一种改变电致变色膜的状态的方法

相关申请的交叉引用

本申请是2018年3月6日提交的美国专利申请No.15/913,669的部分延续案，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本公开总体涉及电致变色膜，并且特别地，涉及用于改变电致变色膜的状态的方法。

背景技术

电致变色是通过使用电荷突发在电致变色材料中引起电化学氧化还原(还原和氧化)反应而可逆地改变光学性质的一些材料所显示的现象。光学性质可以包括透射率、反射率、吸收率、发射率以及颜色。特别地，电致变色材料表现出可逆颜色变化。电致变色材料的光学状态取决于注入或提取的电荷量。电致变色膜的光学状态可以涉及亮度、透明度、颜色、反射率等。通过控制电荷量，可以将电致变色膜的光学状态设置为任何状态。在智能窗的应用中，电致变色膜与玻璃窗集成以变得可用。电控制器用于控制与玻璃窗(即智能窗户)集成的电致变色膜。另外，电致变色膜的颜色可以根据电致变色膜的透射率的变化而改变，或者由于电化学循环而随时间劣化或变化。

在本公开中，我们提出了用于改变例如电致变色膜的电致变色材料的光学状态的不同方法。我们进一步提出了用于调节包括电致变色材料的智能窗户的颜色例如，以补偿电致变色膜的透射率的变化或电致变色循环的不同的装置和方法。我们进一步提出了在确定电致变色膜的透射率的同时向智能窗户的控制器供电的不同装置和方法。

发明内容

本公开的一个方面涉及改变电致变色膜的光学状态的方法。电致变色膜可以具有多个光学状态。该方法可以包括选择多个光学状态中的期望状态；将电荷注入电致变色膜中；监测注入电致变色膜中的电荷量；以及当电荷达到与期望状态相对应的预设量时，停止注入电荷。

本公开的另一方面涉及另一种改变电致变色膜的光学状态的方法。电致变色膜可以具有多个光学状态。该方法可以包括选择多个光学状态中的期望状态；从电致变色膜提取电荷；监测从电致变色膜提取的电荷量；以及当电荷达到与期望状态相对应的预设量时，停止提取电荷。

本公开的另一方面涉及另一种改变电致变色膜的光学状态的方法。该方法可以包括设置电致变色膜的多个预定光学状态；确定与多个预定光学状态中的每一个相对应的电荷量；选择多个预定光学状态中的期望状态；以及将电致变色膜内的电荷量调节为与所选择的期望状态相对应的所确定的电荷量。

本公开的多个实施例提供了一种改变电致变色装置中的电致变色膜的光学状态的方法，其包括：确定电致变色膜的颜色；确定要应用于颜色的调节量；以及根据所确定的调节量，控制注入电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量。

在一些实施例中，确定要应用于颜色的调节量还包括确定颜色与电致变色膜的目标颜色之间的差异。在一些实施例中，目标颜色是在同一房间、房屋、建筑物或住宅中的另一电致变色装置中的电致变色膜的颜色。在一些实施例中，对于同一房间、房屋、建筑物或住宅中的其他电致变色装置中的所有电致变色膜而言，所述目标颜色被预设为相同的颜色。在一些实施例中，所述目标颜色是电致变色膜处于暗状态和未劣化状态时的电致变色膜的颜色。在一些实施例中，所述目标颜色是电致变色膜处于亮状态和未劣化状态时的电致变色膜的颜色。在一些实施例中，确定要应用于所述颜色的调节量还包括：确定差异是否大于阈值量；以及响应于确定了差异大于阈值量，在电致变色膜中注入或去除电荷，直到差异小于阈值量为止。在一些实施例中，控制注入到所述电致变色膜中和从所述电致变色膜中去除的电荷量包括注入或去除被确定为获得所述电致变色膜的所述目标颜色的电荷量。在一些实施例中，确定电致变色膜的颜色包括：确定电致变色膜的透射状态；以及基于所确定的透射状态并且基于电致变色膜的透射状态与电致变色膜的颜色之间的关系来确定电致变色膜的颜色。在一些实施例中，确定要应用于所述颜色的调节量还包括：基于相对于所述透射状态变化的所述颜色的变化率来确定要应用于所述颜色的调节量。在一些实施例中，控制注入到电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量包括向电致变色膜施加外部DC电压。在一些实施例中，控制注入到电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量包括向电致变色膜施加外部DC电流。在一些实施例中，控制注入到电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量包括向电致变色膜施加外部脉冲电压。在一些实施例中，控制注入到电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量包括向电致变色膜施加外部脉冲电流。在一些实施例中，控制注入到电致变色膜中和从电致变色膜中去除的电荷量包括向电致变色膜施加外部电压和外部电流的组合。

在一些实施例中，确定电致变色膜的颜色包括确定由电致变色膜所反射的颜色或确定由电致变色膜所透射的颜色。在一些实施例中，确定电致变色膜的颜色包括确定透射颜色和反颜射色中的一种或更多种。在一些实施例中，确定电致变色膜的颜色包括确定折射的颜色。

在一些实施例中，该方法还包括将电致变色装置直接预安装到窗户框架中。

本公开的各种实施例提供了一种改变电致变色装置中的电致变色膜的光学状态的方法，包括：检测外部光的光强度；以及基于所检测到的光强度或所检测到的光强度的变化来调节电致变色膜的透射水平。

在一些实施例中，该方法进一步包括在向电致变色装置供电的同时检测光强度。在一些实施例中，检测光强度包括：确定在供电的过程中产生的电流量；以及根据所确定的产生的电流量检测光强度。在一些实施例中，基于所确定的产生的电流量来检测光强度包括基于光强度与产生的电流量之间的线性关系来检测光强度。

从以下详细描述，对于本领域技术人员而言，所描述的实施例的其他目的、特征和优点将变得显而易见。然而，应该理解，详细描述和具体示例虽然表明了本发明的优选实施例，但是它们是说明性而非限制性的。在不脱离本发明的精神的情况下，可以在本发明的范围内进行许多改变和修改，并且本发明包括所有这些修改。

附图说明

通过参考附图，可以更容易地理解本发明的优选的和非限制性的实施例，其中：

图1是示出了与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置的简化示意图的图示。

图2是示出了与本公开的示例性实施例一致的其中包括固体聚合物电解质的电致变色装置的简化示意图。

图3是示出了与本公开的示例性实施例一致的控制器的图示。

图4是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电压下的示例性电致变色膜从暗状态变为透明状态的响应的图表。

图5是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电压下的示例性电致变色膜的透射对注入的电荷量的依赖性的图表。

图6是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电压下的示例性电致变色膜从透明状态变为暗状态的响应的图表。

图7是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电压下的示例性电致变色膜的透射对提取的电荷量的依赖性的图表。

图8是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电流下的示例性电致变色膜从暗状态变为透明状态的响应的图表。

图9是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电流下的示例性电致变色膜的透射对注入的电荷量的依赖性的图表。

图10是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电流下的示例性电致变色膜从透明状态变为暗状态的响应的图表。

图11是示出了与本公开的示例性实施例一致的、在恒定电流下的示例性电致变色膜的透射对提取的电荷量的依赖性的图表。

图12A、12B、13A和13B是示出了与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置(例如，智能窗户)的示意图。

图14是示出了在恒定电流下的示例性电致变色装置的颜色的变化与透射率从透明状态到暗状态的变化之间的示例性关系的图。

图15是示例性三色源色度计的示意图。

图16是示出了与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置(例如，智能窗户)的示意图。

图17-18是示出了由诸如太阳能电池之类的能量发生器供电的独立且自供电的控制器的图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的具体的非限制性实施例。应当理解，本文公开的任何实施例的特定特征和方面可以与本文公开的任何其他实施例的特定特征和方面一起使用和/或组合。还应当理解，这些实施例仅是示例并且仅仅是对本发明范围内的少数实施例的说明。对于本发明所属领域的技术人员显而易见的各种变化和修改被认为在如所附权利要求中进一步限定的本发明的精神、范围和构思内。

除非上下文另有要求，否则在整个说明书和权利要求中，词语“包括(comprise)”及其变体，例如“包括(comprises)”和“包括(comprising)”应被解释为开放的包括含义，即“包括，但是不限于”。数字范围还包括限定范围的数字。另外，单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。

在本说明书中，提到“一个实施例”或者“实施例”时，指的是结合该实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中多个地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都是指同一实施例，而是可以是一些实例。此外，特定特征、结构或者特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多个实施例中。

电致变色材料通常用在电致变色装置中。图1是示出与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置100(例如，智能窗)的简化示意图的图示。电致变色装置100可包括两个玻璃层101、两个粘合剂层102、电致变色膜103、一个或更多个电线104以及控制器105(如图3所示)。

电致变色膜103可以被夹在两个玻璃层101之间。粘合剂层102被配置成将电致变色膜103附接到玻璃层101。电致变色膜103与窗户(玻璃层101)的集成在专利申请US 15/399,852中有详细描述，该专利申请通过引用并入本文。在一些示例中，电致变色膜103可以例如经由框架附接至玻璃101的外层和/或固定至玻璃101。在一些示例中，电致变色装置100可以直接预安装在玻璃框架中。

电线104的一端104a电连接至电致变色膜103。电线104的另一端104b电连接到控制器105。控制器105可以配置成通过控制电致变色膜103的状态来控制电致变色装置100的状态。控制器105可以设置在玻璃101的外部，或类似于电致变色膜103地层压在两个玻璃层101之间。

在一些实施例中，粘合剂层102可以包括聚合物材料，特别是热固性聚合物材料。合适的热固性聚合物材料可以包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)、聚氨酯等。在一些实施例中，两个粘合剂层可以包括不仅被配置为将电致变色膜粘结至其、而且还是透明的材料。两个粘合剂层可以包括相同的材料或不同的材料。

根据一个实施例，电致变色膜103包括设置在其中的固体电解质。电致变色膜103的详细结构在图2中示出并且在下面详细描述。

图1中所示的示例性电致变色装置100能够是在说明书中所描述的和在其他图中所示出的光致变色装置。

如图2所示，电致变色膜103可以包括第一透明导电膜1312和第二透明导电膜1310。第一导电膜1312和第二导电膜1310可以具有相同或不同的尺寸，包括相同或不同的材料等。在一些实施例中，第一透明导电膜和第二透明导电膜可以是如图1所示的粘合剂膜。在一些其他实施例中，第一透明导电膜和第二透明导电膜可以是附加膜。第一导电膜1312和第二导电膜1310也可以各自独立地具有单层或多层结构。用于第一导电膜1312和第二导电膜1310的合适材料可以包括但不限于掺锡氧化铟(ITO)、掺氟氧化铟、掺锑氧化铟、掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、银纳米线、金属网及其组合和/或呈现出足够电导率的其他这种透明材料。在优选的方面，第一导电膜1312和第二导电膜1310可以包括ITO。

如图2进一步所示，电致变色材料层1314沉积在第一导电膜1312的内表面1316上。电致变色材料层1314配置成在由电流引起还原(获得电子)或氧化(失去电子)时实现可逆的颜色变化。在一些实施例中，电致变色材料层1314可以配置成在氧化或还原时从透明状态改变为有色状态，或从一有色状态改变为另一有色状态。在一些实施例中，电致变色材料层1314可以是其中可能有多于两种氧化还原状态的聚电致变色材料(polyelectrochromicmaterial)，并且因此可以呈现多种颜色。

在一些实施例中，电致变色材料层1314可以包括有机电致变色材料、无机电致变色材料、两者的混合物等。电致变色材料层1314也可以是还原有色材料(即，在获得电子时变成有色的材料)或氧化有色材料(即，在失去电子时变成有色的材料)。

在一些实施例中，电致变色材料层1314可以包括金属氧化物，例如MoO3、V2O5、Nb2O5、WO3、TiO2、Ir(OH)x、SrTiO3、ZrO2、La2O3、CaTiO3、钛酸钠、铌酸钾及其组合等。在一些实施例中，电致变色材料层1314可以包括导电聚合物，例如聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)、聚2，2’双噻吩、聚吡咯、聚苯胺(PANI)、聚噻吩、聚异噻吩、聚邻氨基苯酚、聚吡啶、聚吲哚、聚咔唑、聚醌、八氰基酞菁及其组合等。此外，在一些实施例中，电致变色材料层1314可以包括诸如紫精、蒽醌、吩噻嗪及其组合等的材料。电致变色材料的另外的示例、尤其是包括多色电致变色聚合物的那些可以在2016年5月4日提交的名称为“MulticoloredElectrochromic Polymer Compositions and Methods of Making and Using the Same”的美国专利申请第62/331,760号以及在2017年1月6日提交的名称为“MulticoloredElectrochromic Polymer Compositions and Methods of Making and Using the Same”的美国专利申请第15/399,839号中找到。以上引用的两个申请的全部内容通过引用并入本文。

如图2进一步所示，电荷存储层1318沉积在第二导电膜1310的内表面1320上。用于电荷存储层1318的合适材料可以包括但不限于氧化钒、二元氧化物(例如，CoO、IrO2、MnO、NiO和PrOx)、三元氧化物(例如，CexVyOz)等。

在一些实施例中，电荷存储层1318可以用可选的第二电致变色材料层代替。该可选的第二电致变色材料层可以具有与第一电致变色材料层1314相同或不同的尺寸，包括与第一电致变色材料层1314相同或不同的组分等。

电致变色膜103还包括设置在电致变色材料层1314和电荷存储层1318之间的电解质层1322。在一些实施例中，电解质层1322可以包括本领域已知的液体电解质。在一些实施例中，电解质层1322可以包括固态电解质，包括但不限于Ta2O5、MgF、Li3N、LiPO4、LiBO2-Li2SO4等。在一些实施例中，电解质层1322可以包括基于聚合物的电解质,其包括电解质盐(例如LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiSbFg、LiAsF6、LiN(CF3CF2SO2)2、(C2H5)4NBF4、(C2H5)3CH3NBF4、LiI等)、聚合物基质(例如，聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯腈等)以及一种或更多种可选的增塑剂(例如，戊二腈、丁二腈、己二腈、富马酸腈等)。

在一些实施例中，电解质层1322包括固体聚合物电解质。在一个实施例中，固体聚合物电解质包括聚合物骨架，至少一种固体增塑剂和至少一种电解质盐。在一些实施例中，聚合物骨架可以包括具有平均分子量为约10,000道尔顿或更高的极性聚合物材料。在特定实施例中，极性聚合物材料可以具有约10,000道尔顿至约800,000,000道尔顿的平均分子量。在一些实施例中，基于固体聚合物电解质的总重量，极性聚合物材料可以以约15重量％至约80重量％的量存在。

上述极性聚合物材料可以包括一种或多种极性聚合物，每种极性聚合物可以包括下列中的一种或多种：C、N、F、O、H、P、F等。合适的极性聚合物可以包括但不限于，聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯腈及其组合等。在存在多种极性聚合物的实施例中，聚合物可以交联以形成具有增强的机械特性的网络。

极性聚合物材料可以具有足够的无定形性以实现足够的离子电导率。无定形聚合物材料通常呈现出高离子电导率。因此，在一些实施例中，本文公开的极性材料可以具有无定形或基本无定形的微结构。

在一些实施例中，极性聚合物材料可以具有半结晶或结晶微结构。在这种情况下，可以对聚合物材料进行各种修改以抑制其结晶度。例如，一种修改可以包括使用支化极性聚合物、线性无规共聚物、嵌段共聚物、梳形聚合物和/或星形极性聚合物。另一种修改可以包括在极性聚合物材料中加入有效量的固体增塑剂，如下面更详细地讨论的。

还可以选择和/或修改极性聚合物材料的各种特性以最大化离子电导率。这些特性可以包括但不限于玻璃化转变温度、聚合物主链(polymer backbone)的链段迁移率/柔性和/或附接到其的任何侧链、聚合物的取向等。

如上所述，本发明公开的固体电解质可以包括至少一种固体增塑剂。至少一种固体增塑剂可以基本上混溶在固体增塑剂的聚合物骨架。在一些实施例中，至少一种固体增塑剂可以包括有机材料(例如，小的固体有机分子)和/或低聚物聚合物材料。在各种实施例中，所述至少一种固体增塑剂可以选自戊二腈、丁二腈、己二腈、富马酸腈及其组合。

在一些实施例中，多种固体增塑剂可以存在于聚合物骨架中，其中每种增塑剂可以独立地包括有机材料(例如，小的固体有机分子)和/或低聚物聚合物材料。特别地，每种增塑剂可以独立地为戊二腈、丁二腈、己二腈、富马酸腈等。此外，增塑剂中的至少两种、一些、大部分或全部的尺寸可以彼此相同或不同。

在一些实施例中，基于固体电解质的总重量，固体增塑剂的总量可以为约20重量％至约80重量％。

如上另外所述，固体聚合物电解质可以包括至少一种电解质盐。在一些实施例中，至少一种电解质盐可以包括有机盐。在一些实施例中，至少一种电解质盐可以包括无机盐。合适的电解质盐可以包括但不限于：LiTFSI、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiSbFg、LiAsF6、LiN(CF3CF2SO2)2、(C2H5)4NBF4、(C2H5)3CH3NBF4、LiI及其组合。在一些实施例中，基于固体电解质的总重量，电解质盐的总量可以为约10重量％至约50重量％。

固体聚合物电解质与常规液体电解质以及其中包括离子液体的凝胶聚合物电解质不同。换句话说，本发明公开的固体聚合物电解质可以是全固态聚合物电解质，并且其中不包括任何液体或凝胶成分。本发明公开的固体聚合物电解质在某些方面也可以是透明的。另外，固体聚合物电解质可以具有为约10-7S/cm至约10-3S/cm的离子电导率。

制作本发明公开的固体聚合物电解质的方法可以包括本领域已知的合成、聚合、溶剂化等过程。在一个特定的非限制性实施例中，制作本发明公开的聚合物电解质的方法可以包括：(a)将聚合物骨架、至少一种增塑剂和至少一种电解质盐在合适的溶剂中组合；(b)除去溶剂以获得固体聚合物电解质。示例性溶剂可以包括但不限于丙酮、甲醇、四氢呋喃等。在一些实施例中，可以优化一个或更多个实验参数以促进聚合物骨架、增塑剂和电解质盐在溶剂中的溶解。这些实验参数可以包括保留在溶剂中的组分、溶剂的搅动/搅拌等。

在一些实施例中，图2的电解质层1322包括固体聚合物电解质，例如上述固体聚合物电解质，并且不包括任何液体或凝胶电解质。这种固体聚合物电解质(i)具有足够的机械强度，但形状通用，以便容易形成薄膜和薄膜状产品；(ii)避免与影响传统电解质的粘附和印刷处理有关的问题；(iii)在电解质/电极界面(在其上具有和不具有电致变色材料涂层的界面)之间提供稳定的接触；(iv)避免通常与液体电解质相关的泄漏问题；(v)具有理想的无毒和不易燃特性；(vi)避免由于蒸气压力不足而导致的蒸发相关的问题；(vii)与常规聚合物电解质相比表现出改善的离子电导率；等。

电解质材料的额外示例、特别是包括固体聚合物电解质的那些可以在2016年4月15日提交的名称为“Solid Polymer Electrolyte for Electrochromic Devices”的美国专利申请第62/323,407号和2017年4月13日提交的名称为“Solid Polymer Electrolytefor Electrochromic Devices”的美国专利申请第15/487,325号中找到。以上引用的两个申请的全部内容通过引用并入本文。

电致变色膜103可以用于各种应用和/或置换(permutation)，其可以在本文描述的说明性实施例/方面中提及或不提及。例如，在一些实施例中，电致变色膜103可以包括比图2中所示的那些更多或更少的特征/组件。另外，除非另有说明，否则如本领域技术人员在阅读本公开内容时所理解的，电致变色膜103的一个或更多个组件可以是常规材料、设计和/或使用已知技术(例如，溅射、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、喷涂、槽模涂布、浸涂、旋涂、印刷等)制造。

图3是示出与本公开的示例性实施例一致的控制器105的图示。控制器105可以包括电能转换器301、电能输出控制器302和信号接收器303。电能转换器301可以将来自电源的输入电能转换为信号接收器303和电能输出控制器302所需的电能。电源可以是与控制器105集成的电源，其作为独立的自供电单元，或者是外部电源，其由例如安装电致变色装置的建筑物的电源提供。电能输出控制器302可以配置为向电致变色膜103供电。特别地，电能输出302可以配置为在第一导电膜1312和第二导电膜1310之间提供电压。由于电致变色膜103的状态由电荷驱动，因此电能输出控制器302能够基于信号接收器303接收的信号来向电致变色膜103注入或从其提取一定量的电荷，以便改变电致变色膜103的状态。信号接收器303可以配置为接收发送到控制器105的信号，并将信号传送到电能输出控制器302。在一些实施例中，信号接收器303可以连接到外部开关和中央开关，以提供电致变色装置100的局部和全局控制。

在本申请中，我们提出了用于改变电致变色材料的光学状态的不同方法。通过将电荷注入电致变色膜中或从其提取电荷，能够改变电致变色材料的光学状态。电压驱动和电流驱动都能够用于注入/提取电荷。另外，也能够采用电压驱动和电流驱动的组合。此外，电压驱动和电流驱动能够在直流电(DC)或交流电(AC)下操作。只要注入或提取所需量的电荷，就能够将电致变色膜设置在某种光学状态。

通过电压驱动改变电致变色膜的光学状态

在一个实施例中，改变电致变色膜的光学状态能够通过DC电压操作。外部电源输出恒定电压到电致变色膜。能够随时监测通过膜的电流和膜的光透射。通过施加恒定电压，电荷被注入电致变色膜中，引起膜的氧化，从而改变其光学状态。

示例1

示例性电致变色膜在1.5V的恒定电压下操作。图4呈现了在恒定电压下的电致变色膜从暗状态(具有最小透射率)变为透明状态(具有最大透射率)的响应。如图4所示，电致变色膜的电流密度随时间持续降低，而电致变色膜的透射率随着施加的电压而增加并且在20秒后变得饱和。这可以表明电致变色膜仅需要一定量的电荷来改变其状态。

图5示出了在1.5V恒定电压下的电致变色膜的透射率对注入的电荷量的依赖性。随着注入的电荷量的增加，电致变色膜的透射率增加。通过控制注入到电致变色膜中的电荷量，电致变色膜的透射率能够相应地调节。因此，能够通过注入一定量的电荷来将电致变色膜的透射率设置在任何状态。例如，如果要将电致变色膜的透射率设置为暗状态的40％，则需要将约3mC/cm

在另一个实施例中，为了将电致变色膜的状态从透明状态改变为暗状态，能够切换外部电压的极性。通过切换外部电压的极性，能够从电致变色膜提取电荷，引起电致变色膜的还原，从而改变其状态。

示例2

如图6-7所示，另一示例性电致变色膜在1V的恒定电压下操作。图6呈现了在恒定电压下示例性电致变色膜从透明状态(具有最大透射率)变为暗状态(具有最小透射率)的响应。如图6所示，负电流密度表示电荷被从电致变色膜提取。随着电流密度降至零，电致变色膜的透射率从最大值降至最小值。

图7示出了在恒定电压下电致变色膜的透射率对提取的电荷量的依赖性。随着提取的电荷量的增加，电致变色膜的透射率降低。通过控制从电致变色膜提取的电荷量，电致变色膜的透射率能够相应地调节。能够通过提取一定量的电荷来将电致变色膜的透射率设置在任何状态。例如，如果要将电致变色膜的透射率设置为透明状态的35％，则应在电致变色膜中设置约4mC/cm

通过电流驱动改变电致变色膜的光学状态

在另一实施例中，改变电致变色膜的光学状态能够通过恒定的DC电流操作。外部电源输出恒定电流到电致变色膜。能够随时监测通过膜的电流和膜的透射率。通过施加恒定电流，电荷被注入电致变色膜中，引起膜的氧化，从而改变其光学状态。

示例3

如图8-9所示，另一示例性电致变色膜在0.06mA/cm

图9示出了在恒定电流下电致变色膜的透射率对注入的电荷量的依赖性。随着注入的电荷量的增加，电致变色膜的透射率增加。通过控制注入到电致变色膜中的电荷量，电致变色膜的透射率能够相应地调节。能够通过注入一定量的电荷来将电致变色膜的透射率设置在任何状态。例如，如果要将电致变色膜的透射率设置为暗状态的50％，则需要将约3mC/cm

在另一实施例中，为了将电致变色膜的状态从透明状态改变为暗状态，能够切换外部电流的极性。通过切换外部电流的极性，能够从电致变色膜中提取电荷，引起电致变色膜的还原，从而改变其状态。

示例4

如图10-11所示，另一示例性电致变色膜在0.06mA/cm

图11示出了在恒定电流下电致变色膜的透射率对提取的电荷量的依赖性。随着提取的电荷量的增加，电致变色膜的透射率降低。通过控制从电致变色膜提取的电荷量，电致变色膜的透射率能够相应地调节。能够通过提取一定量的电荷来将电致变色膜的透射率设置在任何状态。例如，如果要将电致变色膜的透射率设置为透明状态的40％，则应在电致变色膜中设置约3mC/cm

图12A、12B、13A和13B分别示出与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置1200和1300(例如，智能窗户)的示意图。在图12A、12B、13A和13B中，可以监测和/或改变电致变色装置1200和1300的颜色。在一些实施例中，电致变色装置1200和1300的颜色可以指电致变色装置1200和1300中的电致变色膜(例如1203、1303)的颜色。

图12A是示出与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置1200(例如，智能窗户)的图示。电致变色装置1200可以包括两个玻璃层1201、两个粘合剂层1202、电致变色膜1203、一个或更多个电线1204、控制器1205、以及集成到电致变色装置1200中的颜色传感器1206。在一些实施例中，颜色传感器1206可以被实现为光谱仪和/或三色源色度计，例如针对图15所描述的三色源色度计。

在一些实施例中，控制器1205可以包括信号接收器，该信号接收器被配置为从颜色传感器1206接收电致变色装置1200的颜色坐标或颜色维度的当前颜色信息，并将接收的颜色信息与目标颜色进行比较。控制器1205可以根据当前颜色信息与目标颜色之间的差异，将电致变色装置1200的当前颜色调节为目标颜色。在一些示例中，控制器1205可以将电致变色装置1200的当前颜色调节为更接近目标颜色。例如，控制器1205可以将电致变色装置1200的当前颜色调节为距目标颜色预定阈值内。在一些示例中，如果当前颜色与目标颜色相差超过预定阈值，控制器1205可以调节电致变色装置1200的当前颜色，如果当前颜色与目标颜色相差小于或等于预定阈值，控制器可以不调节电致变色装置1200的当前颜色。在一些示例中，控制器1205可以通过全局控制来接收目标颜色的信息。在一些示例中，目标颜色可以是电致变色装置1200在暗状态、透明状态或任何透射状态下的基线颜色。附加地或替代地，在一些示例中，目标颜色可以是电致变色装置1200的未经历电致变色劣化或循环(例如，处于未劣化状态)的颜色。在一些示例中，可以基于同一房间、房屋、建筑物或住宅中的一个或更多个其他窗户的颜色来预定目标颜色。例如，目标颜色可以是与同一房间、房屋、建筑物或住宅中的一个或更多个其他窗户的颜色相同的颜色。在一些示例中，目标颜色可以被预设为与同一房间、房屋、建筑物或住宅中的所有窗户相同的颜色。

在一些示例中，控制器1205可以基于电致变色装置1200的透射状态来确定颜色信息。例如，控制器1205可以使用光谱仪和/或三色源色度计来确定电致变色装置1200的例如透射状态的光学状态的信息，例如电致变色装置1200是处于透明状态、暗状态还是处于透明状态与暗状态之间的某处。控制器1205可以基于透射状态以及电致变色装置1200的颜色坐标与透射状态之间的诸如如图14所示的关系1400的预定关系来确定电致变色装置1200的颜色坐标。在一些示例中，控制器1205还可以相对于电致变色装置1200的透射率状态的变化和/或透射阶段来确定颜色坐标的变化率。控制器1205可以基于所确定的变化率以及要注入或提取的电荷量来确定所需的调节量。如参考图14所述，例如，控制器1205可以确定电致变色装置1200可能处于第一阶段(例如，图14中的1406)、第二阶段(例如，图14中的1408)、第三阶段(例如，图14中的1410)、或者第四阶段(例如，图14中的1412)。在一些示例中，控制器1205可以确定电致变色装置处于第一阶段1406，并且确定为了获得目标颜色控制器1205需要添加更多的红色和黄色。根据确定的颜色坐标，控制器1205可以确定所确定的颜色坐标与目标颜色坐标之间的差异，并且调节电致变色装置1200的颜色，以补偿所确定的颜色坐标与目标颜色坐标之间的差异。

在一些实施例中，控制器1205可以被配置为通过向电致变色装置1200中注入或提取一定量的电荷来调节电致变色装置1200的颜色。控制器1205可以连续地监测电致变色装置1200的当前颜色，连续地收集当前颜色与目标颜色之间的差异的信息，并且连续地调节当前颜色，直到当前颜色与目标颜色匹配或与目标颜色的差异小于阈值。控制器1205可以被配置为调节电致变色装置1200的颜色，以补偿或解决电致变色装置1200的透射状态的改变和/或电致变色劣化。

电致变色膜1203可以被夹在两个玻璃层1201之间。粘合剂层1202被配置成将电致变色膜1203附接到玻璃层1201。电致变色膜1203与窗户(玻璃层1201)的集成在专利申请US15/399,852中有详细描述，该专利申请通过引用并入本文。

电线1204的一端可以电连接至电致变色膜1203。电线1204的另一端可以电连接到控制器1205。控制器1205可以配置成通过控制电致变色膜1203的光学状态来控制电致变色装置1200的光学状态。控制器1205可以设置在玻璃1201的外部，或类似于电致变色膜1203地层压在两个玻璃层1201之间。

在一些实施例中，粘合剂层1202可以包括聚合物材料，特别是热固性聚合物材料。合适的热固性聚合物材料可以包括但不限于聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)，聚氨酯等。在一些实施例中，两个粘合剂层可以包括不仅被配置为将电致变色膜粘结至其、而且还是透明的材料。两个粘合剂层可以包括相同的材料或不同的材料。

根据一个实施例，电致变色膜1203可以包括设置在其中的固体电解质。电致变色膜1203可以被实现为如图1和图2所示的电致变色膜103。

在一些实施例中，如图12B所示，颜色传感器1206可以设置在电致变色装置1200的外表面上。颜色传感器可以包括有源感测部分1207。有源感测部分1207可以面向电致变色装置1200，而不是面向太阳，以便确定电致变色装置1200的颜色信息(例如，颜色坐标)。阳光可以从电致变色装置1200反射，并被颜色传感器1206接收。有源感测部分1207可以确定从电致变色装置1200反射的颜色。电致变色膜1203的颜色可以包括反射的颜色。

图13A是示出与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置1300(例如，智能窗户)的图示。电致变色装置1300可包括两个玻璃层1301、两个粘合剂层1302、电致变色膜1303、一个或更多个电线1304、控制器1305、以及集成到电致变色装置1300中的颜色传感器1306。在一些实施例中，颜色传感器1306可以被实现为光谱仪和/或三色源色度计，例如上述的三色源色度计1300。控制器1305可以被实现为图12A的控制器1205。两个玻璃层1301可被实现为图12A的两个玻璃层1201。两个粘合剂层1302可被实现为图12A的两个粘合剂层1202。电致变色膜1303可以被实现为图12A的电致变色膜1203。一个或更多个电线1304可被实现为图12A的一个或更多个电线1204。

在一些实施例中，如图13B所示，颜色传感器1306可以设置在电致变色装置1300的内表面上。颜色传感器1306可以包括有源感测部分1307。有源感测部分1307可以面向电致变色装置1300，以便确定电致变色装置1300的颜色信息(例如，颜色坐标)。阳光可以通过电致变色装置1300透射，或通过电致变色装置1300折射，并由颜色传感器1305接收。有源感测部分1307可以确定来自电致变色装置1300透射的颜色或折射的颜色。电致变色膜的颜色可以包括透射的颜色。

图14是示出了在恒定电流下的示例性电致变色装置的颜色的变化与透射率从透明状态到暗状态的变化之间的示例性关系。图14描绘了由(a，b)表示的Lab颜色空间中的颜色坐标或颜色维度与透射状态之间的关系。例如，起点1402代表当电致变色装置处于透明状态或具有完全或接近全透射率的状态时的电致变色装置的颜色坐标或颜色维度。起点1402指示了处于透明状态的电致变色装置的颜色混合了绿色、红色、黄色和蓝色，绿色多于红色并且蓝色多于黄色。随着电致变色装置从透明状态转变为暗状态，在第一阶段1406直到第二点1407，绿色和蓝色的量增加，而红色和黄色的量减少。在一些实施例中，第一阶段1406在起点1402和第二点1407之间延伸。在一些实施例中，第二阶段1408在第二点1407和第三点1409之间延伸。在第二阶段1408期间，绿色和黄色的量增加，而蓝色和红色的量减少。在一些实施例中，第三阶段1410在第三点1409和第四点1411之间延伸。在第三阶段1410期间，红色和黄色的量增加，而绿色和蓝色的量减少。在一些实施例中，第四阶段1412在第四点1411和端点1404之间延伸。在第四阶段1412期间，蓝色和红色的量增加，而绿色和黄色的量减少。端点1404代表当电致变色装置处于暗状态或具有很小透射率至无透射率的状态时的电致变色装置的颜色坐标或颜色维度。在一些实施例中，Lab颜色空间中颜色坐标或颜色维度与透射状态之间的关系可以基于电致变色循环的水平，或由于电致变色循环而导致的水平或电致变色劣化。例如，基于电致变色循环的水平，可以改变处于透明状态的颜色坐标或处于暗状态的颜色坐标。

如果电致变色装置正在从暗状态转变到亮状态(例如，从端点1404到起点1402)，颜色坐标或颜色维度与透射状态之间的关系可以颠倒，因为电致变色装置可以依次通过第四阶段1412，第三阶段1410，第二阶段1408和第一阶段1406。在一些示例中，与在亮状态和暗状态之间转变的电致变色装置的颜色坐标变化相比，当在暗状态和亮状态之间转变时，电致变色装置的颜色坐标变化可能表现出滞后效应。

在一些实施例中，例如控制器1205或控制器1305的控制器可以使用电致变色装置的透射状态的信息来确定电致变色装置(例如1200或1300)的当前颜色坐标。例如，控制器可以在对应于透射状态的图(例如，图14的描绘关系1400的图)上确定位置，并根据透射率的状态在lab坐标中确定当前颜色坐标。例如，控制器可以确定透射状态对应于第一阶段1406或第一阶段1406内的点，并根据透射状态确定对应的颜色坐标。

在一些实施例中，光谱仪和/或三色源色度计可以分别同时确定电致变色装置的颜色和透射率或透射状态的水平。光谱仪可以确定在波长范围上的光强度的光谱功率分布。光谱仪或三色源色度计可以通过将光谱功率分布与CIE颜色匹配功能集成来确定颜色信息。光谱仪或三色源色度计可以将获得的颜色坐标(x，y)转换为(u，v)或lab颜色空间。

图15示出了示例性三色源色度计1500。三色源色度计1500可以包括分别与滤色器耦合的滤色器1502和光电检测器1504。滤色器1502可以包括蓝色滤色器、绿色滤色器和红色滤色器。光电检测器1504可以确定各个滤色器1502中的每一个的光强度。光电检测器1504可以包括硅二极管。

图16是示出与本公开的示例性实施例一致的电致变色装置1600(例如，智能窗户)的图示。电致变色装置1600可包括两个玻璃层1601、两个粘合剂层1602、电致变色膜1603、一个或更多个电线1604、控制器1605、以及集成到电致变色装置1600中的太阳能电池1606。在一些实施例中，太阳能电池1606可以被配置为通过将获取的太阳能转换成电能来向控制器1605供应能量。在一些示例中，转换的电能可以被存储在诸如电池或电容器的电能存储单元中。太阳能电池1606除了产生能量之外，还可以同时检测光强度。在一些实施例中，太阳能电池1606可以基于由太阳能电池1606产生的电流量来检测光强度。在一些示例中，太阳能电池1606可以基于所产生的电流与光强度之间的关系和/或基于所产生的电流与光强度之间的预定关系来检测光强度。在一些实施例中，由太阳能电池产生的电流线性地取决于光强度。在一些示例中，太阳能电池1606可以向控制器1605发送光强度的信息或指示光强度的信号。

例如，当由太阳能电池1606产生的转换电能的量不足以操作控制器1605时，控制器1605可以消耗在电能存储单元中存储的电能。响应于接收光强度的信息或指示光强度的信号，控制器1605可以通过向电致变色装置1600注入或提取一定量的电力来调节电致变色装置1600的透射状态和/或颜色。在一些示例中，控制器1605可以将透射水平调节为与太阳能电池1606所检测到的光强度成反比。如果检测到的光强度增加，则控制器1605可以降低通过电致变色装置1600的透射水平。如果检测到的光强度降低，则控制器1605可以增加通过电致变色装置1600的透射水平。

控制器1605可以进一步被配置为监测和调节电致变色装置1600的颜色，类似于针对图12A所描述的控制器1205的实现。在一些实施例中，控制器1605可以被层压在两个玻璃层1601之间。

两个玻璃层1601可被实现为图12A的两个玻璃层1201。两个粘合剂层1602可被实现为图12A的两个粘合剂层1202。电致变色膜1603可以被实现为图12A的电致变色膜1603。一个或更多个电线1604可被实现为图12A的一个或更多个电线1204。

图17-18是示出了由诸如太阳能电池之类的能量发生器供电的独立且自供电的控制器的图。在图17中，例如太阳能电池1706的能量发生器可以向控制器1705供应电能。太阳能电池1706可以被实现为图16的太阳能电池1606。控制器1705可以被实现为图16的控制器1605。如图17所示，控制器1705可以包括电能存储单元1701、电能转换器1702、电能输出控制器1703和信号接收器1704。电能存储单元1701可以是电池或电容器。电能转换器1702可以将来自电能存储单元1701的输入电能转换为信号接收器1704和电能输出控制器1703所需或可以使用的电能。因此，在一些实施例中，电能输出控制器1703和信号接收器1704可以间接地从太阳能电池1706接收电能。电能输出控制器1703和信号接收器1704接收的电能的量可以不完全取决于太阳能电池1706所捕获的光的量。电能输出控制器1703可以被配置为例如响应于来自信号接收器1704的信息而向例如电致变色装置1600的电致变色装置供电。信号接收器1704可以被配置为接收所检测到的光强度、电致变色装置的透射水平和/或电致变色装置的颜色的信息或指示所检测到的光强度、电致变色装置的透射水平和/或电致变色装置的颜色的信号。类似于图16中实现的机构，电能输出控制器可以被配置为基于信号接收器1704的信息或从信号接收器1704接收的信号来提供一定量的电能。在一些实施例中，太阳能电池1706的有源光接收部分面向例如阳光的光源。在一些实施例中，太阳能电池1706可以确定照射到太阳能电池1706的有源光接收部分的光的入射角。例如，当光的入射角为90度时，太阳能电池1706可以调节其相对于光源的定向，以将照射到太阳能电池1706的有源光接收部分的光的量最大化。

在图18中，例如太阳能电池1806的能量发生器可以向控制器1805供应电能。太阳能电池1806可以被实现为图16的太阳能电池1606。在一些实施例中，太阳能电池1806可以产生电能，同时确定光强度。在一些实施例中，太阳能电池1806可以基于由太阳能电池1806产生的电流量来检测光强度。在一些示例中，太阳能电池1606可以基于所产生的电流与光强度之间的关系和/或基于所产生的电流与光强度之间的预定关系来检测光强度。在一些实施例中，由太阳能电池产生的电流线性地取决于光强度。在一些示例中，太阳能电池1806可以将光强度的信息或指示光强度的信号发送到控制器1805，具体地，发送到例如信号接收器1804的信号接收器，如下所述。

控制器1805可以被实现为图16的控制器1605。如图18所示，控制器1805可以包括电能存储单元1801、电能转换器1802、电能输出控制器1803和信号接收器1804。电能存储单元1801可以是电池或电容器，以从太阳能电池1806接收存储的电能，同时太阳能电池1806向信号接收器1804发光强度的送信息或指示光强度的信号。电能转换器1802可以将来自电能存储单元1801的输入电能转换为信号接收器1804和电能输出控制器1803所需或可以使用的电能。因此，在一些实施例中，电能输出控制器1803和信号接收器1804可以间接地从太阳能电池1806接收电能。电能输出控制器1803和信号接收器1804接收的电能的量可以不完全取决于太阳能电池1806所捕获的光的量。电能输出控制器1803可以被配置为例如响应于来自信号接收器1804的信息而向例如电致变色装置1600的电致变色装置供电。信号接收器1804可以被配置为接收所检测到的光强度、电致变色装置的透射水平和/或电致变色装置的颜色的信息或指示所检测到的光强度、电致变色装置的透射水平和/或电致变色装置的颜色的信号。在一些实施例中，信号接收器1804基于由太阳能电池1806产生的电流或从太阳能电池1806传输到信号接收器1804的电流密度来确定要提供给电致变色装置的电量。在一些实施例中，信号接收器1804可以将确定的电量发送到电能输出控制器1805。类似于图16中实现的机构，电能输出控制器1805可以被配置为基于信号接收器1804的信息或从信号接收器接收的信号来提供一定量的电能。在一些实施例中，太阳能电池1806的有源光接收部分面向例如阳光的光源。在一些实施例中，太阳能电池1806可以确定照射到太阳能电池1806的有源光接收部分的光的入射角。例如，当光的入射角为90度时，太阳能电池1806可以调节其相对于光源的定向，以将照射到太阳能电池1806的有源光接收部分的光的量最大化。

在本公开中，我们提出了通过恒定电压驱动和恒定电流驱动来改变电致变色材料的光学状态的方法。还应当很好理解，还能够采用电压驱动和电流驱动的组合、脉冲电压驱动和脉冲电流驱动的组合、脉冲和DC驱动的组合等来将电致变色材料改变为所期望的光学状态。只要向电致变色材料中注入或从电致变色材料提取一定量的电荷，电致变色材料的光学状态就能够被相应地调节。

为了说明和描述的目的，已经提供了本发明的前述描述。其并非旨在详尽或将本发明限制于所公开的精确形式。本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制。对本领域技术人员而言，许多修改和变化都是显而易见的。所述修改和变化包括所公开的特征的任何相关组合。选择和描述的实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，从而使得本领域其他技术人员能够理解本发明的各种实施例并且具有适合于预期的特定用途的各种修改。本发明的范围旨在由以下权利要求及其等同物限定。