JP2018120222A - 複数の独立して制御可能なゾーン及び内部バスバーを有するエレクトロクロミックデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備えたエレクトロクロミックデバイスを提供する。【解決手段】エレクトロクロミックデバイスは、複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備え、エレクトロクロミックゾーンの各々は共通の連続するバスバーを共有する基材である。エレクトロクロミックゾーンは、互いに完全には分離されていない。他に、エレクトロクロミックゾーンの各々は、同一の表面積を有する。また、エレクトロクロミックゾーンの各々は、異なる表面積を有する。【選択図】図１１

Description

関連出願の相互参照
本出願は２０１２年２月２８日に出願された米国特許出願１３／４０７，１０６の一部である、２０１３年３月８日に出願された米国特許出願第１３／７９０，１６７号の継続出願であり、その内容は本明細書で引用されて本明細書に盛り込まれている。

エレクトロクロミックデバイスは、電位の印加に応答して着色等の光学特性を変化させることが知られているエレクトロクロミック材料を含み、それによりデバイスの透明度を増減又は反射率を増減させる。一般的な従来技術のエレクトロクロミックデバイスは、対向電極層、対向電極層に実質的に平行に配置されたエレクトロクロミック材料層、及び対向電極層をエレクトロクロミック層から分離するイオン導電性層をそれぞれ備える。更に、２つの透明導電層はそれぞれ対向電極層及びエレクトロクロミック層に実質的に平行で、及び接触している。対向電極層、エレクトロクロミック材料層、イオン導電層、及び導電層を形成するための材料は知られており、例えば米国特許出願第２００８／０１６９１８５号に記載され、引用されて本明細書に組み込まれており、またそれらは望ましくは実質的に透明酸化物又は窒化物である。例えばそれぞれの導電層を低電圧電源へ接続させることにより電位がエレクトロクロミックデバイスの積層構造の両端に印加される場合、対向電極層に蓄積されたＬｉ＋イオン等のイオンは対向電極層からイオン導電体層を通ってエレクトロクロミック層に流れる。更に、電子は対向電極層から低電圧電源を含む外部回路を回ってエレクトロクロミック層へ流れ、対向電極層及びエレクトロクロミック層内の電荷の中性を維持する。イオン及び電子のエレクトロクロミック層への移動は、エレクトロクロミック層の光学的特性、及び任意に相補的なＥＣデバイスの対向電極層を変化させ、それにより着色、及び従ってエレクトロクロミックデバイスの透明性を変化させる。

図１Ａ及び１Ｂは、一般的な従来技術のエレクトロクロミックデバイス２０の、それぞれ平面図及び断面図を示す。デバイス２０は、ガラスなどの基材３４上に形成された分離された透明導電層領域２６Ａ及び２６Ｂを含む。更に、デバイス２０は、対向電極層２８、イオン導電層３２、エレクトロクロミック層３０及び透明導電層２４を含み、それらは導電層２６の領域上に順次配置されている。デバイス２０のエレクトロクロ層及び対向電極層の相対的な位置は交換できると理解されるべきである。更に、デバイス２０は導電層領域２６Ａとだけ接触しているバスバー４０、並びに導電層領域２６Ｂ上に形成され、及びに導電層２４と接触しているバスバー４２を含む。導電層領域２６Ａは、導電層領域２６Ｂ及びバスバー４２から物理的に分離され、並びに導電層２４はバスバー４０から物理的に分離されている。エレクトロクロミックデバイスは、例えば湾曲した面を含むなど様々な形状を有してもよいが、例示的で典型的なデバイス２０は、バスバー４０及び４２を有する長方形のデバイスであり、これらのバスバーはデバイス２０のそれぞれ反対側の２５、２７に隣接して互いに平行に延び、及びに互いに距離Ｗ分離されている。更に、バスバー４０及び４２はそれぞれ低電圧電源２２の正端子及び負端子に導線で接続されている（導線及び電源２２は共に「外部回路」を構成する）。

図１Ａ及び１Ｂを参照すると、電源２２がバスバー４０、４２との間に電位を印加するように操作される場合、電子、従って電流はバスバー４２から透明導電層２４を横切ってエレクトロクロミック層３０に流れる。更に、多くの薄膜ＥＣデバイスの場合と同様に、イオン導電層３２が不完全な電子絶縁体である場合、一般にリーク電流と呼ばれる微小電流は、バスバー４２から導電層２４及びエレクトロクロミック層３０を介してイオン導電層３２へ流れ込む。更に、イオンは、対向電極層２８からイオン導電層３２を介してエレクトロクロミック層３０へ流れ、電子が対向電極層２８から抽出され、そして外部回路を介してエレクトロクロミック層３０に挿入されることによって電荷バランスは維持される。電流がバスバー４２から導電層２４を横切ってバスバー４０に向かって流れるので、電圧は一般的に約１０〜２０オーム／□である導電層２４の有限のシート抵抗によって低下する。更に、電流は層３０、３２及び２８（「スタック」）の組み合わせを通って引き入れられてデバイス２０内にエレクトロクロミック着色を引き起こすので、導電層２４を横切って流れる電流は徐々に減少する。

その結果、バスバー４０と４２との間に配置された連続して隣接した、及び透明導電層２４と導電層領域２６Ｂとの間に延在するセグメントからデバイス２０が形成されると考えられるならば、電流の大部分はスタックを通って下方に流れるので、バスバー４０に最も近い導電層２４のセグメントにおけるスタックを流れる電流の量は、ゼロに近いであろうと考えられる。透明導電層２４のシート抵抗はバスバー４０と４２との間で実質的に均一であると仮定すると、バスバー４０と４２との間に延在する透明導電層２４の両端の電圧降下は、デバイス２０の各連続するセグメントを通って流れる電流に比例するであろう。従って、バスバー４２からの距離に対する透明導電層の電圧降下率は、バスバー４２に最も近い位置で最大で及びバスバー４０の近傍で実質的にゼロであろう。デバイス２０の連続するセグメントからの寄与の結果として、導電層領域２６Ａにおいてデバイス２０を横切って流れる電流はバスバー４０からバスバー４２まで増加するという点で、バスバー４０から導電層領域２６Ａを横切ってバスバー４２へ向かって流れる電流に関して、実質的に鏡像の電流の流れが生じる。バスバー４０と４２との間のデバイスの幅にわたる導電層２４と導電層領域２６Ａとの電圧プロファイル間の差は、バスバー４０と４２との間に延在するエレクトロクロミックデバイスの幅にわたる導電層２４と導電層領域２６Ａとの間の電位差である。

電位差は各々のセグメントを通って対向電極層２８からエレクトロクロミック層３０へ流れる電流の最大速度を決定し、デバイス２０を着色状態に変換し、及び従ってデバイス２０の着色をもたらす。リチウムイオン及び電子の形で条件を満たす電荷の供給準備があるのならば、電流はデバイスのセグメントの両端の電位差に比例した割合で流れる。その最終結果として、最初に不均一な着色が引き起こされ、透明導電体間の電位差が最大であるバスバーに最も近い領域で、デバイスの中央の領域よりも速く着色することになる。リーク電流の全くない理想的なデバイスでは、エレクトロクロミックデバイスは完全に着色された状態になるにつれて、最初はバスバーに最も近くでそしてデバイスの中央において対向電極の使用可能な電荷の供給が使い果たされるので、この不均一性は均一になり、それにより、デバイスの全領域にわたって均一な着色を生じるであろう。

最初に電圧がエレクトロクロミックデバイス２０のバスバー４０、４２間に印加された後、デバイス２０を流れる電流がゼロに向かって低下し、従って、各々の透明導電層間の電圧降下もゼロに近づく。しかし、バスバー４０と４２との間に延在するエレクトロクロミックデバイス２０の幅にわたる導電層２４と導電層領域２６Ａとの間の電圧が、完全に着色状態において、おおよその印加電圧等の一定値に等しくなるか又は実質的に等しくなり、それにより最終的にエレクトロクロミックデバイス２０に比較的均一な着色を生じるか否かは、電流が流れるバスバー４０と４２との間に延在するエレクトロクロミックデバイス２０の導電層２４及び導電層領域２６Ａの幅並びにデバイスを通るリーク電流の大きさに部分的に依存する。

デバイス２０と同様の構成を有する大型のエレクトロクロミックデバイスでは、電流が対向するバスバー間のエレクトロクロミックデバイスの導電層にわたって、例えば約４０インチを超えるような比較的大きな距離を流れ、対向するバスバーから延在する導電層の幅にわたってスタック間で不均一な電圧降下が発生するので、完全に着色する場合においてもデバイスの不均一な着色が持続する場合がある。この不均一な電圧降下は、スタックの層が薄膜構成のためエレクトロクロミックデバイスで一般的に存在するデバイスを通るリーク電流の影響によって引き起こされる。リーク電流は、電位差の変動がバスバーとバスバーとの間に延在するエレクトロクロミックデバイスの幅にわたって生成されるように、スタックを通って流れる。リーク電流が非常に大きい場合には、電位差の変化は十分に大きくなり、エレクトロクロミックデバイス内に肉眼で見ることができる場合がある不均一な着色を引き起こす。エレクトロクロミックデバイス内の不均一な着色の結果として、一般的にはバスバー近傍のエレクトロクロミックデバイスの領域よりも、対向するバスバー間の中間の領域（「中間領域」）付近でより明るい領域が生じる。換言すると、エレクトロクロミックデバイスの中間領域はエレクトロクロミックデバイスの両側のバスバーに近い領域と同じ色に変化できない、又は同じ程度の暗色化を受けない若しくは暗色化に一貫性がない。

また、デバイス２０と同様に構成されたエレクトロクロミックデバイスが例えば２．５Ｖと４．０Ｖとの間の通常の動作電圧で動作する場合、リーク電流は、５０〜５００ｍＡ／ｍ２程度であり、対向するバスバー間の距離が少なくとも約３０インチである場合に、エレクトロクロミックデバイス中の不均一な着色が肉眼で見えるようになる場合があることが観察されている。一般的なリーク電流のレベルでは、エレクトロクロミックデバイスが完全に着色した状態にあり約３０インチ未満のバスバー間隔を有する場合、着色の不均一性は肉眼ではすぐには分からない。

図１Ａを参照すると、バスバー４０、４２をデバイス２０の側面２５、２７の非常に近くに配置して、バスバー４０と４２との間にあり、従って着色が制御できるデバイス２０の領域を最大化することが非常に望ましい。また、デバイス２０の側面付近にバスバーを配置することによって、一般的に約０．２５インチ以下の厚さを有するバスバーは、見えないか又はかろうじて見えるので、デバイスが一般的な窓枠に設置される場合に審美的に心地よい。一般的にはデバイスの両側にあるバスバー間の距離が約４０インチを超える大型のエレクトロクロミックデバイスは、オフィスビルの窓又は車のフロントガラスなどの多くの用途に望ましい。従って、このような大型のエレクトロクロミックデバイスの動作において、不均一な着色は、上述のようにリーク電流の影響により生じる場合があり、そしてそれは好ましくない。

また、デバイス２０に類似した大型のエレクトロクロミックデバイスにおいて、対向するバスバーに隣接するデバイスの領域が、バスバー間の中間領域よりもより色を早く変化する又は暗くなることが観察されている。更に、これらの同じ大型のエレクトロクロミックデバイスは、対向するバスバー間の距離がより短いエレクトロクロミックデバイスより透過状態（又は色）をよりゆっくりと変化させる場合があることが観察されている。この現象は、デバイスが大きいほど引き込まれる電流がより大きく、それゆえ透明導電体層において電圧降下がより大きくなり、それにより対向するバスバー間の幅がより小さいエレクトロクロミックデバイスに対してスタックに印加される正味の電位が低くなることに起因する。また、着色の変化が遅いことの１つは、最大レベル未満、例えば３Ｖの電圧をエレクトロクロミックデバイスへの印加することに基づいており、これによりスタックの層に損傷を与える可能性があるバスバー近傍のエレクトロクロミックデバイスの過負荷を回避できる。

例えば、約６インチ離れて対向するバスバーを有するデバイス２０と同様の従来技術のエレクトロクロミックデバイスの場合、デバイスが完全な透過状態（完全に透明）から光の５％だけがデバイスを通って透過される着色状態へ変化する一般的な時間は１００秒であるが、約３０インチ離れているバスバーを有するデバイス２０と同様のエレクトロクロミックデバイスの場合、同じ着色変化を得るための一般的な時間は約４００秒である場合がある。

米国特許公開第２０１１／０２６０９６１号は３つのバスのエレクトロクロミックデバイスを開示するが、形成された２つのゾーンは独立して制御できない。

米国特許公開第２００９／０３２３１６０号は、２つの隣接するダイナミックエレクトロクロミックゾーンの間に２つの隣接するダイナミックエレクトロクロミックゾーンを電気的に分離する領域を備える、ゾーン分けされたエレクトロクロミックデバイスを開示している。言い換えれば、この公開公報は完全に分離されたエレクトロクロミックデバイスを開示している。

本発明の一態様では、複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える基材であり、エレクトロクロミックゾーンの各々は、共通の連続するバスバーを共有する。一実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは互いに完全には分離されていない。別の実施形態では、エレクトロクロミックゾーンのそれぞれは、同一の表面積を有す。別の実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、異なる表面積を有す。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

別の実施形態では、基材は３つのバスバーを備える。別の実施形態では、３つのバスバーは、内部バスバーが第１の端部バスバーと第２の端部バスバーとの間に挟まれるように配置されている。別の実施形態では、第１のエレクトロクロミックゾーンは内部バスバーと第１の端部バスバーとの間の空間によって定義され、第２のエレクトロクロミックゾーンは内部バスバーと第２の端部バスバーとの間の空間によって定義される。別の実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成される。別の実施形態では、３つのバスバーが互いに実質的に平行である。別の実施形態では、３つのバスバーは実質的に基材の長さに延在しており、３つのバスバーの各々はほぼ同じ大きさである。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

別の実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成され、単一のエレクトロクロミックコーティングはカットされ、個々のエレクトロクロミックゾーンを形成する。別の実施形態では、基材は第１のバスバー及び第２のバスバーを備え、第１のバスバーは各々のエレクトロクロミックゾーンにわたって連続的に延在している。別の実施形態では、第２のバスバーは単一のバスバーから形成され、カットされて個々のバスバーセグメントを形成し、各々のバスバーセグメントは１つのエレクトロクロミックゾーンに対応する。

更に別の実施形態では、両方のバスバーは複数のセグメントにカットされるが、別の場所では複数のエレクトロクロミックゾーンを作成する。これは、各々のバスバーを２つのセグメントにカットすることにより、３つのゾーンのデバイスを作製する際に特に有用であると考えられる。しかし、これは、３つのゾーンのデバイスだけに限定されるものではない（例えば、２つのゾーンのデバイス又は４つ以上のゾーンを有するデバイスにも適用することができる）。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、積層体の基材上に配置される。

別の実施形態では、基材は、ガラス、プラスチック、及び同じ又は異なる材料の２つの積層体からなる群から選択される。別の実施形態では、基材は、窓ガラスや窓アセンブリである。別の実施形態では、基材は断熱ガラスユニットの一部である。

別の実施形態では、複数のエレクトロクロミックゾーンの各々は、エレクトロクロミック層又は対向電極層の一方を備える第１の電極と、エレクトロクロミック層又は対向電極層の他方を備える第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間でイオンを伝導するためのイオン導電体層と、第１の導電層と、及び第２の導電層と、を備え、第１及びに第２の電極並びにイオン導電体層は第１の及び第２の導電層の間に挟まれている。

本発明の別の態様では、複数のエレクトロクロミックゾーンを有する基材を形成する方法であって、その方法は、（１）基材上にエレクトロクロミックコーティングを配置させることと、（２）エレクトロクロミックコーティングから複数のエレクトロクロミックゾーンを形成するためにエレクトロクロミックコーティング上に複数のバスバーを配置させることと、を備え、形成された複数のエレクトロクロミックゾーンは、少なくとも１つの共通の連続するバスバーを共有する。一実施形態では、方法は、少なくとも３つのバスの間隔が少なくとも２つのエレクトロクロミックゾーンを形成するように少なくとも３つのバスバーを配置させることを含む。別の実施形態では、エレクトロクロミックコーティングをカットして２つのエレクトロクロミックゾーンを形成する。

本発明の別の態様は、マルチゾーンエレクトロクロミックデバイスの制御方法である。

本発明の別の態様では、マルチゾーンエレクトロクロミックデバイス、又はマルチゾーンエレクトロクロミックデバイスを備えるＩＧＵを車両や建物に設置する方法である。

本発明の一態様では、複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーン及び少なくとも２つのバスバーを備えた基材であり、各々のバスバーはセグメント化され、少なくとも２つの隣接したエレクトロクロミックゾーンは、バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の別の態様では、少なくとも３つの独立した制御可能なエレクトロクロミックゾーンを含む基材であり、エレクトロクロミックゾーンが順次配置され、任意の多くて２つの隣接するエレクトロクロミックゾーンは、バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、基材は、３つの独立した制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える。いくつかの実施形態では、隣接する第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、隣接する第２及び第３のゾーンは、第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、異なる表面積を有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、互いに完全には分離されていない。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成されている。いくつかの実施形態では、第１の及び第２のセグメント化されたバスバーは互いに実質的に平行である。いくつかの実施形態では、第１のセグメント化されたバスバーの集合部及び第２のセグメント化されたバスバーの集合部は、実質的に基材の長さに延在している。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

いくつかの実施形態では、基材は、４つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える。いくつかの実施形態では、隣接する第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、隣接する第３及び第４のゾーンは、第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の別の態様では、少なくとも２つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを有する基材を形成する方法であって、その方法は、
（１）基材上にエレクトロクロミックコーティングを配置させることと、
（２）エレクトロクロミックコーティング上に２つのバスバーを配置することと、を備え、バスバーの少なくとも１つは不連続であり、各々は少なくとも２つの部分を有する。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、基材は３つのエレクトロクロミックゾーンを備える。いくつかの実施形態では、第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、隣接する第２及び第３のゾーンは、第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、異なる表面積を有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、互いに完全には分離されていない。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成されている。いくつかの実施形態では、基材は４つのエレクトロクロミックゾーンを備える。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の他の態様では、基材を備えるエレクトロクロミックデバイスであり、基材は複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーン及び少なくとも２つのバスバーを備え、各々のバスバーはセグメント化され、及び少なくとも２つの隣接したエレクトロクロミックゾーンは、バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の別の態様では、基材を備えるエレクトロクロミックデバイスであり、基材は少なくとも３つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備え、エレクトロクロミックゾーンが順次配置され、任意の２つ以下の隣接するエレクトロクロミックゾーンは、バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の別の態様では、エレクトロクロミックデバイスを備える絶縁されたガラスユニットであり、エレクトロクロミックデバイスは基材を備え、基材は複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーン及び少なくとも２つのバスバーを備え、各々のバスバーはセグメント化され、及び少なくとも２つの隣接したエレクトロクロミックゾーンは、バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

本発明の別の態様は、エレクトロクロミックデバイスを備える絶縁されたガラスユニットであり、エレクトロクロミックデバイスは基材を備え、基材は少なくとも３つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備え、エレクトロクロミックゾーンは順次配置され、及び任意の２つ以下の隣接するエレクトロクロミックゾーンは、少なくとも１つのバスバーの連続する部分を共有する。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

図１Ａは、従来技術のエレクトロクロミックデバイスの平面図である。 図１Ｂは、断面線１Ｂ−１Ｂにおける図１Ａのエレクトロクロミックデバイスを示す図である。 図２はマルチゾーンエレクトロクロミックデバイスの断面図である。 図３Ａは、マルチゾーンエレクトロクロミックデバイスの平面図である。 図３Ｂは、マルチゾーンエレクトロクロミックデバイスの断面図である。 図４Ａは、２つのゾーン及び３本の導線を有するエレクトロクロミックデバイスを示す。 図４Ｂは、３つのゾーン及び４本の導線を有するエレクトロクロミックデバイスを示す。 図５は、３つのゾーンのエレクトロクロミックデバイス、及び結合された導線を示し、ゾーンの１つは非長方形の形状を有している。 図６は、２つのゾーンのエレクトロクロミックデバイス、及び結合された導線を示し、エレクトロクロミックデバイスはセグメント化されたバスバーを備える。 図７は、印加電圧及び電流との３つの電気接続を示す２ペイン、３バスバーのエレクトロクロミックデバイスを示す。 図８は、印加電圧及び電流との４つの電気接続を示す、３ペイン、４バスバーのエレクトロクロミックデバイスを示す。 図９は、印加電圧及び電流との３つの電気接続を示す、２ペイン、絶縁ゾーンのエレクトロクロミックデバイスを示す。 図１０は、印加電圧及び電流との４つの電気接続を示す、３ペイン、絶縁ゾーンのエレクトロクロミックデバイスを示す。 図１１は、バスバーセグメント及びレーザー分離工程を示す、３ペイン、絶縁ゾーンのデバイスのより詳細な図を提供する。

本発明の一態様では、複数の独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える基材であり、エレクトロクロミックゾーンの各々は共通の連続するバスバーを共有する。一実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、互いに完全には分離されていない。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、同じ又は異なるサイズ及び／若しくは表面積を有してもよい。他のいくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンの各々は、同じ又は異なる（湾曲した又は弓形の形状を含む）形状を有してもよい。

一般的に、本発明のマルチゾーンＥＣデバイスは、（１）ＥＣデバイスの対向する側面又は端部での２つのバスバーと、対向する側面又は端部バスバー間に間隔をあけて内部に配置された更なるバスバーとを備えるものと、（２）エレクトロクロミックゾーンは、基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成されるもので、単一のエレクトロクロミックコーティングは、カットされ個々のエレクトロクロミックゾーンを形成するものと、の２つのカテゴリに分類される。これらの各タイプのマルチゾーンＥＣデバイス及びそれらの各製造工程は本明細書に説明されている。

本発明によるマルチゾーンエレクトロクロミックデバイスは、窓の他のダイナミックゾーンにおける日照調整の利点を最大化できるようにしながら、従来のダイナミックＩＧＵに勝る多くの利点、例えば１つ以上のダイナミックゾーンを通して自然昼光を最適に取り込めるようにすること、を提供すると考えられる。様々な設計目標と要件を満たすために、窓の端部から任意の距離において異なるダイナミックゾーンを作製することができる。

本発明の一態様はマルチゾーンエレクトロクロミックデバイスであり、ＥＣデバイスの対向する側面に配置されたバスバーに加えて、対向する側面のバスバー間の内部空間に更なるバスバーが配置される。一実施形態では、内部バスバーはバスバーと対抗する第１の端部とバスバーと対向する第２の端部との間に配置される。もちろん、本発明はマルチゾーンＥＣデバイスが３つのバスバー及び従って２つのゾーンを備えた実施形態に限定されない。４つ以上のバスバー（それぞれ３つ以上のゾーンを有する）を備えるマルチゾーンＥＣデバイスは同様に考慮される。

例えば、図２を参照するとマルチゾーンエレクトロクロミックデバイス２００は、２つの独立して操作可能及び制御可能なゾーン、即ち２００Ａ及び２００Ｂ（又はエレクトロクロミックデバイスのゾーン）を含む。例示的なマルチゾーンＥＣデバイス２００は、中央のバスバー２４２並びにそれぞれのゾーンの対向する側面又は端部におけるバスバー２４０Ａ及び２４０Ｂ（「外部バスバー」又は「第１及び第２の対向する端部バスバー」）を含むことができる。内部バスバー２４２は、マルチゾーンＥＣデバイス２００のゾーン２００Ａ及び２００Ｂの両方に共通である。従って、第１のエレクトロクロミックゾーン２００Ａは内部バスバー２４２と第１の端部バスバー２４０Ａとの間の空間によって定義され、第２のエレクトロクロミックゾーン２００Ｂは内部バスバー２４２と第２の端部バスバー２４０Ｂとの間の空間によって定義される。

図２のこの特定の実施形態では、内部バスバーはバスバーと対向する第１及び第２の端部に対して中央位置に配置される。しかし、内部バスバーは、第１及び第２の端部の対向するバスバー間の任意の位置に存在することができる。バスバー２４２及び２４０Ａ及び２４０Ｂは、同一又は異なる距離で分離することができる。いくつかの実施形態において、バスバー２４２は、デバイスの中央領域にあり、バスバー２４０Ａ及び２４０Ｂの各々から等距離に配置されている。他の実施形態において、バスバー２４２は、バスバー２４０Ａと２４０Ｂとの間に配置されているが、２４２と２４０Ａとの間の距離は２４２と２４０Ｂとの間の距離とは異なる。

３つ以上のゾーンを有する実施形態では、追加の内部バスバーは第１と第２の端部の対向するバスバーとの間の任意の場所に配置することができる。例えば、３つ以上のゾーンを有するデバイスを備える追加の内部バスバーは第１と第２の端部の対向するバスバーとの間に等間隔に配置されることができる。これは、デバイスが各々のゾーンがほぼ同じ表面積を持つ複数のゾーンを有する結果となると考えられる。あるいは、３つ以上のゾーンを有するデバイスを備える更なる内側バスバーは、第１及び第２の対向する端部バスバー間の異なる距離に配置されてもよく、複数のゾーンは異なる表面積を有する結果となる。

マルチゾーンデバイスは、単一の基材（例えば、ガラス又はプラスチック）上に作製される。いくつかの実施形態では、マルチゾーンエレクトロクロミックデバイスは、単一の連続ＥＣデバイス（即ち、ガラス基材上に配置された薄膜の単一の連続スタック）から作製される。他の実施形態では、２つのＥＣデバイスはガラス基材上に独立して配置され、各々の独立して配置されたＥＣデバイスは側面又は端部に単一のバスバーを有し、これにより内部バスバーが配置され及び両方のデバイス間で共有される。例えば、第１のデバイス２０は、それぞれの第１及び第２のデバイス２０のバスバー４２が互いに接触するように、第２のデバイス２０へ隣接して、かつ鏡像をなすように配置される。ＥＣデバイスを備える組成層及びその形成方法又は配置方法は、米国特許第８，００４，７４４号、同第７，８３０，５８５号、同第７，５９３，１５４号、同第７，３７２，６１０号に開示され、それぞれの開示はその全内容が引用され本明細書に組み込まれている。例えば、周知の方法におけるエレクトロクロミックゾーン又はエレクトロクロミックデバイスの層を形成するための技術は、一般的に、物理蒸着、スパッタリング、熱分解コーティング技術、ゾルゲルプロセスなどの湿式化学技術、スピンコーティング技術、及び真空コーティング技術を含む。

いくつかの実施形態では、ガラス基材は底部透明導電体でコーティングされる。そして図３Ａ及び３Ｂに示されるように、この導電体はＰ１工程でカットされ、コーティングの異なる領域を分離する。次に、エレクトロクロミック膜が上面にコーティングされ、続いて上部透明導電膜がコーティングされる。例えば反射防止コーティング及び反射若しくはカラーマッチングのための着色コーティングなどの追加の光学コーティング又は機能性コーティング、又は環境からの水分の移動を防止する若しくはガラスからナトリウムイオンの移動を防止するようなバリアコーティングは、上部又は底部透明導電体のいずれかの上又は下に追加的に含まれることができることを当業者は認識するであろう。

プロセスの最後に、最後のレーザー工程は示されたＰ３カット（底部導電体ではなく、上部導電体を貫く）及び示されたＰ４カット（両方の導体を貫く）を行い所望のゾーンに膜を分離して完了する。バスバーはガラスに付加され、続いて必要な追加のプロセス（例えば、バスバー又は膜を焼成する加熱工程）が行われる。カットまたはカット線を作製するのに適するレーザ−は、波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧ等の固体レーザ−、並びに２４８ｎｍ及び１９３ｎｍでそれぞれ放射するＡｒＦ及びＫｒＦエキシマレーザ−のようなエキシマレーザーを含む。他の固体レーザー及びエキシマレーザーも適している。

ＥＣスタック／ＥＣデバイスを備える膜が配置されると、及びバスバーがスタック上に配置されると、単一のガラスペインは、積層体又は断熱ガラスユニットに製造される。ＥＣデバイスを備える積層体を作製する方法は、米国特許公開第２０１１０２６７６７２号に開示され、その全体が引用されて本明細書に組み込まれている。この製造プロセスの一部として、導線は各々のバスバーのはんだタブ部に取り付けられたことになる（例えば、米国同時継続出願第６１／４９０，２９１号を参照、その開示は引用されて本明細書に組み込まれている）。

２つ（又は３つ以上）のエレクトロクロミックゾーンが完全には独立ではなく、共通のバスバーを共有するため、標準エレクトロクロミック制御システムの２つのチャネルをガラスに単純に接続することはできない。一般的なエレクトロクロミック制御システムはブリッジ式出力を有することになり、どの接続がアース電位にあるかを変更することによって、正電圧のみを使用して＋５Ｖと−５Ｖとの間で出力電位が変更される。例えば、アース（０Ｖ）をマイナス線へ及び３Ｖをプラス線へ印加することによりエレクトロクロミックペインへ３Ｖが印加されるが、２つを逆転して３Ｖをマイナス線へ及びアース（０Ｖ）をプラス線へ印加することによりペインへ−３Ｖが印加される。

３つのゾーンを有するマルチゾーンＥＣデバイスのための解決法は、各ペインに必要な電圧を加算して各導線（例えば、図４Ａを参照）に適用する正しい電位を決定することである。もし当業者は第１の導線へ４Ｖ、第２の導線へ２Ｖ、及び第３の導線へ０Ｖを適用するなら、第１のペインへ＋２Ｖ、及び第２のペインへ−２Ｖという結果になるであろう。このように、２つのペインは完全に独立して制御することができる。しかし、一般的に制御システムは、１つのゾーンコントローラの要求する電圧の２倍までの電圧を印加できなければならない。同様の論理は４バスバー、３ゾーンのデバイスなど３つ以上のゾーンを有する他のマルチゾーンＥＣデバイスに適用される。

もう一つの例は、＋３Ｖで最初の２つのペインを着色し、−２Ｖで第３のペインを透明にすることが望ましい３ゾーンの（４バスバー）デバイスである。バスバーの極性が順に＋／−／＋／−である場合、アースに対して３Ｖ、０Ｖ、３Ｖ、及び５Ｖを印加することができる。最初の２つの間の違いは、３−０＝３であり、第２と第３との間の違いは３−０−３であり、第３と第４との間の違いは３−５＝−２である。エレクトロクロミックデバイスを駆動する目的のために、隣接するバスバーにおける電位間の差とは対照的に、アースに対する絶対電位はそれほど重要ではないことに注意する必要がある。従って同じ結果を達成するために、４Ｖ、１Ｖ、４Ｖ及び６Ｖをそれぞれ印加することもできる。

各サブペインにおける電流のモニタリングは、標準的な単一ゾーンのＥＣデバイスではより複雑であるとも考えられる。２ゾーン、３バスバー場合、２つの外側の導線は、各サブペインの電流を決定するために監視することができ、一方中央の線は２つの電流の和を流す。３ゾーン、４バスバーの場合は更により複雑である。ここで、第１の導線は第１のゾーンの電流を流し、第４の導線は第３ゾーンの電流を流す（例えば、図４Ｂ参照）。しかし、第２の（中間の）ゾーンに流れる電流を決定するためには、第１と第２の導線との間、又は第３と第４の導線との間のいずれかの間の電流の差を算出する必要がある。

図７を参照すると、２ペイン、３バスバーのＩＧＵの場合、ペイン１は（Ｖ１−Ｖ２）よって与えられ印加電圧及び電流Ｉ１を有し、一方ペイン２はＶ３−Ｖ２の印加電圧及び電流Ｉ３を有する。

図８を参照すると、３ペイン、４バスバーのＩＧＵの場合、ペイン１は今まで通り（Ｖ１−Ｖ２）よって与えられる印加電圧及び電流Ｉ１を有する。ペイン２は今まで通り（Ｖ３−Ｖ２）として印加電圧を測定することができるが、電流は（Ｉ２−Ｉ１）又は（Ｉ４−Ｉ３）のいずれかによって与えられる。ペイン３の電圧は（Ｖ３−Ｖ４）、電流は（−Ｉ４）である。

マルチゾーンエレクトロクロミックデバイスは、各ゾーンの完全に独立して制御するので、ゾーンは異なる大きさ又は異なる形状が可能である。例えば、図２を参照すると各ゾーン２００Ａ及び２００Ｂは一般的に長方形の形状を有するとして示されているが、本明細書に開示された主題の規定によれば、複数のゾーンは、各々が選択された形状を有し、使用されることができる。更に、複数のペインＩＧＵ２００は一般的に長方形の形状を有するものとして描かれるが、本明細書に開示された主題によれば、任意の選択されたサイズ及び形状の複数のペインＩＧＵを使用できる。

更なる非限定的な例として、図５は、４バスバー、３ゾーンのデバイスを示しており、ゾーンが異なるサイズ（異なる表面積）であり、３つのゾーンの１つは形状が長方形ではない。このようなデバイスの場合、個々のサブペインを管理する適切な電圧及び電流のプロトコルを決定する必要があり、その後、完全な自律的に各々のサブペインを管理するために、前述のように電圧を制御し電流を監視することができる。

中央のバスバー（複数も含む）は端部バスバーの２倍の電流が流れると考えられるので、端部バスバーの厚さ又は幅を小さくして中央バスバーの半分の導電率を達成することができる。あるいは、全てのバスバーは常に最大の電流を流すのに十分な大きさにすることができる。

本発明の別の態様では、エレクトロクロミックゾーンは基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成され、単一のエレクトロクロミックコーティングをカットして個々のエレクトロクロミックゾーンを形成する。いくつかの実施形態では、基材は第１のバスバー及び第２のバスバーを備え、第１のバスバーは各々のエレクトロクロミックゾーン上に連続的に延在する。第２のバスバーはセグメント化され、各バスバーセグメントはエレクトロクロミックゾーンに対応する。単一のバスバーが一方の側面に沿って全てのゾーンを横断するように各ゾーンを設計することができる限り、各ゾーンは異なるサイズ又は異なる形状からなることができる。

セグメント化された第２のバスバーは単一のバスバーから形成することができ（第１のバスバーが付加されたように付加される）、カットして個々のバスバーセグメントを形成することができる。代わりの実施形態では、セグメント化された第２のバスバーは複数のセグメントに付加されるか、又は１つ以上のギャップを有する単一のバスバーとして付加される。

その処理（例えばレーザー加工／カット）の大部分は、通常の２バスバーデバイスと同じである。しかしながら、図６を参照すると、追加のＰ４カットが存在し、そのカットは２つの動作ゾーンの間で完全に膜をカットし、それらのゾーン間に電流が流れるのを防ぐ。更に、バスバーの１つはセグメント化される。電気的に、このユニットは、上記で述べた３バスバー、２ゾーンのデバイスのように動作し、１つのバスバーが両方のゾーンの底部導電体に接続され、２つの独立したバスバーが各ゾーンの上部導電体に接続されている。制御ハードウェア及び論理は、３バスバーの場合と同じである。勿論、同じ論理が３つ以上のゾーンを有するデバイスにも適用される。いくつかの実施形態では、基材は積層体である。いくつかの実施形態では、エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える。

図９を参照すると、このセグメント化されたバスバーを有する２ペインデバイスでは、ペイン１は（Ｖ１−Ｖ２）によって与えられる印加電圧及び電流Ｉ１を有し、一方、ペイン２はＶ３−Ｖ２の印加電圧及び電流Ｉ３を有する。

別の実施形態では、上述したＰ４レーザ−プロセスは薄膜を、隣接するゾーンのペアを架橋する各端部に沿うバスバーセグメントと共に、３つの領域にカットするために使用される。本実施形態では、全ての接続が端部に沿っていたのに代わりコーナー近傍で可能になる利点を有し、それは少なくともいくつかのより多くのスペースが接続するのを可能にするとされている。また、電気的に直列に接続された３つのゾーンを有する４バスバー、３ゾーンのデバイスと電気的に等価である。いくつかの実施形態では、反対側に３つの別々のセグメントを有し１つのバスバーが全てのゾーンにまたがっている場合よりも少ない別の制御／導線構成が可能である。

いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるエレクトロクロミック材料の代わりに、又はそれに加えてフォトクロミック材料又はサーモクロミック材料が使用される場合がある。例えば、いくつかのゾーンはエレクトロクロミック材料を含むことができ、一方、他のゾーンはエレクトロクロミック材料、フォトクロミック材料、又はサーモクロミック材料のうちの少なくとも１つを含むことができる。適切なフォトクロミック材料は、トリアリールメタン、スチルベン、アザスチルベン、ニトロン、フルギド、スピロピラン、ナフトピラン、スピロ−オキサジン、及びキノンを含むが、これらに限定されない。適切なサーモクロミック材料は、液晶及びロイコ染料を含むが、これらに限定されない。フォトクロミック材料及びサーモクロミック材料はいずれも、周知の方法で基材上に形成することができる。フォトクロミック又はサーモダイナミックゾーンの場合、それぞれ光と熱が材料の特性を変調するため、バスバーは不要になる。フォトクロミック及び／又はサーモクロミックダイナミックゾーンを使用する１つの例示的な実施形態は、採光のために能動的に制御される窓の上部に向かう少なくとも１つのエレクトロクロミックダイナミックゾーンと、直接日光の下でそれ自身が暗くなる窓の下部に向かう少なくとも１つのフォトクロミックダイナミックゾーンと、そのデバイスの別の領域に置かれる少なくとも第２のエレクトロクロミックゾーンと、を有する窓とすることができる。

更に、本明細書で開示される主題の例示的な一実施形態は、複数の独立して制御されるダイナミックゾーンを備える単一のペイン又はガラス基材を有する建築窓などの窓を含むと解される。本明細書で開示される主題の別の例示的な実施形態は、１つのペイン上にエレクトロクロミック窓の複数のゾーンを備え、かつ他のペイン上に透明ガラスを備えるＩＧＵを含む。本明細書で開示される主題の更に別の例示的な実施形態は、１つのペイン上にエレクトロクロミック窓の複数のゾーンを備え、かつ他のペイン上に低Ｅガラス、着色ガラス、又は反射ガラスを備えるＩＧＵを含む。本明細書で開示される主題の更に別の例示的な実施形態は、ＩＧＵの１つのペイン上にエレクトロクロミック窓の複数のゾーンを備え、かつ他のペイン上にパターンガラス又は特殊ガラスを備えるＩＧＵを含み、そのパターニング又は特徴は第１のペイン上のダイナミックゾーンの領域と調和し、それらの領域を補完し、及び／又はそれらの領域と対比する場合がある。これは、上述の例示的な実施形態は、複数のダイナミックゾーンを備える基材は、透明なガラス基材、低Ｅガラス基材、反射ガラス基材及び／又は部分的に反射するガラス基材であるように構成できることは理解されたい。

米国同時継続出願第１３／３５４，８６３号において記載される制御システム、電源システム、又は導線システム（無線制御を含む）のいずれかを、本明細書において記載されるようなマルチゾーンエレクトロクロミックデバイスと共に使用するように適用されることができることを当業者は認識するであろう。

これまでに開示された主題は、明確に理解してもらうために詳細に説明されてきたが、添付の特許請求の範囲内にある或る特定の変更及び修正を実施できることは明らかであろう。従って、これらの実施形態は例示であって限定と見なされるべきではなく、本明細書中において開示される主題は、本明細書に与えられた詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲及びその均等物内で修正されることができる。

Claims (25)

1. 複数の独立して制御可能なエレクトロニックゾーン及び少なくとも２つのバスバーを備え、各バスバーはセグメント化され、及び少なくとも２つの隣接するエレクトロニックゾーンは前記バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する、基材。
2. 少なくとも３つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備え、前記エレクトロクロミックゾーンは順に配置され、及び任意の２つ以下のエレクトロクロミックゾーンは前記バスバーの少なくとも１つの連続する部分を共有する、基材。
3. 前記基材は３つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える、請求項２記載の基材。
4. 隣接する第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、及び隣接する第２及び第３のゾーンは第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する、請求項３記載の基材。
5. 前記エレクトロクロミックゾーンの各々は、異なった表面積を有する、請求項２記載の基材。
6. 前記エレクトロクロミックゾーンの各々は、互いに完全には分離されていない、請求項２記載の基材。
7. 前記エレクトロクロミックゾーンは、前記基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成される、請求項２記載の基材。
8. 前記第１及び第２のセグメント化されたバスバーは互いに実質的に平行である、請求項４記載の基材。
9. 前記第１のセグメント化されたバスバーの集合部及び前記第２のセグメント化されたバスバーの集合部は、実質的に前記基材の前記長さに延在している、請求項４記載の基材。
10. 前記基材は４つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを備える、請求項２記載の基材。
11. 隣接する第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、及び隣接する第３及び第４のゾーンは第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する、請求項１０記載の基材。
12. 前記基材は積層体である、請求項２記載の基材。
13. 少なくとも２つの独立して制御可能なエレクトロクロミックゾーンを有する基材の形成方法であって、前記方法は、
    （１）基材上にエレクトロクロミックコーティングを配置させることと、
    （２）前記エレクトロクロミックコーティング上に２つのバスバーを配置することと、
    を備え、前記バスバーの少なくとも１つは不連続であり、各々は少なくとも２つの部分を有する、方法。
14. 前記基材は３つのエレクトロクロミックゾーン備える、請求項１３記載の方法。
15. 隣接する第１及び第２のゾーンは第１のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有し、及び隣接する第２及び第３のゾーンは第２のセグメント化されたバスバーの共通部分を共有する、請求項１４記載の方法。
16. 前記エレクトロクロミックゾーンの各々は異なった表面積を有する、請求項１４の方法。
17. 前記エレクトロクロミックゾーンの各々は、互いに完全には分離されていない、請求項１４記載の方法。
18. 前記エレクトロクロミックゾーンは、前記基材上の単一のエレクトロクロミックコーティングから形成される、請求項１４記載の方法。
19. 前記基材は、４つのエレクトロクロミックゾーンを備える、請求項１３記載の方法。
20. 請求項２記載の前記基材を備えるエレクトロクロミックデバイス。
21. 前記エレクトロクロミックゾーンは混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える、請求項２０記載のエレクトロクロミックデバイス。
22. 請求項３記載の前記基材を備えるエレクトロクロミックデバイス。
23. 前記エレクトロクロミックゾーンは、混合タングステン−ニッケル酸化物を含む少なくとも１つの薄膜を備える、請求項２２記載のエレクトロクロミックデバイス。
24. 請求項２０記載の前記エレクトロクロミックデバイスを備える、絶縁ガラスユニット。
25. 請求項２２記載の前記エレクトロクロミックデバイスを備える、絶縁ガラスユニット。