의 큰 광학적 윈도우를 직렬로 또는 병렬로 구동될 수 있는 다수의 보다 적은 전기변색 윈도우들로 분할함으로써 완화될 수 있다. 그러나, 이 접근법은 시청 가능한 영역 사이의 콘트라스트 및 시청 가능한 영역 내 버스 바(들)때문에 심미적으로는 선호되지 않는다. 즉, 시청 가능한 영역 내 임의의 혼란스러운 버스 바들이 없이 모노리식 전기변색 디바이스를 갖는 것이 눈에는 훨씬 더 즐거운 것이다.

상기에서 설명된 것처럼, 윈도우 사이즈가 증가함에 따라, 버스 바에 가장 근접한 점들 (이하의 설명에서 디바이스의 에지로 지칭된다)와 버스 바들로부터 가장 먼 지점들 (이하의 설명에서 디바이스의 중심으로 지칭된다)사이의 TCO 층들의 저항은 증가한다. TCO를 통과하는 고정 전류에 대하여, TCO를 가로지르는 실효 전압 강하는 증가하고 이것은 디바이스의 중심에서 실효 전압을 줄인다. 전형적으로 윈도우 영역이 증가함에 따라 윈도우에 대한 누설 전류 밀도는 일정하게 머물러있지만 총 누설 전류는 증가된 영역 때문에 증가한다는 사실에 의해 이 영향은 악화된다. 따라서 둘 모두의 이들 영향들로, 전기변색 윈도우의 중심에서 실효 전압은 실질적으로 떨어지고, 열악한 성능이 예를 들어, 약 30 인치 폭보다 더 큰 전기변색 윈도우들에 대하여 관측될 수 있다. 열악한 성능의 일부는 더 높은 V_app을 이용함으로써 완화될 수 있어서 디바이스의 중심은 적절한 실효 전압에 다다르지만; 그러나, 이 접근법에서의 문제는 중심에서 적절한 전압에 다다르기 위해 요구되는, 윈도우의 에지에서 전형적인 더 높은 전압들은 에지 영역내 전기변색 디바이스를 성능 저하시킬 수 있고 이는 열악한 성능으로 이어질 수 있다.

전형적으로 고체 상태 전기변색-디바이스 기반 윈도우들에 대한 안전한 동작의 범위는 약 0.5V 와 4V사이, 또는 더 전형적으로 약 1V 와 약 3V사이, 예를 들어 1.1V 와 1.8V사이이다. 이들은 V_eff의 로컬 값들이다. 일 실시예에서, 전기변색 디바이스 제어기 또는 제어 알고리즘은 V_eff이 항상 3V 아래인 구동 프로파일을 제공하고, 다른 실시예에서, 제어기는 그것이 항상 2.5V아래에 있도록 V_eff을 제어하고, 다른 실시예에서, 제어기는 그것이 항상 1.8V아래에 있도록 V_eff를 제어한다. 기술 분야에서의 통상의 기술자들은 이들 범위들은 디바이스들의 광학적 상태들 사이에서의 둘모두의 전환들에 (예를 들어, 흡수형 디바이스에서 탈색된(투명)것으로부터 틴티드(tinted)로 및 틴티드로부터 탈색된것으로의 전환들) 적용가능하고 특정전환을 위한 V_eff의 값은 상이할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 나열된 전압 값들은 시간 평균된 전압을 나타낸다 (시간 평균하는 것은 작은 광학적 응답에 대해 요구된 시간, 예를 들어 몇 초 내지 몇 분의 크기를 갖는다). 기술 분야에서의 통상의 기술자들은 또한 이 설명은 고정된 전압 (고정된 DC), 고정된 극성 (시간 변화하는 DC) 또는 반대의 극성 (DC 바이어스를 AC, MF, RF 파워 등.)를 포함하는 다양한 유형들의 구동 메커니즘에 적용 가능하다는 것을 이해할 것이다.

전기변색 윈도우들의 추가된 복잡도는 윈도우를 통하여 끌어들이는 전류가 시간에 대하여 고정되지 않는 것이다. 대신에, 하나의 상태로부터 다른 상태로의 초기 전환 동안에, 디바이스를 통과하는 전류는 광학적 전환이 완성될 때의 종단 상태에서 보다 실질적으로 더 크다 (30x까지 더 큰). 이 초기 전환 기간 동안에 중심에서 V_eff는 그것이 전환 기간의 종단에 있을 때보다 훨씬 더 낮기 때문에 디바이스의 중심에서의 열악한 착색의 문제는 더욱 악화된다.

본 출원에서 설명된 전기변색 디바이스 제어기들 및 제어 알고리즘들은 상기-설명된 이슈들을 극복한다. 언급된 바와 같이, 인가 전압은 그룹 범위 내에 있는 전기변색 디바이스의 면상에 모든 위치들에서 실효 전압을 생성하고, 및 버스 바들 사이에 인가 전압 레벨은 그룹 범위내 V_eff의 최대값보다 상당히 더 크다.

평면 버스 바를 갖는 전기변색 디바이스의 경우에, 평면 버스 바들을 갖는 디바이스를 가로지르는 V_eff는 일반적으로:

ΔV(0) = V_app - RJL²/2

ΔV(L) = V_app - RJL²/2 방적식 1

ΔV(L/2) = V_app - 3RJL²/4에 의해 주어지는 것을 보여줄 수 있다.

여기서:

V_app 는 전기변색 윈도우를 구동시키기 위해 버스 바들에 인가 전압 차이이다;

ΔV(0)는 제 1 투명 전도성 층에 연결된 버스 바에서 V_eff이다(아래의 예제, TEC 유형 TCO에서);

ΔV(L)는 제 2 투명 전도성 층에 연결된 버스 바에서 V_eff이다(아래의 예제, ITO 유형 TCO에서);

ΔV(L/2)는 두개의 평면의 버스 바들사이의 중간, 디바이스의 중심에서 V_eff이다;

R = 투명 전도성 층 시트 저항;

J = 순간 로컬 전류 밀도; 및

L = 전기변색 디바이스의 버스 바들사이의 거리.

투명 전도성 층들은 계산상에서 동일하지 않다면 실질적으로 유사한 시트 저항을 갖는 것으로 가정된다. 그러나 기술 분야에서의 통상의 기술자들은 오믹 전압 강하 및 로컬 실효 전압의 응용 가능한 물리현상은 심지어 투명 전도성 층들이 유사하지 않은 시트 저항들을 가질지라도 여전히 적용하는 것을 인식할 것이다.

언급된 바와 같이, 임의의 실시예들은 평면 버스 바들을 갖는 디바이스들에서 광학적 전환들을 유도하기 위한 제어기들 및 제어 알고리즘들과 관련된다. 이런 디바이스들에서, 실질적으로 선형 반대 극성의 버스 바들은 직사각형의 또는 다른 다각형으로 형상화된 전기변색 디바이스의 대향 측면들에 배치된다. 일부 실시예들에서, 비평면의 버스 바들을 갖는 디바이스들 채용될 수 있다. 이런 디바이스들은 디바이스의 꼭지점에 배치된 예를 들어, 각진 버스 바들을 채용할 수 있다. 이런 디바이스들에서, 버스 바 실효 분리 거리, L, 은 디바이스 및 버스 바들의 기하학적 구조에 기초하여 결정된다. 버스 바 기하학적 구조 및 분리 거리들의 논의는 2012년 4월 20일에 출원되고 "각진 버스 바" 로 명칭된 U.S. 특허 출원 번호. 13/452,032에서 발견될 수 있고, 이것은 그 전체가 참조로서 본원에 통합된다.

R, J 또는 L이 증가함에 따라, 디바이스를 가로지르는 V_eff이 줄어들고, 그렇게 함으로써 전환 동안에 및 심지어 최종 광학적 상태에서 디바이스 착색을 느려지게 하고 감소시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 버스 바 거리가 10 인치로부터 40 인치로 증가함에 따라 TEC 및 ITO 층들을 (상단 플롯에서 커브들) 가로지는 전압 강하는 증가하고 이는 V_eff가 (하단 커브들) 디바이스에 걸쳐 더 떨어지게 한다.

따라서, 통상의 구동 알고리즘들을 이용하여, 10 인치 및 20 인치 전기변색 윈도우들은 효율적으로 스위칭하게 할 수 있지만, 30 인치 윈도우들은 중심에서 한계 성능을 가질 것이고 40 인치 윈도우들은 성능 걸쳐서 윈도우에 걸쳐 양호한 성능을 보이지 않을 것이다. 이것이 더 큰 사이즈 윈도우들로의 전기변색 기술의 스케일링을 제한한다.

다시 방정식 1에 관련하여, 윈도우에 걸친 V_eff는 V_app보다 더 낮은 적어도 RJL² / 2 이다. 저항성 전압 강하가 증가함에 따라(윈도우 사이즈, 전류 드로우(draw) 등의 증가 때문에) 손실의 일부는 V_app을 증가 - 그러나 디바이스의 에지에서의 V_eff를 신뢰성 저하가 일어나는 임계값 이하로 유지하는 값까지로만 증가 - 시킴으로써 무시될 수 있음을 알 것이다. 다시 말해서, 두 투명 전도성 층 모두가 오믹 강하를 경험하고, 이 강하가 연관된 버스 바로부터의 거리에 따라 증가하며, 따라서 V_TCL이 두 투명 전도성 층 모두에 대해 버스 바로부터의 거리에 따라 감소하고, 그 결과로서, V_eff가 전체 전기변색 윈도우에 걸쳐 감소됨을 알 수 있었다.

인가 전압이 안전한 V_eff의 상한을 충분히 넘는 레벨까지로 증가되더라도, V_eff는 사실 실제로 인가 전압의 이 높은 값에 결코 근접하지 못한다. 버스 바들 근처의 위치들에서, 버스 바들에 접하는 부착된 투명 전도성 층들의 전압은 매우 높지만, 같은 위치에서, 반대 극성의 투명 전도성 층들의 전압은 전도성 층들의 면을 가로지른 오믹 강하에 의해 인가된 전위에 상당히 가깝게 떨어진다. 본 출원에서 설명된 구동 알고리즘들은 이것을 고려한다. 다시 말해서, 버스 바들에 인가되는 전압은 종래에 가능하게 생각된 것보다 더 높을 수 있다. 버스 바들에 제공된 높은 V_app는 버스 바들 근처에 너무 높은 V_eff를 제공하는 것으로 여겨졌었다. 그러나, 윈도우의 사이즈 및 투명 전도성 층들에서의 오믹 강하를 고려한 V_app를 채용함으로써, 안전하지만 적절하게 높은 V_eff가 전기변색 디바이스의 전체 표면상에 발생한다. 버스 바들에 인가되는 적절한 V_app은 작은 디바이스들에서보다 큰 디바이스에서일수록 더 크다. 이것은 도 3 및 관련된 설명에서 보다 상세하게 예시된다.

도 3에 관련하여, 전기변색 디바이스는 V_eff가 1.2V의 임계 전압이상에 견고하게 남아있도록 (도 2에 비교되어) V_app를 인가하는 제어 메커니즘을 이용하여 구동된다. 요구된 V_app의 증가는 약 2.5V로부터 약 4V까지 V_TCL의 최대값의 증가로 보여질 수 있다. 그러나 이것이 버스 바들 근처의 V_eff의 증가로 이어지지 않고, 이는 모든 디바이스들에 대하여 약 2.4V에서 유지된다.

도 4 는 V_app가 상이한 사이즈들의 디바이스들에 대하여 고정된 통상의 접근법을 V_app가 상이한 사이즈들의 디바이스들 가변하는 새로운 접근법에 비교하는 플롯이다. 디바이스 사이즈에 대하여 V_app을 조절함으로써 구동 알고리즘들은 디바이스 저하의 위험 증가 없이, 큰 전기변색 윈도우들의 성능 (스위칭 속도)을 실질적으로 개선되도록 허용하고 이는 V_eff가 모든 경우들에서 안전 범위내이지만 임계 전압보다 크게 유지되기 때문이다. 소정의 윈도우의 메트릭들 예를 들어 윈도우 사이즈, 투명 전도성 층 유형, R_s, 디바이스를 통과하는 순간 전류 밀도, 등.,에 대하여 조정된 구동 알고리즘은 실질적으로 더 큰 전기변색 윈도우들로 하여금 디바이스 성능 저하없이 다른 방식으로 가능하지 않은 적절한 스위칭 속도를 가지고 기능하는 것을 허용한다.

V _eff 및 V _app 파라미터들

전기변색 디바이스의 전체 표면상에서의 V_eff 범위의 상한 및 하한을 제어하는 것은 이제 더 설명될 것이다. 언급된 바와 같이, V_eff가 너무 높을 때 그것이 높은 위치(들)에서 그것은 전기변색 디바이스를 손상시키거나 또는 성능 저하시킨다. 손상 또는 저하는 광학적 스위칭 범위를 줄일 수 있는 비가역적인 전기변색 반응, 심미적인 것들의 저하 (핀홀들의 등장, 필름 모양에서의 국부적인 변화), 누설 전류, 필름 박리 등에서의 증가로서 분명해질 것이다. 많은 디바이스들에 대하여, V_eff의 최대값은 약 4 볼트 또는 약 3 볼트 또는 약 2.5 볼트 또는 약 1.8 볼트이다. 일부 실시예들에서, V_eff의 상한은 V_eff의 최대값이 성능저하를 생성하도록 예상되는 실제 값 아래에 있게 하는 버퍼 범위를 포함하도록 선택된다. 이 실제 값과 V_eff의 최대값 사이의 차이가 버퍼의 사이즈이다. 어떤 실시예들에서, 버퍼 값은 약 0.2볼트와 0.6 볼트 사이에 있다.

실효 전압들의 범위의 하한은 전기변색 디바이스의 광학적 상태들 사이에서 수락할만하고 효율적인 전환을 제공하도록 선택되어야 한다. 이 전환은 전압이 인가된 후에 전환이 일어나는 속도, 뿐만 아니라 커트닝(curtaining)과 같은 전환 (전기변색 디바이스의 표면에 걸친 비-균일한 틴팅(tinting))과 관련된 다른 영향들과 관련하여 특징지어 질 수 있다. 일 예로서, V_eff의 최소값은 약 45 분 또는 그 미만, 또는 약 10 분 또는 그 미만의 디바이스의 표면상에서 완전한 광학적 전환 (예를 들어, 완전히 탈색 대 완전히 틴티드)을 이루기 위해 선택될 수 있다. 많은 디바이스들에 대하여, V_eff의 최소값은 약 0.5 볼트 또는 약 0.7 볼트 또는 약 1 볼트 또는 약 1.2 볼트이다.

3 또는 그 이상 상태들을 갖는 디바이스들에 대하여, V_eff의 타겟 범위는 전형적으로 멀티-상태 전기변색 디바이스내 중간 상태들에 이르고 유지하는데 영향을 미치지 않을 것이다. 중간 상태들은 종단 상태들 사이의 전압들에서 유도되고 그래서 V_eff는 항상 안전 범위내에 유지된다.

언급된 바와 같이, 큰 전기변색 디바이스들에 대하여 V_app의 값은 V_eff의 최대 수락할만한 값보다 더 클 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, V_app은 V_eff의 최대값보다 더 크다(임의의 양만큼). 그러나, 일부 구현예들에서, V_app과 V_eff의 최대값 사이의 차이는 적어도 정의된 크기를 갖는다. 예를 들어, 차이는 약 0.5 볼트 또는 약 1 볼트, 또는 약 1.5 볼트, 또는 약 2 볼트일 수 있다. V_app의 값과 V_eff의 최대값 사이의 차이는 어느 정도는 디바이스내 버스 바들사이의 분리 거리 및 어쩌면 다른 파라미터들 예컨대 디바이스의 투명 전도성 층들의 시트 저항 및 누설 전류에 의해 결정된다는 것이 이해되어야 한다. 일 예로서, 디바이스의 누설 전류가 매우 작으면, 그러면 V_eff과 V_app사이의 차이는 그렇지 않으면 그것이 있을 수 있는 것 보다 적을 수 있다.

언급된 바와 같이, 개시된 제어 알고리즘들은 큰 치수를 갖는: 예를 들어, 큰 전기변색 윈도우들를 갖는 디바이스들에 특별히 유용하다. 기술적으로, 사이즈는 버스 바들 사이의 유효 분리 거리(separation) , L에 의해 결정된다. 일부 실시예들에서, 디바이스들은 적어도 약 30 인치, 또는 적어도 약 40 인치, 또는 적어도 약 50 인치 또는 적어도 약 60 인치의 L의 값을 가진다. 분리 거리는 전환을 유도하기 위해 V_app의 적절하게 큰 값을 이용하기 위한 요구에 영향을 미치는 유일한 파라미터는 아니다. 다른 파라미터들은 광학적 스위칭동안에 투명 전도성 층들의 시트 저항들 및 디바이스내 전류 밀도를 포함한다. 일부 실시예들에서, 언제 V_app의 큰 값을 인가할지를 결정하기 위해 이들 및/또는 다른 파라미터들의 조합이 채용된다. 파라미터들은 상호작용하고 총괄하여 큰 인가 전압을 필요로 하는 투명 전도성 층의 표면에 걸쳐 충분하게 큰 오믹 전압 강하가 있는지 없는지를 나타낸다.

어떤 실시예들에서, 파라미터들의 조합(예를 들어, 차원없는 수)이 적절한 동작 범위들을 결정하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 전압 손실 파라미터 (V_loss)는 전형적인 제어 알고리즘이 작동하지 않을 상태들을 정의하기 위해 사용될 수 있고 개시된 접근법은 다루기 아주 적절할 것이다. 어떤 실시예들에서, V_loss 파라미터는 RJL²로서 정의된다 (여기서, L은 버스 바사이의 분리 거리이다, 및 R은 투명 전도성 층의 시트 저항이다). 일부 구현예들에서, 본 출원에서 설명된 접근법들은 V_loss이 약 3V보다 더 크거나 또는 보다 구체적으로 약 2V 보다 더 크거나 또는 보다 구체적으로 약 1V보다 더 클 때 가장 유용하다.

전환 동안에 V _app 프로파일.

투명 전도성 층의 표면들에 걸친 오믹 전압 강하에 책임이 있는 전류는 두 개의 컴포넌트들을 가진다. 광학적 전환을 유도하기 위해 사용되는 이온 전류 및 전해질 또는 이온 전도성 층을 통과하는 기생 전자 전류를 포함한다. 기생 전자 전류는 소정의 값의 인가 전압에 대하여 비교적 일정하여야 한다. 그것은 또한 누설 전류(leakage current)로 지칭될 수 있다. 이온 전류는 광학적 전환을 유도하기 위해 전기변색 층 및 카운터 전극 층 사이에서 움직이는 리튬 이온들의 분포에 기인한다. 소정의 인가 전압에 대하여, 이온 전류는 전환 동안에 변화를 경험할 것이다. 임의의 V_app의 적용에 앞서서, 이온 전류는 작거나 또는 존재하지 않는다. V_app의 적용 시에, 이온 전류는 커질 수 있고 심지어 인가 전압이 일정하게 유지된 후에도 계속 커질 수 있다. 결국에는, 그러나, 이온 전류는 피크에 이를 것이고 광학적 전환 동안에 이용 가능한 이온들의 전부가 전극들 사이에서 움직일 때 줄어들 것이다. 광학적 전환이 완료된 후에, 단지 누설 전류만이 (전해질통한 전자 전류) 계속된다. 이 누설 전류의 값은 실효 전압의 함수이고, 실효 전압은 인가 전압의 함수이다. 이하에 보다 상세하게 설명될 것처럼, 광학적 전환이 완료된 후에 인가 전압을 수정함으로써, 제어 기술은 누설 전류의 양 및 V_eff의 값을 줄인다.

일부 실시예들에서, 광학적 전환들을 유도하기 위한 제어 기술들은 광학적 전환의 전체 과정 동안에 최대값 V_eff을 특정한 레벨 (예를 들어, 2.5V) 아래에 유지하는 가변하는 V_app으로 디자인된다. 어떤 실시예들에서, 전기변색 디바이스의 하나의 상태로부터 다른 상태로 전환 동안에 시간이 흐르면서 V_app는 변화된다. V_app에서의 변동이 적어도 부분적으로, V_eff의 함수로서 결정된다. 어떤 실시예들에서, V_app는 디바이스 기능을 저하시키지 않기 위해서 수락할만한 V_eff 유지하는 방식으로 시간에 걸쳐 조절된다.

광학적 전환 동안에 V_app을 조절함이 없이, 전환의 과정동안에 이온 전류가 감쇠할때 V_eff는 매우 크게 커질 것이다. 안전 레벨에서 V_eff을 유지하기 위해서, 디바이스 전류가 주로 누설 전류일 때 V_app는 축소될 수 있다. 어떤 실시예들에서, V_app 의 조절은 이하에서 설명될 드라이브 전압 프로파일의 “홀드로의 램프(ramp to hold)” 부분에 의해 성취된다.

어떤 실시예들에서, V_app는 선택되고 및 광학적 전환 동안에 순간 전류 드로우(draw) (J)에 기초하여 조절된다. 처음에, 이런 전환 동안에, 더 큰 전압 드로우를 설명하기 위해 V_app는 더 커진다. 도 5 는 통상의 구동 알고리즘들을 이용하여 고정된 윈도우 사이즈 (40 인치)에 대한 V_eff에 대한 전류 드로우의 영향을 보여준다. 이 예에서, 구동 프로파일은 처음 스위칭동안에 매우 낮은 V_eff로 이어지는 중간 전류 드로우 시나리오 (25㎂/㎠)를 차지하고 전류 드로우가 높을 때 (42㎂/㎠) 이는 실질적으로 더 긴 스위칭 시간들로 이어진다. 추가하여, 전환이 완료된 후에 윈도우는 낮은 전류 드로우 구성 (5㎂/㎠)에 이르고, V_eff는 전환동안보다 훨씬 더 높은 (3.64V)이다. 이것은 안전 동작의 전압 임계값보다 크기 때문에 이것은 롱 텀 신뢰성 위험일 수 있다.

도 6 은 순간 전류 드로우를 고려하는 어떤 전압 제어 기술들을 예시한다. 도시된 실시예에서, 낮은 전류 드로우 및 높은 전류 드로우 상태들은 이제 강건하게 요구된 전압 윈도우 내에 있다. 설사 높은 전류 드로우 상태에 대하여도, 디바이스의 큰 부분은 여기서 이 디바이스의 스위칭 속도를 개선시키는 전압 임계값위에 있다. 구동 프로파일들은 전압에 관한 피드백 루프를 요구하는 것보다 순간 전압을 희망하는 설정치(set point)에 근접하도록 하는 전압 램프 레이트(ramp rate)를 선택함으로써 간략화 될 수 있다.

도 7은 전기변색 디바이스의 광학적 상태 전환 사이클 (착색에 뒤이은 탈색)을 일으키기 위해 간단한 전압 제어 알고리즘을 채용함으로써 전기변색 디바이스의 완전한 전류 프로파일 및 전압 프로파일을 보여준다. 그래프에서, 총 전류 밀도 (I)는 시간의 함수로 나타낸다. 언급된 바와 같이, 총 전류 밀도는 전기화학적으로 활성 전극들 사이에서의 전기변색 전환과 관련된 이온 전류 밀도 및 전자 누설 전류의 조합이다. 많은 상이한 유형들 전기변색 디바이스는 도시된 전류 프로파일을 가질 것이다. 일 예에서, 캐소드 전기변색 재료 예컨대 텅스텐 산화물은 카운터 전극에서의 애노드 전기변색 재료 예컨대 니켈 텅스텐 산화물과 함께 사용된다. 이런 디바이스들에서, 음의 전류들은 디바이스의 착색을 나타낸다. 일 예에서, 리튬 이온들은 전기변색 전극을 애노드식으로(anodically) 착색하는 니켈 텅스텐 산화물로부터 전기변색 전극을 캐소드식으로(cathodically) 착색하는 텅스텐 산화물로 흐른다. 대응하여, 양으로 대전된 들어오는 리튬 이온들의 분포를 보상하기 위해 전자들은 텅스텐 산화물 전극으로 흐른다. 따라서, 전압 및 전류는 음의 값을 가지는 것으로 도시된다.

도시된 프로파일은 전압을 설정 레벨까지 램프 업(ramp up)하고 그런다음 광학적 상태를 유지하기 위해 전압을 홀드(hold)함으로써 생긴다. 전류 피크들 (701)은 광학적 상태, 즉, 착색 및 탈색에서의 변화들과 관련된다. 구체적으로, 전류 피크들은 디바이스를 착색 또는 탈색하는데 요구되는 이온 전하의 전달을 나타낸다. 수학적으로, 피크 아래의 음영된 영역은 디바이스를 착색 또는 탈색하는데 요구되는 총 전하를 나타낸다. 처음 전류 스파이크(spike) 후에 커브 부분들 (부분들 (703))은 디바이스가 새로운 광학적 상태에 있는 동안의 전자 누설 전류를 나타낸다.

도면에서, 전압 프로파일 (705)은 전류 커브 위에 중첩된다. 전압 프로파일은 시퀀스: 음의 램프 (707), 음의 홀드 (709), 양의 램프 (711), 및 양의 홀드 (713)를 따른다. 디바이스가 그것의 정의된 광학적 상태에 잔류하는 시간의 길이 동안 그것의 최대값 크기에 도달한 후에 전압은 일정하게 남아있다는 것에 유의한다. 전압 램프 (707)는 디바이스를 그것의 새로운 착색된 상태로 유도하고 및 전압 홀드 (709)는 반대 방향에서의 전압 램프 (711)가 착색된 상태로부터 탈색된 상태로의 전환을 유도할 때까지 디바이스를 착색된 상태로 유지한다. 일부 스위칭 알고리즘들에서, 전류 캡(cap)이 도입된다. 즉, 전류는 디바이스 손상을 방지하기 위해서 정의된 레벨을 초과하는 것이 허용되지 않는다. 착색 속도는 인가 전압 뿐만 아니라 또한 온도 및 전압 램핑 레이트의 함수이다.

도 8은 임의의 실시예들에 따른 전압 제어 프로파일을 설명한다. 도시된 실시예에서, 전압 제어 프로파일은 탈색된 상태로부터 착색된 상태로 (또는 중간 상태로) 전환을 유도하기 위해 채용된다. 전기변색 디바이스를 역 방향, 착색된 상태로부터 탈색된 상태로 (또는 더 착색된 상태로부터 덜 착색된 상태로) 으로 유도하기 위해서, 유사하지만 역전된 프로파일이 사용된다. 일부 실시예들에서, 착색된 것으로부터 탈색된 것으로 가기 위한 전압 제어 프로파일은 도 8에 도시된 것의 미러 이미지(mirror image)이다.

도 8에 도시된 전압 값들은 인가 전압 (V_app) 값들을 나타낸다. 인가 전압 프로파일은 파선(dashed line)에 의해 도시된다. 대조를 위해, 디바이스내 전류 밀도는 실선에 의해 도시된다. 도시된 프로파일에서, V_app는 네개의 컴포넌트들: 드라이브(drive)로의 램프 컴포넌트 (803), 이것은 전환을 개시하고, V_drive 컴포넌트 (813), 이것은 계속하여 전환을 유도하고, 홀드로의 램프 컴포넌트 (815), 및 V_hold 컴포넌트 (817)를 포함한다. 램프 컴포넌트들은 V_app에서의 변동들로서 구현되고 V_drive 및 V_hold 컴포넌트들은 일정한 또는 실질적으로 일정한 V_app 크기들을 제공한다.

드라이브로의 램프 컴포넌트는 램프 레이트 (크기를 증가시키는) 및 V_drive의 크기에 의해 특성화된다. 인가 전압의 크기가 V_drive에 이르렀을 때, 드라이브로의 램프 컴포넌트가 완성된다. V_drive 컴포넌트는 V_drive의 값 뿐만 아니라 V_drive의 지속기간에 의해 특성화된다. V_drive의 크기는 상기에서 설명된 것처럼 전기변색 디바이스의 전체 표면상에서 안전하지만 유효범위를 갖는 V_eff를 유지하기 위해서 선택될 수 있다.

홀드로의 램프 컴포넌트는 전압 램프 레이트 (크기를 감소시키는) 및 V_hold의 값 (또는 선택적으로 V_drive 및 V_hold사이의 차이) 에 의해 특성화된다. V_app는 V_hold의 값이 도달할 때까지 램프 레이트에 따라 강하한다. V_hold 컴포넌트는 V_hold드의 크기뿐만 아니라 V_hold의 지속기간에 의해 특성화된다. 실제로, V_hold의 지속기간은 디바이스가 착색된 상태로 (또는 반대로 탈색된 상태로) 유지되는 시간의 길이에 의해 전형적으로 지배된다. 드라이브로의 램프와 달리, V_drive, 및 홀드로의 램프 컴포넌트들, V_hold 컴포넌트는 임의의 길이를 가지며, 이는 디바이스의 광학적 전환의 물리현상과는 관계없다.

전기변색 디바이스의 각각의 유형은 광학적 전환을 유도하기 위한 전압 프로파일의 그 자체의 특성 컴포넌트들을 가질 것이다. 예를 들어, 상대적으로 큰 디바이스 및/또는 더 큰 저항성 전도성 층을 갖는 것은 V_drive의 더 큰 값 및 어쩌면 드라이브로의 램프 컴포넌트에서 더 높은 램프 레이트를 요구할 것이다. 더 큰 디바이스들은 또한 V_hold의 더 큰 값들을 필요로 할 수 있다. 2012년 4월 17일 출원되고 본 출원에 참조로서 통합된 U.S. 특허 출원 번호 13/449,251 광범위한 상태들에 관한 광학적 전환들을 유도하기 위한 제어기들 및 관련된 알고리즘들을 개시한다. 거기에 설명된 것처럼, 인가 전압 프로파일 (본 출원에서의 드라이브로의 램프, V_drive, 홀드로의 램프, 및 V_hold)의 각각의 컴포넌트들은 실시간 상태들 예컨대 전류 온도, 투과율의 전류 레벨, 등을 다루기 위해 독립적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 인가 전압 프로파일의 각각의 컴포넌트의 값들이 특정 전기변색 디바이스 (그 자체의 버스 바 분리, 비저항, 등을 갖는)에 대하여 설정되고 현재 상태들에 기초하여 변화할 수 있다. 다시 말해서, 이런 시스템들에서, 전압 프로파일은 피드백 예컨대 온도, 전류 밀도, 및 유사한 것을 고려하지 않는다.

표시된 바와 같이, 도 8의 전압 전환 프로파일에 도시된 모든 전압 값들 은 상기에서 설명된 V_app 값들에 대응한다. 그것들은 상기에서 설명된 V_eff 값들 에 대응하지 않는다. 다시 말해서, 도 8에 도시된 전압 값들은 전기변색 디바이스상의 반대 극성의 버스 바들 사이의 전압 차이를 나타낸다.

어떤 실시예들에서, 전압 프로파일의 드라이브로의 램프 컴포넌트는 전기변색 및 카운터 전극들 사이에서 흐르는 이온 전류를 안전하지만 빠르게 유도하기 위해 선택된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 프로파일의 드라이브로의 램프 부분이 끝나고 V_drive 부분이 시작할 때까지 디바이스에서 전류는 드라이브 전압 컴포넌트에 대한 램프의 프로파일을 따른다. 도 8에서 전류 컴포넌트 (801)를 참조하라. 전류 및 전압의 안전 레벨들은 경험적으로 또는 다른 피드백에 기초하여 결정될 수 있다. 참조로서 본 출원에 통합되고 그리고 2102년 8월 28일에 발행되고 2011년 3월 16일에 출원된 U.S. 특허 번호 8,254,013 전기변색 디바이스 전환들 동안에 안전 전류 레벨들을 유지하기 위한 알고리즘들의 예들을 제공한다.

어떤 실시예들에서, V_drive의 값은 상기에서 설명된 고려사항들에 기초하여 선택된다. 특별히, 전기변색 디바이스의 전체 표면상에서 V_eff의 값은 큰 전기변색 디바이스들을 효율적으로 및 안전하게 전환하는 범위 내에 남아있도록 선택된다. V_drive의 지속기간은 다양한 고려사항들에 기초하여 선택될 수 있다. 이들 중 하나는 디바이스의 실질적 착색을 일으키기에 충분한 기간 동안 드라이브 전위가 유지되는 것을 보증한다. 이 목적을 위하여, V_drive의 지속기간은 V_drive가 제 위치에 있는 시간 길이의 함수로서 디바이스의 광학적 밀도를 모니터링함으로써 경험적으로 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, V_drive의 지속기간은 지정된 시간 기간으로 설정된다. 다른 실시예에서, V_drive의 지속기간은 희망하는 통과되는 이온의 전하의 양에 상당하도록 설정된다. 도시된 바와 같이, 전류는 V_drive동안에 램프 다운한다. 전류 세그먼트 (807)를 참조하라.

다른 고려사항은 광학적 전환 동안에 애노드 착색 전극으로부터 캐소드 착색 전극으로 (또는 카운터 전극) 리튬이온들의 여정 완성에 의한 이용 가능한 리튬 이온들의 결과로서의 이온 전류가 감쇠하기 때문에 디바이스내 전류 밀도에서의 감소이다. 전환이 완성된때, 디바이스를 가로질러 흐르는 전류만이 이온 전도성 층을 통과하는 누설전류이다. 결과로서, 디바이스의 표면에 걸친 전위에서의 오믹 강하는 줄어들고 그리고 V_eff의 로컬 값들은 증가한다. 인가 전압이 줄어들지 않는다면 V_eff의 이들 증가된 값들은 디바이스를 손상시키거나 또는 성능 저하시킬 수 있다. 따라서, V_drive의 지속기간을 결정하는데 있어서 다른 고려사항은 누설 전류와 관련된 V_eff의 레벨을 줄이는 목적이다. V_drive로부터 V_hold로 인가 전압을 강하시킴으로써, V_eff가 디바이스의 표면상에 줄어들 뿐만 아니라 누설 전류도 또한 줄어든다. 도 8에 도시된 바와 같이, 홀드로의 램프 컴포넌트 동안에 디바이스 전류는 세그먼트 (805)에서 전환한다. 전류는 V_hold동안에 안정한 누설 전류 (809)로 들어간다.

전기변색 디바이스들 및 제어기들

도 9 는 두 개의 윈도우 페인(pane)들 또는 라이트(lite)들 (216)을 포함하는 IGU (102)의 실시예의 부등각 투영의 단면도를 도시한다. 다양한 실시예들에서, IGU (102)는 하나, 두개 또는 그 이상의 실질적으로 투명한 (예를 들어, 인가 전압이 없을 때) 라이트들 (216)뿐만 아니라 라이트들(216)을 지지하는 프레임 (218)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 9 에 도시된 IGU (102)는 이중-페인 윈도우로 구성된다. 라이트들 (216) 중 하나 이상은 그 자체가 두개, 세개, 또는 그 이상 층들 또는 라이트들의 라미네이트 구조일 수 있다(예를 들어, 자동차 윈드쉴드 유리에 비슷한 비산 방지(shatter-resistant) 유리). IGU (102)에서, 라이트들(216)중 적어도 하나는 그것의 내부 표면(222), 또는 외부 표면, (224) 중 적어도 하나: 예를 들어, 외부 라이트(216)의 내부 표면 (222)상에 배치된 전기변색 디바이스 또는 스택 (220)을 포함한다.

멀티-페인 구성들에서, 각각의 인접한 셋의 라이트들(216)은 그것들 사이에 배치된 내부 체적, (226)을 가질 수 있다. 일반적으로, 라이트들(216) 및 IGU(102)의 각각은 전체로서 직사각형이고 직사각형 입방체를 형성한다. 그러나, 다른 실시예들에서 다른 형상들 (예를 들어, 원형의, 타원형의, 삼각형의, 곡선의, 볼록한, 오목한)이 원해질 수 있다. 일부 실시예들에서, 라이트들(116)사이에서의 체적(226)은 진공이 된다. 일부 실시예들에서, IGU(102)는 완전 밀폐된다. 추가적으로, 체적(226)은 예를 들어 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 또는 제논(Xn)와 같은 하나 이상의 가스들로 충전된다(적절한 압력까지). Ar, Kr, 또는 Xn과 같은 가스로 체적(226)을 충전하는 것은 이들 가스들의 낮은 열 전도도 때문에 IGU(102)를 통고하는 전도성 열 전송을 줄일 수 있다. 후자의 두개의 가스들은 또한 그것들의 증가된 무게 때문에 개선된 음향 절연을 첨가할 수 있다.

일부 실시예들에서, 프레임(218)은 하나 이상의 피스들로 구성된다. 예를 들어, 프레임(218)은 하나 이상의 재료들 예컨대 비닐, PVC, 알루미늄 (Al), 강철, 또는 파이버유리로 구성될 수 있다. 프레임(218)은 또한 라이트들(216)사이의 체적(226)을 완전히 밀폐시키기 위해서 그리고 라이트들(216)을 구별하기 위해서 프레임(218)과 함께 작동하는 하나 이상의 폼(foam) 또는 다른 재료 피스들을 홀드하거나 또는 포함할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 IGU 구현예에서, 스페이서는 인접한 라이트들 (216)사이에 있고 그것들 사이에 놓여질 수 있는 접착제 실런트와 함께 페인(pane)들과 기밀 밀봉을 형성한다. 이것은 주 밀봉(primary seal)으로 지칭되고, 그것 주변에서 전형적으로 추가의 접착제 실런트의 보조 밀봉을 제조하도록 할 수 있다. 몇몇 이런 실시예들에서, 프레임(218)은 IGU 구조물을 지지하는 별개의 구조일 수 있다.

각각의 라이트(216)는 실질적으로 투명 또는 반투명 기판(228)을 포함한다. 일반적으로, 기판(228)은 제 1 (예를 들어, 안쪽) 표면(222) 및 제 1 표면(222)에 반대인 제 2 (예를 들어, 바깥쪽) 표면(224)를 가진다. 일부 실시예들에서, 기판 (228)은 유리 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(228)은 예를 들어, 대략 75% 실리카(SiO₂) 플러스 Na₂O, CaO, 및 몇몇의 마이너 첨가제들로 구성된 소다 라임 유리 또는 플로트(float) 유리와 같은 통상의 실리콘 산화물 (SO_x)-계의 유리 기판일 수 있다. 그러나, 적절한 광학적, 전기적, 열적, 및 기계적 특성을 갖는 임의의 재료가 기판(228)으로서 사용될 수 있다. 이런 기판들은 또한 예를 들어, 다른 유리 재료들, 플라스틱들 및 열가소성 수지들 (예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 알릴 디글리콜 카보네이트, SAN (스티렌 아크릴로니트릴 공중합체), 폴리(4-메틸-1-펜텐), 폴리에스테르, 폴리아미드), 또는 미러 재료들을 포함할 수 있다. 만약 기판 예를 들어, 유리로 형성되면, 그러면 기판(228)은 예를 들어, 굳게 함으로써, 가열함으로써, 또는 화학적으로 강화시킴으로써 강화될 수 있다. 다른 구현예들에서, 예를 들어, 기판이 굳혀지지 않아서 기판(228)은 추가로 강화되지 않는다.

일부 실시예들에서, 기판(228)은 주거용 또는 상업용 윈도우 애플리케이션들을 위한 유리 페인 사이즈이다. 유리 페인의 크기는 주택 또는 상업용 회사의 특정 요구에 따라 광범위하게 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(228)은 건축용 유리로 형성될 수 있다. 건축용 유리는 통상적으로 상업 건물들에 사용되지만, 또한, 주거 건물에서 사용될 수 있으며, 통상적으로, 필수적이지는 않지만, 실내 환경을 실외 환경과 분리한다. 어떤 실시예들에서, 적절한 건축용 유리 기판은 적어도 대략 20 인치에 대략 20 인치일 수 있고, 그리고 휠씬 더 클 수 있다, 예를 들어, 대략 80 인치에 대략 120 인치, 또는 더 클 수 있다. 건축용 유리는 전형적으로 적어도 약 2 밀리미터(mm) 두께이고 6 mm 또는 그 이상 정도로 두꺼울 수 있다. 물론, 전기변색 디바이스들(220)은 각각의 길이, 폭, 또는 두께 치수중 임의의 것 또는 전부를 포함하여 건축용 유리 보다 적거나 또는 더 큰 기판들(228)로 확대할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판 (228)은 대략 1 mm 내지 대략 10 mm의 범위에 두께를 가진다. 일부 실시예들에서, 기판 (228)은 매우 얇은 및 가요성의, 예컨대 Gorilla Glass^® 또는 Willow^TM Glass일 수 있고, 각각은 새로운 York, Corning 의 Corning, Inc로부터 상업적으로 이용가능하고 이들 유리들은 0.3 mm만큼 얇은 1 mm미만의 두께일 수 있다.

전기변색 디바이스(220)는 예를 들어, 바깥쪽 페인(216)(외측 환경에 인접한 페인)의 기판(228)의 내부 표면(222)상에 배치된다. 일부 다른 실시예들에서, 예컨대 IGU들(102)이 더 많은 양의 직사 일광(예를 들어, 전기변색 디바이스(220)의 표면에 수직인)을 받을 수 있는 더 차가운 기후들 또는 애플리케이션들에서, 전기변색 디바이스(220)가 예를 들어, 내부 환경에 인접한 안쪽 페인의 내부 표면 (체적(226)에 경계하는 표면)상에 배치되는 것이 유익할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기변색 디바이스(220)는 제 1 전도성 층(CL)(230) (대체로 투명한), 전기변색 층(EC)(232), 이온 전도성 층(IC)(234), 카운터 전극 층(CE)(236), 및 제 2 전도성 층(CL)(238) (대체로 투명한)을 포함한다. 다시, 층들(230,232,234,236 및 238)은 또한 총괄하여 전기변색 스택(220)으로 지칭된다.

전원 (240)은 전위(V_app)를 디바이스에 인가하도록 그리고 전기변색 스택(220)의 두께를 가로질러 V_eff를 생성하도록 및 예를 들어, 탈색되거나 또는 더 밝은 상태 (예를 들어, 투명한, 세미(semi)투명, 또는 반투명한 상태)로부터 착색되거나 또는 더 어두운 상태 (예를 들어, 틴티드(tinted)된, 덜 투명한 또는 덜 반투명한 상태)로 전기변색 디바이스(220)의 전환을 일으키도록 동작가능하다. 일부 다른 실시예들에서, 층들(230,232,234,236, 및 238)의 순서는 역으로 될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 기판(238)에 대하여 재순서화 되거나 또는 재배열된다.

일부 실시예들에서, 제 1 전도성 층(230) 및 제 2 전도성 층(238) 중 하나 또는 둘 모두는 무기 및 고체 재료로 형성된다. 예를 들어, 제 1 전도성 층(230), 뿐만 아니라 제 2 전도성 층(238)은 다른 적절한 재료들 중에서 전도성 산화물들, 얇은 금속성 코팅들, 전도성 금속 질화물들, 및 복합물 도전체들을 포함하여 많은 상이한 재료들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(230 및 238)은 적어도 전기변색 층(232)에 의해 전기변색이 드러나는 파장 범위에서는 사실상 투명하다. 투명 전도성 산화물은 금속 산화물, 및 하나 이상의 금속으로 도핑된 금속 산화물을 포함한다. 예를 들어, 제 1 또는 제 2 전도성 층들(230 및 238)로서 사용을 위해 적절한 금속 산화물들 및 도핑된 금속 산화물들은 다른 것들 중에서도 인듐 산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 도핑된 인듐 산화물, 주석 산화물, 도핑된 주석 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 도핑된 아연 산화물, 산화 루테늄, 도핑된 산화 루테늄을 포함할 수 있다. 상기에서 나타낸 바와 같이, 제 1 및 제 2 전도성 층들 (230) 및 (238)은 때때로 “투명 전도성 산화물”(TCO) 층들로 지칭된다.

일부 실시예들에서, 상업적으로 이용 가능한 기판들, 예컨대 유리 기판들은 구매될 때 이미 투명 전도성 층 코팅을 포함한다. 일부 실시예들에서, 이런 제품은 총괄하여 기판(238) 및 전도성 층(230) 둘 모두를 위해 사용될 수 있다. 이런 유리 기판들의 예들은 Ohio, Toledo의 Pilkington에 의한 TEC Glass™ 및 SUNGATE™ 300 및 Pennsylvania, Pittsburgh의 PPG Industries에 의한 SUNGATE™ 500 상표로 판매되는 전도성 층-코팅된 유리들을 포함한다. 구체적으로, TEC Glass™ 는 예를 들어, 불소화 주석 산화물 전도성 층으로 코팅된 유리이다.

일부 실시예들에서, 제 1 또는 제 2 전도성 층들(230 및 238)은 각각 예를 들어, 스퍼터링을 포함하여 물리적 기상 증착 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 또는 제 2 전도성 층들(230 및 238)은 각각 대략 0.01 μm 내지 대략 1 μm 범위에 두께를 가진다. 일부 실시예들에서, 이하에 설명되는 제 1 및 제 2 전도성 층들(230 및 238)의 두께들 뿐만 아니라 다른 층들의 임의 또는 전부의 두께들이 소정 층에 대하여 개별적으로 균일한 것이 ; 즉, 소정 층의 두께가 균일하고 층의 표면들이 매끈하고 그리고 실질적으로 결함들 또는 다른 이온 트랩들이 없는 것이 일반적으로 바람직할 수 있다.

제 1 및 제 2 전도성 층들(230 및 238)의 주 기능은 전기변색 스택(220)의 표면들 위로 전압 또는 전류 소스와 같은 전원(240)에 의해 제공된 전위를 스택의 바깥쪽 표면영역들로부터 스택의 안쪽 표면 영역들로 확산시키는 것이다. 언급된 바와 같이, 전기변색 디바이스에 인가 전압은 제 1 및 제 2 전도성 층들(230 및 238)의 시트 저항의 결과로서 바깥쪽 영역들로부터 안쪽 영역들로의 일부 오믹 전위 감소를 경험한다. 도시된 실시예에서, 버스 바들(242 및 244)은 전압 또는 전류 소스(240) 및 전도성 층들(230 및 238)사이의 전기적 연결을 제공하기 위해서 전도성 층(230)과 접촉하는 버스 바(242) 및 전도성 층(238)과 접촉하는 버스 바(244)로 제공된다. 예를 들어, 버스 바(242)는 전원(240)의 제 1 (예를 들어, 양의) 단자(246)와 전기적으로 결합될 수 있는 반면 버스 바(244)는 전원(240)의 제 2 (예를 들어, 음의) 단자(248)와 전기적으로 결합될 수 있다.

일부 실시예들에서, IGU(102)는 플러그-인 컴포넌트(250)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 플러그-인 컴포넌트(250)는 예를 들어, 하나 이상의 와이어들 또는 다른 전기적 연결들, 컴포넌트들, 또는 디바이스들을 통하여 전원 단자(246)와 전기적으로 결합되는 제 1 전기 입력(252)(예를 들어, 핀, 소켓, 또는 다른 전기적 커넥터 또는 도전체)을 포함한다. 유사하게, 플러그-인 컴포넌트(250)는 예를 들어, 하나 이상의 와이어들 또는 다른 전기적 연결들, 컴포넌트들, 또는 디바이스들을 통하여 전원 단자(248)와 전기적으로 결합되는 제 1 전기 입력(254)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 전기 입력(252)은 버스 바(242)와 그리고 거기로부터 제 1 전도성 층 (230)과 전기적으로 결합될 수 있고, 반면에 제 2 전기 입력(254)은 버스 바(244)와 그리고 거기로부터 제 2 전도성 층(238)과 전기적으로 결합될 수 있다. 전도성 층들(230 및 238)은 또한 다른 통상의 수단들 뿐만 아니라 윈도우 제어기에 관련하여 이하에 설명되는 다른 수단들에 따라 전원(240)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 이하에서 설명될 도 10를 참고로 하여, 제 1 전기 입력(252)은 제 1 전력선에 연결될 수 있고 반면 제 2 전기적 입력(254)은 제 2 전력선에 연결될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예들에서, 제 3 전기 입력(256)은 디바이스, 시스템, 또는 빌딩 접지에 결합될 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 제 4 및 제 5 전기 입력들/출력들(258 및 260)은, 개별적으로, 예를 들어, 윈도우 제어기 또는 마이크로컨트롤러 및 네트워크 제어기사이의 통신을 위해서 사용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 전기변색 층(232)은 제 1 전도성 층(230)상에 증착되거나 또는 다른 방식으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 전기변색 층(232)은 무기 및 고체 재료로 형성된다. 다양한 실시예들에서, 전기변색 층(232)은 전기화학적으로 캐소드의 또는 전기화학적으로 애노드의 재료들를 포함하는 하나 이상의 많은 전기변색 재료들로 형성될 수 있거나 포함할 수 있다. 예를 들어, 전기 변색 층(232)으로서 사용을 위해 적절한 금속산화물은 다른 재료들 중에서도 텅스텐 산화물(WO₃), 몰리브덴 산화물(MoO₃), 니오븀 산화물(Nb₂O₅), 티타늄 산화물(TiO₂), 구리 산화물(CuO), 이리듐 산화물(Ir₂O₃), 크롬 산화물(Cr₂O₃), 망간 산화물(Mn₂O₃), 바나듐 산화물(V₂O₅), 니켈 산화물(Ni₂O₃), 코발트 산화물(Co₂O₃) 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전기변색 층(232)은 대략 0.05 μm 내지 대략 1 μm 범위에 두께를 가질 수 있다.

동작 동안, 제 1 및 제 2 전도성 층들(230 및 238)에 의해 전기변색 층(232)의 두께를 가로질러 생성된 전압에 응답하여, 전기변색 층(232)은 전기변색 층(232)에서의 희망하는 광학적 전환들로 귀결되는 및 일부 실시예들에서, 또한 카운터 전극 층(236)에서의 광학적 전한으로 귀결되는 카운터 전극 층(236)으로 또는 카운터 전극 층으로부터 이온들을 전송하거나 교환한다. 일부 실시예들에서, 적절한 전기변색 및 카운터 전극 재료들의 선택은 관련된 광학적 전환들을 지배한다.

일부 실시예들에서, 카운터 전기변색 층(236)은 무기 및 고체 재료로 형성된다. 카운터 전극 층(236)은 전기변색 디바이스(220)가 예를 들어, 투명한 상태에 있을 때 이온들의 저장소로 역할을 할 수 있는 하나 이상의 많은 재료들 또는 재료 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 카운터 전기변색 층(236)은 전기변색 층(232)에 반대 극성의 제 2 전기변색 층이다. 예를 들어, 전기변색 층 (232)가 전기화학적으로 캐소드의 재료로 형성되면, 카운터 전극 층 (236)는 전기화학적으로 애노드의 재료로 형성될 수 있다. 카운터 전극 층(236)을 위해 적절한 재료들의 예들은, 니켈 산화물(NiO), 니켈 텅스텐 산화물(NiWO), 니켈 바나듐 산화물, 니켈 크롬 산화물, 니켈 알루미늄 산화물, 니켈 망간 산화물, 니켈 마그네슘 산화물, 크롬 산화물 (Cr₂O₃), 망간 산화물 (MnO₂), 및 프루시안 블루(Prussian blue)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 카운터 전기변색 층(236)은 대략 0.05 μm 내지 대략 1 μm 범위에 두께를 가질 수 있다.

예를 들어, 전기변색 스택(220)의 두께를 가로지르는 적절한 전위의 인가에 의해 개시된 전기변색 전환동안, 카운터 전극 층(236)은 이온들의 전부 또는 일부를 전송하고 그것들은 전기변색 층 (232)에 홀드되어 전기변색 층(232)에서 광학적 전환을 야기한다. 일부 실시예들에서, 예를 들어서 NiWO로 형성된 카운터 전극 층(236)의 경우에, 카운터 전극 층(236)는 또한 이온들의 손실로 광학적으로 전환하고 그것들은 전기변색 층(232)으로 전송된다. 전하가 NiWO로 구성된 카운터 전극 층(236)으로부터 제거될 때 (예를 들어, 이온들이 카운터 전극 층(236)으로부터 전기변색 층(232)으로 전송된다), 카운터 전극 층(236)은 반대 방향으로 전환될 것이다(예를 들어, 투명한 상태 로부터 어두워진 상태로).

일부 실시예들에서, 이온 전도성 층(234)은 전기변색 디바이스(220)가 광학적 상태들사이에서 전환할 때 이온들이 (예를 들어, 전해질의 방식으로) 전송되는 매개체의 역할을 한다. 일부 실시예들에서, 이온 전도성 층(234)은 전기변색 층 및 카운터 전극층(232 및 236)을 위한 관련 이온들에 대해 높은 전도도 이지만, 정상 동작 동안에는 무시할 수 있는 전자 전달이 일어나도록 충분히 낮은 전자 전도도를 갖는다. 높은 이온 전도도를 가진 얇은 전도성 층(234)은 고성능 전기변색 디바이스(220)에 대한 고속 이온 전도 및 이에 따른 고속 스위칭을 허용한다. 전자 누설 전류는 디바이스 동작 동안에 층(234)을 통과한다. 일부 실시예들에서, 이온 전도성 층(234)은 대략 0.01 μm 내지 대략 1 μm 범위에 두께를 가질 수 있다.

일부 실시예들에서, 이온 전도성 층(234)도 또한 무기물이고 고체이다. 예를 들어, 이온 전도성 층(234)은 하나 이상의 규산염, 실리콘 산화물들, 텅스텐 산화물들, 탄탈륨 산화물들, 나이오븀 산화물들, 및 붕산염로 형성될 수 있다. 실리콘 산화물은 리튬 실리콘-알루미늄-산화물을 포함한다. 이들 재료들은 리튬을 포함하는, 상이한 도펀트들로 도핑될 수 있다. 리튬 도핑된 실리콘 산화물은 리튬 실리콘-알루미늄-산화물을 포함한다.

일부 다른 실시예들에서, 전기변색 및 카운터 전극 층들(232 및 236)은 별개로 이온 전도성 층을 증착하지 않고 서로 바로 옆에 인접하게, 때때로 직접 컨택으로 형성된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 별개의 이온 전도성 층(234)보다는 제 1 및 제 2 도전 전극 층들 사이에 인터페이스 영역을 갖는 전기변색 디바이스들이 활용될 수 있다. 이런 디바이스들, 및 그것들을 제조하는 방법들은 U.S. 특허 출원 일련 번호. 12/772,055 및 12/772,075에, 각각은 2010년 4월 30일에 출원되었고, 및 특허 출원 일련 번호. 12/814,277 및 12/814,279, 각각은 2010년 6월 11일에 출원되었고, 이들 모든 네 개는 전기변색 디바이스들을 제목으로 하고 발명자들로서 Zhongchun Wang et al.을 명명한다. 각각의 이들 네 개의 출원들은 본 출원에 그 전체가 참조로서 통합된다.

일부 실시예들에서, 전기변색 디바이스(220)는 또한 하나 이상의 추가 층들(미도시), 예를 들어 하나 이상의 패시브 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 특정 광학 특성을 개선하는데 사용되는 패시브 층들이 전기변색 디바이스(220)상에 또는 그 안에 포함될 수 있다. 수분이나 스크래치 내성을 제공하기 위한 패시브 층들이 또한 전기변색 디바이스(220)내에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 전도성 층들(230 및 238)은 반사방지 또는 보호용 산화물이나 질화물 층들로 처리될 수 있다. 다른 패시브 층들은 전기변색 디바이스(220)를 완전히 밀봉시키는 역할을 할 수 있다.

추가적으로, 일부 실시예들에서, 전기변색 스택(220)에 하나 이상의 층들은 어느 정도 양의 유기 재료를 함유할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서, 전기변색 스택(220)에서 하나 이상의 층들은 하나 이상의 층들안에 어느 정도 양의 액체들을 함유할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 실시예들에서 고체 상태 재료는 증착될 수 있거나 또는 그렇지 않으면 졸-겔이나 화학적 기상 증착을 채용하는 특정 프로세스들과 같은 액체 컴포넌트들을 채용한 프로세스들에 의해 형성될 수도 있다.

추가적으로, 탈색되거나 또는 투명한 상태 및 착색된 또는 불투명한 상태 사이에서의 전환들은 구현될 수 있는 광학적 또는 전기변색 전환의 많은 예들 중에서의 단지 하나의 예이다. 본 출원에 (앞에서의 논의를 포함하여) 다른 방식으로 특정되지 않은한, 탈색-대-불투명한 전환 (또는 그것들 사이의 중간 상태들로 그리고 중간 상태들로부터)에 대한 언급이 제공될 때마다, 설명된 대응하는 디바이스 또는 프로세스는 다른 광학적 상태 전환들 예컨대, 예를 들어, 중간 상태 전환들 예컨대 퍼센트 투과율 (% T) 대 % T 전환들, 비-반사형 대 반사형 전환들 (또는 그것들 사이의 중간 상태들로 그리고 중간 상태들로부터), 탈색 대 착색되는 것으로의 전환들 (또는 그것들 사이의 중간 상태들로 그리고 중간 상태들로부터), 및 색상 대 색상 전환들 (또는 그것들 사이의 중간 상태들로 그리고 중간 상태들로부터)을 아우른다. 더구나, 용어 “탈색된(bleached)” 는 광학적으로 중성상태, 예를 들어, 착색되지 않은, 투명한 또는 반투명한 것을 지칭할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 달리 특정되지 않는다면, 전기변색 전환의 “색상(color)”은 임의의 특정 파장 또는 파장들의 범위로 한정되지 않는다.

일반적으로, 전기변색 층(232)내 전기변색 재료의 착색 또는 다른 광학적 전환은 재료로의 가역적인 이온 삽입 (예를 들어, 인터칼레이션) 및 전하-균형화(charge-balacing) 전자들의 대응 주입에 의해 야기된다. 통상적으로, 광학적 전환을 책임지는 이온들의 일부 부분은 전기변색 재료에 비가역적으로 구속된다. 비가역적으로 구속된 이온들의 일부 또는 모두는 재료에서 “블라인드 전하(blind charge)”를 보상하는데 사용된다. 일부 실시예들에서, 적절한 이온들은 리튬 이온들 (Li+) 및 수소 이온들 (H+) (즉, 양성자들)를 포함한다. 일부 다른 실시예들에서는, 그러나, 다른 이온들이 적절할 수 있다. 예를 들어, 텅스텐 산화물 (WO_3-y (0 < y ≤ ~0.3)) 내로의 리튬 이온들의 인터칼레이션(intercalation)은 텅스텐 산화물로 하여금 투명(예를 들어, 탈색된 상태)에서 블루(예를 들어,착색된 상태)로 변할 수 있게 한다.

본 출원에서 설명된 특정 실시예들에서, 전기변색 디바이스(220)는 투명한 상태 및 불투명한 또는 틴티드(tinted) 상태사이에서 가역적으로 순환한다. 일부 실시예들에서, 디바이스가 탈색된 상태에 있을 경우, 스택 내의 사용가능한 이온들이 카운터 전극(236)에 주로 존재하도록, 전위가 전기변색 스택(220)에 인가된다. 전기변색 스택(220)상의 전위의 크기가 줄어들거나 또는 그것의 극성이 역전될 때, 이온들은 이온 전도성 층(234)을 가로질러 다시 전기변색 층(232)으로 전송되어 전기변색 재료를 불투명한, 틴티드, 또는 더 어두운 상태로 전환한다. 어떤 실시예들에서, 층들(232 및 236)은 층들을 상보적으로 착색하는; 즉, 예를 들어, 이온들이 카운터 전극 층으로 전송될 때 그것들은 착색되지 않는다. 유사하게, 이온들이 전기변색 층으로부터 전송되거나 또는 그 후에 그것들은 또한 착색되지 않는다. 그러나, 극성이 스위치될 때, 또는 전위가 줄어들 때, 이온들은 카운터 전극 층으로부터 전기변색 층으로 전송되고, 카운터 전극 및 전기변색 층들 둘 다는 착색된다.

일부 다른 실시예들에서, 디바이스가 불투명한 상태에 있을 때, 스택 내의 사용가능한 이온들이 카운터 전극(236)에 주로 존재하도록, 전위가 전기변색 스택(220)에 인가된다. 이런 시스템들에서, 전기변색 스택(220)상의 전위의 크기가 줄어들거나 또는 그것의 극성이 역전될 때, 이온들은 이온 전도성 층(234)을 가로질러 다시 전기변색 층(232)으로 전송되고 전기변색 재료를 투명하거나 또는 더 밝은 상태로 전환한다. 이들 층들은 또한 상보적인 착색일 수 있다.

광학적 전환 구동 로직은 많은 상이한 제어기 구성들내에 구성될 수 있고 다른 제어 로직와 결합될 수 있다. 적절한 제어기 디자인 및 동작의 다양한 예들이 이하의 특허 출원들에 제공되고, 각각은 그 전체가 본 출원에 참조로서 통합된다: 2011년 3월 16일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/049,623 ; 2011년 3월 16일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/049,756; 2011년 3월 16일에 출원된 U.S. 특허 번호 8,213,074; 2012년 4월 17일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/449,235; 2012년 4월 17일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/449,248; 2012년 4월 17일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/449,251; 및 2011년 12월 14일에 출원된 U.S. 특허 출원 번호 13/326,168. 이하의 설명 및 관련된 도면들, 도면 9 및 10은 본 출원에서 설명된 구동 프로파일들을 구현하기에 적절한 어떤 비-제한적인 제어기 디자인 옵션들을 제시한다.

일부 실시예들에서, 전기 입력(252) 및 전기 입력(254)은 상보적인 파워 신호들을 수신, 전송 또는 송신한다. 일부 실시예들에서, 전기 입력(252) 및 그것의 보완 전기 입력(254)은 버스 바들(242 및 244)에 각각 그리고 다른 측면은, 가변적 DC 전압(예를 들어, 부호 및 크기)을 제공하는 외부 전원에 직접 연결될 수 있다. 외부 전원은 윈도우 제어기(도 10의 엘리먼트 (114) 참조) 그 자체일 수 있거나 또는 윈도우 제어기로 송신되는 빌딩으로부터의 전력 또는 그렇지 않으면 전기 입력들(252 및 254)에 결합된 전력일 수 있다. 이런 실시예에서, 전기 입력들/출력들(258 및 260)을 통하여 송신되는 전기 신호들은 윈도우 제어기와 메모리 디바이스 사이의 통신을 허용하기 위해 메모리 디바이스에 직접 연결될 수 있다. 더욱이, 이런 실시예에서, 전기 입력(256)으로의 전기 신호 입력은 전기 입력 또는 버스 바들 중 하나 이상의 전기 전위를 원격에서 측정(센싱될)될 수 있게 하는 그런 방법에서 전기 입력(252 또는 254)에 또는 버스 바들(242 또는 244)에 (IGU (102)내에) 내적으로 연결되거나 또는 결합될 수 있다. 이것이 윈도우 제어기로 하여금 윈도우 제어기로부터 전기변색 디바이스(220)에 와이어들 연결시에 전압 강하를 보상하는 것을 허용할 수 있다.

일부 실시예들에서, 윈도우 제어기는 부착되거나 (예를 들어, 유저에 의해 분리할 수 없지만 IGU(102) 외부에 부착되거나) 또는 IGU(102)내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 본 출원에 참조로서 통합되고 2011년 3월 16일에 출원되고 멀티상태 윈도우들을 위한 온보드 제어기라는 제목으로 Brown et al.등을 발명자들로 지정한 U.S. 특허 출원 일련 번호. 13/049,750(대리인 관리 번호 SLDMP008)가 “온보드” 제어기의 다양한 실시예들을 상세하게 설명한다. 이런 실시예에서, 전기 입력(252)은 외부 DC 전원의 양의 출력에 연결될 수 있다. 유사하게, 전기 입력(254)은 DC 전원의 음의 출력에 연결될 수 있다. 이하에서 설명될, 그러나, 전기적 입력들(252 및 254)은 대안적으로, 외부 저 전압 AC 전원의 출력들에 연결될 수 있다(예를 들어, HVAC 산업에 공통인 전형적인 24 V AC 변압기). 이런 실시예에서, 전기 입력들/출력들(258 및 260)은 윈도우 제어기 및 네트워크 제어기 사이의 통신 버스에 연결될 수 있다. 이 실시예에서, 전기 입력/출력(256)은 결국에는 (예를 들어, 전원에서) 시스템의 대지 접지(예를 들어, 유럽에서 보호용 어스(Earth), 또는 PE) 단자와 연결될 수 있다.

비록 도면들 7 및 8에 플롯된 전압들이 DC 전압들로 표현될 수 있지만, 일부 실시예들에서, 실제로 외부 전원에 의해 공급되는 전압들은 AC 전압 신호들이다. 일부 다른 실시예들에서, 공급된 전압 신호들은 펄스-폭 변조 전압 신호들로 변환된다. 그러나, 버스 바들(242 및 244)로 인가되거나 또는 실제로"보여지는" 전압들은 실효적으로 DC 전압들이다. 전형적으로, 단자들(246 및 248)에서 인가 전압 진동들은 대략 1 Hz 내지 1 MHz, 및 특정 실시예들에서, 대략 100 kHz의 범위에 있다. 다양한 실시예들에서, 진동들은 어둡게하는것(예를 들어, 틴팅(tinting))과 밝게하는 것(예를 들어, 탈색하는 것) 부분들의 기간 동안에 비대칭 체류 시간들을 갖는다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제 1 덜 투명한 상태로부터 제 2 더 투명한 상태로 전환하는 것은 역; 즉, 더 투명한 제 2 상태로부터 덜 투명한 제 1 상태로 전환하는 것보다 더 많은 시간을 필요로 한다. 이하에서 설명될 것과 같이, 제어기는 이들 요건들을 충족하는 드라이브 전압을 인가하도록 디자인될 수 있거나 또는 구성될 수 있다.

진동하는 인가 전압 제어는 전기변색 디바이스 스택(220)에 또는 전환 시간에 임의의 필요한 수정없이 전기변색 디바이스(220)로 하여금 하나 이상의 상태들로부터 및 상태들로의 전환에서 그리고 하나이상의 상태들에서 동작하는 것을 허용한다. 오히려, 윈도우 제어기는 다른 가능한 적절한 또는 적절한 요인들 가운데서 주파수, 듀티 사이클, 평균 전압, 진폭과 같은 요인들을 고려하여 적절한 파형 프로파일의 진동 드라이브 전압을 제공하도록 디자인되거나 또는 구성될 수 있다. 추가적으로, 이런 수준의 제어가 두 개의 종단 상태들 사이의 전체 범위에 걸친 임의의 상태로 전환하는 것을 허용한다. 예를 들어, 적절하게 구성된 제어기는 종단 상태들(예를 들어, 불투명한 및 탈색된 종단 상태들)사이의 임의의 값으로 동조될 수 있는 연속적인 범위의 투과율(% T)을 제공할 수 있다.

진동 드라이브 전압을 이용하여 중간 상태로 디바이스를 구동하기 위해서, 제어기는 간단히 적절한 중간 전압을 인가할 수 있다. 그러나, 중간의 광학적 상태에 도달하기 위한 더 효율적인 방법들이 있을 수 있다. 이것은 부분적으로는 높은 드라이브 전압들은 각각의 종단 상태들에 도달하기 위해 인가될 수 있지만 그러나 전통적으로 중간 상태에 도달하기 위해 인가되지는 않기 때문이다. 전기변색 디바이스(220)가 희망하는 중간 상태에 도달하는 비율을 증가시키기 위한 하나의 기술은 전체 전환(종단 상태로)을 위해 적절한 고전압 펄스를 먼저 인가하고 그런다음 진동의 중간 상태(방금 설명된)의 전압으로 백오프(back off) 하는 것이다. 다른 발명을 논하자면, 의도된 최종 상태를 위해 선택된 크기 및 지속기간의 최초 저 주파수 단일 펄스(중간 상태를 유지하기 위해서 채용된 주파수에 비교하여 낮은)가 전환을 가속하기 위해 채용될 수 있다. 이 최초 펄스 후에, 고 주파수 전압 진동이 희망하는 만큼 긴 중간 상태를 유지하기 위해 채용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 각각의 IGU (102)는 (예를 들어, 유지보수, 제조, 또는 재배치를 용이하게 하기 위해) IGU(102)로부터 “플러그로 접속 가능한(pluggable)” 또는 쉽게-착탈 가능한 컴포넌트(250)를 포함한다. 일부 특정 실시예들에서, 각각의 플러그-인 컴포넌트(250) 그 자체가 윈도우 제어기를 포함한다. 즉, 일부 이런 실시예들에서, 각각의 전기변색 디바이스(220)는 플러그-인 컴포넌트(250)내에 위치된 그것 자체의 개별 로컬 윈도우 제어기에 의해 제어된다. 일부 다른 실시예들에서, 윈도우 제어기는 프레임(218)의 다른 부분과, 이차 밀봉 영역내 유리 페인들 사이에, 또는 체적(226)내에 통합된다. 일부 다른 실시예들에서, 윈도우 제어기는 IGU(102)에 외부에 위치될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 각각의 윈도우 제어기는 그것들이 제어하고 구동하는 IGUs (102)와 통신할 수 있고 뿐만 아니라 하나 이상의 유선 (예를 들어, 이더넷) 네트워크들 또는 무선 (예를 들어, WiFi) 네트워크들을 통하여, 예를 들어, 유선 (예를 들어, 이더넷) 인터페이스(263) 또는 무선(WiFi) 인터페이스(265)를 통하여 다른 윈도우 제어기들, 네트워크 제어기, BMS, 또는 다른 서버들, 시스템들, 또는 디바이스들(예를 들어, 센서들)에 통신할 수 있다. 도 10을 참조한다. 이더넷 또는 와이파이 성능들을 갖는 실시예들은 또한 주거용 집들 및 다른 보다 적은-스케일 비-커머셜 애플리케이션들에 사용을 위해 적절하다. 추가적으로, 통신은 직접 또는 예를 들어, 마스터 제어기 예컨대 네트워크 제어기(112) 및 IGU(102)사이의 중간 노드를 통한 간접일 수 있다.

도 10은 예를 들어, 컴포넌트(250)로서 배치될 수 있는 윈도우 제어기(114)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 윈도우 제어기(114)는 통신 버스(262)를 통하여 네트워크 제어기와 통신한다. 예를 들어, 통신 버스(262)는 제어기 영역 네트워크 (CAN) 매체 버스 표준에 따라 디자인될 수 있다. 이런 시스템들에서, 제 1 전기 입력 (252)은 제 1 전력선(264)에 연결될 수 있고 반면 제 2 전기적 입력 (254)은 제 2 전력선(266)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기에서 설명된 것처럼, 전력선들(264 및 266)을 통하여 전송된 전력 신호들은 상보적이다; 즉, 총괄하여 그것들은 차동 신호(예를 들어, 차동 전압 신호)를 나타낸다. 일부 실시예들에서, 전력선(268)은 시스템 또는 건물 지면(예를 들여, 접지)에 연결된다. 이런 시스템들에서, CAN 버스 (262)상에서의 (예를 들어, 마이크로컨트롤러(274) 및 네트워크 제어기(112) 사이의) 통신은 CANopen 통신 프로토콜 또는 다른 적절한 오픈, 전용, 또는 오버라잉 통신 프로토콜을 따라 개별적으로 전기 입력들/출력들(258 및 260)를 통하여 송신되는 제 1 및 제 2 통신 라인들 (270) 및 (272)을 따라 진행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 통신 라인들(270 및 272)상에서 전송된 통신 신호들은 상보적이다; 즉, 총괄하여 그것들은 차동 신호(예를 들어, 차동 전압 신호)를 나타낸다.

일부 실시예들에서, 컴포넌트(250)는 CAN 통신 버스(262)를 윈도우 제어기(114)내에 결합하고, 및 특정 실시예들에서, 마이크로컨트롤러(274)내에 결합한다. 일부 이런 실시예들에서, 마이크로컨트롤러(274)는 또한 CANopen 통신 프로토콜을 구현하도록 구성된다. 마이크로컨트롤러(274)는 또한 펄스-폭 변조 증폭기 또는 펄스-폭 변조기(PWM)(276), 스마트 로직(278), 및 신호 상태기(280)와 함께 하나 이상의 구동 제어 알고리즘들을 구현하도록 구성(예를 들어, 프로그래밍된다) 되거나 또는 디자인된다. 일부 실시예들에서, 마이크로컨트롤러(274)는 예를 들어, 전압 신호의 형태로, 명령어 신호 V_COMMAND를 생성하도록 구성되고, 그런 다음 그것은 PWM(276)로 송신된다. PWM (276)는, V_COMMAND에 기초하여 제 1 (예를 들어, 양의) 컴포넌트 V_PW1 및 제 2 (예를 들어, 음의) 컴포넌트 V_PW2를 포함하는 펄스-폭 변조 파워 신호를 차례로 생성한다. 파워 신호들 V_PW1 및 V_PW2는 전기변색 디바이스(220)에서 희망하는 광학적 전환들을 일으키기 위해서 를 들어, 인터페이스 (288)를 통해 IGU(102)로, 또는 보다 상세하게는, 버스 바들(242 및 244)로 송신된다. 일부 실시예들에서, PWM (276)는 펄스-폭 변조 신호들의 듀티 사이클을 변경하도록 구성되어 신호들 V_PW1 및 V_PW2에서 펄스들의 지속기간들은 동일하지 않다: 예를 들어, PWM(276)은 첫 번째 60 % 듀티 사이클을 갖는 V_PW1을 펄스 발생시키고 두 번째 40 % 듀티 사이클 동안 V_PW2를 펄스발생시킨다. 첫 번째 듀티 사이클의 지속기간 및 두 번째 듀티 사이클의 지속기간은 총괄하여 지속기간, 각각의 파워 사이클의 t_PWM를 나타낸다. 일부 실시예들에서, PWM(276)은 추가적으로 또는 대안적으로 신호 펄스들 V_PW1 및 V_PW2의 크기들을 변경할 수 있다.

일부 실시예들에서, 마이크로컨트롤러 (274)는 하나 이상의 요인들 또는 신호들 예컨대, 예를 들어, CAN 버스 (262)를 통하여 수신된 임의의 신호들뿐만 아니라 PWM (276)에 의해 발생된 전압 또는 전류 피드백 신호들, V_FB 및 I_FB 각각에 기초하여 V_COMMAND를 생성하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 마이크로컨트롤러 (274)는 개별적으로, 피드백 신호들 I_FB 또는 V_FB에 기초하여 전기변색 디바이스 (220)에서의 전류 또는 전압 레벨들을 결정하고 상기에서 설명된 전압 프로파일들을 생성하기 위해서 상대적 펄스 지속기간들 (예를 들어, 제 1 및 제 2 듀티 사이클들의 상대적 지속기간들) 또는 파워 신호들 V_PW1 및 V_PW2의 진폭들에 영향을 미치는 하나 이상의 규칙들 또는 알고리즘들에 따라 V_COMMAND를 조절한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 마이크로컨트롤러(274)는 또한 스마트 로직(278) 또는 신호 컨디셔너(280)로부터 수신된 신호들에 응답하여 V_COMMAND를 조절할 수 있다. 예를 들어, 조정 신호 V_CON는 하나 이상의 네트워크화된 또는 비-네트워크화된 디바이스들 또는 센서들, 예컨대, 외부 광센서 또는 광검출기(282), 내부 광센서 또는 광검출기(284), 열 또는 온도 센서(286)로부터의 피드백, 또는 틴트(tint) 커맨드 신호 V_TC에 응답하여 신호 컨디셔너(280)에 의해 발생될 수 있다. 예를 들어, 신호 컨디셔너(280) 및 V_CON의 추가 실시예들은 또한 2012년 4월 17일 출원된 US 특허 출원 일련 번호 13/449,235에 설명되고 미리 참조로서 통합된다.

어떤 실시예들에서, V_TC는 IGU(102)의 틴트를 동적으로 조절하기 위해서 사용자(가령, 거주자 또는 직원)에 의해 사용되거나 조절될 수 있는 0V 내지 10V의 아날로그 전압 신호일 수 있으며(예를 들어, 사용자는 온도조절장치와 유사하게 방 또는 구역에서 IGU(102)의 틴트를 미세하게 조절 또는 변경하기 위해 빌딩(104)의 방 또는 구역 내 제어부를 사용할 수 있음), 이로써, 동적 사용자 입력을 V_COMMAND를 결정하는 마이크로컨트롤러(274) 내 로직으로 도입시킬 수 있다. 예를 들어, 0 내지 2.5V 범위에 설정된 때, V_TC는 5 % T 상태로 전환하기 위해 사용될 수 있고, 반면 2.51 내지 5 V 범위에 설정된 때, V_TC는 20 % T 상태로 전환하도록 사용될 수 있고, 및 유사하게 다른 범위 및 전압 예들 중에서 다른 범위들 예컨대 5.1 내지 7.5 V 및 7.51 내지 10 V에 대하여 유사하게 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 신호 컨디셔너(280)는 통신 버스 또는 인터페이스(290)를 통하여 앞서 언급한 신호 또는 다른 신호를 수신한다. 일부 실시예들에서, PWM(276)는 또한 스마트 로직(278)으로부터 수신된 신호 V_SMART에 기초하여 V_COMMAND를 발생시킨다. 일부 실시예들에서, 스마트 로직 (278)은 통신 버스 예컨대, 예를 들어, 인터-집적 회로(I²C) 멀티-마스터 직렬 단일-종단된 컴퓨터 버스를 통하여 V_SMART를 송신한다. 일부 다른 실시예들에서, 스마트 로직(278)은 1-WIRE 디바이스 통신 버스 시스템 프로토콜(텍사스, 달라스의 Dallas Semiconductor Corp.)로 메모리 디바이스(292)와 통신한다.

일부 실시예들에서, 마이크로 컨트롤러(274)는 하나 이상의 제어 기능들을 수행하기 위한 로직을 포함하는 프로세서, 칩, 카드, 또는 보드, 또는 이들의 조합을 포함한다. 마이크로 컨트롤러(274)의 파워 및 통신 기능들은 단일 칩, 예를 들어, 프로그램 가능한 로직 디바이스(PLD) 칩 또는 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 또는 유사한 로직에 결합될 수 있다. 이런 집적 회로들은 단일 프로그램 가능한 칩에 로직, 제어 및 파워 기능들을 결합할 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 페인(216)이 두개의 전기변색 디바이스들(220)(예를 들어, 반대 표면들 상에)을 가지거나 또는 IGU(102)가 각각이 전기변색 디바이스(220)를 포함하는 두 개 이상의 페인들(216)을 포함하는 경우에, 로직은 각각의 두 개의 전기변색 디바이스들(220)을 다른 것으로부터 독립적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 그러나, 일 실시예에서, 각각의 두 개의 전기변색 디바이스들(220)의 기능은 상승적인 방식으로, 예를 들어, 각각의 디바이스가 다른 것을 보완하기 위해 제어되는 방식으로 제어된다. 예를 들어, 광 송신, 열의 절연 효과, 또는 다른 특성의 희망하는 레벨은 개개의 전기변색 디바이스들(220)의 각각에 대한 상태들의 조합을 통하여 제어될 수 있다. 예를 들어, 하나의 전기변색 디바이스는 착색된 상태에 배치될 수 있지만 다른 것은 예를 들어, 디바이스의 투명 전극을 통하여 저항성의 가열을 위해 사용된다. 다른 예에서, 두 개의 전기변색 디바이스들의 광학적 상태들은 결합된 투과율이 원하는 결과가 되도록 제어된다.

일반적으로, 전기변색 디바이스 전환들을 제어하기 위해 사용되는 로직은 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 디자인되거나 또는 구성될 수 있다. 다시 말해서, 드라이브 회로부를 제어하기 위한 명령들은 하드 코드화(hard coded)가 될 수 있거나 또는 소프트웨어로서 제공될 수 있다. 명령들은 “프로그래밍”에 의해 제공될 수 있다라고 말해질 수 있다. 이런 프로그래밍은 디지털 신호 프로세서들에 하드 코딩된 로직을 포함하는 임의 형태의 로직 및 하드웨어로 구현된 특정 알고리즘들을 갖는 다른 디바이스들을 포함하는 것이 이해된다. 프로그래밍은 또한 범용 프로세서상에서 실행될 수 있는 소프트웨어 또는 펌웨어 명령들을 포함하는 것이 이해된다. 일부 실시예들에서, 버스 바들에 전압의 인가를 제어하기 위한 명령들이 제어기와 관련된 메모리 디바이스상에 제공되거나 또는 네트워크상에 제공된다. 적절한 메모리 디바이스들의 예들은 반도체 메모리, 자기 메모리, 광 메모리, 및 유사한 것을 포함한다. 인가 전압을 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램 코드는 임의의 통상의 컴퓨터 판독가능한 프로그래밍 언어 예컨대 어셈블리 언어, C, C++, 파스칼, 포트란, 및 유사한 것으로 기록될 수 있다. 컴파일된 객체 코드 또는 스크립트는 프로그램으로 식별된 작업들을 수행하기 위해 프로세서에 의해 실행된다.

상기에서 설명된 것처럼, 일부 실시예들에서, 마이크로 컨트롤러(274), 또는 윈도우 제어기(114)는 일반적으로, 또한 무선 제어 및 파워링 성능들과 같은 무선 성능들을 가질 수 있다. 마이크로 컨트롤러(274)로 명령들을 발송하기 위해 그리고 마이크로 컨트롤러(274)이 예를 들어, 다른 윈도우 제어기들, 네트워크 제어기(112)로, 또는 직접 BMS(110)로 데이터를 발송하기 위해 예를 들어, 무선 제어 신호들, 예컨대 무선 주파수(RF) 신호들 또는 적외선(IR) 신호들뿐만 아니라 그 중에서도, 무선 통신 프로토콜들 예컨대 와이파이(위에서 언급된), 블루투스, 지그비, 엔오션(EnOcean)이 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 무선 통신은 전기변색 디바이스(220)를 프로그래밍 또는 동작, 일반적으로 전기변색 디바이스(220) 또는 IGU(102)로부터의 입력 수신 또는 데이터 수집, 센서들로부터 입력 수신 또는 데이터 수집, 뿐만 아니라 다른 무선 통신을 위한 중계 지점으로서 윈도우 제어기 (114)를 이용 중 적어도 하나를 위해 사용될 수 있다. IGU(102)로부터 수집된 데이터는 또한 다른 유용한 데이터 또는 성능 측정지표들 중에서 전기변색 디바이스(220)가 활성화된(순환된) 다수의 회수들과 같은 카운트 데이터, 시간에 대한 전기변색 디바이스(220)의 효율을 포함할 수 있다.

윈도우 제어기(114)는 또한 무선 파워 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 윈도우 제어기는 하나 이상의 무선 파워 송신기들로부터의 송신들을 수신하는 하나 이상의 무선 파워 수신기들뿐만 아니라 윈도우 제어기(114)로 하여금 무선으로 전력을 수신하고 전기변색 디바이스(220)로 무선으로 전력을 분배하는 것을 가능하게 하는 전력 전송을 송신하는 하나 이상의 무선 파워 송신기들을 가질 수 있다. 무선 전력 송신은 예를 들어, 유도, 공진 유도, RF 전력 전송, 마이크로파 전력 전송, 및 레이저 전력 전송을 포함한다. 예를 들어, 본 출원에 참조로서 통합되고, 2010년 12월 17일에 출원된 WIRELESS POWERED ELECTROCHROMIC WINDOWS 표제의 발명자로서 Rozbicki 이름의 U.S. 특허 출원 일련 번호 12/971,576(대리인 관리 번호.SLDMP003)는 무선 파워 성능들의 다양한 실시예들을 상세하게 설명한다.

원하는 광학적 전환을 달성하기 위해서, 펄스-폭 변조 파워 신호가 생성되어 양의 컴포넌트 V_PW1는 예를 들어, 전력 사이클의 제 1 부분 동안에 버스 바(244)에 공급되고, 반면에 음의 컴포넌트 V_PW2는 예를 들어, 전력사이클의 제 2 부분 동안에 버스 바(242)에 공급된다.

일부 경우들에서, 펄스-폭 변조된 신호들의 주파수 (또는 역으로 지속기간)에 의존하여, 이것은 전력 사이클의 총 지속기간 t_PWM에 대한 첫 번째 듀티 사이클의 지속 기간의 비율에 의해 주어지는 실질적으로 V_PW1의 크기 부분에서의 버스 바(244) 플로팅으로 귀결될 수 있다. 유사하게, 이것은 전력 사이클의 총 지속기간 t_PWM에 대한 두 번째 듀티 사이클의 지속 기간의 비율에 의해 주어지는 실질적으로 V_PW2의 크기 부분에서의 버스 바(242) 플로팅으로 귀결될 수 있다. 이런 방식으로, 일부 실시예들에서, 펄스-폭 변조 신호 컴포넌트들 V_PW1와 V_PW2의 크기들간의 차이는 단자들(246 및 248)을 거친 그리고 결과적으로, 전기변색 디바이스(220)를 거친 두 배의 실효 DC 전압이다. 다른 방식으로 이야기하자면, 일부 실시예들에서, 버스 바(244)에 인가된 V_PW1의 부분 (첫 번째 듀티 사이클의 상대적 지속기간에 의해 결정됨) 및 버스 바(242)에 인가된 V_PW2의 부분(두 번째 듀티 사이클의 상대적 지속기간에 의해 결정됨)간의 차이는 전기변색 디바이스(220)에 인가된 실효 DC 전압 V_EFF이다. 부하 - 전자기 디바이스(220) - 를 통과하는 전류 IEFF는 실효 전압 VEFF를 부하의 실효 저항 (저항기(316)에 의해 표시됨) 또는 임피던스로 나눈 것과 대략 같다.

다른 실시예들

전술한 실시예들은 이해를 용이하게 하기 위해 어느 정도 상세하게 기술되었지만, 설명된 실시예들은 한정이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다. 첨부된 청구항들의 범위 내에서 몇몇 변화들 및 수정들이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 구동 프로파일들은 평면 버스 바들을 갖는 전기변색 디바이스들을 참고로 하여 설명되었지만, 그것들은 반대 극성의 버스 바들은 하나의 버스 바로부터 다른 버스 바로 투명한 전도성 층에서 상당한 오믹 전압 강하를 일으키기에 충분히 큰 거리만큼 떨어진 임의의 버스 바 방위에 적용된다. 더구나, 구동 프로파일들은 전기변색 디바이스들을 참고로 하여 설명되었지만, 그것들은 반대 극성의 버스 바들이 디바이스들의 대향 측면들에 배치되는 다른 디바이스들에 적용될 수 있다.

Claims (12)

1. 박막 전기변색 디바이스의 광학 상태를 제어하기 위한 제어기로서, 상기 제어기는
   박막 전기변색 디바이스 상의 버스 바들 사이에 전압을 인가하거나 전압을 인가하기 위한 명령을 제공하기 위한 회로,
   (a) 0-10V의 아날로그 신호를 수신하는 동작 - 상기 아날로그 신호는 상기 박막 전기변색 디바이스의 타깃 광학 상태를 나타내는 틴트 커맨드 신호(V_TC)이고, 상기 타깃 광학 상태는 사용자에 의해 특정됨 - ,
   (b) 로직을 이용해 상기 아날로그 신호를 번역하고 이에 응답하여 제1 전압을 생성하는 동작, 및
   (c) 제1 전압에 기초하여 제2 전압을 생성하고, 제2 전압을 박막 전기변색 디바이스와 전기 통신하는 버스 바로 인가함으로써, 박막 전기변색 디바이스가 상기 아날로그 신호에 의해 특정된 방식으로 타깃 광학 상태로 변경되게 하는 동작
   을 수행하도록 설계 또는 구성된 처리 구성요소를 포함하는, 제어기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 아날로그 신호를 수신하도록 구성된 신호 컨디셔너를 더 포함하는, 제어기.
4. 제3항에 있어서, 마이크로제어기를 더 포함하며, 상기 신호 컨디셔너는 수신된 아날로그 신호에 기초하여 컨디셔닝 신호(V_CON)를 생성하도록 구성되고, 상기 컨디셔닝 신호(V_CON)는 제1 전압이며, 상기 마이크로제어기는 컨디셔닝 신호(V_CON)에 기초하여 커맨드 신호(V_COMMAND)를 생성하도록 구성되는, 제어기.
5. 제4항에 있어서, 펄스 폭 변조기를 더 포함하며, 상기 펄스 폭 변조기는 커맨드 신호(V_COMMAND)를 수신하고 수신된 커맨드 신호(V_COMMAND)에 기초하여 제2 전압을 생성하도록 구성되는, 제어기.
6. 제5항에 있어서, 펄스 폭 변조기는 전류 피드백 신호(I_FB) 및/또는 전압 피드백 신호(V_FB)를 생성하고, 마이크로제어기는 전류 피드백 신호(I_FB) 및/또는 전압 피드백 신호(V_FB)를 이용하여 커맨드 신호(V_COMMAND)를 생성하도록 구성되는, 제어기.
7. 제3항에 있어서, 상기 신호 컨디셔너는 외부 광센서 또는 광검출기, 내부 광센서 또는 광검출기, 및 열 또는 온도 센서로 구성된 군 중에서 선택된 하나 이상의 센서로부터 피드백을 수신하도록 더 구성되는, 제어기.
8. 제1항에 있어서, 제2 전압은 양의 성분(V_PW1)과 음의 성분(V_PW2)을 포함하는, 제어기.
9. 제8항에 있어서, 제2 전압의 양의 성분(V_PW1) 및 음의 성분(V_PW2)은 같지 않은 지속시간을 갖는 펄스로 공급되는, 제어기.
10. 제8항에 있어서, 펄스 폭 변조기를 더 포함하며, 상기 펄스 폭 변조기는 제2 전압의 양의 성분(V_PW1) 및 음의 성분(V_PW2)의 크기를 변조하도록 구성되는, 제어기.
11. 제1항에 있어서, 버스 바로 인가되는 제2 전압은 버스 바들 사이의 박막 전기변색 디바이스의 영역이 박막 전기변색 디바이스에 손상을 주는 것을 피하는 최대 유효 전압과 박막 전기변색 디바이스의 광학 상태의 변화를 구동시키는 최소 유효 전압 사이의 유효 전압을 겪도록 하는 크기를 가지며, 상기 제2 전압은 최대 유효 전압보다 큰, 제어기.
12. 제11항에 있어서, 제2 전압은 2.3-6V의 크기를 갖는, 제어기.

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