DE212019000468U1

DE212019000468U1 - Elektroden für elektrooptische Vorrichtungen

Info

Publication number: DE212019000468U1
Application number: DE212019000468.7U
Authority: DE
Original assignee: Gentex Corp
Current assignee: Gentex Corp
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: CN216133279U; US11372304B2; US20200233276A1; WO2020149988A1

Abstract

Elektrochrome Vorrichtung, umfassend:
ein erstes Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche;
eine erste Elektrode, die an der Innenfläche des ersten Substrats vorgesehen ist;
ein zweites Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche des zweiten Substrats der Innenfläche des ersten Substrats zugewandt ist;
eine zweite Elektrode, die an der Innenfläche des zweiten Substrats vorgesehen ist; und
ein elektrochromes Medium, das zwischen den Innenflächen des ersten und des zweiten Substrats vorgesehen ist,
wobei die erste Elektrode umfasst:
ein erstes Metallnetz, das aus ersten Metallspuren gebildet ist und erste offene Bereiche zwischen den ersten Metallspuren aufweist; und
eine erste transparente leitfähige Beschichtung, die mit dem ersten Metallnetz elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den Metallspuren erstreckt, sodass sie sich über die offenen Bereiche hinweg erstreckt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine elektrooptische Vorrichtung und insbesondere den Aufbau einer transparenten Elektrode zur Verwendung in einer elektrooptischen Vorrichtung und noch spezifischer in einer elektrochromen Vorrichtung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrochrome Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein erstes Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche; eine erste Elektrode, die an der Innenfläche des ersten Substrats vorgesehen ist; ein zweites Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche des zweiten Substrats der Innenfläche des ersten Substrats zugewandt ist; eine zweite Elektrode, die an der Innenfläche des zweiten Substrats vorgesehen ist; und ein elektrooptisches Medium, das zwischen den Innenflächen des ersten und des zweiten Substrats vorgesehen ist. Die erste Elektrode umfasst ein Metallnetz, das aus Metallspuren gebildet ist und offene Bereiche zwischen den Metallspuren aufweist; und eine erste transparente leitfähige Beschichtung, die mit dem Metallnetz elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den Metallspuren erstreckt, sodass sie sich über die offenen Bereiche hinweg erstreckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine elektrooptische Vorrichtung bereitgestellt, die umfasst: ein erstes Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche; eine erste Elektrode, die an der Innenfläche des ersten Substrats vorgesehen ist; ein zweites Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche des zweiten Substrats der Innenfläche des ersten Substrats zugewandt ist; eine zweite Elektrode, die an der Innenfläche des zweiten Substrats vorgesehen ist; und ein elektrooptisches Medium, das zwischen den Innenflächen des ersten und des zweiten Substrats vorgesehen ist. Die erste Elektrode umfasst ein Metallnetz, das aus Metallspuren gebildet ist und offene Bereiche zwischen den Metallspuren aufweist; und eine erste transparente leitfähige Beschichtung, die mit dem Metallnetz elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den Metallspuren erstreckt, sodass sie sich über die offenen Bereiche hinweg erstreckt.
Diese und weitere Merkmale, Vorteile und Zwecke der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung, die Ansprüche und die beigefügten Zeichnungen von einem Fachmann weiter verstanden und nachvollziehbar.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird anhand der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen vollständiger verstanden, wobei:

1 eine Querschnittansicht einer elektrooptischen Vorrichtung ist, die eine Metallnetzelektrode beinhalten kann;
2 ist eine grafische Darstellung des Transmissionsgrads FOM und des Flächenwiderstands einer transparenten leitfähigen Oxidschicht als Funktion der Dicke;
3A ist ein Beispiel einer transparenten Elektrode, die in der elektrooptischen Vorrichtung von 1 verwendet werden kann und eine Metallnetzstruktur und eine transparente leitfähige Beschichtung aufweist;
3B ist ein Beispiel einer transparenten Elektrode, die in der elektrooptischen Vorrichtung von 1 verwendet werden kann und eine Metallnetzstruktur und eine transparente leitfähige Beschichtung aufweist;
3C ist ein Beispiel einer transparenten Elektrode, die in der elektrooptischen Vorrichtung von 1 verwendet werden kann und eine Metallnetzstruktur aufweist;
4 ist eine grafische Darstellung des Transmissionsgrads und des Flächenwiderstands eines Metallnetzes als eine Funktion des Abdeckungsbereichs;
5 ist eine grafische Darstellung der Transparenz gegenüber der Dicke einer simulierten Beschichtungsdicke für 2 Ohm/Quadrat Silbernetz bei variierender Abdeckung;
6 ist eine grafische Darstellung eines Reflexionsgradspektrums für verschiedene Metalle mit und ohne einer Antireflexbeschichtung;
7 ist eine Querschnittansicht eines Abschnitts der transparenten Elektrode, die in 3A und 3B gezeigt ist, entlang der Linie VII-VII; und
Die 8A bis 8C sind Querschnittansichten des Abschnitts der transparenten Elektrode, die in 7 gezeigt ist, bei verschiedenen Fertigungsstufen des Herstellungsverfahrens.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die hier veranschaulichten Ausführungsformen betreffen primär Kombinationen von Vorrichtungskomponenten einer elektrooptischen Vorrichtung. Dementsprechend wurden die Komponenten der Vorrichtungen gegebenenfalls durch konventionelle Symbole in den Zeichnungen dargestellt, die nur die spezifischen Details zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung relevant sind, um die Offenbarung nicht durch Details zu verdecken, die für den Durchschnittsfachmann, der den Vorteil der vorliegenden Beschreibung hat, leicht erkennbar sind. Ferner stellen gleiche Bezugszeichen in der Beschreibung und in den Zeichnungen gleiche Elemente dar.
Zum Zwecke der Beschreibung sollen sich die Begriffe „obere“, „untere“, „rechts“, „links“, „hinten“, „vorne“, „vertikal“, „horizontal“ und Ableitungen davon hierin auf die Erfindung wie sie in 1 orientiert ist beziehen. Sofern nicht anders angegeben soll der Begriff „vorne“ auf die Fläche der Vorrichtung verweisen, die sich näher bei einem beabsichtigten Betrachter der Vorrichtung befindet, und der Begriff „hinten“ soll auf die Fläche der Vorrichtung verweisen, die sich weiter weg von dem beabsichtigten Betrachter der Vorrichtung befindet. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung verschiedene alternative Orientierungen annehmen kann, außer dort, wo ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Es versteht sich auch, dass die spezifischen Vorrichtungen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und in der folgenden Beschreibung beschrieben werden, lediglich beispielhafte Ausführungsformen der in den beigefügten Ansprüchen definierten erfinderischen Begriffe sind. Daher sollen spezifische Abmessungen und andere physische Eigenschaften in Zusammenhang mit den hierin offenbarten Ausführungsformen nicht als begrenzend betrachtet werden, es sei denn, dass die Ansprüche es ausdrücklich anders angeben.
Die Begriffe „einschließen“, „umfasst“, „umfassen“ oder jegliche andere Variationen hiervon decken insoweit eine nicht ausschließliche Einbeziehung ab, als dass ein Produkt oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt ist, sondern dass er/sie/es andere Elemente umfassen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder die eines solchen Artikels oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind. Ein Element, dem „umfasst ein . .” vorangeht, schließt nicht ohne weitere Beschränkungen die Existenz von zusätzlichen identischen Elementen in dem Artikel oder der Vorrichtung aus, die das Element umfasst.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine elektrooptische Vorrichtung. 1 zeigt ein Beispiel für die Struktur einer elektrooptischen Vorrichtung 10. Die elektrooptische Vorrichtung 10 kann ein erstes Substrat 12 mit einer Innenfläche 12a und einer Außenfläche 12b; eine erste Elektrode 14, die an der Innenfläche 12a des ersten Substrats 12 vorgesehen ist; ein zweites Substrat 16 mit einer Innenfläche 16a und einer Außenfläche 16b, wobei die Innenfläche 16a des zweiten Substrats 16 der Innenfläche 12a des ersten Substrats 12 zugewandt ist; eine zweite Elektrode 18, die an der Innenfläche 16a des zweiten Substrats 16 vorgesehen ist; und ein elektrooptisches Medium 22, das zwischen den Innenflächen 12a und 16a des ersten und zweiten Substrats 12 und 16 vorgesehen ist, umfassen. Obwohl sowohl die erste als auch die zweite Elektrode 14 und 18 als durchgehende Beschichtungen über die entsprechenden Innenflächen 12a und 16a hinweg gezeigt sind, kann eine der Elektroden 14 und 18 alternativ abhängig von der Anwendung strukturiert werden. Zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 14 und 18 kann eine Umfangsdichtung 20 vorgesehen sein, um eine abgedichtete Kammer zur Aufnahme des elektrooptischen Mediums 22 bereitzustellen.
Die Verwendung solcher elektrooptischer Vorrichtungen zum Abbilden, Anzeigen und Erfassen usw. beinhaltet üblicherweise eine Signalmodulation oder Energieumwandlung in der Art einer Wechselwirkung zwischen optischen Eigenschaften und elektrischen Feldern in bestimmten Materialien. Abhängig von den Anwendungen kann eine solche Modulation mit absorbierenden, halbtransparenten oder transparenten Elektroden 14 und 18 mit verschiedener elektrischer Leitfähigkeit für verschiedene Bereiche des optischen Spektrums von Röntgen-, Ultraviolett- (UV), sichtbarer, Infrarot- (IR) bis Hochfrequenz- (HF) -Welle usw. realisiert werden. Unabhängig davon, ob ein elektrisches oder ein optisches Signal erzeugt, empfangen oder moduliert werden soll, resultiert ein großer Dynamikbereich typischerweise in einer besseren Effizienz, Abstimmbarkeit oder Empfindlichkeit. Die optische Eigenschaft von Metall, eines Halbleiters, von transparenten leitfähigen Oxiden (TCO) und dielektrischen Materialien variiert mit dem Spektralbereich bei Transmission, Reflexion und Absorption. Ein Metall ist beispielsweise im sichtbaren Spektrum und Nahinfrarot (NIR)-Spektrum reflektierend. Im Gegensatz dazu ist ein Halbleiter transparent für IR und etwas reflektierend im sichtbaren Spektrum und ein Dielektrikum ist transparent für sichtbares Licht und NIR-Licht. Die elektrische Leitfähigkeit der Halbleiter und Dielektrika ist relativ schlecht, was deren Verwendung als Elektroden einschränkt. Im Vergleich zu leitfähigeren Metallen sind transparente leitfähige Oxide (TCO) aufgrund ihrer hohen Transparenz für sichtbares Licht und ihrer akzeptablen elektrischen Leitfähigkeit eines der attraktivsten Materialien. TCOs werden in der Display-Industrie häufig eingesetzt zusammen mit Flüssigkristall (LC). Da LC-Vorrichtungen auf einen Feldeffekt angewiesen sind, ist die TCO-Schicht typischerweise dünn und weist einen hohen Flächenwiderstand auf. Bei anderen Technologien, wie beispielsweise elektrochromen (EC) Vorrichtungen, ist ein hoher Stromfluss für eine schnelle optische Modulation erforderlich. Die Färbegeschwindigkeit wird in erster Linie von der Geschwindigkeit des Elektronenflusses und/oder der Ionendiffusion bestimmt.
Der Flächenwiderstand einer Dünnfilmelektrode ist definiert als: $a . R s = ρ / d$
In dieser Gleichung ist p der spezifische Widerstand des Materials und d die Dicke. Eine dickere Beschichtung sorgt für einen geringeren Flächenwiderstand. Leider führt die dickere Beschichtung aufgrund von Absorption auch zu einer negativen Beeinflussung der optischen Transparenz. Dies gilt auch für eine Beschichtung eines TCO. 2 zeigt die Transmission, den Flächenwiderstand und die Gütezahl (FOM) (Transmissionsgrad/Flächenwiderstand) als Funktion der Dicke für ein übliches TCO, Indiumzinnoxid (ITO) auf einem Glassubstrat mit Luft als angrenzendem Medium. Es ist bekannt, dass sich Transmission und Flächenwiderstand mit der Dicke ändern. Die FOM wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Die optische Transmission einer vollständigen elektrooptischen Vorrichtung 10, die typischerweise zwei oder mehr Elektroden 14 und 18 verwendet, ist eine Funktion des Produkts des Transmissionsgrads der einzelnen Elektroden. Für eine elektrooptische Vorrichtung 10 mit ITO-Elektroden von 2 Ohm/Quadrat 16 und 18 sinkt die Transmission auf ungefähr 60 % und der Dynamikbereich kann begrenzt sein. Eine weitere Herausforderung ergibt sich, wenn Vorrichtungen einen größeren Flächenbereich erfordern. Die Regelgeschwindigkeit verlangsamt sich, wenn der Strom über eine längere Strecke fließt und das Potenzial abfällt, wenn Widerstände in Reihe verbunden sind. Die Gleichförmigkeit der Funktionalität oder des Wirkungsgrades verschlechtert sich in Abhängigkeit vom Abstand von elektrischen Kontakten, die mit den Elektroden 14 und 18 verbunden sind.
Um diese Herausforderungen, die mit einer eingeschränkten Leistung verbunden sind, wie beispielsweise niedrige Gütezahl (FOM)-Werte, zu überwinden werden hierin Metallnetzstrukturen vorgeschlagen, welche die hohe Leitfähigkeit von Metallen oder Materialien, die in Nanotechnologie hergestellt werden, nutzen, um ihre Größen schrumpfen zu lassen, sodass der Großteil der Vorrichtungsfläche offen gelassen werden kann und Licht mit geringem Energieverlust hindurchtreten kann. Beispiele für die erste Elektrode 14 sind in 3A und 3B gezeigt. Die erste Elektrode 14 kann ein Metallnetz 25, das aus Metallspuren 25a gebildet ist und offene Bereiche zwischen den Metallspuren 25a aufweist, und eine transparente leitfähige Beschichtung 30 umfassen, die mit dem Metallnetz 25 elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den Metallspuren 25a erstreckt, sodass sie sich über die offenen Bereiche hinweg erstreckt. 3A zeigt ein regelmäßiges Gittermuster mit senkrechten Spuren, die miteinander verbunden sind, sodass sie ein Schachbrettmuster bilden. Der offene Bereich ist ein Produkt der Breite „W“ und der Höhe „H“ zwischen den Spuren 25a. Die Spurbreite „TW“ ist ebenfalls im Diagramm gezeigt. Der prozentuale offene Bereich berechnet sich durch H^∗W/((H+TW)^∗(W+TW)). Der offene Bereich nimmt mit zunehmendem H und W zu und mit zunehmendem TW ab. Der prozentuale offene Bereich kann größer als ungefähr 60 %, größer als ungefähr 70 %, größer als ungefähr 80 % oder größer als ungefähr 90 % sein.
Abhängig von dem prozentualen Anteil der Abdeckung des Metallnetzes 25 entkoppeln sich die Transparenz und Leitfähigkeit theoretisch voneinander und erreichen praktisch ein Gleichgewicht, das schließlich durch Herstellungsverfahren wie Lithographie, Drucken oder Sprühbeschichten usw. begrenzt wird. Das strukturierte Material ahmt Autobahnen nach, um Elektronen effizient an ihre Arbeitsplätze zu verteilen. Abhängig davon, wie diese Autobahnen aufgebaut sind, kann die Geschwindigkeit basierend darauf, wie hoch und breit sie sind und wie Verbindungsstellen miteinander verbunden sind, variieren. 4 zeigt theoretisch den Prozentsatz der Abdeckung gegenüber Transparenz und Flächenwiderstand eines 500 nm dicken Silbernetzes auf Glas, wenn die periodischen Strukturen des Netzes wie in einem Gittermuster, das in 3A dargestellt ist, gleichmäßig verbunden sind. Bei einer solchen Metallabdeckung auf Rohglas, das eine Transparenz von 92 % aufweist, verringert eine Erhöhung des Abdeckungsgrades die Transparenz und den Flächenwiderstand für eine feste Dicke. 5 zeigt die Dicke gegenüber der Transparenz einer simulierten Beschichtungsdicke für ein 2-Ohm/Quadrat-Silbernetz bei variierender Abdeckung. Die grafische Darstellung in 5 zeigt, dass zur Aufrechterhaltung einer hohen Transparenz die Beschichtungsdicke erhöht werden muss. Es gibt eine Region (ungefähr 1000 nm), in der ohne zu große Schwierigkeiten bei der Herstellung eine hohe Transparenz erreicht werden kann. Neben hoher Transparenz und Leitfähigkeit kann die elektrooptische Vorrichtung auch von einer besseren physikalischen Flexibilität profitieren, da einige der Metalle beim Biegen weicher und elastischer sind als TCO, das in kristalliner Form spröder ist.
Die Transparenz für die verschiedenen vorstehend beschriebenen Metallnetzvarianten gilt für ein freistehendes beschichtetes Substrat in Luft. Im offenen Bereich gibt es Reflexionsgradverluste, was den Transmissionsgrad in den offenen Bereichen verringert. Im Falle von Glas beträgt der Transmissionsgrad ungefähr 91 % des offenen Bereichs. Dies umfasst sowohl Reflexionsgrad- als auch Absorptionsverluste. Tabelle 1 zeigt den prozentualen offenen Bereich in Abhängigkeit von der Linienbreite der Metalle und des offenen Bereichs. Dies gilt für ein Gittermuster. Der Transmissionsgrad wird dann unter Verwendung des offenen Bereichs multipliziert mit dem Einstellfaktor von 91 % berechnet. Wenn das Metallnetz mit einem elektrooptischen Medium wie einem elektrochromen Medium in Kontakt gebracht wird, ändern sich die Reflexionsgradverluste, da der Brechungsindex des elektrochromen Mediums größer ist als der von Luft. Im Beispiel eines flüssigen oder gelbasierten elektrochromen Mediums mit einem Brechungsindex von ungefähr 1,45 beträgt der Transmissionsgradanpassungsfaktor 94,6 %. Wird zwischen dem offenen Bereich des Substrats und den elektrochromen Medien eine ITO-Schicht hinzugefügt, beträgt der Einstellfaktor 92,9 %. Die Werte für diese Fälle sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 zeigt auch den Transmissionsgrad einer Zelle, die zwei Metallnetzsubstrate mit ½ Welle ITO im offenen Bereich zwischen den Metallspuren umfasst. Der Transmissionsgrad ist geringer als man einfach von dem prozentualen offenen Bereich in dem Netz erwarten würde. Tabelle 1 zeigt die Dicke unter Verwendung von Silbermetall für die Spuren, um einen Flächenwiderstand von 1, 0,5 und 0,1 Ohm/Quadr. zu erreichen. Diese Berechnungen setzen Bulkeigenschaften des Silbers und damit eine optimale elektrische Leitfähigkeit voraus. Es versteht sich, dass die tatsächlichen Dicken in Abhängigkeit von der Qualität des in den Spuren verwendeten Silbers variieren. Anstelle von Silber können auch andere Metalle, wie an anderer Stelle in diesem Dokument beschrieben, verwendet werden. Die Dicke der Metalle wird mit der Leitfähigkeit des Metalls gegenüber Silber geringer.
Da das Metallnetz 25 bezüglich Linienbreite, Abstand und Höhe präzise hergestellt werden kann, hat das Metallnetz 25 das Potenzial, effizienter zu sein (Transmissionsgrad/Flächenwiderstand) als alle anderen Technologien für eine transparente Elektrode 14 und/oder 18. Es kann eine Gütezahl (FOM) eingeführt werden, die der Transmissionsgrad geteilt durch den Flächenwiderstand ist. Höhere FOM-Werte führen zu höheren Wirkungsgraden. Der Transmissionsgrad kann der sichtbare, UV-, NIR-Bereich oder ein anderer Bereich oder Kombinationen von Wellenlängen sein, die für eine gegebene Anwendung benötigt werden. Tabelle 1 zeigt die FOM für die verschiedenen Möglichkeiten von Linienbreiten und offenem Bereich. Die FOM-Werte werden für ein einziges Substrat unter Verwendung des Transmissionsgrads berechnet, was den ITO im offenen Bereich in einer Zellenkonfiguration umfasst. Die FOM sollte größer als ungefähr 10, größer als ungefähr 50, größer als ungefähr 100 oder größer als ungefähr 500 sein. Der Zellentransmissionsgrad kann größer als ungefähr 30 %, größer als ungefähr 45 %, größer als ungefähr 60 % oder größer als ungefähr 75 % sein. Der Flächenwiderstand kann kleiner als ungefähr 25 Ohm/Quadr., kleiner als ungefähr 10 Ohm/Quadr., kleiner als ungefähr 5 Ohm/Quadr., kleiner als ungefähr 2 Ohm/Quadr. oder kleiner als ungefähr 0,5 Ohm/Quadr. sein. Der Kompromiss mit einem Metallnetz im Vergleich mit einem TCO ist Komplexität und optisches Erscheinungsbild. Es gibt ein paar Herausforderungen, die bewältigt werden müssen. Hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit kann das Muster des Metallnetzes 25 in einer robusten Weise ausgelegt werden, sodass sie verbunden bleiben kann und Fertigungsfehler toleriert. Das Metallnetz 25, wie beispielsweise quadratisch, sechseckig oder eine Ringstruktur, könnte benachbarte sich wiederholende Muster in seitlichen Richtungen zusammenhalten und Kontinuität und Flexibilität bereitstellen. Zwischen den benachbarten Spuren 25a kann eine Schicht 30 ( 3A und 3B und 7) aus TCO aufgebracht werden, um Strom von dem Metallnetz 25 auf einen lokalisierten Bereich zu verteilen. Die Eigenschaften der Schicht 30 können basierend auf den Anforderungen einer gegebenen Anwendung ausgewählt werden. In der Situation, in der der Transmissionsgrad optimiert werden muss, kann die optische Dicke bei oder ungefähr bei der Hälfte der normalen Betriebswellenlänge der Vorrichtung liegen, sodass sie die Transmission mit geringem Verlust durch destruktive Interferenz auf einer Glasregion maximiert. Die optische Dicke entspricht dem Produkt der physikalischen Schichtdicke multipliziert mit dem entsprechenden Brechungsindex für die Betriebswellenlänge innerhalb des Mediums für jede Schicht. Für den Fall von im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden Vorrichtungen kann die Betriebswellenlänge 550 nm betragen. Alternativ kann die Schicht 30 eine leitfähige Antireflexionsschicht umfassen, um Reflexionsgradverluste zu minimieren. Abhängig vom Abstand zwischen den Spuren können unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche lokale Flächenwiderstandswerte erfordern. Der Flächenwiderstand zwischen den Spuren kann kleiner als ungefähr 1000 Ohm/Quadr., kleiner als ungefähr 500 Ohm/Quadr., kleiner als ungefähr 50 Ohm/Quadr. oder kleiner als ungefähr 25 Ohm/Quadr. sein. Zusätzlich zu TCOs können alternative Materialien wie Nanodraht, Graphen, leitfähige Polymere oder Kohlenstoffnanoröhren verwendet werden, um den Spalt zwischen den hochleitfähigen Spuren zu überbrücken.
Bei natürlich hoher Reflektivität kann das Metallnetz 25 visuelle Unannehmlichkeiten in Form eines Schleiers erzeugen. Bei extremen Bedingungen, wie beispielsweise sehr hellen oder sehr dunklen Hintergründen, kann der Schleier in einem scharfen Kontrast stärker hervortreten. Die Flächenmorphologie kann mit verschiedenen Herstellungsverfahren optimiert werden, um saubere Kanten zu erzielen und daher eine Winkelbrechung zu eliminieren. Der Schleier kann kleiner als ungefähr 5 %, kleiner als ungefähr 2 %, kleiner als ungefähr 1 % oder kleiner als ungefähr 0,5 % sein. Außerdem ist es bei einigen Anwendungen bevorzugt, dass Spuren, die das Metallnetz bilden, für das Auge nicht sichtbar sind. Dies erfordert eine Minimierung der absoluten Größe der Muster für unterschiedliche Betrachtungsabstände. 3C zeigt eine Metallnetzstruktur, für die unterschiedliche Spur- und Abstandscharakteristiken verwendet wurden, um vier verschiedene Beispiele zu erzeugen, die im Folgenden beschrieben werden. Bei einem ersten Beispiel beträgt der Abstand D über das Sechseck hinweg 85 Mikrometer und die Spurbreite W 27 Mikrometer. Im zweiten Beispiel beträgt der Abstand D über das Sechseck hinweg 185 Mikrometer und die Spurbreite W 29 Mikrometer. Im dritten Beispiel beträgt der Abstand D über das Sechseck hinweg 380 Mikrometer und die Spurbreite W 34 Mikrometer. Im vierten Beispiel beträgt der Abstand D über das Sechseck hinweg 769 Mikrometer und die Spurbreite W 34 Mikrometer. Die Eigenschaften der Beispiele wurden nach Transmissionsgrad und Sichtbarkeit der Spuren bewertet. Das erste Beispiel wies einen niedrigen Transmissionsgrad (50 %) und eine gute Unsichtbarkeit auf. Das zweite Beispiel wies einen niedrigen Transmissionsgrad (68 %) und eine gute Unsichtbarkeit auf. Das dritte Beispiel wies einen mittleren Transmissionsgrad (80 %) auf, aber man konnte das Netz leicht sehen. Das vierte Beispiel wies einen hohen Transmissionsgrad (86%) und eine hohe Sichtbarkeit der Netzlinien auf. Bei einer typischen Lesedistanz könnte der Abstand für menschliche Augen auf unter 300 Mikrometer eingestellt werden, um das ausgeprägte Merkmal des Netzes 25 nicht aufzulösen. Für andere Anwendungen sollte der Abstand unter ungefähr 500 Mikrometer, unter ungefähr 350 Mikrometer oder unter ungefähr 200 Mikrometer liegen. Es ist bekannt, dass sich wiederholende Muster in Beugungsmustern resultieren können. Die US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2016/0370680, die durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird, lehrt Mittel zum Quantifizieren von Beugungsmustern und definiert akzeptable Niveaus. Die Beugungsintensität sollte kleiner als ungefähr 5, kleiner als ungefähr 2,5 oder kleiner als ungefähr 1,5 sein. Die Raumfrequenz kann randomisiert sein, um die Beugungsmuster und Regenbogenfarben zu entfernen, die durch sich wiederholende Muster verursacht werden, die eine Merkmalsgröße auf der gleichen Ebene von sichtbarer Wellenlänge aufweisen. Für bestimmte Anwendungen wie ein Display ist die Beugung störend und muss verbessert werden. 3B zeigt ein Beispiel eines sich wiederholenden Metallnetzes 25 mit einem bestimmten Randomisierungsgrad bezüglich Größe und Position. Diese Ringstruktur hat das Beugungsmuster im Fernfeld wirksam entfernt, da sie Licht in alle Richtungen beugt. Um eine Vorstellung von dem relativen Maßstab eines beispielhaften Metallnetzes 25 zu geben, stellt der Abstand A in 3B den Durchmesser von einem der Ringe dar und kann beispielsweise ungefähr 560 µm betragen, der Abstand B stellt den Abstand zwischen benachbarten Ringen dar und kann beispielsweise ungefähr 65 µm betragen und der Abstand C stellt den größten Abstand zwischen den Spuren 25a dar und kann beispielsweise ungefähr 260 µm betragen. Die Breite der Metallspuren 25a kann beispielsweise ungefähr 9 µm betragen. Es versteht sich, dass für eine zufällige Struktur, die keine Beugung zeigt, die Größe der Kreise und ihre relative Ausrichtung variieren müssen. Die Nenngröße wird derart gewählt, dass ein gewünschter Flächenwiderstand und gewünschte Transmissionsgradeigenschaften erreicht werden. Die Größe und der Abstand variieren dann von der Nenngröße um ungefähr +/-50 %, ungefähr +/-25 %, ungefähr +/-10 %. Auf diese Weise wird die Beugung minimiert oder eliminiert.
Es gibt auch andere Möglichkeiten, das optische Erscheinungsbild und die Vorrichtungseffizienz zu verbessern. Die Verwendung hochleitfähiger Metalle wie Silber, Kupfer und Gold resultieren in relativ hohen Reflexionsgradwerten im Bereich der Spuren. Das Reflexionsvermögen und daher die Sichtbarkeit des Netzes kann durch die Wahl eines Netzes 25, das aus einem niedrig reflektierenden Metall, wie beispielsweise Molybdän, Ruthenium, Titan oder Legierungen hergestellt ist, reduziert werden. Es muss nicht notwendigerweise die gesamte Spur aus dem niedrig reflektierenden Metall bestehen. Das niedrig reflektierende Metall kann an den oberen und/oder unteren Grenzflächen angeordnet sein, um den Reflexionsgrad der Spuren zu verringern. Der Reflexionsgrad kann durch Auftragen einer Antireflexions- (AR) -Beschichtung zwischen den Metallen und dem Betrachter weiter verbessert werden. Beschichtungsmaterialien können eine dielektrische Beschichtung, ein Polymer oder Farbe usw. umfassen. 6 zeigt das Reflexionsgradspektrum für reflexionsarme Metalle mit und ohne AR-Beschichtung. Es ist klar, dass die AR-Beschichtung die Reflexion drastisch reduzieren und das Netzbild verbessern kann. Der Reflexionsgrad der Spuren kann weniger als ungefähr 20 %, weniger als ungefähr 10 % oder weniger als ungefähr 5 % betragen.
Die vorgeschlagene Lösung gleicht die vorstehend beschriebenen elektrischen und optischen Verbesserungen aus. Durch die Verwendung von dünnem transparentem Material für die Schicht 30 wie TCO oder einer leitfähigen Multischicht als AR-Beschichtung, kann die durchgehende elektrische Verbindung auf den Metallspuren 25a des Netzes 25 und dem umliegenden Bereich gut aufrechterhalten werden. Es toleriert effektiv Fertigungsfehler im Metallnetzprozess, indem es Elektronen über lokale Hohlräume und Stiftlöcher springen lässt, und leitet daher Strom weit in die großflächige Vorrichtung. Aufgrund höherer Brechungsindizes verschiedener leitfähiger Schichten kann der Antireflexionseffekt die Brechung vom Metall weg reduzieren, was ein schleierarmes, klares Erscheinungsbild hinterlässt. Abhängig von der Anwendung kann die leitfähige Schicht 30 vor und nach dem Metallnetzprozess beschichtet werden, wie es in den 7 und 8A bis 8C gezeigt ist, um die Metallspuren 25a vollständig zu umhüllen, sodass alle Flächen von dem AR-Effekt profitieren können. Der besondere Vorteil dieser Art von Struktur besteht darin, dass nicht nur das Metallnetz 25 aus dem AR-Effekt Nutzen ziehen kann, sondern auch das Substrat 12. Da die transparente leitfähige Schicht 30 als die erste und die zweite Schicht 30a und 30b doppelt beschichtet ist, erhält die Substratregion doppelt so viel Material wie das die Metallregion umhüllende Material. Durch sorgfältiges Steuern der Dicke der einzelnen Schichten 30a und 30b kann die kombinierte Beschichtungsschicht 30 die Transmission in der Substratregion aufgrund destruktiver Interferenz maximieren. Daher umfasst das Verfahren zum Herstellen einer transparenten Elektrode (14 und/oder 18) das Bereitstellen eines Substrats 12, 16; Auftragen einer ersten transparenten leitfähigen Beschichtung 30a auf eine Fläche des Substrats 12, 16 (8A); Aufbringen eines Metallnetzes 25 mit mehreren Metallspuren 25a auf der ersten transparenten leitfähigen Beschichtung 30a (8B); und Auftragen einer zweiten transparenten leitfähigen Beschichtung 30b über der ersten transparenten leitfähigen Beschichtung 30a und dem Metallnetz 25 (8C). Die erste und die zweite transparente leitfähige Beschichtung 30a und 30b können aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Indiumzinnoxid (ITO) ist ein Beispiel für ein Material für die erste und die zweite transparente leitfähige Beschichtung 30a und 30b. Wenn für die Beschichtungen 30a und 30b das gleiche Material verwendet wird, erscheint das Endprodukt wie in 7 gezeigt und ansonsten wie in 8C gezeigt.
Die Metallspuren 25a können aus einem Metallstapel gebildet sein. Der Metallstapel kann mit Haftmetallschichten und leitfähigen Metallschichten sorgfältig strukturiert sein. Die Haftmetallschichten umfassen die Haftung von TCO an Schutzmetall und von Schutzmetall an leitfähigem Metall auf allen Flächen. Das Haftmetall kann aus niedrig reflektierenden Metallen ausgewählt werden, um den AR-Effekt zu erleichtern, während das Schutzmetall aus chemisch inerten Metallen ausgewählt werden kann, um dem leitfähigen Kernmetall chemische Stabilität zu verleihen. Zur anodischen Anwendung in einem Zwei-Elektroden-System sollte das Material sorgfältig gewählt werden, um eine ionisationsinduzierte Elektromigration zu verhindern. Bei EC-Vorrichtungen kann die Haftung beispielsweise Chrom, Nickelchrom, Ruthenium oder Molybdän sowie ein Halbleiter wie Silizium usw. sein. Der Metallstapel kann während der Strukturierung zur Farbkorrektur eine nichtmetallische Grundbeschichtung umfassen. Es handelt sich im Wesentlichen um eine Kern- und Hüllenstruktur. Auf allen Metallen erhöht ein Material wie TCO die chemische Stabilität weiter, indem es alle Flächen abdeckt. Diese Art von Antireflexionsmetallnetzelektrode kann bei Einzel- oder Mehrfachelektrodensystemen mit symmetrischem und asymmetrischem Aufbau verwendet werden.
Bei dem hierin beschriebenen Aufbau weist die elektrooptische Vorrichtung 10 bei Verkörperung als EC-Vorrichtung einen geringen Flächenwiderstand bei hohem optischem Transmissionsgrad auf, während die Verdunkelung zwischen den Spuren 25a aufrechterhalten wird, und sie funktioniert daher besser als eine elektrochrome Vorrichtung, die nur TCO als Elektrode aufweist. Der niedrige Flächenwiderstand wird durch einen relativ hohen offenen Bereich zwischen den Spuren 25a, ein hohes Aspektverhältnis für die Spuren 25a (das Verhältnis von Dicke zu Breite) und die Verwendung von hochleitfähigen Metallen erreicht. Um eine ausreichende Verdunkelung zwischen den Spuren 25a und eine Gleichmäßigkeit der Verdunkelung zu erreichen, wird das Metallnetz 25 mit einer leitfähigen Schicht 30 zwischen den Spuren 25a des Netzes 25 kombiniert, wobei die leitfähige Schicht 30 eine TCO-Schicht, einen Stapel aus ITO, Metall und ITO (ein IMI-Stapel), Kohlenstoffnanoröhren, Graphen, Silbernanodraht oder leitfähige Polymere usw. umfassen kann. Das Auswählen der geeigneten Dicke der TCO-Schicht und/oder von zusätzlichen Schichten minimiert zudem die Interferenztransmissionsgradverluste.
Ein Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass der Aufbau der beschriebenen Ausführungsformen und anderer Komponenten nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt ist, es sei denn, es ist in den Ansprüchen ausdrücklich aufgeführt. Andere Ausführungsbeispiele der hierin offenbarten Erfindung können aus einer großen Vielfalt von Materialien gebildet werden, es sei denn, dass es hierin anders beschrieben ist.
Zum Zweck dieser Offenbarung bedeutet der Begriff „gekoppelt“ (in allen seinen Formen, koppeln, Kopplung, gekoppelt usw.) generell das Verbinden von zwei Komponenten miteinander (elektrisch oder mechanisch) direkt oder indirekt. Ein solches Verbinden kann in der Art stationär oder beweglich sein. Ein solches Verbinden kann mit den zwei Komponenten (elektrisch oder mechanisch) und jeglichen zusätzlichen Zwischenelementen erreicht werden, die als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Komponenten einstückig gebildet sind. Ein solches Verbinden kann in der Art dauerhaft oder entfernbar oder lösbar sein, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
Es ist ebenfalls wichtig zu beachten, dass der Aufbau und die Anordnung der Elemente der Erfindung wie sie in den Ausführungsbeispielen gezeigt sind, nur veranschaulichend ist. Obwohl nur einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen ausführlich beschrieben wurden, wird ein Fachmann, der diese Offenbarung studiert, ohne Weiteres verstehen, dass zahlreiche Modifikationen (z. B. in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Parameterwerten, Zusammenfügeanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.) möglich sind, ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des aufgeführten Gegenstandes abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig gebildet gezeigt sind, aus mehreren Teilen aufgebaut sein oder Elemente, die als mehrere Teile gezeigt sind, einstückig gebildet sein, die Arbeitsweise der Schnittstellen umgekehrt oder anderweitig variiert werden, die Länge oder Breite der Strukturen und/oder der Elemente oder Verbinder oder anderer Elemente des Systems können variiert werden und die Art oder Anzahl von Anpassungspositionen, die zwischen den Elementen bereitgestellt sind, können variiert werden. Dementsprechend sollen alle diese Modifikationen im Umfang der vorliegenden Erfindungen eingeschlossen sein. Es können weitere Ergänzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen an der Auslegung, den Betriebsbedingungen und der Anordnung von den gewünschten und anderen Ausführungsbeispielen vorgenommen werden, ohne vom Sinn der vorliegenden Erfindungen abzuweichen.
Es ist jedoch offensichtlich, dass jegliche beschriebenen Prozesse oder Schritte innerhalb von beschriebenen Prozessen mit anderen offenbarten Prozessen oder Schritten kombiniert werden können, um Strukturen im Umfang der vorliegenden Erfindung zu bilden. Die hierin offenbarten beispielhaften Strukturen und Prozesse dienen veranschaulichenden Zwecken und sind nicht als eingrenzend auszulegen.
Die vorstehende Beschreibung wird nur als diejenige der bevorzugten Ausführungsformen angesehen. Es werden einem Fachmann und denjenigen, die die Erfindung herstellen oder verwenden, Modifikationen der Erfindung offensichtlich sein. Daher versteht es sich, dass die in den Zeichnungen dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsformen lediglich veranschaulichenden Zwecken dienen und nicht den Umfang der Erfindung begrenzen sollen, der durch die Ansprüche festgelegt ist, wie sie gemäß den Prinzipien des Patentrechts einschließlich der Äquivalenzlehre interpretiert werden.

Claims

Elektrochrome Vorrichtung, umfassend: ein erstes Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche; eine erste Elektrode, die an der Innenfläche des ersten Substrats vorgesehen ist; ein zweites Substrat mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei die Innenfläche des zweiten Substrats der Innenfläche des ersten Substrats zugewandt ist; eine zweite Elektrode, die an der Innenfläche des zweiten Substrats vorgesehen ist; und ein elektrochromes Medium, das zwischen den Innenflächen des ersten und des zweiten Substrats vorgesehen ist, wobei die erste Elektrode umfasst: ein erstes Metallnetz, das aus ersten Metallspuren gebildet ist und erste offene Bereiche zwischen den ersten Metallspuren aufweist; und eine erste transparente leitfähige Beschichtung, die mit dem ersten Metallnetz elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den Metallspuren erstreckt, sodass sie sich über die offenen Bereiche hinweg erstreckt.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode ferner umfasst: eine zweite transparente leitfähige Beschichtung, die auf einer gegenüberliegenden Seite des ersten Metallnetzes von der ersten transparenten leitfähigen Beschichtung positioniert ist.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ersten Metallspuren ein Stapel metallischer Materialien sind.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein prozentualer offener Bereich des ersten Metallnetzes größer als ungefähr 60 % ist.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei mindestens eine von der ersten transparenten leitfähigen Beschichtung und der zweiten transparenten leitfähigen Beschichtung als eine Antireflexbeschichtung fungiert.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Elektrode umfasst: ein zweites Metallnetz, das aus zweiten Metallspuren gebildet ist und zweite offene Bereiche zwischen den zweiten Metallspuren aufweist; und eine dritte transparente leitfähige Beschichtung, die mit dem zweiten Metallnetz elektrisch gekoppelt ist und sich mindestens zwischen den zweiten Metallspuren erstreckt, sodass sie sich über die zweiten offenen Bereiche hinweg erstreckt.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die zweite Elektrode ferner umfasst: eine vierte transparente leitfähige Beschichtung, die auf einer gegenüberliegenden Seite des zweiten Metallnetzes von der dritten transparenten leitfähigen Beschichtung positioniert ist.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei eine kombinierte optische Dicke der ersten transparenten leitfähigen Beschichtung und der zweiten transparenten leitfähigen Beschichtung die Hälfte des Produkts einer physikalischen kombinierten Dicke der ersten und der zweiten transparenten leitfähigen Beschichtung multipliziert mit einem entsprechenden Brechungsindex für die Betriebswellenlänge innerhalb jeder transparenten leitfähigen Beschichtung ist.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite transparente leitfähige Beschichtung gleich sind.
Elektrochrome Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite transparente leitfähige Beschichtung unterschiedlich sind.