CN105190420A - 具有激光切口以减少漏电的电致变色装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个目的是提供一种具有改进的绝缘膜结构以减少漏电的电致变色装置(70)。改进的结构包括下部导电层(75)、上部导电层(71)、电致变色电极层(74a、74b)、反电极层(72)以及夹在电致变色电极层与反电极层之间的至少一个离子导体层(73a、73b、77)。下部导电层和电致变色电极层被划线，通过划线形成的间隙(P1)利用形成在电致变色电极层之上的层填充。在一些方面中，离子导体层也与下部导体层和电致变色电极层一起划线，由划线形成的间隙利用形成在离子导体层之上的层填充。在另外的方面中，绝缘薄膜可以包括形成在离子导体层之上一个或更多个缓冲层(76)，所述缓冲层进一步分离上部导电层与下部导电层。
Description
相关申请的交叉参考
本申请是于2013年3月6日提交的美国专利申请No.13/786,934的继续申请，该美国申请的公开内容在此通过参引方式结合到本文中。
技术领域
本发明涉及电致变色装置，更具体地涉及固态无机薄膜装置。
背景技术
电致变色材料和装置已被开发作为用于建筑物和车辆窗户中的光和热管理的被动涂层材料的替代物。与被动涂层材料相比，电致变色装置采用的材料能够在响应于所施加的电位而电化学氧化和还原之后可逆地改变其光学特性。光学调制是电子和充电补偿离子在电化学材料格架中的同时嵌入和提取的结果。
一般地，电致变色装置具有组合结构，穿过组合结构，透光度可以进行调节。图1以横截面示出典型的五层固态电致变色装置，其具有以下五个叠加层：根据氧化或还原在吸收或反射方面产生变化的电致变色电极层14；功能上替代电解质的离子导体层13，其允许离子通过同时阻挡电子流；当装置处于漂白或透明(clear)状态时用作用于离子的存储层的反电极层12；以及用于向电致变色装置施加电势的两个透明导电层11和15。一般地，在基板16上相继地施加上述层中的每一层。这些装置一般地承受固有的电子泄露(在电致变色堆叠层之间)和电子击穿。
一般地，电力通过总线分配至电致变色装置。图2以横截面示出图1的电致变色装置，其电力由两个导电元件供应，比如总线18和19。为了防止总线在一起短路，总线相互电气地隔离。通常地，这通过划线TCL11和15来完成。如图2所示，第一(下部)TCL15在点P1处被划线，使得下部TCL15成为不连续层，并且由此防止总线跨过下部TCL15而短路。类似地，第二(上部)TCL11在点P3处划线，使得上部TCL11也是不连续的，并且由此防止总线跨过上部TCL11短接到一起。
为了以更加成本有效的方式生产电致变色装置，需要改进沉积过程以提供更高的输出并且更适于批量生产。一般地，输出可被认为在每次基板或其他工件在真空与大气之间循环时减小，反之亦然。这是因为来自涂层工艺的在喷溅方式中不可避免地存在的灰尘和碎屑在排气和抽气期间向周围吹送以及降压，并且降落在活性层上，导致薄膜结构中的缺陷。理论上，全部层可以在一个单个的连续真空步骤中沉积，即在一个涂层机中沉积。但是，在单个真空步骤中沉积全部层将需要在真空系统中的下部透明导体的沉积与第二透明导体的沉积之间包括激光划线(或一些类型的切割)。这些切割工序在真空系统中是非常困难的。例如，关于激光划线，需要保持用于激光的极度致密的聚焦。这种聚焦在系统中存在机械公差的情况下是非常难以有效地实现的。
此外，为了使固态电致变色装置正确地运行，需要阻止电流在电致变色装置的总线之间直接通过，但通过所要求的电致变色机构。通过任一导电层泄漏或穿过的任何电子流用于使所需的电压短路并且防止离子流动通过电致变色装置。这样，泄漏电流由于固有的电子泄露而导致装置性能上的折衷，包括降低的动态范围、非均匀着色、降低的离子电导度、变慢的转换速率以及增大的功率消耗。仅增加离子导体层的厚度可以导致泄漏电流的减小，但其代价为光学性能退化、层沉淀时间和成本增大以及转换速率减小。因此，希望减少通过电致变色装置的电子泄露的量，而不需要厚的离子导体层，以免性能的这些折衷。
发明内容
本公开的一个方面提供一种包括不连续的上部导电层和不连续的下部导电层的电致变色装置。上部导电层的第一部分可以联接至第一导电元件。上部导电层的与第一部分不连续的第二部分可以联接至第二导电元件。下部导电层的第一部分可以联接至第一导电元件。下部导电层的与第一部分不连续的第二部分可以联接至第二导电元件。
电致变色装置还可以包括第一电极层、不连续的第二电极层以及连续的离子导体层，第一电极层包括位于上部导电层和下部导电层之间的反电极层和电致变色电极层之一，不连续的第二电极层包括位于上部导电层和下部导电层之间的反电极层和电致变色电极层中的另一个，连续的离子导体层用于在第一电极层与第二电极层之间传导离子以及与第一电极层和第二电极层连通。第一电极层可以与上部导电层的第一部分和第二部分中的每一个接触。第二电极层的第一部分可以与所述下部导电层的第一部分接触，第二电极层的与第一部分不连续的第二部分可以与下部导电层的第二部分接触。离子导体层可以与第二电极层的第一部分和所述第二部分中的每一个接触。
在一些方面中，上部导电层的第一部分的至少一部分可以布置在下部导电层的第二部分的至少一部分之上。不连续的下部导电层和所述不连续的第二电极层中的每一个包括间隙，不连续的下部导电层和不连续的第二电极层的相应的间隙彼此相邻。连续的离子导体层的至少一部分可以占据相应的间隙中的每一个。相应的间隙可以通过形成在第二电极层上的电致变色装置层填充。
在一些方面中，电致变色装置还可以包括位于第二电极层与离子导体层之间的至少一个连续的缓冲层。缓冲层可以包括WO3、NiO、CeO2、MoO3和V2O5中的至少一种并且可以适于允许离子在第二电极层与第一电极层之间通过。
在一些方面中，连续的离子导体层可以具有在大约1nm与大约70nm之间的厚度。在另外的方面中，一个或更多个缓冲层中的每一个可以具有在大约10nm与大约300nm之间的厚度。在仍然的另一个方面中，上部导电层和下部导电层可以分离至少大约170nm。
本公开的另一个方面提供一种包括不连续的上部导电层的电致变色装置，上部导电层的第一部分联接至第一导电元件，上部导电层的与第一部分不连续的第二部分联接至第二导电元件。电致变色装置还可以包括不连续的下部导电层，下部导电层的第一部分联接至第一导电元件，下部导电层的与第一部分不连续的第二部分联接至第二导电元件。电致变色装置还可以包括第一电极层，第一电极层包括位于第一导电层和第二导电层之间的反电极层和电致变色电极层之一。第一电极层可以与上部导电层的第一部分和第二部分中的每一个接触。电致变色装置还可以包括不连续的第二电极层，第二电极层包括位于上部导电层和下部导电层之间的反电极层和电致变色电极层中的另一个。第二电极层的第一部分可以与下部导电层的第一部分接触。第二电极层的与第一部分不连续的第二部分可以与下部导电层的第二部分接触。电致变色装置甚至还可以包括用于在第二电极层与第一电极层之间传导离子并且与第二电极层和第一电极层连通的不连续的离子导体层。离子导体层的第一部分可以与第二电极层的第一部分接触。
在一些方面中，电致变色装置还可以包括用于在第二电极层与第一电极层之间传导离子并且与第二电极层和第一电极层连通的连续的离子导体层。离子导体层可以与第一电极层连续接触。
在另外的方面中，上部导电层的第二部分的至少一部分可以布置在下部导电层的第一部分的至少一部分之上。不连续的第一导电层、不连续的第二电极层和不连续的离子导体层中的每一个可以包括间隙。这些层的相应的间隙彼此对齐，使得相应的间隙形成单个间隙。连续的离子导体层的至少一部分可以占据单个间隙的一部分。单个间隙可以通过形成在不连续的离子导体层之上的电致变色装置层填充。
在一些方面中，电致变色装置还可以包括位于连续的离子导体层与不连续的离子导体层之间的至少一个连续的缓冲层。缓冲层可以与连续的离子导体层连续接触。缓冲层可以包括WO3、NiO、CeO2、MoO3和V2O5中的至少一种并且可以适于允许离子在第二电极层与第一电极层之间通过。
在一些方面中，缓冲层可以具有在大约30nm和150nm之间的厚度。在另外的方面中，连续的离子导体层可以具有在大约20nm和大约60nm之间或在大约32nm和大约48nm之间的厚度。在仍然的另一个方面中，上部导电层和下部导电层可以分离至少大约170nm。
附图说明
图1是典型的电致变色装置的示意性截面图。
图2是典型的电致变色装置的另一个示意性截面图。
图3是根据本发明的一个实施例的具有改进结构的电致变色装置的示意性截面图。
图4是根据本发明的另一个实施例的具有改进结构的电致变色装置的示意性截面图。
图5是根据本发明的再一个实施例的具有改进结构的电致变色装置的示意性截面图。
图6是根据本发明的又一个实施例的具有改进结构的电致变色装置的示意性截面图。
图7是根据本发明的还一个实施例的具有改进结构的电致变色装置的示意性截面图。
具体实施方式
本发明的一个目的是提供一种具有改进的绝缘膜结构以减少电子泄露的电致变色装置。改进的绝缘膜结构允许在沉积过程之后在单个基板上制作多个电致变色装置，沉积过程更适于批量制造以及提供高产出率。具体地，所公开的电致变色装置利用仅具有两个涂层工艺的淀积工艺形成，两个涂层工艺之间具有单个激光加工步骤(在淀积工艺之后执行全部剩余的激光划线工艺步骤)。所公开的装置和工艺因此涉及最小真空循环，由此增加产出率。借助于利用与下部透明导体层一起划线的电致变色层的电致变色装置实现这些以及其他目的。
本发明的另一个目的是提供一种制备包括改进的绝缘膜结构的电致变色装置的方法。
本发明的又一个目的是提供一种制备用于电致变色装置和需要离子导体层的其他应用的改进的绝缘膜结构的方法。
根据本发明，图3以截面图示出具有改进的绝缘膜结构的固态电致变色装置30。图3的装置类似于图1和图2中描述的固态装置，从而图3的装置中存在上述层中的每一者。图3的装置不同于图1和图2中描述的装置，在于图3的装置的EC层34a/34b和IC层33a/33b没有从第一母线38连续地延伸至第二母线39。相反地，EC层的左侧部分34a与右侧部分34b分离。类似地，IC层的左侧部分33a与右侧部分33b分离。通过定位在装置的位置P1处的P1划线分别分离左侧部分和右侧部分。可以利用包括激光划线、刻蚀、机械研磨或本领域已知的其他适当的去除工序的几个不同方法之一实现P1划线器。可以通过沉积层执行切割以形成从第一母线延伸至第二母线的孔或切除部分，以便形成从第一母线的侧面延伸、与层的其余部分隔离以及从第二母线的侧面延伸的隔离层区域。切除部分的形成使基板暴露并且提供以下情况，电致变色装置的附加层可以随后形成并且布置在隔离层区域中的每一个之间。
这种切割以各种不同的方式和/或方法执行，比如通过利用适当的掩模、划线或刻蚀工艺，刻蚀工艺采用激光器、机械磨蚀工艺、电子放电加工或化学蚀刻工艺中的一种或更多种，机械磨蚀工艺涉及例如利用金刚石、红宝石或不锈钢端头。
在一些实施例中，可以在离子导体层的沉积之前执行切割。在这些实施例中，切割仅将下部导电层和第一电极分开成两个不同的区域，而非离子导体层。切割的时机(timing)不影响可以执行切割的方式。因此，在本文中说明的任何实施例中，可以以与如上所述相同的方式执行切割。
返回图3的装置30，CE层32形成在IC层33a/33b的顶部上并且完全地或部分地填充IC层33、EC层34和下部TC层35的左侧部分与右侧部分之间的间隙。上部TCL层35形成在CE层34的顶部上。上部TCL层35还可以完全地或部分地填充未被CE层34填充的间隙的任何剩余部分。最后，如关于图2说明的，上部TCL层在位置P3处划线以防止总线38和39短路。可以利用如上所述的划线技术中的任一种实现P3划线。
与通过图2中描绘的P1激光器切割的传统设置提供的输出相比，对于IC层33a/33b、EC层34a/34b和下部TC层35中的每一个的左侧部分和右侧部分的分离在制作单个基板上的电致变色装置期间有效地提供了更高的输出。反过来，图3的电致变色堆叠构造提供了用于批量生产电致变色装置的更加可靠的工艺。
图3的电致变色装置的各个层的厚度可以根据所选择的电化学活性物质(electrochromicallyactivematerial)而变化。在一些例子中，TC层可以各自具有从大约5nm至大约10,000nm范围内的厚度。优选地，TC层具有在大约10nm至大约1,000nm范围内的厚度。但是，可以使用任何的导电层厚度，只要这些厚度提供用于电致变色装置的足够的导电性并且不与穿过装置的光的透射发生干涉即可。
在一些例子中，EC层可以具有在大约50nm与大约2000nm之间，优选地在大约340nm与大约420nm之间的厚度。在一些例子中，IC层可以具有大约1nm与大约70nm之间，优选地在大约20nm与大约60nm之间，最优选地在大约32nm与大约48nm之间的厚度。在一些例子中，CE层可以具有从大约50nm至大约650nm的范围内的厚度。在一个具体的例子中，CE层可以在大约150nm与大约250nm之间的厚度，优选地在大约175nm与大约205nm之间的厚度。
但是，图3中描述的装置产生与电致变色装置30的性能相关的其他方面。为了获得电致变色装置30的最佳性能，应该使在总线38与39之间产生的电位差最大化。但是，总线之间的泄漏电流可以使电压(或电位差)降低并且由此降低装置的性能。例如，在图3的圆圈部分处，其以放大方式示出并且示出了更大的细节，示出了沿着从上部TC层31至下部TC层35的矢量37的泄漏电流的流动。在比如为图3的例子的构造中，泄漏电流37可以由于接近上部TC层35和下部TC层31而是显著的。由于EC装置的性能取决于存在上部TC层与下部TC层的足够的间距(或电子隔离)以使两个层之间的泄漏电流最小化，因此装置30可能不利地操作。为了使图3的例子中的装置30恰当地操作，CE层34必须提供上部TC层35与下部TC层31之间的足够的间距(或电子隔离)。如上所述，在一些例子中，CE层可以具有仅仅大约50nm的厚度，这可能不足以在上部TC层35与下部TC层31之间分离。
根据本发明，图4以截面示出另一个固态电致变色装置40，其具有在图3的装置的结构基础上进一步改进的绝缘薄膜结构。图4的装置类似于图1-3中的每一个中描述的固态装置，在一定程度上再次存在上述层中的每一个(即层41-45，对应于图1的层11-15和图3的层31-35)。图4的装置与图1的装置的不同在于，图4的装置的EC层44a/44b不从第一母线48连续地延伸至第二母线49。图4的装置与图3的装置的不同在于，图4的装置的IC层43从第一母线48延伸至第二母线49。此外，IC层43完全地或部分地填充EC层44a/44b和下部TC层45a/45b的左侧部分与右侧部分之间的间隙。形成在IC层43之上并且从左侧母线48延伸至右侧母线49的CE层42可以进一步完全地或部分地填充未由IC层43填充的间隙的部分。形成在CE层42之上并且在位置P3处划线的上部TC层41甚至可以进一步完全地或部分地填充未由IC层43或CE层42填充的间隙的部分。
在由图4示出的构造中，不仅通过IC层43而且通过CE层42在位置P1处分离上部TC层41和下部TC层45。间距可以在从大约51nm至大约720nm的厚度范围内，优选地在大约170nm与310nm之间的范围内。特别地，在一些例子中，与图3的电致变色装置相比，IC层43可以提供TC层41与45之间的在大约1nm与70nm之间、优选地在大约20nm与60nm之间以及最优选地在大约32nm与48nm之间的附加间距。TC层41与45之间的由IC层43和CE层42贡献的间距可以使装置40中的泄漏电流的量最小化。这样，图4的装置40可以相对于图3的装置30展现出改进的性能，同时保持改进的输出的有益效果。
图5示出具有也在图3的装置的结构的基础上改进的绝缘薄膜结构又一个固态电致变色装置50。图5的装置50类似于图1-4中的每一个中描述的固态装置，在于再次存在上述层中的每一个(即层51-55，分别对应于图1-4的层11-15、21-25、31-35和41-45)。图5的装置50不同于图1-4的装置，在于图5的装置50包括定位在EC层54与IC层53之间的附加缓冲层56。缓冲层56可以从第一母线58连续地延伸至第二母线59，并且可以完全地或部分地填充由P1划线形成的间隙。IC层53可以完全地从第一母线58延伸至第二母线59，并且可以进一步完全地或部分地填充未由缓冲层56填充的间隙的部分。形成在IC层53之上并且从第一母线58延伸至第二母线59的CE层52甚至可以进一步完全地或部分地填充未由缓冲层56或IC层53填充的间隙的部分。形成在CE层52之上并且在位置P3处划线的上部TC层51也甚至可以进一步完全地或部分地填充未由缓冲层56、IC层53或CE层52填充的间隙的部分。
在图5的例子中，仅一个缓冲层56形成在EC层54与IC层53之间。在其他实施例中，多个缓冲层可以形成在EC层54与IC层53之间。在这些实施例中，多个缓冲层可以通过比如为附加IC层53的离子传输层彼此分离。
任何材料可被用作缓冲层，只要其允许离子从一个离子传输层穿行至另一个离子传输层即可。在一些实施例中，包括缓冲层的材料具有低电子电导率或不具有电子电导率，但这不是必要的。缓冲层从包括透明锂离子渗透性材料和混合导体的材料中选择。如本文中使用的，“混合导体”指的是离子/电子导体。在一些实施例中，缓冲层包括金属氧化物，金属氧化物包括但不限于氧化钨、氧化镍、氧化钸、氧化钼、氧化钒及其混合物。具体的缓冲层材料包括但不限于WO3、NiO、CeO2、MoO3、V2O5及其混合物。可被使用的具体的混合物包括NiO和WO3的混合物、CeO2和MoO3的混合物、CeO2和V2O5的混合物、MoO3和V2O5的混合物以及CeO2、MoO3和V2O5的混合物。如果利用任何两种材料的混合物，则第一材料的量对第二材料的量可以从大约30∶1至大约1∶30的范围内，优选地在从大约20∶1至大约1∶20的范围内。
在其他实施例中，缓冲层包括氧化硅基结构、氧化铝基结构或氧化铝-氧化硅基结构。特别适于锂离子传输的其他缓冲材料是锂基陶瓷材料、硅土或二氧化硅，锂基陶瓷材料包括硅酸锂、锂铌化合物、硅酸锂铝、硼酸锂铝、硼酸锂、氮氧化锂硅、硅酸锂锆、铌酸锂、硼硅酸锂、磷硅酸锂、氮化三锂、氟化锂铝以及其他锂基陶瓷材料。
在优选的实施例中，缓冲层从包括氧化钨以及氧化镍和氧化钨的混合物组成的组中选择。
在装置包括多个缓冲层的这些实施例中，包括离子导体层的每个缓冲层可以由相同的材料组成。在其他实施例中，但是，包括离子导体层的缓冲层中的一些可以由一种类型的材料组成，而包括相同的离子导体层的其他缓冲层可以由不同类型的材料组成。事实上，缓冲层中的每一个可能包括由不同材料制成的离子导体。
每个缓冲层的厚度根据包括电致变色电极层装置的层和所需特性的材料而变化。但是，每个缓冲层的厚度一般从大约10nm至大约300nm的范围内，优选地从大约30nm至大约150nm的范围内。包括离子导体层每个缓冲层可以具有大约相同的厚度或可以具有变化的厚度。但是，优选地缓冲层具有大约相同的厚度。此外，缓冲层与离子传输层相比可以具有相同或不同的厚度。
除IC层53和CE层52之外，缓冲层56可以使上部TC层51和下部TC层55彼此进一步分离，由此减少装置50中存在的泄漏电流的量。根据形成多少缓冲层，总间距可以具有从大约61nm至大约1,000nm或更大的范围的厚度。优选地，间距从大约180nm至大约460nm的范围内。特别地，在一些例子中，与图3的电致变色装置30相比，IC层53和缓冲层56可以提供大约11nm与大约370nm之间、优选地在大约30nm与210nm之间或更大(取决于形成多少缓冲层)的TC层51与55之间的附加间距。这样，图5的装置50可以相对于图3的装置30展现出改进的性能，同时保持改进的输出的有益效果。
图6示出具有也在图3的装置的结构的基础上改进的绝缘薄膜结构的再一个固态电致变色装置60的截面。图6的装置60类似于图1-4中的每一个中描述的固态装置，在于再次存在上述层中的每一个(即层61-65，分别对应于图1-4的层11-15、21-25、31-35和41-45)。图6的装置60与图1-4的装置的不同在于图4的装置60包括定位在第一IC层63与CE层62之间的附加的第二IC层67。与不从左侧母线68连续地延伸至右侧母线69的第一IC层63不同，第二IC层67没有划线，因此从左侧母线68延伸至右侧母线69，并且可以完全地或部分地填充位置P1中的间隙。CE层62可以完全地从左侧母线58延伸至右侧母线59，并且可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67填充的间隙的部分。形成在第二IC层67之上并且从左侧母线68延伸至右侧母线69的CE层62可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67填充的间隙的部分。形成在CE层62之上并且在位置P3处划线的上部TC层61仍然甚至可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67或CE层62填充的间隙的部分。
包括第一IC层64和第二IC层67中的每一个的材料选自绝缘体。当用于窗体应用时，比如建筑窗体，优选地离子导体选自透明绝缘体。如本文中所使用的，“透明”指的是入射光强度的显著的百分比可以在宽的入射角度范围内穿过薄膜传送。根据具体应用，入射光强度的传输的百分比可以在从小于大约20％的透射率至大于大约80％的透射率的范围内，其中物理过程中损失的非透射光强度包括光吸收、光散射和光反射。光强度的损失数值取决于绝缘体材料的厚度和绝缘体材料的固有的光学性能，包括光吸收率、光吸收物质的密度、光散射中心的密度和截面以及相对于相邻材料的折射指数。可以理解，可以对绝缘体材料的厚度和固有光学性能作出选择以适合一些应用。例如，在建筑窗体应用中，透光百分率需要被优化，但并不一定最大化。在这种情况下，可能需要入射光强度的显著的损失。另一方面，在一些电子显示应用中，绝缘体材料的光散射和光吸收可能需要最大化以提供用于可逆着色电致变色材料的基本不透光背景幕。
可被用作本发明的一部分的绝缘体包括但不限于氧化硅(SixOy)、氧化铝(AlxOy)、氮化铝(AlxOy)、氧化铌(NbxOy)、氧化钽(TaxOy)、氧化钛(TixOy)、氧化锆(ZrxOy)、氧化钇(YxOy)、氧化铪(HfxOy)以及其混合物(例如，LizNbxOy、LazTixOy、SrzZrxOy等等)，在此，y等于在1.5x和2.5x之间。可被利用的具体的绝缘体包括但不限于SiO2、Al2O3、Nb2O3、Ta2O5、LiTaO3、LiNbO3、La2TiO7、La2TiO7、SrZrO3、ZrO2、Y2O3、Nb2O5、La2Ti2O7、LaTiO3、HfO2及其混合物。可被利用的特定混合物包括SiO2和Al2O3的混合物以及ZrO2和Y2O3的混合物。如果利用任何两种材料的混合物，则第一材料的量对第二材料的量可以从大约30∶1至大约1∶30的范围内，优选地在从大约20∶1至大约1∶20的范围内。
在本发明的一些优选实施例中，包括离子传输层的材料选自SiO2、Al2O3和Nb2O3。
在其他优选实施例中，离子传输层是氧化硅和氧化铝的混合物，其中，氧化硅与氧化铝在该混合物中的比值为从大约25∶1至大约1∶25的范围内，优选地，氧化硅与氧化铝的比值在从大约11∶1至大约17∶1的范围内。
在一些实施例中，包括离子导体的每个IC层由相同的材料组成。在其他实施例中，包括离子导体(或离子导体层)的离子传输层中的一些可以由一种类型的材料组成，而包括相同的离子导体的其他离子传输层可以由不同类型的材料组成。事实上，离子传输层中的每一个可能包括由不同材料制成的离子导体层。
第一IC层63和第二IC层67可以包括彼此相同的材料成分。在另一个例子中，第二IC层可以包含与包括在第一IC层63中的材料不同的材料，比如如上所述的材料中任一种。另外，本领域技术人员将理解的是，选择用于IC层的任何材料可以与选自金属、金属氧化物、包含金属、分子或原子物质的化合物的一种或更多种添加剂混合，以改变一个或更多个离子传输层的化学和/或物理特性。
包括离子导体层每个IC层可以具有大约相同的厚度或可以具有变化的厚度。然而，优选地每个IC层具有大约相同的厚度。
装置60中两个相邻的IC层的存在可以有利于确保组合的IC层从左侧母线68至右侧母线69的连续性。由于由P1划线在装置60的位置P1处形成的凹部，可能难以将单个连续IC层沉积在装置60上。特别地，可能难以确保IC层沿着形成在位置P1中的垂直侧壁的上部部分的连续性。通过在位置P1处形成凹部之前沉积第一IC层63，形成在位置P1中的垂直侧壁的上部部分可以由IC层材料组成，意味着第二IC层仅需要邻接这些侧壁的上部部分，但不必在其上形成其自身的连续层。
装置60的布置还可以进一步有利于减少电流漏泄。例如，第二IC层67可以提供上部TC层61与下部TC层65之间的附加间距，由此减少能够在两个层之间穿过的泄漏电流的量。间距可以在从大约51nm至大约720nm的厚度范围内，优选地在大约170nm至大约310nm的范围内。特别地，在一些例子中，与图3的电致变色装置相比，IC层63和67可以提供TC层61与65之间的达到48nm、或甚至达到大约60nm或甚至达到大约70nm的附加间距。这样，图6的装置60可以相对于图3的装置30具有改进的性能。
图7示出具有也在图3的装置的结构的基础上改进的绝缘薄膜结构的另一个固态电致变色装置70的截面。图7的装置70类似于图1-4中的每一个中描述的固态装置，在于再次存在上述层中的每一个(即层61-65，分别对应于图1-4的层11-15、21-25、31-35和41-45)。图7的装置70不同于图1-4的装置在于图7的装置70包括定位在第一IC层73之上的附加缓冲层76。图7的装置70进一步不同于图1-4的装置在于图7的装置70包括定位在缓冲层76之上以及CE层73之下的第二IC层76。
与不从左侧母线68连续地延伸至右侧母线69的第一IC层63不同，第二IC层67没有划线，因此确实从左侧母线68延伸至右侧母线69，并且可以完全地或部分地填充在位置P1处由P1划线形成的间隙。CE层62可以完全地从左侧母线58延伸至右侧母线59，并且可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67填充的间隙的部分。形成在第二IC层67之上并且从左侧母线68延伸至右侧母线69的CE层62可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67填充的间隙的部分。形成在CE层62之上并且在位置P3处划线的上部TC层61甚至可以进一步完全地或部分地填充未由第二IC层67或CE层62填充的间隙的部分。
装置70的布置可以非常有益于减少泄漏电流。例如，缓冲层76可以提供上部TC层61与下部TC层65之间的附加间距，由此减少能够在两个层之间穿过的泄漏电流的量。根据形成多少缓冲层，总间距可以具有从大约61nm至大约1,000nm或更大的范围的厚度。优选地，间距从大约180nm至大约460nm的范围内。特别地，在一些例子中，与图3的电致变色装置30相比，缓冲层76和IC层77可以提供大约11nm与大约370nm之间、优选地在大约30nm与210nm之间或更大(取决于形成多少缓冲层)的TC层71与75之间的附加间距。这样，图7的装置70可以相对于图3的装置30具有改进的性能。
还提供一种制造如本文中所述的具有改进的输出和提高的性能的电致变色装置的方法。在不脱离本发明的教导的情况下，沉积的层的成分或类型可被改变以便获得所需的结果。
首要地，下部导电层沉积在基板上。下部导电层可以通过本领域已知的任何技术沉积，包括化学湿选法、化学气相沉积或物理气相沉积工艺。在优选的实施例中，包括导体层的材料通过溅射沉积在透明基板上以形成第一透明导体层。
第一电极、电致变色电极层然后通过化学湿选法、化学气相沉积或物理汽相沉积被沉积在下部透明导体层上。优选的沉积方法包括溶胶凝胶、喷雾热解、电淀积、金属有机分解、激光烧蚀、脉冲激光烧蚀、蒸发、e射束辅助蒸发、溅射、中频反应溅射、RF溅射、磁控溅射、DC溅射、反应DC磁控溅射等。
在优选的实施例中，第一电极通过中频反应溅射或DC溅射技术沉积。在一些实施例中，第一电极层沉积在加热的下部透明导体层上。
在一些实施例中，离子导体层然后沉积在第一沉积电极上。离子导体层可以通过化学湿选法、化学气相沉积或物理汽相沉积来沉积。这些沉积方法包括溶胶凝胶、金属有机分解、激光烧蚀、蒸发、e射束辅助蒸发、溅射、中频反应溅射、射频溅射、磁控溅射、DC溅射等。
在一些优选的实施例中，离子导体层通过中频反应溅射或DC溅射技术来沉积。在其他优选实施例中，离子导体层通过包括浸涂、旋涂和喷涂的溶胶凝胶薄膜沉积技术沉积。在仍然的其他优选实施例中，离子导体层通过溅射或通过溶胶凝胶技术沉积。用于通过溅射或溶胶凝胶涂层沉积这些层的工艺对本领域技术人员来说是已知的。
在一些实施例中，包括离子导体层的缓冲层可以沉积在离子导体层上。缓冲层的沉积可以包括任何数量的离子传输层和缓冲层，需要具备以下条件：a)离子传输层和缓冲层在离子导体层内交替；b)直接邻近于离子导体层沉积的层是缓冲层；以及c)直接邻近于第二沉积电极即反电极沉积的层是离子传输层。离子传输层和缓冲层可以由本文中所述的材料组成。在优选的实施例中，离子传输层和缓冲层中的相邻的层由不同的材料组成。
每个离子传输层和/或缓冲层可以通过相同淀积工艺沉积或可以通过不同的工艺沉积。单独的离子传输层和缓冲层可以通过化学湿选法、化学气相沉积或物理汽相沉积相继地沉积。这些沉积方法包括溶胶凝胶、金属有机分解、激光烧蚀、蒸发、e射束辅助蒸发、溅射、中频反应溅射、射频溅射、磁控溅射、DC溅射等。
在一些优选的实施例中，离子传输层和缓冲层各自通过中频反应溅射或DC溅射技术独立地沉积。在其他优选的实施例中，离子传输层和缓冲层各自通过包括浸涂、旋涂和喷涂的溶胶凝胶薄膜沉积技术沉积。在仍其他优选实施例中，离子传输层或缓冲层中的一些通过溅射沉积，而其他离子传输层或缓冲层通过溶胶凝胶技术沉积。用于通过溅射或溶胶凝胶涂层沉积这些层的工艺对本领域技术人员来说是已知的。
包括在装置30、40、50、60和70中的每一层可以利用美国专利No.8,004,744中说明的技术形成，该美国专利的公开内容在此整体上通过参引方式结合到本文中。可以相继地形成装置的层，以底部TCL开始，向上作业至上部TCL。可以在相应的装置的全部切割层形成在基板上之后但在形成每个连续层之前可以完成在位置P1处的切割。例如，对于图3的装置30，P1划线可以在形成底部TCL35、EC层34和IC层33之后但在形成CE层32和上部TCL31之前执行。在形成上部TCL31之后，在位置P3处切割可以对上部TCL31进行。
在一些实施例中，一个或更多个光调谐层可以沉积在上部TCL之上。在这些实施例中，P3激光划线优选地切割通过上部TCL层和光调谐层(例如，在全部层沉积之后)。
在上述实施例的每一个中，EC层沉积在IC层下面(例如，更靠近基板、更靠近下部TCL层)，CE层沉积在IC层之上(例如，更靠近上部TCL层)。在本公开的其他实施例中，可以切换EC层和CE层的设置，使得CE层定位在IC层下面，EC层定位在IC层之上。在这些实施例中，P1激光划线可以通过CE层而非通过EC层切割，P3切割可以切割通过靠近EC层的透明导体层。类似地，关于上述方法，电致变色堆叠可以以逆序形成在基板上。由此，可以在位置P1处切割根据实施例的底部两个或三个形成层(即，邻近于基板的透明导体层、CE层以及在一些实施例中邻近于CE层的IC层)。
尽管每个上述实施例示出了仅两个总线之间的电致变色结构，但是很清楚上述公开也类似地应用于具有两个以上总线的装置。在这些装置中，每个总线可以通过如上所述形成的电致变色结构彼此电气地分离。形成每个电致变色结构可以同时或相继地执行，形成在每对总线之间的层可以以如上所述的任何方式划线。
最后，如上所述以及附图中示出的实施例不限于矩形形状的电致变色装置。相反地，说明书和附图仅旨在描述电致变色装置的截面图，而非旨在以任何方式限制这种装置的形状。例如，电致变色装置可以形成为除长方形以外的形状(例如圆形等等)。对于另外的例子，电致变色装置可以三维地成形(例如凸形、凹形等等)。
尽管在本文中已参照具体实施例对本发明的进行了说明，但是可以理解的是，这些实施例仅例示了本发明的原理和应用。因此可以理解的是，在不脱离由随附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对示例性实施例做出各种变型并且可以设计其他布置。
Claims (22)
1.一种电致变色装置，包括：
不连续的下部导电层，所述下部导电层的第一部分联接至第一导电元件，所述下部导电层的与所述第一部分不连续的第二部分联接至第二导电元件；
不连续的上部导电层，所述上部导电层的第一部分联接至第一导电元件，所述上部导电层的与所述第一部分不连续的第二部分联接至所述第二导电元件；
第一电极层，所述第一电极层包括反电极层和电致变色层之一，所述反电极层和电致变色层之一位于所述下部导电层与所述上部导电层之间并且与所述上部导电层的所述第一部分和所述第二部分中的每一个接触；
不连续的第二电极层，所述第二电极层包括位于所述下部导电层与所述上部导电层之间的所述反电极层和所述电致变色电极层中的另一个，所述第二电极层的第一部分与所述下部导电层的所述第一部分接触，所述第二电极层的与所述第一部分不连续的第二部分与所述下部导电层的所述第二部分接触；
连续的离子导体层，所述连续的离子导体层用于在所述第一电极层与所述第二电极层之间传导离子并且与所述第一电极层与所述第二电极层连通，所述离子导体层与所述第二电极层的所述第一部分和所述第二部分中的每一个接触。
2.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中，所述上部导电层的所述第一部分的至少一部分布置在所述下部导电层的所述第二部分的至少一部分之上。
3.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中，所述不连续的下部导电层和所述不连续的第二电极层中的每一个包括间隙，所述不连续的下部导电层和所述不连续的第二电极层的相应的间隙彼此相邻。
4.根据权利要求3所述的电致变色装置，其中，所述连续的离子导体层的至少一部分占据相应的间隙中的每一个。
5.根据权利要求3所述的电致变色装置，其中，所述相应的间隙通过形成在所述第二电极层上的电致变色装置层填充。
6.根据权利要求1所述的电致变色装置，还包括位于所述第二电极层与所述离子导体层之间的一个或更多个连续缓冲层。
7.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述缓冲层包括WO3、NiO、CeO2、MoO3和V2O5中的至少一种并且适于允许离子在所述第二电极层与所述第一电极层之间通过。
8.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中，所述连续的离子导体层具有在大约1nm与大约70nm之间的厚度。
9.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中，所述一个或更多个缓冲层中的每一个具有在大约10nm与大约300nm之间的厚度。
10.根据权利要求9所述的电致变色装置，其中，所述上部导电层和下部导电层分离至少大约170nm。
11.一种电致变色装置，包括：
不连续的上部导电层，所述上部导电层的第一部分联接至第一导电元件，所述上部导电层的与所述第一部分不连续的第二部分联接至第二导电元件；
不连续的下部导电层，所述下部导电层的第一部分联接至第一导电元件，所述下部导电层的与所述第一部分不连续的第二部分联接至所述第二导电元件；
第一电极层，所述第一电极层包括电致变色层和反电极层之一，所述反电致变色层和电极层之一位于所述上部导电层与所述下部导电层之间并且与所述上部导电层的所述第一部分和所述第二部分中的每一个接触；
不连续的第二电极层，所述第二电极层包括位于所述上部导电层与所述下部导电层之间的所述电致变色电极层和所述反电极层中的另一个，所述第二电极层的第一部分与所述下部导电层的所述第一部分接触，所述第二电极层的与所述第一部分不连续的第二部分与所述下部导电层的所述第二部分接触；
不连续的离子导体层，所述不连续的离子导体层用于在所述第二电极层与所述第一电极层之间传导离子并且与所述第二电极层和所述第一电极层连通，所述离子导体层的第一部分与所述第二电极层的所述第一部分接触。
12.根据权利要求11所述的电致变色装置，其中，所述上部导电层的所述第二部分的至少一部分布置在所述下部导电层的所述第一部分的至少一部分之上。
13.根据权利要求11所述的电致变色装置，还包括连续的离子导体层，所述连续的离子导体层用于在所述第二电极层与所述第一电极层之间传导离子并且与所述第二电极层和所述第一电极层连通，所述离子导体层与所述第一电极层连续接触。
14.根据权利要求13所述的电致变色装置，其中，所述不连续的下部导电层、所述不连续的第二电极层和所述不连续的离子导体层中的每一个均包括间隙，所述不连续的下部导电层、所述不连续的第二电极层和所述不连续的离子导体层的所述相应的间隙彼此对齐，使得所述相应的间隙形成单个间隙。
15.根据权利要求14所述的电致变色装置，其中，所述连续的离子导体层的至少一部分占据所述单个间隙的一部分。
16.根据权利要求14所述的电致变色装置，其中，所述单个间隙通过形成在所述不连续的离子导体层之上的所述电致变色装置层填充。
17.根据权利要求13所述的电致变色装置，还包括位于所述连续的离子导体层和不连续的离子导体层之间的至少一个连续的缓冲层，所述缓冲层与连续的离子导体层连续接触。
18.根据权利要求17所述的电致变色装置，其中所述缓冲层包括WO3、NiO、CeO2、MoO3和V2O5中的至少一种并且适于允许离子在所述第二电极层与所述第一电极层之间通过。
19.根据权利要求17所述的电致变色装置，其中，所述缓冲层具有在大约30nm和150nm之间的厚度。
20.根据权利要求11所述的电致变色装置，其中，所述连续的离子导体层具有在大约20nm与大约60nm之间的厚度。
21.根据权利要求20所述的电致变色装置，其中，所述连续的离子导体层具有在大约32nm与大约48nm之间的厚度。
22.根据权利要求11所述的电致变色装置，其中，所述上部导电层和下部导电层分离至少大约170nm。
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