CN104246594A - 有角母线 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种用于光学可切换的器件的母线的配置、使用方法以及制造方法。一方面，一种设备包括衬底以及设置在所述衬底的表面上的光学可切换的器件。所述光学可切换的器件具有周边，所述周边具有包括第一边、第二边以及连结所述第一边和所述第二边的第一顶点的至少一个拐角。第一母线和第二母线附连至所述光学可切换的器件，并且被配置成递送用于驱动所述器件的切换的电流和/或电压。所述第一母线接近所述拐角，并且包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循所述拐角的所述第一边、所述第一顶点以及所述第二边的形状的配置。

Description

有角母线
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年4月20日提交的标题为“ANGLED BUSBAR”的美国专利申请号13/452,032的权益，所述申请以引用的方式整体并且出于所有目的并入本文。
领域
所公开的实施方案总体涉及用于光学可切换的器件的母线，并且更具体地，涉及用于薄膜光学可切换的器件的有角母线。
背景
各种光学可切换的器件可供用于控制窗格或薄片(lite)的着色、反射率等。电致变色器件是光学可切换的器件的一个实例。电致变色是其中一种材料在被置于不同电子状态中(通常通过使其经受电压改变)时展现光学性质的可逆电化学介导的改变的现象。被操纵的光学性质通常是色彩、透射率、吸收率和反射率中的一个或多个。一种众所周知电致变色材料是氧化钨(WO3)。氧化钨是其中通过电化还原进行着色过渡(透明的至蓝色)的阴极电致变色材料。
例如，电致变色材料可并入到家庭、商业及其它用途的窗中。这类窗的色彩、透射率、吸收率和/或反射率可通过诱发电致变色材料的改变来改变，即，电致变色窗是可电子地调暗或调亮的窗。施加于窗的电致变色器件的小电压将使窗变暗；使电压反向会使窗户变亮。这种能力允许控制穿过窗的光量，并为不仅出于关学目的而且出于显著节省能量目的使用电致变色窗而提供巨大机会。因为在现代能量政策中，能量节约是最重要的，预期电致变色窗行业将在未来数年强劲增长。
概述
本文公开用于薄膜光学可切换的器件的有角母线。有角母线可以允许薄膜光学可切换的器件对称且快速的转变，而不会过驱动薄膜光学可切换的器件。
在一个实施方案中，一种设备包括衬底，其中光学可切换的器件被设置在所述衬底的表面上。光学可切换的器件具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角。第一母线接近于拐角附连至光学可切换的器件，并且被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状的配置。第二母线被附连至光学可切换的器件，并且被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。第二母线可以是有角的或不是有角的。一个实施方案是包括如本文中所述至少一个有角母线的电致变色器件。
在另一实施方案中，一种改变光学可切换的器件的光学状态的方法包括向与所述光学可切换的器件电连通的如本文中所述至少一个有角母线施加电流和/或电压。在一个实施方案中，有角母线如上所述，并且有角母线是与光学可切换的器件电连通的两个母线中的第一母线。光学可切换的器件设置在衬底的表面上并且具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角。第一母线接近于拐角附连至光学可切换的器件。第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状的配置。被施加至光学可切换的器件的相对电极的第二母线可以是有角的或不是有角的。响应于施加至第一母线和第二母线的电流和/或电压，光学可切换的器件的光学状态以基本上均匀的方式改变。
在另一实施方案中，一种制造光学可切换的器件的方法包括在单一整合真空沉积系统中的衬底的表面上制造所述光学可切换的器件。衬底在整合真空沉积系统中处于基本上竖直的取向。光学可切换的器件具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角。第一母线接近于拐角来形成在光学可切换的器件上。第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状的配置。第一母线被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括：在光学可切换的器件上形成第二母线。第二母线被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。在一些实施方案中，光学可切换的器件的周边具有包括第三边、连结所述第三边和第四边的第二顶点以及所述第四边的第二拐角。第二母线包括第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂具有基本上遵循第二拐角的第三边、第二顶点以及第四边的形状的配置。
在另一实施方案中，一种电致变色薄片(lite)包括基本上透明的衬底，在所述衬底上具有电致变色器件。电致变色器件具有由四条边来划界的区域。电致变色薄片进一步包括第一母线和第二母线。第一母线是与电致变色器件的底部透明导体电连通。第二母线是与电致变色器件的顶部透明导体电连通。第一母线与第二母线对角地相对。第一母线和第二母线中的每一个跨越区域对角地相对的顶点以及形成对角地相对的顶点中的每一个的两条边的至少一些部分。
在一些实施方案中，电致变色器件的区域是基本上矩形的区域。由第一母线和第二母线所跨越的至少一些部分在基本上矩形的区域的相应边的长度的约10％与约90％之间、约10％与约65％之间、或约35％与约65％之间。
在一些实施方案中，电致变色器件的区域是基本上矩形的区域。第一母线和第二母线中的每一个是L形的。第一母线和第二母线各自的第一臂越过基本上矩形的区域的较长边的一部分。第一母线和第二母线各自的第二臂越过基本上矩形的区域的较短边的一部分，所述较短边基本上正交于所述较长边。第一臂长于第二臂。在一些实施方案中，第一臂跨越在约75％与约90％之间的较长边，并且第二臂跨越在约25％与约75％之间的短边。在一些其它实施方案中，基本上矩形的区域是方形的，并且第一母线和第二母线的所有臂都具有基本上相等的长度。
在一些实施方案中，第一母线和第二母线被配置成使得光学可切换的器件在约10分钟或更少的时间内从第一光学状态切换至第二光学状态。在一些实施方案中，电致变色器件是全固态和无机的。
下文将会参照相关联的附图来进一步详细描述这些和其它特征及优点。
附图简述
图1A至图1C示出形成在玻璃衬底、即电致变色薄片上的电致变色器件的示意图。
图2A和图2B示出整合至IGU中的如就图1A至图1C所述电致变色薄片的截面示意图。
图3A是电致变色器件的示意截面。
图3B是处于褪色状态(或转变至褪色状态)的电致变色器件的示意截面。
图3C是图3B中所示但处于着色状态(或转变至着色状态)的电致变色器件的示意截面。
图4是处于着色状态的电致变色器件的示意截面，其中所述器件具有不含相异离子导体层的界面区。
图5A示出具有平面母线的电致变色薄片的示意图。
图5B至图5D示出与图5A中所示电致变色薄片的操作相关联的图。
图6A示出具有圆柱形母线的电致变色薄片的示意图。
图6B至图6D示出与图6A中所示电致变色薄片的操作相关联的图。
图7A示出具有垂直圆柱形母线的电致变色薄片的示意图。
图7B示出与图7A中所示电致变色薄片的操作相关联的图。
图8A示出具有有角母线的方形电致变色薄片的示意图。
图8B示出与图8A中所示电致变色薄片的操作相关联的图。
图8C示出具有有角母线的矩形电致变色薄片的示意图。
图9至图11示出包括处于不同配置的有角母线的电致变色薄片的示意图。
图12A示出包括处于不同配置的有角母线的不同形状电致变色薄片的示意图。
图12B示出处于替代配置的有角母线的示意图。
图13示出描绘一种改变光学可切换的器件的光学状态的方法的流程图。
图14示出描绘一种制造光学可切换的器件的方法的流程图。
图15示出包括具有平面母线的电致变色薄片和具有有角母线的电致变色薄片的百分比透射率的曲线的图。
图16A示出包括在电致变色薄片的下部导电电极上的不同位置处的电压的曲线的图。
图16B示出来自图16A的左上角的曲线的放大图。
图17示出包括具有平面母线的电致变色薄片和具有有角母线的电致变色薄片中的电流密度的曲线的图。
具体实施方式
电致变色器件的介绍和综述：制造
应当理解，虽然所公开的实施方案着重于电致变色(EC)窗(也被称为智能窗)，但是本文中公开的概念可适用于其它类型可切换的光学器件，包括液晶器件、悬浮颗粒器件等等。例如，可将液晶器件或悬浮颗粒器件而非电致变色器件并入任何所公开的实施方案中。
为使读者适应本文中公开的有角母线的实施方案，提供对电致变色器件的简要论述。仅考虑上下文提供此对电致变色器件的初始论述，并且随后描述的有角母线的实施方案并不限于此初始论述的特定特征和制造工艺。
参照图1A至图1C描述电致变色薄片的特定实施例，以便例示本文所描述的实施方案。图1A是以玻璃片材105开始制造的电致变色薄片100的截面表示(参见图1C的切线X-X’)。图1B示出EC薄片100的端视图(参见图1C的透视角度Y-Y’)，并且图1C示出EC薄片100的自顶至下视图。图1A示出在玻璃片材105上进行制造、围绕薄片周边去除边缘以产生区域140之后的电致变色薄片。电致变色薄片已被激光划片，并且母线已被附接。玻璃薄片105具有扩散屏障110和在扩散屏障上的第一透明导电氧化物(TCO)115。在此实施例中，边缘去除工艺移除TCO 115和扩散屏障110两者，但是在其它实施方案中，仅仅移除TCO，保持扩散屏障原封不动。TCO 115是用于形成玻璃片材上制造的电致变色器件的电极的两个导电层中的第一导电层。在此实施例中，玻璃片材包括下方玻璃和扩散屏障层。因此，在此实施例中，形成扩散屏障，并且随后形成第一TCO、EC叠堆125(例如，具有电致变色层、离子导体层以及对电极层)以及第二TCO 130。在一个实施方案中，电致变色器件(EC叠堆和第二TCO)被制造在整合沉积系统中，其中玻璃片材在叠堆的制造期间的任何时间上都不离开整合沉积系统。在一个实施方案中，还使用整合沉积系统形成第一TCO层，其中玻璃片材在EC叠堆和(第二)TCO层的沉积期间并不离开整合沉积系统。在一个实施方案中，所有层(扩散屏障、第一TCO、EC叠堆以及第二TCO)沉积在整合沉积系统中，其中玻璃片材在沉积期间并不离开整合沉积系统。在此实施例中，在沉积EC叠堆125之前，穿过TCO 115和扩散屏障110切出隔离沟槽120。制成沟槽120，以预期使TCO 115的在制造完成之后将位于母线1下方的区域电绝缘(参见图1A)。这样做是为了避免母线下方EC器件发生可能并不期望的电荷累积和着色。
在形成EC器件之后，执行边缘去除工艺和另外的激光划片。图1A描绘区域140，其中在此实施例中，已从环绕穿过第二TCO 130和EC叠堆但不穿过第一TCO 115的激光划片沟槽150、155、160和165的周边区移除器件。制成激光划片沟槽150、155、160和165，以将EC器件135、145、170和175的部分隔离，这些部分可能在从可操作的EC器件进行边缘去除工艺期间损坏。在一个实施方案中，激光划片沟槽150、160和165穿过第一TCO以帮助将器件隔离(激光划片沟槽155并未穿过第一TCO，否则其将切断母线2与第一TCO并且因此与EC叠堆的电连通)。用于激光划片工艺的一种或多种激光器通常(但不一定)是脉冲型激光器(例如二极管泵浦固态激光器)。例如，可以使用来自IPG Photonics(马萨诸塞州牛津市)或来自Ekspla(立陶宛维尔纽斯市)的适合的激光器来执行激光划片工艺。还可例如通过金刚石尖头的划片器来机械地执行划片。本领域的一般技术人员将会了解，激光划片工艺能以不同深度执行和/或在单个工艺中执行，从而在围绕EC器件的周边的连续路径中改变或不改变激光切割深度。在一个实施方案中，边缘去除被执行至第一TCO的深度。
激光划片完成之后，附接母线。将非穿透性母线(1)应用于第二TCO。将非穿透性母线(2)应用于其中器件未经沉积(例如，从保护第一TCO免于器件沉积的遮罩)的区域，与第一TCO接触；或者，在此实施例中，应用于其中使用边缘去除工艺(例如，使用具有XY或XYZ检流计的设备的激光烧蚀)来移除材料直至第一TCO的区域。在此实施例中，母线1和母线2两者都是非穿透性母线。穿透性母线是这样的母线：通常被按压至EC叠堆中并穿过EC叠堆以与叠堆底部的TCO形成接触。非穿透性母线是这样的母线：并未穿透至EC叠堆层中，而是在导电层(例如，TCO)的表面上形成电接触和物理接触。
可以使用非传统的母线(例如，利用网印和光刻图案化方法制造的母线)来电连接TCO层。在一个实施方案中，通过丝网印刷(或使用另一图案化方法)导电油墨、然后对油墨进行热固化或烧结，来建立与器件的透明导电层的电连通。与使用了穿透性母线的常规技术相比，使用上述器件配置的优点包括例如制造起来更为简单并且激光划片较少。
连接母线之后，将器件整合至绝缘玻璃单元(IGU)中，这包括了例如对母线等进行布线。在一些实施方案中，母线中的一个或两个位于已精修的IGU内侧，然而在一个实施方案中，一个母线位于IGU的密封件外侧，而一个母线在IGU内侧。在前一实施方案中，区域140用于与形成IGU所使用的间隔物的一面形成密封。因此，通向母线的导线或其它连接在间隔物与玻璃之间延伸。因为许多间隔物由导电金属(例如，不锈钢)制成，因此期望的是采取步骤以避免因母线和通向其的连接器与金属间隔物之间的电连通造成短路。
如上所述，连接母线之后，将电致变色薄片整合至IGU中，这包括了例如对母线等进行布线。在本文所述实施方案中，两个母线都位于已精修的IGU的初级密封件的内侧。图2A示出整合至IGU，200中的如就图1A至图1C所述电致变色窗的截面示意图。间隔物205用于将电致变色薄片与第二薄片210分离。IGU 200中的第二薄片210是非电致变色薄片，然而本文所公开的实施方案不限于此。例如，薄片210可以具有位于其上的电致变色器件和/或一个或多个涂层，诸如低E涂层等。薄片201还可以是层压玻璃，如图2B中所描绘(薄片201通过树脂235来层压到加强窗格230)。在间隔物205与电致变色薄片的第一TCO层之间的是初级密封材料215。这种初级密封材料也在间隔物205与第二玻璃薄片210之间。围绕间隔物205的周边的是次级密封件220。母线布线/引线越过密封件来连接至控制器。次级密封件220可比所描绘的厚得多。这些密封将帮助将湿气阻挡在IGU的内部空间225外。它们还用于防止IGU内部中的氩或其它气体逸出。
电致变色器件的介绍和综述：功能
图3A以截面来示意性地描绘电致变色器件300。电致变色器件300包括衬底302、第一导电层(CL)304、电致变色层(EC)306、离子导电层(IC)308、对电极层(CE)310以及第二导电层(CL)314。层304、306、308、310和314统称电致变色叠堆320。可操作以在电致变色叠堆320上施加电位的电压源316实现电致变色器件从(例如)褪色状态至着色状态(所描绘的)的转变。层的次序可相对于衬底颠倒。
如所描述具有相异层的电致变色器件能以低缺陷率来制造为全固态和/或全无机的器件。此类器件和制造它们的方法在以下专利申请中更详细地描述：于2009年12月22日以发明人Mark Kozlowski等人的名义提交的名称为“Fabrication of Low-DefectivityElectrochromic Devices”的美国专利申请序列号12/645，111，以及于2009年12月22日以发明人Zhongchun Wang等人的名义提交的名称为“Electrochromic Devices”的美国专利申请序列号12/645，159，两个专利申请以引用的方式出于所有目的并入本文。然而，应当理解，叠堆中的层中的任何一个或多个可以包含某个量的有机材料。可少量存在于一个或多个层中的液体可以同样如此。还应理解，可以通过采用液体组分的工艺(诸如，采用溶胶-凝胶的某些工艺或化学气相沉积)沉积或以其它方式形成固态材料。
另外，应当理解，对褪色状态与着色状态之间的转变的参照是非限制性的并且仅表明除其它外可实施的电致变色转变的一个实例。除非本文(包括前述论述)另有规定，否则每当参照褪色-着色转变时，对应器件或工艺涵盖其它光学状态转变，诸如非反射-反射、透明-不透明等。另外，术语“褪色”是指光学中性状态，例如无色的、透明的或半透明的。更进一步，除非本文另有规定，否则电致变色转变的“颜色”并不限于任何具体波长或波长范围。如由本领域的技术人员理解，对适当电致变色材料和对电极材料的选择控制相关的光跃迁。
在本文所描述的实施方案中，电致变色器件在褪色状态与着色状态之间可逆循环。在某些情况下，当器件处于褪色状态时，将电位施加至电致变色叠堆320，以使叠堆中的可用离子主要位于对电极310中。当电致变色叠堆上的电位反向时，离子跨离子导电层308输送至电致变色材料306，并且引起所述材料转变至着色状态。
再次参照图3A，电压源316可以被配置成与辐射和其它环境传感器结合地操作。如本文中所述，电压源316与器件控制器(在此图中未示出)对接。另外，电压源316可与能量管理系统对接，所述能量管理系统根据各种准则(诸如一年当中的时间、一天当中的时间和所测量环境条件)来控制电致变色器件。这种能量管理系统结合大面积电致变色器件(例如，电致变色窗)可显著降低建筑物的能量消耗。
具有合适光学性质、电性质、热性质以及机械性质的任何材料都可用作衬底302。此类衬底包括(例如)玻璃、塑料以及镜面材料。合适的玻璃包括透明玻璃或有色钠钙玻璃，包括钠钙浮法玻璃。玻璃可经回火或未经回火。
在许多情况下，衬底是大小适于住宅玻璃应用的玻璃窗格。这种玻璃窗格的大小可根据住宅的特定需要而广泛变化。在其它情况下，衬底是建筑玻璃。建筑玻璃通常用于商业建筑物中，但也可以用于住宅建筑物中，并且通常(但不一定)使室内环境与室外环境分离。在某些实施方案中，建筑玻璃是至少20英寸×20英寸，并且可大得多，例如，约80英寸×120英寸那么大。建筑玻璃通常是至少约2mm厚，通常在约3mm厚与约6mm厚之间。当然，电致变色器件可以根据小于或大于建筑玻璃的衬底缩放。此外，可在任何大小和形状的镜子上提供电致变色器件。
在衬底302的顶部的是导电层304。在某些实施方案中，导电层304和314中的一个或两个是无机和/或固体的。导电层304和314可由许多不同材料制成，这些不同材料包括导电氧化物、薄金属涂层、导电金属氮化物和复合导体。通常，导电层304和314至少在其中电致变色层展现电致变色性的波长范围内是透明的。透明导电氧化物包括金属氧化物和掺杂有一种或多种金属的金属氧化物。此类金属氧化物和掺杂金属氧化物的实例包括氧化铟、氧化铟锡、经掺杂氧化铟、氧化锡、经掺杂氧化锡、氧化锌、氧化铝锌、掺杂氧化锌、氧化钌、掺杂氧化钌等。由于氧化物通常用于这些层，它们有时称为“透明导电氧化物”(TCO)层。也可使用基本上透明的薄金属涂层。
导电层的功能是以相对少的欧姆电位降将电致变色叠堆320的表面上方的由电压源316提供的电位扩展至叠堆的内部区。通过通向导电层的电连接将电位转移至导电层。在某些实施方案中，母线(一个与导电层304接触并且一个与导电层314接触)提供电压源316与导电层304和314之间的电连接。导电层304和314也可利用其它常规器件来连接至电压源316。
覆盖导电层304的是电致变色层306。在一些实施方案中，电致变色层306是无机和/或固体的。电致变色层可包含许多不同电致变色材料(包括金属氧化物)中的任何一种或多种。此类金属氧化物包括氧化钨(WO3)、氧化钼(MoO3)、氧化铌(Nb2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化铜(CuO)、氧化铱(Ir2O3)、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(Mn2O3)、氧化钒(V2O5)、氧化镍(Ni2O3)、氧化钴(Co2O3)等。操作期间，电致变色层306将离子转移至对电极层310并从对电极层310接收离子以引起光跃迁。
通常，电致变色材料的着色(或任何光学性质的改变-例如，吸收率、反射率和透射率)由至材料中的可逆离子插入(例如，嵌入)和电荷平衡电子的对应注入引起。通常，负责光学转变的某一部分离子被可逆地束缚于电致变色材料中。某些或所有的可逆地束缚的离子用于补偿材料中的“盲电荷(blind charge)”。在大多数的电致变色材料中，合适离子包括锂离子(Li+)和氢离子(H+)(即，质子)。然而，在一些情况下，其它离子将是适合的。在各种实施方案中，锂离子用于产生电致变色现象。锂离子嵌入至氧化钨(WO3-y(0＜y≤约0.3))中使氧化钨从透明的(褪色状态)改变成蓝色(着色状态)。
再次参照图3A，在电致变色叠堆320中，离子导电层308夹在电致变色层306与对电极层310之间。在一些实施方案中，对电极层310是无机和/或固体的。对电极层可包括在电致变色器件处于褪色状态时用作离子储器的许多不同材料中的一种或多种。在由(例如)适当电位的施加发起的电致变色转变期间，对电极层将其所保持的一些或所有离子转移至电致变色层，从而将电致变色层改变至着色状态。同时，在NiWO的情况下，对电极层因离子损失而着色。
在一些实施方案中，补充WO3的用于对电极的合适材料包括氧化镍(NiO)、氧化镍钨(NiWO)、氧化镍钒、氧化镍铬、氧化镍铝、氧化镍锰、氧化镍镁、氧化铬(Cr2O3)、氧化锰(MnO2)以及普鲁士蓝。
当从由氧化镍钨制成的对电极310移除电荷(即，将离子从对电极310输送至电致变色层306)时，对电极层将从透明状态转变至着色状态。
在所描绘的电致变色器件中，在电致变色层306与对电极层310之间存在离子导电层308。离子导电层308用作介质，当电致变色器件在褪色状态与着色状态之间转变时，通过所述介质递送离子(以电解质的方式)。优选地，离子导电层308对于电致变色层和对电极层的相关离子是高度传导的，但是具有足够低的电子导电性，使得在正常操作期间发生的电子转移可忽略不计。具有高离子导电性的薄离子导电层允许快速离子导电并且因此允许高性能电致变色器件的快速切换。在某些实施方案中，离子导电层308是无机和/或固体的。
合适的离子导电层(用于具有相异IC层的电致变色器件)的实例包括硅酸盐、硅氧化物、钨氧化物、钽氧化物、铌氧化物和硼酸盐。这些材料可掺杂有不同的掺杂剂，包括锂。掺杂锂的氧化硅包括锂氧化硅铝。在一些实施方案中，离子导电层包括基于硅酸盐的结构。在一些实施方案中，氧化硅铝(SiAlO)用于离子导电层308。
电致变色器件300可以包括一个或多个另外的层(未示出)，诸如一个或多个钝化层。用于改良某些光学性质的钝化层可包括在电致变色器件300中。用于提供湿气或抗刮擦性的钝化层也可包括在电致变色器件300中。例如，可以利用抗反射或保护性氧化物或氮化物层对导电层进行处理。其它钝化层可用于气密密封电致变色器件300。
图3B是处于褪色状态(或转变至褪色状态)的电致变色器件的示意截面。根据特定实施方案，电致变色器件400包括氧化钨电致变色层(EC)406和氧化镍钨对电极层(CE)410。电致变色器件400还包括衬底402、导电层(CL)404、离子导电层(IC)408和导电层(CL)414。
电源416被配置成通过通向导电层404和414的合适连接(例如，母线)将电位和/或电流施加至电致变色叠堆420。在一些实施方案中，电压源被配置成施加约2伏的电位，以便驱动器件从一个光学状态至另一光学状态的转变。如图3A中所示电位的极性是这样的：使得离子(在此实施例中为锂离子)主要位于(如由虚线箭头指示)氧化镍钨对电极层410中。
图3C是图3B中所示但处于着色状态(或转变至着色状态)的电致变色器件400的示意截面。在图3C中，电压源416的极性反向，以使电致变色层更负以接受另外的锂离子，并且从而转变至着色状态。如由虚线箭头指示，锂离子跨离子导电层408来输送至氧化钨电致变色层406。氧化钨电致变色层406被示出为处于着色状态。氧化镍钨对电极410也示出为处于着色状态。如所解释，氧化镍钨随着其放弃(去嵌入)锂离子而逐渐地变得不透明。在此实施例中，存在协同效应，其中层406和410两者至着色状态的转变促进减少透射穿过叠堆和衬底的光量。
如上所述，电致变色器件可以包括由离子导电(IC)层分离的电致变色(EC)电极层和对电极(CE)层，所述IC层对于离子是高度传导的并且对于电子是高度抵抗的。如常规上理解，离子导电层因此防止电致变色层与对电极层之间的短路。离子导电层允许电致变色电极和对电极保持电荷并且从而维持它们的褪色状态或着色状态。在具有相异层的电致变色器件中，组分形成叠堆，所述叠堆包括夹在电致变色电极层与对电极层之间的离子导电层。这三个叠堆组分之间的界限是由组成物和/或微结构的突变来限定。因此，器件具有带有两个突变界面的三个相异层。
根据某些实施方案，对电极和电致变色电极彼此紧密相邻形成，有时直接接触，而不单独沉积离子导电层。在一些实施方案中，具有界面区而非相异IC层的电致变色器件与本文描述有角母线一起采用。此类器件和它们的制造方法描述于各自在2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,055和12/772,075和各自在2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,277和12/814,279中——四个专利申请中的每一个的标题为“Electrochromic Devices”，各自均以发明人Zhongchun Wang等人的名义，并且各自以引用的方式整体并入本文。
图4是处于着色状态的电致变色器件450的示意截面，其中所述器件具有不含相异IC层的界面区418。电压源416、导电层414和404以及衬底402与就图3A至图3C所述内容基本相同。在导电层414与404之间的是区420，所述区420包括对电极层410、电致变色层406以及在它们之间的界面区418而非相异IC层。在此实施例中，对电极层410与界面区418之间并不存在明显界限，电致变色层406与界面区418之间也不存在明显界限。而是，CE层410与界面区418之间以及界面区418与EC层406之间存在扩散过渡。
电致变色器件的转变
如上指出，诸如电致变色器件的可切换的光学器件在两个或更多个光学状态(诸如褪色状态和着色状态)之间可逆循环。在这些状态之间进行切换通过将预定义的电流和/或电压施加至所述器件来控制。与较小可切换的光学器件相比，通常是向较大可切换的光学器件施加较高电流和/或电压，以在光学状态之间进行循环。
电致变色器件的着色速度是所施加的电流和/或电压的函数。一般来说，在电致变色器件上施加的电流和/或电压越高，电致变色器件就将越快地在光学状态之间转变。然而，根据电致变色器件的母线的配置，在电致变色器件上施加高的电流和/或电压可能由于电致变色器件的区暴露于过高电流和/或电压下而对所述区造成损坏。这些区有时被称为“热点”。另一方面，如果在电致变色器件上施加低的电流和/或电压，所述器件可能不会完全地在光学状态之间切换，或可能以不期望的低速率在光学状态之间切换。
另外，大的电致变色器件(诸如，在住宅窗或建筑玻璃上的那些)可展现出有时被称为“终端效应”的效应。这是由于电致变色器件薄膜(包括电极)的相对高的薄层电阻所造成的，所述电致变色器件薄膜与具有位于衬底的可见区域外部(例如，仅在器件/衬底的边缘处)的终端(母线)的器件设计耦合。在此类器件中，在器件从位于所述器件边缘处的终端至器件中心的区域(此处不存在与外部电压源的接触)上方存在相当大的欧姆电位降(和伴随的泄漏电流)。因此，器件中心区的转变不仅比接近终端触点的边缘区慢得多(这被称为“幕效应(curtaineffect)”)的，而且中心区有可能从未完全转变。换句话说，与边缘相比，中心可能仅转变至有限程度。此外，就器件中心转变的程度而言，器件中心转变比器件边缘慢得多。此外，一旦在器件的中心达到转变状态，可能难以保持这个状态。使用者可察觉这些边缘至中心的不均匀性并且对此感到烦恼。
母线配置
不同母线配置可与例如大的电致变色器件一起使用，以便基本上上最小化热点或使电致变色器件暴露于危险的电流和/或电压下并且基本上最小化幕效应。另外，可以使用不同母线配置来基本上最大化电致变色器件在光学状态之间的转变速率。
图5A示出包括具有平面配置的母线的电致变色薄片500的自顶至下视图。在一些实施方案中，电致变色薄片500可类似于图1A至图1C中示出的电致变色薄片100。电致变色薄片500包括设置在第一导电层510上的第一母线505以及设置在第二导电层520上的第二母线515。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层510与第二导电层520之间。如图所示，第一母线505可基本上在第一导电层510的一条边上延伸。第二母线515可基本上在第二导电层520的一条边上延伸，这条边与电致变色薄片500上设置第一母线505的边相对。
如上指出，图5A中的第一母线505和第二母线515的配置可被称为平面母线配置。图5B是示出施加至第一母线505的电压和施加至第二母线515的电压的曲线的图，例如这些电压可以用于使得电致变色薄片500从褪色状态转变至着色状态。曲线525示出施加至第一母线505并穿过第一导电层510的电压。如图所示，由于第一导电层510的薄层电阻，电压从第一导电层510的左侧(例如，第一母线505设置在第一导电层510上的位置和电压被施加的位置)向右侧下降。曲线530示出施加至第二母线515并穿过第二导电层520的电压。如图所示，由于第二导电层520的薄层电阻，电压从第二导电层520的右侧(例如，第二母线515设置在第二导电层520上的位置和电压被施加的位置)向左侧增大。
图5C是示出在电致变色器件上施加在电致变色薄片500的第一导电层510与第二导电层520之间的有效电压的曲线的图。有效电压是施加至第一母线505并穿过第一导电层510的电压与施加至第二母线515并穿过第二导电层520的电压之间的电压差。电致变色器件经受较高有效电压的区要比经受较低有效电压的区更快地在光学状态之间转变。如图所示，有效电压在电致变色薄片500的中心处最低，并且在电致变色薄片500的边缘处最高。
图5D是示出在电致变色薄片500因图5B中施加至第一母线505和第二母线515的电压的施加而从褪色状态转变至着色状态时穿过所述电致变色薄片500的可见光的百分比吸收率的曲线的图。曲线540是在施加电压之后不久的电致变色薄片500上的百分比吸收率。在曲线540中，电致变色薄片500的边缘比电致变色薄片500的中心更快地转变。这就是幕效应；电致变色薄片500的着色沿电致变色薄片500的设置第一母线505和第二母线515的边缘开始。曲线545示出从褪色状态转变至着色状态的中途的电致变色薄片500上的百分比吸收率。在曲线545中，电致变色薄片500着色更深(即，光的百分比吸收率更高)，但在电致变色薄片500的中心处，光吸收率仍有下降。曲线550是电致变色薄片500处于完全着色状态时所述薄片上的百分比吸收率。如图所示，在完全着色状态下，光的百分比吸收率在电致变色薄片500上可能由于电致变色薄片500上的有效电压降(参见图5C)而不均匀，但这可能是人眼察觉不到的。
平面母线配置的优点包括使过驱动电致变色器件的风险小。然而，与其它母线配置相比，平面母线配置可展现出更长持续时间的幕效应，并且花费更长时间来使电致变色器件在光学状态之间转变。
图6A示出包括具有圆柱形配置的母线的电致变色薄片600的自顶至下视图。电致变色薄片600包括设置在第一导电层610上的第一母线605和607以及设置在第二导电层620上的第二母线615和617。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层610与第二导电层620之间。第一母线605和607基本上在第一导电层610的两条相对边上延伸。第二母线615和617基本上在第二导电层620的两条相对边上延伸。如图所示，第一母线605和607以及第二母线615和617可以处于多个位置，使得第一母线605和第二母线615彼此靠近并且第一母线607和第二母线617彼此靠近。
如上指出，第一母线605和607以及第二母线615和617的配置可称为圆柱形母线配置。图6B是施加至第一母线605和607的电压和施加至第二母线615和617的电压的曲线的图，例如这些电压可以用于使得电致变色薄片600从褪色状态转变至着色状态。可向第一母线605和607两者施加相同电压(即，第一母线605和607可并联地连接)。可向第二母线615和617两者施加相同电压(即，第二母线615和617可并联地连接)。曲线625示出施加至第一母线605和607并穿过第一导电层610的电压。如图所示，由于第一导电层610的薄层电阻，电压从第一导电层610的左侧(例如，第一母线605设置在第一导电层610上的位置和电压被施加的位置)向中心下降。电压从第一导电层610的中心向右侧(例如，第一母线607设置在第一导电层610上的位置和电压被施加的位置)增大。
曲线630示出施加至第二母线615和617并穿过第二导电层620的电压。如图所示，由于第二导电层620的薄层电阻，电压从第二导电层620的左侧(例如，第二母线615设置在第二导电层620上的位置和电压被施加的位置)向中心增大。电压从第二导电层620的中心向右侧(例如，第一母线617设置在第二导电层620上的位置和电压被施加的位置)减小。
图6C是示出在电致变色器件上施加在电致变色薄片600的第一导电层610与第二导电层620之间的有效电压的曲线的图。如图所示，有效电压在电致变色薄片600的中心处最低，并且在电致变色薄片600的边缘处最高；在电致变色薄片600的具有圆柱形母线的边缘处的有效电压高于在电致变色薄片500的边缘处的有效电压，这是因为母线605和615以及母线607和617彼此靠近。虽然电致变色薄片600的边缘可因这个高的有效电压而在光学状态之间快速转变，但是高的有效电压可能使边缘处的电致变色器件过驱动。使器件过驱动可能意味着器件因所述器件的结构不能处理过电压、过电流和/或过量的离子流而受损。例如，器件可以分层和/或停止在过驱动的区域中运作。
图6D是示出在电致变色薄片600因图6B中施加至第一母线605和607以及第二母线615和617的电压的施加而从褪色状态转变至着色状态时穿过电致变色薄片600的可见光的百分比吸收率的曲线的图。曲线640是在施加电压之后不久的电致变色薄片600上的百分比吸收率。在曲线640中，电致变色薄片600的边缘比电致变色薄片600的中心转变得快；边缘将比电致变色薄片500边缘转变得快。曲线645是从褪色状态转变至着色状态的中途的电致变色薄片600上的百分比吸收率。在曲线645中，电致变色薄片600着色更深(即，光的百分比吸收率更高)，但是在电致变色薄片600的中心处，光吸收率仍有下降。曲线650是电致变色薄片600处于完全着色状态时所述薄片上的百分比吸收率。如图所示，在完全着色状态下，光的百分比吸收率在电致变色薄片600上可能因电致变色薄片600上的有效电压降(参见图6C)而不均匀，但这可能是人眼察觉不到的。
与平面母线配置相比，圆柱形母线配置的优点包括更短持续时间的幕效应和电致变色的更短转变时间。然而，彼此靠近的第一母线和第二母线可能在电致变色器件中引起热点。
图7A示出包括具有垂直圆柱形配置的母线的电致变色薄片700的自顶至下视图。电致变色薄片700包括设置在第一导电层710上的第一母线705和707以及设置在第二导电层720上的第二母线715和717。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层710与第二导电层720之间。第一母线705和707基本上在第一导电层710的两条相对边上延伸。第二母线715和717基本上在第二导电层720的两条相对边上延伸。如图所示，第一母线705和707以及第二母线715和717处于多个位置，使得第一母线基本上垂直于第二母线。为使电致变色薄片700在光学状态之间转变，可向第一母线705和707两者施加相同电压(即，第一母线705和707可并联地连接)。可向第二母线715和717两者施加相同电压(即，第二母线715和717可并联地连接)。
图7B示出电致变色薄片700在从褪色状态转变至着色状态的中途的时间处的着色。如图7B中所示，电致变色薄片700的拐角因所述拐角处的高的有效电压而先着色。例如，电致变色薄片700的拐角730处的高的有效电压是因第一母线707和第二母线715在拐角730处彼此靠近而造成的。电致变色薄片700的中心是电致变色薄片从褪色状态转变至着色状态的最后一个部分。
垂直圆柱形母线配置的优点在于，它们可以允许电致变色薄片的更对称的着色(即，从拐角到中心)。然而，由于相反极性化的母线在器件拐角处接近，垂直圆柱形母线配置倾向于在电致变色薄片的拐角处形成热点并且损坏电致变色器件。例如，为在电致变色薄片中心获得所需着色，可能使拐角过驱动，这增大了电致变色器件的泄漏电流、以及器件损坏/退化的可能性。
有角母线
替代以上关于图5A至图7B所述平面、圆柱形、垂直圆柱形母线配置，有角母线可以包括在电致变色薄片或其它光学可切换的器件的一些实施方案中。有角母线可以包括两个臂，这两个臂在这些臂各自的末端处相遇，从而在这两个臂之间形成角。例如，这两个臂可形成L形或V形。在一些实施方案中，包括至少一个有角母线的电致变色薄片可以更快地在光学状态之间转变，并且展现出在光学状态之间更对称的转变。此外，有角母线可以被配置成使得基本上最小化电致变色器件中的热点。
图8A示出包括有角母线的方形电致变色薄片800的自顶至下视图。电致变色薄片800在图8A中被描绘为处于褪色状态。电致变色薄片800包括设置在第一导电层810上的第一母线805以及设置在第二导电层820上的第二母线815。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层810与第二导电层820之间。如图所示，第一导电层810和第二导电层820均具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。类似于第一导电层810和第二导电层820，第一导电层810与第二导电层820之间的电致变色叠堆也可具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。
第一母线805接近于第一导电层810的拐角设置在第一导电层810上。第一母线805包括第一臂806和第二臂807，所述第一臂806和第二臂807分别基本上遵循第一导电层810的拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状。第二母线815接近于第二导电层820的拐角设置在第二导电层820上。第二母线815包括第一臂816和第二臂817，所述第一臂816和第二臂817分别基本上遵循第二导电层820的拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状。在一些实施方案中，第一母线和第二母线可以具有基本上类似的配置。例如，在一些实施方案中，第一母线和第二母线的臂具有基本上相等的长度。在一些实施方案中，第一母线和第二母线可与彼此基本对称。
在一些实施方案中，母线的第一臂和第二臂可以跨越电致变色器件区域的相应边的长度的约10％至90％、约10％至65％、或约35％至65％。在一些实施方案中，第一母线的第一臂具有的长度是电致变色器件的第一边的长度的约10％至40％、约35％至65％、或约60％至90％。在一些实施方案中，母线的第一臂和第二臂可以是基本上垂直的。在一些实施方案中，第一母线和第二母线中的每一个可以跨越限定电致变色薄片对角地相对的拐角的边。
图8B示出电致变色薄片800在从褪色状态转变至着色状态的中途的时间处的着色。如图8B中所示，电致变色薄片800的设置有母线805和815的拐角830和835首先着色。电致变色薄片800从拐角840和845开始的中心带是电致变色薄片800从褪色状态转变至着色状态的最后一个部分。
虽然第一导电层810和第二导电层820被示出为在电致变色薄片800中具有基本上方形的形状，但是导电层和设置在其间的电致变色叠堆可以具有任何形状，包括其它多边形或矩形。
图8C示出包括有角母线的矩形电致变色薄片850的自顶至下视图。电致变色薄片850包括设置在第一导电层860上的第一母线855以及设置在第二导电层870上的第二母线865。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层860与第二导电层870之间。第一母线855接近于第一导电层860的拐角设置在第一导电层860上。第一母线855包括第一臂856和第二臂857，所述第一臂856和第二臂857基本上遵循第一导电层860的拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状。第二母线865接近于第二导电层870的拐角设置在第二导电层870上。第二母线865包括第一臂866和第二臂867，所述第一臂866和第二臂867基本上遵循第二导电层870的拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状。第一母线855和第二母线865设置在电致变色薄片850对角地相对的拐角上。在一些实施方案中，第一母线和第二母线可以具有基本上类似的配置。
在一些实施方案中，第一母线855和第二母线865各自分别的第二臂857和867越过电致变色薄片850的较长边的一部分。第一母线855和第二母线865各自分别的第一臂856和866越过电致变色薄片850的较短边的一部分。在一些实施方案中，第一母线855和第二母线865的第一臂和第二臂彼此基本正交。在一些实施方案中，第一臂856和866跨越较短边的约25％至75％。在一些实施方案中，第二臂857和867跨越较长边的约75％至90％。
在一些实施方案中，在电致变色薄片中包括有角母线(如以上就图8A和图8C所述电致变色薄片800和850)可以允许电致变色薄片半对称地着色(即，从两个拐角至中心)。当从褪色状态转变至着色状态时，电致变色薄片的所有边能以类似速率开始着色(即，可基本上消除边优先着色)，这降低了幕效应的不对称性。此外，在有角母线配置中避免了因例如垂直圆柱形母线配置产生的热点。此外，在光学状态之间的转变对于具有有角母线配置而言可比具有平面母线配置更快速地发生，而不会如具有一些圆柱形或垂直圆柱形母线配置那样使电致变色薄片的区过驱动。图9至图12B示出包括处于不同配置的有角母线的电致变色薄片的自顶至下视图。
参照图9，电致变色薄片900包括设置在第一导电层910上的第一母线930和935以及设置在第二导电层920上的第二母线940和945。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层910与第二导电层920之间。如图所示，第一导电层910和第二导电层920均具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。类似于第一导电层910和第二导电层920，第一导电层910与第二导电层920之间的电致变色叠堆也可具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。
第一母线930接近于第一导电层910的拐角设置在第一导电层910上。第一母线935接近于第一导电层910的拐角设置在第一导电层910上、与第一母线930对角地相对。类似地，第二母线940接近于第二导电层920的拐角设置在第二导电层920上。第二母线945接近于第二导电层920的拐角设置在第二导电层920上、与第二母线940对角地相对。为使电致变色薄片900在光学状态之间转变，可向第一母线930和935两者施加相同电压(即，第一母线930和935可并联地连接)。可向第二母线940和945两者施加相同电压(即，第二母线940和945可并联地连接)。
每个母线包括遵循所述母线所关联的拐角的边和顶点的形状的臂。在一些实施方案中，第一母线930和935的臂不与第二母线940和945的臂紧密接近，以便避免热点。例如，第二母线940的臂941沿第二导电层920的边延伸。第一母线935的臂936沿第一导电层910的边延伸，其中第一导电层910和第二导电层920的这些边基本平行。在一些实施方案中，臂941和936的末端不与彼此重叠(例如，如圆柱形配置中的母线那样)，并且在一些其它实施方案中，臂941和936的末端并不彼此紧密接近。第二母线940的臂942的长度和第一母线930的臂932的长度能以类似方式指定，以便避免热点。
图10示出包括有角母线的电致变色薄片1000的自顶至下视图。电致变色薄片1000的母线配置类似于图9中所示电致变色薄片900的母线配置，但是代替使得第一母线彼此对角地相对，第一母线中的每一个与第二母线对角地相对。电致变色薄片1000包括设置在第一导电层1010上的第一母线1030和1035以及设置在第二导电层1020上的第二母线1040和1045。电致变色叠堆(未示出)在第一导电层1010与第二导电层1020之间。如图所示，第一导电层1010和第二导电层1020均具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。类似于第一导电层1010和第二导电层1020，第一导电层1010与第二导电层1020之间的电致变色叠堆也可具有周边，所述周边具有包括边和顶点的拐角。
第一母线1030接近于第一导电层1010的拐角设置在第一导电层1010上。第二母线1040接近于第二导电层1020的拐角设置在第二导电层1020上、与第一母线1030对角地相对。类似地，第一母线1035接近于第一导电层1010的拐角设置在第一导电层1010上。第二母线1045接近于第二导电层1020的拐角设置在第二导电层1020上、与第一母线1035对角地相对。为使电致变色薄片1000在光学状态之间转变，可向第一母线1030和1035两者施加相同电压(即，第一母线1030和1035可并联地连接)。可向第二母线1040和1045两者施加相同电压(即，第二母线1040和1045可并联地连接)。
同样，类似于电致变色薄片900，电致变色薄片1000的每个母线包括遵循母线所关联的拐角的边和顶点的形状的臂。在一些实施方案中，第一母线1030和1035的臂的末端部分不与第二母线1040和1045的臂的末端紧密接近，以便避免热点。例如，第一母线1030的臂1032沿第一导电层1010的边延伸。第二母线1045的臂1047沿第二导电层1020的边延伸。在一些实施方案中，臂1032和1047的末端不与彼此重叠(例如，如圆柱形配置中的母线那样)，并且在一些其它实施方案中，臂1032和1047的末端并不彼此紧密接近。第一母线1035和第二母线1040的臂的长度能以类似方式指定，以便避免热点。在另一实施方案种，图10中所描绘的母线被布置成使得母线1040和1045在仍位于下部电极上时对角地相对并且使得母线1030和1035在保持在上部电极上时同样对角地相对。
沿第一导电层1010的同一边的第一母线1030的臂1031和第一母线1035的臂1036可以具有这样的长度：在短时间段内使得电致变色薄片1000在光学状态之间转变。沿第二导电层1020的同一边的第二母线1040的臂和第二母线1045的臂可以具有这样的长度：同样在短时间段内使得电致变色器件在光学状态之间转变。在一些实施方案中，第一母线的臂可以相遇，从而形成单个C形第一母线。在一些实施方案中，第二母线的臂可以相遇，从而形成单个C形第二母线。在图11中示出此实施方案。图11中所示电致变色薄片1100包括设置在第一导电层1110上的第一母线1130以及设置在第二导电层1120上的第二母线1140。注意，例如，如上关于图11所述，有角母线可以具有多于一个有角特征(参见各自具有两个角的母线1130和1140)。一个实施方案是具有两个或更多个角的有角母线。
有角母线的两个臂之间的角可接近180度并且也可小于90度。仅仅出于例示目的，以上实施方案就矩形电致变色薄片来描述，但是非矩形的形状和其它光学器件意图包括在所公开的实施方案的范围内。图12A描绘具有不同形状和有角母线配置的许多电致变色薄片的俯视示意图。例如，电致变色窗1200具有梯形形状和两个母线。下部透明电极表面1205承载有角母线1215，而上部透明电极1210具有另一个有角母线1220。在此实施例中，母线1215具有大于90度的角，而母线1220具有小于90度的锐角。根据电致变色薄片的形状，母线可以是或不是以下情况：对称、或在每个臂上跨越相同长度、或具有相同的总长度。此外，电致变色薄片可以具有有角母线和无角母线的组合。例如，三角形薄片1225在下部电极1230上具有有角母线1240，并且在上部电极1235上具有线性母线1245。在另一个实施例中，三角形电致变色薄片1250在下部电极1255上具有单个有角母线1265，同时还在上部电极1260上具有两个有角母线1270。母线的形状和取向将取决于窗的形状、母线所供电的器件的切换和/或能量要求等，例如以便最大化高效切换和/或供电、转变的均匀性，并最小化热点。在另一个实施例中，六边形电致变色薄片1275在下部电极1280上具有第一有角母线1286，并且在上部电极1285上具有第二有角母线1287。在此实施例中，有角母线1286和1287各自具有三个角特征(顶点)。在另一个实施例中，六边形电致变色薄片1290具有六个有角母线。在下部电极1292上存在三个有角母线1296，并且在上部电极1294上存在三个有角母线1298。下文具体针对有角母线和具有多于两个母线的器件更详细地描述用于电致变色薄片的驱动算法。
本文就具有在顶点处连结的至少第一臂和第二臂(例如，如就图12A所描绘和描述)来描述有角母线(图12A中的一些实施例示出在某些实施方案中可存在更多顶点和臂)。在某些实施方案中，有角母线并不具有物理顶点。参照图12B，出于本公开的目的，存在等效并且因此考虑到的有角母线的配置。例如，电致变色器件1201具有通过导线1204电连接的相关联的母线臂1202和1203。导线1204还可以是母线材料薄条、或其它合适电连接器。虽然本身并不存在物理顶点，但此组件是有角母线，因为存在虚拟顶点，即，两条轴线(每条轴线经过每个母线臂的长度)的交点在空间中的理论点。同样地，在它们的远端处由导线1206电连接的类似定位的母线臂同样将是有角母线。注意，在图12B中，电源可以通过导线或其它连接器连接，或连接在母线臂中的一个(或两个)上。在一个实施方案中，如果两个母线臂的近端：1)相对于彼此成某一角度，如本文就具有物理顶点的母线臂所述；2)在彼此的约1mm与约100mm内；3)与彼此电连通；以及4)在器件的同一导电层上，那么它们共同地是有角母线。在另一个实施方案中，如果两个母线臂：1)各自跨越电致变色器件区域的两条边的长度的约10％至90％、约10％至65％、或约35％至65％；2)相对于彼此成某一角度，如本文就具有物理顶点的母线臂所述；3)与彼此电连通；以及4)在器件的同一导电层上，那么它们共同地是有角母线。出于这些定义的目的，“与彼此电连通”并不包括通过位于其上的一对母线臂的导电层电连通。
在某些实施方案中，母线臂无需彼此电连通。例如，在一个实施方案中，如果两个母线臂：1)各自跨越电致变色器件区域的两条边的长度的约10％至90％、约10％至65％、或约35％至65％；2)相对于彼此成某一角度，如本文就具有物理顶点的母线臂所述；3)在器件的同一导电层上；以及4)独立地保持在相同极性(不是负极性就是正极性)，那么它们共同地是有角母线。在另一实施方案中，如果两个母线臂的近端：1)相对于彼此成某一角度，如本文就具有物理顶点的母线臂所述；2)在彼此的约1mm与约100mm内；3)独立地保持在相同极性(不是负极性就是正极性)；以及4)在器件的同一导电层上，那么它们共同地是有角母线。在这些实施方案中，以下情况是有用的(但非必要)：施加至有角母线的臂中的每一个的极性在大小上类似。虽然要求更复杂的驱动电路，但是这些有角母线将使电致变色器件如同具有物理顶点的那些或具有虚拟顶点并使臂彼此电连通的电致变色器件那样转变。避免热点和改进光学转变的目标保持不变，并以适当配置(如本文就具有物理顶点的有角母线所述)达成。
在一些实施方案中，本文所述母线配置可在使得光学可切换的器件在光学状态之间转变的同时不在光学可切换的器件中产生热点。此外，本文所述母线配置可以根据应用进行修改和/或组合。例如，在一些实施方案中，光学可切换的器件可以具有多边形、梯形的形状、或具有与另一区(具有弯曲边界)基本上形成拐角的形状；母线可设置在第一导电层和第二导电层上，其方式为使得基本上最小化热点、基本上最小化幕效应并且使得光学可切换的器件在光学状态之间快速转变。
在一些实施方案中，第一母线沿第一导电层的边缘的长度和第二母线沿第二导电层的长度基本上最大化，而不会在光学可切换的器件中在第一导电层与第二导电层之间形成热点。基本上最大化第一母线和第二母线的长度可以帮助使得光学可切换的器件在光学状态之间快速转变。
一般来说，为了使得光学可切换的器件在光学状态之间快速切换，第一母线和第二母线因器件的导电层(例如，TCO)的固有电阻而应尽可能地靠近彼此。然而，使第一母线和第二母线靠近彼此使得在光学可切换的器件中产生热点，如以上所解释。在一些实施方案中，第一母线和第二母线被配置成使得基本上最小化第一母线的极点(extremity)与第二母线的部分之间的距离，以便帮助使得光学可切换的器件快速转变而不产生热点。类似地，基本上最小化第二母线的极点与第一母线的部分之间的距离。例如，参照图8A，第一母线805的拐角A是第一母线805的极点。所述极点是第一母线805距离第二母线815的任何部分的最远点。第二母线815最靠近于第一母线805的拐角A的部分是第二母线815的臂816和817分别的末端B和C。因此，为了帮助在光学状态之间快速转变，可以基本上上最小化第一母线805的拐角A与第二母线815的末端B或C之间的距离。
改变光学状态的方法
图13示出描绘一种改变光学可切换的器件的光学状态的方法的流程图。图13中所示方法1300描述改变光学可切换的器件的光学状态，所述光学可切换的器件可类似于图8A中所示电致变色薄片800或图8C中所示电致变色薄片850。也就是说，方法1300描述改变这样的光学可切换的器件的光学状态：所述光学可切换的器件设置在衬底的表面上并且具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角。方法1300可以用于转变包括本文所公开的有角母线的任何光学可切换的器件。
以方法1300的操作1305开始，向接近于拐角附连至光学可切换的器件的第一母线施加第一极性的电流和/或电压。第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状的配置。例如，操作1305中涉及的第一母线可以是图8A中所示电致变色薄片800的第一母线805。
在操作1310处，向附连至光学可切换的器件的第二母线施加第二极性的电流和/或电压。操作1310中涉及的第二母线可以是图8A中所示电致变色薄片800的第二母线815。然而，如操作1310中所述，第二母线可以具有任何数量的不同配置并且不必是有角母线。
在操作1315处，响应于向第一母线和第二母线施加的电流和/或电压，切换光学可切换的器件的光学状态以使得整个光学可切换的器件基本上均匀地发生切换。在一些实施方案中，与就图5A至图7B所述平面配置、圆柱形配置或垂直圆柱形母线配置相比，使得至少一个有角母线包括在光学可切换的器件中可以允许光学可切换的器件更均匀地在光学状态之间转变。
与平面、圆柱形或垂直圆柱形母线配置相比，使得至少一个有角母线包括在光学可切换的器件中可以允许光学可切换的器件更快地在光学状态之间切换。例如，在一些实施方案中，使光学可切换的器件的光学状态从第一光学状态切换至第二光学状态在约10分钟或更少的时间内执行。当然，切换可取决于许多因素，例如电致变色器件面积，导电层的薄层电阻等；然而，在一个实施方案中，10分钟或更少的时间的切换速度适用于具有的面积在约1平方英尺(0.09m2)与约60平方英尺(5.57m2)之间、在另一个实施方案中在约6平方英尺(0.56m2)与约30平方英尺(2.79m2)之间、并且在又一实施方案中在约10平方英尺(0.93m2)与约20平方英尺(1.86m2)之间的光学可切换的器件。此外，使得至少一个有角母线包括在光学可切换的器件中可以允许光学可切换的器件在光学状态之间切换而不在光学可切换的器件中产生热点。例如，可被执行光学可切换的器件的光学状态光学的切换，使得在可切换的器件上施加的电流和/或电压不损坏光学可切换的器件。
当多于两个母线被配置在器件上时，一个实施方案包括驱动连续成对母线的驱动算法。例如，参照图12中的电致变色薄片1290，驱动算法可以包括连续地为相对成对母线1296和1298供电，例如顺时针地、逆时针地或以随机方式，而不是同时为所有母线通电。在另一个实施例中，参照图10，位于EC器件的相对拐角上的母线可以成对、连续地被供电，其中仅仅两个母线是在任何单一时刻通电。使用这种驱动算法，可进一步避免热点，并且由于相对单对母线在任何一个时间上通电，母线末端可以靠近彼此，甚至重叠(即，平行地、并排地但在不同电极上延伸)，因为仅仅相对成对母线是在任何单一时刻被供能。无需使用相对成对母线；母线对可包括相邻母线，例如关于图10所描述的那些，其中母线末端适当地间隔开，以便避免热点。
制造方法
图14示出描绘一种制造光学可切换的器件的方法的流程图。图14中所示方法1400描述一种制造一般光学可切换的器件的方法。方法1400可以用于制造包括本文所公开的有角母线的任何光学可切换的器件。然而，形成光学可切换的器件的细节将取决于所制造的特定光学器件。例如，方法1400可以用于制造图8A中所示电致变色薄片800或图8C中所示的电致变色薄片850以及相关联的母线。关于制造电致变色器件和薄片的另外细节在以下专利申请公开：于2009年12月22日提交的美国专利申请序列号12/645，111；于2009年12月22日提交的美国专利申请序列号12/645，159；于2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,055；于2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,075；于2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,277；于2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,279；以及于2011年6月22日提交的美国专利申请序列号13/166,537，所有专利申请以引用的方式出于所有目的并入本文。
以方法1400的操作1405开始，在单一整合真空沉积系统中的衬底的表面上制造光学可切换的器件。在制造工艺期间，衬底在整合真空沉积系统中处于基本上竖直的取向。光学可切换的器件包括周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角。
在操作1410处，接近于拐角来在光学可切换的器件上形成第一母线。第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循拐角的第一边、第一顶点以及第二边的形状的配置。第一母线被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。
在操作1415处，在光学可切换的器件上形成第二母线。第二母线被配置成递送用于驱动光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。在一些实施方案中，光学可切换的器件可以包括周边，所述周边具有包括第三边、连结所述第三边和第四边的第二顶点以及所述第四边的第二拐角。第二母线可以包括第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂具有基本上遵循第二拐角的第三边、第二顶点以及第四边的形状的配置。
有角母线性能
图15至图17示出包括示出平面母线与有角母线相比的性能的曲线的图。图15示出包括具有平面母线的电致变色薄片和具有有角母线的电致变色薄片的百分比透射率的曲线的图。图16A示出包括在电致变色薄片的下部导电电极上的不同位置处的电压的曲线的图。图17示出包括具有平面母线的电致变色薄片和具有有角母线的电致变色薄片中的电流密度的曲线的图。
为了生成这些数据，首先利用全固态且无机的EC器件涂布具有钠扩散屏障和氟化氧化锡透明导电层的26英寸×30英寸的钢化玻璃薄片，如在以下专利申请中描述：于2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,055；于2010年4月30日提交的美国专利申请序列号12/772,075；于2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,277；于2010年6月11日提交的美国专利申请序列号12/814,279；以及于2011年6月22日提交的美国专利申请序列号13/166,537，所有专利申请以引用的方式出于所有目的并入本文。沉积之前，沿衬底的其中一个26”边的整个长度、在距离玻璃边缘近似5/8”处形成穿透氟化氧化锡层的激光隔离划片(L1)。沉积EC器件涂层之后，形成直至玻璃的两个激光划片(L2)，每个划片均沿薄片30”边、每个划片距离玻璃边缘5/8”。沿与L1相对的另一26”边并且在距离玻璃边缘5/8”处形成平行于L1的另一激光划片(L3)。在L1与最近平行玻璃边缘之间，制造近似所述边缘的长度的超声焊合母线，以便使得因L1划片而给出通向与底部导电层而与顶部导电层隔离的导电路径。类似地，将焊合母线放置在L3与最近平行玻璃边缘之间，以便因L3划片而给出通向顶部导电层而与底部导电层隔离的导电路径。这产生了具有243/4”×283/4”的有效面积和平面母线配置(两个平行母线沿薄片的相对边延伸)的26”×30”薄片。
随后使用循环伏安法-计时电位法(CVCC)的组合技术，使得所述器件经过完全着色和褪色循环。在循环期间，在L1划片与L3划片之间的中途利用光源/检测器对在有效面积的中心附近监测器件(图15中的曲线1505)。还利用此配置监测器件边缘(图15中的曲线1510)。中心是在具有前述构造的电致变色器件上见到的切换最缓慢的区域。这是由于电流在器件上因透明电极层的薄层电阻而下降所造成的。用于测量的仪器是Ocean Optics钨卤素源和ThorLabs放大硅检测器。
还相对于连接至下部透明电极的母线的电压，在所述器件的有效面积上的9位置网格(3×3矩阵)中，探测所述器件的电压，如图16A中的图所示。组成3×3矩阵的9个点是：顶部透明电极母线(即图16中的母线1605)附近的点；母线之间中途的点；以及下部透明母线(即，图16A中的母线1610)附近的点，这三点中的每一个在薄片的30”边缘中的每一个附近的位置处以及薄片的30”边缘之间的中途处取得。图16A中所示的图中的每一个对应于这些点中的一个；这些图以探测到器件的方式布置在母线1605和1610之间。
所述器件是由Arbin BT2000电池检验器来驱动，所述电池检验器使所述器件循环并且监测用于光学测量和电压测量的辅助电压信号。用于循环算法的参数是：
1.以+4mV/s从0V斜升至1V
2.保持1V 10分钟
3.以-500mV/s从1V斜降至-1.3V
4.以-6mV/s从-1.3V斜降至-2.5V
5.保持在-2.5V 30分钟
6.以+500mV/s斜升至0V
7.以+4mV/s斜升至2V
8.保持2V 10分钟
9.保持1V 10分钟
曲线中的实线是这些测试的按电压对时间来绘制的结果。图16B示出来自图16A的左上角的图(即，图1615)的放大图，以供作为参照。
在初始测试之后，在L2划片中的一个内侧1/2”处形成另外L3划片，所述另外划片L3垂直于原始L3划片、被配置成使得电连接至下部透明导电层的母线可沿30”边来延伸成有角配置(在此实施例中，近似90度的角，并且具有“L形状”)。这个母线利用焊料延伸，所述焊料延伸近似薄片的30”边的一半(母线1605的延伸部1625)。
电连接至顶部透明导电层的母线并非如上所述那样延伸，而是由类似的L形母线替换，所述类似的L形母线沿薄片的L1边、正好在旧的母线内侧延伸，并且延伸薄片的30”边的一半，与第一L形母线的分支部相反并且邻近L2划片(母线1610的延伸部1630)。这个母线是由铜带构造，因为超声焊料在此将会导致器件的有效面积中的不期望的分流。这是因为这个母线位于第一母线内侧、位于L1隔离划片的器件侧上，并且因此不能穿透器件叠堆。
在以上结构中，在所述相同位置处以相同的方式监测器件。也就是说，使用CVCC的组合技术，使得所述器件经过完全着色和褪色循环。在循环期间，在L1划片与L3划片之间的中途利用光源/检测器对在有效面积的中心附近监测器件(图15中的曲线1515)。还利用用此配置监测器件边缘(图15中的曲线1520)。还相对于连接至下部透明电极的母线的电压，在所述器件的有效面积上的9位置网格(3×3矩阵)中，探测所述器件的电压，如图16A中的图所示。图中虚线是这些测试的按电压对时间来绘制的结果。同样，图16B示出来自左上角的图(即，图1615)的放大图，以供作为参照。
L形母线配置显著改进器件上的着色和褪色时间。用于表征电致变色器件切换速度的一个通用量度是t80％，或器件在光密度(OD)上达到其着色的80％的时间。对于平面母线布置，中心t80％和边缘t80％分别是38.5分钟和22.2分钟。在具有L形母线的情况下，时间分别减少至21.5分钟和11.5分钟，其中在边缘处出现较大的百分比增加。此外，在具有改进母线配置的情况下，器件范围增大并变得更均匀。中心OD范围从1.07增大至1.26，并且边缘OD范围从1.08变成1.35。改进着色可在CVCC测试(图15)的I-V曲线中看到，CVCC测试是测量切换性能的良好方法(proxy)。如图17中所示，器件的泄漏电流最低程度地改变，而峰值电流增大了约1.4倍；曲线1705是平面母线情况下的电流密度，并且曲线1710是L形母线情况下的电流密度。峰值电流密度较大增大表明离子移动的改进和因此更快着色。如在器件上测量的电压分布(图16A)示出所有位置中的改进。电压不仅使得器件切换更快，而且具有更大、更均匀的范围。
尽管已以某种详细程度描述前述实施方案以促进理解，但应将所描述实施方案视为说明性而非限制性。本领域的技术人员将明白，可在所附权利要求书的范围内实践某些改变和修改。

Claims (20)

1.一种设备，其包括：
衬底；
光学可切换的器件，所述光学可切换的器件被设置在所述衬底的表面上并且具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角；
第一母线，所述第一母线接近于所述拐角附连至所述光学可切换的器件，并且被配置成递送用于驱动所述光学可切换的器件的切换的电流和/或电压，所述第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循所述拐角的所述第一边、所述第一顶点以及所述第二边的形状的配置；以及
第二母线，所述第二母线被附连至所述光学可切换的器件，并且被配置成递送用于驱动所述光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述光学可切换的器件的所述周边进一步包括第二拐角，所述第二拐角包括第三边、连结所述第三边和第四边的第二顶点以及所述第四边，并且其中所述第二母线接近于所述第二拐角附连至所述光学可切换的器件，并且包括第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂具有基本上遵循所述第二拐角的所述第三边、所述第二顶点以及所述第四边的形状的配置。
3.如权利要求1或权利要求2所述的设备，其中所述第一母线和所述第二母线具有基本上类似的配置。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述光学可切换的器件的所述周边进一步包括第三边，并且其中所述第二母线包括第三臂，所述第三臂具有基本上遵循所述第三边的形状的配置。
5.如权利要求1至4中任一项所述的设备，其中所述光学可切换的器件的所述周边具有基本上矩形的形状或基本上方形的形状。
6.如权利要求1所述的设备，其中所述第一母线的所述第一臂具有的长度为所述第一边的长度的约60％至90％。
7.如权利要求1所述的设备，其中所述第一母线的所述第一臂具有的长度为所述第一边的长度的约35％至65％。
8.如权利要求1所述的设备，其中所述第一母线的所述第一臂具有的长度为所述第一边的长度的约10％至40％。
9.如权利要求1所述的设备，其中所述光学可切换的器件的所述周边进一步包括第二拐角，所述第二拐角包括第二边、连结所述第二边和第三边的第二顶点以及所述第三边，其中所述第一母线进一步包括第三臂，其中所述第二臂和所述第三臂具有基本上遵循所述第二拐角的所述第二边、所述第二顶点以及所述第三边的形状的配置。
10.如权利要求1至9中任一项所述的设备，其中所述第一母线和所述第二母线被配置成使得所述光学可切换的器件在约10分钟或更少的时间内从第一光学状态切换至第二光学状态。
11.如权利要求1至10中任一项所述的设备，其中所述光学可切换的器件包括固态且无机的电致变色器件。
12.如权利要求1所述的设备，其中所述第一母线被配置成将电流和/或电压递送至所述光学可切换的器件的第一导电层，并且其中所述第二母线被配置成将电流和/或电压递送至所述光学可切换的器件的第二导电层。
13.一种改变光学可切换的器件的光学状态的方法，所述光学可切换的器件被设置在衬底的表面上并且具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角，所述方法包括：
(a)向接近于所述拐角附连至所述光学可切换的器件的第一母线施加第一极性的电流和/或电压，所述第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循所述拐角的所述第一边、所述第一顶点以及所述第二边的形状的配置；
(b)向附连至所述光学可切换的器件的第二母线施加第二极性的电流和/或电压；以及
(c)响应于向所述第一母线和所述第二母线施加的电流和/或电压，切换所述光学可切换的器件的所述光学状态以使得整个所述光学可切换的器件基本上均匀地发生所述切换。
14.如权利要求13所述的方法，其中使所述光学可切换的器件的所述光学状态从第一光学状态切换至第二光学状态在约10分钟或更少的时间内执行。
15.如权利要求13或权利要求14所述的方法，其中所述光学可切换的器件是固态且无机的电致变色器件。
16.如权利要求13至15中任一项所述的方法，其中切换所述光学可切换的器件使得所述光学可切换的器件在褪色状态与着色状态之间进行改变。
17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其中切换所述光学可切换的器件的所述光学状态光学被执行，使得所述可切换的器件上施加的电流和/或电压不对所述光学可切换的器件造成损坏。
18.一种制造光学可切换的器件的方法，所述方法包括：
在单一整合真空沉积系统中的衬底的表面上制造所述光学可切换的器件，所述衬底在所述整合真空沉积系统中处于基本上竖直的取向，所述光学可切换的器件具有周边，所述周边具有包括第一边、连结所述第一边和第二边的第一顶点以及所述第二边的至少一个拐角；以及
接近所述拐角在所述光学可切换的器件上形成第一母线，所述第一母线包括第一臂和第二臂，所述第一臂和所述第二臂具有基本上遵循所述拐角的所述第一边、所述第一顶点以及所述第二边的形状的配置，所述第一母线被配置成递送用于驱动所述光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。
19.如权利要求18所述的方法，其进一步包括：
在所述光学可切换的器件上形成第二母线，所述第二母线被配置成递送用于驱动所述光学可切换的器件的切换的电流和/或电压。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述光学可切换的器件的所述周边具有包括第三边、连结所述第三边和第四边的第二顶点以及所述第四边的第二拐角，并且其中所述第二母线包括第三臂和第四臂，所述第三臂和所述第四臂具有基本上遵循所述第二拐角的所述第三边、所述第二顶点以及所述第四边的形状的配置。
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