TW201835583A - 用於偵測至少一個可切換光學元件之基板之破裂的方法及可切換光學裝置 - Google Patents

用於偵測至少一個可切換光學元件之基板之破裂的方法及可切換光學裝置 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種用於偵測至少一個可切換光學元件(10)之基板(A、B)之破裂的方法。該至少一個可切換光學元件(10)包括第一基板(A)及第二基板(B)，該第一基板(A)經第一電極塗覆且該第二基板(B)經第二電極塗覆；及可切換層(14)，該可切換層(14)夾於該第一基板(A)與該第二基板(B)之間，該第一電極及該第二電極各自具有至少一個觸點。 該方法包括以下中之至少一者： i) 量測在基板(A、B)之兩個觸點處量測之差動信號之變化，及 ii) 量測該兩個基板(A、B)之間之電容之變化， iii) 量測該等基板(A、B)中之至少一者之電阻之變化， iv) 量測施加至該可切換光學元件(10)之電流之變化。 另外，提供經構造以實施該方法之可切換光學元件。

Description

用於偵測至少一個可切換光學元件之基板之破裂的方法及可切換光學裝置
本發明係關於用於偵測至少一個可切換光學元件之基板之破裂之方法，其中至少一個可切換光學元件包括第一基板及第二基板，第一基板經第一電極塗覆且第二基板經第二電極塗覆；及可切換層，該可切換層夾於第一基板與第二基板之間。本發明之另一態樣係關於能夠偵測可切換光學元件之破裂之可切換光學裝置。
R. Baetens等人之綜述文章「Properties, requirements and possibilities of smart windows for dynamic daylight and solar energy control in buildings: A state-of-the-art review」, Solar Energy Materials & Solar Cells 94 (2010)第87-105頁闡述可染色智慧窗。智慧窗可使用若干技術來調節透光率，例如基於電致變色之裝置、液晶裝置及電泳或懸浮顆粒裝置。基於液晶之裝置採用兩個導電電極間之液晶分子之定向的變化，該變化係藉由施加電場以改變透射率所產生。 可使用智慧窗來動態控制光及熱之透射。智慧窗包括具有能夠採用不同狀態之可切換層之可切換光學元件。可切換層包埋於兩個基板之間。可使用智慧窗作為建築及車輛中之窗。 在建築或車輛中之許多應用中，需要使用警報玻璃。警報玻璃係可與積體電路組合之韌化玻璃。通常藉由導體環路來形成電路。在玻璃破裂時，導體環路中斷。或者，可將麥克風附接至玻璃上。麥克風可偵測在玻璃破裂時或在有人試圖打破玻璃時之振動。 韌化玻璃係一類藉由受控熱或化學處理進行處理以與正常玻璃相比增加其強度之安全玻璃。回火可壓縮外表面並拉伸內表面。該等應力使得玻璃在破裂時粉碎成較小粒狀塊體而非破碎成呈玻璃片形式之鋸齒狀碎片。藉由破裂成較小粒狀塊體，積體電路(例如導體環)可在玻璃破裂時可靠地破裂。 在具有液晶層作為可切換層之智慧窗中，該可切換層夾於兩個玻璃基板之間。為形成具有均勻光學性質之可切換層，玻璃基板必須足夠平坦。韌化玻璃並不滿足此需求。 可藉由將此一包括韌化玻璃層及電路之警報玻璃層壓至可切換光學元件之一側來賦予可切換光學元件偵測玻璃破裂之能力。然而，出於美觀原因，不期望使用額外層。另外，所添加警報玻璃層使得所得智慧窗更複雜及昂貴。另外，智慧窗因其電行為而展現可能無法由層壓至可切換光學元件之警報玻璃偵測之其他故障機制。舉例而言，使用層壓警報玻璃不能偵測出僅影響可切換光學元件之一個基板層之損壞。該等故障僅可偵測為窗發生故障且切換性較差。另外，韌化玻璃並不平坦且可在經可切換光學元件層壓時引起光學缺陷。
本發明之一目標係提供能夠偵測可切換光學元件之破裂之方法。 本發明之另一目標係提供能夠偵測藉由破裂可切換光學元件之至少一個基板層所引起之故障的方法。 提供偵測至少一個可切換光學元件之基板之破裂之方法。至少一個可切換光學元件包括第一基板及第二基板，第一基板經第一電極塗覆且第二基板經第二電極塗覆；及可切換層，該可切換層夾於第一基板與第二基板之間，第一電極及第二電極各自具有至少一個觸點。 該方法進一步包括以下中之至少一者： i)量測在基板之兩個觸點之間量測之差動信號之變化，及 ii)量測兩個基板之間之電容之變化， iii)量測至少一個基板之電阻之變化， iv)量測施加至可切換光學元件之電流之變化。 在第一變化形式i)中，該方法包括以下步驟： a) 藉由將由測試信號源提供之測試信號施加至至少一個可切換光學元件來將電場施加於第一電極與第二電極之間，其中測試信號係AC信號，且其中測試信號源之輸出分成兩根信號線，第一電極具有至少兩個觸點且每一信號線與第一電極之另一觸點連接， 且第二電極之至少一個觸點連接至參考電位， b) 量測兩根信號線之間之差動信號，及 c) 若差動信號之至少一個參數超過預定臨限值或若差動信號之至少一個參數之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板，其中該參數較佳係幅值、相移及/或波形變形。 在第二變化形式ii)中，該方法包括以下步驟： a) 量測第一電極之一個觸點與第二電極之一個觸點之間的電容，及 b) 若所量測電容低於預定臨限值或若所量測電容之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 在第三變化形式iii)中，該方法包括以下步驟： a) 量測第一電極之兩個觸點間之電阻及/或量測第二電極之兩個觸點間之電阻，第一電極及/或第二電極各自具有至少兩個觸點，及 b) 若所量測電阻超過預定臨限值或若所量測電阻之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 在第四變化形式iv)中，該方法包括以下步驟： a) 藉由將AC驅動信號施加至第一電極之至少一個觸點及第二電極之至少一個觸點來將電場施加於第一電極與第二電極之間，AC驅動信號經組態以使可切換光學元件在該可切換光學元件之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態，及 b) 量測AC驅動信號之電流，及 若所量測電流超過預定臨限值或若所量測電流之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。
該方法之所有4種變化形式i)至iv)可單獨使用或與其他變化形式中之一或多者組合使用。 另外或替代地，可實施變化形式i)，其中第一基板及第二基板可互換。舉例而言，將測試信號施加至第二電極之兩個觸點且第一電極之至少一個觸點連接至參考電位。 可切換光學元件較佳係夾心式結構，其中可切換層包埋於兩個基板層之間。 切換層較佳地包括液晶介質。將液晶介質定義為具有液晶性質之物質。典型液晶介質包括至少一種具有狹長桿形分子之組合物。將兩個基板及液晶介質配置為液晶介質置於由兩個基板形成之間隙中之單元。間隙大小較佳地為1 µm至300 µm、較佳地3 µm至100 µm及更佳地20 µm至100 µm。結合本發明所使用之液晶介質具有至少兩種狀態。使用電場來控制液晶介質之狀態。 兩個基板中之每一者經電極塗覆。電極可為透明、不透明或半透明的。較佳地，電極為半透明或透明的。 為向可切換層施加電場，在兩個電極之間施加AC驅動信號。在藉由施加AC驅動信號來使可切換層暴露於電場時，液晶分子之配向得以改變，由此改變可切換層之狀態。 AC驅動信號較佳係週期性信號，例如正方形信號或正弦信號。較佳地，AC驅動信號具有0.01 Hz至100 Hz之頻率。 較佳地選擇AC驅動信號之幅值(其可以峰間電壓形式給出)，從而所得電場足以切換可切換層及/或使可切換層保持於期望狀態。 可切換光學元件之電性質可以簡單等效電路來表示，其中代表第一電極之第一電阻器、代表可切換層之電容器及代表第二電極之第二電阻器串聯連接至AC驅動信號源。 在損壞之可切換光學元件中，電阻器及電容器之性質發生變化。另外，第一電路與第二電極之間可發生短路，此可藉由與電容器並聯之另一電阻器表示於基礎模型中。若電極具有一個以上觸點，則應使用更複雜之等效電路，其中藉由較小電阻器之網絡來代表第一電極及第二電極且同樣藉由複數個較小電容器來代表可切換層。此一等效電路展示於圖3中。 所提出方法使用電性質之該等變化來偵測可切換光學元件之破裂之基板。 在第一變化形式i)中，實施主動量測，其中將測試信號施加至可切換光學元件且量測反應。藉由使用此測試信號，可獨立於施加AC驅動信號之可切換光學元件之正常操作來實施量測。在可切換光學元件處於不施加AC驅動信號之關斷狀態時，測試信號亦較佳處於作用中。測試信號應不影響可切換光學元件之狀態。因此，選擇幅值及/或頻率，從而不影響可切換光學元件之狀態變化。較佳地，使用與AC驅動信號相比之高頻率及低幅值信號來實現此目的。 為施加測試信號，可切換光學元件之第一電極包括至少兩個觸點。施加測試信號之信號線分成兩根信號線並將測試信號施加至兩個觸點。第二電極之觸點連接至參考電位、較佳地接地電位。 在兩根信號線連接至正常、未破裂可切換光學元件之基板時，由於測試信號所產生之電流同樣流經兩根信號線。因此，在該兩個連接之間沒有(或幾乎沒有)量測到電壓差。 在至少一個基板破裂或損壞時，可切換光學元件之電性質發生變化。在等效電路中，此可描述為一或多個構成總電容或電阻之電阻器及/或電容器丟失或已改變(例如參見圖4)。流向可切換光學元件之電流變得不對稱。舉例而言，此在連接至基板之兩根信號線之間產生電壓差。在具有至少一個損壞基板之可切換光學元件上，此電壓差可量測為差動信號。可(例如)使用電隔離示波器(galvanic isolated scope)或藉由使用差動放大器來量測此差動信號。 為偵測破裂之基板，可分析所量測差動信號之一或多個參數。一或多個參數較佳係選自幅值、相移及/或波形變形。較佳地，自表示為隨時間而變化之電壓之信號來測定此參數。 為偵測一或多個參數之變化，較佳地對一或多個分析參數與各別參考值進行比較。參考值可為預定的或可在初始校準量測中設定。若變化(其可由各別參數與參考值之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 另外或替代地，可對一或多個分析參數與預定臨限值進行比較且在該參數超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 另外或替代地，將各別參數較佳地與各別參數之先前量測值之移動平均值進行比較。若變化(其可由各別參數與移動平均值之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 較佳地，測試信號係週期性信號，其頻率不同於可切換光學元件之AC驅動信號之頻率。週期性信號之適宜實例係正弦信號及正方形信號。AC驅動信號經組態以使可切換光學元件在該可切換光學元件之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態。與之相比，測試信號較佳地經組態以便測試信號並不影響可切換光學元件之狀態變化。為不影響可切換光學元件之狀態，測試信號之所選頻率較佳地在1 kHz至1000 kHz範圍內，尤佳地在5 kHz至40 kHz範圍內。較佳地，測試信號具有固定頻率。已發現，頻率應選擇為5 kHz或更高以確保適當差動信號偵測。在低於5 kHz時，已發現，正弦波存在顯著衰減，較佳地應避免此情形。 另外，幅值(其可表示為峰間電壓)應低於可切換光學元件之可切換層之切換臨限值。 較佳地，測試信號之峰間電壓在10 mV至1000 mV範圍內，較佳地在100 mV至300 mV範圍內 通常，差動信號之頻率對應於測試信號之頻率。此可用於藉由施加定中心於測試信號頻率之帶通濾波器來分析測試信號。藉由使用此一濾波器，可減少電雜訊，從而促進差動信號之進一步分析。 對於測試信號之來源，可使用函數產生器。在一實施例中，使用另一作為AC驅動信號之來源之函數產生器，且兩個函數產生器串聯並用於將包括測試信號及AC驅動信號之總和信號施加至第一電極之至少兩個觸點。在一替代實施例中，可使用任意函數產生器來產生包括測試信號及AC驅動信號之總和信號。 在該方法之第二變化形式ii)中，實施被動量測，其中量測第一電極之一個觸點與第二電極之一個觸點之間的至少一個電容。在基礎等效電路中，可切換光學元件可視為平行板電容器。若至少一個基板損壞，則電容將發生變化。初始電容取決於可切換光學元件之面積、兩個基板層之間之間隙之大小及可切換層之介電性質。 為偵測所量測電容之變化，較佳地對所量測電容與參考電容進行比較。參考電容可為預定的或可在初始校準量測中設定。若變化(其可由所量測電容與參考電容之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 另外或替代地，對所量測電容與預定臨限值進行比較且在所量測電容低於預定臨限值時偵測破裂之基板。 在操作可切換光學元件期間，可藉由使信號源連接至第一電極及第二電極來將經組態以使可切換光學元件在該可切換光學元件之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態之AC驅動信號施加至可切換光學元件。端視電流切換狀態及可切換層之性質，AC驅動信號可影響電容量測。因此，在選擇參考電容時，較佳考慮電流切換狀態及切換層之性質。另外，對於可切換層之每一不同狀態而言，可選擇不同參考電容。 另外或替代地，較佳地對電容與先前所量測電容值之移動平均值進行比較。若變化(其可由電容與移動平均值之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 使用移動平均值係有利的，此乃因無需校準來補償可切換光學元件之不同大小及可切換層之特定性質。 在該方法之第三變化形式iii)中，實施被動量測，其中量測第一電極之兩個觸點之間及/或第二電極之兩個觸點之間的至少一個電阻。在基礎等效電路中，每一電極可視為薄片電阻器。若一個基板損壞且由此位於各別基板上之電極損壞，則電阻發生變化。初始電阻取決於電極大小及電極材料。 為偵測所量測電阻之變化，較佳地對所量測電阻與參考電阻進行比較。參考電阻可為預定的或可在初始校準量測中設定。若變化(其可由所量測電阻與參考電阻之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 另外或替代地，對所量測電阻與預定臨限值進行比較且在所量測電阻超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 另外或替代地，較佳地對電阻與先前所量測電阻值之移動平均值進行比較。若變化(其可由電阻與移動平均值之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 使用移動平均值係有利的，此乃因無需校準來補償可切換光學元件之不同大小及電極之特定性質。 藉由使用第一電極之單一觸點及第二電極之單一觸點將信號源連接至第一電極及第二電極，可將經組態以使可切換光學元件在該可切換光學元件之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態之AC驅動信號施加至可切換光學元件。因此，並不干擾電阻量測及可切換光學元件之驅動。 在該方法之第四變化形式iv)中，實施主動量測，其中將用於將可切換光學元件切換至某一狀態或使可切換光學元件保持於某一狀態之AC驅動信號施加至第一電極之至少一個觸點及第二電極之至少一個觸點。 在基礎等效電路中，可切換光學元件可由串聯之第一電阻器、電容器及第二電阻器來表示。在施加AC驅動信號時，電容器週期性充電並放電，由此AC電流因AC驅動信號而發生流動。量測電流。在AC驅動信號不變的同時所量測電流之變化可指示兩個電極之間因至少一個基板破裂而發生短路。在基礎等效電路中，此可表示為額外電阻器並聯至電容器。 為偵測所量測電流之變化，較佳地對所量測電流與參考電流進行比較。參考電流可為預定的或可在初始校準量測中設定。若變化(其可由所量測電流與參考電流之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 另外或替代地，對所量測電流與預定臨限值進行比較且在所量測電流超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 另外或替代地，較佳地對電流與先前所量測電流值之移動平均值進行比較。若變化(其可由電阻與移動平均值之間之差之絕對值來表示)超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。 使用移動平均值係有利的，此乃因無需校準來補償可切換光學元件之不同大小及電極與可切換層之特定性質。另外，絕對電流之可靠量測難於偵測變化，尤其對於AC驅動信號之低峰間電壓而言。因此，對所量測值與先前值進行比較且由此僅偵測所量測電流之變化係較佳的。 較佳地，組合i)至iv)中之兩種變化形式以偵測可切換光學元件之破裂之基板。在一尤佳實施例中，組合i)至iv)中之三種變化形式且最佳地組合i)至iv)中所有四種變化形式。藉由使用一種以上之變化形式來偵測破裂之基板，可改良偵測之可靠性。另外，藉由組合一種以上之變化形式，可切換光學元件之電性質得以充分測試，從而可可靠地偵測可影響可切換光學元件之性能之極小損壞。 較佳地，使至少兩個可切換光學元件並聯。此容許若干可切換光學元件使用公用驅動及破裂偵測元件。在第一變化形式中，每一可切換光學元件藉由個別信號線連接至公用信號源，其中每一個別信號線具有量測電阻器。每一可切換光學元件連接至個別量測裝置或連接至公用量測裝置之不同通道。在第二變化形式中，使至少兩個可切換光學元件並聯至同一對信號線且連接至同一量測裝置。 較佳地，可切換光學元件係建築或車輛之窗之一部分。此一窗可包括一或多個可切換光學元件。可切換光學元件可配置成堆疊組態，其中每一可切換光學元件較佳地具有不同光學性質。另外或替代地，若干可切換光學元件可彼此鄰接配置於單一平面中，由此形成較大窗。若在窗中包含兩個或更多個可切換光學元件，則每一可切換光學元件可連接至個別電路以用於供應AC驅動電壓及/或用於偵測至少一個基板之破裂。或者，至少兩個可切換光學元件可連接至用於公用元件以用於供應AC驅動電壓及/或用於偵測至少一個基板之破裂。 本發明之另一態樣提供一種可切換光學裝置，其包括：至少一個可切換光學元件及用於產生AC驅動信號之第一信號產生器，至少一個可切換光學元件包括第一基板及第二基板，第一基板經第一電極塗覆且第二基板經第二電極塗覆；及可切換層，可切換層夾於第一基板與第二基板之間，第一電極及第二電極各自具有至少一個觸點。 較佳地，可切換光學裝置經組態以實施所闡述方法之至少一種變化形式。因此，針對該方法所闡述之特徵亦適用於可切換光學裝置，且針對可切換光學裝置所闡述之特徵亦適用於該方法。 在第一變化形式i)中，可切換光學裝置進一步包括：用於產生測試信號之第二信號產生器，該測試信號係AC信號；量測單元及評估單元，第二信號產生器之輸出分成兩根信號線。第一電極具有至少兩個觸點且每一信號線連接至第一電極之至少兩個觸點之另一者。第二電極之至少一個觸點連接至參考電位。量測單元連接至兩根信號線且量測單元經組態以量測差動信號。評估單元經組態以在差動信號之至少一個參數超過預定臨限值時或在差動信號之至少一個參數之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 在第二變化形式ii)中，可切換光學裝置進一步包括量測單元及評估單元。量測單元經組態以量測第一電極之一個觸點與第二電極之一個觸點之間的電容。評估單元經組態以在所量測電容低於預定臨限值時或在所量測電容之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 在第三變化形式iii)中，可切換光學裝置進一步包括量測單元及評估單元。第一電極及/或第二電極具有至少兩個觸點且量測單元經組態以量測第一電極及第二電極中之至少一者之兩個觸點之間的電阻。評估單元經組態以在所量測電阻超過預定臨限值時或在所量測電阻之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 在第四變化形式iv)中，可切換光學裝置進一步包括量測單元及評估單元。量測單元經組態以量測第一電極之一個觸點與第二電極之一個觸點之間之AC驅動信號的電流。評估單元經組態以在所量測電流超過預定臨限值時或在所量測電流之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板。 量測單元、評估單元、第一信號產生器及第二信號產生器可構造為單獨裝置。或者，量測單元、評估單元、第一信號產生器及第二信號產生器中之一或多者可組合於單一裝置中。 較佳地，第一信號產生器及變化形式i)之第二信號產生器構造為單一任意函數產生器以產生包括AC驅動信號及測試信號之總和信號。因此，僅單一信號源必須連接至可切換光學元件。 4種變化形式i)至iv)中之每一者可單獨使用，或與4種變化形式中之至少另一者組合使用。在使用一種以上變化形式時，各別量測單元及/或評估單元可組合於一個裝置中。 另外或替代地，可實施變化形式i)，其中第一基板及第二基板可互換。舉例而言，將信號線連接至第二電極之兩個觸點且第二電極之至少一個觸點連接至參考電位。 至少一個可切換光學元件較佳係夾心式結構，其中可切換層包埋於兩個基板層之間。 基板可由玻璃或聚合物組成。適宜玻璃基板包含(例如)浮製玻璃、下拉玻璃、化學韌化玻璃、硼矽酸鹽玻璃及鋁矽酸鹽玻璃。適宜聚合物基板包含(例如)聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚乙烯丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚醯亞胺(PI)、COP (環狀烯烴聚合物)及TAC (三乙醯基纖維素)。 切換層較佳地包括液晶介質。將液晶介質定義為具有液晶性質之物質。典型液晶介質包括至少一種具有狹長桿形分子之組合物。將兩個基板及液晶介質配置為液晶介質置於由兩個基板形成之間隙中之單元。間隙大小較佳為1 µm至300 µm、較佳地3 µm至100 µm及更佳地20 µm至100 µm。 每一基板經電極塗覆。電極可為透明、不透明或半透明的。較佳地，使用導電透明氧化物(TCO)作為電極。透明電極之適宜實例係氧化物銦錫(ITO)透明電極。 使基板較佳地進行定向，從而電極塗覆側在夾心式結構中彼此面向。 另外，基板可另外包括配向膜，該配向膜配置於面向可切換層之一側。可在配向方向上摩擦配向膜。 較佳地，第一電極及第二電極之至少一個觸點位於各別基板之拐角處，其中在變化形式i)及iii)中，每一電極之至少兩個觸點位於各別基板之相對拐角處。較佳地，藉由去除矩形基板之兩個對角拐角以容許接近觸點來切割兩個玻璃基板。 較佳地，第一電極層之觸點及第二電極層之觸點位於可切換光學元件之不同拐角上。 較佳地，使至少兩個可切換光學元件並聯。此容許若干可切換光學元件使用公用元件(例如第一信號產生器、第二信號產生器、量測單元及/或評估單元)。 較佳地，可切換光學裝置之可切換光學元件係建築或車輛之窗之一部分。可切換光學元件可包括一或多個可切換光學元件。可切換光學元件可配置成堆疊組態，其中每一可切換光學元件較佳地具有不同光學性質。另外或替代地，若干可切換光學元件可彼此鄰接配置於單一平面中，由此形成較大窗。 圖1繪示使用電阻量測被動偵測可切換光學元件10之基板破裂之示意圖。 藉由製備導電塗覆玻璃之兩個薄板(用作基板)來獲得可切換光學元件10。製備具有不同大小之兩個可切換光學元件10。第一試樣之玻璃薄板之大小為30 cm × 40 cm。對於第二試樣而言，使用具有不同塗層之20 cm × 30 cm之玻璃薄板。 使用玻璃切割及碾磨，切割每一基板之兩個相對拐角。在洗滌基板之後，將聚醯亞胺印刷於其透明導電氧化物(TCO)塗覆側。然後在烘箱中烘烤基板且摩擦聚醯亞胺以獲得互轉90 °之配向層(扭轉向列組態)。隨後，將基板配置為具有25 µm單元間隙之單元。對基板進行定向，從而使配向層面向單元間隙內側。在組合成單元時，一個基板之切割拐角面向另一基板之未切割拐角，從而得到4個可確立電接觸之區域。利用摻雜染料之液晶混合物使用真空填充來填充單元，壓製並置於烘箱中以進行最終固化步驟。藉由焊接將電導線附接至接觸區域。 第一基板具有兩個觸點(在圖1中標記為A1及A2)。同樣，第二基板具有兩個觸點(在圖1中標記為B1及B2)。可(例如)使用萬用表來量測第一基板之TCO電極之電阻R1及第二基板之電阻R2。 為測試兩種所製備試樣，使用Fluke 175萬用表。對於未破裂可切換光學元件而言，兩個基板層之電阻值(R1及R2)皆為約340Ω (對於第一試樣)及約 65Ω (對於第二試樣)。隨後，破裂兩種試樣且重複量測電阻值。兩種試樣之所量測電阻皆高於1MΩ。 圖2繪示使用電容量測被動偵測可切換光學元件10之基板破裂之示意圖。 如針對圖1所闡述來製備兩種試樣。在第一基板之一個觸點(例如觸點A1)與第二基板之一個觸點(例如觸點B1)之間量測第一電容C1。視情況，在觸點A2與B2之間量測第二電容C2。 可使用萬用表來量測可切換光學元件10之電容。為量測所製備試樣，使用Fluke 175萬用表。在表1中給出量測結果。 (表1) 可在破裂狀態與未破裂狀態之間觀察到明顯差異。 圖3展示用於主動量測未破裂可切換光學元件10之等效電路。 可切換光學元件10依序包括第一基板A、可切換層14及第二基板B且配置成夾心式結構。第一基板A及第二基板B各自經其面向可切換層14之一側上之電極塗覆。 在所繪示等效電路中，藉由電阻器Rs 及Rp 之網絡來表示電極且藉由複數個電容器C來表示可切換層14。在等效電路之所繪示試樣中，5個電阻器Rs 進行串聯且位於各別基板A及B之平面中，且6個並聯配置之電阻器Rp 各自連接於一個電阻器Rs之一側。每一電阻器Rp之另一側連接至可切換層14之一個電容器C。 為偵測破裂之基板A、B，使用信號產生器20將測試信號施加至可切換光學元件10。亦使用信號產生器20來產生AC驅動信號。信號產生器20之正輸出+分成兩根信號線21、22。包括第一量測電阻器23之第一信號線21連接至第一基板A之第一觸點A1。包括第二量測電阻器24之第二信號線22連接至第一基板A之第二觸點A2。第二基板B之兩個觸點B1及B2連接至信號產生器20之參考電位。 量測裝置30連接至兩根信號線21及22且經組態以量測差動信號。舉例而言，量測裝置30可為電隔離示波器或可基於差動放大器。量測結果展示於圖5a及5b中，其中圖5a展示僅施加AC驅動信號之差動信號量測且圖5b展示施加AC驅動信號及測試信號之差動信號量測。 在圖3中所繪示之情形下，兩個基板皆未破裂。根據圖3之等效電路，兩個觸點A1及A2具有相同電位且流經兩根信號線21及22之電流相等。因此，可偵測到並無差動信號或僅較小差動信號。 圖4展示主動量測破裂可切換光學元件11之等效電路。 如針對圖3已闡述，可切換光學元件10依序包括第一基板A、可切換層14及第二基板B且配置成夾心式結構。第一基板A及第二基板B經其面向可切換層14之一側上之電極塗覆。 在所繪示等效電路中，藉由電阻器Rs 及Rp 之網絡來表示電極且藉由複數個電容器C來表示可切換層14。在等效電路之所繪示試樣中，5個電阻器Rs 進行串聯且位於各別基板A及B之平面中，且6個並聯配置之電阻器Rp 各自連接於一個電阻器Rs之一側。每一電阻器Rp之另一側連接至可切換層14之一個電容器C。 對可切換光學元件10之任何損壞將誘導改變電阻器Rs及Rp中之至少一者及/或至少一個電容器C。在圖4中所展示之實例中，破裂可切換光學元件11之第一基板A發生損壞且位於鄰近第一觸點A1處之電阻器16之電阻有所增加。 為偵測破裂之基板A，使用信號產生器20將測試信號施加至破裂可切換光學元件11。亦使用信號產生器20來產生AC驅動信號。信號產生器20之正輸出+分成兩根信號線21、22。包括第一量測電阻器23之第一信號線21連接至第一基板A之第一觸點A1。包括第二量測電阻器24之第二信號線22連接至第一基板A之第二觸點A2。第二基板B之兩個觸點B1及B2連接至信號產生器20之參考電位 –。 量測裝置30連接至兩根信號線21及22且經組態以量測差動信號。第一基板損壞之可切換光學裝置10之量測結果展示於圖6a至6c中，其中圖6a展示僅施加AC驅動信號之差動信號量測，圖6b展示施加AC驅動信號及第一測試信號之差動信號量測且圖6c展示施加AC驅動信號及第二測試信號之差動信號量測。 圖5a及5b展示圖3之未破裂可切換光學元件10之差動信號量測之量測結果。 如針對圖1所闡述來製備可切換光學元件10。對於量測裝置30而言，使用Fluke 199C賈法尼隔離示波器。使用該示波器所獲得之跡線展示於圖5a及5b中。 圖5a展示僅施加AC驅動信號之差動信號量測之跡線。以AC驅動信號形式施加60 Hz正方形信號以使可切換光學元件10保持於其一種狀態。跡線中之尖峰係藉由由AC驅動信號所致之電容器充電/放電所引起。另外，未偵測到差動信號。 圖5b展示施加AC驅動信號及測試信號之差動信號量測之跡線。該跡線展示與不使用測試信號之圖5a之跡線並無差異。測試峰間電壓為100 mV至300 mV且頻率在5 kHz至40 kHz範圍內之不同正弦波測試信號。可偵測到並無差動信號。 圖6a、6b及6c展示圖4之破裂可切換光學元件11之差動信號量測之量測結果。 如針對圖1所闡述來製備可切換光學元件10。然後藉由破裂之基板來損壞可切換光學元件10以獲得破裂可切換光學元件11。基板中之所得裂縫推擠至一起以封閉任何間隙。對於量測裝置30而言，使用Fluke 199C賈法尼隔離示波器。使用該示波器所獲得之跡線展示於圖6a至6c中。 圖6a展示僅施加AC驅動信號之差動信號量測之跡線。以AC驅動信號形式施加60 Hz正方形信號以使破裂可切換光學元件11保持於其一種狀態。跡線中之尖峰係藉由由AC驅動信號所致之電容器充電/放電所引起。另外，未偵測到差動信號。 圖6b展示施加AC驅動信號及第一測試信號之差動信號量測之跡線。對於第一測試信號而言，使用頻率為5 kHz之正弦波。偵測到差動信號，其指示第一觸點A1及第二觸點A2因第一基板A之電極之電阻變化而不處於相同電位下。 圖6c展示施加AC驅動信號及第二測試信號之差動信號量測之另一跡線。對於第二測試信號而言，使用頻率為40 kHz之正弦波。偵測到差動信號，其指示第一觸點A1及第二觸點A2因第一基板A之電極之電阻變化而不處於相同電位下。所偵測差動信號與測試信號具有相同頻率且顯著可見於圖6b及6c中所展示之跡線中。 圖7展示用於主動量測具有短路之破裂可切換光學元件11之等效電路。 如針對圖3已闡述，可切換光學元件10依序包括第一基板A、可切換層14及第二基板B且配置成夾心式結構。第一基板A及第二基板B經其面向可切換層14之一側上之電極塗覆。 在所繪示等效電路中，藉由電阻器Rs 及Rp 之網絡來表示電極且藉由複數個電容器C來表示可切換層14。在等效電路之所繪示試樣中，5個電阻器Rs 進行串聯且位於各別基板A及B之平面中，且6個並聯配置之電阻器Rp 各自連接於一個電阻器Rs之一側。每一電阻器Rp之另一側連接至可切換層14之一個電容器C。 除改變電阻器Rs及Rp中之至少一者及/或至少一個電容器C外，破裂之基板A及B中之至少一者可在第一基板A之第一電極與第二基板B之第二電極之間誘導短路。在圖7中所展示之實例中，破裂可切換光學元件11發生損壞，從而兩個電極直接彼此接觸。此可在圖7之等效電路中表示為增加電阻器18，該電阻器與代表可切換層之一個電容器C並聯。 為偵測兩個電極之間之短路，使用信號產生器20來施加AC驅動信號。另外，使用信號產生器20來將測試信號施加至破裂可切換光學元件11。信號產生器20之正輸出+分成兩根信號線21、22。包括第一量測電阻器23之第一信號線21連接至第一基板A之第一觸點A1。包括第二量測電阻器24之第二信號線22連接至第一基板A之第二觸點A2。第二基板B之兩個觸點B1及B2連接至信號產生器20之參考電位–。 量測裝置30連接至兩根信號線21及22且經組態以量測差動信號。具有短路之破裂可切換光學裝置11之量測結果展示於圖8a及8b中，其中圖8a展示僅施加AC驅動信號之差動信號且圖8b展示施加AC驅動信號及第一測試信號之差動信號。 在另一實施例中，僅第一信號線21連接至第一基板A之觸點A1、A2中之一者且量測(例如藉由偵測第一量測電阻器23中之電壓)流經信號線21之電流。使用信號產生器20來僅施加AC驅動信號。破裂可切換光學元件11之兩個電極之間之短切可然後偵測為偵測電流的變化。 圖8a展示具有短路之破裂可切換光學元件11上之差動信號量測之跡線。在圖8a之量測中，僅施加AC驅動信號。以AC驅動信號形式施加60 Hz正方形信號以使破裂可切換光學元件11保持於其一種狀態。除跡線中藉由由AC驅動信號所致之電容器充電/放電引起之尖峰外，亦偵測偏移電壓。偏移電壓係藉由由短路所致之流經第一電極與第二電極之電流所引起。電流引起可在差動信號中偵測到之電壓降，此乃因電流並不均勻流經兩個觸點A1及A2。可使用流動電流來偵測短路且由此偵測破裂可切換光學元件。 圖8b展示具有短路之破裂可切換光學元件11上之差動信號量測之跡線。施加AC驅動信號及測試信號。對於測試信號而言，使用頻率為40 kHz之正弦波。除如圖8a中所展示由流動電流所致之偏移電壓外，偵測到另一差動信號，其指示第一觸點A1及第二觸點A2因電流分佈不均勻而並不處於相同電位下。可容易地偵測差動信號並用於偵測破裂可切換光學元件11。 圖9展示同時主動量測兩個可切換光學元件10之第一量測設置。 每一可切換光學元件10藉由個別信號線21、22、21’、22’連接至公用信號產生器20，其中個別信號21、22、21’、22’線中之每一者具有量測電阻器23、24、23’、24’。每一可切換光學元件10連接至公用量測裝置30之不同通道。 在圖9中所繪示之設置中，第一對信號線21、22連接至未破裂可切換光學元件10之第一基板A之第一觸點A1及第二觸點A2且第二對信號線21’、22’連接至破裂可切換光學元件11之第一基板A之第一觸點A1及第二觸點A2。公用信號產生器20經構造以產生AC驅動信號及測試信號。包括AC驅動信號及測試信號之總和信號發生分裂並施加至二對信號線21、22、21’、22’。第二基板B之各別觸點B1及B2各自連接至參考電位26。信號產生器20之負輸出–亦連接至參考電位26。 圖10a展示圖9設置中未破裂可切換光學元件10之差動信號量測之跡線。在圖10a之量測中，施加AC驅動信號及測試信號。以AC驅動信號形式施加60 Hz正方形信號以使未破裂可切換光學元件10保持於其一種狀態。測試信號係頻率為40 kHz之正弦波。如可自圖10a之跡線看到，可偵測到並無差動信號。 圖8b展示圖9設置之破裂可切換光學元件11上之差動信號量測之跡線。施加AC驅動信號及測試信號。偵測到指示第一觸點A1及第二觸點A2並不處於相同電位下之差動信號，從而指示至少一個基板發生破裂。 圖11展示用於同時主動量測兩個可切換光學元件10之第二量測設置。 每一可切換光學元件10使用同一對信號線21、22連接至公用信號產生器20，其中信號線21、22線中之每一者具有量測電阻器23、24。兩根信號線21、22連接至量測裝置30，從而每一可切換光學元件10連接至同一公用量測裝置30。 在圖11中所繪示之設置中，第一信號線21連接至未破裂可切換光學元件10之第一觸點A1且連接至破裂可切換光學元件之第一觸點A1。同樣，第二信號線22連接至未破裂可切換光學元件10之第二觸點A2且連接至破裂可切換光學元件11之第二觸點A2。公用信號產生器20經構造以產生AC驅動信號及測試信號。所得總和信號包括AC驅動信號及測試信號。第二基板B之各別觸點B1及B2各自連接至參考電位26。信號產生器20之負輸出–亦連接至參考電位26。 在圖11之設置中，展示第二對信號線21’及22’，但並不連接至任何組件。在其他實施例中，可使用第二對信號線連接一或多個其他可切換光學元件。 圖12展示圖11設置之兩個並聯可切換光學元件10上之差動信號量測之跡線。在圖12之量測中，施加AC驅動信號及測試信號。以AC驅動信號形式施加60 Hz正方形信號以使兩個可切換光學元件10保持於預定狀態。測試信號係頻率為40 kHz之正弦波。如可自圖12之跡線看到，偵測到差動信號，其指示兩個可切換光學元件10中之至少一者之至少一個基板發生破裂。
10‧‧‧可切換光學元件/未破裂可切換光學元件
11‧‧‧破裂可切換光學元件
14‧‧‧可切換層
16‧‧‧電阻器
18‧‧‧電阻器
20‧‧‧信號產生器
21‧‧‧第一信號線
21'‧‧‧信號線
22‧‧‧第二信號線
22'‧‧‧信號線
23‧‧‧第一量測電阻器
23'‧‧‧量測電阻器
24‧‧‧第二量測電阻器
24'‧‧‧量測電阻器
26‧‧‧參考電位
30‧‧‧量測裝置
A‧‧‧第一基板/破裂之基板
A1‧‧‧第一觸點
A2‧‧‧第二觸點
B‧‧‧第二基板
B1‧‧‧觸點
B2‧‧‧觸點
R1‧‧‧電阻
R2‧‧‧電阻
Rp‧‧‧電阻器
Rs‧‧‧電阻器
C‧‧‧電容器
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
圖1 使用被動電阻量測之破裂偵測， 圖2 使用被動電容量測之破裂偵測， 圖3 用於主動量測未破裂可切換光學元件之等效電路， 圖4 用於主動量測具有經損壞第一基板之可切換光學元件之等效電路， 圖5a 在無測試信號下對未破裂可切換光學元件之差動信號量測， 圖5b 在施加測試信號下對未破裂可切換光學元件之差動信號量測， 圖6a 在無測試信號下對破裂可切換光學元件之差動信號量測， 圖6b 在施加第一測試信號下對破裂可切換光學元件之差動信號量測， 圖6c 在施加第二測試信號下對破裂可切換光學元件之差動信號量測， 圖7 用於主動量測在基板之間具有短路之可切換光學元件之等效電路， 圖8a 在無測試信號下具有短路之破裂可切換光學元件之差動信號， 圖8b 在施加測試信號下具有短路之破裂可切換光學元件之差動信號， 圖9 用於主動量測兩個可切換光學元件之第一量測設置， 圖10a 第一差動信號量測之跡線， 圖10b 第二差動信號量測之跡線， 圖11 用於主動量測兩個並聯連接之可切換光學元件之第二量測設置，及 圖12 兩個並聯連接之可切換光學元件之差動信號之跡線。

Claims (15)

  1. 一種偵測至少一個可切換光學元件(10)之基板(A、B)之破裂的方法，該至少一個可切換光學元件(10)包括第一基板(A)及第二基板(B)，該第一基板(A)經第一電極塗覆且該第二基板(B)經第二電極塗覆；及可切換層(14)，該可切換層(14)夾於該第一基板(A)與該第二基板(B)之間，該第一電極及該第二電極各自具有至少一個觸點(A1、A2、B1、B2)，該方法包括以下步驟： i) a) 藉由將由測試信號源提供之測試信號施加至該至少一個可切換光學元件(10)來將電場施加於該第一電極與該第二電極之間，其中該測試信號係AC信號，且其中該測試信號源之輸出分成兩根信號線(21、22、21’、22’)，該第一電極具有至少兩個觸點且每一信號線(21、22、21’、22’)與該第一電極之該等觸點(A1、A2)中之另一者連接，且該第二電極之該至少一個觸點(B1、B2)連接至參考電位(26)， b) 量測該兩根信號線(21、22、21’、22’)之間之差動信號，及 c) 若該差動信號之至少一個參數超過預定臨限值或若該差動信號之至少一個參數之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板， 及/或該方法包括以下步驟： ii) a) 量測該第一電極之一個觸點(A1、A2)與該第二電極之一個觸點(B1、B2)之間的電容(C1、C2)，及 b) 若該所量測電容(C1、C2)低於預定臨限值或若該所量測電容(C1、C2)之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板， 及/或該方法包括以下步驟： iii) a) 量測該第一電極之兩個觸點(A1、A2)間之電阻(R1)及/或量測該第二電極之兩個觸點(B1、B2)間之電阻(R2)，該第一電極及/或該第二電極具有至少兩個觸點(A1、A2、B1、B2)，及 b) 若該所量測電阻(R1、R2)超過預定臨限值或若該所量測電阻(R1、R2)之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板， 及/或該方法包括以下步驟： iv) a) 藉由將AC驅動信號施加至該第一電極之該至少一個觸點(A1、A2)及該第二電極之該至少一個觸點(B1、B2)來將電場施加於該第一電極與該第二電極之間，該AC驅動信號經組態以使該可切換光學元件(10)在該可切換光學元件(10)之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態， b) 量測該AC驅動信號之電流，及 c) 若該所量測電流超過預定臨限值或若該所量測電流之變化超過預定臨限值，則偵測破裂之基板。
  2. 如請求項1之方法，其中變化形式i)之該測試信號係頻率不同於AC驅動信號之頻率的週期性信號，該AC驅動信號經組態以使該可切換光學元件(10)在該可切換光學元件(10)之各狀態之間切換及/或保持於一種狀態。
  3. 如請求項1或2之方法，其中變化形式i)之該測試信號具有1 kHz至1000 kHz、較佳地5 kHz至40 kHz之頻率。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中變化形式i)之該測試信號之峰間電壓在10 mV至1000 mV範圍內、較佳地在100 mV至300 mV範圍內。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中變化形式i)之該測試信號與該可切換光學元件(10)之該AC驅動信號組合，以便將包括該測試信號及該AC驅動信號之總和信號施加至該可切換光學元件(10)之該第一電極及該第二電極。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中藉由比較各別量測值與先前量測值之移動平均值來測定變化形式i)之至少一個參數及/或變化形式ii)之電容(C1、C2)變化及/或變化形式iii)之電阻(R1、R2)變化及/或變化形式iv)之電流變化。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其中在初始校準量測中設定變化形式i)之至少一個參數參考值及/或變化形式ii)之參考電阻及/或變化形式iii)之參考電容及/或變化形式iv)之參考電流。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中至少兩個可切換光學元件(10)並聯連接。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其中該可切換光學元件(10)係建築或車輛之窗之一部分。
  10. 一種可切換光學裝置，其包括：至少一個可切換光學元件(10)及用於產生AC驅動信號之第一信號產生器，該至少一個可切換光學元件包括第一基板(A)及第二基板(B)，該第一基板(A)經第一電極塗覆且該第二基板(B)經第二電極塗覆；及可切換層(14)，該可切換層(14)夾於該第一基板(A)與該第二基板(B)之間，該第一電極及該第二電極各自具有至少一個觸點(A1、A2、B1、B2)，其特徵在於該可切換光學裝置進一步包括 i)用於產生測試信號之第二信號產生器，該測試信號係AC信號；量測單元及評估單元，該第二信號產生器之輸出分成兩根信號線(21、22、21’、22’)，該第一電極具有至少兩個觸點(A1、A2)且每一信號線(21、22、21’、22’)連接至該第一電極之至少兩個觸點(A1、A2)中之另一者，且該第二電極之至少一個觸點(B1、B2)連接至參考電位(26)，該量測單元連接至該兩根信號線(21、22、21’、22’)，該量測單元經組態以量測差動信號，且該評估單元經組態以在該差動信號之至少一個參數超過預定臨限值時或在該差動信號之至少一個參數之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板， 及/或 ii)量測單元及評估單元，該量測單元經組態以量測該第一電極之一個觸點(A1、A2)與該第二電極之一個觸點(B1、B2)之間的電容(C1、C2)，且該評估單元經組態以在該所量測電容(C1、C2)低於預定臨限值時或在該量測電容(C1、C2)之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板， 及/或 iii)量測單元及評估單元，該第一電極及/或該第二電極具有至少兩個觸點(A1、A2、B1、B2)且該量測單元經組態以量測該第一電極及該第二電極中之至少一者之該兩個觸點(A1、A2、B1、B2)之間的電阻(R1、R2)，且該評估單元經組態以在該所量測電阻(R1、R2)超過預定臨限值時或在該所量測電阻(R1、R2)之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板， 及/或 iv)量測單元及評估單元，該量測單元經組態以量測該第一電極之一個觸點(A1、A2)與該第二電極之一個觸點(B1、B2)間之該AC驅動信號的電流，且該評估單元經組態以在該所量測電流超過預定臨限值時或在該所量測電流之變化超過預定臨限值時偵測破裂之基板。
  11. 如請求項10之可切換光學裝置，其中該第一電極之該至少一個觸點(A1、A2)及該第二電極之至少一個觸點(B1、B2)位於該各別基板(A、B)之拐角處，其中在變化形式i)及iii)中，每一電極之該至少兩個觸點(A1、A2、B1、B2)位於該各別基板(A、B)之相對拐角處。
  12. 如請求項10或11之可切換光學裝置，其中該第一電極層之該等觸點(A1、A2)及該第二電極層之該等觸點(B1、B2)位於不同拐角處。
  13. 如請求項10至12中任一項之可切換光學裝置，其中至少兩個可切換光學元件(10)並聯連接。
  14. 如請求項10至13中任一項之可切換光學裝置，其中該第一信號產生器及變化形式i)之該第二信號產生器構造為單一任意函數產生器用於產生包括該AC驅動信號及該測試信號之總和信號。
  15. 如請求項10至14中任一項之可切換光學裝置，其中該可切換光學元件(10)係建築或車輛之窗之一部分。
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