KR101107467B1 - Ｉｍｉ 코팅을 포함하는 전기-광학 소자 - Google Patents

Abstract

전기 변색 소자는 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판과 일정 간격을 두고 떨어진 관계에 있고 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치되어 있는 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 이 매질은 전계의 인가 시에 변동할 수 있는 광 투과율을 가짐 - 을 포함한다. 이 소자는 제1 표면, 제2 표면, 제3 표면 및 제4 표면 중 적어도 하나의 선택된 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층을 더 포함하고, 이 투명 전극층은 절연체/금속/절연체 적층을 포함한다. 절연체/금속/절연체 적층을 구성하는 데 이용되는 물질은 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 및 환경적 내구성 등의 소자의 광학적 및 물리적 특성을 최적화하도록 선택된다.

전기-광학 소자, 전기 변색, IMI 코팅, 투과율, 반사율

Description

ＩＭＩ 코팅을 포함하는 전기-광학 소자{ELECTRO-OPTICAL ELEMENT INCLUDING IMI COATINGS}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2006년 3월 3일자로 출원된 발명의 명칭이 "IMPROVED COATINGS AND REARVIEW ELEMENTS INCORPORATING THE COATINGS(개선된 코팅 및 이 코팅을 포함하는 백미러 소자)"인 미국 가특허 출원 제60/779,369호, 및 2005년 6월 5일자로 출원된 발명의 명칭이 "ELECTROCHROMIC REARVIEW MIRROR ASSEMBLY INCORPORATING A DISPLAY/SIGNAL LIGHT(디스플레이/신호 라이트를 포함하는 전기 변색 백미러 어셈블리)"인 미국 가특허 출원 제60/810,921호를 우선권 주장하며, 이들 둘다는 본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함된다.

<기술분야>

본 발명은 자동차의 백미러 어셈블리(rearview mirror assembly) 내에서는 물론 창문 어셈블리(window assembly) 내에서 이용되는 전기 변색 소자(electrochromic element)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이러한 어셈블리 내에서 사용하기 위한 개선된 전기 변색 소자에 관한 것이다. 보다 상세히 말하면, 본 발명은 절연체/금속/절연체 적층을 포함하는 투명 전극층(transparent electrode layer)을 포함하는 전기 변색 소자에 관한 것이다.

지금까지, 후방으로부터 다가오는 차량의 헤드라이트로부터 나오는 광에 대한 눈부심 보호(glare-protection)를 위해 전반사율 모드(full reflectance mode)(주간)에서 부분 반사율 모드(partial reflectance mode)(들)(야간)로 변하는 자동차의 다양한 백미러가 제안되었다. 이와 유사하게, 건물 창문, 채광창에, 자동차의 윈도우, 선루프 및 백미러 내에는 물론, 비행기 창문 등의 창문 또는 기타 운송 수단에 사용하기 위한 가변 투과율 광 필터(variable transmittance light filter)가 제안되었다. 이러한 장치들 중에는, 열색성(thermochromic), 광색성(photochromic) 또는 전기-광학 수단(예를 들어, 액정, 쌍극성 현탁액(dipolar suspension), 전기 영동(electrophoretic), 전기 변색, 기타)에 의해 투과율이 변화되고 가변 투과율 특성이 적어도 부분적으로 가시 스펙트럼(약 3800Å 내지 약 7800Å의 파장)에 있는 전자기 방사에 영향을 주는 장치들이 있다. 전자기 방사에 대해 가역 가변 투과율을 갖는 장치가 가변 투과율 광 필터, 가변 반사율 미러, 및 정보를 전달하는 데 이러한 광 필터 또는 미러를 이용하는 디스플레이 장치에서의 가변 투과율 소자로서 제안되었다.

전자기 방사에 대해 가역 가변 투과율을 갖는 장치(투과율이 전기 변색 수단에 의해 변경됨)가, 예를 들어, Non-emissive Electrooptic Displays에서의 Chang의 "Electrochromic and Electrochemichromic Materials and Phenomena(전기 변색 및 통전 화학 변색 물질 및 현상)", A. Kmetz 및 K. von Willisen의 eds. Plenum Press, New York, NY 1976, pp. 155-196 (1976) 및 Electrochromism, P.M.S. Monk, RJ. Mortimer, D.R. Rosseinsky, VCH Publishers, Inc., New York, New York (1995)의 여러 부분에 기술되어 있다. 수많은 전기 변색 장치들이 공지되어 있다. 예를 들어, Manos의 미국 특허 제3,451,741호, Bredfeldt 등의 미국 특허 제4,090,358호, Clecak 등의 미국 특허 제4,139,276호, Kissa 등의 미국 특허 제3,453,038호, Rogers의 미국 특허 제3,652,149호, 제3,774,988호 및 제3,873,185호, 그리고 Jones 등의 미국 특허 제3,282,157호, 제3,282,158호, 제3,282,160호 및 제3,283,656호를 참조한다. 이들 장치에 부가하여, 1990년 2월 20일자로 특허된 발명의 명칭이 "SINGLE-COMPARTMENT, SELF-ERASING, SOLUTION-PHASE ELECTROCHROMIC DEVICES SOLUTIONS FOR USE THEREIN, AND USES THEREOF"인 HJ. Byker의 미국 특허 제4,902,108호, 1992년 5월 19일자로 특허된 발명의 명칭이 "AUTOMATIC REARVIEW MIRROR SYSTEM FOR AUTOMOTIVE VEHICLES"인 J. H. Bechtel 등의 캐나다 특허 제1,300,945호, 1992년 7월 7일자로 특허된 발명의 명칭이 "VARIABLE REFLECTANCE MOTOR VEHICLE MIRROR"인 HJ. Byker의 미국 특허 제5,128,799호, 1993년 4월 13일자로 특허된 발명의 명칭이 "ELECTRO-OPTIC DEVICE"인 HJ. Byker 등의 미국 특허 제5,202,787호, 1993년 4월 20일자로 특허된 발명의 명칭이 "CONTROL SYSTEM FOR AUTOMATIC REARVIEW MIRRORS"인 J.H. Bechtel의 미국 특허 제5,204,778호, 1994년 1월 11일자로 특허된 발명의 명칭이 "TINTED SOLUTION-PHASE ELECTROCHROMIC MIRRORS"인 D.A. Theiste 등의 미국 특허 제5,278,693호, 1994년 1월 18일자로 특허된 발명의 명칭이 "UV-STABILIZED COMPOSITIONS AND METHODS"인 HJ. Byker의 미국 특허 제5,280,380호, 1994년 1월 25일자로 특허된 발명의 명칭이 "VARIABLE REFLECTANCE MIRROR"인 HJ. Byker의 미국 특허 제5,282,077호, 1994년 3월 15일자로 특허된 발명의 명칭이 "BIP YRIDINIUM SALT SOLUTIONS"인 HJ. Byker의 미국 특허 제5,294,376호, 1994년 8월 9일자로 출원된 발명의 명칭이 "ELECTROCHROMIC DEVICES WITH BIPYRIDINIUM SALT SOLUTIONS"인 HJ. Byker의 미국 특허 제5,336,448호, 1995년 1월 18일자로 특허된 발명의 명칭이 "AUTOMATIC REARVIEW MIRROR INCORPORATING LIGHT PIPE"인 F.T. Bauer 등의 미국 특허 제5,434,407호, 1995년 9월 5일자로 특허된 발명의 명칭이 "OUTSIDE AUTOMATIC REARVIEW MIRROR FOR AUTOMOTIVE VEHICLES"인 W.L. Tonar의 미국 특허 제5,448,397호, 및 1995년 9월 19일자로 특허된 발명의 명칭이 "ELECTRONIC CONTROL SYSTEM"인 J.H. Bechtel 등의 미국 특허 제5,451,822호에 개시되어 있는 것과 같은, 상업적으로 이용가능한 전기 변색 장치 및 관련 회로가 있다. 이들 특허 각각은 본 발명과 함께 공동 양도되어 있으며, 이들 특허 각각은, 그 특허 내에 포함된 인용 문헌을 포함하여, 본 명세서에 인용됨으로써 그 전체 내용이 포함된다. 이러한 전기 변색 장치는 완전히 통합된 내부/외부 백미러 시스템에서 또는 개별적인 내부 또는 외부 백미러 시스템 및/또는 가변 투과율 창문으로서 이용될 수 있다.

도 1은 전방 평면 기판(front planar substrate)(12) 및 후방 평면 기판(rear planar substrate)을 갖는 통상적인 전기 변색 미러 장치(10)의 단면도를 나타낸 것으로서, 그의 일반적인 레이아웃은 공지되어 있다. 투명한 전도성 코팅(transparent conductive coating)(14)이 전방 소자(12)의 후면(rear face) 상에 제공되어 있고, 또 하나의 투명한 전도성 코팅(18)이 후방 소자(16)의 전면(front face) 상에 제공되어 있다. 반사체(20) - 통상적으로 보호 구리 금속층(20b)으로 덮여 있는 은 금속층(20a) 및 하나 이상의 보호 페인트층(20c)을 포함함 - 가 후방 소자(16)의 후방 표면 상에 배치되어 있다. 이러한 구조에 대한 설명을 명확함을 위해, 전방 유리 소자(12)의 전방 표면(front surface)(12a)은 때때로 제1 표면이라고 하고, 전방 유리 소자(12)의 내부 표면(inside surface)(12b)은 때때로 제2 표면이라고 하며, 후방 유리 소자(16)의 내부 표면(16a)은 때때로 제3 표면이라고 하고, 후방 유리 소자(16)의 후방 표면(back surface)(16b)은 때때로 제4 표면이라고 한다. 예시된 일례에서, 전방 유리 소자는 에지 표면(edge surface)(12c)을 더 포함하는 반면, 후방 유리 소자는 에지 표면(16c)을 포함한다. 전방 및 후방 소자(12, 16)는 시일(seal)(22)에 의해 평행이면서 일정 간격으로 떨어진 관계로 보유되어 있음으로써, 챔버(26)를 생성한다. 전기 변색 매질(24)이 공간 또는 챔버(26)에 들어 있다. 전기 변색 매질(24)은 투명 전극층(14, 18)과 직접 접촉하고 있고, 이 전극층을 통해 전자기 방사가 통과하고, 이 전자기 방사의 세기는 클립 접점(clip contact) 및 전자 회로(도시 생략)를 통해 전극층(14, 18)에 인가된 가변 전압 또는 전위에 의해 이 장치에서 가역 변조된다(reversibly modulated).

챔버(26)에 배치된 전기 변색 매질(24)은 표면-한정된(surface-confined), 전착 타입(electrode position-type) 또는 용액상 타입의(solution-phase-type) 전기 변색 물질 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 모든 용액상 매질에서, 용액 중에 존재할 수 있는 용제, 선택적인 비활성 전해질(inert electrolyte), 애노드 물 질, 캐소드 물질, 및 임의의 다른 성분의 전기 화학적 특성이 양호하게는, 애노드 물질의 전기 화학적 산화, 캐소드 물질의 전기 화학적 환원, 및 애노드 물질의 산화된 형태와 캐소드 물질의 환원된 형태 간의 자기-소거 반응(self-erasing reaction) 이외에, 애노드 물질을 산화시키고 캐소드 물질을 환원시키는 전위차에서 전기 화학적 또는 기타 변화가 그다지 일어나지 않도록 되어 있다.

대부분의 경우에, 투명 도체들(14, 18) 간의 전위차가 없을 때, 챔버(26) 내의 전기 변색 매질(24)은 본질적으로 무색(colorless)이거나 거의 무색이고, 들어오는 광(incoming light)(I_O)은 전방 소자(12)를 통해 들어오고, 투명한 코팅(14), 챔버(26) 내의 전기 변색 매질(24), 투명한 코팅(18), 후방 소자(16)를 통과하여, 층(20a)에서 반사하고 다시 장치를 통해 전파하여 전방 소자(12)로부터 나간다. 통상적으로, 전위차가 없는 경우 반사 이미지(I_R)의 크기는 입사광 세기(I_O)의 약 45 퍼센트 내지 약 85 퍼센트이다. 정확한 값은 이하에 요약되어 있는 많은 변수들, 예를 들어, 전방 소자의 전면으로부터의 잔류 반사(residual reflection)(I'_R)는 물론 전방 소자(12)와 전방 투명 전극(14), 전방 투명 전극(14)과 전기 변색 매질(24), 전기 변색 매질(24)과 제2 투명 전극(18), 및 제2 투명 전극(18)과 후방 소자(16) 간의 계면으로부터의 2차 반사에 의존한다. 이들 반사는 공지되어 있으며, 광이 한 물질과 다른 물질 간의 계면을 지나갈 때 이들 물질의 굴절률 차이로 인한 것이다. 전방 소자 및 후방 소자가 평행하지 않은 경우, 잔류 반사(I'_R) 또는 다른 2차 반사가 미러 표면(20a)으로부터의 반사 이미지(I_R)와 중첩하지 않으며, 이중 이미지(double image)가 나타난다(이 경우 관찰자는 반사 이미지에 실제로 존재하는 물체의 수의 2배(또는 3배)인 것처럼 보이는 것을 본다).

반사 이미지의 세기의 크기에 대한 최소한의 요건은 전기 변색 미러가 차량의 내부에 있는지 외부에 있는지에 의존한다. 예를 들어, 대부분의 자동차 제조업체로부터의 현재의 요건에 따르면, 내부 미러는 양호하게는 적어도 40 퍼센트의 하이엔드 반사율(high end reflectivity)을 가지며, 외부 미러는 적어도 35 퍼센트의 하이엔드 반사율을 가져야만 한다.

전극층(14, 18)은 전기 변색 매질에 전기적으로 에너지를 공급하는 데 효과적인 전자 회로에 연결되어 있으며, 그에 따라 도체(14, 18) 양단에 전위가 인가될 때, 챔버(26) 내의 전기 변색 매질이 다크닝됨으로써, 광이 반사체(20a)를 통과하고 다시 반사된 후에 통과될 때 입사광(I_O)이 감쇠된다. 투명 전극들 간의 전위차를 조정함으로써, 이러한 장치는 "그레이-스케일" 장치로서 기능할 수 있으며, 넓은 범위에 걸쳐 투과율이 연속적으로 변한다. 용액상 전기 변색 시스템의 경우, 전극들 간의 전위가 제거되거나 0으로 복귀되는 경우, 장치는 자발적으로 전위가 인가되기 이전에 장치가 가졌던 동일한 0-전위 평형 컬러 및 투과율로 복귀한다. 전기 변색 장치를 제조하는 다른 전기 변색 물질들이 이용가능하다. 예를 들어, 전기 변색 매질은 고체 금속 산화물, 산화/환원 활성 폴리머(redox active polymer), 그리고 용액상 및 고체 금속 산화물 또는 산화/환원 활성 폴리머의 혼합 조합(hybrid combination)인 전기 변색 물질을 포함할 수 있지만, 상기한 용액상 설계(solution-phase design)가 현재 사용 중인 전기 변색 장치의 대부분을 대표하는 것이다.

도 1에 도시된 것과 같은 제4 표면 반사체 전기 변색 미러가 상업적으로 이용가능하기 이전에도, 전기 변색 장치를 연구하는 다양한 그룹들은 반사체를 제4 표면에서 제3 표면으로 이동시키는 것에 대해 논의해왔다. 이러한 설계는, 이론적으로, 장치 내에 제작할 층이 더 적기 때문에 제조하기 쉽다는 점에서 이점들을 갖는데, 즉 제3 표면 반사체/전극이 있는 경우 제3 표면 투명 전극이 필요하지 않다. 이 개념이 일찌기 1966년에 논의되었지만, 어떤 그룹도 제3 표면 반사체를 포함하는 실시가능한 자동-감광 미러(auto-dimming mirror)에 요구되는 엄격한 기준으로 인해 상업적 성공을 거두지 못했다. 1966년 10월 25일자로 특허된 발명의 명칭이 "OPTICALLY VARIABLE ONE-WAY MIRROR(광학 가변 일방 거울)"인 J. F. Donnelly 등의 미국 특허 제3,280,701호는 광을 감쇠시키기 위해 pH-유도 컬러 변화(pH-induced color change)를 사용하는 시스템의 제3 표면 반사체에 대한 가장 이른 논의들 중 하나를 가지고 있다.

1991년 11월 19일자로 특허된 발명의 명칭이 "PERIMETER COATED, ELECTRO-OPTIC MIRROR(주변부 코팅된 전기-광학 미러)"인 N. R. Lynam 등의 미국 특허 제5,066,112호는 시일(seal)을 감추기 위해 전방 및 후방 유리 소자의 주변부에 전도성 코팅이 도포되어 있는 전기-광학 미러를 개시하고 있다. '112 특허에서 제3 표면 반사체에 대해 논의하고 있지만, 제3 표면 반사체로서 유용한 것으로 열거되어 있는 물질들이 내부 미러로서 사용하기에 충분한 반사율을 가지고 있지 않고 및/또는 적어도 하나의 용액상 전기 변색 물질을 함유하는 용액상 전기 변색 매질과 접촉할 때 안정적이지 않다는 단점들을 가지고 있다.

다른 것들은 모든 고체 상태 타입 장치의 중간에 배치된 반사체/전극의 주제를 다루고 있다. 예를 들어, Baucke 등의 미국 특허 제4,762,401호, 제4,973,141호, 및 제5,069,535호는 이하의 구조, 즉 유리 소자, 투명한 인듐-주석-산화물 전극, 텅스텐 산화물 전기 변색층, 고체 이온 전도층(solid ion conducting layer), 단일층 수소 이온 침투 반사체(single layer hydrogen ion-permeable reflector), 고체 이온 전도층, 수소 이온 저장층, 촉매층, 후방 금속층, 및 후방 소자(종래의 제3 및 제4 표면을 나타냄)를 갖는 전기 변색 미러에 대해 개시하고 있다. 반사체가 제3 표면 상에 성막되지 않고 전기 변색 물질과 직접 접촉하고 있지 않으며, 적어도 하나의 용액상 전기 변색 물질 및 연관된 매질과는 확실히 접촉하고 있지 않다. 그 결과, 제3 표면 반사체/전극이 적어도 하나의 전기 변색 물질을 함유하는 용액상 전기 변색 매질과 접촉하고 있는 개선된 고반사성 전기 변색 백미러를 제공하는 것이 바람직하다. 제안된 전기 변색 창문은 통상적으로 도 1에 도시된 것과 유사하지만 층(20a, 20b, 20c)을 갖지 않는 전기 변색 셀(electrochromic cell)을 포함한다.

반사성 제3 표면 전기 변색 장치의 개조가 많은 문제를 해결하는 데 도움이 되었지만, 많은 결점들이 이들 소자 내에 여전히 존재한다. 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 및 환경적 내구성 등의 광학적 및 물리적 특성을 희생시키지 않고 비교적 저렴한 제2 표면 투명 전도성 산화물을 갖는 전기 변색 소자를 제공하기 위해 다양한 시도가 있었다. 이전의 접근 방법들이 인듐 주석 산화물층에 중점을 두고 있었지만, 이들 시도는 상기한 수많은 문제점들을 효과적으로 해결하지 못하였다. 구체적으로 말하면, 몇가지 문제점들이 인듐-주석 산화물에 대한 투명 도체 대안의 개발을 뒷받침하고 있다. 예를 들어, 고속 스위칭 전기 변색 장치는 연관된 셀의 양측에 낮은 시트 저항의 물질을 필요로 한다. 큰 전기 변색 셀은 특히 시트 저항에 민감한 반면, 높은 시트 저항 도체는 도체 표면을 따라 상당한 전위 강하를 가져온다. 이들 공간적 전위 강하는 국부 전류 밀도(local current density)를 감소시키고 영향받은 영역에서의 컬러 변화를 느려지게 하여 아이리싱(irising) 등의 효과를 야기한다. 이전의 전기 변색 시스템과 연관된 다른 본질적인 어려움 및 실패가 본 명세서에 기술되어 있다.

따라서, 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 환경적 내구성 등의 광학적 및 물리적 특성을 희생시키지 않고 전기 변색 소자의 전체적인 비용을 감소시키는 구성요소들을 갖는 투명 전극을 포함하는 전기 변색 소자를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 양태는, 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판과 일정 간격을 두고 떨어진 관계에 있고 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치되어 있는 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 이 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변동할 수 있는 광 투과율을 가짐 - 을 포함하는 전기 변색 소자이다. 이 전기 변색 소자는 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층을 더 포함하고, 이 투명 전극층은 제1 절연체층, 적어도 하나의 금속층, 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 전기 변색 소자는 80보다 크거나 같은 연색 지수(color rendering index)를 나타낸다.

본 발명의 다른 양태는 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판과 일정 간격을 두고 떨어진 관계에 있고 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치되어 있는 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 이 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변동할 수 있는 광 투과율을 가짐 - 을 포함하는 전기 변색 소자를 포함한다. 이 전기 변색 소자는 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층을 더 포함하며, 이 투명 전극층은 제1 절연체층, 적어도 하나의 금속층, 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 하나의 선택된 것은 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 티타늄 산화물, CeOx, 주석 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, ZnS, 크롬 산화물, 니오븀 산화물, ZrOx, WO₃, 니켈 산화물, IrO₂, 및 이들의 조합 중에서 적어도 하나의 선택된 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판과 일정 간격을 두고 떨어진 관계에 있고 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치되어 있는 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 이 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변동할 수 있는 광 투과율을 가짐 - 을 포함하는 전기 변색 소자이다. 이 전기 변색 소자는 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층을 더 포함하고, 이 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층, 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 하나 및 절연체층과 상기 금속층 사이의 적어도 하나의 장벽층, 그리고 상기 장벽층은 금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 카드뮴, 구리, 니켈, 백금, 이리듐, 및 이들의 조합 중 적어도 하나의 선택된 것을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판, 상기 제1 기판과 일정 간격을 두고 떨어진 관계에 있고 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치되어 있는 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 이 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변동할 수 있는 광 투과율을 가짐 - 을 포함하는 전기 변색 소자이다. 이 전기 변색 소자는 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층을 더 포함하며, 이 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층, 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 금속층은 은을 포함하고, 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 하나는 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 티타늄 산화물, CeOx, 주석 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, ZnS, 크롬 산화물, 니오븀 산화물, ZrOx, WO₃, 니켈 산화물, IrO₂, 및 이들의 조합을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태는 전기 변색 소자를 제조하는 방법이며, 이 방법은, 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 기판을 제공하는 단계, 상기 제2 표면과 마주하고 있는 제3 표면 및 이 제3 표면의 반대쪽에 있는 제4 표면을 갖는 제2 기판을 제공하는 단계, 및 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 것에 투명 전극층을 도포하는 단계 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층, 및 제2 절연체층을 포함함 - 를 포함한다. 이 방법은, 상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 하나의 선택된 것에 에폭시를 도포하는 단계, 및 상기 에폭시에 적외선 방사를 인가함으로써 상기 제1 기판을 상기 제2 기판에 밀봉하는 단계 - 상기 적외선 방사의 최소 파장(minimum wavelength)은 2.5 ㎛임 - 를 더 포함한다.

본 발명의 전기 변색 소자는 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 환경적 내구성 등의 광학적 및 물리적 특성을 희생시키지 않고 전기 변색 소자의 전체적인 비용을 감소시키는 구성요소들을 갖는 투명 전극을 포함한다. 게다가, 본 발명의 전기 변색 소자는 비교적 제조하기 쉽고, 안정된 제조 공정을 제공하는 데 도움이 되며, 절연체/금속/절연체 적층을 구성하는 데 이용되는 구성요소들의 선택의 다양성을 제공하고, 특정의 광학적 및 물리적 성질을 달성하기 위해 전기 변색 소자의 맞춤화된 구성을 가능하게 해준다.

당업자라면 이하의 상세한 설명, 청구항 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 이들 및 다른 특징, 이점 및 목적을 잘 이해할 것이다.

도 1은 제4 표면 반사체를 포함하는 종래 기술의 전기 변색 미러 어셈블리의 확대 단면도.

도 2는 자동차의 내부/외부 전기 변색 백미러 시스템을 개략적으로 나타낸 전방 입면도.

도 3은 도 2의 라인 Ⅲ-Ⅲ을 따라 절취한 제3 표면 반사체/전극을 포함하는 전기 변색 미러의 확대 단면도.

도 4는 도 3의 영역 Ⅳ의 투명 전극의 다른 확대 단면도.

도 5는 공기 또는 전기 변색 유체의 입사 매질(incident medium) 내의 유리 상의 ITO의 반사율/투과율 대 파장을 나타낸 그래프.

도 6A 내지 도 6C는 3-층 IMI 적층에서 서로 다른 조합의 층 두께에 대해 입사 매질로서 공기 및 EC 유체를 갖는 IMI 간의 투과율 차이를 나타낸 그래프.

도 7은 5-층 IMI 적층의 투과율 변화 대 침적 시간(soak time)을 나타낸 그래프.

도 8은 5-층 IMI 적층의 저항 변화 대 잠금 시간을 나타낸 그래프.

도 9는 2-층 IMI 적층의 시트 저항 및 투과율 대 산소 퍼센트(oxygen percentage)를 나타낸 그래프.

도 10은 2-층 IMI 적층의 산소 퍼센트 대 소광 계수(extinction coefficient) 대 퍼센트 거칠기(percent roughness)를 나타낸 그래프.

도 11은 DOE2 샘플 7, 8 및 13의 파장 대 반사율을 나타낸 그래프.

본 명세서에서의 설명을 위해, 용어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "후방", "전방", "수직", "수평" 및 이들의 파생어는, 도 1 및 도 3에 배향되어 있는 본 발명에 관한 것이다. 그렇지만, 그와 달리 명시적으로 언급되어 있는 경우를 제외하고는, 본 발명이 다양한 대안의 배향 및 단계 시퀀스를 가정할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 또한, 첨부 도면에 예시되고 이하의 상세한 설명에 기술된 특정의 장치 및 공정이 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 개념들의 예시적인 실시예라는 것을 잘 알 것이다. 따라서, 청구항이 달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 본 명세서에 개시된 실시예들에 관한 특정의 치수 및 다른 물리적 특성이 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.

도 2는 내부 미러 어셈블리(110) 및 각각 운전석측 및 조수석측에 대한 2개의 외부 백미러 어셈블리(111a, 111b)를 포함하는 차량 미러 시스템(100)(이들 모두는 종래의 방식으로 자동차에 설치하도록 구성되어 있으며, 이들 미러는 차량의 후방을 보고 있고 차량의 운전자는 이들 미러를 봄으로써 후방 시야를 확보할 수 있음)을 개략적으로 나타낸 전방 입면도를 나타낸 것이다. 본 발명을 기술하기 위 해 본 명세서에서 일반적인 미러 어셈블리가 이용되고 있지만, 유의할 점은 본 발명이 전기 변색 창문의 구성에도 똑같이 적용될 수 있다는 것이다. 내부 미러 어셈블리(110) 및 외부 미러 어셈블리(111a, 111b)는 상기한 캐나다 특허 제1,300,945호, 미국 특허 제5,204,778호, 또는 미국 특허 제5,451,822호에 예시되고 기술된 유형의 감광 전자 회로, 및 밝은 빛(glare) 및 주변광을 감지하고 전기 변색 소자에 구동 전압을 공급할 수 있는 다른 회로를 포함할 수 있다. 예시된 일례에서, 전기 회로(150)는 반사체/전극(120) 및 투명 전극(128)에 연결되어 전기 변색 매질(126)이 다크닝되도록 이들 전극 양단에 인가되는 전위를 제어함으로써 이 매질을 통해 전파하는 다양한 양의 광을 감쇠시키고 전기 변색 매질(126)을 포함하는 미러의 반사율을 변화시킬 수 있다. 미러 어셈블리(110, 111a, 111b)는 비슷한 번호가 내부 및 외부 미러의 부분을 식별해준다는 점에서 유사하다. 이들 부분은 구성이 약간 다를 수 있지만, 거의 동일한 방식으로 기능하고 유사한 번호가 부여된 부분과 거의 동일한 결과를 달성한다. 예를 들어, 내부 미러(110)의 전방 유리 소자의 형상은 일반적으로 외부 미러(111a, 111b)보다 더 길고 더 좁다. 또한, 외부 미러(111a, 111b)와 비교하여 내부 미러(110)에는 약간 다른 성능 표준이 적용된다. 예를 들어, 내부 미러(110)는 일반적으로, 완전히 깨끗할 때, 약 50 퍼센트 내지 약 85 퍼센트 이상의 반사율 값을 갖는 반면, 외부 미러는 종종 약 50 퍼센트 내지 약 65 퍼센트의 반사율을 갖는다. 또한, 미국에서는(자동차 제조업자에 의해 제공된 바와 같이), 조수석측 미러(111b)는 통상적으로 구형으로 구부러진(spherically bent), 즉 볼록 형상을 갖는 반면, 운전석측 미러(111a) 및 내부 미러(110)는 현재 평탄해야만 한다. 유럽에서는, 운전석측 미러(111a)는 통상 평탄하거나 비구면(aspheric)인 반면, 조수석측 미러(111b)는 볼록 형상을 갖는다. 일본에서는, 외부 미러(111a, 111b) 둘다가 볼록 형상을 갖는다. 이하의 설명은 일반적으로 본 발명의 모든 미러 어셈블리에 적용가능하지만, 일반적인 개념들이 전기 변색 창문의 구성에 똑같이 적용가능하다.

도 3은 전방 표면(112a) 및 후방 표면(112b)을 갖는 전방 투명 기판(112), 및 전방 표면(114a) 및 후방 표면(114b)을 갖는 후방 기판(114)을 갖는 미러 어셈블리(111a)의 단면도를 나타낸 것이다. 이러한 구조의 설명의 명확함을 위해, 이후부터 이하의 명칭들이 사용된다. 전방 기판의 전방 표면(112a)은 제1 표면(112a)이라고 하고, 전방 기판의 후방 표면(112b)은 제2 표면(112b)이라고 한다. 후방 기판의 전방 표면(114a)은 제3 표면(114a)이라고 하고, 후방 기판의 후방 표면(114b)은 제4 표면(114b)이라고 한다. 전방 기판(112)은 또한 에지 표면(edge surface)(112c)을 포함하는 반면, 후방 기판(114)은 또한 에지 표면(114c)을 포함한다. 챔버(125)는 투명 도체(128)의 층(제2 표면(112b) 상에 있음), 반사체/전극(120)(제3 표면(114a) 상에 배치됨), 및 밀봉 부재(sealing member)(116)의 내부 주위벽(inner circumferential wall)(132)에 의해 정의된다. 전기 변색 매질(126)이 챔버(125) 내에 들어 있다.

본 명세서에서 널리 사용되고 기술되어 있는 바와 같이, 전극 또는 층이 소자의 표면 상에 "있거나" 또는 소자의 표면에 도포되어 있다는 것은 전극 또는 층 모두가 소자의 표면 상에 직접 배치되어 있거나 소자의 표면 상에 직접 배치되어 있는 다른 코팅, 층 또는 층들 상에 배치되어 있는 것을 말한다. 게다가, 유의할 점은 미러 어셈블리(111a)가 단지 예시를 위해 기술되어 있으며, 구체적인 부분 및 소자가, 도 1에 예시된 구성 및 전기 변색 창문에 대해 공지된 구성과 같이, 그 어셈블리 내에서 재배열될 수 있다는 것이다.

전방 투명 기판(112)은 투명하고 자동차 환경에서 흔히 있는 조건, 예를 들어, 다양한 온도 및 압력에서 동작할 수 있을 정도로 충분한 강도를 갖는 임의의 물질일 수 있다. 전방 기판(112)은 임의의 유형의 붕규산 유리(borosilicate glass), 소다 석회 유리(soda lime glass), 플로트 유리(float glass), 또는 전자기 스펙트럼의 가시 영역에서 투명한 임의의 다른 물질(예를 들어, 폴리머 또는 플라스틱 등)을 포함할 수 있다. 전방 기판(112)은 양호하게는 유리 시트(sheet of glass)이다. 후방 기판(114)은, 모든 응용에서 투명할 필요가 없는 것을 제외하고는, 상기 요약된 동작 조건을 만족시켜야만 하며, 따라서 폴리머, 금속, 유리, 세라믹을 포함할 수 있고, 양호하게는 유리 시트이다.

제3 표면(114a)의 코팅은 제2 표면(112b) 및 제3 표면(114a) 둘다의 외곽 주변부(outer perimeter) 근방에 배치된 밀봉 부재(116)에 의해 제2 표면(112b) 상의 코팅들에 일정 간격을 두고 평행한 관계로 밀봉 접합된다. 밀봉 부재(116)는 전기 변색 물질(126)이 챔버(125) 내로 유출되지 않도록 주변부를 밀봉시키기 위해 제2 표면(112b) 상의 코팅을 제3 표면(114a) 상의 코팅에 접착성 접합(adhesively bonding)시킬 수 있는 임의의 물질일 수 있다. 선택적으로, 밀봉 부재(116)가 배치되어 있는 부분 상부에 있는 투명 전도성 코팅(128)의 층 및 반사체/전극(120)의 층이 제거될 수 있다(그 부분 전체가 아니며, 그렇지 않으면, 구동 전위가 2개의 코팅에 인가될 수 없음). 이러한 경우에, 밀봉 부재(116)가 유리에 잘 접합되어야만 한다.

전기 변색 장치에서 사용되는 주변부 밀봉 부재(116)의 성능 요건은 액정 장치(LCD)에서 사용되는 주변부 밀봉재에 대한 것과 유사하며, 이 요건은 당업계에서 공지되어 있다. 밀봉재(116)는 유리, 금속 및 금속 산화물에 대해 양호한 접착력을 가져야만 하고, 산소, 수증기(moisture vapor) 및 기타 유해 기체 및 인듐에 낮은 침투성을 가져야만 하며, 밀봉재가 함유하거나 보호해야 하는 전기 변색 또는 액정 물질과 상호작용하거나 그 물질에 해를 끼쳐서는 안 된다. 주변부 밀봉재(116)는 실크-스크리닝(silk-screening) 또는 디스펜싱(dispensing)과 같이 LCD 산업에서 통상적으로 사용되는 수단에 의해 도포될 수 있다. 유리 프릿(glass frit) 또는 솔더 유리(solder glass)로 제조되는 것과 같은 완전 밀봉재(totally hermetic seal)가 사용될 수 있지만, 이러한 유형의 밀봉을 처리하는 데 수반되는 높은 온도(보통 450℃ 근방)가, 유리 기판 뒤틀림, 투명 전도성 전극의 성질의 변화, 및 반사체의 산화 또는 열화와 같은 많은 문제를 야기할 수 있다. 낮은 처리 온도로 인해, 열가소성(thermoplastic), 열경화성(thermosetting) 또는 UV 경화 유기 밀봉 수지(UV curing organic sealing resin)가 선호된다. LCD에 대한 이러한 유기 수지 밀봉 시스템이 미국 특허 제4,297,401호, 제4,418,102호, 제4,695,490호, 제5,596,023호, 및 제5,596,024호에 기술되어 있다. 유리에 대한 우수한 접착력으로 인해, 낮은 산소 침투성 및 양호한 내용제성(solvent resistance)의 에폭시 -기반 유기 밀봉 수지가 선호된다. 이들 에폭시 수지 밀봉재는 미국 특허 제4,297,401호에 기술되어 있는 것과 같이 UV 경화성이거나, 액정 에폭시 수지(liquid epoxy resin)와 액정 폴리아미드 수지(liquid polyamide resin) 또는 디시안디아미드(dicyandiamide)의 혼합물과 같이 열 경화성이거나, 이들이 동종중합될 수 있다. 에폭시 수지는 흄드 실리카(fumed silica), 실리카, 미카, 점토, 칼슘 카보네이트, 알루미나 등과 같은 유동(flow) 및 수축(shrinkage)을 감소시키는 충전재(filler) 또는 증점제(thickener), 및/또는 컬러를 부가하는 안료를 함유할 수 있다. 소수성 또는 실란(silane) 표면 처리로 전처리된 충전재가 선호된다. 일기능성(mono-functional), 이기능성(di-functional), 및 다기능성(multi-functional) 에폭시 수지와 경화제(curing agent)의 혼합물을 사용함으로써 경화 수지 가교 밀도(crosslink density)가 제어될 수 있다. 밀봉재의 수소 용해 안정성(hydrolytic stability)을 향상시키기 위해 실란 또는 티탄산염(titanate)과 같은 첨가제가 사용될 수 있고, 최종적인 밀봉재 두께 및 기판 간격을 제어하기 위해 유리 비드(glass bead) 또는 로드(rod)와 같은 스페이서(spacer)가 사용될 수 있다. 주변부 밀봉 부재(116)에서 사용하기에 적당한 에폭시 수지로는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Shell Chemical Co.로부터 입수가능한 "EPON RESIN" 813, 825, 826, 828, 830, 834, 862, 1001F, 1002F, 2012, DPS-155, 164, 1031, 1074, 58005, 58006, 58034, 58901, 871, 872, 및 DPL-862, 미국 뉴욕주 호쏜 소재의 Ciba Geigy로부터 입수가능한 "ARALITE" GY 6010, GY 6020, CY 9579, GT 7071, XU 248, EPN 1139, EPN 1138, PY 307, ECN 1235, ECN 1273, ECN 1280, MT 0163, MY 720, MY 0500, MY 0510, 및 PT 810, 그리고 미국 미시간주 미드랜드 소재의 Dow Chemical Co.로부터 입수가능한 "D.E.R." 331, 317, 361, 383, 661, 662, 667, 732, 736, "D.E.N." 431, 438, 439 및 444가 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 적당한 에폭시 경화제로는 Shell Chemical Co.의 V-15, V-25, 및 V-40 폴리아미드, 일본 토쿄 소재의 Ajinomoto Co.로부터 입수가능한 "AJICURE" PN-23, PN-34, 및 VDH, 일본 토쿄 소재의 Shikoku Fine Chemicals로부터 입수가능한 "CUREZOL" AMZ, 2MZ, 2E4MZ, Cl1Z, C17Z, 2PZ, 2IZ, 및 2P4MZ, 미국 뉴저지주 메이플 쉐이드 소재의 CVC Specialty Chemicals로부터 입수가능한 U-405, 24EMI, U-410, 및 U-415로 촉진되는 "ERISYS" DDA 또는 DDA, 미국 펜실베니아주 알렌타운 소재의 Air Products로부터 입수가능한 "AMICURE" PACM, 352, CG, CG-325, 및 CG-1200가 있다. 적당한 충전재로는 미국 일리노이주 투스콜라 소재의 Cabot Corporation로부터 입수가능한 "CAB-O-SIL" L-90, LM-130, LM-5, PTG, M-5, MS-7, MS-55, TS-720, HS-5, 및 EH-5 등의 흄드 실리카, 및 미국 오하이오주 아크론 소재의 Degussa로부터 입수가능한 "AEROSIL" R972, R974, R805, R812, R812 S, R202, US204, 및 US206이 있다. 적당한 점토 충전재로는 미국 뉴저지주 에디슨 소재의 Engelhard Corporation으로부터 입수가능한 BUCA, CATALPO, ASP NC, SATINTONE 5, SATINTONE SP-33, TRANSLINK 37, TRANSLINK 77, TRANSLINK 445, 및 TRANSLINK 555가 있다. 적당한 실리카 충전재로는 미국 메리랜드주 발티모어 소재의 SCM Chemicals로부터 입수가능한 SILCRON G-130, G-300, G-100-T, 및 G-100이 있다. 밀봉재의 수소 용해 안정성을 향상시키기에 적당한 실란 결합제로는 미국 미시간주 미드랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 입수가능한 Z-6020, Z-6030, Z-6032, Z-6040, Z-6075, 및 Z-6076이 있다. 적당한 정밀 유리 마이크로비드 스페이서(precision glass microbead spacer)는 미국 캘리포니아주 팔로 알토 소재의 Duke Scientific로부터 다양한 크기로 입수가능하다.

전기 변색 매질(126)은 이 매질을 통해 전파하는 광을 감쇠시킬 수 있고 반사체/전극(120)과 밀접하게 접촉하고 있는 적어도 하나의 용액상 전기 변색 물질 및 용액상이면서 표면-한정(solution-phased, surface-confined)되어 있을 수 있는 적어도 하나의 부가적인 전자-활성 물질(electro-active material)을 갖는 반면, 표면 상으로 플레이트 아웃(plate out)되는 것이 있다. 그렇지만, 현재 선호되는 매질은 미국 특허 제4,902,108호, 제5,128,799호, 제5,278,693호, 제5,280,380호, 제5,282,077호, 제5,294,376호, 및 제5,336,448호에 개시되어 있는 것과 같은, 용액상 산화 환원 전기 변색(solution-phased redox electrochromics)이다. 발명의 명칭이 "AN IMPROVED ELECTRO-CHROMIC MEDIUM CAPABLE OF PRODUCING A PRESELECTED COLOR(사전 선택된 컬러를 생성할 수 있는 개선된 전기-변색 매질)"인 미국 특허 제6,020,987호는 정상 동작 범위에 걸쳐 회색으로 인지되는 전기-변색 매질을 개시하고 있으며, 이 특허는 본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함된다. 용액상 전기 변색 매질이 이용되는 경우, 이 매질은 공지의 기법을 통해 밀봉가능 충전 포트(sealable fill port)(142)를 통해 챔버(125)에 삽입될 수 있다.

전위가 그 소자에 인가될 때 미러 또는 창문이 균일하게 다크닝되지 않을 수 있다는 것이 전기 변색 분야에서 공지되어 있다. 균일하지 않은 다크닝은 전기 변 색 소자에서의 고체 상태 전기 변색 물질(유체 또는 겔)에 걸쳐 전위의 국부적인 차이에 의해 생긴다. 그 소자 양단의 전위는 전극의 시트 저항, 모선 구성(bus bar configuration), 전기 변색 매질의 전도성, 전기 변색 매질의 농도, 셀 간격 또는 전극들 간의 거리, 및 모선으로부터의 거리에 따라 변한다. 이러한 문제점에 대한 통상적으로 제안된 해결책은 전극을 구성하는 코팅 또는 층을 더 두껍게 만듦으로써 그의 시트 저항을 감소시켜 더 빠르게 다크닝되는 소자를 가능하게 해주는 것이다. 이하에서 논의되는 바와 같이, 그 문제를 해결하는 이러한 아주 간단한 방법을 제한하는 실제적인 단점이 있게 된다. 많은 경우에, 이들 단점으로 인해 전기 변색 소자가 주어진 응용에 부적합하게 된다. 본 발명의 적어도 일 실시예에서, 전극층을 단순히 두껍게 하는 것으로 발생되는 문제점들을 해결하고 그 결과 더 빠르고 더 균일한 다크닝 특성을 갖는 전기 변색 소자가 얻어지는 개선된 전극 물질, 상기 전극을 제조하는 방법 및 모선 구성이 기술되어 있다.

통상적인 내부 미러에서, 모선(bus bar)은 긴 치수(long dimension)에 평행하게 지나간다. 이렇게 하는 것은 전극들 사이의 부분의 양단에서의 전위 강하를 최소화하기 위한 것이다. 미러는 또한 통상적으로 높은 시트 저항의 투명 전극 및 낮은 시트 저항의 반사체 전극으로 이루어져 있다. 미러는 높은 시트 저항의 전극의 경우 모선 근방에서 가장 빠르게 다크닝되고 2개의 전극 사이의 소정의 중간 위치에서 가장 느리게 다크닝된다. 낮은 시트 저항의 전극의 경우 모선 근방에서의 다크닝 속도가 이들 2개의 값 사이에 있다. 2개의 모선 사이를 이동할 때 유효 전위(effective electrical potential)의 변동이 있다. 2개의 긴 평행한 모선이 서 로 간에 비교적 짧은 거리를 갖는 경우(모선 간의 거리가 모선의 길이의 1/2보다 작은 경우), 미러는 "창문 차양(window shade)" 방식으로 다크닝된다. 이것은 미러가 한 모선 근방에서 더 빠르게 다크닝되고 이 다크닝이 2개의 모선 사이를 점진적으로 이동하는 것처럼 보인다는 것을 의미한다. 통상적으로, 다크닝 속도는 이 부분의 중간에서 측정되고, 높이에 대한 폭의 비가 2보다 큰 미러의 경우, 다크닝 속도의 불균일성이 비교적 사소하다.

미러의 크기가 증가하고, 그와 함께, 모선 간의 거리가 증가함에 따라, 부분들에 걸쳐 다크닝 속도의 상대적 차이도 증가한다. 이것은 미러가 외부 응용을 위해 설계되어 있는 경우 악화될 수 있다. 이러한 환경의 혹독함에 견딜 수 있는 금속은 통상적으로 내부 미러 응용에 적합하고 흔하게 사용되는 은 또는 은 합금과 같은 금속보다 낮은 전도성을 갖는다. 외부 응용을 위한 금속 전극은 따라서 6 Ω/sq까지의 시트 저항을 가질 수 있는 반면, 내부 미러는 < 0.5 Ω/sq의 시트 저항을 가질 수 있다. 다른 외부 미러 응용에서, 투명 전극은 다양한 광학 요건을 위해 두께가 제한될 수 있다. 발명의 명칭이 "ELECTRO-OPTICAL ELEMENT WITH IMPROVED TRANSPARENT CONDUCTOR(개선된 투명 전극을 갖는 전기-광학 소자)"인 미국 특허 출원 제60/888,686호(이 출원은 본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함됨)에 기술되어 있는 바와 같이, ITO와 같은 투명 전극은 종종 가장 흔한 용도에서 1/2 파 두께(wave thickness)로 제한된다. 이러한 제한은 본 명세서에 기술된 ITO의 특성으로 인한 것이지만 ITO 코팅을 더 두껍게 만드는 것과 연관된 비용으로 인한 것이기도 하다. 다른 응용에서, 코팅은 1/2 파 두께의 80%로 제한된다. 이들 두께 제약 모두는 투명 전극의 시트 저항을 1/2 파 코팅에 대해 약 12Ω/sq보다 큰 값으로 제한하고 1/2 파 코팅의 80%인 코팅에 대해 최대 17-18Ω/sq로 제한한다. 금속 및 투명 전극의 시트 저항이 높을수록 더 느리고 덜 균일하게 다크닝되는 미러가 얻어진다.

다크닝 속도는 전기 회로에 의한 전기 변색 소자의 분석으로부터 추정될 수 있다. 이하의 논의는 소자에 걸쳐 균일한 시트 저항을 갖는 코팅에 관한 것이다. 평행 전극 사이의 임의의 위치에서의 전위는 단지 각각의 전극의 시트 저항 및 전기 변색 매질의 저항의 함수이다. 이하의 표 1에서, 전극들 사이의 소자 양단에서의 평균 전위가 최대 전위와 최소 전위 간의 차이와 함께 제공되어 있다. 이 예는 평행한 모선 간의 간격이 10cm이고 셀 간격이 180 마이크로미터이며 구동 전압이 1.2볼트이고 유체 저항(fluid resistivity)이 100,000 Ω*cm인 소자에 대한 것이다. 상부 및 하부 전극의 시트 저항의 6개의 조합이 비교되어 있다.

다크닝 속도는 가장 높은 시트 저항의 전극에 대한 전기적 접촉에서 가장 빠르고 이 위치에서의 유효 전위에 관계되어 있다. 이 전기적 접촉(또는 다른 곳)에 인접하여 유효 전위가 높을수록, 미러의 다크닝 평균 속도가 더 빨라지게 된다. 그 부분에 걸쳐 전위가 가능한 한 높을 때 전체적인 다크닝 시간이 가장 빠르다. 이것은 전기 화학으로 하여금 가속된 속도로 다크닝되도록 만들어준다. 상부 및 하부 기판 둘다에서의 코팅의 시트 저항은 전극들 간의 유효 전위를 결정하는 데 역할을 하지만, 상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 높은 시트 저항의 전극이 더 중요한 역할을 한다. 과거의 전기 변색 기술에서, 개선은 거의 전적으로 낮은 저항의 전극의 시트 저항을 저하시킴으로써 이루어졌는데, 이는 은과 같은 물질의 사용이 상당한 이점을 제공하였고 비교적 구현하기 쉬웠기 때문이다.

구동 전위가 증가됨에 따라 전체적인 속도가 증가될 수 있지만 경향은 구동 전압과 무관하게 일정하게 된다. 또한, 주어진 전압에서의 전류 도출(current draw)이 다크닝의 균일성에 영향을 준다. 균일성은 셀 간격, 농도, 또는 전기 변색 물질의 선택에 대한 조정에 의해 개선될 수 있지만, 종종 이들 조정을 사용한 균일성의 개선은 다크닝 속도, 클리어링 속도(clearing speed), 또는 다크닝 및 클리어링 속도 둘다에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 셀 간격을 증가시키고 유체 농도(fluid concentration)를 감소시키면 전류 도출이 감소되고, 그에 따라 균일성이 향상되지만, 클리어링 시간(clearing time)이 증가한다. 따라서, 다크닝의 속도 및 다크닝의 균일성 둘다를 달성하기 위해 층의 시트 저항이 적절히 설정되어야만 한다. 양호하게는, 투명 전극의 시트 저항이 11.5 Ω/sq보다 작아야 하고, 양호하게는 10.5 Ω/sq보다 작아야 하며, 더 양호하게는 9.5 Ω/sq보다 작아야 하고, 이하에 기술되는 광학적 요건으로 인해, 소정 실시예들에서, 투명 전극의 두께는 약 1/2파 광학적 두께(half wave optical thickness)보다 작아야 한다. 다른 대안으로서, 투명 전극은 IMI 타입 코팅을 포함할 수 있다. 반사체 전극은 약 3 Ω/sq보다 작아야 하고, 양호하게는 약 2 Ω/sq보다 작아야 하며, 가장 양호하게는 1 Ω/sq보다 작아야 한다. 그와 같이 구성된 미러 또는 전기 변색 소자는 또한 가장 빠른 다크닝 속도와 가장 느린 다크닝 속도 간의 다크닝 시간의 차이가 3배보다 작거나, 양호하게는 2배보다 작거나, 가장 양호하게는 1.5배보다 작도록 비교적 균일한 다크닝을 갖는다. 이와 같은 빠르고 균일하게 다크닝하는 소자를 가능하게 해주는 새로운 고성능 저가 물질이 이하에서 기술된다.

다른 응용에서, 2개의 비교적 평행한 모선을 갖는 것이 비실용적일 수 있다. 이것은 외부 미러에 흔하게 있는 평평하지 않은 형상(uneven shape)때문일 수 있다. 다른 상황에서, 낮은 저항의 전극에 점 접촉(point contact)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 점 접촉은 소정 응용에서 사용되는 레이저 소거선(laser deletion line)의 최소화 또는 제거를 가능하게 해줄 수 있다. 점 접촉의 사용이 미러 구조의 소정 양태들을 단순화시키거나 또는 그것에 대해 선호되지만, 그 부분에 걸쳐 비교적 균일한 전위를 달성하는 것을 어렵게 만든다. 낮은 저항의 반사체 전극을 따라 있는 비교적 긴 모선의 제거는 실질적으로 전극의 저항을 증가시킨다. 따라서, 빠르고 균일한 다크닝을 달성하는 데 모선 및 코팅 시트 저항값의 새로운 조합이 필요하다.

상기한 바와 같이, 당업자라면 점 점촉 방식을 가능하게 해주기 위해 금속 반사체 전극에 극히 낮은 시트 저항값이 요구된다는 것을 예상할 것이다. 그렇지만, 균일성을 향상시키기 위해 투명 전극에 대해 낮은 시트 저항을 가질 필요가 있다. 표 2는 균일성 실험의 결과를 보여준다. 이 테스트에서, 대략 폭 8 인치 x 높이 6 인치인 용액상 전기 변색 소자를 제조하였다. 본 명세서에 기술된 소자 설계의 이점은 주로 대형 소자에 관한 것이다. 대형 소자는 시계 영역(viewing area)의 가장자리 상의 임의의 지점의 가장자리로부터 기하학적 중심까지의 최소 거리가 대략 5 cm보다 큰 것으로 정의된다. 균일한 다크닝의 결여는 그 거리가 대략 7.5 cm보다 클 때 훨씬 더 문제가 되고, 그 거리가 대략 10 cm보다 클 때 훨씬 더 문제가 된다. 투명 전극(ITO) 및 금속 반사체의 시트 저항은 표 2에 나타낸 바와 같이 변화되었다. 점 접촉으로 금속 전극에의 접촉이 행해졌다. 미러의 짧은 길이 측면 중 하나를 따라 금속 반사체에 전기적 접촉을 제공하기 위해 길이가 대략 1"인 Ag 페이스트 라인(paste line)에 소위 J-클립 등의 클립 접촉이 사용되었다. 점 접촉의 반대쪽에 있는 한 측면을 따라 미러의 긴 측면 둘다를 따라 그 거리의 1/3 아래로 계속되는 Ag 페이스트를 통해 투명 전극에의 전기적 접촉이 행해졌다. 다크닝 시간(T5515)이 미러 상의 3개의 장소에서 측정되었다. 위치 1은 점 점촉 근방이고, 위치 2는 점 접촉의 반대쪽에 있는 투명 전극 모선의 가장자리에 있으며, 위치 3은 미러의 중앙에 있다. T5515 시간(단위: 초)은 미러가 55% 반사율에서 15% 반사율로 가는 데 걸리는 시간이다. 최대 반사율은 미러의 최대 반사율이다. ΔT5515는 지점 1과 지점 2 사이 또는 지점 2와 지점 3 사이의 시간차이다. 이것은 미러 상에서 가장 빠른 위치와 나머지 2개의 장소 간의 다크닝 속도의 차이의 척도이다. 다크닝이 더 균일하게 됨에 따라, 이들 수치도 서로 더 가까워진다. 타이밍 인자는 주어진 위치에서의 다크닝 시간을 가장 빠른 위치에서의 시간으로 나눈 것이다. 이것은 임의의 주어진 장소에서의 절대 속도(absolute rate)와 무관하게 서로 다른 장소 간의 상대적 시간 스케일링(relative scaling of time)을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 타이밍 인자가 3보다 작은 것이 선호되고, 양호하게는 2보다 작은 것이 선호되며, 더 양호하게는 1.5보다 작은 것이 선호된다. 표 2로부터, 이 특정의 미러 구성에서 ITO 시트 저항이 14 Ω/sq일 때 3의 타이밍 인자를 달성하지 못한다는 것을 알 수 있다. 9 Ω/sq를 갖는 ITO를 갖는 3가지 예 전부는 3보다 작은 타이밍 인자를 갖는다. 미러 판독값(mirror reading)의 중앙은 가장 빠른 장소로부터 가장 벗어나 있는 장소이다. 이 데이터에 수행된 통계적 분석은 예기치 않게 ITO 시트 저항이 타이밍 인자에 영향을 미치는 유일한 인자임을 보여주었다. 통계적 모델을 사용할 때, 이 실시예에서 약 11.5 Ω/sq보다 작은 ITO 시트 저항은 3.0 이하의 타이밍 시간을 가질 필요가 있다. 동일한 통계적 모델을 사용할 때, 이 미러 구성에서 타이밍 인자가 2.0보다 작기 위해서는 ITO가 7 Ω/sq보다 작은 시트 저항을 가져야만 한다. 타이밍 인자가 제3 표면 반사체의 시트 저항에 의해 영향을 받지 않더라도, 전체적인 다크닝 속도가 영향을 받는다. 상기 반사체의 시트 저항이 2 Ω/sq보다 작거나 같고 ITO가 대략 9 Ω/sq일 때, 이 미러에 대한 다크닝 속도는 중심에서 8초 미만이다. 이 값은 대략 종래의 모선 구성을 갖는 유사한 크기의 미러에 대응한다. 따라서, ITO의 시트 저항을 저하시킴으로써, 비교적 높은 시트 저항 반사체에서 점 접촉이 가능하게 된다.

다크닝의 균일성 및 속도에서의 ITO의 시트 저항의 예상치 않은 역할이 다른 일련의 실험에서 확장되었다. 이들 실험에서, 이 예시적인 ITO에서 더 높은 시트 저항의 전극으로의 모선 접촉의 길이가 미러의 측면 아래로 더 뻗어 있으며 어떤 경우에 미러의 하부 가장자리에까지도 뻗어 있었다. 표 3은 모선 길이의 변화에 따른 균일성에 대한 영향을 보여준다. 이들 테스트에서, 언급되는 경우를 제외하고는 소자 형상 및 구성이 상기 표 2에 대한 것과 동일하다. 접촉 퍼센트는 주변부의 총 길이와 비교된 ITO 접촉의 모선 길이의 퍼센트 비교이다. 모선 비(bus bar ratio)는 대략 2 cm 이하의 작은 반사체 접촉에 대한 ITO 접촉의 길이이다.

표 3의 데이터는 높은 시트 저항의 전극의 모선 길이의 증가에 따라 균일성이 상당히 증가한다는 것을 나타내고 있다. 2 Ω/sq 반사체의 경우, 모선 접촉의 길이를 40%에서 85%로 증가시키면 타이밍 인자가 2.4에서 1.7로 개선된다. 0.5 Ω/sq 반사체의 경우, ITO 모선 길이를 40%에서 85%로 똑같이 변화시키면 타이밍 인자가 3.2에서 1.2로 개선되고 다크닝 속도가 상당히 개선된다. 유의할 점은 낮은 시트 저항의 반사체를 갖는 소자가 일반적으로 비슷한 2 Ω/sq 경우보다 더 빠르게 다크닝하지만, 더 짧은 ITO 접촉을 갖는 0.5 Ω/sq 경우의 균일성이 타이밍 인자로 나타낸 바와 같이 실제로는 더 나쁘다는 것이다. ITO에 대한 모선 길이의 증가는 0.5 Ω/sq 반사체를 갖는 소자에 특히 도움이 된다.

접촉 퍼센트가 증가될 때, 가장 빠른 다크닝과 가장 느린 다크닝의 위치도 역시 변할 수 있다. 이 예에서, 높은 접촉 퍼센트는 위치 1 및 3 둘다에서의 다크닝 시간 및 대응하는 타이밍 인자를 상당히 개선시킨다.

이들 실험은 낮은 시트 저항의 전극에서 짧은 모선을 사용할 때, 균일성을 증가시키기 위해 모선 길이를 반대쪽 전극까지 증가시키는 것이 유익하다는 것을 보여준다. 따라서, 이상적으로는, 대형 미러의 경우, 3 이하의 타이밍 인자를 달성하기 위해, 모선의 길이의 비가 5:1보다 크고, 양호하게는 9:1보다 크며, 훨씬 더 양호하게는 13:1보다 크고, 가장 양호하게는 20:1보다 큰 것을 선호한다. 또한, 작은 모선의 길이와 무관하게, 양호하게는 대략 58%보다 크고, 보다 양호하게는 대략 85%보다 큰 접촉 퍼센트를 획득하기 위해, 높은 시트 저항의 전극에까지 모선의 길이를 증가시킴으로써 균일성이 향상된다는 것도 알았다. 통상적인 대형 EC 미러는 50%보다 작은 접촉 퍼센트를 갖는다. 상기한 예는 투명 전극으로서 ITO를 사용한다. 다른 대안으로서, 본 명세서에 기술된 IMI 코팅은 비슷한 속도 및 균일성 결과로 사용될 수 있다.

결합된 반사체/전극(120)은 제3 표면(114a) 상에 배치되어 있고, 미러 반사층으로서 역할하고 또한 전기 변색 매질 내의 임의의 성분과 접촉함과 동시에 화학적 및 전기 화학적으로 안정된 관계에 있는 통합 전극을 형성하는 반사 물질(121)의 적어도 하나의 층을 포함한다. 상기한 바와 같이, 전기 변색 장치를 제작하는 종래의 방법은 제3 표면 상의 투명 전도성 물질을 전극으로서 포함하고 반사체를 제4 표면 상에 배치하는 것이었다. "반사체" 및 "전극"을 결합시키고 이 둘다를 제3 표면 상에 배치함으로써, 장치 제조를 덜 복잡하게 할 뿐만 아니라 장치가 더 높은 성능으로 동작할 수 있게 해주는 몇가지 이점이 얻어진다. 예를 들어, 제3 표면(114a) 상의 결합된 반사체/전극(120)은 일반적으로 종래의 투명 전극 및 이전에 사용된 반사체/전극보다 더 높은 전도성을 가지며, 이에 의해 설계 유연성이 더 많아질 수 있다. 제4 표면 반사체 장치에서 달성가능한 것과 유사한 착색 속도(coloration speed)를 유지함과 동시에 전기 변색 장치를 제조하는 전체적인 비용 및 시간을 실질적으로 감소시킬 수 있으면서, 제2 표면(112b) 상의 투명 전도성 전극(128)의 조성을 더 낮은 전도성을 갖는(더 저렴하고 생산 및 제조하기 더 쉬운) 조성으로 변경할 수 있다. 그렇지만, 특정 설계의 성능이 가장 중요한 경우, 예를 들어, ITO5 IMI와 같은 중간 내지 높은 전도성의 투명 전극이 제2 표면 상에 사용될 수 있다. 제3 표면(114a) 상의 높은 전도성(즉, 250 Ω/sq 미만, 양호하게는 15 Ω/sq 미만)의 반사체/전극(120) 및 제2 표면(112b) 상의 높은 전도성의 투명 전극(128)의 결합은 더 균일한 전체적인 착색을 갖는 전기 변색 장치를 생산할 뿐만 아니라 착색 및 클리어링(clearing)의 속도도 증대시킬 수 있다. 게다가, 제4 표면 반사체 미러 어셈블리는 비교적 낮은 전도성을 갖는 2개의 투명 전극을 포함하고, 이전에 사용된 제3 표면 반사체 미러에서는, 비교적 낮은 전도성을 갖는 투명 전극 및 반사체/전극이 있고, 그 자체로서 적절한 컬러링 속도를 보장하기 위해 필요한 전류를 가져오고 내보내기 위해 전방 및 후방 소자 상에 긴 모선이 있다.

투명한 전기 전도성 물질(128)의 층이 전극으로서 동작하기 위해 제2 표면(112b) 상에 배치되어 있다. 이 투명한 전도성 물질(128)은 전방 소자(112)에 잘 접합하고, 전기 변색 장치 내의 임의의 물질에 대해 내부식성(resistant to corrosion)이 있으며, 대기에 대한 내부식성이 있고, 최소한의 확산 또는 거울 반사(diffuse or specular reflectance), 높은 광투과, 중성에 가까운 착색(near neutral coloration) 및 양호한 전기 전도성을 갖는 임의의 물질일 수 있다.

이 예에서, 투명한 전도성 물질(128)은 제2 표면(112b)에 인접한 절연체(131), 금속층(133) 및 전기 변색 매질(126)에 인접한 절연체층(135)을 포함하며, 이들은 협력하여 절연체/금속/절연체(IMI) 적층(139)을 형성한다. 원하는 경우, 전자기 스펙트럼의 원하지 않는 부분의 반사를 억압하기 위해 컬러 억압 물질(color suppression material)(130)의 선택적인 층 또는 층들이 투명한 전도성 물질(128)과 제2 표면(112b) 사이에 성막될 수 있다. 게다가, 이하에서 논의되는 바와 같이, 장벽층(137)도 포함될 수 있다. 절연체/금속/절연체 적층을 구성하는 데 이용되는 물질들은 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 및 환경적 내구성과 같은 전기 변색 소자의 광학적 및 물리적 성질을 최적화하도록 선택된다.

전기 변색 미러 응용에서 절연체/금속/절연체 적층을 이용하는 일반적인 개념이 미국 특허 제5,239,406호, 제5,523,877호, 제5,724,187호, 제5,818,625호 및 제5,864,419호에 개시되어 있지만, 이들은 절연체/금속/절연체 투명 전극을 이용하는 실용적이고 내구성있는 전기 변색 장치를 제작하기 위해 다양한 요구되는 성질을 달성하는 구체적인 적층 사용법에 대해서는 기술하고 있지 않다.

본 명세서에서의 설명은 본 발명의 유용한 IMI 적층(139)을 제작하는 데 필요한 요건 및 성질에 대해 상세히 기술하고 있다. 본 발명의 IMI 적층(139)의 특정의 구성은 전기 변색 소자 내에 IMI 적층을 이용하는 것과 연관된 많은 이전의 단점 및 문제점을 극복한다. 구체적으로는, 가시광 투과율(visible light transmittance)을 고려할 때 IMI 코팅이 단일층의 투명한 전도성 산화물(transparent conducting oxide, TCO)과 비교하여 전기 변색 소자에서 다르게 거동하는 것으로 밝혀졌다. 미러의 반사율 또는 창문의 투과율은 투명 전극으로 코팅된 유리의 흡수에 직접 의존하며, 미러 또는 창문의 반사율은 투명 전극이 상당한 흡수를 나타낼 때 감소된다. 투명 전극의 투과율이 반사 손실(reflection loss)로 인해 낮은 경우, 이러한 투명 전극으로 제조된 창문은 낮은 투과율 및 아마도 허용할 수 없는 반사율을 갖는다. 공기보다 높은 굴절률을 갖는 전기 변색 매질과 접촉하게 배치될 때 TCO의 투과율이 증가하며, 그 결과 반사율의 저하가 있게 되고 대략 동일한 흡수를 갖는 코팅된 유리로 남게 된다. 그 결과, TCO가 창문에서 사용되는 경우, 결과 반사율이 떨어지고 공기 중에 있는 부분에 비해 투과율이 증가한다. 그렇지만, IMI 코팅은 일반적으로 이와 같이 거동하지 않는다. IMI 코팅이 공기와 접촉하고 있을 때와 비교하여 전기 변색 매질과 접촉하게 배치되어 있을 때, IMI 코팅의 투과율이 증가, 감소 또는 동일한 채로 있을 수 있다. 따라서, 적당한 IMI 코팅 구성이 일반화될 수 없고, TCO 코팅에 대해 행해질 수 있는 것과 같이 전기 변색 응용에서의 연관된 거동이 계산될 수 없다. 본 발명의 전기 변색 소자는 전기 변색 응용에 적당한 비교적 높은 투과율과 낮은 시트 저항을 나타내는 IMI 코팅을 포함한다. 특히, 거의 모든 종래 기술의 IMI-타입 코팅에 대해 이전에 기술한 바와 같이, 코팅의 거동이 기술된 바와 같이 공기와 비교하여 전기 변색 셀 내에서 아주 효과가 좋다.

예로서, 도 5는 입사 매질이 공기 또는 전기 변색 유체일 때의 유리 상의 ITO의 투과율이 서로 다른 것을 나타낸 것이다. 이 경우에, 전기 변색 유체는 주로 550 nm에서 1.44의 굴절률을 갖는 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate)로 이루어져 있다. 투과율 변화의 주된 이유는 반사율의 감소로 인한 것이다. 전기 변색 유체의 경우는 공기의 경우와 비교하여 실제로 약간 더 높은 흡수율(0.2%)을 갖는다. 그렇지만, 전기 변색 유체와 비교하여 공기와의 투과율의 변동이 간단하지 않다. 유리, 2.0의 굴절률을 갖는 유전체, 은 층, 및 역시 2.0의 굴절률을 갖는 상부층으로 이루어진 IMI 적층의 분석이, 각각의 유전체 및 은 층의 두께를 변화시켜가면서, 수행되었다. 공기와 전기 변색 유체 간의 투과율 변화가 계산되었으며(전기 변색 유체 - 공기), 경향을 알아내기 위해 그 결과가 통계적으로 분석되었다. 도 6은 비교적 간단한 3-층 IMI 적층으로서 존재하는 복잡한 관계를 나타낸 것이다. 도 6에 나타낸 각각의 등고선도(contour plot)에서, 층들 중 2개가 변화된 반면 나머지 층은 일정하게 유지되었다.

본 발명의 IMI 적층(139)을 구성하는 데 이용되는 특정의 성분들이 이 적층의 투과율을 증가시키는 데 도움이 되며, 유전체층의 굴절률은 일반적으로 가능한 한 높게 유지된다. 비교적 높은 굴절률은 상당히 두꺼운 은 또는 은 합금층을 갖는 적층(139)의 투과율을 증가시키는 데 도움이 된다. 유전체에 높은 굴절률이 필요한 것은, IMI 코팅이 공기 옆에 배치되어 있을 때와 비교하여, IMI 코팅이 비교적 높은 굴절률의 전기 변색 유체에 인접하여 배치되어 있을 때 더 중요하다. 높은 굴절률은 또한 비교적 높은 투과율 레벨에서 소정 범위의 컬러를 얻는 데 도움이 된다. 양호하게는, 유전체층의 굴절률이 1.7보다 크고, 보다 양호하게는 2.0보다 크며, 가장 양호하게는 2.5보다 크다.

표 4는 서로 다른 유전체 굴절률 및 은 두께를 갖는 IMI 적층의 투과율을 나타내는 다수의 적층의 투과율을 열거하고 있다. 이 값들은 미국 오레곤주 포트랜드 소재의 Software Spectrum, Inc.로부터 입수가능한 박막 컴퓨터 프로그램(TFCalc)으로 계산된 것이다. 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 은 두께는 고정되어 있고 유전체는 투과율을 최대화하도록 최적화되어 있다. 표 2에서의 층들의 두께는 옹스트롬 단위이다. 구체적으로는, 티타늄 산화물, (2개의 서로 다른 굴절률을 갖는) 인듐 아연 산화물(IZO) 및 혼합된 티타늄 실리콘 산화물층(mixed titanium silicon ixoide layer)을 비롯하여, 4개의 서로 다른 굴절률을 나타내는 유전체가 모델들에서 사용되었다. 티타늄 이산화물은 전기 벌크 저항을 증가시키기 위해 도핑될 수 있다. 공기 및 전기 변색 유체가 IMI 적층에 인접하여 위치해 있는 경우의 투과율이 나타내어져 있다. 유의할 점은 높은 굴절률이 높은 투과율값을 제공하며 이들 높은 투과율값이 두꺼운 은 층으로 유지되며, 그에 의해 낮은 시트 저항값에서 창문에서의 비교적 높은 투명성 또는 미러에서의 높은 반사율이 가능하게 된다는 것이다. 그 결과, 연관된 전기 변색 소자에 대해 더 빠른 스위칭 시간이 달성된다. 넓은 범위의 은 두께에 걸쳐 높은 투과율을 유지하는 높은 굴절률 유전체를 달성할 수 있다는 것은 또한 반사 또는 투과 컬러 등의 다른 속성들을 위해 이 층들을 조정할 여지가 있음을 나타낸다. 유전체의 두께는 또한 굴절률이 더 높을 때 더 얇을 수 있으며, 그에 의해 더 경제적인 제품은 물론 더 다양한 적층으로 변환될 수 있다. 양호하게는, 투과율은 약 50%보다 크고, 보다 양호하게는 약 60%보다 크며, 훨씬 더 양호하게는 70%를 넘고, 훨씬 더 양호하게는 80%를 넘으며, 가장 양호하게는 90%를 넘는다. 높은 투과율이 주요 설계 기준인 경우, 은 층이 양호하게는 두께가 300 옹스트롬보다 작고, 보다 양호하게는 200 옹스트롬보다 작으며, 훨씬 더 양호하게는 150 옹스트롬보다 작고, 가장 양호하게는 100 옹스트롬보다 작다.

유전체의 굴절률의 실수부에 부가하여, 유전체의 굴절률의 허수부에 대해 설명한다. 굴절률의 허수부는 유전체층에서의 광의 흡수에 영향을 준다. IMI 적층의 유전체층은 금속층에서의 광의 정상파 전계(standing electrical field)를 최소화시키는 동작을 하며, 그에 의해 유전체층에서의 전계를 상승시킨다. 굴절률의 허수부로 인한 흡수의 크기는 따라서 기판 내의 유전체층 단독에서 보게 되는 것과 비교하여 증가된다. 그 결과, 투명 전극의 투과율을 최대화하기 위해 유전체층에서의 흡수량을 최소화시키는 것이 중요하다. 이와 반대로, 다른 광학적 또는 물리적 요건을 위해 고정되어 있을 수 있는 금속층을 조절할 필요없이, IMI 적층의 투과율을 조정하는 데 유전체층에서의 흡수가 사용될 수 있다.

표 5는 유전체의 고정된 굴절률에 대해 달성가능한 투과율에 대한 IMI 유전체에서의 흡수의 영향을 나타낸 것이다. 대략 동일한 실수 굴절률 n을 갖는 서로 다른 유전체층을 갖는 IMI 적층에 대한 투과율 및 반사율을 계산하기 위해 또다시 박막 모델링이 사용되었다. 은 두께는 100 옹스트롬으로 고정되어 있고, 유전체층은 투과율 최적화를 위해 이동될 수 있었다. 최대 투과율은 유전체의 k 값과 많이 상관되어 있다. 이 데이터는 투과율을 유전체의 k값과 연관시키는 방정식을 생성하기 위해 선형 곡선으로 근사화되었다. 이 방정식에 기초한 투과율 대 k값이 표 6에 나타내어져 있다. 50%보다 큰 투과율을 달성하기 위해, k값은 양호하게는 약 0.2보다 작고, 보다 양호하게는 0.1보다 작으며, 훨씬 더 양호하게는 0.04보다 작고, 훨씬 더 양호하게는 0.01보다 작으며, 가장 양호하게는 0.005보다 작다. 가장 양호한 레벨 이하에서, k값이 변함에 따라 투과율의 변화가 거의 없다. 이들 양호한 범위는 2.0에 고정된 층의 굴절률을 이용하여 결정된 것이다. 양호한 k 값은 다른 실수 굴절률이 사용될 때 약간 변할 수 있다.

유의할 점은, 소정 응용에서, 유전체의 일부분만이 높은 굴절률을 나타냄으로써, 유전체층에서의 굴절률들의 결합 또는 구배 굴절률(gradient index)로부터 이득을 보는 반사 및 투과 컬러의 조절과 같은 광학적 이점을 달성하는 것이 유익할 수 있다는 것이다.

IMI 적층(139) 내의 은 층(들)에서의 투과율을 최대화하는 다른 방법은 가능한 한 낮은 굴절률(실수부)을 갖는 은 층을 생성하는 것이다. 이러한 비교적 낮은 굴절률은 몇가지 수단을 통해 획득될 수 있다. 은 층을 아연 산화물 상에 성막하는 것은, 아연 산화물과 은 간의 결정 정합(crystal match)으로 인해, 비교적 낮은 굴절률을 갖는 은을 생성하는 데 도움이 된다. 구체적으로 말하면, 은은 의사 에피택셜적으로 성장되고, 조밀한 구조를 갖는 반면, 아연 산화물층은 스퍼터링을 통해 성막될 때 통상적으로 결정 구조를 갖는다. 따라서, 아연 산화물층은 그의 결정성(crystalline nature)으로 인해 거친 표면을 나타내는 경향을 갖는다. 적층에서의 아연 산화물층의 두께는 따라서 종종 두께에 비례하는 거칠기가 과도하게 커지지 않도록 제어되어야만 한다. 게다가, 아연 산화물에 대한 성막 파라미터가 층 구조(layer morphology)를 제어하여 다양한 전체 두께 레벨에서 두께를 최소화하는 데 사용될 수 있다.

은의 굴절률은 또한 그의 전기적 성질과 관련되어 있다. 주어진 은 코팅에서, 양호한 층은 낮은 벌크 저항을 가지며, 그 결과 높은 투과율 값이 얻어진다. 코팅의 벌크 저항을 감소시키기 위해, 전자 캐리어 농도를 증대시키는 것 및 전자 이동도를 증대시키는 것을 비롯한 2가지 방법이 이용된다. 그 결과의 IM 적층은 전자 이동도의 증대로 인해 높은 투과율을 갖는다.

은 층(silver layer)의 전기적 성질에 부가하여, d-대역 전기 천이(d-band electrical transition)도 은 층의 성질에 영향을 준다. 은의 경우, 대부분의 전이 금속과 같이, 전자들이 상위 에너지 레벨로 여기될 수 있고, 이 때 금속의 d-대역 또는 d 궤도에서 천이가 일어난다. 이들 천이는 금속의 굴절률에 상당히 영향을 준다. 금속에서의 전자 농도를 변화시킴으로써, 흡수의 개시가 일어날 수 있는 빈도수가 변하였다. 이것은 d-대역 천이를 더 높은 주파수로 편이(shift)시킴으로써 달성되었으며, 따라서 가시 영역에서의 연관된 은 층의 굴절률을 저하시킴으로써 투과율을 증가시킨다. 양호하게는, 380 내지 780 nm의 가시 스펙트럼의 적어도 한 부분에서의 Ag 굴절률의 실수부가 약 0.12보다 작아야 하고, 보다 양호하게는 약 0.10보다 작아야 하며, 훨씬 더 양호하게는 약 0.08보다 작아야 하고, 가장 양호하게는 약 0.06보다 작아야 한다.

은과 이웃하는 물질 간의 계면은 IMI 적층의 최종 투과율(및 시트 저항)에 급격한 영향을 준다. 계면의 거칠기가 감소함에 따라 또는 은과 유전체 간의 혼합이 증가함에 따라 IMI 적층 내에서의 적은 흡수가 일어나며, 층들이 극도로 평탄할 때 흡수가 최대이다. IMI 적층 및 성막을 위한 물질들은 평탄한 층 및 계면을 제공하도록 선택되었다. 게다가, 계면의 거칠기가 증가함에 따라, 은의 광학적 상수, 특히 전자 이동도가 감소하며, 따라서 투과율에 부정적인 영향을 준다. 양호하게는, Ag 또는 금속층 아래의 층(들)의 표면의 피크-밸리 거칠기(peak to valley roughness)는 약 50 옹스트롬보다 작으며, 보다 양호하게는 약 30 옹스트롬보다 작고, 훨씬 더 양호하게는 약 15 옹스트롬보다 작으며, 가장 양호하게는 약 10 옹스트롬보다 작다. 이상적으로는, Ag 또는 금속층 아래에 있는 여러가지 층들에 대한 공정 설정치가 성막 공정 설정치 또는 방법을 변경함으로써 조절될 수 있다. 이것이 일 실시예에서 실행가능하지 않은 경우, 층들은 필요한 표면 거칠기를 제공하기 위해 이온빔 기법에 의해 평탄화될 수 있다.

은 층(들)에 인접하여 배치되는 금속들의 선택과 관련하여 추가적인 고려를 하였다. 광학적으로 평탄한 계면에서도, 표면 플라스몬(surface plasmon)이라고 하는 계면 상태(interface state)가 있다. 표면 플라스몬은 통상의 층으로서 기능하고, 적층의 반사 성질에 그다지 영향을 주지 않지만 투과율 세기에는 상당한 영향을 준다. 플라스몬의 진동수 또는 피크 흡수는 이웃하는 물질의 유전체 기능 및 은 층의 플라즈마 진동수의 함수이다. 따라서, 박막 모델에서 알게 되는 외견적인 성질과 무관하게 적절한 물질 선택에 의해 이점들이 달성되었다. 이상적으로는, 은 층의 플라즈몬 진동수가 가능한 한 높아야 하고, 은 층에 인접해 위치한 층들은 표면 플라스몬의 진동수가 코팅에서의 상당한 흡수를 가져오지 않도록 선택된 유전 상수를 갖는다.

소정 응용에서는, 타당한 컬러, 반사율 및 낮은 시트 저항을 유지하면서 낮은 투과율이 전기 변색 미러 또는 창문 내에 요망된다. 예로서, 반사체에 대해 은과 같은 금속을 이용하면, 미러의 반사율을 저하시켜 시장 요구사항을 만족시키기 위해 IMI 코팅의 투과율을 수정하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 표면 플라스몬층을 생성하기 위해 IMI 적층에 물질들을 유입시킨 결과, 가시 영역에서의 흡수가 제어된다. 이와 같이, 다른 영역에서 양호한 성질을 유지하면서 IMI 코팅의 투과율이 조정된다. 은 층에 인접하여 장벽층 또는 씨드층을 배치하는 것과 같은 다른 수단이 이용될 수 있다. 이와 같이, 은에 인접한 얇은 금속층은 낮은 투과율값을 가져오며, 투과 컬러를 조정하는 데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.

IMI 유형의 코팅의 투과율을 증대시키기 위해 다른 수단들이 이용가능하다. 상기한 바와 같이, 은 또는 금속층의 굴절률이 높은 투과율값을 달성하는 데 중요하다. 코팅의 성막 후 어닐링(post deposition annealing)은 투과율을 증가시키는 다른 수단이다. 샘플을 주어진 기간 동안 높은 온도에서 가열함으로써, 코팅의 투과율이 증가될 수 있음과 동시에 코팅의 시트 저항을 감소시킬 수 있다.

5-층 IMI 적층에 대해 시간-온도 연구가 수행되었다. 이 적층은 유리/IZO/AZO/Ag/AZO/IZO로 이루어져 있으며, 여기서 IZO는 아연의 비율이 약 1 내지 99 퍼센트인 인듐 아연 산화물이고, AZO는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(알루미늄의 도핑 레벨은 약 0.25% 내지 10%임)이다. AZO층은 두께가 대략 50 옹스트롬인 반면, 은 두께는 대략 80 옹스트롬이고, IZO 층은 대략 440 옹스트롬이었다. 이 적층은 3가지 서로 다른 온도에서 다양한 시간 동안 가열되었다. 도 7은 가열 조건에 따른 투과율 변화의 결과를 나타낸 것이고, 도 8은 동일한 가열 조건에 대한 시트 저항의 변화를 나타낸 것이다. 예시된 바와 같이, 성막 후 열처리(post deposition heat treatment)로 개선된 IMI 적층이 생성된다. 물론, 다른 금속이 은을 대신하여 사용될 수 있으며, 양호한 금속은 금속의 적절한 어드미턴스 일치(admittance matching)가 일어날 수 있도록 낮은 굴절률을 가져야만 한다. 양호한 금속으로는 은, 금, 구리, 알루미늄 아연, 마그네슘, 베릴륨, 카드뮴, 지르코늄 및 바나듐이 있다. 양호하게는, 코팅은 약 150 내지 450C에서 가열되고, 보다 양호하게는 200 내지 400C에서 가열되며, 가장 양호하게는 250 내지 350C에서 가열된다. 양호하게는, 가열 시간은 5 내지 40분이어야 하고, 보다 양호하게는 5 내지 20분이어야 하며, 가장 양호하게는 10 내지 20분이어야만 한다.

전기 변색 창문 또는 미러의 컬러는 중요한 심미적 특성이며, 많은 응용에서 컬러 중성(color neutrality)이 선호된다. 예를 들어, 현대의 건축 창문은 높은 "연색 지수(color rendering index)"(CRI)를 갖도록 설계되어 있으며, 여기서 물체의 컬러는 투명한 것을 통해서 보는 것에 의해 변경되지 않고, 100의 연색 지수는 완벽한 상황이며, 80을 넘는 값은 타당한 것이고, 90을 넘는 값은 양호한 것이며, 95를 넘는 값은 보다 양호한 것이다. 연색 지수는 이하의 참조 문헌 "CIE Publication 13.3. Method of measuring & specifying colour rendering properties of light sources. CIE, 1995"에 정의되어 있다. 미러가 다크닝된 상태(darkened state)로 천이될 때 미러의 반사 컬러가 변한다. 미러가 완전히 다크닝되었을 때, 관찰된 컬러 및 반사율은 본질적으로 유리의 상부 표면의 제1 및 제2 표면으로 인한 것이다. 2004년 11월 9일자로 특허된 발명의 명칭이 "ELECTROCHROMIC MIRROR HAVING A SELF-CLEANING HYDROPHILIC COATING"인 미국 특허 제6,816,297호, 및 2000년 2월 1일자로 특허된 발명의 명칭이 "ELECTROCHROMIC MEDIUM CAPABLE OF PRODUCING A PRESELECTED COLOR"인 미국 특허 제6,020,987호(이들 특허 각각은 본 발명과 함께 공동 양도되었으며 본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함됨)는 유리의 제1 표면 상의 코팅 및 유체 컬러가 밝은 상태(다크닝되지 않은 상태)로부터 완전히 어두운 상태까지의 컬러의 모습에 어떻게 영향을 미치는지에 대해 상세히 기술하고 있다.

미러가 완전히 다크닝된 상태에 있을 때, 제3 표면 또는 제4 표면 상의 반사체로부터의 0차 광이 관찰자에 도달하는 경우, 미러에 보이는 것은 제1 기판의 제1 및 제2 표면으로부터의 광의 결합으로 인한 것이다. 제1 표면 상에 코팅이 없는 경우, 코팅되지 않은 유리 계면으로부터의 약 4% 반사가 획득되고, 제2 표면 상의 투명 전극으로부터의 박막 간섭 효과로 인한 컬러가 있게 된다. 투명한 전도성 산화물의 컬러는 주로 층의 두께로 인한 것이다. TCO의 두께가 증가됨에 따라, 컬러가 예측가능한 방식으로 변한다. 이 컬러는 또한 TCO의 상부에 또는 하부에 부가의 층을 추가함으로써 변경될 수 있다. 상기한 특허들은 TCO 및 기타 코팅들의 컬러를 최소화하는 방법에 대해 기술하고 있다. 어두운 상태에서의 미러의 반사율은 또한 TCO의 두께 및 다른 층들이 코팅 적층에 존재하는지 여부에 의해 영향을 받는다. ITO 또는 다른 TCO에서의 흡수가 꽤 낮은 결과, 층의 두께 변화로 인한 미러의 밝은 상태에서의 컬러 변화가 거의 없다. 이와 마찬가지로, 창문에서, ITO는 투과 컬러에 그다지 영향을 미치지 않으며 ITO 옵션의 조정에 의한 컬러 조절도 없다.

전기 변색 미러의 반사 금속층의 본래의 컬러에 영향을 주지 않기 위해, IMI 투명 전극은 투과 컬러의 연색 지수가 80보다 커야만 하고, 양호하게는 90보다 커야만 하며, 가장 양호하게는 95보다 커야만 한다. 창문과는 달리, 미러에 도달되는 광은 코팅을 두번 통과해야만 하는데, 첫번째는 광이 반사체에 도달할 때이고, 두번째는 광이 반사체에서 반사될 때이다. IMI 코팅된 유리의 연색 지수가 너무 낮은 경우, 반사체의 컬러가 변화된다. 많은 전기 변색 미러 응용에서, 미러는 상당히 중성이어야만 한다. 낮은 컬러 순도 레벨이 바람직하며, 그에 의해 이미지의 색조가 미러에 의해 그다지 변화되지 않는다. 유의할 점은 모든 IMI 적층이 본질적으로 충분히 높은 연색 지수를 갖는 것은 아니라는 것이다. 유전체층의 굴절률 및 모든 층들의 두께가 협력하여 최종적인 투과 컬러를 산출하고, 이 컬러는 층들이 변경됨에 따라 변한다. 많은 경우에, 타당한 투과 컬러에 대한 요구는 최대 투과율에 대한 요구와 상충하며, 높은 투과율을 위한 최적화는 투과율 스펙트럼으로 하여금 중성으로부터 착색된 투과율(colored transmittance)로 편이하게 한다. 구체적으로는, a* 및 b*와 관련하여 논의된 바와 같이, 마이너스 a*는 녹색광에 대한 사람의 눈의 편향된 반응으로 인해 비교적 높은 투과율 코팅으로 달성된다. 플러스 a*를 달성하기 위해, 동일한 평균 반사율 레벨에 대한 낮은 cap Y(lower cap Y)가 유지되어야만 하며, 이는 대부분의 응용에서 바람직하지 않다. 높은 투과율 응용에 대해 마이너스 a*를 갖는 결과, 주된 컬러 차이는 b*에서의 편이에서 예상되는 편이이다. 따라서, 색조는 황색 편향(yellow bias)과 청색 편향(blue bias) 사이에서 편이한다. 그 결과, IMI 적층은 컬러가 b*에 대한 특정의 범위를 벗어나 편이하지 않도록 적절히 설계된다. 양호하게는 반사체의 컬러 편이는 약 10 C* 단위(단, C* = sqrt[sqr(a*)+sqr(b*)]임)보다 작으며, 보다 양호하게는 약 5보다 작고, 가장 양호하게는 약 2.5보다 작다. 다른 대안으로서, 양호하게는, 반사체의 컬러 편이가 약 10 b* 단위보다 작고, 보다 양호하게는 약 5 b* 단위보다 작으며, 가장 양호하게는 약 2.5 b* 단위보다 작다. 많은 응용에서, 반사체는 불쾌할 정도의 컬러 편향을 나타내며, 그에 의해 설계자들은 어쩔 수 없이 의도된 응용에 대한 특정의 반사체를 버리게 된다. IMI 코팅의 투과 컬러를 조절할 수 있는 새로운 기능에 의해, 미러의 최종 컬러는 반사체에서의 부적절성을 보상하기 위해 IMI 코팅의 컬러를 조절함으로써 적절하게 될 수 있다. 이와 같이, 최종의 미러 어셈블리에 다른 이점들을 가져올 수 있는 반사체에 대한 적절한 물질의 범위가 증가된다. 예를 들어, 다양한 반사체에서의 공통적인 문제점은 황색 편향이며, 이로 인해 최종적인 미러 어셈블리에 이미지가 황색으로 나타난다. 그렇지만, 최종적인 미러 컬러는 IMI 코팅을 변경함으로써 청색이 더 많을 수 있으며, 여기서 IMI 코팅은 선택적 청색 투과 컬러(preferential blue transmitted color)를 생성하도록 설계되어 있음으로써 비교적 더 적은 황색 컬러를 투과시킨다. 청색 편이의 양은 IMI를 통한 청색 및 황색광의 상대 투과율에 기초하며, b* 컬러값에 의해 근사화될 수 있다. 양호하게는, IMI 코팅에 의한 반사체의 컬러 보정(color correction)이 약 2.5 C* 단위보다 크고, 보다 양호하게는 약 5보다 크며, 가장 양호하게는 약 10보다 크다. 다른 대안으로서, 양호하게는, 반사체의 컬러 편이가 약 2.5 b* 단위보다 크고, 보다 양호하게는 약 5 b* 단위보다 크며, 가장 양호하게는 약 10 b* 단위보다 크다.

반사 컬러도, 상기한 바와 같이, 전기 변색 미러 응용에 중요하다. 다크닝된 상태에서, 관찰자가 보는 컬러는 제2 표면 상의 투명 전극의 컬러에 의해 좌우되며, 층들의 두께 및 굴절률이 제품의 최종 컬러에 영향을 준다. 층들의 두께에 부가하여, 서로 다른 파장 대역에서의 흡수를 갖는 유전체를 선택함으로써 컬러가 조정될 수 있다. 통상적으로, 통상의 유전체는 스펙트럼의 청색 부분에서 흡수를 갖는 반면, 다른 유전체는 가시 스펙트럼의 다른 대역들에서 흡수를 가질 수 있다. 유전체 물질은 IMI 적층 및 최종 미러의 원하는 최종 컬러 특성을 내기 위해 그의 흡수 성질에 기초하여 선택될 수 있다. 컬러는 또한 서로 다른 굴절률을 갖는 유전체 물질을 적층 내에 가짐으로써 조정될 수 있다. 유전체층에 대해 고정된 굴절률만으로 이루어진 IMI 코팅으로 달성할 수 없는 반사율, 투과율 및 컬러의 서로 다른 조합을 달성하는 데 도움을 주기 위해 유전체층의 굴절률의 변화가 사용될 수 있다.

중간 다크닝된 상태(intermediate darkened state)에서의 컬러도 종종 전기 변색 미러에서 중요하다. 미러가 다크닝될 때의 컬러의 변화를 컬러 편위(color excursion)이라고 한다. 미러는 종종 중간 다크닝 상태로 설정되고, 반사 컬러는 유체의 컬러, 반사체의 컬러 및 투명 전극의 컬러의 결합이다. IMI 코팅은 중간 다크닝 상태에서 타당한 컬러를 산출해야만 한다. 양호하게는, 어두운 상태의 반사 컬러는 약 35보다 작은, 양호하게는 약 20보다 작은, 보다 양호하게는 약 10보다 작은, 가장 양호하게는 약 5보다 작은 C* 값을 갖는다.

많은 응용에서, 경사진 시야각에서의 컬러가 아주 중요하다. 상세하게는, 창문 응용에서, 모든 또는 대부분의 시야각에서 쾌적한 컬러를 갖는 것이 종종 필요하다. 이 목표를 달성하기 위해 특정의 층, 두께 및 굴절률이 필요하다. 어떤 IMI 적층은 다른 것들보다 각도에 따른 컬러의 변화에 더 영향을 받는다. 은 층의 두께 및 유전체층의 두께가 전기 변색 소자에서의 타당한 성능을 위해 중요하다고 서술하였다. 은 층의 두께는 양호하게는 약 50 옹스트롬 내지 500 옹스트롬 범위에 있어야 하고, 보다 양호하게는 약 75 내지 약 250 옹스트롬 범위에 있어야 하며, 가장 양호하게는 약 100 내지 150 옹스트롬 범위에 있어야 한다. 상부 및 하부 유전체층의 총두께는 약 100 옹스트롬 내지 700 옹스트롬에서 변한다. 특정의 컬러 목적이 필요한 경우, 때때로 더 두꺼운 층이 사용될 수 있다. 금속층 상부 및 하부의 유전체층의 두께는, 이하에 기술되는 바와 같이, 특정의 화학적, 물리적, 및/또는 환경적 내구성 요건을 제공하기 위해 적층에 추가될 수 있는 많은 서로 다른 유전체 물질들 간에 분배될 수 있다. 양호하게는, 법선 입사에서 45도로 갈 때의 반사 컬러 편이는 약 20 C* 단위보다 작고, 보다 양호하게는 10보다 작으며, 가장 양호하게는 5보다 작다.

많은 경우에, 단일의 금속층만을 포함하는 IMI 적층으로 모든 심미적, 전기적 및 환경적 요건을 만족시키는 것은 어렵다. 이것은 다수의 금속층으로 이루어진 IMI 적층을 설계함으로써 극복된다. 2개 이상의 금속층을 갖는 적층을 제조함으로써, 투과율 및 반사 컬러 및 세기의 더 많은 조합에 대해 더 많은 자유도가 허용된다. 다수의 금속층은 또한 IMI 코팅에 대한 낮은 시트 저항을 가능하게 해주고, 이 낮은 시트 저항은 전기 변색 창문 또는 미러에 대한 더 빠른 스위칭 시간으로 된다. 통상적으로, 2-금속층 적층은 비교적 얇은 기층(base layer), 금속층, 비교적 두꺼운 중앙 유전체층, 제2 금속층 및 비교적 얇은 상부 유전체층을 갖는다. 유전체층의 두께는 다른 유전체층들과 관련되어 있다. 금속층들은 통상적으로 유전체층보다 더 얇다. 유전체층은 단일 금속 IMI 코팅에 대해 기술된 것과 유사한 소정의 설계 목적을 달성하기 위해 다른 물질들을 포함할 수 있다. 유전체 물질 및 금속과 이들의 두께의 선택은 특정의 설계 목표에 기초한다. 예를 들어, 높은 투과율이 중요한 경우, 금속층은 얇은 경향이 있고, 낮은 시트 저항이 중요한 설계 목표인 경우, 금속층이 두꺼울 수 있다. IMI 코팅에서의 다수의 금속층의 사용은 종종 주어진 시트 저항 레벨에서 높은 투과율을 달성하는 데 도움이 될 수 있다. 게다가, 다수의 금속층은 단일 금속 IMI 적층에 비해 경사진 시야각에서 균일한 컬러를 제공할 수 있다.

공지된 바와 같이, 자외선 차폐(ultraviolet shielding) 및 태양광 차폐(solar shield)는 전기 변색 창문의 요건이다. 통상적으로, 이들 창문은 적당한 차폐를 달성하기 위해 복잡한 일련의 유리창 및 코팅을 사용한다. 그렇지만, 필요한 차폐 특성을 나타내는 전기 변색 창문을 설계하는 종래의 시도는 그 안에 IMI 코팅을 사용하는 것에 대해 개시하고 있지 않다. 그 대신에, 과거의 시도는 전기 변색 창문에 라미네이트되어 있는 유리 상에 부가의 코팅들을 이용하는 것에 대해 개시하고 있다. 이들 부가적인 층들은, 기능적이지만, 불가피하게 연관된 창문 어셈블리의 중량 및 그의 비용을 증가시킨다.

UV 차폐 또는 차단은 적층의 물질 선택 및 광학적 설계의 조합을 통해 IMI 투명 전극에서 달성될 수 있다. 예를 들어, UV 흡수 성질을 나타내는 유전체 물질이 선택될 수 있다. 구체적으로는, TiO₂, CeO₂ 및 아연 산화물은 효과적인 UV 흡수제이다. 이들 물질은 통상적으로 그의 광학적 대역갭으로 인한 UV 흡수를 나타낸다. 이들 물질에 의한 UV 광의 흡수는 코팅의 광학적 설계에 의해 증대될 수 있다. 예를 들어, IMI 적층은 UV 광의 일부분을 반사하여, 전체적인 UV 투과를 추가적으로 감소시킬 수 있다.

IMI 적층(139)의 금속층은 또한 UV 차단 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 은은 하위 에너지 대역으로부터 d-대역으로의 전자의 광학적 천이로 인한 UV 스펙트럼에서의 흡수를 갖는다. 이들 소위 d-대역 천이(d-band transition)의 결과, UV 광의 상당한 흡수가 있게 된다. 은의 경우에, d-대역 천이는 스펙트럼의 UV 부분의 비교적 높은 에너지에서 일어난다. 금 및 구리 등의 다른 금속들은 낮은 에너지 상태에서 d-대역 천이를 갖는다. 이들 금속의 경우에, d-대역 흡수의 결과 금속이 상당히 착색되지만, 이들 금속은 은보다 더 나은 UV 차단을 나타낸다. 은 또는 기타 금속의 성질이 높은 UV 흡수를 나타내는 금속과 합금함으로써 증대될 수 있으며, 흡수가 결정 구조 관련 흡수가 아닌 원자 흡수(atomic absorption)로 인한 경우 특히 그렇다. 양호하게는, UV 투과율은 약 75%보다 작으며, 보다 양호하게는 50%보다 작고, 훨씬 더 양호하게는 25%보다 작으며, 가장 양호하게는 15%보다 작다.

금속 및 기타 전기 전도성 물질은 적외선 및 태양열 복사를 반사한다. 반사광의 세기는 물질의 전기 전도성 및 층의 두께에 비례한다. 층 또는 코팅의 두께가 증가됨에 따라, 반사율은 1차적으로 물질의 전도성에 의존하는 최대값에 점근적으로 다가간다. 높은 전도성을 갖는 물질은 높은 적외선 반사성을 갖는다. 그에 부가하여, 반사성은 짧은 파장에서 물질의 전도성이 증가함에 따라 증가한다. 상기한 바와 같이, 전도성의 원인이 코팅의 투과율 및 반사율에 영향을 준다. 물질의 전도성은 전자 밀도와 전자 이동도의 결합이다. 이들 속성 각각은 적외선 반사성에 다른 방식으로 영향을 주며, 적외선 반사성은 전도성이 높은 전자 이동도보다 높은 전자 밀도로 인한 경우 최대로 된다.

태양광 투과율 및 반사율도 IMI 코팅의 광학적 설계에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 다중-금속층 적층은 단일 금속층 적층보다 높은 태양광 차단을 가질 수 있다. 전기 변색 창문의 태양광 차단 특성은 제1 및 제4 표면에 부가의 층들이 추가되는 경우 더 수정될 수 있다. 이들 부가의 코팅은 저복사 이점(low e benefit)을 제공할 수 있고 및/또는 부가의 태양광 차폐 특성을 제공할 수 있다. 게다가, 전기 변색 창문은 다른 유리창 또는 유리창들과 결합되어 절연된 유리 구성(insulated glass configuration)으로 될 수 있다. 부가의 유리창들이 코팅되지 않거나 특정의 UV 또는 태양광 차단 특성을 제공하는 층들로 코팅될 수 있다. SHGC(solar heat gain coefficient, 태양열 흡수 계수)를 최소화하기 위해, 전기 변색 창문은 외부에 대해 첫번째 라이트(lite)가 되고 저복사 코팅(low e coating)이 제4 표면 상에 배치되도록 배치되어야만 한다. 미학 또는 기능성이 요구할 때, 부가의 층들이 유리창의 표면 상에 추가될 수 있다. 일반적으로, 전기 변색 창문에서의 IMI 층의 사용은 투명 전도성 산화물과 비교하여 주어진 Ω/sq에서 실질적으로 더 많은 태양열 복사를 차단한다. 게다가, IMI층은 이것을 상당히 감소된 비용으로 달성할 수 있다. 밝은 상태에서, SHGC는 양호하게는 약 0.7보다 작으며, 보다 양호하게는 약 0.5보다 작고, 가장 양호하게는 0.3보다 작다. 어두운 상태에서, SHGC는 약 0.5보다 작고, 보다 양호하게는 약 0.3보다 작으며, 가장 양호하게는 약 0.15보다 작다.

종래에, IMI 코팅 내의 유전체층은 2가지 서로 다른 카테고리에 속한다. 건축 창문 응용에서, 유전체층은 통상적으로 비전도성이고, 과거에는 투명 전도성 산화물이 물질의 높은 비용 및 이들 물질과 통상적으로 연관되어 있는 제조 복잡도로 인해 회피되었다. 층에 대한 최적의 광 투과율 및 전도성을 달성하기 위해 종종 고온 또는 정교하게 제어되는 공정이 필요하다. IMI 코팅이 투명 전극으로 사용되는 경우에, 유전체층은 보통 투명 전도성 산화물이고, 이 투명 전도성 산화물은 코팅 표면에 수직인 전기 전도를 가능하게 해주는 데 필요하다. 이전의 방법들은 전기 변색 응용에 대한 IMI 코팅에 사용하기에 실용적인 물질의 리스트를 심각하게 제한하고 있다.

투명 전극의 목적은 주어진 응용에 충분한 투명성을 제공하면서 전기 변색 셀에 전기를 제공하는 것이다. 그렇지만, 서로 다른 연관된 층들의 전도성을 최적화함으로써 부가의 이점들이 달성될 수 있다. 전기 변색 셀은 병렬로 있는 일군의 저항으로 취급될 수 있으며, 첫번째 저항이 높은 전도성의 금속층이다. 층의 높은 전도성은 더 많은 전기가 셀의 가장자리 근방의 코팅의 평면에 수직으로 이동하기 보다는 연관된 부분의 중앙에 도달할 수 있게 해주며, 이는 차례로 그 부분이 더 균일하게 다크닝되게 해준다. TCO를 투명 전극으로 사용할 때 통상적으로 그러한 것처럼, 금속 코팅에 수직인 방향으로의 전압 강하가 그다지 없는 것으로 가정한다.

IMI 적층의 경우에서와 같이, 금속층의 상부에 부가의 층들이 추가될 때, 전기 변색 셀 내에서의 부가적인 이점을 위해 조정될 수 있는 부가적인 설계 기준이 필요하게 된다. 금속층의 상부에 비교적 높은 전도성의 TCO를 배치함으로써, 금속층에 수직인 전압 강하가 그다지 생기지 않는다. 그렇지만, TCO 또는 다른 유전체층이 비교적 낮은 전도성을 갖는 경우, 금속 표면에 수직으로 부가의 전압 강하가 일어나며, 그에 의해 전류 흐름을 제한한다. 이 부가적인 전압 강하는 시계 영역의 중앙에 비해 그 부분의 가장자리에서 표면에 수직인 전압 강하를 균일하게 한다. 정량적 이점은 서로 다른 물질의 셀 간격, 유체 성질, 셀 크기 및 상대 전도성과 같은 많은 변수들의 함수이다. 순 효과는, 소정 응용에서, 높은 전도성의 금속층과 전기 변색 매질 사이에 비교적 낮은 전도성의 층을 도입함으로써 더 균일한 다크닝이 달성될 수 있다는 것이다.

필요한 전도성 및 특정의 전도성 레벨들의 위치의 문제가 다중 금속층으로 구성되는 IMI 코팅에 중요하다. ITO와 같은 고가의 물질이 IMI 적층의 모든 부분에 필요한 것은 아닌 경우, 다중 금속 IMI 코팅의 비용이 극적으로 감소된다. 예를 들어, 2-은 층 적층(two silver layer stack)에서, 중앙 유전체층은 종종 두께가 최대 700 옹스트롬 이상이고, 상부 및 하부 유전체는 350 옹스트롬을 초과할 수 있으며, 적층에서의 ITO의 총량은 약 1400 옹스트롬이고, 그에 의해 제품에 상당한 비용이 들어간다. ITO의 일부 또는 전부를 더 낮은 전도성을 갖는 물질로 대체함으로써, 코팅의 전체적인 성능이 열화되지 않고 비용이 극적으로 감소된다.

전기 변색 매질과 직접 접촉하고 있는 물질은 전기 변색 장치의 성능에 중요하다. 예를 들어, 어떤 물질은 밀봉재 또는 유체 내의 물질들과 반응하고 표면의 전부 또는 일부를 패시베이션(passivation)하며, 그 결과 전기 변색 장치의 다크닝 특성에 차이가 생긴다. IMI 코팅의 상부층이 소정의 바람직한 성질을 갖는 경우, 페시베이션이 최소화될 수 있다. 한가지 이러한 성질은 그 층이 전기를 전도할 수 있는 것이다. 약 10 S/cm의 전도성을 갖는 상부층을 가짐으로써, 패시베이션의 확률이 상당히 감소된다. 패시베이션을 감소시키기에 충분한 전도성 레벨을 도입하기 위해 도핑 또는 화학량론을 통해 조성을 변경함으로써, 통상적으로 낮은 전도성의 층이 전기 변색 매질에 인접한 상부층으로서 실용적일 수 있다. 층의 표면 화학작용(surface chemistry)을 변경함으로써 적합하지 않은 물질을 실용적으로 만들기 위해 다른 화학적 수단이 이용될 수 있다. 화학 리간드 또는 화학종의 적당한 적용이 패시베이션 가능성을 최소화하기 위해 표면 성질을 충분히 변경할 수 있다.

금속층 아래의 유전체층은 TCO일수 있지만, 꼭 그럴 필요는 없다. 금속층의 상당히 높은 전도성으로 인해 기층이 TCO가 아닌 경우, IMI 적층의 전체적인 전도성이 그다지 개선되지 않는다. 금속층의 전도성 증가로 인해 유전체에 대한 다른 양호한 물질로는 ITO, IZO, AZO, ZnO, TiOx, CeOx, SnO₂, SiN, SiO₂, ZnS, NiOx, CrOx, NbOx, 및 ZrOx가 있다. 이들 물질은 순수한 것이거나, 화학량적이거나 부분적으로 화학량적이거나, 도핑되거나, 중간 특성을 제공하기 위해 서로 혼합될 수 있다. 양호하게는, 투과율이 최적화되어야 하는 경우, 상당한 흡수를 나타내는 물질들은 회피되어야만 한다. 물질들이 비교적 높은 굴절률을 갖고 그 층에서의 흡수가 박막 간섭 광학계의 반사율 및 투과율 성질을 증대시켜 흡수가 없는 경우 실제로 달성가능하지 않은 속성이 얻어지는 경우에 흡수성 물질이 선호될 수 있다. 부가의 층으로 덮여 있을 때 그다지 다크닝하지 않는 다른 전도성 산화물(때때로 전기 변색층으로서 사용됨)도 IMI 적층의 일부로서 기능할 수 있다. 이들 층은 타당할 수 있고 전계의 인가로 약간 다크닝되더라도 덮여질 필요가 없을 수 있다. WO₃, NiO 또는 IrO₂ 등의 물질이 이 카테고리에 속한다.

금속층 바로 위아래의 층(아래의 층이 더 중요함)이 IMI 적층의 전반적인 특성에 중요하다. 이상에서 논의된 바와 같이, 어떤 물질은 적층의 투과율 및 전기적 특성에 영향을 줄 수 있다. 금속층에 인접한 층들도 유전체층에 대한 금속층의 접착력에 영향을 준다. 금속층 상부의 장벽층도 역시 차후의 유전체층의 성막 공정의 영향으로부터 금속층을 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서, 상부 장벽층은 종종 희생층으로 생각되는데, 그 이유는 상부 장벽층이 후속하는 성막 단계에 의해 종종 변경되기 때문이다.

적당한 기층 또는 상부층이 사용되지 않는 경우, IMI 적층의 구조적 무결성이 열화될 수 있다. 전기 변색 장치에서 IMI 코팅이 기판(유리 등)과 에폭시(또는 기타 밀봉 방법) 실란트 사이에 설치되어 있는 경우, 양호한 구조적 무결성을 갖는 IMI 적층이 필요할 수 있다. 따라서, IMI 적층은 유리 및 에폭시에 대해 양호한 접착력을 가질 필요가 있고 또한 양호한 내부 접착력(internal adhesion)을 가질 필요가 있다. 이들 영역들 중 임의의 영역들 간의 접착이 실패하는 경우 이 응용에서 이 코팅이 쓸모없게 될 수 있다. IMI 코팅 내에서의 통상적인 고장점(failure point)은 종종 금속층과 이웃 물질 사이에 있다. 이 영역이 충분한 접착력을 갖지 않는 경우, 전기 변색 장치는 최악의 고장이 나서 동작하지 않게 될 수 있다. 타당한 접착력을 증진시키기 위해 장벽층으로 잘 동작하는 물질로는 Ru, Ni, NiCr, NiCrOx, ZnO (또는 도핑된 ZnO), Cu, Ti, Nb, NbOx, Ni, Pd, 및 Pt가 있다. 이들 층의 두께는 필요한 보호 및 접착 특성을 달성하기 위해 조정될 수 있다. 통상적으로, 이러한 용도로 사용되는 금속층의 두께는 얇은 쪽에서 수 옹스트롬 사이에서 변하고 두꺼운 쪽에서 20 옹스트롬 또는 40 옹스트롬보다 크게 된다. 양호하게는, 금속 장벽층의 두께는 약 1 내지 40 옹스트롬이고, 보다 양호하게는 약 2 내지 20 옹스트롬이며, 가장 양호하게는 약 3 내지 10 옹스트롬이다. 낮은 흡수율을 갖는 산화물, 질화물 또는 기타 물질이 대응하는 금속층보다 실질적으로 더 두꺼울 수 있으며, 그 두께가 양호하게는 약 150 옹스트롬보다 작거나 같고, 보다 양호하게는 약 100 옹스트롬보다 작거나 같으며, 가장 양호하게는 약 50 옹스트롬보다 작거나 같다.

금속층에 인접한 층들도 전기 스위칭 또는 "사이클링" 동안에 금속층의 성능에 영향을 줄 수 있다. 금속이 파손되거나 용해되는 전위는 전기 변위 셀의 성질의 함수이다. IMI 적층의 금속에 대한 이웃 물질들은 코팅에 대한 손상이 일어나기 전의 최대 달성가능한 전위차에 영향을 준다. 통상적으로, 이웃 물질로서의 귀금속은 은과 같은 금속이 높은 인가된 스위칭 전위에서 견디는 데 도움을 주며, 양호하게는 Au, Ru, Rh, Pd ,Cd, Cu, Ni, Pt, 및 Ir을 포함한다. 장벽 물질은 또한 전기 사이클링 동안에 파손(breakdown) 또는 박리(de-plating)가 일어나는 전위를 변경할 수 있다. 양호하게는, 이웃 물질 또는 전기적 안정화층(electrical stabilization layer)은 은 또는 Ag에 대한 실용적인 대체물로서 본 명세서에 기술되어 있는 다른 금속의 실용적인 사용가능한 인가 전위를 약 0.05 볼트만큼 증가시키며, 보다 양호하게는 사용가능 전위를 약 0.10 볼트만큼 증가시키고, 훨씬 더 양호하게는 약 0.20 볼트만큼 증가시키고, 가장 양호하게는 약 0.30 볼트 이상 증가시킨다. 이웃 금속의 적절한 선택은 셀에 대한 실용적인 인가 전위를 증가시킨다. IMI 적층에 필요한 실용적인 전위는 IMI가 캐소드 또는 애노드로서 사용되는 경우에 변하게 된다.

높은 인가 전위를 견디기 위해 IMI 코팅을 더욱 안정화시키는 데 사용될 수 있는 다른 수단은 금속층을 높은 인가 전위에서 견딜 수 있는 금속과 합금하는 것을 포함한다. 예를 들어, 은이 높은 인가 전위에 견딜 수 있게 해주기 위해 금이 은에 도핑되거나 은과 합금될 수 있다. 유용할 수 있는 다른 물질로는 다른 귀금속이 있으며, 양호하게는 Pd, Si, Ge, Mg, Au, optisil, Ti, 또는 Cu가 있다.

높은 인가 전압에서 견디는 것에 부가하여, IMI 코팅은 손상이 시간 또는 전기적 사이클링에 따라 증가함이 없이 스크래치 또는 기타 손상에 견딜 필요가 있다. 이것은 결함을 "치유"하는 첨가제를 금속에 포함시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 은 금속층에 인듐 또는 티타늄을 도핑하면 은이 응집(agglomeration)하거나 더욱 손상되는 것을 방지하기 위해 은 층의 입계(grain boundary) 또는 계면으로의 이동(migration)이 일어날 수 있다. 이들 치유 기능은 물질의 입계 또는 계면으로 자연적으로 이동하는 원소 또는 화합물로 은을 도핑함으로써 달성될 수 있다.

IMI 적층, 특히 은-기반 IMI 적층의 안정성은 금속층의 성질에 의존한다. 통상적으로, 촉진 내후 시험(accelerated weathering test)으로 대표되는 혹독한 환경 조건에서, 코팅은 금속층에서 파손되거나 열화된다. 이상적으로, IMI 적층은 핀홀이 없는 코팅(pinhole free coating)을 제공하지만, 생산 중에 완벽한 코팅을 제조하는 것을 거의 불가능하다. 그 결과, IMI 코팅이 예상된 사용 수명 사이클 동안 파손되지 않도록 이 코팅을 안정화하거나 보호할 다른 수단이 필요하다.

은-기반 IMI 코팅의 통상의 열화 메카니즘은 은 층이 재결정화하거나 응집하여 큰 저에너지 구조를 형성하는 것이다. 이러한 응집 과정은 은 층이 저에너지 상태에 있도록 하는 열역학적 구동(thermodynamic drive)으로 야기된다. 전체적인 열화 메카니즘에서 중간 단계들 중 하나 이상을 없앰으로써 그 과정을 방해하는 것에 의해 열화 메카니즘이 느려지거나 정지될 수 있다. 예를 들어, 은 층의 초기 에너지 상태가 응집이 일어날 수 있는지 여부 또는 형성 속도에 대한 중요한 인자이다. 은 층이 성막되거나 성막 후에 후처리에 의해 안정된 열역학적 상태에 놓이는 경우, IMI는 나중에 외부 자극에 노출될 때 응집하지 않게 되는데, 그 이유는 은 층에 대한 에너지 구동(energy drive)이 그다지 없기 때문이다. 은은 몇가지 다른 수단에 의해 저에너지 상태에 놓일 수 있다. 첫번째 것은 성막 공정 동안에 은이 자연적으로 저에너지 상태로 떨어지도록 적층에 대한 적절한 장벽층 또는 기층 물질을 선택하는 것이다. 기층으로서의 아연 산화물은 이러한 임무에 특히 적합하다. Sb 등의 다른 물질들도 이점이 있으며 선호된다.

두번째 것은 이온빔 지원 성막을 사용하는 것이며, 세번째 것은 플라스몬, 준안정 원자(metastable) 등의 옵션들을 포함한다. 후속층의 성막 이전의 기층(base layer) 및/또는 금속층의 상부의 처리도 역시 표면을 수정하며 개선된 핵성성(nucleation) 및/또는 접착(adhesion)을 촉진시킨다. 은 층이 저에너지 상태로 성막될 수 있게 해주거나 은 층을 장벽 또는 기층에 접합시킴으로써 은 층이 응집할 수 있는 능력을 제한하기 위해 화학적 수단도 이용될 수 있다. 양호한 금속 장벽으로는 NiCr 및 기타 Ni 합금과 귀금속이 있다. 유전체층 또는 금속 장벽 또는 기타 이웃 물질을 이황화물(di-sulfide) 등의 황 함유 화합물로 전처리하는 것은 은 금속층의 핵형성 및 기층에의 접합을 상당히 개선시킬 수 있다. 이 처리의 결과 얻어지는 향상된 핵형성 및 개선된 접합은 은 또는 금속층의 안정성을 상당히 향상시키고, 그에 따라 사용 수명 시간을 연장시킨다. 소량의 황을 IMI 적층 내의 적절한 위치에 도입하기 위해 다른 수단들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 소량의 황 함유 가스(H₂S 또는 SO₂ 등)가 성막 공정에 추가될 수 있다. 게다가, 주어진 타겟이 의도적으로 적절한 레벨의 황으로 도핑될 수 있다. 이 방법은 성막 챔버에 반응성이 높은 가스를 유입하지 않으면서 황의 양을 쉽게 제어할 수 있다는 부가의 이점이 있다. 은 층을 장벽층에 접착시키는 것을 향상시키는 데 도움을 주기 위해 상기한 아연 산화물 장벽층이 소량의 황으로 도핑될 수 있다.

부분들의 사용 수명을 향상시키기 위해, 이들 수단은 또한 IMI 코팅을 구성하는 층들의 적층내 접착(intra-stack adhesion)을 돕는다. 적층내 접착을 향상시키면 적층을 에폭시 실란트(epoxy sealant) 또는 기타 유사한 응력 요인(stressor)에 의해 가해지는 힘으로부터 보호하기 위한 정교한 마스킹을 필요로 하지 않고 적층이 더 많은 응용에서 사용될 수 있다.

은 또는 금속층의 안정성은 또한 금속층에 도펀트를 추가함으로써 향상될 수 있다. 은의 경우에, 은 원자의 확산이 벌크 금속 미소 결정(bulk metal crystallite)에서보다 표면 입계를 따라 대략 100배 더 빠르다. 따라서, 응집의 주요 경로가 표면 또는 입계를 따라 은 원자 확산으로 인해 일어나는 것으로 예상된다. 은이 층들 사이에 끼어 있을 때, 표면에 걸쳐 확산이 일어날 가능성이 감소된다. 적절한 물질의 선택 또는 금속층에 인접한 이웃 물질에 대한 화학적 처리는 표면 관련 확산 및 응집의 가능성을 더욱 감소시킨다. 그러면, 입계가 은 층이 응집하는 주된 경로가 된다. 입계를 따른 확산은 은 입자 중에서 제한된 용해도를 가지고 입계로 이동하는 원소 또는 화합물로 은을 도핑함으로써 방해된다. 이들 도펀트는 입계를 따라 은 원자의 확산을 제한하고, 양호하게는 Pd, Cu, In, Zn 또는 Ti를 포함한다.

은 및 다른 금속의 응집에 영향을 주는 다른 요인은 금속의 이웃 금속에 대한 접착이다. 이상에서 선호되는 금속 및 물질이 논의되었지만, 소정 응용에서는 이들 이전에는 타당했던 물질들이 타당하지 않게 될 수 있다. 유리 기판에서 발견되는 Na, Mg, Ca 또는 기타 성분과 같은 어떤 원소들이 은 또는 다른 금속층과 이웃 물질 간의 접착 문제를 야기할 수 있다. 이들 원소는 은 층의 접착에 영향을 주고, 따라서 은 층을 보호 또는 안정화하는 링크들 중 하나를 약화시켜 응집하게 된다. 이들 원소는 종종 고온 및 다습 조건에서 또는 코팅된 유리의 열처리 동안에 기판으로부터 확산하고, 정상 동작 조건에서는 더 느리게 기판으로부터 확산할 수 있고, 그 결과 소위 잠재 결함(latent defect)이 생기게 된다.

기판으로부터 확산될 수 있는 Na의 양은 코팅 적층 내의 원소 수소 또는 양자의 존재에 의해 영향을 받는다. 유리 내의 나트륨은 플러스 이온이고, 전하 중성을 유지하기 위해, 반대 이온(counter ion)이 유리 매트릭스(glass matrix)로 이동해야만 한다. 양자가 이 기능을 한다. 따라서, 코팅에서 수소가 최소화되는 것이 중요하다. 이것은 연관된 처리 기계 내에 수소 또는 수분 함량을 최소화하도록 성막 공정을 작동시킴으로써 달성될 수 있다. 수소를 유리시키기 위해 수분이 플라즈마에서 쉽게 분해된다는 사실로 인해 수소와 함께 수분을 최소화하는 것이 중요하다. 공정에서의 펌프의 적절한 선택 및 폴리콜드(polycold) 등의 수분 트랩(water trap)의 사용에 의해 수분 및 수소가 최소화될 수 있다. 주의깊은 누출의 검출 및 제거도 역시 중요하다.

IMI 코팅의 파손에 대한 나트륨 및 기타 유리 성분의 영향을 최소화시키는 다른 방법으로는 장벽층의 사용이 있다. 통상적으로, 장벽층은 원칙적으로 실리카로 이루어져 있으며, 굴절률이 거의 일치하는 것으로 인해 유리 기판 상에 직접 성막된다. 원소 전이(elemental transfer)의 차단을 촉진시키는 데 도움을 주기 위해 실리카 장벽층에 도펀트가 종종 추가된다. 인 도핑된 실리카 및 알루미늄 인산염과 같은 물질도 사용될 수 있다.

장벽층이 사실상 비정질이라는 것이 중요하다. 많은 입계를 갖는 결정질층은 통상적으로 작은 원소의 전이를 차단하는 데 덜 효과적이다. 게다가, 장벽층은 유리에 직접 성막될 필요가 없고 IMI 적층에 기능층 또는 광학층으로 통합될 필요가 없으며, 이와 동시에 장벽층의 역할을 할 필요가 없다. 실리콘 질화물 및 아연 주석산염은 특히 효과적인 장벽층 물질이다. 실리콘 질화물을 실리콘이 약간 많게 함으로써 실리콘 질화물의 조성을 변경하는 것에 의해 원소의 확산을 방지하는 실리콘 질화물의 효율성이 향상될 수 있으며, 그에 따라 층의 나트륨 차단 성질을 향상시킬 수 있다.

금속 아래에 비정질층을 사용하는 것의 이점은 또한 금속 위의 층에도 적용될 수 있다. 상부 유전체(top dielectric)는 그 층의 일부 또는 전체가 비정질층으로 이루어지도록 설계될 수 있다. 비정질층은 주변의 습기 또는 기타 화학물질이 IMI 적층으로 확산하는 것을 제한하며, 따라서 그의 수명을 연장시킨다.

유전체 및/또는 금속 또는 은 층에서의 응력 레벨도 IMI 적층의 수명에 영향을 주는데, 그 이유는 물질에서의 응력이 금속층에 대한 다른 유형의 힘을 생성하기 때문이다. 예를 들어, 은 층 상부의 층이 압축 응력을 받고 있는 경우, 이 응력은 금속에 수직 방향을 힘을 가한다. 이 힘은 금속이 응집하기 위한 내재적 구동을 가속 또는 증대시킬 수 있다. 응력 관점에서 볼 때, 양호한 상태는 금속 및 유전체가 유사한 응력 상태(둘다 인장 응력이거나 둘다 압축 응력임)에 있는 것이다. 응력이 금속에 미치는 구동력의 크기는 응력이 IMI 적층의 수명에 얼마나 중요한 문제가 되는지를 결정짓는다. 유전체층에 대한 양호한 절대 응력 레벨은 3 GPa 이하이고, 보다 양호하게는 1.5 이하이며, 가장 양호하게는 0.5 이하이다. 물질에서의 응력은 보통 물질 성질의 함수이며 층들을 성막하는 데 사용되는 공정 파라미터에도 의존한다. 층들을 성막하는 데 MSVD 기법이 사용되는 경우, 코팅에서의 응력 레벨을 조정하는 데 압력이 주요 변수이다. 높은 응력 레벨은 인장 응력 조건을 촉진시키는 반면, 낮은 압력 레벨은 압축 응력을 촉진시킨다. 스퍼터링 가스 원자 질량에 대한 스퍼터링된 원자 질량의 비도 코팅에서의 최종적인 응력에서 역할을 한다. 스퍼터링 가스의 높은 질량은 더 많은 인장 응력을 촉진시키는 반면, 낮은 질량은 더 많은 압축 응력을 촉진시킨다. 도펀트 또는 저레벨 첨가제(low level additive)도 층들에서의 응력 레벨을 조정하는 데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다. 필요한 응력 레벨을 달성하기 위해 층들 중 하나 이상이 서로 다른 스퍼터링 가스 또는 압력으로 성막되는 것이 유익하다. 이온빔 보조 성막 또는 시스템에 에너지를 제공하는 다른 수단이 서로 다른 층에서의 응력 레벨을 조정하는 데 도움을 주기 위해 사용될 수 있다.

본질적으로 중성 응력 프로파일(neutral stress profile)을 갖는 IMI 코팅의 구조는 유리 또는 기판을 변형시키지 않는다는 추가의 이점이 있다. 성막 공정 중에 내재되어 있는 또는 열팽창 계수의 차이로 인한 코팅에서의 내부 응력은 기판에 힘을 가하며, 이에 따라 기판에 뒤틀림(warping) 또는 편향(deflection)을 야기한다. 평탄성 및 균일한 셀 간격이 제품의 중요한 특징인 미러 또는 창문 응용에서, 코팅에서의 응력으로 인한 기판의 편향이 아주 문제가 될 수 있다. 중성 응력을 갖는 IMI 코팅은 뒤틀림 문제를 최소화하는 데 도움을 주며, 그 결과 전체적으로 우수한 제품이 얻어진다. 중량 절감을 위해 기판이 얇아짐에 따라, 주어진 응력 레벨에 대한 편향의 양이 증가한다. 따라서, 이 문제가 이들 조건에서 악화되고, 응력 중성 제품의 필요성이 더 절실하다. IMI에서의 응력은 IMI 코팅의 도포를 갖는 유리의 곡률 반경의 변화가 3000mm보다 크도록, 양호하게는 5000mm보다 크도록, 가장 양호하게는 약 10,000mm보다 크도록 제어되어야만 한다.

상기한 바와 같이, IMI 코팅의 성질이 열 처리로 변할 수 있다. 에폭시는 통상적으로 2개의 유리 라이트를 서로 밀봉시켜 전기 변색 셀(electrochromic cell)을 형성하는 데 사용되며, 양호한 시간 및 온도 경화 프로파일은 최적의 에폭시 프로파일을 생성한다. 어떤 기존의 프로파일 계열들은 동등한 에폭시 성질을 나타낸다. 주어진 프로파일의 선택은 종종 경제성, 처리 속도 또는 기타 실제적인 문제와 같은 다른 기준에 기초한다. 통상적으로, TCO 기반의 투명 전극은 열 처리 동안에 성질을 그다지 변화시키지 않으며, 그에 의해 에폭시를 경화하기 위한 주어진 노 프로파일(furnace profile)을 선택할 이유가 없다. 그렇지만, 이들 열적 프로파일은 IMI 코팅의 성질을 최적화하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 시간 온도 프로파일에 따라, 시트 저항이 최대 2-3 옴만큼 저하될 수 있고, 투과율이 1-3%만큼 상승될 수 있다. 이와 같이, IMI 특성이 성막 특성을 조정하는 것에 의해 꼭 달성가능한 것은 아닌 상태로 향상된다. 특성이 향상되는 이유는 금속 내의 전자의 전자 이동도의 향상으로 인한 것으로 예상된다. 상기한 바와 같이, 금속(은)은 전자 이동도가 비교적 클 때 낮은 굴절률을 가지며, 낮은 굴절률은 높은 광 투과율에 기여하고, 높은 전자 이동도는 낮은 시트 저항에도 기여한다.

에폭시 또는 전기 변색 셀의 다른 성분에서의 제한으로 인해 IMI 특성을 완전히 최적화하기 위해 에폭시 경화 프로파일이 조정될 수 없는 경우, 원하는 특성을 달성하기 위해 IMI 코팅된 유리가 다른 노 또는 오븐에서 전처리될 수 있다. IMI의 열처리는 또한 낮은 응력 레벨을 가짐으로써 유리를 비교적 평탄하게 유지하는 유익한 특성을 가질 수 있다. 최적의 투과율 증가 및 시트 저항 감소는 종종 주변 대기의 함수이다. 통상적으로, 양호한 가스가 사용되지 않는 경우, 코팅이 더 일찍 또는 더 낮은 온도에서 손상될 수 있다. 양호한 가스는 종종 IMI 적층에 사용되는 유전체층의 함수이다. 어떤 물질은 서로 다른 가스의 확산을 차단하는 데 특히 효과적이다. 예를 들어, 비정질 물질인 실리콘 질화물이 IMI 적층의 열처리 동안에 산소의 확산을 차단하는 데 특히 유용하다. 환경적 내구성을 향상시키기 위한 상기한 기층 및 장벽층도 열 경화 거동을 변화시키는 데 역할을 한다.

소정 경우에, 경화 프로파일 거동을 변경하기 위해 유리를 가열하는 방법이 선택될 수 있다. 예를 들어, 유리를 통과하지만 IMI 코팅에 효과적으로 결합되는 적외선 파장이 사용될 수 있다. 이 방법에서 유리를 가열하는 것은 코팅된 유리 라이트를 아래에서 위로 가열하는 것과 비슷하다. 통상적으로, 종래의 오븐 또는 종래의 적외선 오븐에서, 전기 변색 셀은 외부에서 내부로 가열된다. 상부 및 하부 유리 라이트의 외부 표면은 대류 가스 및/또는 적외선 방사에 노출된다. 적외선 방사가 약 5 마이크로미터 파장보다 큰 파장에서 피크인 경우, 유리의 표면만이 가열된다. 유리 및 에폭시는 이어서 전도에 의해 표면으로부터 벌크 내부로 가열된다. 코팅된 표면은 열을 받는 부분의 마지막 일부이다. 그 부분을 가열하기 위해 고온의 적외선 소자가 사용되는 경우, 적외선 방사의 대부분은 약 2.5 마이크로미터보다 짧은 파장이다. 유리가 꽤 투명하기 때문에, 이 방사는 흡수되지 않고 유리를 통과한다. 이 에너지는 IMI 코팅의 고유의 광학적 성질로 인해 IMI 코팅과 결합되어, 코팅된 표면이 열원(heat source)에 실제로 더 가까운 외부 표면보다 더 빠른 속도로 가열될 수 있으며, 그에 의해 이 공정에서 유리의 벌크 온도(bulk temperature)가 감소될 수 있도록 경화 시간을 감소시킨다. 코팅된 표면이 에폭시와 직접 접촉하고 있기 때문에, 에폭시도 빠르게 가열된다.

IMI 코팅이 회전식 코터(rotary coater) 등의 온라인 코터(on-line coater) 또는 인라인 싱글 코터(in-line singles coater)를 사용하여 도포될 수 있다. 이들 코터 유형은 성막이 행해진 후에 코팅이 비교적 빠르게 적층될 수 있게 해준다. 이들 방법 각각은 서로 다른 마스킹 옵션을 갖는다. 이들 방법은 더 넓은 범위의 물질들을 사용할 수 있는데, 그 이유는 코팅이 긴 시간 동안 대기에 노출되지 않기 때문이다. 전기 변색 셀에서의 IMI 적층의 밀봉은 따라서 많은 유해한 환경적 응력 요인으로부터 IMI 적층을 보호한다. 소정의 경우에, IMI 적층은 주어진 일련의 기준에 대해 최적화되며, 그 결과 최적이 아닌 환경적 내구성이 얻어진다. 상기한 바와 같이, 이러한 상황을 처리하는 한 방법은 에폭시 보드 내의 IMI 코팅을 마스킹하는 것이다. 이것은 이 문제를 처리하는 실용적인 방법이다. 그렇지만, 소정 응용에서는 에폭시의 보드 내의 IMI를 마스킹할 수 없을 수도 있다. 이 경우에, IMI 코팅을 둘러쌈으로써 환경에서의 해로운 화학 물질과의 접촉을 방지하는 폴리머 코터(polymer coater) 등의 보호 에지 코팅(protective edge coating)이 도포된다.

다른 상황에서, 대면적 코터에서 IMI 적층을 제조하고 코더를 갖지 않는 제조 라인에서 나중에 사용하기 위해 유리를 저장하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 유형의 제조 시나리오에 대해 IMI 적층을 최적화하도록 이 적층이 설계될 수 있는 방법들에 대해 이상에서 기술하였다. 예를 들어, 저점도(low tack) 플라스틱 시트 등의 임시 오버코트 물질 또는 PVA 등의 화학적 보호 물질이 도포될 수 있다. 이들 물질은 임의의 기계적 공정 후에 또는 세정 이전에 물리적으로 제거될 수 있다. PVA 등의 수용성 화학적 보호층을 사용하는 경우, 임시 코팅을 제거하는 수단으로서 세정 장치(washer) 자체가 이용될 수 있다. Zn 금속 등의 다른 임시 코팅이 사용될 수 있다. 이 경우에, 층을 제거하기 위해 세정 장치의 제1 부분에서 약산(mild acid)이 필요할 수 있다. 공지된 다른 처리법도 실행가능하다.

소정 전기 변색 미러 응용은 상부 유리 라이트 상에 반사층을 도포함으로써 에폭시 밀봉재를 은폐시키는 것을 포함할 수 있다. 이러한 응용에서 유용한 방법 및 물질은 2003년 5월 6일자로 출원된 발명의 명칭이 "ELECTROCHROMIC DEVICES WITH THIN BEZEL-COVERED EDGE(얇은 베젤로 덮인 가장자리를 갖는 전기 변색 장치)"인 미국 특허 공개 제2004/0032638호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함된다. 이들 장치에서 투명 전극으로서 IMI 코팅을 사용하는 것은 소정의 중요한 변화를 가져온다. 예를 들어, 소정 응용에서 투명 전극 아래에 반사 금속층을 성막하는 것은 비용 효율적이지 않다. 이러한 이유는 ITO 등의 TCO가 투명 전극으로 사용되기 때문이다. 이들 물질은 적절한 전기적 및 광학적 성질을 얻기 위해 높은 성막 온도를 필요로 한다. 반사 금속층을 갖는 유리는 TCO의 성막 이전에 가열되어야 한다. 유리의 가장자리 근방에 이러한 반사성이 높은 금속이 존재하면 유리의 가열 거동을 상당히 변화시키며 따라서 그 부분에 왜곡을 야기할 수 있다.

이 문제는 IMI 적층이 투명 전극으로 사용되는 경우에 회피된다. IMI 코팅은 성막 공정 동안에 높은 성막 온도를 필요로 하지 않는다. TCO층과 연관될 수 있는 문제점이 없이 금속층 또는 금속층들이 IMI 코팅 이전에 도포될 수 있다. 회전식 코터 또는 다수의 마스크를 처리할 수 있는 다른 코더가 성막을 위해 사용되는 경우, 금속층이 한 마스크로 하나의 (또는 그 이상의) 스테이션(들)에서 유리에 도포될 수 있고, 이어서 IMI이 다른 마스크로 유리의 나머지 상에 도포될 수 있다. 필요한 경우, 금속층은 그 부분의 가장자리에 양호한 전기적 접촉을 여전히 유지하면서 에폭시의 보드에서 마스킹될 수 있다.

실험

첫번째 실험은, Ag층에 인접한 물질이 블로우 테스트(blow test), 스팀 수명(steam lifetime), 및 최종 부분의 외관(aesthetics)에서 적층의 성능에 영향을 준다는 것을 보여주었다. 스팀 수명은 밀봉재, 코팅 또는 이들 물질의 조합의 안정성을 측정하는 촉진 시험이다(이하에서 더 상세히 기술함). 이 테스트의 결과, AZO(aluminum-doped zinc-oxide)가 접착(29 psi 및 코팅 내 융기 없음)에 최적이고 IZO(indium-zinc oxide)가 스팀 수명(35일)에 최적인 것을 알았다. 두번째 실험은 이들 결과를 바탕으로 설계되었으며, 스팀 수명이 절충되었지만, 첫번째 실험의 블로우 테스트 결과보다 좋지 않은 블로우 테스트 결과를 얻었다(코팅 내 접착이 없음). 블로우 테스트는 코팅의 밀봉재, 기판 및 코팅내 접착에 대한 접착력을 평가하는 수단이다(이하에서 더 상세히 기술함). 충전되지 않은 EC 소자는 유리에 구멍이 뚫려 있으며, 챔버는 고장이 날 때까지 가압된다. 고장 방식과 함께 고장 시의 압력에 유의한다. 두번째 실험으로부터 최적화된 적층에 의해 미러 소자의 반사율이 79%로 증가되었다. 두번째 실험의 상온 전기적 사이클링은 처음에 스크래치 또는 지문이 존재하는 잠재적 결함을 나타내었다.

유의할 점은 최대 투과율 및 최소 저항이 IZO 기층 및 AZO 상부층으로 달성되고, 이 AZO/Ag/AZO 적층이 최대 코팅내 접착력을 제공하고 블로우 테스트에서 박리되지 않고, Ag층의 바로 상부에 있는 IZO가 좋지 않은 접착력을 가지고 있으며, IZO 상부층을 갖는 적층이 스팀 테스트에서 양호한 안정성을 가지는 반면 AZO 상부층을 갖는 적층이 스팀 테스트에서 좋지 않은 성능을 가지며, IZO 상부층을 갖는 코즈메틱(cosmetics)이 향상되었다는 것이다.

첫번째 실험에서, 평가를 위한 3층 IMI 적층을 제조하기 위해 AZO(aluminum-doped zinc oxide) 및 IZO(indium-zinc oxide)와 함께 은이 사용되었다. 사용된 AZO 타겟은 2 중량 퍼센트의 Al₂O₃를 함유하는 ZnO이었다. 사용된 IZO 타겟은 15 중량 퍼센트의 ZnO를 함유하는 In₂O₃이었다. AZO는 ITO와 유사하지만 약간 낮은 전도성을 갖는 투명 전도성 산화물이다. ITO와 같이, AZO는 결정도(crystallinity)를 최대화하고 최적의 전기적 성질을 나타내도록 성막 동안에 충분한 기판 온도를 필요로 한다. AZO는 Ag에 격자 정합하는 고유의 성질을 갖는다. 이로 인해 IMI 적층은 낮은 시트 저항 및 높은 투과율을 갖는다. 이와 달리, IZO는 비정질 물질이고 전도성의 손실없이 상온에서 성막될 수 있다. IZO의 비정질 성질은 평탄성이라는 부가적인 이점을 제공한다. IZO 조성은 거의 100%의 아연 함유량에서 거의 100%의 인듐 함유량까지 변할 수 있다. 우리의 연구를 위해 하나의 In/Zn 조성을 선택하였다. AZO는 결정 성질로 인해 거친 막을 형성하는 경향이 있다. 너무 큰 거칠기는 IMI 적층에서의 은 층의 투과율 및 전도성에 악영향을 줄 수 있으며, 따라서 적절한 AZO 특성으로 달성된 Ag층에 대한 이점을 무효화시킬 수 있다.

IMI 적층에서의 유전체층의 절대 전도성(absolute conductivity)은 적층의 성능에 그다지 영향을 주지 않는데, 그 이유는 기능적 전도성(functional conductivity)이 은 층으로부터 도출되고 유전체층은 너무 얇아서 절연체로서 기능할 수 없기 때문이다. AZO는 극히 저렴하고 은에 대해 양호한 접착력을 갖는 부가적인 이점이 있다. 그에 부가하여, 은은 물질들 간의 양호한 결정 격자 일치로 인해 AZO 상부에 성장될 때 향상된 성질을 보여준다. 그렇지만, AZO의 화학적 내성은 뛰어나지 않다. 주로 인듐-산화물로 이루어진 IZO는 고가이지만, AZO보다 나은 전도성 및 화학적 내성을 갖는다. 15% Zn/85% In 타겟 조성이 이 예에서 사용되었지만, 더 많은 또는 더 적은 인듐을 갖는 다른 혼합물이 사용될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, IZO가 비정질인 것이 바람직할 수 있다.

간단함을 위해, 이 일련의 실험에서는, 컬러나 투과율이 아닌 기계적 및 화학적 내구성이 주된 관심사이었으며, 유전체층 두께가 350Å으로 고정되었다. 이들 초기 실험에서, AZO는 아르곤으로만 성막되었다. 산소가 첨가되지 않았다. IZO층은 아르곤 중에서 4% O₂로 성막되었다.

준비된 코팅 적층 및 그의 성질이 표 7에 주어져 있다. 각각의 적층에서, 공칭 유전체층 두께는 350Å이고 공칭 은 두께는 110Å이다. 이들 적층이 전기 변색 미러를 제조하는 데 사용되었다. 공기 및 전기 변색 유체에 인접하여 코팅을 갖는 것의 모델링된 효과가 표 6에 나타내어져 있다. 반사성이 높은 제3 표면 코팅을 갖는 자동차 내부 미러 형상이 사용되었다. IMI 코팅된 유리는 투명 상부 플레이트를 형성하였다. 미러 어셈블리의 광학적 성질이 표 7에 열거되어 있다. 부분 "1173 IEC"는 투명 전극으로서 1/2파 ITO를 갖는 참조 부분을 말한다. 미러 어셈블리는 IMI 코팅 접착력을 평가하기 위해 블로우-테스트되었다. 충전된 미러는 내구성에 대해 스팀 테스트되었다.

표 7에 주어진 투과율 데이터는, EC 유체에 대한 것이 아니라, 공기 중에서 측정된 모놀리딕 유리(monolithic glass)에 대응한다. 6 내지 7 옴 범위의 시트 저항은 대체로 전파 ITO의 시트 저항과 동등하다. 나타낸 바와 같이, 1.6mm 유리 상의 전파 ITO의 투과율은 대략 85%이다. IMI 적층은 US6/95193B1 및 US6963439B2에 기술된 일반 원리에 따라 제조되어 경화된 에폭시를 갖는 소자에 대한 에폭시 경화 오븐에서의 열처리로 인한 투과율의 상승을 보여준다. 2개의 투명 전극 간의 투과율의 직접적인 비교는 양쪽의 코팅이 EC 유체와 접촉하고 있을 때에만 행해질 수 있다. 이것은 박막 모델을 사용하는 계산 또는 양쪽의 물질을 갖는 EC 셀의 측정을 필요로 한다. 이들 옵션에 대한 모델링된 투과율 값이 표 8에 나타내어져 있다.

IMI 상부 플레이트를 갖는 준비된 셀의 반사율은 1/2파 ITO 상부 플레이트를 갖는 미러보다 상당히 낮다. 다시 말하면, IMI 상부 플레이트의 시트 저항이 표준 부분에 대해 사용된 1/2파 ITO 제품의 시트 저항의 1/2이다. 그렇지만, 상기한 바와 같이, 첫번째 실험으로부터의 IMI 적층은 컬러 또는 투과율에 대해 최적화되지 않았다. 표 9에 열거된 셀에 대한 상대 반사율은 싱글 투과율 값(singles transmittance value)과 일치하지 않는다. 왜 그러한지는 명확하지 않다. 열처리에 따른 투과율 변화는 이 그룹 내에서 샘플마다 일관성이 있다. 그렇지만, 이 변화는 물론 접착력 레벨 및 얼마간은 물질의 광학 상수가 어느 정도까지는 코팅 파라미터 및 조건의 함수가 된다. 블로우 테스트값은 에폭시의 경화를 거친 비어있는 소자 셀을 가져다가 충전홀을 플러깅하고, 소자의 가장자리로부터 대략 1/2 인치 떨어져 대략 1.5mm 직경의 구멍을 뚫음으로써 얻은 것이다. 부분들은 0.5 또는 1 psi/초의 레이트로 가압되고, 고장 시의 압력이 기록된다. 유리로부터의 코팅 분리 또는 코팅 적층 내에서의 분리 또는 그 자체 내에서의 에폭시의 분리 등의 고장 메카니즘에 대해서도 주목한다. 2001년 2월 27일자로 특허된 발명의 명칭이 "SEAL FOR ELECTROCHROMIC DEVICES(전기 변색 장치의 밀봉재)"인 미국 특허 제6,195,193호(본 명세서에 인용함으로써 그 전체 내용이 포함됨)에 기술된 테스트 절차를 통해 스팀 테스트값이 얻어졌다.

종종, 밀봉재 두께의 변동을 보상하기 위해, 때때로 추가적인 통계적 분석을 수행하기 위해 데이터를 "정규화"하는 것이 중요하다. 이렇게 하는 한가지 방법은 각각의 개별적인 부분에 대해 테스트값을 정규 밀봉재 두께와 곱하고 이것을 실제의 밀봉재 두께로 나누는 것이다.

AZO｜Ag｜AZO 적층에 대한 평균 블로우값은 본질적으로 투명 전극으로서 ITO를 갖는 부분과 동등하다. 평가된 다른 적층들에 대해, 유리/AZO/Ag/AZO가 ITO와 동등한 반면 소정의 적층내 층 박리(intra-stack layer delamination)를 갖는 나머지 적층들의 값이 대략 20% 낮다는 것을 알았다. 은의 양 측면 상에 AZO층을 갖는 것은 최고 레벨의 접착력을 제공한다. 높은 블로우 값은 AZO｜Ag｜AZO 샘플에 대해 IMI 층에 융기가 전혀 없는 것으로 강화된다. IMI 코팅 융기의 퍼센트는 은 상부의 층과 상관되어 있는 것으로 보이며, 다시 말하면 AZO는 더 나은 결과를 제공한다. 스팀 데이터에서의 가장 강한 경향은 상부층으로서 IZO를 갖는 적층에 대한 성능 향상이다.

동일한 일련의 적층에 대한 스팀 수명 테스트는, 평균적으로, IZO｜Ag｜IZO 적층이 스팀 테스트에서 가장 성능이 좋지만, AZO｜Ag｜IZO 적층도 그다지 뒤떨어지지 않는다. 불행히도, 블로우 테스트에서 가장 성능이 좋은 것은 스팀 테스트에서 가장 성능이 좋지 않다. 이들 장점 및 약점은 혁신적인 적층 설계를 통해 제어될 수 있다.

착색 및 클리어링과 관련된 소자의 심미적 부분은, 경화 프로파일, 코팅 적층에서의 물질의 선택, 및 밀봉 물질에서의 물질의 선택을 비롯한, 많은 인자들에 의해 균일하게 영향을 받을 수 있다.

현재는 미국 특허 제6,195,193호에 기술된 것과 같은 물질 및 경화 방법을 사용하는 것이 선호된다. 유리에 대한 우수한 접착력, 낮은 산소 침투율 및 양호한 용제 내성으로 인해, 에폭시-기반 유기 수지 밀봉 시스템이 선호된다. 이들 에폭시 수지 밀봉재는, 발명의 명칭이 "LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND PHOTOPOLYMEZIRABLE SEALANT THEREFOR(액정 디스플레이 및 그에 대한 광중합성 실란트)"인 미국 특허 제4,297,401호에 기술되어 있는 것과 같이, UV 경화성이거나, 액정 폴리아미드 수지 또는 디시안디아미드와 액정 에폭시 수지의 혼합물에서와 같이 열 경화성이거나, 동종중합(homopolymerize)될 수 있다. 유기 밀봉 수지는 흄드 실리카(fumed silica), 실리카, 미카, 점토, 칼슘 카보네이트, 알루미나 등과 같은 유동(flow) 및 수축(shrinkage)을 감소시키는 충전재(filler) 또는 증점제(thickener), 및/또는 컬러를 부가하는 안료를 함유할 수 있다. 소수성 또는 실란(silane) 표면 처리로 전처리된 충전재가 선호된다. 일기능성(mono-functional), 이기능성(di-functional), 및 다기능성(multi-functional) 에폭시 수지와 경화제(curing agent)의 혼합물을 사용함으로써 경화된 수지 가교 밀도(crosslink density)가 제어될 수 있다. 밀봉재의 수소 용해 안정성(hydrolytic stability)을 향상시키기 위해 실란 또는 티탄산염(titanate)과 같은 첨가제가 사용될 수 있고, 최종적인 밀봉재 두께 및 기판 간격을 제어하기 위해 유리 비드(glass bead) 또는 로드(rod)와 같은 스페이서(spacer)가 사용될 수 있다. 주변부 밀봉 부재(116)에서 사용하기에 적당한 에폭시 수지로는 미국 텍사스주 휴스턴 소재의 Shell Chemical Co.로부터 입수가능한 "EPON RESIN" 813, 825, 826, 828, 830, 834, 862, 1001F, 1002F, 2012, DPS-155, 164, 1031, 1074, 58005, 58006, 58034, 58901, 871, 872, 및 DPL-862, 미국 뉴욕주 호쏜 소재의 Ciba Geigy로부터 입수가능한 "ARALITE" GY 6010, GY 6020, CY 9579, GT 7071, XU 248, EPN 1139, EPN 1138, PY 307, ECN 1235, ECN 1273, ECN 1280, MT 0163, MY 720, MY 0500, MY 0510, 및 PT 810, 미국 미시간주 미드랜드 소재의 Dow Chemical Co.로부터 입수가능한 "D.E.R." 331, 317, 361, 383, 661, 662, 667, 732, 736, "D.E.N." 431, 438, 439 및 444, 그리고 메타-크실렌 디아민(meta-xylene diamine), 1,8-디아미노-p-메탄(1,8-diamino-p-methane), 이소프로네 디아민(isophrone diamine), 1,3-비스 아미노메틸 시클로헥산(1,3-bis aminomethyl cyclohexane), 1,6-헥산디아민(1,6-hexanediamine), 디에틸렌 트리아민(diethylene triamine), 1,4 디아미노 시클로헥산(1,4 diamino cyclohexane), 1,3 디아미노 시클로헥산(1,3 diamino cyclohexane), 1,2 디아미노 시클로헥산(1,2 diamino cyclohexane), 1,3 펜탄 디아민(1,3 pentane diamine), 및 2-메틸펜타메틸렌 디아민(2-methylpentamethylene diamine)이 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

적당한 에폭시 경화제로는 Shell Chemical Co.의 V-15, V-25, 및 V-40 폴리아미드, 일본 토쿄 소재의 Ajinomoto Co.로부터 입수가능한 "AJICURE" PN-23, PN-34, 및 VDH, 일본 토쿄 소재의 Shikoku Fine Chemicals로부터 입수가능한 "CUREZOL" AMZ, 2MZ, 2E4MZ, Cl1Z, C17Z, 2PZ, 2IZ, 및 2P4MZ, 미국 뉴저지주 메이플 쉐이드 소재의 CVC Specialty Chemicals로부터 입수가능한 U-405, 24EMI, U-410, 및 U-415로 촉진되는 "ERISYS" DDA 또는 DDA, 그리고 미국 펜실베니아주 알렌타운 소재의 Air Products로부터 입수가능한 "AMICURE" PACM, 352, CG, CG-325, 및 CG-1200가 있다.

선택적인 충전재로는 미국 일리노이주 투스콜라 소재의 Cabot Corporation로부터 입수가능한 "CAB-O-SIL" L-90, LM-130, LM-5, PTG, M-5, MS-7, MS-55, TS- 720, HS-5, 및 EH-5 등의 흄드 실리카, 및 미국 오하이오주 아크론 소재의 Degussa로부터 입수가능한 "AEROSIL" R972, R974, R805, R812, R812 S, R202, US204, 및 US206가 있다. 적당한 점토 충전재로는 미국 뉴저지주 에디슨 소재의 Engelhard Corporation으로부터 입수가능한 BUCA, CATALPO, ASP NC, SATINTONE 5, SATINTONE SP-33, TRANSLINK 37, TRANSLINK 77, TRANSLINK 445, 및 TRANSLINK 555가 있다. 적당한 실리카 충전재로는 미국 메리랜드주 발티모어 소재의 SCM Chemicals로부터 입수가능한 SILCRON G-130, G-300, G-100-T, 및 G-100가 있다. 적당한 정밀 유리 마이크로비드 스페이서(precision glass microbead spacer)는 미국 캘리포니아주 팔로 알토 소재의 Duke Scientific로부터 다양한 크기로 입수가능하다.

선택적으로, 밀봉재의 수소 용해 안정성을 향상시키기 위해 포함될 수 있는 실란 결합제로는 미국 미시간주 미드랜드 소재의 Dow Corning Corporation으로부터 입수가능한 Z-6020(Union Carbide로부터의 A-1120과 동일하거나 아주 유사함), Z-6030, Z-6032, Z-6040, Z-6075, 및 Z-6076이 있다.

그에 부가하여, 가교된 폴리머 또는 점증제의 선택, in situ 가교(in situ crosslinking) 방법, 플러그 물질의 선택, 및 사용되는 전기 변색 화학종은 물질들의 특정의 조합이 타당한 코즈메틱 결과(cosmetic result)를 생성하는지에 영향을 줄 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더 나은 벌크 전도성을 갖는 TCO 물질이 전기 변색 매질에 인접하여 배치될 때 얼마간 다양한 코즈메틱 문제에 덜 민감한 경향이 있다.

AZO 산화 레벨이 최적화된 실험에서, 첨가된 O₂의 유리/AZO/Ag 적층의 전도성 및 투과율에 대한 효과가 나타났다. 이것은 서로 다른 장비 및 타겟 조성에 대해 변하지만, 경향은 소정 단계들이 이러한 유형의 적층을 최적화하는 데 필요함을 나타낸다. 유리/AZO/Ag 적층의 시트 저항 및 투과율은 이와 같이 최적화되었다. 첨가된 O₂의 이러한 적층의 전도성 및 투과율에 대한 효과가 도 9에 나타내어져 있다. AZO 층 자체의 절대 전도성은 중요하지 않으며, 은 층의 성질에 대한 영향만이 중요하다. 이것이 최적화 경로를 택하는 이유이다. 아르곤 가스 피드에 4% O₂를 첨가하는 것은 최적의 전도성 및 투과율을 제공하였다. 도 10은 O₂가 첨가된 경우 AZO의 소광 계수(흡수율) 및 거칠기의 변화를 나타낸 것이다. 6% O₂의 첨가는 4%에서보다 낮은 흡광도(absorbance)를 갖는 AZO를 생성하지만, 거칠기도 증가한다. 증가된 거칠기는 도 9의 6% O₂에서 관찰된 시트 저항의 증가의 유망한 원인이다. 이것은 소정의 전도성을 희생함으로써 적층의 투과율을 약간 증가시킬 수 있음을 암시한다.

이 일련의 실험에서 준비된 모든 적층에 대해 성막된 AZO는, IZO와 같이, 4% O₂로 스퍼터링되었다. 표 10은 평가를 위한 DOE-2에 성막된 적층들을 열거하고 있다. 또한, 비교를 위해 전파 및 반파 ITO 상부 플레이트의 투과율 및 시트 저항이 포함되어 있다. 이러한 적층 설계의 이유는 접착 및 스팀 수명을 해결하기 위한 것이다. 블로우 테스트에서 측정되는 접착력을 향상시키기 위해 AZO층이 Ag층의 한쪽 또는 양쪽에 배치되었다. 스팀 수명을 해결하는 데 도움을 주기 위해 IZO가 최상부층으로서 배치되었다. 다크닝된 상태에서 푸르스름한 컬러에 대해 적층을 조정하고 투과율을 최대화하기 위해 층 두께가 조정되었다.

적층 설계의 투과율이 84.5에서 87.3 퍼센트까지 변한다. 시트 저항은 5.0에서 9.0 Ω/sq까지 변한다. 주어진 Ag 두께에 대해, 하부층이 유리/IZO/AZO/Ag으로 이루어져 있을 때 최대 투과율 및 최소 시트 저항이 있다. IZO는 층들을 평탄하게 유지하고, AZO는 AZO와 Ag 간의 결정 격자 정합으로 인해 Ag의 미세구조를 향상시킨다. 이것은 향상된 Ag 전도성 및 접착력을 낸다. AZO층이 결정질이기 때문에, 층이 두꺼워짐에 따라 표면 거칠기가 증가된다. 따라서, IZO/AZO의 이중층은 Ag를 씨드하기 위한 적당한 계면층을 가지면서 필요한 광학적 두께를 제공한다. 샘플 #11의 상당히 높은 저항은 은 아래의 과도하게 두꺼운 AZO층과 연관된 거칠기로 인한 것일 수 있다. 이것은 샘플 7 및 8에서도 명백하다. 샘플 7에서의 두꺼운 AZO 기층과 연관된 거칠기는 비교적 평탄한 IZO 기층을 갖는 샘플 8보다 1 Ω/sq 더 높은 관찰된 시트 저항을 야기한다. 이 거칠기는 Ag층이 얇아짐에 따라 전기적 특성에 더 많은 영향을 미친다.

제조된 EC-소자에 대한 광학적 특성화 데이터가 표 11에 주어져 있다. 반사성이 높은 제3 표면 반사체 전극을 갖는 자동차 내부 미러 형상이 사용되었으며, 여기서 반사율은 본질적으로 모두 7% Au 93% Ag 합금으로부터 나오는 것이다.

두번째 일련의 실험에서, AZO/Ag/AZO 적층의 스팀 결과는 상부층으로서 IZO층을 배치함으로써 이전 실험과 비교하여 약 50%만큼 향상되었다. 이와 달리, IZO/Ag/IZO 적층에서는 Ag와 IZO층 사이에 배치된 얇은 AZO층의 추가로 약 1/3만큼 스팀 수명 성능이 감소되었다.

IMI 기반 셀의 반사율은 1173 IEC 부분의 대략 87% 및 첫번째 실험의 69 내지 75%와 비교하여 76 내지 79% 범위에 있었다. IMI 기반 셀의 반사 컬러는 제품 부분의 컬러와 동등하였으며, #8 및 #13은 평균 제품 부분보다 약간 덜 황색이다. 적층 #7은 타당한 블로우 수치를 생성하였지만 IMI 적층에서 높은 실패율을 나타내었다. 적층 8 및 13은 낮은 블로우 압력에서 실패하였으며 IMI 적층 내에서 아주 높은 접착 실패율을 나타내었다. 스팀 테스트 결과는 꽤 평탄하였고 평범했다. 첫번째 실험으로부터의 최상 및 최악의 적층이 각각 30일과 15일 사이에서 지속되는 동안, 두번째 실험 샘플은 평균적으로 20일에 실패하였다. 첫번째 실험과 두번째 실험 간에 (적층 설계 변화에 부가하여) 몇가지 차이점이 있었으며, 이들 차이점이 블로우 및 스팀 성능에 영향을 줄 수 있다. 두번째 실험의 EC-셀의 수행에서의 한가지 문제점은 이들의 적층(lay-up)이다. IMI 코팅된 유리는 적층(lay-up) 이전에 며칠 동안 두었으며, 처리 부호(sign of handling)를 나타내었다. 코터에서의 층들의 순서도 변경되었다. 첫번째 실험에서, 코터에서 전방향 및 역방향 방향 둘다로 가면서 층들을 생성하였다. 두번째 실험에서, 모든 층들을 전방향 방향으로 가면서 생성하였다. 또한, 두번째 실험에서는 AZO층에 산소가 존재하였지만, 첫번째 실험에서는 존재하지 않았다.

두번째 실험의 부분의 코즈메틱 모습은 동일한 유체 및 에폭시로 첫번째 실험에서 달성한 양호한 모습과 일치하였다. 1.2 볼트에서 사이클링하는 상온에서, 부분들은 지문, 스커프 마크(scuff mark) 또는 기타 결함이 존재하는 잠재 결함을 나타내었다.

샘플 #13의 수행은 표준 제품과 비교하기 위한 다크닝 및 클리어링 성능을 발생하기 위해 최종 테스터에서 실행되었다. 표 12는 성능 통계 중 일부를 나타낸 것이다. IMI 적층 #13은 표준 제품보다 20% 더 빠르게 다크닝되었다. 낮은 시트 저항은 예상대로 높은 전류 도출을 야기한다. 도 13은 DOE2 샘블 번호 7, 8 및 13에 대한 밝은 상태 및 어두운 상태에서의 반사 컬러를 나타내고 표 13은 이들을 열거한 것이다.

어두운 상태에서의 IMI 적층의 컬러는 투명 전극으로서 ITO를 갖는 표준 제품과 비슷하다. 어두운 상태의 반사율은 평탄한 미러에 대한 설계 목표 내에 있다.

이하는 IMI DOE-3에 느슨하게 합쳐져 있는 몇가지 일련의 실험으로부터의 실험 결과 및 용어이다. AZO(aluminum-doped zinc-oxide), IZO(zinc-doped indium-oxide) 및 금속 은(Ag)에 대해 2개의 공정 압력에서 층 응력(layer stress)이 분석되었다. 이 결과는 AZO가 가장 높은 압축 응력을 갖는다는 것을 나타내며, 이 압축 응력은 높은 챔버 압력에서 처리함으로써 약간 감소될 수 있다. 응력의 작은 변화에 기초해 볼 때, 높은 압력에서의 처리로부터 얻을 수 있는 것이 거의 없다는 것이 밝혀졌다. 특정의 층 설계에 대한 챔버 압력과 코팅 융기 간의 잠재적 상관관계를 보여준 결과에 의해 이러한 결론은 의심을 받았다.

코터에서의 처리 단계들에 대한 IMI 적층의 민감성을 측정하기 위해 성막의 순서에 대해 연구하였다. 이들 실험의 목표는 성막을 위해 정지 기판을 이용하는 회전식 코터에서 IMI 코팅을 구현하는 데 중요한 위험이 있는지를 판정하는 것이었다. 서로 다른 처리 방법에 대해 코팅 특성의 변화가 그다지 관찰되지 않았다.

스팀 압력솥 노출(steam autoclave exposure)에서의 실패에 대한 두꺼운 AZO 층의 민감성으로 인해, 최대화된 접착력 및 스팀 안정성에 대해 하부 및 상부 AZO 버퍼층의 최적 두께를 결정하기 위해 일련의 실험이 수행되었다. 상부 버퍼에 대해, 50Å정도로 작은 AZO로 접착력이 얻어지고 그 레벨을 넘어 AZO층을 두껍게 하는 것으로는 어떤 향상도 얻어지지 않는 것으로 판정되었다. 하부 AZO 버퍼층에 대해, 결과는 확정적이 아니다. 상기한 바와 같이, 두꺼운 AZO에서의 응력은 접착력에 영향을 줄 정도로 충분히 크고, 하부 버퍼 두께의 수정에 의해 야기되는 어떤 속성 변화도 압도할 수 있다.

2번의 일련의 열 처리 테스트가 수행되었다. 첫번째 테스트는 300℃에서 30분까지의 오랜 기간 동안의 열처리가 IMI 코팅에 손상을 주지 않고 그의 특성을 실제로 향상시킨다는 것을 보여주었다. 두번째 일련의 실험은 아연 산화물이 많은 IZO 조성에 대해 IZO 기반의 IMI 적층이 열처리 후에 더 나은 성능을 나타낸다는 것을 보여주었다.

IMI 적층의 광학적 모델링이 수행되었다. 이 모델링은 IMI 코팅의 투과율에 대한 유전체 굴절률의 영향 및 궁극적으로 EC 셀의 성능에 대한 그의 영향을 연구하였다. 그 결과는 TiO2와 같은 고굴절률층의 사용이 현재 사용 중에 있는 1/2파 ITO 코팅으로 가능한 것과 아주 가까운 성능 및 컬러를 제공하는 데 도움이 된다는 것을 보여준다.

다층 코팅 적층에서의 층 응력은 코팅의 접착력에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 조사 중인 IMI 적층에서 사용되는 유전체층이 적당히 낮은 응력으로 성막되고 있다는 것을 검증하는 것이 중요하였다. 성막에 이용되는 아르곤 압력은 각각의 물질에 대한 응답 기울기를 결정하기 위해 각각의 물질에 대해 높고 낮게 하였다. 그 결과가 표 14에 나타내어져 있다. 모든 코팅에 대해 측정된 응력은 적절히 낮았으며, 1 기가-파스칼보다 작았다. AZO층에서의 응력은 IZO층에서보다 높았지만, 압력의 증가로 야기되는 작은 변화는 압력 조정이 제한된 이점을 갖는다는 것을 나타낸다. 이들 실험으로부터의 결과에 기초하여, 나머지 DOE에 대한 성막은 3.0mTorr에서 수행되었다.

AZO는 은 층과 접촉하여 사용하기에 아주 양호한 물질인데, 그 이유는 AZO가 최적의 접착력 및 열 안정성을 제공하기 때문이다. 불행하게도, AZO는 화학적 공격에 그다지 안정적이지 않다. 이 때문에, 최소한의 두께의 AZO를 은 층에 대한 버퍼로서 이용하고 나머지 코팅 두께를 IZO, ITO 또는 적당한 스팀 안정성을 갖는 다른 유전체로 제조하는 다층 방법이 선호된다. 섹션 3을 2 부분으로 나누어, 하부 및 상부 AZO 버퍼를 개별적으로 연구하였다. 표 15는 이 평가를 위해 이용되는 적층 설계 및 층 두께를 나타낸 것이다. 전반부의 실험(13-17)은 상부 AZO 버퍼층 두께를 변화시키는 것의 접착력 및 스팀 안정성에 대한 영향을 조사하였다. 후반부의 실험(18-22)은 하부 AZO 버퍼층 두께를 변화시키는 것의 접착력에 대한 영향을 조사하였다. 실험(18-22)이 두꺼운 AZO 상부층을 사용하였기 때문에, 이 테스트에 대한 모놀리딕 AZO 상부층의 기지의 단점으로 인해 스팀 안정성에 대해서는 테스트되지 않았다. 평균된 테스트 결과가 표 16에 나타내어져 있다. 실험(13-17)에서 사용된 AZO 기층은 각각 평균 26 psi 및 34일이라는 블로우 및 스팀 테스트 둘다에서 아주 양호한 결과를 제공하였다. 은 층 아래에서는 스팀 압력솥 노출로부터의 양호한 보호가 있다. AZO 하부층의 두께를 연구한 실험(18-22)은 블로우 테스트에서 평균 21.5 psi이었다. 은 층 상부 또는 하부의 AZO층의 두께에 대해서는 명확한 경향이 나타나지 않았다. 외견상으로는, 50Å AZO 버퍼층이 양호한 접착력을 제공하는 데 적절하다. 이 일련의 실험으로부터의 가장 명백한 경향은 450Å AZO 하부층을 갖는 샘플(실험 13-17)에 대해 코팅 융기가 관찰되지 않는다는 것이다. 실험(18-22)은 블로우 테스트에서 평균 65%의 코팅 융기가 있었다. 또한, 실험(13-17)으로부터의 샘플의 블로우 테스트는 유리 파손으로 좌우되었다. 실험(18-22)으로부터의 샘플에 대한 유리 파손으로 인한 실패율은 낮았다. 그렇지만, 이들 실패가 코팅 융기에 의해 좌우되었다. 불행히도, 실험(18-22)은 아마도 두꺼운 AZO 상부층이 사용되었다는 사실에 의해 무효로 될 수 있다. 외견상으로, 이 두꺼운 층에서의 변형이 IMI 코팅의 접착력을 좌우할 정도로 충분히 크다. 하부 AZO 버퍼층의 두께의 변화로 인한 변형(perturbation)이 상부층의 응력에 의해 압도될 수 있다.

실험 10으로부터의 실행 조건은 440 옹스트롬의 IZO, 50 옹스트롬의 AZO, 80 옹스트롬의 Ag, 50 옹스트롬의 AZO, 449 옹스트롬의 IZO 및 유리를 포함하는 5층 IMI 적층으로 코팅된 몇개의 11.8"x16" 라이트를 준비하는 데 사용되었다. 이들 라이트로부터 절단된 샘플들은 크기가 4"x4"이었다. 각각의 샘플의 광학적 투과율, 헤이즈(haze) 및 시트 저항이 기준(baseline)으로서 측정되었다. 샘플들은 각각 2개씩 이하의 3가지 온도, 200℃, 300℃ 및 400℃ 중 하나에서 5분, 10분, 15분 및 20분 중 하나의 시간 동안 침적되었다. 각각의 샘플의 투과율, 헤이즈 및 시트 저항이 재측정되어 그의 기준값과 비교되었다. 평균된 데이터가 표 17에 제공되어 있다.

모든 열처리에 대해 IMI 적층의 투과율이 증가하지만, 최대 변화는 300℃ 샘플에 대해 관찰되었다. 400℃ 샘플은 300℃ 샘플에 비해 감소된 투과율 증가를 보여준다. 이것은 상당한 b* 천이를 야기하기도 하는 상당한 광학적 특성 변화에 의해 야기된다. UV 흡수 경계의 가시 영역으로의 관찰된 편이에 대한 가능한 설명은 IZO가 고온에 의해 수정된다는 것이다. 또 하나의 가능한 설명은 Ag 표면 플라스몬 대역이 AZO/Ag 계면에서의 화학적 또는 구조적 변화로 인해 고온에서 편이한다는 것이다. 이것은 기존의 Ag/AZO 기반 저방사 코팅(low emissivity coating)의 관찰된 고온 응답에 기초할 때 가능성이 적다.

이들 실험을 위해, 헤이즈는 표면 반사율(Y_R)의 비거울 성분(non-specular component)으로서 정의된다. 200℃ 및 300℃ 둘다에서, 측정될 정도의 헤이즈 변화가 없었다. 이것은 또한 400℃에서 가장 짧은 침적 기간(5분)에 대해서도 마찬가지였다. 400℃에서의 긴 침적 기간은 측정될 정도의 헤이즈 증가를 야기하였지만, 총 헤이즈가 여전히 최소한이었다.

투과율에 대해 그러했던 것처럼, 모든 열처리는 시트 저항을 감소시켰다. 300℃ 처리는 200℃ 실험보다 더 많은 개선을 가져왔다. 400℃ 실험은 5분에서 양호한 결과를 제공하였으며, 이는 300℃ 결과와 비슷하였다. 400℃에서 5분을 넘어서면, 시트 저항의 개선이 점차적으로 사라졌으며, 20분 샘플은 그의 가열전 전도성과 거의 동등하게 되었다. IMI 적층 모두가 10 내지 15분 동안 300℃에서 열처리된다면, 최적의 특성이 달성된다.

이들 결과는 생산에 이용될 가능성이 있는 임의의 열처리 또는 에폭시 경화 방법이 IMI 성능을 열화시키기보다는 IMI 성능을 향상시킨다는 것을 나타낸다. 에폭시 경화 오븐의 온도를 300℃로 증가시키면 IMI 코팅의 특성을 최적화하는 데 최상으로 되지만, 에폭시 성능에 유익하지 않을 가능성이 있다.

이하는 평가를 위한 3층 IMI 적층의 샘플들에 관한 것이다. 이들 적층은 각각의 샘플의 유전체층이 샘플에 걸쳐 조성 기울기(compositional gradient)를 형성함으로써 IZO의 다수의 조성이 동시에 평가될 수 있게 된다는 점에서 NREL(National Renewable Energy Laboratory)에서의 조합 스퍼터링(combinatorial sputtering) 능력으로부터 이득을 본다. IZO는 인듐 산화물(In₂O₃) 및 아연 산화물(ZnO)의 불특정 조합이다. 통상적으로 ~20% Zn이 최적의 전도성을 위해 사용되지만, IMI 적층의 안정성 및 접착력을 향상시키기 위해 IZO의 물리적 및 화학적 특성을 우선적으로 최적화하고자 하였다. 유전체층의 절대 전도성은 IMI 적층의 성능에 그다지 중요하지 않다. 인듐-아연 조성의 4가지 라이브러리가 3층 IMI 적층, 즉 베이스 유전체(400Å), 은(100Å) 및 상부 유전체(400Å)로서 2"x2" 유리 기판(1.1mm) 상에 도포되었다. 각각의 경우에, 가능한 한 거의 균일한 유전체 및 은 두께가 성막되었다. NREL 시스템이 작은 2" 토로이달 마그네트론(toroidal magnetron) 및 정지 기판을 사용하기 때문에, 균일성이 최적은 아니다. 이것 및 다른 몇가지 이유로 인해, 3" 토로이달 마그네트론 및 선형 운동을 갖는 Temescal 코터에 NREL에서의 시스템보다 더 나은 균일성 및 반복성을 제공하는 조합 시스템을 구축하였다. 4개의 라이브러리의 조성 범위가 표 18에 열거되어 있다.

열처리 이전에, 투과율, 시트 저항 및 헤이즈의 기준값이 각각의 샘플에 걸쳐 5개 위치에서 측정되었다. 이들 샘플은 표준 생산(200℃)에 대해 설정된 에폭시 경화 오븐(라인 502)을 통과하였다. 이어서, 투과율, 시트 저항 및 헤이즈가 재측정되었다. 그 결과가 표 19에 제공되어 있다. 이 데이터는 In/Zn 비로 분석될 수 있다. In 함량이 낮고 Zn 함량이 높은 유전체는 높은 투과율 및 낮은 시트 저항을 갖는 IMI 적층을 생성하였다. 열처리 전에 헤이즈는 비슷하였다. 열처리 후에, 아주 높은 Zn 함량에서 헤이즈의 증가가 있었지만, In이 많은 샘플에서 훨씬 더 큰 증가가 있었다. 많은 헤이즈 증가는 열처리 동안에 IZO의 결정화가 있음을 나타내는 것일 수 있다. 이러한 거동은 IZO의 조성 극한값에 대한 문헌에 문서화되어 있다.

이들 실험의 결과는 아주 흥미롭다. 일반적으로, IZO는 전도성을 최대화하기 위해 대략 20% ZnO 함량으로 성막된다. IMI 적층의 전도성은 은의 어느 한 측면에서 사용되는 유전체층의 절대 전도성에 그다지 민감하지 않다. 조합 샘플의 높은 ZnO 함량 범위(~70%)는 열처리에서 최상의 성능을 나타내었다. IZO 층의 전도성은 높은 아연 함량에서 좋지 않지만, IMI 적층의 전체적인 전도성은 이 범위에서 가장 높았다. 열처리전 헤이즈 및 투과율도 높은 ZnO 함량에서 최적이었다. ~30% In₂O₃ 함량이 적당한 접착력을 유지하면서 적당한 스팀 성능을 제공하기에 충분히 높은 경우, IMI 적층에 대해 3층 설계가 실용가능할 수 있다.

대안의 유전체층의 이점의 평가의 일부로서 또한 어떤 특허 문서를 지원하기 위해 광학적 모델링이 수행되었다. 모델링의 목표는 물질 대체를 통해 IMI 적층의 컬러 및 투과율에 대한 잠재적인 개선을 정량화하는 것이었다. 두번째 IMI DOE 보고서에 기술된 바와 같이, 코팅된 유리의 투과율은 출구 매질(exit medium)이 공기인지 프로필렌-카보네이트(PC) 용액인지에 따라 상당히 변할 수 있다. 유리 상의 1/2파 ITO의 경우에, 모델링된 투과율은 공기에 대해 88.0%부터 프로필렌-카보네이트에 대한 92.4%까지 향상된다. 간단함을 위해, 이 모델에서 3층 적층이 사용되었다(표 20). Ag층 위아래에 50Å AZO 버퍼층의 추가는 적층의 광학적 특성에 최소한의 영향을 갖는다.

중간 굴절률에서 높은 굴절률까지의 범위에 있는 4개의 유전체 물질이 평가를 위해 선택되었다. 이들 물질은 TiSi₂O₆ (1.7), IZO (2.0), cold TiO₂ (2.4) 및 hot TiO₂ (2.8)이다. 최초의 연구에서, 적층은 공기 및 프로필렌-카보네이트 출구 매질 둘다에 대해 최적화되었다. 여기에 제공된 데이터는 전적으로 프로필렌-카보네이트 경우에 대한 최적화에 기초한 것이다. 각각의 유전체 물질에 대해, 몇개의 Ag 두께가 평가되었다. 그 데이터가 표 21에 제공되어 있다. 각각의 예에서, 유전체 물질 및 은 두께가 선택되었다. 이어서, TFCalc를 이용하여, 최적의 투과율을 제공하기 위해 유전체층 두께가 세분되었다. 비교를 위해, 각각의 경우에, 공기 출구 매질에 대한 투과율도 주어져 있다. 2가지 저굴절률의 경우에, 얇은 Ag 경우에 대해 공기에서의 투과율이 더 높다. 프로필렌-카보네이트에 대해 높은 투과율을 갖는 두꺼운 Ag 경우에 대해서는 이 관계가 반대로 된다. TiO₂ 경우 양쪽 모두가 프로필렌-카보네이트에 대해 높은 투과율을 균일하게 제공하였다. 약 30Å을 넘는 은 두께의 경우, TiO₂와 같은 고굴절률 유전체층의 사용을 통해 최적의 투과율이 얻어진다. 6 Ω/sq를 달성하기 위해, IMI 코팅은 두께가 대략 100Å인 Ag층을 필요로 한다. Cr/Ru 후방 반사체를 갖는 100Å Ag층 경우에 대해 컬러가 계산되었다. 이 데이터는 표 22에 제공되어 있다. 동일하게 계산된 OEC 셀(1/2파 ITO)이 비교를 위해 포함되어 있다. TiSi₂O₆ 경우의 높은 밝은 상태 반사율은 오해를 불러 일으킨다. 이 반사율의 상당 부분은, 아주 높은 어두운 상태 반사율로 나타낸 바와 같이, 제2 표면으로 온 것이다. 반사 컬러는 밝은 상태에서 얼마간 녹색이고 어두운 상태에서 매우 갈색이다. IZO 경우에, 밝은 상태 반사율은 낮았고 얼마간 녹색이었다. IZO 셀 어두운 상태 반사율은 참조 OEC 셀보다 단지 약간 더 높으며 매우 중성이다. TiO₂ 셀의 밝은 상태 반사율은 기준보다 단지 1 퍼센트 더 낮고, 색조는 IZO 셀과 같고, 약간 녹색이다. 어두운 상태는 아주 낮은 반사율율 및 본질적으로 중성 컬러를 갖는다. hot TiO₂ 셀은 기준 셀보다 높은 반사율 및 아주 중성인 컬러를 제공한다. 어두운 상태는 낮은 반사율 및 약간 자줏빛 색조를 갖는다.

AZO, IZO, ITO 또는 이들 물질의 소정 조합에 기초한 3층 IMI 적층(100Å Ag)은 OEC 유형 Ru 기반 미러에 대해 약 52.8% 반사율로 제한된다. 유사하게 모델링된 표준 1/2파 ITO 기반 셀은 약 60.1% 반사율을 갖는다. IMI 기반 셀의 반사율을 1/2파 ITO에 대해 현재 달성되는 레벨까지 증가시키기 위해, 모델에서 사용되는 TiO₂ 등의 고굴절률층을 포함할 필요가 있다. TiO₂를 포함하는 5층 IMI 적층은 59.2% 반사율에 가까울 가능성이 있다. 고굴절률 물질에 의해 셀 반사율이 표준 셀보다 실제로 약간 더 높은 60.3%에 가까와질 수 있다. IMI 적층 아래의 유리 상에 성막된 단일 TiO₂층은 대략 57.8%의 반사율을 제공한다. IMI 코팅의 투과율이 1/2파 ITO만큼 높을 필요가 있는 경우, 고굴절률층이 적층의 일부이어야만 한다.

본 발명의 전기 변색 소자는 반사성, 컬러, 전기적 스위치 안정성, 환경적 내구성 등의 광학적 및 물리적 특성을 희생시키지 않고 전기 변색 소자의 전체적인 비용을 감소시키는 성분을 갖는 투명 전극을 포함한다. 게다가, 본 발명의 전기 변색 소자는 비교적 제조하기 쉽고, 안정된 제조 공정을 제공하는 데 도움을 주며, 절연체/금속/절연체 적층을 구성하는 데 이용되는 성분들의 선택에 다양성을 제공하고, 특정의 광학적 및 물리적 특성을 달성하기 위해 그의 구성을 조정할 수 있게 한다.

이상의 설명은 양호한 실시예만을 고려한 것이다. 당업자 및 본 발명을 제조 또는 사용자에게는 본 발명의 수정이 안출될 수 있다. 따라서, 도면에 도시되고 이상에 설명된 실시예들이 단지 예시를 위한 것이며 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 보아야 하고 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 잘 알 것이다. 본 발명의 범위는 균등론을 비롯한 특허법의 원리에 따라 해석되는 이하의 청구항에 의해 정의된다.

Claims (80)

1. 전기 변색 소자(electrochromic element)로서,

   제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

   상기 제1 기판에 대해 이격되고, 또한 상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판;

   상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 로케이팅된 전기 변색 매질(electrochromic medium) - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

   상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 적어도 하나의 금속층 및 제2 절연체층을 포함하는 적층(stack)을 포함하고, 상기 전기 변색 소자는 80보다 크거나 같은 연색 지수(color rendering index)를 나타냄 -

   을 포함하는 전기 변색 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 전기 변색 소자는 90보다 크거나 같은 연색 지수를 나타내는 전기 변색 소자.
3. 제2항에 있어서, 상기 전기 변색 소자는 95보다 크거나 같은 연색 지수를 나 타내는 전기 변색 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속층은 단일 금속층을 포함하는 전기 변색 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속층은 은을 포함하는 단일 금속층이고, 상기 적어도 하나의 금속층은 50 옹스트롬과 500 옹스트롬 사이의 두께를 갖는 전기 변색 소자.
6. 제5항에 있어서, 상기 단일 금속층은 75 옹스트롬과 250 옹스트롬 사이의 두께를 갖는 전기 변색 소자.
7. 제6항에 있어서, 상기 단일 금속층은 100 옹스트롬과 150 옹스트롬 사이의 두께를 갖는 전기 변색 소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 절연체층, 상기 적어도 하나의 금속층 및 상기 제2 절연체층을 포함하는 상기 적층의 총 두께는 100 옹스트롬과 700 옹스트롬 사이인 전기 변색 소자.
9. 제1항에 있어서, 맑은 상태(clear state)에서 상기 전기 변색 소자의 태양열 흡수 계수(solar gain coefficient)는 0.70보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
10. 제9항에 있어서, 상기 전기 변색 소자의 태양열 흡수 계수는 0.50보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
11. 제10항에 있어서, 상기 전기 변색 소자의 태양열 흡수 계수는 0.30보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
12. 전기 변색 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

    상기 제1 기판에 대해 이격되고, 또한 상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판;

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 로케이팅된 전기 변색 매질 - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 적어도 하나의 금속층 및 제2 절연체층을 포함하는 적층을 포함하고, 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 하나는 인듐 아연 산화물, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 전기 전도성 TiO₂, CeOx, 주석 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, ZnS, 크롬 산화물, 니오븀 산화물, ZrOx, WO₃, 니켈 산화물, IrO₂ 및 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함함 -

    을 포함하는 전기 변색 소자.
13. 제12항에 있어서, 상기 절연체층들 중 선택된 절연체층은 상기 적어도 하나의 금속층과, 상기 투명 전극층이 덮고 있는 선택된 표면 사이에 위치하는 전기 변색 소자.
14. 제12항에 있어서, 상기 전기 변색 매질과 접촉하고 있는 상기 적층의 절연체층은 10 S/cm보다 크거나 같은 전도성을 갖는 전기 변색 소자.
15. 전기 변색 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

    상기 제1 기판에 대해 이격되고, 또한 상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판;

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 로케이팅된 전기 변색 매질 - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은 상기 전기 변색 매질에 인접한 제1 절연체층, 적어도 하나의 금속층 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 제1 절연체층은 인듐 주석 산화물을 포함하며, 상기 투명 전극층의 투과율은 75%보다 크거나 같음 -

    을 포함하는 전기 변색 소자.
16. 제15항에 있어서, 상기 제1 절연체층은 10 S/cm보다 크거나 같은 전도성을 갖는 전기 변색 소자.
17. 전기 변색 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

    상기 제1 기판에 대해 이격되고, 또한 상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판;

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 로케이팅된 전기 변색 매질 - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은, 제1 절연체층, 금속층, 및 제2 절연체층과, 상기 금속층과 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 어느 하나의 절연체층 사이에 위치한 전기적 안정화층을 포함하고, 상기 전기적 안정화층은 금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 카드뮴, 구리, 니켈, 백금, 이리듐 및 이들의 조합들 중 적어도 선택된 하나를 포함함 -

    을 포함하는 전기 변색 소자.
18. 제17항에 있어서, 상기 금속층은 은을 포함하는 전기 변색 소자.
19. 제17항에 있어서, 상기 전기적 안정화층은 상기 금속층의 브레이크다운 전위(breakdown potential)의 값을 적어도 0.05 볼트만큼 증가시키도록 구성되는 전기 변색 소자.
20. 제17항에 있어서, 상기 전기적 안정화층은 상기 금속층의 브레이크다운 전위의 값을 적어도 0.10 볼트만큼 증가시키도록 구성되는 전기 변색 소자.
21. 제17항에 있어서, 상기 전기적 안정화층은 상기 금속층의 브레이크다운 전위의 값을 적어도 0.20 볼트만큼 증가시키도록 구성되는 전기 변색 소자.
22. 제17항에 있어서, 상기 전기적 안정화층은 상기 금속층의 브레이크다운 전위의 값을 적어도 0.30 볼트만큼 증가시키도록 구성되는 전기 변색 소자.
23. 제17항에 있어서, 상기 금속층은 상기 금속층을 이루고 있는 기초 금속(base metal)과는 다른 귀금속(noble metal)과 합금되는 전기 변색 소자.
24. 제17항에 있어서, 상기 금속층은 인듐 및 티타늄 중 적어도 선택된 하나에 의해 도핑되는 전기 변색 소자.
25. 전기 변색 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

    상기 제1 기판에 대해 이격되고, 또한 상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판;

    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 로케이팅된 전기 변색 매질 - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층 및 제2 절연체층을 포함하고, 상기 금속층은 은을 포함하며, 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 하나는 아연 산화물 및 Sb 또는 이들의 조합들 중 적어도 하나를 포함함 -

    을 포함하는 전기 변색 소자.
26. 제25항에 있어서, 선택된 절연체층들 및 상기 금속층이 덮고 있는 표면 중 적어도 선택된 하나는 낮은 에너지 상태(low energy state)에 있는 전기 변색 소자.
27. 제15항에 있어서, 선택된 절연체층 또는 상기 금속층 아래의 다른 층 및 상기 금속층의 표면 중 적어도 선택된 하나는 이온빔 처리되는 전기 변색 소자.
28. 제15항에 있어서, 선택된 절연체층에 의해 덮여 있는 상기 금속층 아래의 층의 표면은 화학적으로 처리되는 전기 변색 소자.
29. 제15항에 있어서, 상기 금속층 아래의 층의 표면은 이황화물(disulfide) 또는 SO₂ 처리되는 전기 변색 소자.
30. 제17항에 있어서, 상기 금속층은 팔라듐, 구리, 인듐, 티타늄 및 이들의 조합들 중 적어도 선택된 하나에 의해 도핑되는 전기 변색 소자.
31. 제24항에 있어서, 상기 선택된 표면과 상기 제1 절연체층 사이에 로케이팅된 장벽층을 더 포함하고, 상기 장벽층은 실리카, 도핑된 실리카, 인-도핑된 실리카, 비정질 알루니마, 알루미늄 인산염, SiN 및 SnZnOx 중 적어도 하나를 포함하는 전기 변색 소자.
32. 제31항에 있어서, 상기 장벽층은 비정질인 전기 변색 소자.
33. 제15항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층의 절대 응력(absolute stress)은 3GPa보다 작은 전기 변색 소자.
34. 제33항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층의 절대 응력은 1.5GPa보다 작은 전기 변색 소자.
35. 제34항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층의 절대 응력은 0.5GPa보다 작은 전기 변색 소자.
36. 전기 변색 소자를 제조하는 방법으로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판을 제공하는 단계;

    상기 제2 표면에 대향하는 제3 표면 및 상기 제3 표면의 맞은 편의 제4 표면을 갖는 제2 기판을 제공하는 단계;

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면에 투명 전극층을 도포(apply)하는 단계 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층 및 제2 절연체층을 포함함 -;

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면에 에폭시를 도포하는 단계; 및

    상기 에폭시에 적외선 방사를 인가함으로써 상기 제1 기판을 상기 제2 기판에 밀봉하는 단계 - 상기 적외선 방사의 주 파장(major wavelength)은 2.5 미크론(micron)보다 작음 -

    를 포함하는 전기 변색 소자의 제조 방법.
37. 제36항에 있어서, 상기 투명 전극층을 도포하는 단계는 ITO, IZO, AZO, ZnO, 도핑된 ZnO, TiOx, 전기적 전도성 TiOx, CeOx, SnO₂, SiN, SiO₂, ZnS, NiOx, CrOx, NbOx, ZrOx 및 이들의 조합들을 포함하는 것으로서의 상기 제1 절연체층 및 상기 제2 절연체층 중 적어도 선택된 하나를 제공하는 단계를 포함하는 전기 변색 소자의 제조 방법.
38. 제12항 또는 제22항에 있어서, 상기 제1 절연체층과, 상기 투명 전극층이 덮고 있는 상기 선택된 표면 사이에 위치한 장벽층을 더 포함하고, 상기 장벽층은 루테늄, NiCr, NiCrOx, 구리, 티타늄, 니오븀, 니켈, 팔라듐, 백금 및 이들의 조합들 중 적어도 선택된 하나를 포함하는 전기 변색 소자.
39. 제31항에 있어서, 상기 장벽층은 40 옹스트롬보다 작거나 같은 두께를 갖는 전기 변색 소자.
40. 제39항에 있어서, 상기 장벽층의 두께는 20 옹스트롬보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
41. 제12항 또는 제22항에 있어서, 상기 제1 절연체층과, 상기 투명 전극층이 덮고 있는 상기 선택된 표면 사이에 위치한 장벽층을 더 포함하고, 상기 장벽층은 실리카, 도핑된 실리카, 인-도핑된 실리카, 비정질 알루미나, 알루미늄 인산염, SiN, 및 SnZnOx 중 적어도 하나를 포함하는 전기 변색 소자.
42. 제41항에 있어서, 상기 장벽층은 150 옹스트롬보다 작거나 같은 두께를 갖는 전기 변색 소자.
43. 제42항에 있어서, 상기 장벽층의 두께는 100 옹스트롬보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
44. 제43항에 있어서, 상기 장벽층의 두께는 50 옹스트롬보다 작거나 같은 전기 변색 소자.
45. 전기 변색(EC) 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판을 포함하는 제1 베이스 - 상기 제2 표면은 제1 유전체층과 제2 유전체층 사이에 샌드위치된 제1 금속층을 포함하는 제1 광학 박막 구조를 포함하는 투명 전극층을 가지며(carry), 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층은 1.7보다 큰 대응하는 굴절률들을 갖는 물질들을 포함함 -;

    제3 및 제4 표면들을 갖는 제2 베이스 - 상기 제1 및 제2 베이스들은 평행이면서 이격 관계로 배치되어 이들 사이에 갭을 정의하고, 상기 제2 및 제3 표면들은 서로 대향함 -; 및

    상기 갭에 로케이팅된 전기 변색 매질

    을 포함하고,

    표준 D65 발광체에 의해 생성된 광으로 측정된 상기 제1 베이스의 투과율은 50 퍼센트를 초과하는

    전기 변색(EC) 소자.
46. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 투과율은 60 퍼센트를 초과하는 전기 변색(EC) 소자.
47. 제45항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층들은 0.2보다 작은 대응하는 소광 계수(extinction coefficient)들을 갖는 물질들을 포함하는 전기 변색(EC) 소자.
48. 제45항에 있어서, 적어도 하나의 금속층은 300 옹스트롬보다 작은 두께를 갖도록 구성된 은을 포함하고, 이에 의해 상기 제1 베이스의 투과율은 70 퍼센트를 초과하는 전기 변색(EC) 소자.
49. 제47항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층들 중 적어도 하나는 2.0보다 큰 대응하는 굴절률들을 갖는 물질들을 포함하고, 이에 의해 상기 제1 베이스의 투과율은 80 퍼센트를 초과하는 전기 변색(EC) 소자.
50. 제49항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층들은 0.04보다 작은 대응하는 소광 계수들을 갖는 물질들을 포함하는 전기 변색(EC) 소자.
51. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 투과율은 80 퍼센트를 초과하고, 광학 박막 적층의 시트 저항은 5와 9 Ω/sq(Ohms per square) 사이인 전기 변색(EC) 소자.
52. 제51항에 있어서, 상기 광학 박막 적층의 시트 저항은 6과 7 Ω/sq 사이인 전기 변색(EC) 소자.
53. 제45항에 있어서, 적어도 하나의 금속층은 200 옹스트롬보다 작은 두께를 갖도록 구성된 은을 포함하고, 이에 의해 상기 제1 베이스의 투과율은 90 퍼센트를 초과하는 전기 변색(EC) 소자.
54. 제45항에 있어서, 상기 제1 및 제2 유전체층들 중 적어도 하나는 2.5보다 큰 대응하는 굴절률들을 갖는 물질들을 포함하는 전기 변색(EC) 소자.
55. 제45항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는 90보다 크거나 같은 연색 지수를 특징으로 하는 전기 변색(EC) 소자.
56. 제45항에 있어서, 제3 유전체층과 제4 유전체층 사이에 샌드위치된 제2 금속층을 포함하는 제2 광학 박막 구조를 더 포함하고,

    상기 제1 베이스의 투과율은 80 퍼센트를 초과하는 전기 변색(EC) 소자.
57. 제56항에 있어서, 상기 투명 전극층의 시트 저항은 2 Ω/sq 미만인 전기 변색(EC) 소자.
58. 제56항에 있어서, 상기 제3 표면 상의 제2 전극층을 더 포함하고,

    상기 투명 및 제2 전극층들은 등가로(equivalently) 구조화되며,

    상기 전기 변색(EC) 소자는 표준 D65 발광체에 의해 생성된 광으로 70 퍼센트보다 큰 투과율이 측정되는 것을 특징으로 하는 전기 변색(EC) 소자.
59. 제45항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는, 조명 어셈블리, 디스플레이, 음성 활성화 시스템, 컴퍼스 시스템, 전화기 시스템, 하이웨이 툴 부스 인터페이스, 원격 측정 시스템, 헤드라이트 제어기, 비 센서, 타이어 압력 모니터링 시스템, 네비게이션 시스템, 차선 이탈 경고 시스템 및 적응형 주행 제어 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 차량 배면 어셈블리(vehicular rearview assembly) 내에 구성되는 전기 변색(EC) 소자.
60. 제45항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는 0.5보다 작은 태양열 흡수 계수를 갖는 윈도우의 일부로서 구성되는 전기 변색(EC) 소자.
61. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 UV-투과율은 75 퍼센트보다 작은 전기 변색(EC) 소자.
62. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 UV-투과율은 50 퍼센트보다 작은 전기 변색(EC) 소자.
63. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 UV-투과율은 25 퍼센트보다 작은 전기 변색(EC) 소자.
64. 제45항에 있어서, 상기 제1 베이스의 UV-투과율은 15 퍼센트보다 작은 전기 변색(EC) 소자.
65. 전기 변색(EC) 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판을 포함하는 제1 베이스 - 상기 제2 표면은 적어도 두 구간(period)을 갖는 주기적인 광학 박막 구조를 포함하는 제1 투명 전극층을 가지고, 상기 구간들 각각은 제1 유전체층과 제2 유전체층 사이에 샌드위치된 금속층을 포함함 -;

    제3 및 제4 표면들을 갖는 제2 베이스 - 상기 제1 및 제2 베이스들은 평행이면서 이격 관계로 배치되어 이들 사이에 갭을 정의하고, 상기 제2 및 제3 표면들은 서로 대향함 -; 및

    상기 갭에 로케이팅된 전기 변색 매질

    을 포함하고,

    표준 D65 발광체에 의해 생성된 광으로 측정된 상기 전기 변색(EC) 소자의 투과율은 60 퍼센트를 초과하는

    전기 변색(EC) 소자.
66. 제65항에 있어서, 상기 제2 베이스는 상기 제3 표면 상의 제2 투명 전극층을 가지고,

    상기 제2 투명 전극층은 상기 제1 투명 전극층의 구조와 등가 구조를 갖는 전기 변색(EC) 소자.
67. 제65항에 있어서, 상기 제1 투명 전극층의 시트 저항은 2 Ω/sq 미만인 전기 변색(EC) 소자.
68. 제65항에 있어서, 상기 금속층은 은을 포함하고,

    제1 및 제2 유전체층들은 인듐 아연 산화물 및 알루미늄 아연 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 전기 변색(EC) 소자.
69. 제65항에 있어서, 상기 금속층의 두께는 225 옹스트롬을 초과하지 않는 전기 변색(EC) 소자.
70. 제65항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는, 조명 어셈블리, 디스플레이, 음성 활성화 시스템, 컴퍼스 시스템, 전화기 시스템, 하이웨이 툴 부스 인터페이스, 원격 측정 시스템, 헤드라이트 제어기, 비 센서, 타이어 압력 모니터링 시스템, 네비게이션 시스템, 차선 이탈 경고 시스템 및 적응형 주행 제어 시스템 중 적어도 하나를 포함하는 차량 배면 어셈블리 내에 구성되는 전기 변색(EC) 소자.
71. 제65항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는 0.5보다 작은 태양열 흡수 계수를 갖는 윈도우의 일부로서 구성되는 전기 변색(EC) 소자.
72. 전기 변색(EC) 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판을 포함하는 제1 베이스 - 상기 제2 표면은 제1 전극층을 가짐 -;

    제3 및 제4 표면들을 갖는 제2 베이스 - 상기 제1 및 제2 베이스들은 평행이면서 이격 관계로 배치되어 이들 사이에 갭을 정의하고, 상기 제2 및 제3 표면들은 서로 대향함 -; 및

    상기 갭에 로케이팅된 전기 변색 매질

    을 포함하고,

    상기 제1 전극층은 제1 유전체층과 제2 유전체층 사이에 샌드위치된 제1 금속층을 포함하는 제1 광학 박막 적층을 포함하고, 상기 제1 전극층은 UV(ultraviolet) 광으로 측정된 상기 전기 변색(EC) 소자의 투과율이 50 퍼센트를 초과하지 않도록 구성되는

    전기 변색(EC) 소자.
73. 제72항에 있어서, 제1 및 제2 절연체층들 중 적어도 하나는 인듐 아연 산화물, 인듐 주석 산화물, 알루미늄 아연 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 전기 전도성 TiO₂, CeOx, 주석 이산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 이산화물, ZnS, 크롬 산화물, 니오븀 산화물, ZrOx, WO₃, 니켈 산화물, IrO₂ 중 적어도 선택된 하나를 포함하고,

    이에 의해 UV 광으로 측정된 상기 전기 변색(EC) 소자의 투과율은 25 퍼센트를 초과하지 않는 전기 변색(EC) 소자.
74. 제72항에 있어서, 상기 제1 전극층의 시트 저항은 5와 9 Ω/sq 사이인 전기 변색(EC) 소자.
75. 제72항에 있어서, 상기 전기 변색(EC) 소자는 90보다 크거나 같은 연색 지수를 특징으로 하는 전기 변색(EC) 소자.
76. 제72항에 있어서, 상기 제1 전극층은 제3 유전체층과 제4 유전체층 사이에 샌드위치된 제2 금속층을 포함하고 또한 상기 제1 광학 박막 적층과 인접하는 제2 광학 박막 적층을 포함하고,

    상기 제1 전극층의 시트 저항은 2 Ω/sq를 초과하지 않는 전기 변색(EC) 소자.
77. 제72항에 있어서, 상기 제3 표면 상에 배치된 제2 전극층을 더 포함하고,

    상기 제1 및 제2 전극층들은 등가 구조들을 갖는 전기 변색(EC) 소자.
78. 전기 변색(EC) 소자로서,

    제1 표면, 및 상기 제1 표면의 맞은 편의 제2 표면을 갖는 제1 기판;

    제3 및 제4 표면들을 갖는 제2 기판 - 상기 제1 및 제2 기판들은 평행이면서 이격 관계로 배치되어 이들 사이에 갭을 정의하고, 상기 제2 및 제3 표면들은 서로 대향함 -;

    상기 갭에 로케이팅된 전기 변색 매질 - 상기 전기 변색 매질은 전계의 인가 시에 변할 수 있는 광 투과율을 가짐 -; 및

    상기 제2 표면 및 상기 제3 표면 중 적어도 선택된 하나의 표면의 적어도 일부분을 덮고 있는 투명 전극층 - 상기 투명 전극층은 제1 절연체층, 금속층 및 제2 절연체층을 포함하는 적층을 포함함 -

    을 포함하고,

    상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층은 3GPa보다 작은 절대 응력을 갖는

    전기 변색(EC) 소자.
79. 제78항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층의 절대 응력은 1.5GPa보다 작은 전기 변색(EC) 소자.
80. 제78항에 있어서, 상기 제1 및 제2 절연체층들 중 임의의 절연체층의 절대 응력은 0.5GPa보다 작은 전기 변색(EC) 소자.

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