KR20100044196A - 개량된 박막 코팅, 전기 광학 요소 및 이들 요소를 포함하는 어셈블리 - Google Patents
개량된 박막 코팅, 전기 광학 요소 및 이들 요소를 포함하는 어셈블리 Download PDFInfo
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- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3649—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer made of metals other than silver
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
- C03C17/00—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating
- C03C17/34—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions
- C03C17/36—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal
- C03C17/3602—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer
- C03C17/3657—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating having optical properties
- C03C17/3663—Surface treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by coating with at least two coatings having different compositions at least one coating being a metal the metal being present as a layer the multilayer coating having optical properties specially adapted for use as mirrors
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- E06B—FIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
- E06B3/00—Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
- E06B3/66—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
- E06B3/67—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light
- E06B3/6715—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light specially adapted for increased thermal insulation or for controlled passage of light
- E06B3/6722—Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light specially adapted for increased thermal insulation or for controlled passage of light with adjustable passage of light
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on an electrochromic effect
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Abstract
전기 광학 요소들은 다양한 차량 및 건축 응용들에서 일반화되고 있다. 다양한 전기 광학 요소 구성들은 창문들 및 미러들에 대한 가변 투과율 및/또는 가변 반사율을 제공한다. 본 발명은 다양한 박막 코팅, 전기 광학 요소 및 이러한 요소들을 포함하는 어셈블리에 관한 것이다.
Description
[관련 출원의 상호 참조]
본 출원은, 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로서 포함되는, "IMPROVED THIN-FILM COATINGS, ELECTRO-OPTIC ELEMENTS AND ASSEMBLIES INCORPORATING THESE ELEMENTS"라는 제목으로 2007년 8월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 11/833,701의 이익을 주장한다.
본 발명은 다양한 박막 코팅, 전기 광학 요소, 및 이들 요소를 포함하는 어셈블리에 관한 것이다.
전기 광학 요소들은 다양한 차량 및 건축 응용 분야에서 보편화되고 있다.
전기 광학 요소들은 다양한 차량 및 건축 응용 분야에서 보편화되고 있다. 다양한 전기 광학 요소 구성은 창문 및 미러에 대해 가변 투과율 및/또는 가변 반사율을 제공한다.
도 1, 도 2a 및 도 2b는 가변 투과율 창문(110, 210a, 210b)을 사용하는 다중-승객 수송 수단(102, 202a, 202b)을 나타낸 것이다. 가변 투과율 창문(110, 210a, 210b)을 사용하는 다중-승객 수송 수단은 예를 들어, 비행기(102), 버스(202a) 및 열차(202b)를 포함한다. 그 중 일부가 본 명세서의 다른 곳에서 상세히 기술되는 기타 다중-승객 수송 수단도 가변 투과율 창문(110, 210a, 210b)을 사용할 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 1, 도 2a 및 도 2b에 일반적으로 도시된 다중-승객 수송 수단은 가변 투과율 창문을 제어하는 창문 제어 시스템(도 1 내지 도 2b에는 도시되어 있지 않지만, 도 10을 참조하여 도시되고 기술됨)도 포함하고 있다. 일반 양도된 미국 특허 제6,567,708호 및 2006년 6월 9일자로 출원된 발명의 명칭이 "Variable Transmission Window Systems"인 미국 특허 출원 제60/804,378호는 가변 투과율 창문에 관한 다양한 상세를 기술하고 있으며, 이들 명세서는 그 전체가 본 명세서에 참고 문헌으로서 포함된다.
[도 1]
도 1은 가변 투과율 창문을 갖는 비행기를 나타내는 도면이다.
[도 2a 및 도 2b]
도 2a 및 도 2b는 각각 가변 투과율 창문을 갖는 버스 및 열차를 나타내는 도면이다.
[도 3]
도 3은 가변 투과율 및/또는 가변 반사율 창문을 갖는 건물을 나타낸 도면이다.
[도 4]
도 4는 가변 투과율 창문 및 가변 반사율 백미러를 갖는 차량을 나타낸 도면이다.
[도 5a 내지 도 5e]
도 5a 내지 도 5e는 외부 백미러 어셈블리 및 관련 가변 반사율 요소의 다양한 도면이다.
[도 6a 내지 도 6d]
도 6a 내지 도 6d는 내부 백미러 어셈블리 및 관련 가변 반사율 요소의 다양한 도면이다.
[도 7]
도 7은 가변 반사율 요소의 단면의 프로파일을 나타낸 도면이다.
[도 8a 내지 도 8d]
도 8a 내지 도 8d는 다양한 요소의 단면의 프로파일을 나타낸 도면이다.
[도 9a 내지 도 9j]
도 9a 내지 도 9j는 다양한 요소의 다양한 전기적 접촉(contact)을 나타낸 도면이다.
[도 10]
도 10은 다수의 요소에 대한 전기 제어 개략도이다.
[도 11a 내지 도 11c]
도 11a 내지 도 11c는 다양한 전기 제어 개략도이다.
[도 12]
도 12는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 아르곤 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 13]
도 13은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 벌크 저항 대 산호 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 14]
도 14는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 두께 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 15]
도 15는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 시트 저항 대 아르곤 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 16]
도 16은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 벌크 저항 대 아르곤 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 17]
도 17은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 흡수 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 18]
도 18은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 19]
도 19는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 박막 흡수의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 20]
도 20은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 박막 투과율의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 21 내지 도 32]
도 21 내지 도 32는 다양한 박막 표면 형태를 나타낸 도면이다.
[도 33a 및 도 33b]
도 33a 및 도 33b는 박막 피크 대 피크 표면 거칠기(surface roughness)를 나타낸 도면이다.
[도 34]
도 34는 다양한 박막 물질에 대한 스퍼터링 수율(sputtering yield) 대 이온 에너지의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 35]
도 35는 스퍼터링 수율 대 스퍼터 가스 질량/타겟 질량(target mass)의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 36 및 도 37]
도 36 및 도 37은 확대된 이온-밀링(ion-milling) 결과를 확대하여 나타낸 도면이다.
[도 38]
도 38은 박막 표면 거칠기 대 선속도(line speed)의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 39]
도 39는 박막 반사율 대 이온빔 전류의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 40]
도 40은 박막 반사율 대 선속도의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 41]
도 41은 박막 b* 대 선속도의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 42]
도 42는 박막 반사율 대 이온빔 체재 시간(residence time)의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 43]
도 43은 박막 반사율 대 두께의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44]
도 44는 박막 반사율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44a]
도 44a는 LED 광 강도 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44b]
도 44b는 다양한 요소의 단면 프로파일 도면이다.
[도 44c]
도 44c는 LED 투과율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 45]
도 45는 박막 투과율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 46]
도 46은 박막 반사율 대 두께의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 47]
도 47은 박막 투과율 대 반사율의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 48a 내지 도 53c]
도 48a 내지 도 53c는 박막 반사율 및/또는 투과율 대 파장의 다양한 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 54 내지 도 59]
도 54 내지 도 59는 경사형 박막 코팅을 갖는 요소의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
[도 59a]
도 59a는 다양한 요소의 단면들의 프로파일 도면이다.
[도 59b]
도 59b는 다양한 요소의 단면들의 프로파일 도면이다.
[도 60 내지 도 62]
도 60 내지 도 62는 경사형 박막 코팅을 갖는 요소의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
[도 63]
도 63은 본 발명에 대한 종래 기술에 따른 미러 요소의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1은 가변 투과율 창문을 갖는 비행기를 나타내는 도면이다.
[도 2a 및 도 2b]
도 2a 및 도 2b는 각각 가변 투과율 창문을 갖는 버스 및 열차를 나타내는 도면이다.
[도 3]
도 3은 가변 투과율 및/또는 가변 반사율 창문을 갖는 건물을 나타낸 도면이다.
[도 4]
도 4는 가변 투과율 창문 및 가변 반사율 백미러를 갖는 차량을 나타낸 도면이다.
[도 5a 내지 도 5e]
도 5a 내지 도 5e는 외부 백미러 어셈블리 및 관련 가변 반사율 요소의 다양한 도면이다.
[도 6a 내지 도 6d]
도 6a 내지 도 6d는 내부 백미러 어셈블리 및 관련 가변 반사율 요소의 다양한 도면이다.
[도 7]
도 7은 가변 반사율 요소의 단면의 프로파일을 나타낸 도면이다.
[도 8a 내지 도 8d]
도 8a 내지 도 8d는 다양한 요소의 단면의 프로파일을 나타낸 도면이다.
[도 9a 내지 도 9j]
도 9a 내지 도 9j는 다양한 요소의 다양한 전기적 접촉(contact)을 나타낸 도면이다.
[도 10]
도 10은 다수의 요소에 대한 전기 제어 개략도이다.
[도 11a 내지 도 11c]
도 11a 내지 도 11c는 다양한 전기 제어 개략도이다.
[도 12]
도 12는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 아르곤 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 13]
도 13은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 벌크 저항 대 산호 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 14]
도 14는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 두께 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 15]
도 15는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 시트 저항 대 아르곤 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 16]
도 16은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 벌크 저항 대 아르곤 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 17]
도 17은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 박막 흡수 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 18]
도 18은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 산소 흐름의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 19]
도 19는 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 박막 흡수의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 20]
도 20은 요소 제조 공정에서 이용되는 다양한 공정 가스 압력에 대한 요소 워핑 대 박막 투과율의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 21 내지 도 32]
도 21 내지 도 32는 다양한 박막 표면 형태를 나타낸 도면이다.
[도 33a 및 도 33b]
도 33a 및 도 33b는 박막 피크 대 피크 표면 거칠기(surface roughness)를 나타낸 도면이다.
[도 34]
도 34는 다양한 박막 물질에 대한 스퍼터링 수율(sputtering yield) 대 이온 에너지의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 35]
도 35는 스퍼터링 수율 대 스퍼터 가스 질량/타겟 질량(target mass)의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 36 및 도 37]
도 36 및 도 37은 확대된 이온-밀링(ion-milling) 결과를 확대하여 나타낸 도면이다.
[도 38]
도 38은 박막 표면 거칠기 대 선속도(line speed)의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 39]
도 39는 박막 반사율 대 이온빔 전류의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 40]
도 40은 박막 반사율 대 선속도의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 41]
도 41은 박막 b* 대 선속도의 역의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 42]
도 42는 박막 반사율 대 이온빔 체재 시간(residence time)의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 43]
도 43은 박막 반사율 대 두께의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44]
도 44는 박막 반사율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44a]
도 44a는 LED 광 강도 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 44b]
도 44b는 다양한 요소의 단면 프로파일 도면이다.
[도 44c]
도 44c는 LED 투과율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 45]
도 45는 박막 투과율 대 파장의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 46]
도 46은 박막 반사율 대 두께의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 47]
도 47은 박막 투과율 대 반사율의 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 48a 내지 도 53c]
도 48a 내지 도 53c는 박막 반사율 및/또는 투과율 대 파장의 다양한 그래프를 나타낸 도면이다.
[도 54 내지 도 59]
도 54 내지 도 59는 경사형 박막 코팅을 갖는 요소의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
[도 59a]
도 59a는 다양한 요소의 단면들의 프로파일 도면이다.
[도 59b]
도 59b는 다양한 요소의 단면들의 프로파일 도면이다.
[도 60 내지 도 62]
도 60 내지 도 62는 경사형 박막 코팅을 갖는 요소의 다양한 실시예를 나타낸 도면이다.
[도 63]
도 63은 본 발명에 대한 종래 기술에 따른 미러 요소의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
가변 투과율 창문의 다른 응용 분야가 도 3에 도시되어 있다. 건물(301)의 창문(302)은 가변 투과 기능을 포함하는 것이 유리할 수 있다. 이들 가변 투과 창문이 주거용, 상업용 및 산업용 시설에 포함될 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 4는 다양한 가변 투과율 및 가변 반사율 요소를 포함하는 피제어 차량(controlled vehicle)(400)을 나타낸 것이다. 일례로서, 내부 백미러 어셈블리(interior rearview mirror assembly)(415)가 도시되어 있으며, 적어도 일 실시예에서, 어셈블리(415)는 가변 반사율 미러 요소(variable reflectance mirror element) 및 자동 차량 외부 라이트 제어 시스템(automatic vehicle exterior light control system)을 포함한다. 이러한 자동 차량 외부 라이트 제어 시스템에 대한 상세한 설명은 일반 양도된 미국 특허 제5,837,994호, 제5,990,469호, 제6,008,486호, 제6,130,448호, 제6,130,421호, 제6,049,171호, 제6,465,963호, 제6,403,942호, 제6,587,573호, 제6,611,610호, 제6,621,616호, 제6,631,316호, 및 미국 특허 출원 제10/208,142호, 제09/799,310호, 제60/404,879호, 제60/394,583호, 제10/235,476호, 제10/783,431호, 제10/777,468호 및 제09/800,460호에 포함되어 있으며, 이들은 본 명세서에 그 전체 내용이 참고 문헌으로서 포함된다. 이 피제어 차량은 또한 운전석 측의 외부 백미러 어셈블리(410a), 조수석 측의 외부 백미러 어셈블리(410b), CHMSL(center high mounted stop light)(445), A-필라(A-pillar)(450a, 450b), B-필라(455a, 455b), 및 C-필라(460a, 460b)를 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 이들 장소 중 임의의 장소가 이미지 센서, 이미지 센서들, 또는 관련 처리 및/또는 제어 부품을 위한 대안 장소를 제공할 수 있다는 것을 알아야 한다. 백미러들 중 임의의 것 또는 그 전부가 자동 조광 전기 광학 미러(automatic dimming electro-optic mirror)(즉, 가변 반사율 미러 요소)일 수 있다는 것을 알아야 한다. 적어도 일 실시예에서, 피제어 차량은 가변 투과율 창문(401, 402)을 포함할 수 있다. 이 피제어 차량은 헤드라이트(headlight)(420a, 420b), 포일 웨더 라이트(foil weather light)(430a, 430b), 전방 회전 지시등/경고등(front turn indicator/hazard light)(435a, 435b), 미등(tail light)(425a, 425b), 후방 회전 지시등(426a, 426b), 후방 경고등(427a, 427b), 및 후진등(backup light)(440a,440b)을 포함하는 다수의 외부 라이트를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 별도의 하향빔(low beam) 및 상향빔(high beam) 헤드라이트, 다목적 조명을 포함하는 통합 라이트(integrated light) 등의 추가적인 외부 라이트가 제공될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 외부 라이트들 중 임의의 라이트는 주어진 외부 라이트의 관련 주 광축(primary optical axis)을 조정하는 포지셔너(positioner)(도시되지 않음)를 구비하고 있을 수 있다는 것을 알아야 한다. 적어도 일 실시예에서, 적어도 하나의 외부 미러 어셈블리는 방향들(410a1, 410a2, 410b1, 410b2)로의 피벗팅을 가능하게 해주는 피벗팅 메커니즘(pivoting mechanism)을 구비하고 있다. 도 4의 피제어 차량이 일반적으로 예시를 위한 것이고, 참고 문헌으로서 본 명세서에 포함된 특허 및 특허 출원에 개시된 것과 같은 적당한 자동 조광 백미러가 본 명세서에 그리고 참고 문헌으로서 본 명세서에 포함된 개시 내용에 기술된 다른 특징들과 함께 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
양호하게는, 이 피제어 차량은 단위 배율(unit magnification)의 내부 백미러를 포함한다. 본 명세서에서 사용될 때, 단위 배율 미러(unit magnification mirror)는 통상의 제조 공차를 초과하지 않는 결함을 제외하고, 물체의 이미지의 각도 높이 및 폭(angular height and width)이 동일한 거리에서 직접 볼 때의 그 물체의 각도 높이 및 폭과 같게 하는 반사 표면을 갖는 평면 또는 평탄한 미러를 의미한다. 적어도 하나의 연관된 위치가 단위 배율을 제공하는 프리즘 주야 조정 백미러(prismatic day-night adjustment rearview mirror)가 본 명세서에서 단위 배율 미러인 것으로 간주된다. 양호하게는, 이 미러는, 피제어 차량에 운전자와 4명의 승객, 또는 더 적을 경우에 평균 탑승자 무게 68kg에 기초한 지정된 탑승자 용량이 타고 있을 때, 투사된 시점(projected eye point)으로부터 측정된 20도의 수평 사잇각(included horizontal angle), 및 피제어 차량의 후방으로 61m보다 크지 않은 지점에서 시작하여 수평선으로 연장하는 평탄한 도로 표면의 시야를 제공하기에 충분한 수직 각도를 갖는 시야를 제공한다. 착석한 탑승자에 의해 또는 머리 받침대(head restraint)에 의해 시선(line of sight)이 부분적으로 가려질 수 있다는 것을 알아야 한다. 운전자의 눈 기준점(eye reference point)의 위치는 양호하게는 규정에 따르거나 임의의 95% 남성 운전자에 적절한 공칭 위치이다. 적어도 일 실시예에서, 피제어 차량은 단위 배율의 외부 미러를 적어도 하나 포함한다. 양호하게는, 외부 미러는, 가장 넓은 지점에서 피제어 차량의 운전석 쪽에 접하는 세로 평면에 수직이고, 시트가 최후단 위치에 있는 상태에서 운전자의 눈 뒤로 10.7m에 있는 상기 접하는 평면으로부터 밖으로 2.4m 연장하는 라인으로부터 수평선으로 연장하는 평탄한 도로 표면의 시야를 피제어 차량의 운전자에게 제공한다. 시선이 피제어 차량의 후방 차체 또는 펜더(fender) 윤곽에 의해 부분적으로 가려질 수 있다는 것을 알아야 한다. 양호하게는, 운전자의 눈 기준점의 위치는 규정에 따르거나 임의의 95% 남성 운전자에 적절한 공칭 위치이다. 양호하게는, 조수석 쪽의 미러는 대응하는 앞유리의 닦이지 않은 부분에 의해 가려지지 않으며, 양호하게는 운전자의 착석 위치로부터 수평 및 수직 방향 양자에서 경사지게 함으로써 조정가능하다. 적어도 일 실시예에서, 피제어 차량은 조수석 쪽에 설치된 볼록 미러(convex mirror)를 포함한다. 양호하게는, 이 미러는 수평 및 수직 방향 양자에서 경사지게 함으로써 조정되도록 구성되어 있다. 양호하게는, 각각의 외부 미러는 126cm보다 작지 않은 반사 표면을 포함하고, 피제어 차량의 연관된 측면을 따라 후방으로의 시야를 운전자에게 제공하도록 위치되어 있다. 양호하게는, SAE Recommended Practice J964, OCT84에 따라 결정되는, 임의 미러의 평균 반사율은 적어도 35%(많은 유럽 국가에서는 40%임)이다. 본 발명에 따른 전기 광학 미러 요소에서와 같이, 미러 요소가 다수의 반사율 레벨을 가질 수 있는 실시예에서, 주간 모드에서의 최소 반사율 레벨은 적어도 35%(유럽에서 사용하기 위한 경우 40%)이고, 야간 모드에서의 최소 반사율 레벨은 적어도 4%이다. 본 발명의 다양한 실시예가 모터사이클 앞유리 및 백미러에 동일하게 적용가능하다는 것을 알아야 한다.
이제, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 외부 백미러 어셈블리(510a, 510b)의 다양한 부품이 도시되어 있다. 본 명세서에서 상세히 기술되는 바와 같이, 전기-광학 미러 요소는 제1 기판(521b), 및 1차 시일(primary seal)(523b)을 통해 제1 기판과 일정 간격으로 떨어져 고정되어 있는 제2 기판(522b)을 포함할 수 있고, 이 양 기판 사이에는 챔버가 형성된다. 적어도 일 실시예에서, 적어도 하나의 챔버 충전 포트(chamber fill port)(523b1)를 형성하기 위해 1차 시일의 적어도 일부분에 보이드(void)가 남겨진다. 전기 광학 매질이 챔버 내에 봉입되며, 충전 포트(들)가 플러그 물질(plug material)(523b2)로 밀폐되어 있다. 양호하게는, 플러그 물질은 UV 경화성 에폭시 또는 아크릴 물질이다. 적어도 하나의 실시예에서, 스펙트럼 필터 물질(spectral filter material)(545a, 545b)이 미러 요소의 주변 근방에서 제1 기판의 제2 표면에 근접하여 위치해 있다. 전기 커넥터(525b1, 525b2)는 양호하게는 제1 접착 물질(526b1, 526b2)을 통해 요소에 각각 고정되어 있다. 미러 요소는 제2 접착 물질(570b)을 통해 캐리어 플레이트(carrier plate)(575b)에 고정되어 있다. 외부 백미러로부터 피제어 차량의 다른 부품으로의 전기적 접속은 양호하게는 커넥터(585b)를 통해 이루어진다. 이 캐리어는 포지셔너(positioner)(580b)를 통해 관련 하우징 마운트(housing mount)(585b)에 부착되어 있다. 양호하게는, 이 하우징 마운트는 하우징(515a, 515b)과 맞물려 있고 적어도 하나의 파스너(fastener)(534b4)를 통해 고정되어 있다. 양호하게는, 하우징 마운트는 스위블 마운트(swivel mount)(533b)와 맞물리도록 구성되어 있는 스위블 부분(swivel portion)을 포함한다. 스위블 마운트는 양호하게는 적어도 하나의 파스너(531b)를 통해 차량 마운트(530b)에 맞물리도록 구성되어 있다. 이들 부품, 부가적인 부품, 이들의 상호 연결 및 동작에 대한 부가적인 상세가 본 명세서에 제공된다.
도 5a 및 도 5b를 더 참조하면, 외부 백미러 어셈블리(510a)는 관측자와 1차 시일 물질(523b) 사이에 스펙트럼 필터 물질(524b)이 위치하는 상태에서 제1 기판(521b)이 보여지도록 배향되어 있다. 사각지대 표시기(blind spot indicator)(550a), 키홀 조명기(keyhole illuminator)(555a), 퍼들 라이트(puddle light)(560a), 보조 회전 신호(540a1 또는 541a), 광 센서(565a), 이들 중 어느 하나, 이들의 하위 조합(subcombination), 또는 이들의 조합(combination)이 백미러 어셈블리 내에 포함될 수 있으며, 따라서 이들은 관측자에 대해 그 요소의 뒤쪽에 배치될 수 있다. 양호하게는, 본 명세서 및 본 명세서에 인용된 많은 참고 문헌 내에 상세히 기술되어 있는 바와 같이, 장치들(550a, 555a, 560a, 540a, 또는 541a, 565a)은 적어도 부분적으로 보이지 않도록 미러 요소와 조합하여 구성되어 있다. 이들 부품, 부가적인 부품, 이들의 상호 관계 및 동작에 대한 부가적인 상세가 본 명세서에 포함되어 있다.
이제, 도 5c 내지 도 5e를 참조하면, 본 발명에 따른 부가적인 특징에 대한 설명이 제공된다. 도 5c는 스펙트럼 필터 물질(596c)이 관측자와 1차 시일 물질(578c) 사이에 배치되어 있는 상태에서 제1 기판(502c)으로부터 본 백미러 요소(500c)를 나타낸 것이다. 제1 분리 영역(first separation area)(540c)이 제1 전도성 부분(508c)과 제2 전도성 부분(530c)을 실질적으로 전기적 절연시키기 위해 제공되어 있다. 주변부 물질(perimeter material)(560c)이 요소의 가장자리에 도포되어 있다. 도 5d는 1차 시일 물질(578d)이 관측자와 스펙트럼 필터 물질(596d) 사이에 위치되어 있는 상태에서 제2 기판(512d)으로부터 본 백미러 요소(500d)를 나타낸 것이다. 제3 전도성 부분(518d)과 제4 전도성 부분(587d)을 실질적으로 전기적 절연시키기 위해 제2 분리 영역(586d)이 제공되어 있다. 주변부 물질(560d)이 백미러 요소의 가장자리에 도포되어 있다. 도 5e는 도 5c 또는 도 5d의 요소의 절취선 도 5e-도 5e로부터 본 백미러 요소(500e)를 나타낸 것이다. 제1 기판(502e)은 1차 시일 물질(578e)을 통해 제2 기판(512e)과 일정 간격을 두고 떨어져 있는 관계로 고정되어 있는 것으로 도시되어 있다. 스펙트럼 필터 물질(적어도 일 실시예에서 본 명세서에서 "크롬 링(chrome ring)"이라고 함)(596e)이 관측자와 1차 시일 물질(578e) 사이에 위치해 있다. 요소에 대한 전기적 접속을 용이하게 하기 위해 제1 및 제2 전기 클립(electrical clip)(563e, 584e)이 각각 제공되어 있다. 주변부 물질(560e)이 백미러 요소의 가장자리에 도포되어 있다. 1차 시일 물질은 실크-스크리닝(silk-screening) 또는 디스펜싱(dispensing)과 같이 LCD 업계에서 통상적으로 사용되는 수단으로 도포될 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는 Yasutake 등의 미국 특허 제4,094,058호는 적용가능한 방법에 대해 기술하고 있다. 이들 기술을 사용하여, 1차 시일 물질이 개별적으로 절단되어 형상을 갖춘 기판(individually cut to shape substrate)에 도포될 수 있거나, 대형 기판 상의 다수의 1차 시일 형상으로서 도포될 수 있다. 이어서, 다수의 1차 시일이 도포되어 있는 대형 기판은 다른 대형 기판에 라미네이트(laminate)될 수 있고, 1차 시일 물질을 적어도 부분적으로 경화시킨 후에 개별적인 미러 형상이 그 라미네이트(laminate)로부터 절단될 수 있다. 이러한 다중 처리 기술은 LCD를 제조하는 데 통상적으로 사용되는 방법이고, 때때로 어레이 공정이라고 한다. 본 발명에 따른 전기 광학 장치는 유사한 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 투명 도체, 반사체, 스펙트럼 필터 및, 고체 상태 전기 광학 장치의 경우, 전기-광학층 또는 층들과 같은 모든 코팅이 대형 기판에 도포되어, 필요에 따라 패터닝될 수 있다. 이들 코팅은 마스크를 통해 코팅을 도포하는 것, 코팅 아래에 패터닝된 가용성 층(patterned soluble layer)을 선택적으로 도포하고, 코팅 도포, 레이저 박리(laser ablation) 또는 에칭 후에 가용성층 및 가용성층 상부의 코팅을 제거하는 것과 같은 다수의 기술을 사용하여 패터닝될 수 있다. 이들 패턴은 제조 공정 전체에 걸쳐 기판을 정확하게 정렬 또는 배치하는 데 사용되는 위치 맞춤 마크 또는 타겟(registration mark or target)을 포함할 수 있다. 이것은 보통 예를 들어 패턴 인식 기술을 이용하는 시각 시스템에 의해 광학적으로 행해진다. 위치 맞춤 마크 또는 타겟은 또한, 원하는 경우, 샌드 블라스팅(sand blasting), 레이저 또는 다이아몬드 스크라이빙(laser or diamond scribing)에 의해 유리에 직접 도포될 수 있다. 라미네이트된 기판들 간의 간격을 제어하는 이격 매체(spacing media)가 1차 시일 물질에 넣어지거나 라미네이션(lamination)에 앞서 기판에 도포될 수 있다. 이격 매체 또는 수단은 완성된 싱귤레이션된 미러 어셈블리(finished singulated mirror assembly)로부터 절단되어 나오는 라미네이트의 영역에 도포될 수 있다. 장치가 액상의 전기 광학 미러 요소(solution phase electro-optic mirror element)인 경우, 라미네이트된 어레이는 전기 광학 물질로 충전하고 충전 포트(fill port)를 막기 전 또는 후에 절단되어 형상을 갖출 수 있다.
이제 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 스펙트럼 필터 물질(645a) 또는 베젤(bezel)(645b)이 관측자와 l차 시일 물질(도시 생략) 사이에 위치되어 있는 상태에서 제1 기판(622a, 622b)을 바라볼 때의 내부 백미러 어셈블리(610a, 610b)가 도시되어 있다. 미러 요소는 가동 하우징(movable housing)(675a, 675b) 내에 위치되어 있고, 옵션으로서 마운팅 구조(mounting structure)(681a: 고정 하우징을 가짐 또는 681b: 고정 하우징을 갖지 않음) 상에서 고정 하우징(stationary housing)(677a)과 결합되는 것으로 도시되어 있다. 제1 표시자(686a), 제2 표시자(687a), 조작자 인터페이스(691a, 691b) 및 제1 광 센서(696a)는 가동 하우징의 턱 부분(chin portion)에 위치되어 있다. 제1 정보 디스플레이(688a, 688b), 제2 정보 디스플레이(689a), 및 제2 광 센서(697a)가 보는 사람에 대해 미러 요소 뒤에 있도록 백미러 어셈블리 내에 포함되어 있다. 외부 백미러 어셈블리와 관련하여 기술된 바와 같이, 장치(688a, 688b, 689a, 697a)가 본 명세서에 상세히 기술된 것처럼 적어도 부분적으로 보이지 않도록 되어 있는 것이 바람직하다. 적어도 일 실시예에서, 내부 백미러 어셈블리는 인쇄 회로 기판(665b)에 있는 적어도 하나 이상의 조명 어셈블리(illumination assembly)(670b), 적어도 하나의 마이크로폰, 이들의 하위 조합, 이들의 조합, 또는 상기한 장치들과의 다른 조합을 포함할 수 있다. 본 발명의 양태들은 개별적으로 또는 집합적으로 전기 광학 창문 또는 미러에 다수의 조합으로 포함될 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 6c는 제3 표면, 제4 표면 또는 제3 표면 및 제4 표면 양자 상의 물질 적층(a stack of materials)을 포함하는 제2 기판(612c)의 평면도를 나타낸 것이다. 적어도 일 실시예에서, 1차 시일 물질 아래에서, 물질 적층의 적어도 일부분(620c1) 또는 물질 적층의 적어도 실질적으로 불투명한 층들이 제거되거나 마스킹되어 있다. 물질 적층의 적어도 한 층의 적어도 일부(620c2)는 실질적으로 기판의 외부 가장자리까지 연장하거나, 제3 표면 적층과 요소 구동 회로(도 6c에 도시되어 있지 않음) 사이의 전기적 접촉을 용이하게 해주는 영역까지 연장된다. 관련 실시예들은 요소 조립 후에 미러 또는 창문 요소의 후방으로부터의 시일의 검사 및/또는 플러그 관찰 및/또는 플러그 경화를 제공한다. 적어도 일 실시예에서, 물질 적층(620c)의 외부 가장자리(620c1)의 적어도 일부분이 1차 시일 물질(678c)의 내부 가장자리(678c1)와 내부 가장자리(678c2) 사이에 위치하고 있다. 적어도 일 실시예에서, 1차 시일 물질 아래에서 대략 2mm 내지 대략 8mm 폭으로, 양호하게는 대략 5mm 폭으로, 물질 적층의 일부분(620c1) 또는 물질 적층의 적어도 실질적으로 불투명한 층들이 제거되거나 마스킹된다. 물질 적층의 적어도 한 층의 적어도 일부분(620c2)은 실질적으로 기판의 외부 가장자리까지 연장하거나 대략 0.5mm 내지 대략 5mm 폭으로, 양호하게는 대략 1mm 폭으로, 제3 표면 적층과 요소 구동 회로(도시 생략) 사이의 전기적 접촉을 용이하게 해주는 영역까지 연장한다. 제1, 제2, 제3, 및 제4 표면 물질층들 또는 물질 적층들 중 임의의 것이 본 명세서 또는 본 명세서의 다른 곳에서 인용된 인용 문헌들에 개시된 바와 같을 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 6d는 제3 표면 물질 적층을 포함하는 제2 기판(612d)의 평면도를 나타낸 것이다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면 물질 적층(620d)의 외부 가장자리(620d1)의 적어도 일부분이 1차 시일 물질(678d)의 외부 가장자리(678d1)와 내부 가장자리(678d2) 사이에 위치하고 있다. 적어도 하나의 관련 실시예에서, 전도성 탭 부분(682d)이 제2 기판의 가장자리로부터 1차 시일 물질(678d)의 외부 가장자리(678d1)의 안쪽으로 연장한다. 적어도 하나의 관련 실시예에서, 전도성 탭 부분(682d1)은 1차 시일 물질(678d) 아래에서 제3 표면 물질 적층의 적어도 일부분과 중첩하고 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면 물질 적층의, 전도성 금속 산화물과 같은 실질적으로 투명한 전도성층(개별적으로 도시되지 않음)이, 제3 표면으로의 외부 전기 접속을 제공하기 위해, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제3 표면 적층의 나머지의 외부 가장자리(620d1)를 넘어 연장한다. 전도성 탭은 도 9c 내지 도 9i에 도시된 바와 같이 기판 주변 영역들 중 임의의 영역을 따라 증착될 수 있다는 것을 알아야 한다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 탭 부분은 크롬을 포함한다. 전도성 탭 부분은 전도성 전극의 전도성을 향상시키지만, 전도성 전극층이 충분한 전도성을 갖추고 있는 한, 전도성 탭 부분이 옵션이라는 것을 알아야 한다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 전극층은 원하는 전도성을 제공하는 것에 더하여, 대응하는 반사 광선의 원하는 컬러 고유 특성을 제공한다. 따라서, 전도성 전극이 생략되어 있을 때, 컬러 특성은 하층 물질 사양(underlayer material specification)을 통해 제어된다. 제1, 제2, 제3 및 제4 표면 물질층 또는 표면 물질 적층 중 임의의 것이 본 명세서 또는 본 명세서의 다른 곳에 인용된 인용 문헌들에 개시된 바와 같을 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 7은 더 많은 상세를 제공하기 위해 도 5e에 도시된 요소의 확대도인 백미러 요소(700)를 나타낸 것이다. 요소(700)는 제1 표면(704) 및 제2 표면(706)을 갖는 제1 기판(702)을 포함한다. 제2 표면(706)에 도포된 제1 전도성 전극 부분(708) 및 제2 전도성 전극 부분(730)은 제1 분리 영역(740)을 통해 서로 실질적으로 전기적 절연되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 적어도 일 실시예에서, 분리 영역은, 스펙트럼 필터 물질(796) 및 대응하는 접착 촉진 물질(adhesion promotion material)(793)도 실질적으로 전기적 절연되어 제1 및 제2 스펙트럼 필터 물질 부분(724, 736)을 각각 정의하고 또한 제1 및 제2 접착 촉진 물질 부분(727, 739)을 각각 정의하도록 위치되어 있다. 제1 분리 영역(740, 540c, 540d, 540e)의 일부분이 그의 중심 부근에 위치한 1차 시일 물질(778)의 일부분 내에서 평행하게 연장하는 것으로 도시되어 있다. 분리 영역(740)의 이 부분은 관측자가 스펙트럼 필터 물질 내의 라인을 쉽게 인지하지 못하도록 배치될 수 있는데, 예를 들어, 분리 영역의 일부는 스펙트럼 필터 물질(596)의 내부 가장자리(inboard edge)(797)와 실질적으로 정렬될 수 있다는 것을 알아야 한다. 본 명세서의 다른 곳에서 더 상세히 기술되어 있는 바와 같이, 분리 영역(740)의 임의의 일부분이 1차 시일 물질의 내부에 위치되어 있을 때, 전기 광학 물질 착색(coloring) 및/또는 클리어링(clearing)의 불연속이 관찰될 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 동작 특성은 주관적으로 시각적으로 매력있는 요소를 도출하기 위해 조작될 수 있다.
도 7을 더 참조하면, 요소(700)는 제3 표면(715) 및 제4 표면(714)을 갖는 제2 기판(712)을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 미러의 주변부의 적어도 일부분을 따라 오프셋을 생성하기 위해 제1 기판이 제2 기판보다 더 클 수 있다는 점에 유의해야 한다. 제3 및 제4 전도성 전극 부분(718, 787)은 각각 제2 분리 영역(786)을 통해 실질적으로 전기적 절연되어 있는 제3 표면(715) 근방에 도시되어 있다. 제2 분리 영역(786, 586c, 586d, 586e)의 일부는 그의 중심 부근에 위치한 1차 시일 물질(778)의 일부분 내에서 평행하게 연장하는 것으로 도시되어 있다. 분리 영역(768)의 이 부분은 관측자가 스펙트럼 필터 물질 내의 라인을 쉽게 인지하지 못하도록 배치될 수 있는데, 예를 들어, 분리 영역의 일부는 스펙트럼 필터 물질(796)의 내부 가장자리(797)와 실질적으로 정렬될 수 있다는 것을 알아야 한다. 도 7에 더 도시되어 있는 바와 같이, 반사 물질(720)이 옵션인 오버코트 물질(overcoat material)(722)과 제3 전도성 전극 부분(718) 사이에 도포될 수 있다. 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는 일반 양도된 미국 특허/특허 출원 제6,111,684호, 제6,166,848호, 제6,356,376호, 제6,441,943호, 제10/115,860호, 제5,825,527호, 제6,111,683호, 제6,193,378호, 제09/602,919호, 제10/260,741호, 제60/873,474호 및 제10/430,885호에 개시되어 있는 물질들 중 임의의 물질이 제1 표면 상의 친수성 코팅(hydrophilic coating) 등의 단일 표면 코팅(unitary surface coating), 또는 제1, 제2, 제3 및 제4 표면에 도포된 전도성 전극 물질, 스펙트럼 필터 물질, 접착 촉진 물질, 반사 물질, 오버코트 물질 등의 복합 코팅 적층(composite stack of coatings)을 정의하는 데 이용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 또한, 불소화 알킬 세일라인(fluorinated alkyl saline) 또는 폴리머 등의 친수성 코팅, 실리콘 함유 코팅 또는 특수 텍스처 처리된 표면(specially textured surface)이 제1 표면에 도포될 수 있다는 것을 알아야 한다. 친수성 또는 소수성 코팅은 이러한 코팅이 없는 유리에 대한 제1 표면에 충돌하는 수분의 접촉각을 변경하며, 수분이 존재할 때 후방 시야를 향상시킬 것이다. 제3 표면 및 제4 표면 반사체 실시예 양자가 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 알아야 한다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면 및/또는 제4 표면에 도포되는 물질은 대응하는 표면 적층의 적어도 일부분에 부분 반사/부분 투과 특성을 제공하도록 구성되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면에 도포되는 물질들은 반사체/전도성 전극의 조합을 제공하도록 통합된다. 부가적인 "제3 표면" 물질들이 1차 시일 외부로 연장할 수 있다는 것을 이해해야 하며, 이 경우에, 대응하는 분리 영역이 부가적인 물질들을 통해 연장한다는 것을 알아야 한다. 예를 들어, 도 6c에 나타낸 바와 같이, 1차 시일의 적어도 일부분이 제4 표면으로부터 보이게 하는 것은 플러그 물질의 검사 및 UV 경화를 용이하게 해준다. 적어도 일 실시예에서, 주변부의 적어도 일부분 근방에서 1차 시일 폭의 적어도 25%의 검사를 제공하기 위해 1차 시일 물질 아래에서 물질 적층(620c)의 적어도 일부분 또는 물질 적층의 적어도 실질적으로 불투명한 층들이 제거되거나 마스킹된다. 주변부의 적어도 일부분 근방에서 1차 시일 폭의 50%의 검사를 제공하는 것이 더 양호하다. 주변부의 적어도 일부분 근방에서 1차 시일 폭의 적어도 75%의 검사를 제공하는 것이 가장 양호하다. 본 발명의 다양한 실시예들은 기타 부분들과 다른 코팅 또는 코팅 적층을 갖는 특정 표면의 일부분들을 포함하는데, 예를 들어, 광원, 정보 디스플레이, 광 센서, 또는 이들의 조합의 전방에 있는 "창문"은 본 명세서에 포함된 참고 문헌들 중 다수에 기술되어 있는 바와 같이, 광선 파장들의 특정 대역 또는 광선 파장들의 대역들을 선택적으로 투과시키도록 형성될 수 있다.
도 6a, 도 6b 및 도 7을 더 참조하면, 제1 분리 영역(740)은 1차 시일 물질(775)의 일부분과 협력하여, 제1 전도성 전극 부분(708), 제1 스펙트럼 필터 물질 부분(724) 및 제1 접착 촉진 물질 부분(727)과 실질적으로 전기적 절연되어 있는 제2 전도성 전극 부분(730), 제2 스펙트럼 필터 물질 부분(736) 및 제2 접착 촉진 물질 부분(739)을 정의한다. 이러한 구성은 제1 전기 클립(763)이 제3 전도성 전극 부분(718), 반사 물질(720), 옵션인 오버코트(722) 및 전기 광학 매질(710)과 전기적으로 통신하도록 전기 전도성 물질(748)을 배치하는 것을 가능하게 해준다. 특히, 전기 전도성 물질(748)이 제1 전기 클립(769)의 배치 이전에 요소에 도포되는 실시예에서, 전기 전도성 물질이 적어도 부분적으로 계면(757, 766, 772, 775)을 분리시킬 수 있는 것이 명백하다. 양호하게는, 제3 전도성 전극 부분(718), 제1 전기 클립(763) 및 전기 전도성 물질(748)을 형성하는 물질 또는 물질들의 합성물은 클립과 전기 광학 매질에 이르는 물질 간의 내구성있는 전기적 통신을 촉진하도록 선택된다. 제2 분리 영역(786)은 1차 시일 물질(775)의 일부분과 협력하여, 제3 전도성 전극 부분(718), 반사층(720), 옵션인 오버코트 물질(722) 및 전기 광학 매질(710)과 실질적으로 전기적 절연되어 있는 제4 전도성 전극 부분(787)을 정의한다. 이러한 구성은 제2 전기 클립(784)이 제1 접착 촉진 물질 부분(727), 제1 스펙트럼 필터 물질 부분(724), 제1 전도성 전극 부분(708) 및 전기-광학 매질(710)과 전기적 통신을 하도록 전기 전도성 물질(790)을 배치하는 것을 가능하게 해준다. 특히, 전기 전도성 물질(790)이 제1 전기 클립(784)의 배치 이전에 미러 요소에 도포되는 실시예에서, 전기 전도성 물질은 계면(785, 788, 789)을 적어도 부분적으로 분리시킬 수 있는 것이 명백하다. 양호하게는, 제1 전도성 전극 부분(708), 제1 전기 클립(784), 접착 촉진 물질(793), 스펙트럼 필터 물질(796) 및 전기 전도성 물질(790)을 형성하는 물질 또는 물질들의 합성물은 클립과 전기 광학 매질에 이르는 물질 간의 내구성있는 전기적 통신을 촉진시키도록 선택된다.
때때로, (반사층(720)이 아니라) 옵션인 하나 이상의 플래쉬 오버코트층(flash over-coat layer)(722)이 전기 변색 매질(electrochromic medium)과 접촉하도록 반사층(720) 상부에 하나 이상의 플래쉬 오버코트층(722)을 제공하는 것이 바람직하다. 이 플래쉬 오버코트층(722)은 전극으로서 안정적인 거동을 가져야만 하고, 양호한 저장 기간(shelf life)을 가져야만 하며, 반사층(720)에 잘 접착되어야만 하고, 시일 부재(seal member)(778)에 접착될 때 그러한 접착을 유지해야만 한다. 하층(들)으로부터의 광학적 특성이 커버층(cover layer)에서 보여야 하는 경우, 커버층은 그 아래의 층(들)(720)의 반사성(reflectivity)을 완전히 차단시키지 않도록 커버층이 충분히 얇아야만 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 아주 얇은 플래쉬 오버코트(722)가 고 반사성 층의 상부에 배치될 때, 반사층(720)은 은 금속 또는 은 합금일 수 있는데, 그 이유는 플래쉬층이 반사층을 보호하면서도 여전히 고 반사성 층(720)이 미러의 반사율에 기여할 수 있게 해주기 때문이다. 이러한 경우에, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 백금, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴 또는 이들의 합금의 얇은(예를 들어, 약 300Å보다 작은, 보다 양호하게는 약 100Å보다 작은) 층이 반사층(720) 상에 증착된다. 플래쉬 층의 두께는 선택된 물질에 의존한다. 예를 들어, 10Å 정도로 작은 루테늄의 플래쉬 층으로 코팅된 은/로듐/루테늄/크롬(역순으로 적층됨)의 제3 표면 코팅으로 구성된 요소들은 플래쉬 층이 없는 요소들에 비해 가공 동안의 점결함(spot defect)의 형성 및 고온 테스트를 받을 때의 요소의 관찰 영역(viewing area)의 헤이즈(haze) 양자에 대해 향상된 내성을 보여주었다. 루테늄 플래쉬 층을 갖는 요소의 초기 반사율은 70-72%이었다. 반사층(720)이 은인 경우, 플래쉬 층(722)은 또한 은 합금 또는 알루미늄-도핑된 아연 산화물이어도 된다. 플래쉬 층 또는 더 두꺼운 커버층이 투명한 금속 산화물과 같은 투명한 도체일 수도 있다. 커버층(들)은 특히 장벽 특성(barrier property), 유익한 간섭 광학계(interferential optics), 압축 또는 인장 응력의 균형 등의 인자에 대해 나머지 층들을 보완하도록 선택될 수 있다. 상기한 플래쉬 층은 본 명세서의 다른 곳에 기술된 기타 실시예들에서 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다.
이러한 커버층은, 전기 변색 시스템과 호환되는 것으로 밝혀진 상기한 금속 또는 기타 금속/합금/반금속(semi-metal)의 리스트로 제조될 때, 금속 또는 반금속층(들)이 300Å보다 더 두꺼울 때, 그 아래에 있는 층들로부터의 광학적 효과를 거의 허용하지 않는 경향이 있다. 금속 커버층이 있는 것이 더 바람직한 것으로 생각되는 경우, 그러한 더 두꺼운 커버층을 사용하는 것이 유익할 수 있다. 이러한 적층에 대한 소정 설명이 일반 양도된 Bauer 등의 유럽 특허 EP0728618A2 "Dimmable Rearview Mirror for Motor Vehicles"에 제공되어 있으며, 이 특허는 본 명세서에 그 전체 내용이 참고 문헌으로 포함된다. 접착층 및 플래쉬 층과 결합하여 사용될 수 있는 그러한 더 두꺼운 커버층(들) 및 인듐 도핑된 주석 산화물, 알루미늄 도핑된 아연 산화물, 또는 인듐 아연 산화물 등의 투명한 전도성 층이 사용될 때, 은, 은 합금, 구리, 구리 합금, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 하층을 갖는 것의 전도성 이점이 여전히 존재한다. 이산화티타늄, 이산화실리콘, 황화아연 등과 같은 통상적으로 절연체로서 간주되는 층들도 역시 그러한 커버층 적층(cover layer stack) 또는 인터레이어(interlayer)에 이용될 수 있으며, 이들의 층 두께가 전도성이 더 높은 층들로부터 충분한 전류를 여전히 통과시키도록 되어 있는 한, 전도성이 더 높은 층(들)의 이점을 무효화시키지 않을 수 있다.
요소에 전위가 인가될 때 미러 또는 창이 균일하게 다크닝되지 않을 수 있다는 것이 전기 변색 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 불균일한 다크닝은 EC 요소 내의 고체 상태 EC 물질, 유체 또는 겔 양단의 국부적 전위차로부터 발생한다. 요소 양단의 전위는 전극의 시트 저항, 버스 바(bus bar configuration), EC 매질의 전도성, EC 매질의 농도, 셀 간격이나 전극 간의 거리, 및 버스 바로부터의 거리에 따라 달라진다. 이 문제에 대한 통상적으로 제안된 해결 방안은 전극을 구성하는 코팅 또는 층을 더 두껍게 만듦으로써, 그의 시트 저항을 감소시키고 더 빨리 다크닝되는 요소를 가능하게 해주는 것이다. 이하에 기술되는 바와 같이, 이 문제를 해결하는 이러한 간단한 방법을 제한하는 실제적인 불이익이 주어진다. 많은 경우에, 이들 불이익은 EC 요소를 주어진 응용에 부적합하게 한다. 본 발명의 적어도 일 실시예에서는, 전극층을 단순히 두껍게 함으로써 발생되는 문제들을 해결하고, 더 빠르고 더 균일한 다크닝 특성을 갖는 EC 요소를 얻는 개선된 전극 물질, 상기 전극을 제조하는 방법 및 버스 바 구성이 설명된다.
통상적인 내부 미러에서, 버스 바들은 긴 치수에 평행하게 연장한다. 이것은 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 전극에 대해 버스 바 근방에서 가장 빠르게 다크닝되고, 2개의 전극 사이의 소정의 중간 위치에서 가장 느리게 다크닝된다. 낮은 시트 저항의 전극에 대해서는 버스 바 근방에서 다크닝 속도가 이들 2개의 값 사이에 있을 것이다. 2개의 버스 바 사이를 이동할 때 유효 전위의 변동이 있다. 2개의 긴 평행한 버스 바가 서로 간에 비교적 짧은 거리를 갖는 경우(버스 바 간의 거리가 버스 바의 길이의 1/2보다 작은 경우), 미러는 "창문 차광(window shade)" 방식으로 다크닝된다. 이것은 미러가 한 버스 근방에서 더 빠르게 다크닝되고 이 다크닝이 2개의 버스 바 사이를 점진적으로 이동하는 것처럼 보인다는 것을 의미한다. 통상적으로, 다크닝 속도는 그 부품의 중간에서 측정되고, 높이에 대한 폭의 비가 2보다 큰 미러의 경우, 다크닝 속도의 임의의 불균일성이 비교적 작다.
미러들의 크기, 및 그와 함께 버스 바들 간의 거리가 증가함에 따라, 그 부품들 전반에서의 다크닝 속도의 상대적 차이도 증가한다. 이것은 미러들이 외부 응용을 위해 설계될 때 악화될 수 있다. 이러한 환경의 혹독함에 견딜 수 있는 금속은 통상적으로 내부 미러 응용에 적합하고 보편적인 은 또는 은 합금과 같은 금속보다 낮은 전도성을 갖는다. 따라서, 외부 응용을 위한 금속 전극은 6Ω/sq까지의 시트 저항을 가질 수 있는 반면, 내부 미러는 < 0.5Ω/sq의 시트 저항을 가질 수 있다. 다른 외부 미러 응용에서, 투명 전극은 다양한 광학 요건을 위해 두께가 제한될 수 있다. ITO와 같은 투명 전극은 종종 가장 흔한 용도에서 1/2 파장 두께(wave thickness)로 제한된다. 이러한 제한은 본 명세서에 기술되는 ITO의 특성으로 인한 것이지만, ITO 코팅을 더 두껍게 만드는 것과 연관된 비용으로 인한 것이기도 하다. 다른 응용에서, 코팅은 1/2 파장 두께의 80%로 제한된다. 이러한 두께 제한들의 양자는 투명 전극의 시트 저항을 1/2 파장에 대해 약 12Ω/sq보다 큰 값으로 제한하고, 1/2 파장 코팅의 80%인 코팅에 대해 최대 17-18Ω/sq로 제한한다. 금속 및 투명 전극의 시트 저항이 높을수록, 더 느리고 덜 균일한 다크닝 미러가 얻어진다.
다크닝 속도는 전기 회로에 관련한 EC 요소의 분석으로부터 추정될 수 있다. 이하의 논의는 요소 전반에서 균일한 시트 저항을 갖는 코팅에 관한 것이다. 평행 전극들 사이의 임의의 위치에서의 전위는 단지 각각의 전극의 시트 저항 및 EC 매질의 저항의 함수이다. 아래의 표 1에서, 전극들 사이의 요소 양단의 평균 전위는 최대 전위와 최소 전위 간의 차이와 함께 제공되어 있다. 이 예는, 평행한 버스 바들 간의 간격이 10cm이고, 셀 간격이 180 마이크로미터이며, 구동 전압이 1.2볼트이고, 유체 저항률(fluid resistivity)이 100,000 Ω*cm인 요소에 대한 것이다. 상부 및 하부 전극 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 인접하는 유효 전위가 높을수록, 미러의 다크닝 평균 속도가 더 빨라지게 된다. 부품 전반에서 전위가 가능한 한 높을 때, 전체적인 다크닝 시간이 가장 빠르다. 이것은 전기 화학으로 하여금 가속된 속도로 다크닝하게 한다. 상부 및 하부 기판 양자 상의 코팅의 시트 저항은 전극들 간의 유효 전위를 결정하는 역할을 하지만, 상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 높은 시트 저항의 전극은 더 중요한 역할을 한다. 과거의 전기 변색 기술에서는 거의, 낮은 저항의 전극의 시트 저항을 저하시키는 것에 의해서만 개량이 이루어졌다. 이것은 은과 같은 물질의 사용이 상당한 이점을 제공하였고 비교적 구현하기 쉬웠기 때문이다.
구동 전위가 증가됨에 따라 전체적인 속도가 증가될 수 있지만, 그러한 경향은 구동 전압과 무관하게 일정하게 된다는 것이 공지되어 있다. 또한, 주어진 전압에서의 전류 인출(current draw)은 다크닝의 균일성에 영향을 준다는 것이 공지되어 있다. 균일성은 셀 간격, 농도, 또는 EC 물질의 선택에 대한 조정에 의해 개선될 수 있지만, 종종 이들 조정을 이용한 균일성의 개선은 다크닝 속도, 클리어링 속도(clearing speed), 또는 다크닝 및 클리어링 속도 양자에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 셀 간격을 증가시키고 유체 농도(fluid concentration)를 감소시키면 전류 인출이 감소되고, 그에 따라 균일성이 향상되지만, 클리어링 시간(clearing time)이 증가한다. 따라서, 다크닝의 속도 및 다크닝의 균일성 양자를 달성하기 위해서는 층의 시트 저항이 적절히 설정되어야만 한다. 양호하게는, 투명 전극의 시트 저항이 11.5Ω/sq보다 작아야 하고, 양호하게는 10.5Ω/sq보다 작아야 하며, 더 양호하게는 9.5Ω/sq보다 작아야 하고, 이하에 기술되는 광학적 요건으로 인해, 소정 실시예들에서, 투명 전극의 두께는 약 1/2 파장의 광학 두께보다 작아야 한다. 반사체 전극은 약 3Ω/sq보다 작아야 하고, 양호하게는 약 2Ω/sq보다 작아야 하며, 가장 양호하게는 1Ω/sq보다 작아야 한다. 그와 같이 구성된 미러 또는 EC 요소는 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 균일한 다크닝 요소를 가능하게 해주는 새로운 고성능 저가 물질이 이하에서 기술된다.
다른 응용에서, 2개의 비교적 평행한 버스 바를 갖는 것은 비실용적일 수 있다. 이것은 외부 미러에 보편적인 불균일한 형상으로 인한 것일 수 있다. 다른 상황에서, 낮은 저항의 전극에 점 접촉(point contact)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 점 접촉은 소정 응용에서 사용되는 레이저 제거선(laser deletion line)의 최소화 또는 제거를 가능하게 해줄 수 있다. 점 접촉의 사용은 미러 구조의 소정 양태들을 단순화하거나, 그러한 양태들에 대해 선호되지만, 부품 전반에서의 비교적 균일한 전위를 달성하는 것을 어렵게 만든다. 낮은 저항의 반사체 전극을 따르는 비교적 긴 버스의 제거는 전극의 저항을 효과적으로 증가시킨다. 따라서, 빠르고 균일한 다크닝을 달성하기 위해서는 버스 바 및 코팅 시트 저항값의 새로운 조합이 필요하다.
상기한 바와 같이, 이 분야의 전문가는 점 접촉 방식을 가능하게 하기 위해 금속 반사체 전극 상에서의 극히 낮은 시트 저항값이 요구된다는 것을 예상할 것이다. 예기치 못하게도, 균일성을 향상시키기 위해서는 투명 전극에 대해 더 낮은 시트 저항을 가질 필요가 있다는 것이 밝혀졌다. 표 2는 균일성 실험의 결과를 보여준다. 이 테스트에서는, 대략 8 인치의 폭과 6 인치 높이를 갖는 액상의 EC 요소를 제조하였다. 본 명세서에 기술된 요소 설계의 이점은 주로 대형 요소에 관한 것이다. 대형 요소는 관찰 영역의 가장자리 상의 임의의 지점의 가장자리로부터 기하학적 중심까지의 최소 거리가 대략 5 cm보다 큰 요소로 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 접촉을 이용하여 금속 전극에 대한 접촉이 행해졌다. 미러의 짧은 길이 측면들 중 하나를 따라 금속 반사체에 대한 전기적 접촉을 제공하기 위해 약 1인치 길이의 Ag 페이스트 라인(paste line)과 함께 소위 J-클립 등의 클립 접촉이 사용되었다. 점 접촉의 반대쪽에 있는 한 측면을 따라, 그리고 미러의 긴 측면들 양자를 따르는 거리의 1/3 아래로 계속하여, Ag 페이스트를 통해 투명 전극에 대한 전기적 접촉이 행해졌다. 다크닝 시간(T5515)이 미러 상의 3개의 위치에서 측정되었다. 위치 1은 점 접촉 근방이고, 위치 2는 점 접촉의 반대쪽에 있는 투명 전극 버스의 가장자리에 있으며, 위치 3은 미러의 중앙에 있다. T5515 시간(초)은 미러가 55% 반사율에서 15% 반사율로 가는 데 걸리는 시간이다. 최대 반사율은 미러의 최대 반사율이다. 델타 T5515는 지점 1과 지점 2 사이 또는 지점 2와 지점 3 사이의 시간차이다. 이것은 미러 상의 가장 빠른 위치와 나머지 2개의 위치 간의 다크닝 속도의 차이의 척도이다. 다크닝이 더 균일하게 됨에 따라, 이러한 수치들은 서로 더 가까워진다. 타이밍 인자는 주어진 위치에서의 다크닝 시간을 가장 빠른 위치에서의 시간으로 나눈 값이다. 이것은 임의의 주어진 장소에서의 절대 속도와 무관하게 서로 다른 장소 간의 상대적 시간 스케일링을 나타낸다. 상기한 바와 같이, 타이밍 인자가 3 보다 작은 것이 선호되고, 양호하게는 2보다 작은 것이 선호되며, 더 양호하게는 1.5보다 작은 것이 선호된다. 표 2로부터, 이 특정 미러 구성에서 ITO 시트 저항 이 14Ω/sq일 때 3의 타이밍 인자를 달성하지 못한다는 것을 알 수 있다. 9Ω/sq를 갖는 ITO를 이용하는 3가지 예 전부는 3보다 작은 타이밍 인자를 갖는다. 미러 판독(mirror reading)의 중앙은 가장 빠른 장소로부터 가장 벗어나 있는 장소이다. 이 데이터에 대해 통계적 분석이 수행되었으며, 이는 예기치 않게도 ITO 시트 저항 이 타이밍 인자에 기여하는 유일한 인자임을 보여주었다. 통계적 모델을 사용할 때, 이 실시예에서 약 11.5Ω/sq보다 작은 ITO 시트 저항은 3.0 이하의 타이밍 인자를 가질 필요가 있다. 동일한 통계적 모델을 사용할 때, 이 미러 구성에서 타이밍 인자가 2.0보다 작기 위해서는 ITO가 7Ω/sq보다 작은 시트 저항을 가져야만 한다. 타이밍 인자가 제3 표면 반사체의 시트 저항에 의해 영향을 받지 않더라도, 전체적인 다크닝 속도는 영향을 받는다. 상기 반사체의 시트 저항이 2Ω/sq보다 작거나 같고, ITO가 대략 9Ω/sq일 때, 이 미러에 대한 다크닝 속도는 중심에서 8초 미만이다. 이 값은 종래의 버스 구성을 갖는 유사한 크기의 미러에 대략 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 실험에 확장되었다. 이들 실험에서, 더 높은 시트 저항의 전극, 이 예에서는 ITO에 대한 버스 바 접촉의 길이는 미러의 측면 아래로, 일부 사례들에서는 미러의 하부 가장자리까지도 연장되었다. 표 3은 버스 길이의 변화에 따른 균일성에 대한 영향을 보여준다. 이들 테스트에서, 지시되는 경우를 제외하고는, 요소 형상 및 구성은 표 2에 대한 것과 동일하다. 접촉 퍼센트는 주변부의 총 길이와 비교된 ITO 접촉의 버스 바 길이의 퍼센트 비교이다. 버스 바 비율(bus bar ratio)은 약 2 cm 이하의 작은 반사체 접촉에 대한 ITO 접촉의 길이이다.
표 3의 데이터는 높은 시트 저항의 전극의 버스 길이의 증가에 따라 균일성이 상당히 증가한다는 것을 나타내고 있다. 2Ω/sq 반사체의 경우, 버스 접촉의 길이를 40%에서 85%로 증가시키면 타이밍 인자가 2.4에서 1.7로 개선된다. 0.5Ω/sq 반사체의 경우, ITO 버스 길이의 40%에서 85%로의 동일 변화는 타이밍 인자를 3.2에서 1.2로 개선하고, 다크닝 속도를 상당히 개선한다. 유의할 점은, 더 낮은 시트 저항의 반사체를 갖는 요소가 비교되는 2Ω/sq 경우보다 일반적으로 더 빠르게 다크닝되지만, 더 짧은 ITO 접촉을 갖는 0.5Ω/sq 예의 균일성은 타이밍 인자로 입증되는 바와 같이 실제로 더 나쁘다는 것이다. ITO에 대한 버스 길이의 증가는 0.5Ω/sq 반사체를 갖는 요소에 특히 도움이 된다.
접촉 퍼센트가 증가될 때, 가장 빠른 다크닝과 가장 느린 다크닝의 위치도 역시 변할 수 있다. 이 예에서, 더 높은 접촉 퍼센트는 위치 1 및 3 양자에서의 다크닝 시간들 및 대응하는 타이밍 인자들을 크게 향상시킨다.
이들 실험은, 낮은 시트 저항의 전극과 함께 짧은 버스를 사용할 때, 균일성을 증가시키기 위해 버스 길이를 반대쪽 전극까지 증가시키는 것이 유익하다는 것을 보여준다. 따라서, 이상적으로는, 대형 미러의 경우, 3 이하의 타이밍 인자를 달성하기 위해 버스 바들의 길이의 비가 5:1보다 크고, 양호하게는 9:1보다 크며, 훨씬 더 양호하게는 13:1보다 크고, 가장 양호하게는 20:1보다 큰 것을 선호한다. 또한, 더 작은 버스의 길이와 무관하게, 양호하게는 대략 58%보다 크고, 보다 양호하게는 대략 85%보다 큰 접촉 퍼센트를 획득하기 위해, 더 높은 시트 저항의 전극에까지 버스의 길이를 증가시킴으로써 균일성이 향상되는 것으로 밝혀졌다. 통상적인 대형 EC 미러는 50%보다 작은 접촉 퍼센트를 갖는다.
이러한 결과들은 불투명한 반사체를 갖는 미러에 중요할 뿐만 아니라, 반투과형 반사체를 이용하는 미러에도 훨씬 더 중요하다. 반투과형 코팅을 갖기 위하여, 금속들은 투명 지점까지 얇아져야 한다. 따라서, 더 얇은 금속은 더 높은 시트 저항값을 갖는다. 본 발명의 적어도 일 실시예에서, 전기 광학 요소는 본 명세서에서 교시되는 옵션인 점 접촉 버스 구성을 갖는 종래의 버스 바 구성에 의한 빠르고 균일한 다크닝을 포함한다. 상기한 버스 구성을 보완하는 데 특히 적합한 새로운 반투과 코팅이 아래에 설명된다.
또한, 전기 변색 미러가 그의 전체 영역에 걸쳐 더 균일하게 다크닝되거나, 먼저 (대부분의 헤드라이트 불빛이 보이는) 그의 중심에서 바깥쪽으로 관찰 영역의 상부 및 하부를 향해 다크닝될 수 있도록 하기 위해, 불투명한 커버층 또는 불투명한 커버층 적층 아래에 전도성을 패터닝할 수 있다. 본 명세서에 참고 문헌으로 포함되는 Tonar 등의 미국 특허 출원 제20040032638A1호 "Electrochromic devices with thin bezel-covered edge"는, "연관된 전기 접촉에 인접한 영역에 또는 주변부 영역 주위에 더 낮은 시트 저항의 코팅이 제공될 수 있고, 전기 접촉으로부터의 거리가 증가함에 따라 시트 저항이 증가하는 것을 가능하게 할 수 있다"고 언급하고 있으며, "이것은 점 접촉이 이용될 때 특히 적용가능하다"고 언급하고 있다. 통상적으로, 전기 변색 요소에 전압이 인가되지 않을 때, 반사체에서의 어떠한 또는 매우 극미한 가시적 콘트라스트도 없이 오옴들의 콘트라스트를 제공하기를 원할 것이다.
전기 변색 장치의 전도성이 더 높은 영역과 덜 높은 영역 간에 충분한 콘트라스트를 획득하여 소정 영역의 우선적인 다크닝을 가능하게 하기 위해, 금속이 아닌 물질을 적층에 포함시키는 것이 필요할 수 있다. 이것은, 반사성이 더 큰 금속 및 합금의 불투명한 층 또는 적층이 그 아래에 전도성이 더 높은 패턴을 보충하지 않고도 자동차 전기 변색 미러에서의 수용 가능한 다크닝 특성을 제공할 정도로 충분한 도전성을 갖는 경향이 있기 때문이다. 반금속을 포함하는 그러한 물질 적층의 일례는, 본 명세서에 참고 문헌으로 포함되는 미국 특허 제5,535,056호 "method for making elemental semiconductor mirror for vehicles"에 기술된 것과 유사하게 구성된 것이며, 여기에서는 불투명한 실리콘층이 대략 1/4 파장 광학 두께의 인듐 주석 산화물로 덮여 있고, 이 인듐 주석 산화물은 20 내지 25 나노미터의 실리콘으로 덮여 있으며, 이 실리콘은 대략 20nm의 인듐 주석 산화물로 덮여 있다. 불투명한 이러한 코팅 적층 아래에는 부가적인 물질이 전방으로부터의 그의 외관에 최소 영향을 갖는 패턴으로 배치될 수 있다. 이 적층은 또한 그러한 패터닝의 이점을 잃지 않도록 전반적으로 충분한 도전성을 가질 것이다. 또한, 약 1400Å 두께에서 보통 대략 12Ω/sq를 제공하는 조건 하에서 증착될 때 여전히 너무 전도성이 큰 것으로 밝혀지는 경우, ITO는 공정 조건을 조정하거나 인듐 대 주석의 비를 변경함으로써 덜 전도성을 갖도록 제조될 수 있다.
상부, 하부 및 좌측 가장자리를 따라 전도성 에폭시를 가지며 우측 가장자리의 대략 중간에 점 접촉이 있는 도 5f 및 도 7의 구조를 갖는 US20040032638A1에 기술된 원리들에 따라 구성된 요소들은 상이한 제3 표면 코팅 적층들 및 전도성 패턴들을 갖도록 제조되었다. 전체 제3 표면이 언급될 때, 이는 일반 양도된 미국 특허 출원 제20040022638A1호에 따른 구성에 필요한 절연 영역을 형성하기 위한 임의의 레이저 공정 이전의 표면을 지칭할 것이다.
관찰 영역 전체에 걸쳐 1/2 Ω/sq의 제3 표면 반사체를 갖는 요소가 불투명한 층으로 덮인 요소의 중앙에 걸쳐 1/2" 또는 1" 또는 2"의 스트라이프에서 1/2 Ω/sq를 갖는 것과 대조되었으며, 따라서 나머지 관찰 영역에서 4Ω/sq 전도성이 있었고, 밝은 상태에서 요소가 여전히 상당히 균일한 외관을 나타내었다. 요소를 다크닝할 때, 대조를 이루는 전도성 영역들을 갖는 가장자리들과 비교할 때, 요소의 중앙이 다크닝에서 지연되는 경향이 약간 감소하였다.
더 높은 수준의 전도성 콘트라스트를 갖기 위해, 요소들은 이전 단락에서의 것과 구성이 유사하게 제조되었지만, 각각 대략 12Ω/sq 및 40Ω/sq인 제3 표면 ITO 상에 단일 요소의 중앙에 걸쳐 배치된 2"의 은으로 된 전도성 스트라이프를 가졌으며, 이어서 단일 요소는 (가공 내구성을 위해) 투명한 전도성 산화물의 플래쉬 층으로 덮여졌다. 완전한 전기 변색 장치로 된 후에, 요소들은 은 도금된 유리 상에 배치되었으며, 따라서 다크닝 특성을 평가할 때, 비교적 투명한 12Ω/sq 및 40Ω/sq ITO를 갖는 영역 뒤에 은 스트라이프와 유사한 강도의 반사체가 존재한다. 제3 표면 상에 40Ω/sq 내지 1/2 Ω/sq 대비 영역들을 갖는 장치는 이들 조건하에서 볼 때 12Ω/sq 내지 1/2 Ω/sq 대비 영역들을 갖는 요소보다 다크닝 시에 더 적은 홍채 효과(iris effect)를 갖는 것으로 나타났다.
제3 표면 상에 부가 코팅들이 사용된 것을 제외하고는 이전 단락에 따라 요소들이 제조되었다. 이들 코팅은 전도성 산화물의 부가적인 플래쉬 층(처리 관련 진공이 코팅 공정에서 와해되기 때문에 부착을 위해 거기에 배치됨), 대략 300 nm의 실리콘, 대략 60nm의 ITO, 다른 20nm의 실리콘 및 이어서 10 nm의 ITO로 이루어진다. 실리콘층은 소정의 EC 요소에서 표면 산화물을 형성할 수 있는 표면 산화의 경향이 있을 수 있는데, 이러한 표면 산화물은 다크닝의 균일성 및 일관성을 방해한다. 본 명세서에서 플래쉬층 또는 오버층(overlayer)으로 설명되는 ITO 또는 기타 TCO 또는 다른 물질은 상기 산화물의 형성 또는 부정적 효과를 방지하는 데 사용될 수 있다. (이전의 예에 따라) 40Ω/sq의 초기 층으로 시작한 그러한 요소들은 4 포인트 프로브(four point probe)로 측정했을 때 (도 5f 및 도 7에 따른) 상부 및 하부 영역에서 약 24Ω/sq이고 중앙 영역에서 < 1Ω/sq인 결과적인 제3 표면 전도성을 가졌다. 12Ω/sq의 초기 ITO 층으로 시작한 요소들은 상부 및 하부 영역에서 10-12Ω/sq를 가졌다. 이전의 예에 따르면, 더 높은 오옴 콘트라스트를 갖는 요소들은 가장 적은 홍채 효과를 갖거나, 중심에서 가장자리로 다크닝되는 최대 경향을 가졌다. 이들 요소는 또한 D65 2도 관찰자(D65 2 degree observer)를 사용할 때 전원을 끈 상태에서 아래와 같은 광학적 특성을 가졌다.
L* a* b* Y
더 높은 오옴 콘트라스트(50 오옴 베이스 층) 76 -5 4 50
더 낮은 오옴 콘트라스트(12 오옴 베이스 층) 75 -3 5 51
전기 변색 장치의 소정 영역의 우선적인 다크닝은 제2 표면 투명 도체(적층) 또는 제3 표면 반사(적층) 내의 얇은 제거 라인에 의해서는 물론, 본 명세서의 다른 곳에 기술되어 있는 바와 같은 코팅들의 두께들의 등급화(grading)에 의해서도 달성될 수 있다. 예로서 레이저 제거를 사용하면, 일반적으로, 레이저의 동작 파장을 감소시킴에 따라, 더 얇은 레이저 라인을 형성할 수 있다. 파장 355nm의 UV 레이저를 사용하여 15 마이크로미터 폭의 제거 라인이 형성되었다. 이들 라인이 여전히 식별될 수 있지만, 더 긴 파장의 레이저를 사용하여 생성되는 것보다는 훨씬 덜 식별된다. 더 짧은 파장의 레이저가 계속하여 더 이용가능하게 됨에 따라, 자동차 미러의 통상의 조건하에서 관찰 영역에서 미용적으로 거부감을 주지 않는 제거 라인이 가능할 것으로 충분히 예상할 수 있다.
도 5f 및 도 7의 중앙에 걸쳐 표시된 라인들 또는 라인들의 일부에서 요소의 제3 표면이 되는 코팅 적층의 제거가 존재하고, 이어서 요소들이 종래의 기술에 따라 구성되어, 부품의 한 가장자리에 비교적 작은 접촉이 있고, 전도성 에폭시가 요소의 나머지 3개의 측면에서 사용되는 경우, 다크닝 특성이 영향을 받는다.
아래와 같이, 1/2 Ω/sq의 반사체 전극 상에서 도 5f 및 도 7에 기술된 바와 같은 요소의 내부에 도시된 양 라인들에 대해 레이저에 의해 제거의 패턴들이 형성되었다.
1) 유리의 가장자리부터 유리의 가장자리에서 15cm까지 연장하는 얇은 라인에서 코팅을 완전히 제거하였다.
2) 부품의 전체 폭에 걸쳐 8 mm 제거 및 2mm 미제거의 반복 패턴으로 얇은 라인에서 코팅을 완전히 제거하였다.
3) 유리의 가장자리로부터 그 가장자리에서 14cm까지 연장하는 얇은 라인에서 코팅을 완전히 제거하고, 이어서 그 부품의 나머지에 걸쳐 5mm 미제거 및 5mm 제거의 반복 패턴으로 제거를 행하였다.
4) 유리의 가장자리로부터 그 가장자리에서 15cm까지 연장하는 얇은 라인에서, 그 라인을 따라 대략 5 및 10cm에 있는 0.4mm의 2개의 미제거 세그먼트를 제외하고는, 코팅을 완전히 제거하였다.
제거 라인이 없는 유사한 부품들과 비교할 때, 이들 요소는 다크닝 시에 약간의 "홍채 효과" 내지 상당히 더 적은 "홍채 효과"를 나타내었다. 패턴 4가 제거 패턴을 갖는 것들 중에서 전체적인 미용(cosmetics) 및 심지어 다크닝에 대해 최상이었다. 그럼에도, 이들 패턴 모두는 적당한 다크닝 미용을 위해 조정을 필요로 하지만, 원하는 다크닝 특성 쪽으로의 이동을 보여주었다.
도 8a를 참조하면, 제2 표면 상에 증착된 실질적으로 투명한 전도성 물질의 적어도 하나의 층(808a)을 갖는 제1 기판(802a) 및 제3 표면 상에 증착된 물질 적층을 갖는 제2 기판(812a)-이들은 1차 시일 물질(878a)을 통해 서로에 대해 일정 간격으로 떨어져 있는 관계로 고정되어 이들 간에 챔버를 정의함-을 포함하는 백미러 요소의 일부의 프로파일 도면이 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 전기 광학 매질(810a)은 상기 챔버 내에 위치해 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면 물질 적층은 하층(818a), 전도성 전극층(820a), 금속층(822a), 및 금속층 및 1차 시일 물질 아래에 중첩 부분(883a)을 갖는 전도성 탭 부분(882a)을 포함한다. 유의할 점은, 전도성 탭 부분(882a)은 대안으로서 중첩 부분을 형성하기 위해 금속 코팅(822a) 상부에 증착될 수 있다는 것이다. 적어도 일 실시예에서, 이 하층은 티타늄 이산화물이다. 적어도 일 실시예에서는, 이 하층이 사용되지 않는다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 전극층은 인듐 주석 산화물이다. 적어도 일 실시예에서는, 전도성 전극층이 생략된다. 적어도 일 실시예에서는, 전도성 전극층이 생략되고, 하층이 티타늄 이산화물, 또는 실리콘 탄화물 등의 비교적 높은 굴절률(즉, ITO보다 높은 굴절률)을 갖는 소정의 다른 실질적으로 투명한 물질의 두꺼운 층이다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 탭 부분은 크롬을 포함한다. 전도성 탭 부분은 층들의 순서에 따라 유리 및/또는 다른 적층 또는 에폭시에 잘 부착되고 차량 미러 테스트 조건 하에서 부식에 내성이 있는 임의의 전도성 물질을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 알 수 있는 바와 같이, 부식될 수 있는 제3 표면 물질 적층 또는 적어도 그 적층 내의 층들이 1차 시일 물질의 외부 가장자리에 의해 정의된 영역 내에 유지될 때, 요소는 제3 표면 부식과 연관된 문제들에 실질적으로 영향을 받지 않는다. 전도성 에폭시 또는 오버코트 층 등의 보호 오버코트 또는 밀봉제가 포함되는 경우, 부식에 약한 층 또는 층들이 1차 시일 물질을 넘어 연장할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 표면 물질층 또는 물질 적층 중 임의의 것이 본 명세서에 또는 본 명세서의 다른 곳에서 인용되어 있는 참고 문헌에 기술된 바와 같을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 전도성 탭 부분은 전도성 전극에 대한 전도성을 향상시키지만, 전도성 전극층이 충분한 전도성을 갖추고 있는 한, 전도성 탭 부분은 옵션이라는 것을 이해해야 한다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 전극층은 원하는 전도성을 제공하는 것에 더하여, 대응하는 반사 광선의 원하는 컬러 고유 특성을 제공한다. 따라서, 전도성 전극이 생략될 때, 컬러 특성은 하층 물질 사양을 통해 제어된다.
도 8b를 참조하면, 제2 표면 상에 증착된 실질적으로 투명한 전도성 물질의 적어도 하나의 층(808b)을 갖는 제1 기판(802b) 및 제3 표면 상에 증착된 물질 적층을 갖는 제2 기판(812b)-이들은 1차 시일 물질(878b)을 통해 서로에 대해 일정 간격을 두고 떨어진 관계로 고정되어 이들 사이에 챔버를 정의함-을 포함하는 백미러 요소의 일부의 프로파일 도면이 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 전기 광학 매질(810b)은 상기 챔버 내에 위치되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 표면 물질 적층은 하층(818b), 전도성 전극층(820b), 금속층(822b), 및 1차 시일 물질 아래의 전도성 탭 부분을 포함한다. 적어도 일 실시예에서, 보이드 영역(void area)(883c)이 금속층과 전도성 탭 부분 사이에 정의되고, 전도성 전극은 이들 사이의 전기적 연속성을 제공한다. 적어도 일 실시예에서, 하층은 티타늄 이산화물이다. 적어도 일 실시예에서는, 하층이 사용되지 않는다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 전극층은 인듐 주석 산화물이다. 적어도 일 실시예에서, 전도성 탭 부분은 크롬을 포함한다. 전도성 탭 부분은 층들의 순서에 따라 유리 및/또는 기타 적층 또는 에폭시에 잘 부착되고 차량 미러 테스트 조건 하에서 부식에 내성이 있는 임의의 전도성 물질을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 알 수 있는 바와 같이, 부식될 수 있는 제3 표면 물질 적층 또는 적어도 이 적층 내의 층들이 1차 시일 물질의 외부 가장자리에 의해 정의되는 영역 내에 유지될 때, 요소는 제3 표면 부식과 연관된 문제에 실질적으로 영향을 받지 않는다. 제1, 제2, 제3 및 제4 표면 물질층 또는 물질 적층 중 임의의 것이 본 명세서에 또는 본 명세서의 다른 곳에서 인용된 참고 문헌들에 개시된 바와 같을 수 있다는 것을 알아야 한다.
도 8c를 참조하면, 제2 표면 상에 증착된 실질적으로 투명한 전도성 물질의 적어도 하나의 층(808c)을 갖는 제1 기판(802c) 및 제3 표면 상에 증착된 물질 적층을 갖는 제2 기판(812c)-이들은 1차 시일 물질(878c)을 통해 서로에 대해 일정 간격으로 떨어진 관계로 고정되어 이들 간에 챔버를 정의함-을 포함하는 백미러 요소의 일부의 프로파일 도면이 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 전기 광학 매질(810c)은 상기 챔버 내에 위치한다. 적어도 일 실시예에서, 제1 금속층(818c)은 실질적으로 제3 표면 전체에 걸쳐 증착된다. 적어도 일 실시예에서, 제2 금속층(820c)이 제1 금속층 상부에 증착되며, 따라서 제2 금속층(820c)의 외부 가장자리는 1차 시일 물질(878c)의 외부 가장자리에 의해 정의되는 영역 내에 위치한다. 적어도 일 실시예에서, 제1 금속층은 크롬을 포함한다. 적어도 일 실시예에서, 제2 금속층은 은 또는 은 합금을 포함한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 표면 물질층 또는 물질 적층 중 임의의 것이 본 명세서에 또는 본 명세서의 다른 곳에서 인용된 참고 문헌에 개시된 바와 같을 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 8d를 참조하면, 실질적으로 광 센서 또는 정보 디스플레이 전방에 아이홀(eyehole)(822d1)을 갖는 물질 적층을 포함하는 제2 기판(812d)이 도시되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 제1 금속층(818d)은 아이홀 영역에 보이드 영역을 구비하고 있다. 적어도 일 실시예에서, 제2 금속층(820d)은 아이홀 영역에 보이드 영역을 구비하고 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 금속층(822d)이 제공되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 제3 금속층만이 아이홀 영역에 증착되어 있다. 적어도 일 실시예에서, 제1 금속층은 크롬을 포함한다. 적어도 일 실시예에서, 제2 금속층은 은 또는 은 합금을 포함한다. 적어도 일 실시예에서, 제3 금속층은 얇은 은, 크롬 또는 은 합금을 포함한다. 제1, 제2, 제3 및 제4 표면 물질층 또는 물질 적층 중 임의의 것이 본 명세서에 또는 본 명세서의 다른 곳에서 인용된 참고 문헌에 기술된 바와 같을 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 9a 내지 도 9k를 참조하면, 제2 및 제3 표면 전도성 전극 부분(922, 908)의 특정 부분과 선택적으로 접촉하기 위한 다양한 옵션들이 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 도 7의 구성은 전기 전도성 물질이 제2 및 제3 표면 전도성 전극 부분 각각의 적어도 일부와 접촉하게 된다. 도시된 바와 같은 접촉 구성은 요소에 대해 임의의 방식으로 회전될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 9a에 도시된 요소 구성은 제2 표면 물질 적층(908a)을 갖는 제1 기판(902a) 및 제3 표면 물질 적층(922a)을 갖는 제2 기판(912a)을 포함한다. 제3 표면 물질 적층은 전도성 에폭시(948a)와 접촉하는 제3 표면 물질 적층의 일부분이 제3 표면 물질 적층의 나머지와 분리되게 하는 분리 영역(983a)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 제1 및 제2 기판은 1차 시일 물질(978a)을 통해 서로 일정 간격으로 떨어진 관계로 유지된다. 요소의 다른 측면은 관찰 영역 내에 제3 표면 물질 적층과의 접촉을 제공하기 위해 제2 표면 물질 적층과 연관된 유사한 분리 영역을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제2 또는 제3 표면 물질 적층은 본 명세서의 다른 곳에서 그리고 본 명세서에 인용된 참고 문헌 내에 기술된 바와 같이 단일 물질층일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 9b에 도시된 요소 구성은 제2 표면 물질 적층(908b)을 갖는 제1 기판(902b) 및 제3 표면 물질 적층(922b)을 갖는 제2 기판(912b)을 포함한다. 제1 및 제2 기판은 1차 시일 물질(978b)을 통해 서로에 대해 일정 간격으로 떨어진 관계로 유지된다. 전기 전도성 에폭시(948b)는 제3 표면 물질 적층과 접촉해 있고 절연 물질(983b)을 통해 제2 표면 물질 적층으로부터 전기적 절연되어 있다. 요소의 다른 측면은 관찰 영역 내에 제3 표면 물질 적층과의 접촉을 제공하기 위해 제2 표면 물질 적층과 연관된 유사한 분리 영역을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제2 또는 제3 표면 물질 적층은 본 명세서의 다른 곳에서 그리고 본 명세서에 인용된 참고 문헌에서 기술된 바와 같이 단일의 물질층일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 9c의 요소는 제2 표면 물질 적층(908c)을 갖는 제1 기판(902c) 및 제3 표면 물질 적층(922c)을 갖는 제2 기판(912c)을 포함한다. 제1 및 제2 기판은 1차 시일 물질(978c)을 통해 서로에 대해 일정 간격으로 떨어진 관계로 유지된다. 제2 표면 물질 적층은 제1 전기 전도성 에폭시 또는 제1 솔더(solder)(948c1)와 전기적으로 접촉되도록 1차 시일 물질을 넘어 제1 기판의 가장자리를 향해 연장한다. 제3 표면 물질 적층은 제2 전기 전도성 에폭시 또는 제2 솔더(948c2)와 전기적으로 접촉되도록 1차 시일 물질을 넘어 제2 기판의 가장자리를 향해 연장한다. 요소의 다른 측면은 관찰 영역 내에 제3 표면 물질 적층과의 접촉을 제공하기 위해 제2 표면 물질 적층과 연관된 유사한 분리 영역을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 제2 또는 제3 표면 물질 적층은 본 명세서의 다른 곳에서 그리고 본 명세서에 인용된 참고 문헌 내에서 기술된 바와 같이 단일의 물질층일 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 9d는 요소의 제3 표면 전기 접촉(948d2)의 대향 측면 상에 제2 표면 전기 접촉(948d1)이 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9e는 제2 표면 전기 접촉(948e1)이 요소의 일측에 형성되고, 제3 표면 전기 접촉이 요소의 단부에 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9f는 제2 표면 전기 접촉(948f1)이 일측에, 그리고 계속하여 요소의 단부에 대해 형성되며, 제3 표면 전기 접촉(948f2)이 대향 측에 그리고 계속하여 요소의 대향 단부에 대해 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9g는 제2 표면 전기 접촉(948g1)이 요소의 대향 측면들 상에 형성되고, 제3 표면 전기 접촉(948g2)이 요소의 단부 상에 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9h는 제2 표면 전기 접촉(948h1)이 요소의 대향 측면들 상에 형성되고, 제3 표면 전기 접촉(948h2)이 요소의 대향 단부들에 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9i는 제2 표면 전기 접촉(948i1)이 요소의 대향 단부들 및 일측 상에 계속하여 형성되고, 제3 표면 전기 접촉(948i2)이 요소의 일측 상에 형성되는 것을 나타낸 것이다. 도 9j는 제2 표면 전기 접촉(948j1)이 계속하여 대향 단부들 상에, 완전히 일측 상에, 그리고 다른 측면 상의 적어도 일부 상에 형성되고, 제3 표면 전기 접촉(948j2)이 요소의 일측 상에 형성되는 것을 나타낸 것이다. 적어도 일 실시예에서, 더 긴 전기 접촉은 가장 높은 시트 저항의 물질 적층을 갖는 표면에 대응한다는 것을 이해해야 한다. 전기 접촉은 전기 전도성 에폭시, 솔더 또는 전기 전도성 접착제를 통할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 9k는 제2 표면 물질 적층(908k)을 갖는 제1 기판(902k) 및 제3 표면 물질 적층(922k)을 갖는 제2 기판(912k)을 포함하는 요소를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 기판은 주변부 제1 및 제2 1차 시일(948k1, 948k2)을 통해 서로에 대해 일정 간격으로 떨어진 관계로 유지된다. 제1 1차 시일은 제2 표면 물질 적층과 전기적으로 접촉하도록 기능하고, 제2 1차 시일은 제3 표면 물질 적층과 전기적으로 접촉하도록 기능한다. 제1 및 제2 1차 시일은 제1 및 제2 기판을 서로에 대해 일정 간격으로 떨어진 관계로 유지하며, 양호하게는 양 1차 시일은 실질적으로 각각의 기판의 가장자리 밖에 있다.
전기 광학 요소의 J 클립 또는 L 클립 등의 전극 또는 접촉 클립에의 전기적 접속을 설정하는 다른 방법은 고체 상태 용접 공정(solid phase welding process)을 통하는 것이다. 와이어 본딩(wire bonding)은 전자 부품들(보통 IC 칩 및 칩 캐리어) 간의 신뢰성있는 상호접속을 설정하기 위해 전자 산업에서 사용되는 용접 공정이다. 와이어 본딩 공정은 Zonghe Lai 및 Johan Liu의 Nordic Electronics Packaging Guidelines의 Chapter A에 기술되어 있다. 와이어 본딩에 의해 행해지는 전기적 상호접속은 금속 와이어 또는 리본을 이용하고, 와이어 또는 리본을 연관된 금속 표면에 용접하기 위해 열, 압력 및/또는 초음파 에너지의 조합을 이용한다. 통상적으로, 와이어 또는 리본은 특수한 웨지(wedge) 또는 모세관(capillary) 본딩 도구를 사용하여 용접된다. 통상적인 본딩 공정은 열 및/또는 초음파 에너지를 사용하고, 일반적으로 3가지 주요 카테고리, 즉 열압착 본딩(thermocompression bonding), 초음파 본딩(ultrasonic bonding) 및 열초음파 본딩(thermosonic bonding)에 속한다. 본딩되는 와이어가 본드(bond)에서 종단될 수 있거나, 연속적인 와이어를 이용하여 다수의 본드가 형성될 수 있다. 일반적인 형태의 와이어 본드들은 볼 본드(ball bond), 웨지 본드(wedge bond) 및 스티치 본드(stitch bond)를 포함한다. 알루미늄, 금, 은, 구리 및 이들의 합금을 포함하는 많은 상이한 금속 및 합금으로 만들어진 와이어 및 리본이 와이어 본딩될 수 있다. 이들 와이어는 다수의 금속에, 또는 금, 은, 니켈, 알루미늄 및 이들 금속으로 만들어진 합금의 금속층을 포함하지만 이에 한정되지 않는 금속층으로 코팅된 기판에 본딩될 수 있다. 전기 광학 요소의 전극에의 본딩의 경우에, 양호한 기판은 유리이고, 양호한 금속 증착 공정은 마그네트론 스퍼터링 등의 물리적 기상 증착 공정이다. 크롬, 몰리브덴, 니크롬 또는 니켈 등으로 된 접착층 또는 접착층들이 수용 가능한 접착을 달성하기 위해 와이어 본딩된 금속층과 유리 사이에 도포될 수 있다. 증착된 금속층 두께는 5Å 내지 1000 마이크로미터일 수 있다. 보다 양호하게는, 금속층 두께는 100Å 내지 1 마이크로미터이고, 가장 양호하게는 금속층 두께는 200 내지 1000Å이다. 와이어 직경 또는 리본 두께는 10 내지 250 마이크로미터일 수 있으며, 25 내지 100 마이크로미터의 직경 또는 두께가 선호되고, 50 내지 75 마이크로미터의 직경 또는 두께가 가장 선호된다. 적어도 일 실시예에서, 연속적인 와이어는 기판의 주변부 가장자리를 따라 전기 변색 미러의 제2 표면 상의 크롬 링(chrome ring) 등에 웨지 또는 스티치 본딩될 수 있다. 와이어 또는 리본 버스는, 와이어 또는 리본을 클립에 용접하고, 이어서 컵(cup)을 기판으로 루핑(looping)하고, 이를 연관된 전극에 용접함으로써, 니켈 J 또는 L 클립 등의 클립에 전기적으로 접속될 수 있다. 와이어 또는 리본은 금속 클립에서 시작하여, EC 전극을 따라 나아갈 수 있거나, EC 전극을 따라 시작하여 클립으로 루핑하고 다시 전극으로 루핑할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 장치의 신뢰성 및 균일한 착색을 위해, 연관된 전극으로의 그리고/또는 EC 전극으로부터 연관된 전기 접촉 클립으로의 중복적인 용접된 접속들을 갖는 것이 선호된다. 기판에 대한 다수의 용접된 접속은 0.005 인치 내지 10 인치의 간격으로 행해질 수 있으며, 0.040 인치 내지 2 인치의 간격이 선호되고, 0.100 내지 0.50의 간격이 가장 선호된다. 용접된 와이어 또는 리본 버스는 와이어 및 용접부를 밀봉제 내에 캡슐화함으로써 손상으로부터 보호될 수 있다. 선호되는 방법은 와이어/리본 및 용접된 본드들을 연관된 요소의 주변부 시일 내에 캡슐화함으로써 버스를 보호하는 것이다. 장치 내에(주변부 시일 내부에) 버스를 봉입하는 EC 매질에 화학적으로 적합한 금속 와이어/포일이 선호된다. 와이어 버스는 또한 요소 내부의 연관된 전극의 전도성을 보완하는 데 사용될 수 있다. 75 마이크로미터 이하의 직경을 갖는 와이어는 사람의 눈에 쉽게 보이지 않는다. 용접된 와이어 본딩은 제조 관점에서 매력적인데, 그 이유는 그 본딩이 상온 또는 저온 공정이며, 사후 경화 또는 사후 처리 동작이 필요하지 않고, 이러한 기술은 입증된 신뢰성과 함께 잘 확립되어 있으며, 본드들이 빠르게(본드당 약 100 밀리초) 형성될 수 있기 때문이다.
와이어 본딩은 또한 전자 부품을 요소의 기판 표면에 전기적으로 접속시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 많은 금속은 요소 내의 애노드가 아니라 캐소드로서 사용될 때 전기 화학적으로 안정적이다. 극성이 반전될 때 EC 장치의 동작을 제한하기 위해 다이오드 등에 의해 보호를 제공하는 것이 바람직하다. (이것은 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 아래에 상세히 기술된다.) 표면 실장 다이오드 등의 전기 부품이 기판 또는 버스 클립에 부착될 수 있고, 와이어 본딩에 의해 기판 및/또는 클립에 전기적으로 접속될 수 있다. 다른 실시예에서, 시그널링 또는 경보 시스템의 일부인 발광 다이오드(LED)들은 예를 들어, 연관된 기판에 칩 형태로 부착될 수 있고, 에칭, 마스킹 또는 레이저 박리(laser ablation)에 의해 금속 코팅을 패터닝함으로써 형성된 기판 상의 회로에 전기적으로 접속될 수 있다. 이들 LED 또는 기타 전기 부품들은 요소 상에 또는 요소 내에 기판 표면들 상에 1, 2, 3 또는 4개가 실장될 수 있다. 종종, 전기 변색 종(species)의 확산 속도의 증가를 보상하고 넓은 온도 범위에 걸쳐 양호한 장치 다크닝 특성을 유지하기 위해, 온도가 증가함에 따라 액상의 전기 변색 장치에 인가되는 구동 전압을 증가시키는 것이 바람직하다. 온도 변조된 가변 전압 구동 회로에 필요한 서미스터 및 전자 부품이 연관된 기판 표면에 실장될 수 있고 와이어 본딩에 의해 기판 상의 금속 코팅에 전기적으로 접속될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 와이어가 다음과 같이 유리 기판 상의 금속 코팅에 본딩되었다.
유리가 세정되고, 크롬의 제1층 및 니켈의 제2층(CN), 크롬의 제1층 및 루테늄의 제2층(CR), 크롬의 제1층, 루테늄의 제2층 및 니켈의 제3층(CRN)을 포함하는 대략 400Å 두께의 층들로 진공 스퍼터링 코팅되었다. 아래와 같은 설정치들을 갖는 Westbond Model 454647E 와이어본더를 사용하여, 금속 코팅된 유리 기판에, 1% 실리콘을 함유하는 0.00125" 직경의 알루미늄 합금 와이어(1-4% 신장도, 19 내지 21 그램 인장 강도)가 와이어 본딩되었다.
설정 제1 본딩 제2 본딩
"CN" 전력 175 150
시간 30 밀리초 30 밀리초
힘 26 그램 26 그램
"CRN" 전력 175 150
시간 30 밀리초 30 밀리초
힘 26 그램 26 그램
"CR" 전력 150 125
시간 75 밀리초 100 밀리초
힘 26 그램 26 그램
와이어의 본드 강도는 본딩 후에 그리고 섭씨 300도에 1시간 노출시킨 후에 와이어를 잡아떼어 그 힘을 측정함으로써 평가되었다.
와이어 본드 평균 인장 강도
본딩 후 섭씨 300도 베이킹 후
"CN" 14.51 그램 9.02 그램
"CRN" 19.13 그램 8.2 그램
"CR" 12.42 그램 8.7 그램
본딩 후의 주된 실패는 처음으로 용접된 본딩의 끝에서의 와이어 절단이었다. 베이킹 후의 주된 실패는 "CN" 및 "CRN" 그룹에 대한 중간 범위에서의 와이어 절단 및 "CR" 그룹에 대한 첫 번째 본딩의 끝에서의 와이어 절단이었다. 이 예는 유리 상의 통상적인 스퍼터링된 금속층에 다수의 신뢰성 있는 용접된 본드가 형성될 수 있음을 보여준다.
도 10은 가변 투과율 창문(1010)의 투과율 상태를 제어하기 위해 가변 투과율 창문(1010)에 전기적으로 결합되는 창문 제어 시스템(1008)과 함께, 다중 승객 차량에서 사용될 수 있는 가변 투과율 창문(1010)을 일반적으로 나타낸 것이다. 창문 제어 시스템(1008)은 가변 투과율 창문들(1010) 각각의 투과율을 제어하기 위해 가변 투과율 창문들(1010) 각각에 결합되는 창문 제어 유닛(1009)을 포함한다. 각각의 창문 제어 유닛(1009)은 연관된 가변 투과율 창문(1010)의 투과율 상태를 제어하는 슬레이브 제어 회로(1070)를 포함한다. 각각의 창문 제어 유닛(1009)은 또한 연관된 가변 투과율 창문(1010)의 투과율 상태를 변경하기 위한 사용자 입력을 슬레이브 제어 회로(1070)에 제공하기 위해 슬레이브 제어 회로(1070)에 결합되는 사용자 입력 메커니즘(1060)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 각각의 창문 제어 유닛(1009)은 또한 슬레이브 제어 회로(1070), 사용자 입력 메커니즘(1060) 및 가변 투과율 창문(1010)에 전력을 제공하기 위해 전원 및 접지선(1011)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 전원 및 접지선(1011)으로부터 슬레이브 제어 회로(1070)를 거쳐 가변 투과율 창문(1010)에 전원이 제공된다.
각각의 창문 제어 유닛(1009)은 또한 창문 제어 시스템 버스(1013)에 결합되는 것으로 도시되어 있다. 역시 창문 제어 시스템 버스(1013)에 결합되는 기타 장치들은 마스터 제어 회로(1090) 및 기타 전자 장치(1092)를 포함한다. 마스터 제어 회로(1090)는 창문 제어 유닛(1009) 각각에 의해 창문 제어 시스템 버스(1013) 상에 제공되는 신호를 모니터링하고 그 버스를 통해 창문 제어 유닛(1009) 각각으로 제어 신호를 제공하도록 구성되어 있다. 마스터 제어 회로(1090)는 마스터 제어 회로(1090)가 창문 제어 시스템 버스(1013) 상에서 신호를 생성, 전송, 수신 및 디코딩할 수 있게 해주는 논리, 메모리 및 버스 인터페이스 회로를 포함하는 처리 회로를 포함한다. 창문 제어 유닛(1009) 각각에 포함되어 있는 슬레이브 제어 회로(1070)는 사용자 입력 메커니즘(1060)으로부터 원하는 창문 투과율 상태를 수신하고, 가변 투과율 창문(1010)의 투과율 상태를, 사용자 입력 메커니즘(1060)을 통해 사용자에 의해 요청된 상태로 변경하기 위해 가변 투과율 창문(1010)에 전기 신호를 제공하도록 구성되어 있다. 슬레이브 제어 회로(1070)는 또한, 가변 투과율 창문(1010)이 소비하는 전력 및 가변 투과율 창문(1010)의 투과율 상태를 포함하는 가변 투과율 창문(1010)의 다양한 특성을 모니터링하도록 구성되어 있다. 슬레이브 제어 회로(1070)는 또한, 창문 제어 시스템 버스(1013)로부터 신호를 수신하고 그에게로 신호를 전송하는 회로를 포함하고 있다.
소정 금속막들은 애노드로서 구성되는 경우에 인듐 주석 산화물 막과 같은 투명한 전도성 산화물과 비교할 때 덜 안정적일 수 있다. 이것은 애노드로부터의 금속 디플레이팅(metal deplating)에 의해 또는 산화와 같은 금속 표면에서의 화학적 변화에 의해 또는 이동 금속 원자들이 더 거친 표면으로 재정렬되는 것으로부터 표면이 흐려지는 것에 의해 전기 변색 장치에서의 사이클링 시에 확인될 수 있다. 소정의 금속들 및 금속 박막 적층들, 및 금속층들을 포함하는 박막 적층들은 다른 것들보다 이들 효과에 더 강할 것이다. 그럼에도, 제3 표면 반사체 전극이 캐소드인 것을 보증하기 위한 조처를 취하는 것이 바람직할 수 있다.
소정 실시예들에서는, 애노드로서 사용하기에 난처한 물질들을 제2 표면 투명 전극에 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우에, 제2 표면 전극을 보호하기 위해 제3 표면 전극을 애노드로서 구동하고 제2 표면 전극을 캐소드로서 구동하는 것이 바람직할 수 있다.
차량의 외부에 있는 전기 변색 미러의 경우, 관련 내부 미러 내에 위치한 관련 구동 회로에 직접 결합되지 않은 전원이 있을 수 있는데, 이는 제3 표면 반사체 전극이 그 미러 상에서 애노드일 위험을 어느 정도 최소화할 수 있다(즉, 주어진 외부 미러는 독립적인 구동 회로를 포함할 수 있다). 그러나, 외부 미러(또는 미러들)의 전력은 내부 미러를 통해 공급되는 것이 일반적이다. 종종, 내부 미러와 대응하는 외부 미러(들) 사이에 여러 개의 접속이 존재한다. 연관된 반사체/전극이 애노드로서 기능할만큼 충분한 내구성이 없는 경우, 내부 미러에서 외부 미러로의 전력의 극성이 반전되어 장치의 제3 표면 반사체 전극이 애노드가 되는 위험은 수용 가능하지 못할 수 있다.
도 11a를 참조하면, 외부 미러 요소(1102a)와 직렬인 다이오드를 갖는 회로(1101a)는 반전된 극성을 갖는 전류 흐름을 방지하는 것은 물론, 전기 변색 기능도 방지한다. 이러한 장치는, 미러가 통상의 전압의 인가 시에 다크닝되지만, 클리어링을 위한 내부 미러 회로에서의 회로의 단락 시에, 외부 미러가 그 경로를 통해 방전될 수 없다는 점에서, 올바른 극성으로 동작될 때 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 외부 미러 요소는, 플러스 및 마이너스로 대전된 종들이 용액 중에서 서로를 중화시킬 때 주로 방전되지만, 이들이 장치의 전도성 표면으로 방전될 때는 그렇지 않다. 결과적으로, 장치의 클리어링 속도가 상당히 느려질 수 있다.
도 11b에 도시된 회로(1100b)는 외부 미러 요소(1102b) 근방의 리드들을 가로질러 병렬인 다이오드(1101b)를 포함한다. 회로의 그 부분에 제공되는 전류의 극성이 반전되는 경우에 단락이 발생할 것이다. 그러면, 전류는 전기 변색 요소가 아니라 다이오드를 통해 흐를 것이다. 이러한 단락은 내부 미러 회로(1103b)에 의해 검출되고, 전압은 자동으로 끊긴다. 따라서, 이 회로는 극성이 올바를 때는 미러의 적절한 동작을 가능하게 하지만, 극성이 반전되는 경우에는 미러의 전기 변색 기능을 완전히 불가능하게 한다.
그러나, 다이오드(1101c)가, 과도한 전류(단락)가 검출될 때 초기에 전압의 인가를 중단하는 것이 아니라 전압을 반전시키는 회로(1100c)와 결합될 때, 미러 요소(1102c)는 동작 상태를 유지하며, 적절한 극성이 요소로 전달되어, 반사체 전극이 자동으로 캐소드로서 재접속된다. 이 회로(1100c)에서, 과도한 전류가 검출될 때, 2개의 반도체 스위치(1104c1, 1104c2)는 요소(1102c)를 통과하는 전류를 반대 방향으로 재지향하도록 자동으로 재구성된다. 이러한 구성에서 과도한 전류가 검출되는 경우, 반도체 스위치들은 리셋되고, 요소에 대한 구동이 중단되는데, 그 이유는 소정의 다른 고장이 과도한 전류 인출을 유발하고 있을 수 있기 때문이다.
도 11d는 반전 극성에 대한 자동적인 보상을 제공하는 전기 광학 구동 회로에 대한 대안 구성을 나타낸 것이다. 다이오드(1101d1, 1101d2, 1101d3, 1101d4)는 이중 전류 경로를 제공하는 정류기 브리지를 정의한다. 실제 경로 전류 흐름은 항상 전기 광학 요소(1102d)의 애노드 및 캐소드의 원하는 배향을 가질 것이다.
도 11a 내지 도 11d의 회로(1100a, 1100b, 1100c, 1100d)는 단일의 외부 미러에 대해 나타낸 것이다. 2개 이상의 외부 미러를 보호하는 것이 바람직한 경우, 원하는 회로가 그에 맞게 적응될 수 있다.
제4 표면 반사체(도시되지 않음)를 갖는 도 7에 도시된 것과 유사한 전기 광학 요소에서, 투명한 도체들(708, 718) 사이에 전위차가 없을 때, 챔버(710) 내의 전기 변색 매질은 본질적으로 무색이거나 거의 무색이고, 입사광(I0)은 전방 요소(702)를 통해 들어가고, 투명 코팅(708), 챔버(710) 내의 전기 변색 매질, 투명 코팅(718), 후방 요소(712)를 통과하여, 그 층에서 반사하여 다시 장치를 통과하여 전방 요소(702) 밖으로 나온다. 전술한 바와 같은 가변 투과율 창문에 관한 본 발명의 양태들은 반사층을 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다른 실시예들에서는, 제3 표면 반사체/전극이 이용될 수 있다. 통상적으로, 전위차가 없는 상태에서의 반사 이미지(IR)의 크기는 입사광 강도(I0)의 약 45 퍼센트 내지 약 85 퍼센트이다. 정확한 값은 이하에 설명되는 많은 변수들, 예를 들어, 전방 요소의 정면으로부터의 잔류 반사(I'R)는 물론, 전방 요소(702)와 전방 투명 전극(708), 전방 투명 전극(708)과 전기 변색 매질, 전기 변색 매질과 제2 투명 전극(718), 및 제2 투명 전극(718)과 후방 요소(712) 간의 계면들로부터의 2차 반사 등에 의존한다. 이들 반사는 이 분야에 공지되어 있으며, 광이 한 물질과 다른 물질 간의 계면을 가로지를 때 이들 물질 간의 굴절률 차이로 인한 것이다. 전방 요소 및 후방 요소가 평행하지 않은 경우, 잔류 반사(I'R) 또는 다른 2차 반사는 미러 표면으로부터 반사된 이미지(IR)와 중첩되지 않으며, 이중 이미지가 나타날 것이다(관찰자가 이중 또는 삼중으로 나타나는 물체를 보는 경우, 그 수의 물체가 반사 이미지 내에 실제로 존재한다).
전기 변색 미러가 차량의 내부에 배치되는지 또는 외부에 배치되는지에 의존하는, 반사광의 강도의 크기에 대한 최소한의 요건이 존재한다. 예를 들어, 대부분의 자동차 제조업체로부터의 현재의 요건에 따르면, 내부 미러는 양호하게는 적어도 40 퍼센트의 최소 상단 반사율(minimum high end reflectivity)을 가지며, 외부 미러는 적어도 35 퍼센트의 최소 상단 반사율을 가져야만 한다.
전극층(708, 718)은 예를 들어 도 10 내지 도 11d의 전자 회로에 접속되고, 이는 전기 변색 매질에 전기적 에너지를 공급하는 데 효과적이며, 따라서 도체(708, 718) 양단에 전위가 인가될 때, 챔버(710) 내의 전기 변색 매질이 다크닝되며, 따라서 입사광(I0)은 반사체를 향해 전달되고, 반사된 후에 다시 전달됨에 따라 감쇠된다. 투명 전극들 간의 전위차를 조정함으로써, 양호한 장치는 넓은 범위에 걸쳐 투과율이 연속적으로 변하는 "그레이-스케일" 장치로서 기능한다. 액상 전기 변색 시스템의 경우, 전극들 간의 전위가 제거되거나 제로(0)로 복귀되는 경우, 장치는 전위가 인가되기 전에 장치가 가졌던 것과 동일한 제로 전위 평형 컬러 및 투과율로 자발적으로 복귀한다. 전기 변색 장치를 제조하기 위해 다른 물질들이 이용가능하며, 본 발명의 양태들은 어떠한 전기 광학 기술이 사용되는지에 상관없이 적용가능하다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 전기 광학 매질은 고체 금속 산화물, 산화 환원 활성 폴리머(redox active polymer), 및 액상 및 고체 금속 산화물 또는 산화 환원 활성 폴리머의 혼성 조합(hybrid combination)인 물질들을 포함할 수 있지만, 상기한 액상 설계(solution-phase design)는 현재 사용 중인 전기 변색 장치의 대부분을 대표하는 것이다.
낮은 흡수를 유지하면서 비교적 낮은 시트 저항을 갖는 제2 표면 투명 전도성 산화물을 구비하는 전기 광학 요소를 제공하기 위해 여러 가지 시도가 행해져 왔다. 일반적으로, 상기한 전기 변색 미러에서는 물론, 전기 변색 창문 또는 전기 광학 장치에서도, 투명 전도성 층(708, 718)은 종종 인듐 주석 산화물로 제조된다. 다른 시도들은 기판의 벤딩(bending) 또는 워핑(warping)을 최소화하기 위해 관련 유리 기판에 도포되는 바와 같은 ITO층의 고유 응력을 감소시키는 것에 집중되었다. 또 다른 시도들은 ITO 층(들)의 1/4 및/또는 1/2 파장 두께를 조정함으로써 반사율 등의 광학 특성을 최적화하기 위해 또는 연관된 어셈블리 전체의 중량을 최소화하기 위해 행해졌다. 그러나, 앞서 인식된 물리적 제한으로 인해 상기한 광학적 및 물리적 특성 모두를 동시에 최적화하기 위한 노력은 거의 성공하지 못했다.
주어진 전기 변색 어셈블리의 광학적 특성을 최적화하는 한가지 그러한 이전의 접근법은 그 안에 있는 전극의 조성을 조작하는 것이었다. 구체적으로는, 어셈블리의 반사 전극의 반사율을 조정함으로써 소정의 광학적 특성이 획득될 수 있다. 보다 구체적으로는, 반사 전극을 포함하는 적층된 층들의 물질 조성을 조작함으로써, 그의 반사율이 증가될 수 있고, 그에 따라 연관된 투명 전극의 상대적 흡수를 무효화시킬 수 있다. 그러나, 반사 전극의 반사율을 증가시키려면, 통상적으로 로듐, 루테늄, 크롬, 은과 같은, 반사 전극을 구성하는 데 사용되는 금속을 추가적으로 사용하는 것이 필요하다. 이들 금속 중 다수가 비교적 고가이기 때문에, 전기 변색 요소에 금속을 더 추가하는 것은 요소의 단가를 수용할 수 없을 정도로 상승시킨다. 더욱이, 양호한 반사 특성을 제공하면서 더 저렴한 많은 금속은 외부 미러 어셈블리 및 외부 창문 어셈블리 등의 어셈블리 전체가 겪게 되는 제조 공정 및/또는 가혹한 환경 조건에 부적합하다.
ITO 전극을 이용하는 다른 접근법들은 서로 비상보적인 여러 광학적 및 물리적 파라미터의 균형을 필요로 하였다. 예를 들어, 더 낮은 시트 저항을 달성하기 위해 투명한 ITO 전도성 층의 두께를 증가시키는 것은, 이하에서 상세히 기술되는 바와 같이, 그 층과 연관된 흡수, 1/4 및/또는 1/2 파장 지점의 위치, 및 ITO 층이 도포되는 기판의 벤딩에 악영향을 줄 수 있다.
이 분야에 공지된 바와 같이, ITO 층의 시트 저항을 감소시키는 것은 그 층의 두께를 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 그러나, ITO층의 두께 증가는 그 층의 바람직하지 않은 광 흡수의 증가와 더불어 달성된다. 게다가, 통상적으로 ITO층의 두께의 증가는 ITO층의 외부 표면으로부터의 상대 반사율을 최소화하기 위해 주어진 파장 범위(통상적으로 대략 550nm에 중심을 둠)의 1/2 파장들의 양자들(quanta)로 제한되어 왔다. 더욱이, ITO층의 두께를 증가시키는 것은 ITO층이 도포되는 기판의 벤딩을 증가시킬 수 있다. 공지된 바와 같이, ITO층은 기판에 가해지는 내부 응력을 포함하며, 이는 소정의 얇은 기판에 가해질 때 그러한 기판의 벤딩을 유발할 수 있다. 많은 응용에서, 기판은 유리의 흡수 및 그와 연관된 중량을 감소시키기 위해 비교적 얇은 유리를 포함하며, 따라서 ITO층의 두께가 증가함에 따라 수용할 수 없는 벤딩이 발생한다. 이것은 항공기 또는 빌딩 내에서 사용되는 것과 같은 대형 창문 등의 대형 응용에서 특히 보편적이다. 연관된 기판의 벤딩은 어셈블리 전체 내의 2개의 전극 간의 거리에 영향을 줄 수 있으며, 그에 따라 어셈블리의 표면에 걸쳐 다양한 지점에서 어셈블리의 클리어링 속도, 컬러, 상대 균일도 어두움 또는 밝음에 영향을 줄 수 있고, 심지어 단일의 이미지라기보다는 생성된 다수의 반사된 이미지의 지점에 대한 광학적 왜곡을 유발할 수 있다. ITO층의 고유 응력을 감소시키는 이전의 접근법들은 전기 변색 요소를 제조하는 데 이용되는 방법에 집중되어 왔다. ITO층을 연관된 기판에 도포하기 위한 이 분야에 공지된 하나의 방법은 자기 스퍼터링(magnetic sputtering)을 포함한다. 지금까지, 이러한 시도들은 여러 단점으로 인해 단지 약간만 성공적이었는데, 그러한 단점들 중 하나는 그러한 접근법에 고유한 물리적 제한들이며, 이러한 물리적 제한들의 일례는 증가된 압력에서의 ITO층의 레이다운(laydown)의 붕괴이며, 이는 ITO의 클러스터링을 유발한다. 이러한 클러스터링된 ITO층은 시트 저항, 헤이즈 및 흡수의 증가를 나타낸다.
적어도 일 실시예에서, 전체 어셈블리의 균일한 어두움 또는 밝음을 달성하고, 전체 어셈블리, 그의 임의의 하위 조합 또는 조합의 중량을 감소시키면서, 감소된 시트 저항, 감소된 흡수율 및 낮은 응력을 갖는 ITO층을 이용하는 전기 광학 요소가 제공된다.
적어도 일 실시예에서, 연관된 ITO층이 도포되는 연관된 기판의 비교적 감소된 흡수율, 비교적 감소된 벤딩을 제공하는 동시에, 비교적 감소된 시트 저항을 갖는 전기 광학 요소가 제공되는데, 이 전기 광학 요소는 어셈블리 전체의 중량을 감소시키면서, 어셈블리 전체에 대한 비교적 균일한 어두움 또는 밝음을 제공한다.
본 명세서에서는 본 발명의 많은 상세를 설명하기 위해 일반적으로 미러 어셈블리가 이용되고 있지만, 본 발명의 실시예들은 본 명세서의 다른 곳에서 기술하는 바와 같이 전기 광학 창문의 구성에도 동일하게 적용가능하다는 점에 유의해야 한다. 도 6a 내지 도 6d의 내부 미러 어셈블리 및 도 5a 내지 도 5f의 외부 백미러 어셈블리는 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로서 포함되는 캐나다 특허 제1,300,945호, 미국 특허 제5,204,778호, 또는 미국 특허 제5,451,822호에 예시되고 기술된 유형의 감광 전자 회로, 및 불빛 및 주변 광을 감지하고 전기 변색 요소에 구동 전압을 공급할 수 있는 기타 회로를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 고성능 전기 광학 요소(미러 또는 창문)는 제3 표면 상의 전극 및/또는 반사체 및 투명 전도성 전극(708)이 균일한 전체적인 착색, 증가된 착색 및 클리어링 속도 등을 제공하기 위해 중간 내지 높은 전도성을 제공할 것을 요구한다. 미러 요소의 개선이 제3 표면 반사체/전극을 이용함으로써 달성되었지만, 투명 전극(708, 718)에 대한 개선이 요망된다. 또한 상기한 바와 같이, 시트 저항을 감소시킴으로써 전도성을 향상시키면서 ITO 투명 전극(708, 718)의 전체 두께를 단순히 증가시키는 것은 전기 변색 요소의 다른 광학적 및 물리적 특성에 악영향을 미친다. 표 4는 서로 다른 광학적 제한들을 갖는 3가지 ITO 코팅에 대해 ITO 두께를 변경함에 따른 EC 요소의 반사율의 강하를 나타낸 것이다. 이 예에서의 서로 다른 ITO 코팅은 서로 다른 허수 굴절률을 갖는다. 예시적인 요소 구성은 1.7mm 유리, 50nm Cr, 20nm Ru, 140 마이크로미터의 EC 유체, 다양한 ITO 및 1.7mm의 유리로 이루어져 있다. 서로 다른 ITO층의 두께가 표 4에 나타나 있다. 많은 측면 미러 응용에서, 고객 사양은 반사율이 55%를 넘을 것을 요구한다. 두께는 ITO의 특성에 따라 제한되며, 따라서 실시 가능한 시트 저항도 제한된다. 통상적인 제조 공정에서, 가장 낮은 흡수 레벨에서 공정을 수행하는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 따라서, 실제의 두께 상한 및 시트 저항 하한은 제조 공정에서의 변동에 의해 제한된다. 부가하여, 더 낮은 흡수를 갖는 ITO는 바람직하지 않게도 더 높은 시트 저항에 대응하는 것이 일반적이다. 더 두껍고 낮은 흡수의 ITO는 또한 높은 시트 저항을 갖는 것에 대응하며, 그에 따라 더 두꺼운 코팅의 이점을 제한할 수 있다.
EC 요소에 대해 바람직한 다른 설계 속성은 어두운 상태에서 낮은 반사율을 갖는 것이다. 결과적으로, 미러 요소에 대한 높은 콘트라스트 비가 얻어진다. 표 5는 EC 미러에 대한 어두운 상태의 반사율 값을 ITO 두께의 함수로서 나타낸 것이다. 이 예에서, EC 유체는 실질적으로 불투명한 것으로 설정되어 있다. EC 유체가 완전히 불투명하지 않은 경우, 미러 코팅으로부터 반사된 광은 표 5에서의 반사율을 증가시킬 것이다. 표시된 바와 같이, 어두운 상태의 반사율은 550nm의 설계 파장을 갖는 약 140 내지 150 nm 또는 1/2 파장 코팅에서 최소값에 도달한다. 두께가 이 반파장 두께로부터 벗어남에 따라, 어두운 상태의 반사율이 상승하고, 콘트라스트 비가 저하된다. 따라서, ITO 두께는 주어진 시트 저항값을 달성하기 위해 임의적인 두께로 설정되어서는 안 된다. ITO 두께는 코팅의 흡수 및 어두운 상태의 반사율 요건 양자에 의해 제한된다.
적어도 일 실시예에서, 전기 광학 요소는, 감소된 벌크 저항율을 가짐으로써 전도성을 향상시키는 동시에 다른 관련된 광학적 및 물리적 특성을 희생시키지 않는 적어도 하나의 ITO 투명 전극(128)을 포함한다. 구체적으로, 전기 광학 요소는 비교적 높은 압력 및 비교적 높은 산소 흐름율에서의 스퍼터링 공정을 통해 형성된다. 지금까지, ITO층을 기판에 도포하는 데 이용된 종래의 스퍼터링 공정은 소정의 최대 압력으로 제한되었다. 이들 압력의 초과는 열악한 품질의 ITO층, 구체적으로는 열악한 전기적 및 광학적 특성을 나타내는 클러스터링된 불균일한 증착을 사전에 유발하였다.
적어도 일 실시예에서, ITO 코팅은 수직형 인라인 스퍼터링 코터 상에서 형성되었다. 캐소드는 길이가 대략 72"이었고, 코팅을 생성하기 위해 2개 또는 4개의 캐소드가 사용되었다. 이 캐소드는 업계에서 흔히 사용되는 세라믹 ITO 타일을 구비하였다. 목표 두께의 코팅을 형성하기 위해 컨베이어 속도가 필요에 따라 조절되었다. 달리 언급되지 않는 한, 캐소드에 인가된 전력은 5 킬로와트이었다. 각각의 공정 섹션은 정렬된 대면 구성의 2쌍의 캐소드를 갖는다. 본 명세서에서 설명되는 산소 가스 흐름은 달리 언급하지 않는 한 4개의 캐소드로 이루어진 공정 섹션에 대한 것이다. 2개의 공정 섹션이 동작될 때, 동등한 양의 산소가 양 챔버에 공급되고, 산소의 총량은 하나의 공정 챔버에서 4개의 캐소드에 대해 사용된 것의 2배인 것으로 가정된다. 유리 기판이 대략 섭씨 300도로 예열되었다. 주어진 압력을 달성하기 위해 스퍼터링 가스가 조절되었고, 규정된 흐름율로 또는 시스템에 공급되는 총 가스의 퍼센트로서 산소가 유입되었다. 그러나, 이 분야의 기술자는 서로 다른 챔버들이 서로 다른 펌핑 구성, 가스 주입구 및 매니폴드, 캐소드 및 전력을 가지며 그들의 압력을 공정 중의 서로 다른 시점에서 측정한다는 것을 알 것이므로, 본 발명은 본 명세서에 기술된 바로 그 흐름율들 및 퍼센트들로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다. 오히려, 이 분야의 전문가는 코팅을 형성하는 데 사용된 방법 및 벌크 저항율, 응력 및 형태를 포함한 코팅들의 결과적인 특성들의 새로움을 알 것이며, 취소 실험(undo experimentation) 없이도 본 발명의 가르침을 다른 스퍼터링 시스템에 대해 쉽게 확장하거나 적응시킬 수 있을 것이다. 본 명세서에 기술된 대부분의 연구가 섭씨 300도의 유리 기판 온도에서 수행되었지만, 그 동향 및 결과는 더 높은 온도 및 더 낮은 온도에 적응될 수 있을 것이며, 본 명세서에 기술된 절대 값들이 다른 온도들에서 달성되지 않을지라도 표준의 조건들보다 향상을 이룰 것이다.
본 발명의 적어도 일 실시예에서, 공정 압력의 증가는 산소 흐름의 증가에 의해 상쇄된다. 설명되는 바와 같이, 압력 대 산소 흐름율의 특정 관계는 스퍼터링 공정 동안에 사용되는 특정 불활성 가스를 포함하는 몇 가지 인자에 의존한다. 2가지 불활성 가스, 즉 크립톤 및 아르곤이 본 명세서에서 상세히 기술되지만, 다른 가스들도 사용될 수 있으며, 이들 다른 가스들에 대한 상세는 주어지는 데이터로부터 추정될 수 있다.
크립톤과 관련하여, 5%의 산소 퍼센트를 갖는 1 mT(밀리토르) 이상의 압력이 양호하고, 4%의 산소 퍼센트를 갖는 2mT 이상의 압력이 더 양호하며, 3%의 산소 퍼센트를 갖는 3mT 이상의 압력이 훨씬 더 양호하고, 2%의 산소 흐름율을 갖는 4.5mT 이상의 압력이 가장 양호하다.
아르곤과 관련하여, 4%의 산소 퍼센트를 갖는 2 mT 이상의 압력이 양호하고, 3%의 산소 퍼센트를 갖는 3mT 이상의 압력이 더 양호하며, 2%의 산소 퍼센트를 갖는 4.5mT 이상의 압력이 훨씬 더 양호하고, 1%의 산소 퍼센트를 갖는 6mT 이상의 압력이 가장 양호하다.
상기한 바와 같이, 다른 가스도 이용될 수 있다. 예를 들어, 예상되는 더 높은 압력에서, 양호하게는 3mT보다 크거나 같은, 보다 양호하게는 7 또는 8mT보다 크거나 같은 압력에서 네온이 사용될 수 있다. 게다가, 크세논은 크립톤에 비하여 비교적 낮은 압력의 사용을 가능하게 해준다. 또한, 당업자라면 양호한 산소 퍼센트가 스퍼터링 장치의 상세에 따라 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 상기한 퍼센트는 예시적이고 비제한적인 것이다. 물질 특성들의 최적의 조합을 달성하기 위해 필요한 산소의 총 흐름은 일반적으로 압력의 증가에 따라 증가한다. 필요한 산소의 양은 스퍼터링 가스와 동일한 비율로 증가하지 않으며, 따라서 산소의 퍼센트는 압력의 증가에 따라 감소된다.
통상적으로, ITO는 낮은 압력에서, 즉 2mT 또는 그 이하에서 제조된다. 그러나, 낮은 압력은 ITO 코팅이 압축 응력을 갖게 하는 경향이 있다. ITO에서의 응력은 특히 유리의 두께가 감소함에 따라 유리를 굽힐 정도로 충분히 높을 수 있다. EC 요소를 더 가볍게 만들기 위해 유리의 두께가 감소됨에 따라, ITO 응력으로 인한 유리의 휨이 증가한다. 미러 요소 또는 창문 크기가 큰 경우, 유리의 휨은 수 밀리미터가 될 수 있다. 종래의 대량 생산 처리에서, ITO의 두께가 증가됨에 따라, 기판의 휨은 일반적으로 증가한다.
유리의 휨은 다양한 방식으로 표현될 수 있다. 한가지 방식은 유리의 휨을 렌즈로 간주하는 것이다. 그러면, 배율 값은 유리의 휨과 직접 관계되며, 유리의 치수와는 무관하다. 배율 값은 다음 식, 즉 곡률 반경 = (3124 mm)/(1-1/배율)을 사용하여 곡률 반경에 관계된다. 완전히 편평한 유리는 1.0의 배율 값을 갖는다. 코팅이 압축 응력을 가질 때, 코팅된 유리를 코팅된 측으로부터 보면, 유리는 코팅된 측에서 볼록해질 것이다. 코팅이 인장 응력을 갖는 경우, 유리는 코팅된 측에서 오목해질 것이다. 압축 코팅은 워핑 또는 배율 값을 1보다 작게 하며, 역으로 인장 코팅은 배율 또는 워핑 값을 1보다 크게 할 것이다. 0.85 정도의 워핑 값은 평탄한 유리를 많이 왜곡한다. 이 정도의 워핑 값은 이중 이미지를 가질 수 있는 EC 미러 또는 창문을 생성하는데, 그 이유는 제1 및 제3 표면으로부터의 반사가 중첩되지 않을 수 있기 때문이다. 게다가, 수용 불가한 워핑을 갖는 유리로 실용적인 시일을 생성하는 것은 어렵다. 0.97 정도 크기의 워핑 값을 갖는 유리는 제조에 있어서 또는 이중 이미지와 관련하여 문제를 야기할 수 있다.
"아르곤 압력 테스트"라고 표시된 도 12를 참조하면, 1.6mm 유리 상의 ITO 코팅에 대해 워핑 값이 측정되었다. ITO 또는 다른 응력을 받는 코팅이 도포되는 경우, 유리 두께는 휨 및 워핑에서 중요한 역할을 한다. 휨의 양은 일반적으로 유리 두께의 세제곱에 역으로 변화한다(코팅의 고유 응력이 코팅의 두께에 따라 일정한 것으로 가정함). 따라서, 얇은 유리는 두꺼운 유리에 대해 비선형적 방식으로 워핑될 것이다. 얇은 유리는 일반적으로 두꺼운 유리와 비교하여 얇은 ITO 코팅으로 워핑될 것이다. 워핑의 양은 코팅의 두께에 따라 선형적으로 스케일링된다. 도 12에서, 코팅들은 모두 두께가 대략 50nm이었다. 다른 두께 값에서의 워핑을 계산하기 위해, 다음 공식, 즉 새로운 워핑 = [1-(1-워핑 값)*새로운 두께/이전의 두께]가 사용될 수 있다. 이 공식을 도 12의 0.98의 값에 적용하면, 150nm 두께의 ITO 코팅에 대해 0.94의 워핑값이 도출되고, 650nm 두께의 코팅에 대해 0.74의 워핑값이 도출된다. 유리가 더 얇은 경우, 이들 값은 평탄한 것으로부터 훨씬 더 많이 벗어나게 된다.
도 12는 여러 중요한 결과를 나타낸 것이다. 먼저, 2.1mT에서 생성된 ITO에서의 워핑값 또는 응력(y축)은 이 실험에서 산소 흐름율 범위(x축)에 걸쳐 크게 변하지 않는다. 이 범위에 걸쳐, ITO는 최소의 시트 저항 및 벌크 저항율 값을 통과한다. 다른 필요한 광학적 특성은 말할 것도 없이 전기 및 응력 특성 양자를 동시에 최적화시킬 수 없다고 잘못 결론을 내릴 수 있다. 매우 높은 산소 흐름율에서, 워핑값은 평탄으로부터 훨씬 더 크게 벗어나기 시작한다.
더 높은 압력(4.0mT)에서, 소정의 경향이 나타난다. 낮은 산소 흐름율에서는, ITO 코팅의 응력이 감소된다. 그러나, 더 높은 압력에서는, 이것은 전체적인 스퍼터링 환경에서 더 낮은 산소 퍼센트로 변환된다. 스퍼터링 기술에서는, 산소 퍼센트를 일정하게 유지하면서 압력을 조절하는 것이 일반적이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 이르는 이러한 경향 및 결과는 종래의 실험이 사용될 때는 발견되지 않는다. 라인(1202)으로 나타낸 4mT의 더 높은 아르곤 압력에서는, ITO에서의 응력이 라인(1201)과 비교하여 낮은 산소 흐름에서 최소화되는 강한 경향이 나타난다. 더 낮은 응력은 이하에서 상세히 기술되는 ITO 코팅에서의 고유한 미세 구조 또는 형태로 인한 것이다. 더 높은 산소 흐름율에서, 워핑값은 평탄함으로부터 벗어나지만, 임의의 특정 산소 흐름율에서, 워핑값은 더 낮은 압력에서 달성되는 것보다 높게 유지된다. 이러한 경향은 도 12에 나타낸 것보다 훨씬 더 높은 압력에 대해서도 계속된다. 이들 이점은 7mT를 초과하는 압력에서 계속된다. 훨씬 더 높은 압력에서 추가적인 개선이 또한 달성될 수 있지만, 특정 스퍼터링 챔버에서의 제한은 이 값을 넘는 압력에서의 실험을 제한할 수 있다.
도 13의 그래프는 아르곤 압력 및 산소 흐름의 상대적 증가의 벌크 저항율에 대한 영향을 나타낸 것이다. 이 특정 테스트는 아르곤을 스퍼터링 가스로 사용하여 수행되었다. 400 sccm 아르곤 예(라인 1301)는 3.7mT의 압력을 생성하고, 550 sccm(라인 1302)는 5mT의 압력을 생성하며, 700 sccm(라인 1303)는 6.2mT의 압력을 생성하고, 850 sccm(라인 1304)는 7.4mT의 압력을 생성한다. x축 상에서의 산소 흐름율은 단위가 sccm이다. 유의할 점은 아르곤 압력 및 산소 흐름이 증가함에 따라 벌크 저항율과 관련하여 상당한 개선이 달성된다는 것이다. 그에 부가하여, 더 낮은 아르곤 압력의 예는 더 높은 압력의 예에 비해 높은 벌크 저항율값에서 최소 값을 갖는 경향이 있다. 참조를 위해, 2mT의 압력에서 제조된 비교되는 코팅은 약 180 내지 200 μΩ-cm의 벌크 저항율 값을 포함한다. 최근에 공개된 특허 출원에서, 전기 변색 장치의 다른 제조업체에 의해, EC 응용에서의 ITO 코팅의 현재 기술은 200 μΩ-cm의 벌크 저항율에 대응한다고 발표되었다. 이것은 EC 응용에 실용적인 ITO의 이점 및 특성이 본 발명의 개선된 ITO 코팅을 예상하지 못하고 있음을 나타낸다. 본 명세서에 기술되는 더 높은 압력의 예들은 테스트되는 산소의 범위에서 그들의 최소값에 도달하지 않는다.
도 14의 그래프는 높은 압력의 결과로서 기판 상에 비교적 더 얇은 ITO 코팅이 얻어진다는 것을 나타낸 것이다. 이러한 사실은 또한 본 발명의 이 실시예가 왜 이전에 달성되지 않았는지에 대한 원인이 된다. 도시된 바와 같이, 산소 흐름 및 아르곤 압력이 증가될 때, ITO 코팅의 두께가 감소된다. ITO의 전기적 특성의 품질의 본질적인 척도인 벌크 저항율은 시트 저항을 두께와 곱한 것이다. 시트 저항만을 측정하는 것이 통상적이지만, 코팅이 상세히 특성화되지 않을 경우에는 많은 정보가 손실된다. 코팅은 공정 가스에 대한 변경으로 더 얇아지기 때문에, 시트 저항은 벌크 저항율과 동일한 경향을 따르지 않는다. 높은 아르곤 압력(라인(1404)은 라인(1401, 1402, 1403)에 비해 가장 높은 것임을 나타냄) 및 산소 흐름으로 달성되는 벌크 저항율에 대한 계속된 이점은 시트 저항에 대한 비교되는 분석에 나타나있다. 시트 저항만이 검사되는 경우, 3.7mT 예가 최상이며, 양호한 특성은 비교적 낮은 산소 흐름율에서 달성되는 것으로 결론지을 수 있다. 낮은 벌크 저항율로 얻게 되는 다른 이점은 굴절률의 실수 부분이 감소된다는 것이다. 낮은 굴절률을 갖는 반파장 코팅은 높은 굴절률을 갖는 것보다 물리적으로 더 두꺼우며, 그 결과 훨씬 더 낮은 시트 저항이 얻어진다.
도 15의 그래프는 증가된 아르곤 압력 및 증가된 산소 흐름과 관련하여 아르곤 가스를 이용하는 것의 효과를 나타낸 것인 반면, 도 16의 그래프는 달성된 ITO 반파장 벌크 저항율을 나타낸다. 1/2 파장 코팅을 달성하기 위해, 2개의 공정 챔버가 사용되었다. 200 sccm 예는 EC 기술에서의 종래의 ITO 코팅의 표준을 나타낸다. 종래 기술의 반파장 코팅은 12.5 Ω/sq를 넘는 시트 저항을 가진 반면, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 높은 압력의 예는 12 Ω/sq보다 낮은 값, 11 Ω/sq보다 훨씬 더 낮은 값을 달성하였다. 높은 압력에서 달성된 벌크 저항율의 상당한 개선이 도 16에 예시되어 있다. 이 예에서, 산소는 높은 압력에서 최적화되지 않았으며, 벌크 저항율은 400-800 SCCM의 아르곤 흐름에서 비교적 일정하게 유지되는 것으로 보여진다.
ITO의 벌크 저항율이 중요하지만, 본 명세서의 다른 곳에서 언급되는 바와 같이, 시트 저항이 EC 요소에서의 다크닝 속도에 영향을 주는 1차적인 인자이다. 200 μΩ-cm의 벌크 저항율은 반파장 코팅에 대해 13.7 Ω/sq의 시트 저항과 같으며, 180의 벌크 저항율은 12.4 Ω/sq의 시트 저항과 같고, 140의 벌크 저항율은 9.6 Ω/Sq의 시트 저항과 같다. 9.6 Ω/sq는 13.7 Ω/sq 예와 비교하여 30% 감소이고, 그 결과 다크닝 시간의 상당한 개선이 얻어지고, 또한 본 발명의 다른 곳에서 기술되는 바와 같이 요소 다크닝 균일성도 개선시키는 새로운 버스 구성을 가능하게 해준다.
다음 예에서, 코팅은 다른 코터에서 생성되었다. 이 코터는 대략 27 인치 길이의 캐소드를 갖는다. 아르곤 및 크립톤 양자가 2.73 mT의 압력에 있는 상태에서 실험이 수행되었다. 코팅들은 캐소드를 지나 2개의 패스에서 제조되었다. 관련 도면들 및 표에 나타낸 바와 같이 산소가 변화되었다. 결과적인 ITO 코팅은 대략 두께가 600nm이다. 도 17에서, 코팅에서의 흡수(y축)은 산소 흐름율(x축)의 함수로서 나타내어져 있다. 알 수 있는 바와 같이, 크립톤(라인 1701)으로 제조된 샘플은 스퍼터링 가스로 아르곤(라인 1702)을 사용하여 생성된 샘플과 비교하여 주어진 산소 흐름율에서 흡수가 더 높다.
도 18에서, 유리(y축)에서의 워핑은 산소 흐름율(x축)의 함수로서 나타내어져 있다. 크립톤(라인 1801)으로 생성된 샘플이 1에 더 가까운 워핑값을 갖는다는 것을 알 수 있으며, 이는 크립톤에 의해 생성된 ITO 코팅된 유리가 아르곤(라인 1802)에 의해 생성된 유리보다 더 평탄하다는 것을 나타낸다. 도 18은 이전에 제공된 데이터를 나타낸 것으로서, 이 경우 워핑은 산소 흐름율의 증가에 따라 증가하는 것으로 나타났다.
도 19에는, 유리(y축)의 워핑이 흡수(x축)에 대해 나타내어져 있다. 크립톤 생성된 샘플(라인 1901)은 산소 흐름율에 대해 나타내어질 때 더 많은 흡수를 갖지만, 워핑이 흡수와 비교될 때, 크립톤 생성된 샘플은 아르곤 생성된 샘플(라인 1902)보다 더 평탄하다.
도 20은 크립톤(라인 2001) 및 아르곤(라인 2002)에 대한 워핑(y축) 대 투과율(x축)을 나타낸 것이다. 주어진 증가된 투과율 값에 대해 더 평탄한 유리가 얻어진다. 높은 압력에서 크립톤 또는 크세논 또는 심지어 아르곤을 사용하여 부가적인 개선이 가능하다. 높은 압력은 낮은 응력, 높은 투명도 및 낮은 시트 저항의 동시적인 달성을 가능하게 해준다.
ITO 코팅의 형태 또는 표면 특징은 또한 압력 및 산소 흐름율에 따라 변한다. 이들 값 사이에는 상호작용 효과가 존재하며, 이 경우 압력이 변화될 때, 서로 다른 형태가 서로 다른 산소 흐름율에서 달성된다. 도 21 내지 도 23에 나타낸 ITO 코팅 샘플은 72" 캐소드를 갖는 코터에서 생성되었다. 모든 샘플은 2.1mT, 타겟당 5kw, 1 공정 챔버(2 타겟/측면) 및 32 ipm의 선속도에서 제조되었다. 산소 흐름율은 도 21, 도 22 및 도 23의 샘플에 대해 각각 2, 8 및 17 sccm이었다. 도 21 및 도 23의 샘플은 형태의 극단을 나타낸 것이다. 도 21의 샘플은 소위 작은 마디(2101) 형태를 가지는 반면, 도 23의 샘플은 소형 판(2302) 형태를 갖는다. 도 21의 샘플을 검사하면, 배경 소형 판(2102) 구조를 보여준다. 도 21의 샘플은 다소 혼합된 형태를 갖는 것으로 생각된다. 도 22의 샘플은, 중간 산소 흐름에서, 매우 적은 수의 작은 마디(2201) 및 전체적인 현저한 소형 판(2202) 형태를 갖는다. 소형 판 형태는 코팅에서의 높은 응력과 상관되어 있는 반면, 작은 마디 형태는 작은 응력을 갖는 코팅에서 발생한다. 주어진 공정 가스 압력에 따라, 이들 2개의 서로 다른 형태 간의 천이는 급격하거나 점진적이다. 낮은 산소에서의 작은 마디 형태는 큰 피크 대 밸리 거칠기(도 33a 및 도 33b와 관련하여 상세히 기술되어 있음)를 특징으로 한다. 작은 마디는 코팅의 표면보다 상당히 위쪽에 상승하며, 따라서 큰 피크 대 밸리 거칠기를 생성한다. 작은 마디가 소형 판 미세구조로 천이될 때, 표면의 거칠기가 감소된다. 이 거칠기는 작은 마디가 표면으로부터 막 사라졌을 때 최소이다. 이 시점에서, 소형 판들 사이에 얕은 "절벽"(2103, 2203, 2303) 또는 영역을 갖는 소형 판 미세구조가 얻어진다. 산소 흐름이 더 증가함에 따라, 소형판들 사이의 절벽의 높이가 증가하여, 표면의 거칠기를 바람직하지 않게 증가시킨다.
도 24 내지 도 26의 샘플은 도 21 내지 도 23의 것들과 비슷한 전력 및 선속도에서, 그리고 모두 2 sccm 산소로 제조된다. 공정 가스 압력은 각각 3.7, 2.1 및 1.6 mT이었다. 압력이 증가됨에 따라, 형태는 점점 더 작은 마디 형태에 의해 지배된다. 작은 마디 형태(2401, 2501, 2601)와 소형판 형태 간의 천이는 높은 압력에서 더 점진적이며, 따라서 코팅에서의 바람직한 광학적 및 기계적 특성 간의 미세한 조정을 가능하게 해준다. 훨씬 덜 현저한 양이지만, 3.7 mT 샘플의 배경에 소형판(2402) 형태가 여전히 존재한다. 압력이 더 감소됨에 따라, 작은 마디 성분은 궁극적으로 없어져 소형판 형태만이 남는다.
크립톤 또는 다른 더 무거운 스퍼터링 공정 가스의 사용은 어떤 점에서는 높은 압력에서의 동작과 유사하다. 도 27 내지 도 29에 나타낸 바와 같이, 크립톤을 공정 가스로 사용하고 산소 흐름율을 변화시켜 생성된 1/2 파장 ITO 샘플의 3개의 SEM 이미지가 비교되어 있다. 이들 샘플에 대해서는 표 6을 참조하여 더 상세히 기술된다. 이들 샘플은 2개의 공정 챔버(4개의 캐소드/측면)를 사용하여 40ipm 선속도 및 6.2kw로 제조되었다. 유리 두께는 1.1mm이었다. 도 27, 도 28 및 도 29에서 산소 흐름율은 각각 8, 12 및 16 sccm이다. 산소 흐름율들은 공정 챔버마다에 대한 것이다. 8 sccm 산소에서 생성된 도 27에 도시된 샘플의 표면은 소형판 성분을 거의 갖지 않으며, 극단적으로 응력이 없고, 이 샘플의 표면은 작은 마디(2701)가 지배적이다. 도 27에 도시된 샘플 및 표 6으로부터의 다른 1/2 파장 샘플은 본질적으로 1의 워핑값을 갖는다. 도 28에 도시된 샘플의 표면 구조는 일반적으로 작은 마디(2801)로 이루어져 있으며, 약간의 절벽(2803)을 갖는 매우 적은 양의 소형판(2802) 형태를 갖는다. 도 29의 샘플은 기본적으로 모두 잘 정의된 절벽(2903)을 갖는 소형판(2902) 표면 구조이다. 이들 샘플은 대략 150 μΩ-cm의 매우 낮은 벌크 저항율 값을 갖는다. 이들 코팅의 흡수는 평탄성, 저항율 및 흡수의 최상의 조합을 갖는 12 sccm 예에서 매우 낮다. 이들 코팅에 대한 낮은 응력 값은, 높은 압력을 사용하거나 더 무거운 스퍼터링 가스로 생성될 때, 소정의 소형판 형태도 성공적으로 이용될 수 있음을 나타낸다.
도 30 내지 도 32에 도시된 샘플 D, E 및 F는 각각 표 7에 나타낸 2-파장 ITO 예들에 대한 것이며 8, 12 및 16 sccm 흐름율에 각각 대응한다. 선속도는 이 샘플들에 대해 7ipm이었으며, 그렇지 않은 경우 공정 조건은 표 6의 조건과 동등하였다. 이들 코팅은 그들의 반파장 상응물보다 대략 5배 더 두껍다. 코팅의 형태는 이들 샘플에서 다소 상이한데, 더 얇은 샘플의 작은 마디(3001, 3101, 3201) 형태가 더 과립상인 구조(도 30의 샘플 D)를 생성한다. 도 30에 나타낸 입자들 간에 보이드가 있으며, 이는 바람직하지 않게 높은 헤이즈 및 열화된 전도성을 가져오며, 이것은 이 샘플에 대해 200 μΩ-cm의 비교적 높은 벌크 저항율 값으로 예시된다. 12 sccm의 산소로 제조된 샘플 E는 매우 낮은 벌크 저항율(131 μΩcm) 및 미세한 입자의 미세구조를 갖는다. 16 sccm 예도 유사한 미세 구조를 갖지만, 이 예에서는, 소형판 형태가 존재하지 않는데, 그 이유는 더 얇은 코팅에 있기 때문이다. 이들 크립톤 생성된 코팅의 응력 레벨은 비교적 낮다. 워핑값은 낮은 산소 예에 대해 본질적으로 1부터 가장 높은 산소 예에 대한 0.956까지의 범위 내에 있다. 이들 샘플은 앞서 기술된 두꺼운 1.6mm 유리와 비교하여 더 워핑되기 쉬운 1.1mm 유리로 제조되었다. 여전히, 워핑값은 1에 매우 가깝다. 이것은 1.6mm 유리에 관해 최초로 언급된 50nm 코팅보다 10배 이상 더 두꺼운 코팅을 갖는다. 이 코팅은 극히 낮은 응력을 가질 뿐만 아니라, 더 나은 벌크 저항율 값 및 수용 가능한 흡수값도 갖는다.
이들 코팅에 대한 피크 대 밸리 표면 거칠기(도 33a 및 도 33b를 참조하여 이하의 설명에서 정의됨)는 양호하게는 200Å보다 작거나 같으며, 보다 양호하게는 150Å보다 작고, 보다 양호하게는 100Å보다 작거나 같으며, 훨씬 더 양호하게는 약 50Å보다 작거나 같고, 가장 양호하게는 약 25Å보다 작거나 같다.
본 발명의 적어도 일 실시예에 따라 구성된 전기 변색 미러의 부가적인 특징 및 이점을 설명하기 위해, 실험 결과의 요약이 이하의 표 6 및 표 7에 제공되어 있다. 이들 요약에서는, 각각의 예에서 지정된 파라미터에 따라 구성된 전기 변색 미러의 요소들의 스펙트럼 특성에 대해 언급된다. 컬러를 설명함에 있어서, Commission Internationale de I'Eclairage's (CIE) 1976 CIELAB 색도 다이어그램(통상 L*a*b* 차트라고 함)을 참조하는 것이 유용하다. 컬러 기술은 비교적 복잡하지만, 매우 포괄적인 설명이 F.W. Billmeyer 및 M. Saltzman의 Principles of Color Technology, 2nd Edition, J. Wiley and Sons Inc. (1981)에 제공되어 있으며, 본 발명은 컬러 기술 및 용어에 관련하여 일반적으로 그 설명을 따른다. L*a*b* 차트에서, L*은 밝기를 정의하고, a*은 적색/녹색 값을 나타내며, b*은 황색/청색 값을 나타낸다. 전기 변색 매질 각각은 3개의 숫자 표시, 즉 그의 L*a*b* 값으로 변환될 수 있는 각각의 특정 전압에서 흡수 스펙트럼을 갖는다. 스펙트럼 투과율 또는 반사율로부터 L*a*b* 값과 같은 한 세트의 컬러 좌표를 계산하기 위해, 2개의 항목이 더 필요하다. 그 중 하나는 소스, 즉 광원의 스펙트럼 전력 분포이다. 본 발명은 CIE 표준 광원 A를 사용하여 자동차 헤드램프로부터의 광을 시뮬레이션하고, CIE 표준 광원 D65를 사용하여 햇빛을 시뮬레이션한다. 필요한 두 번째 항목은 관찰자의 스펙트럼 응답이다. 본 발명은 2도 CIE 표준 관찰자를 사용한다. 미러에 일반적으로 사용되는 광원/관찰자 조합은 A/2도로 표현되고, 창문에 일반적으로 사용되는 조합은 D65/2도로 표현된다. 이하의 예들 중 다수는 1931 CIE 표준으로부터의 값 Y를 참조하는데, 그 이유는 이 값이 L*보다 스펙트럼 반사율에 더 밀접하게 대응하기 때문이다. 이하에서 또한 기술되는 값 C*은 (a*)2+(b*)2의 제곱근과 같고, 따라서 컬러 중립(color neutrality)을 정량화하는 척도를 제공한다.
표 3 및 표 4는 본 발명에 따라 구성된 요소에 대한 실험 결과를 요약한 것이다. 구체적으로는, 크립톤을 스퍼터링 가스로 하고 3mTorr의 압력에서 반파장 및 2 파장 두께 양자에 대해 8 sccm 내지 16 sccm 산소 흐름 범위 내에서 실험이 수행되었다. 표 6은 반파장보다 약간 작은 ITO 두께에 대한 결과를 요약한 것이고, 표 7은 2 파장보다 약간 더 큰 ITO 두께에 대한 결과를 요약한 것이며, 반파장 두께는 예를 들어 미러 응용에 적용 가능하고, 2파장 두께는 예를 들어 창문 응용에 적용 가능하다. 게다가, 이들 표는 단일층 및 이중층으로 구성된 요소 양자에 대한 결과를 포함한다는 점에 유의한다.
표 8은 벌크 저항율, 전자 이동도 및 전자 캐리어 농도 간의 상호 의존성을 나타낸 것이다. 유의할 점은 주어진 벌크 저항율을 생성하는 연속적인 캐리어 농도 및 이동도 조합이 존재한다는 것이다.
전자 캐리어 농도는 양호하게는 40e20 전자/cc보다 크거나 같고, 이동도는 양호하게는 25 cm2/V-s보다 크거나 같다. 본 명세서에 제공되는 캐리어 농도 및 전자 이동도, 두께 및 표면 거칠기는 코팅의 타원 편광 분석법(ellipsometric analysis)으로부터 도출된 것이다. 전자 농도 및 이동도는 홀 특성화 방법을 사용하여 결정된 것과 다를 수 있으며, 이 분야의 기술자는 측정 방법들 간에 오프셋이 있을 수 있다는 것을 인식할 것이다. 상기한 바와 같이, 주어진 벌크 저항율을 달성할 수 있는 연속적인 캐리어 농도 및 이동도 값이 존재한다. 낮은 굴절률이 선호되는 실시예에서는, 높은 캐리어 농도를 얻기 위해 증착 공정을 조정하는 것이 선호된다. 낮은 흡수가 선호되는 다른 실시예에서는, 높은 전자 이동도를 얻기 위해 증착 공정을 조정하는 것이 선호된다. 다른 실시예들에서는, 캐리어 농도 및 이동도의 중간 레벨이 요망될 수 있다.
적어도 일 실시예에서, 전기 광학 요소는, 감소된 벌크 저항율, 감소된 흡수를 동시에 나타내어, ITO가 도포되는 연관된 기판의 벤딩 또는 워핑을 감소시키고, 전체적인 어셈블리의 균일한 어두움 및 밝음을 유지하며, 그의 중량을 감소시키는 개선된 ITO층을 포함한다.
금속 코팅을 다루는 비마이크로급 전기 응용에서 표면 토폴로지(surface topology), 형태 또는 거칠기는 통상적으로 중요하지 않다. 표면 토폴로지는 광학 응용에서 금속이 사용될 때 특히 관심을 끈다. 표면 거칠기가 너무 크게 될 때, 코팅은 상당한 비경면성 반사율(non-specular reflectivity), 즉 헤이즈를 갖는다. 이러한 정도의 거칠기는, 대부분의 응용에서, 종종 첫 번째로 해결해야 될 것인데, 그 이유는 기능에는 꼭 그렇지 않지만, 외관에는 부정적 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 본 명세서에 기술된 다수의 응용과 같은 광학 응용의 경우에, 불쾌한 헤이즈의 존재는 최악의 시나리오로 간주된다. 표면 거칠기는 불쾌한 헤이즈를 유발하는 것들보다 훨씬 더 작은 거칠기 레벨에서 다른 부정적 결과를 가질 수 있다. 표면 거칠기 레벨은 금속막이 다른 광학 응용에서 적절히 기능할 수 있게 하기 위해 금속막에 대한 수용 가능한 형태를 정의한다. 표면 형태를 적절히 제어하지 않는 것과 연관된 불이익은 종종 비용의 증가인데, 그 이유는 부적절한 표면 형태와 연관된 문제점을 극복하기 위해 높은 반사율을 갖는 고가의 금속이 대량으로 필요하기 때문이다. 박막 모델링 기법을 사용하여 서로 다른 레벨의 형태 또는 표면 거칠기의 효과가 분석되었다. 이들 기법은 박막 기술 분야에서 수용되며, 실제의 박막 또는 코팅 시스템을 정확하게 기술하는 것으로 밝혀졌고, 따라서 코팅에 대한 서로 다른 변화의 영향을 예측하는 데 사용될 수 있다. 이것이 유익한 이유는 그 효과를 나타내는 데 필요한 다수의 샘플을 제조 또는 제작하는 것이 비용이 많이 들거나 시간이 많이 걸릴 수 있기 때문이다. 이 경우에, Software Spectra, Inc.에 의해 공급되는 TFCalc라고 하는 상용 박막 프로그램이 계산을 수행하는 데 사용되었다.
거칠기는, 본 명세서에서 사용될 때, 평균 피크 대 밸리 거리로서 정의된다. 도 33a 및 도 33b는 2가지 서로 다른 거칠기 시나리오를 나타낸 것이다. 도 33a에는, 큰 정자(crystallite)(3302a)가 나타내어져 있다. 도 33b에는, 작은 정자(3302b)가 나타내어져 있다. 이들 양 사례에서, 피크 대 밸리 거리(3301a, 3301b)는 동일한 것으로 나타내어져 있다. 그에 부가하여, 양 예는 동일한 보이드 대 벌크 비(void to bulk ratio)를 가지고 있다. 밸리 및 피크가 동일한 높이에 있지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 평균 피크 대 밸리 측정이 더 대표적인 정량화 값을 제공한다.
층이 얇은 경우, 그 층은 균일한 굴절률을 갖는 단일의 균질층으로 근사화될 수 있다. 혼합층의 굴절률을 근사화하는 여러 방식이 있다. 이는 유효 매질 근사화(EMA)라고 한다. 각각의 서로 다른 EMA는 그의 장점 및 약점을 갖는다. 이들 예에서는, Bruggeman EMA 방법이 이용되었다. 층의 두께가 크게 될 때, 단일의 고정된 굴절률이 사용되는 경우에는, 거칠기가 잘 근사화되지 않는다. 이들 경우에, 거칠기는 경사진 굴절률 근사화를 형성하기 위해 서로 다른 비율의 보이드 및 벌크 물질의 여러 슬라이스로서 근사화될 수 있다.
본 명세서에서는 표면 거칠기의 반사에 대한 광학적 영향의 대표적인 예를 제공하기 위해 여러 금속이 모델링된다. 표 9, 표 10 및 표 11은 각각 Ag, Cr 및 Rh에 대해 표면의 반사율에 대한 거칠기 두께의 영향을 나타낸다. 층의 두께는 나노미터 단위이며, 대문자 Y 값은 코팅된 표면으로부터의 반사율을 나타낸다. 이들 금속 각각에 대해 거칠기의 두께가 증가함에 따라 반사율이 떨어진다. 응용에 따라, 수용 가능한 거칠기의 양이 다르다. 거칠기는 20nm보다 작은 평균 피크 대 밸리이어야만 하며, 양호하게는 15nm보다 작아야 하고, 보다 양호하게는 10nm보다 작아야 하며, 훨씬 더 양호하게는 5nm보다 작아야 하고, 가장 양호하게는 2.5nm보다 작아야 한다. 이들 양호한 범위는, 상기한 바와 같이, 응용에 의존한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 플래쉬층, 커버층, 장벽층 또는 접착층(즉, 기능층)의 두께는 하부 표면의 두께의 정도에 따라 스케일링될 필요가 있을 수 있다. 하부 표면의 거칠기에 의해 필요하게 되는 기능층의 두께로 인해, 결과적인 적층의 광학적 특성의 변화, 높은 비용 또는 다른 부정적 효과 등의 바람직하지 않은 효과가 발생할 수 있다. 기능층의 증착 이전에 표면을 평탄화하는 수단에 대해 이하에서 기술한다. 유의할 점은 시일 물질에의 양호한 접착을 위해 실질적으로 더 큰 표면적을 생성하는 것과 같이 증가된 표면 거칠기가 유익할 수 있는 소정 실시예들이 있을 수 있다는 것이다.
표 6, 표 7 및 표 8은 또한 "이론적 최대값의 %"라고 표시되는 값을 포함하고 있다. 이 메트릭은 거친 표면을 갖는 코팅의 반사율이 이상적인 완벽하게 평탄한 표면의 반사율에 얼마나 가깝게 일치하는지를 정의한다. 이론적 최대값의 %가 100%인 코팅은 그 물질에 대해 이론적으로 달성가능한 최대 반사율을 갖는다. 이론적 최대값의 %가 85%인 경우, 달성되는 반사율은 이상적인 평탄한 코팅의 값의 단지 85% 또는 0의 거칠기를 갖는 코팅의 반사율의 0.85배이다.
금속 또는 합금 코팅의 반사율은 코팅, 심지어 비교적 평탄한 코팅의 많은 속성에 의존한다. 코팅의 밀도, 내부 보이드의 존재 여부, 응력 레벨 등 모두가 반사율이 소정의 이상적인 최대값에 어떻게 접근하는지에 역할을 한다. 본 명세서에서 정의되는 이론적인 최대 반사율은 이상적인 코팅의 그러한 이상적인 반사율과 관계가 없고, 오히려 평탄한 실제 코팅의 반사율 값과 관계가 있다. 실제로, 이론적 최대값은 광학적 분석 및 박막 모델링의 조합을 통해 얻어진다. 가변 각도 분광 타원 편광 분석(Variable Angle Spectroscopic Ellipsometry) 등의 광학 기법을 사용하여 표면 거칠기를 갖는 실제 코팅을 분석함으로써, 굴절률 대 파장 및 표면 거칠기가 얻어질 수 있다. 이어서, 굴절률 대 파장은 TFCalc 또는 Essential Macleod 등의 박막 모델링 프로그램에 입력될 수 있고, 반사율이 계산될 수 있다. 측정된 굴절률 데이터를 사용하여 계산된 반사율은 그 특정 막 또는 코팅으로부터의 이론적 최대 반사율 값이다.
양호하게는, 코팅의 반사율은 이론적 최대값의 85%보다 크고, 보다 양호하게는 이론적 최대값의 90%보다 크며, 가장 양호하게는 이론적 최대값의 95%보다 크다.
소정 응용에서, 높은 제2 표면 반사율을 갖는 것이 바람직하며, 이 반사율은 유리를 통해 볼 때 금속층에 대한 것이다. 이 경우에, 표면 거칠기에 부가하여 매립된 보이드가 중요하다. 보이드의 양(벌크에 대한 %)은 변할 수 있으며, 보이드 층의 두께도 변할 수 있다. 표면 거칠기에 대해 상기한 일반 규칙도 여기에 적용된다.
종종, 금속층이 낮은 시트 저항을 포함할 때는, 표면 거칠기가 특히 중요하다. 금속 또는 기타 전기적 전도성 물질은 벌크 저항율이라고 하는 고유 특성을 갖는다. 코팅의 시트 저항은 벌크 저항율 수치를 코팅의 두께로 나눔으로써 구해진다. 원칙적으로, 코팅이 충분히 두꺼운 한, 임의의 시트 저항값이 임의의 전도성 물질로부터 얻어질 수 있다. 낮은 시트 저항을 달성하는 데 있어서의 문제 또는 제한은 시트 저항 또는 전도성에 부가하여 다른 속성이 필요하게 될 때 발생한다.
코팅의 두께가 증가됨에 따라, 표면 거칠기도 통상적으로 증가하며, 이는 앞서 기술한 바와 같이 경면 반사율(specular reflectivity)의 감소를 가져온다. 매우 두꺼운 코팅은 종종 완벽하게 평탄한 표면의 반사율보다 상당히 낮은 반사율 레벨을 갖는다. 코팅이 유발하는 거칠기의 양은 다수의 인자의 함수이다. 물질 자체의 성질이 주된 동력이지만, 경계 내에서는 (증착 공정에서 이용되는) 증착 공정 파라미터들이 코팅의 표면 특성들을 변경할 수 있다.
다른 고려 사항으로 인해, 최상의 표면 거칠기를 갖는 물질이 주어진 응용에 대해 항상 선택될 수 있는 것은 아니다. 다른 인자들도 역할을 한다. 예를 들어, 접착 및 비용이 코팅 적층에 들어가는 물질의 선택에 영향을 주는 중요한 문제이다. 종종, 모든 요건을 만족시키는 단일의 물질을 선택하는 것은 불가능하며, 따라서 다층 코팅이 이용된다. 로듐, 루테늄, 이리듐 등의 소정 백금족 금속은 높은 반사율을 갖지만, 매우 고가이다. 따라서, 이들 물질로 제조된 낮은 시트 저항을 갖는 코팅 전체는 엄청나게 고가이다. 유리 또는 기타 물질에 대한 극도의 부착력이 필요할 수 있을 때, 이들 물질은 기타 물질보다 약한 본딩 강도를 갖는 것으로 밝혀질 수도 있다. 은 기반 코팅은 애노드로서 불충분한 안정성을 가질 수 있으며, 코팅 적층에 따라, 접착 측면에서도 문제가 될 수 있다. 크롬 등의 금속은 소정의 다른 금속에 비해 비교적 저렴하며, 매우 양호한 접착력을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 크롬은 접착층으로서 기능할 수 있고, 원하는 전기적 특성을 얻기 위해 충분한 두께로 제작될 수 있다.
불행하게도, 크롬은 매우 반응성이 크며, 이는 비교적 큰 표면 거칠기 값을 유발하는 고유 성질로 이어진다. 높은 반응성은, 코팅이 예를 들어 MSVD(Magnetron Sputter Vacuum Deposition)을 사용하여 증착될 때, 크롬 원자가 처음 떨어지는 곳에 부착되는 경향이 있다는 점에서 중요하다. 접합 형성의 속도가 매우 빠르며, 이것은 원자가 표면을 따라 확산하여 낮은 에너지 위치를 찾을 수 있는 능력을 제한한다. 통상적으로, 코팅 시의 낮은 에너지의 안정된 위치는 낮은 표면 거칠기에 적합한 위치이다. 낮은 에너지 상태로 가지 않는 이러한 경향은 또한 코팅의 벌크 저항율의 열화의 원인이 된다. 따라서, 목표 시트 저항을 달성하려면 더 두꺼운 층이 필요하며, 표면 거칠기는 더 악화되는 경향이 있다. 이들 경합하는 효과들로 인해 낮은 시트 저항 및 높은 반사율의 목적을 동시에 달성하기가 어렵다.
낮은 반사율의 금속의 반사도는 그 위에 더 높은 반사율의 금속의 얇은 층을 배치함으로써 증가될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 로듐 또는 루테늄 등의 상기한 금속들이 사용될 수 있다. 주어진 반사성 레벨을 달성하는 데 필요한 이들 금속의 두께는 하부의 크롬층의 표면 거칠기의 직접적인 결과이다. 전도성 층으로 사용될 수 있는 다른 금속들은 알루미늄, 카드뮴, 크롬, 코발트, 구리, 금, 이리듐, 철, 마그네슘, 몰리브덴, 니켈, 오스뮴, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 은, 주석, 텅스텐 및 아연을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 이들 금속의 서로와의 합금 또는 다른 금속 또는 금속들과의 합금이 가능할 수 있다. 주어진 응용에서의 이들 물질의 적합성은 요건들의 전체 리스트에 의존한다. 예를 들어, 루테늄은 한 응용에서는 고가의 금속일 수 있지만, 다른 응용에서는 로듐 등의 다른 금속에 비해 저렴할 수 있고, 따라서 본 발명의 사상 내에 속할 수 있다. 다른 비제한적인 실시예에서, 주어진 금속 또는 합금은 응용에서의 다른 성분들 모두에 적합한 것은 아닐 수 있다. 이러한 경우에, 민감한 금속은 매립되거나, 아니면 상호작용 제한이 있는 성분과 격리될 수 있다. 크롬의 상부에 증착된 층들은 보통 하부층의 거칠기를 패터닝한다. 따라서, 높은 반사율 금속의 얇은 층이 또한 그 아래의 층 또는 층들로 인해 그의 이상적인 반사율을 갖지 않게 된다. 대부분의 경우에, 양호한 실시예는 더 높은 반사율 금속이 관찰자를 향해 배향되는 실시예이다. 위에 열거한 높은 전도성 금속 중 다수는 높은 반사율을 갖는다. 이들 금속은 적절한 화학적, 환경적 또는 물리적 성질을 갖기 위해 다른 금속들과 합금될 필요가 있을 수 있다. 그러면, 금속 또는 합금은 부적합한 컬러 또는 색조를 가질 수 있다. 전체적인 반사율 세기가 원하는 응용에는 적절할 수 있지만, 반사되는 컬러가 요건들을 만족시키지 않는 경우, 금속 또는 합금은 부적합하다. 이 경우에, 상기 설명과 유사하게, 금속 또는 합금은 낮은 고유 반사율을 갖지만 더 양호한 반사된 컬러를 갖는 층 아래에 매립될 수 있다.
크롬-루테늄 이중층 코팅 적층에 대한 반사율과 시트 저항 간의 트레이드-오프를 평가할 수 있도록 참조 샘플이 준비되었다. 이들 샘플에는, 목표 시트 저항 값을 얻기 위해 크롬이 도포되었다. 이어서, 샘플들은 다른 두께의 루테늄으로 오버코팅되었다. 이하의 공정 조건이 이용되었다.
모든 코팅이 3.0 mTorr에서 처리되었다.
Cr @ 4.0Kw @ (130) = 대략 1000Å
Cr @ 4.0Kw @ (130) X 9 =.7 ohms/squ.
Cr @ 4.0Kw @ (130) X 3 = 1.5 ohms/squ.
Cr @ 4.0Kw @ (87) X 1 = 3 ohms/squ.
Cr @ 4.0Kw @ (170) X 1 = 6 ohms/squ.
Ru @ 1.7Kw @ (130) = 400Å
Ru @.85Kw @ (130) = 200Å
Ru @.43Kw @ (130) = 100Å
Ru @.43Kw @ (260) = 50Å
Ru @.43Kw @ (520) = 25Å
크롬 샘플은 모두 4kw에서 증착되었다. 코팅의 두께를 조절하여 시트 저항 목표를 달성하기 위해 선속도(괄호안 - 임의의 단위) 및 패스의 수(예를 들어, X 9)가 변화되었다. 목표 두께 레벨을 달성하기 위해 선속도 및 전력을 변화시키면서 루테늄층이 생성되었다. 이 매트릭스의 결과가 표 12에 나타내어져 있다. 두께가 증가하고 시트 저항이 감소함에 따라 반사율은 일반적으로 떨어진다. 3 Ω/sq를 목표로 준비된 여러 샘플이 그러한 경향에 맞지 않는다. 이는 이들이 나머지 크롬 코팅과 다른 선속도로 제조되었기 때문이다. 선속도가 감소될 때, 기판은 더 느린 속도로 이동한다. 선형 공정에서, 이것은 초기 핵형성 층이 주로 스퍼터링된 높은 각도의 증착 물질로 형성된다는 것을 의미한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 높은 각도의 증착은 열악한 물질 특성을 가져온다. 이러한 높은 각도 증착을 제거하기 위해 차폐가 종종 사용된다. 이 연구에서의 3 Ω/sq 크롬의 예는 높은 각도가 코팅의 광학적 특성을 어떻게 열화시킬 수 있는지에 대한 우수한 예이다.
표 12로부터 알 수 있는 바와 같이, 크롬 코팅은 단독으로 6 Ω/sq 예에서도 비교적 낮은 반사율 값을 갖는다. 이 샘플의 경우, 반사율은 단지 약 61%이었다. 다른 수단 또는 공정 조건으로 생성된 크롬은 65%를 초과하는 값을 달성할 수 있어야만 한다. 따라서, 이러한 적정한 시트 저항값에서도, 크롬 반사율이 떨어졌다.
3 Ω/sq 코팅이 요망될 때, 적정한 반사율 값을 얻기 위해 크롬 상부에 100 및 200Å의 루테늄이 필요하다. 이상적으로는, 루테늄 코팅은 72%를 초과하는 반사율을 달성할 수 있어야만 한다. 6 Ω/sq 크롬 상부의 400Å조차도 이론적 최적값에 2% 부족하다. 더 낮은 오옴 샘플은 이론적으로 달성가능한 반사율 값에 접근하지도 않는다. 따라서, 낮은 시트 저항 및 높은 반사율 양자가 필요한 경우, 표준의 크롬-루테늄 이중층은 요건을 만족시키지 못한다. 이 문제를 해결하기 위해 다른 수단이 이용되어야만 한다.
코팅의 형성 동안에 표면 거칠기를 최소화시키기 위해 증착 공정 파라미터가 조정될 수 있다. 금속의 경우, 후술하는 바와 같이 낮은 압력에서 그리고 양호하게는 네온 또는 아르곤-네온 혼합물을 스퍼터링 가스로 사용하여 공정을 수행함으로써 표면 거칠기가 감소되고 반사율이 증가될 수 있다. 이들 파라미터는 증착 공정에서의 적당한 운동량 및 에너지 전달에 기여하며, 그 결과로서 덜 거친 표면 및 낮은 벌크 저항율이 얻어진다.
표 13은 공정 파라미터가 조정됨에 따라 표면 거칠기, 반사율 및 전기적 특성이 어떻게 변하는지를 나타낸 것이다. 3mT 예가 참고로 제공되어 있다. 코팅의 두께는 약 600Å이다. 이 두께가 중요한 이유는 코팅이 이 레벨에서 거의 불투명하고 시트 저항이 비교적 낮기 때문이다. 알 수 있는 바와 같이, 압력을 낮추면 약 17%만큼 거칠기가 감소되고, 거의 2%의 반사율 증가가 달성된다. 압력을 낮추고 아르곤과 네온의 50:50 혼합물로 스퍼터링하면 추가적인 개선이 얻어진다. 거칠기는 참고 예보다 약 20% 더 낮고, 반사율은 약 2.7% 더 높다. 마지막 예는 네온의 양이 훨씬 더 많은 예인데, 즉 스퍼터링 가스의 대략 70%가 네온이다. 반사율은 참고 예보다 약 3.5% 더 높고, 거칠기는 약 24% 감소된다. 두께 및 거칠기 값은 가변 각도 분광 타원 편광 분석을 이용하여 구해진다.
압력을 낮추고 스퍼터링 가스에서의 네온 함유량을 증가시킴으로써 결과가 더 향상될 수 있다. 게다가, 기판 온도를 증가시키는 것도 더 평탄한 코팅에 기여한다. 기판 온도가 높으면 증착된 원자의 표면 이동도가 더 높게 되어, 더 평탄한 표면이 얻어진다.
표 13은 또한 크롬 코팅에 대한 벌크 저항율 값도 포함하고 있다. 크롬에 대한 이론적 최소 벌크 저항율 값은 약 13 μΩ-cm이다. 아르곤 내에서 3mT의 통상적인 압력으로 제조된 참고 예는 이론적인 벌크 저항율의 6배 이상인 벌크 저항율 값을 갖는다. 증착 특성을 향상시킴으로써, 이론적인 최소값의 5배 이하인 벌크 저항율 값이 달성될 수 있다. 양호하게는, 벌크 저항율은 이론적 최소값의 5배 이하이고, 보다 양호하게는 이론적 최소값의 4배 이하이며, 보다 양호하게는 이론적 최소값의 3배 이하이고, 가장 양호하게는 이론적 최소값의 2배 이하이다.
시스템 내의 산소(또는 물)의 존재는 표면 거칠기 측면에서 특히 해가 될 수 있다. 크롬은 산소와의 반응성이 매우 크며, 즉각 반응하는 경향이 있다. 이로 인해 코팅이 더 거칠어진다. 따라서, 적은 산소를 갖는 코팅이 권장된다. 표 14는 거칠기에 대한 산소의 영향을 나타낸 것이다. 표 14에서의 산소 레벨은 스퍼터링 가스 내의 퍼센트를 말한다. 압력의 단위는 mT이고, 두께의 단위는 Å이다. 코팅 내의 수용 가능한 산소의 양은 5 원자 퍼센트 미만이고, 양호하게는 2 원자 퍼센트 미만이며, 이상적으로는 1 원자 퍼센트 미만이다.
수용 가능한 거칠기의 양은 응용에 의존한다. 높은 반사율 값이 요망되는 경우, 거칠기는 더 낮은 것이 역시 바람직하다. 반사율 요건이 그다지 엄격하지 않은 경우, 더 높은 거칠기도 수용 가능할 수 있다. 일반적으로, 거칠기는 약 200Å보다 작아야 하며, 양호하게는 100Å보다 작아야 하고, 더 양호하게는 50Å보다 작아야 하며, 훨씬 더 양호하게는 25Å보다 작아야 하고, 가장 양호하게는 15Å보다 작아야 한다. 거칠기라는 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 타원 편광 분석법(ellipsometry) 또는 원자력 현미경(atomic force microscopy)을 사용하여 결정되는 바와 같은 평균 피크 대 밸리 거리를 말한다.
표면 거칠기를 최소화하기 위해 다른 수단들이 단독으로, 또는 서로 또는 상기한 방법들과 함께 사용될 수 있다. 예를 들어, 캐소드는 그레이징(grazing) (높은) 각도 증착을 최소화하기 위해 차폐될 수 있다. 평탄한 표면을 얻기 위한 다른 방법들로는 이온 보조 스퍼터링 또는 이온 보조 증착, 플라즈마 보조 스퍼터링, 및 원자의 표면 이동도를 증가시키는 기타 수단의 사용이 있다. "트윈 매그(twin mag)", 불균형 마그네트론(unbalance magnetron), rf 중첩된 dc 전력, 마이크로파 보조 스퍼터링, 고전력 펄스 증착, AC 스퍼터링 또는 다른 그러한 수단의 사용과 같은 캐소드 타입이 더 평탄한 코팅을 용이하게 하기 위해 선택될 수 있다.
상기한 예들에서 크롬이 전도성 층으로 사용되었지만, 본 명세서에 그리고 본 명세서에 인용된 참조 문헌에 기술된 다른 금속, 합금 또는 다중층 코팅 물질이 본 발명의 사상 내에서 사용될 수 있다. 다른 물질들은 평탄한 표면을 얻기 위해 다른 공정 조건을 필요로 할 수 있다. 예를 들어, ITO는 금속에 요망되는 조건 하에서 반드시 평탄한 표면을 가질 필요가 있는 것은 아니다. ITO의 경우, 표면 형태가 다수의 공정 변수에 의해 변경된다. ITO의 표면 특성을 제어하는 예는 금속의 경우보다 훨씬 더 어렵다. ITO는 금속처럼 항상 전도성인 것이 아니며, 금속의 경우에 평탄한 코팅을 얻을 수 있는 소정의 공정 설정들은 ITO에서는 전도성이 높은 코팅을 얻지 못할 수도 있다. 따라서, 물질의 다른 특성들을 고려하여 형태를 제어하는 것은 매우 어렵다. 일반적으로, 유리 또는 다른 유리질 기판 상의 고온 코팅의 경우, 본 명세서에서 전술한 높은 압력 및 비교적 높은 산소 설정에서 비교적 평탄한 코팅이 달성될 수 있다. 코팅을 평탄화하기 위해 공정 파라미터를 변화시키는 것은 반투과 코팅 응용에서 기술된 TiO2 및 ITO와 같은 다중층 또는 TiO2 등의 다른 물질에도 적용될 수 있다.
상기한 바와 같이, 거칠기는 일반적으로 코팅의 두께에 따라 증가한다. 종종, 상기한 공정 설정은 수용 가능한 거칠기 레벨을 갖는 코팅을 얻는 데는 불충분하다. 이것은 극히 낮은 시트 저항값이 필요한 경우이다. 이러한 시나리오에서는, 비교적 낮은 표면 거칠기를 가짐과 동시에 낮은 시트 저항값을 갖는 코팅을 달성하기 위한 대안 수단이 필요하다.
본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는, 일반 양도된 미국 특허 출원 공개 번호 제2006/0056003호에서는, 코팅된 기판 상의 국부 영역에서의 코팅을 박막화하기 위한 수단으로서 이온빔이 도입된다. 본 명세서에 상세히 기술되는 바와 같이, 이온빔은 또한 거친 코팅(도 37에 도시됨)을 평탄화(도 33a 및 도 33b에 도시됨)하는 데도 사용될 수 있다. 코팅의 거칠기를 감소시키고 그에 따라 반사율을 증가시키기 위해 이온빔이 단독으로 또는 본 명세서에 기술된 다른 방법들과 함께 사용될 수 있다. 이온빔 소스는 설계 및 기능에서 다양하다. 본 설명을 위해, 본 명세서에 기술되는 에너지 범위에서 이온 플럭스를 전달할 수 있는 설계라면 어느 것이라도 적당하다.
이온빔은 비교적 시준된 강한 플러스 또는 마이너스 이온의 그룹이다. 이온의 에너지는 이온빔의 동작 전위의 함수이다. 전류 또는 이온의 플럭스는 챔버 내에 빔 및 배경 압력을 통해 공급되는 동작 전위 및 가스의 양의 함수이다. 코팅 물질을 에칭, 밀링 및/또는 평탄화하기 위해서는 충분한 이온 에너지가 바람직하다. 관련 현상의 예는 당구의 현상이다. 들어오는 이온을 큐 볼이라고 생각하고, 코팅을 게임의 시작 시의 볼들의 랙(rack)이라고 생각하자. 큐 볼이 매우 낮은 에너지로 랙에 슈팅되면, 랙은 부서지지 않는다. 역으로, 큐 볼이 높은 에너지로 슈팅되면, 래크는 매우 격렬하게 부서질 수 있다.
도 34는 다양한 물질들에 대해 아르곤 이온 에너지의 함수로서 스퍼터링 수율(sputtering yield)을 나타낸 것이다. 스퍼터링이 전혀 일어나지 않거나 최소한으로 일어나는 임계 에너지가 존재한다. 에너지가 증가함에 따라, 스퍼터링 수율이 증가한다. 이온화된 원자도 스퍼터링 속도에 영향을 줄 수 있다. 최대 스퍼터링 수율을 갖는 스퍼터링 이온의 양호한 질량은 스퍼터링 이온의 에너지 및 스퍼터링될 원자의 질량에 따라 변한다. 도 35는 500eV 이온 에너지에서 스퍼터링 이온 및 스퍼터링된 원자 질량의 함수로서 스퍼터링 수율을 나타낸 것이다. 도 35에 나타낸 데이터는 "SRIM(Stopping and Range of Ions in Matter)"이라고 하는 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램을 사용하여 생성되었다. 나타낸 바와 같이, 주어진 목표 원자 질량에 대해 수용 가능한 스퍼터링 수율을 생성하는 최적 스퍼터링 가스 이온 질량의 범위가 존재한다. 일반적으로, 빔 에너지가 증가됨에 따라, 스퍼터링 수율을 최대화하기 위해 최적의 이온 질량이 증가한다. 양호한 이온은 어느 정도는 스퍼터링 원자의 질량에 의존한다. 최적의 에너지 및 운동량을 위해, 원자의 전달은 비교적 비슷한 질량을 가져야만 한다. 도 34는 임계 에너지가 스퍼터링된 물질에 의존한다는 것을 나타낸다. 소정 물질은 다른 것들보다 방출하는 데 더 많은 에너지가 든다. 도 34의 그래프는 또한 비교적 높은 이온 에너지에서 스퍼터링 수율이 안정적인 경향이 있음을 나타내고 있다. 이들 비교적 높은 에너지에서, 공정은 이온 스퍼터링보다는 이온 주입의 영역에 들어가기 시작한다. 효율적인 스퍼터링 또는 에칭을 위해, 이온 에너지는 100 eV 이상이어야 하고, 양호하게는 500eV 이상이어야 하며, 가장 양호하게는 1000 eV 이상이어야만 한다.
평탄화 효과는 도 36 및 도 37을 참조하여 설명한다. 도 36에서, 이온이 평탄한 표면에 충돌하고 있다. 이온이 표면에 충돌할 때, 에너지는 표면에 평행한 방향으로도 표면에 수직인 방향으로도 전달된다. 표면에 평행한 방향으로 전달되는 에너지의 일부가 표면에서 수직으로 나가는 성분이 될 수 있으며, 그 결과로서 원자가 방출된다. 도 37에서, 동일한 이온이 거친 표면에 충돌한다. 알 수 있는 바와 같이, 이온이 코팅으로부터 방출될 가능성이 훨씬 더 많다. 표면에 수직으로 향하는 에너지의 대부분은 원자의 방출을 야기할 수 있으며, 원자를 방출할 수 있는 더 많은 표면적 및 더 많은 방향이 존재한다. 이온 밀링 공정이 계속됨에 따라, 코팅은 더욱 더 평탄하게 된다. 이들 및 다른 예들에서, 이온빔은 하나의 원자로 이루어져 있다. 실제로, 하나의 이온 대신에 이온/원자의 클러스터가 이용될 수 있다. 클러스터를 생성하는 공지된 방법들도 이 상황에서 이용될 수 있다.
유사한 방식으로, 소정 각도로 표면에 충돌하는 이온빔은 실질적으로 더 높은 스퍼터링 효율 및 평탄화 효과를 가질 수 있다. 이 경우에, 각도가 있는 이온 빔은 코팅 표면에 대해 측방으로 물질을 방출할 확률이 높게 된다.
후술하는 바와 같이, 특정 반투과 코팅의 반사율, 투과율, 흡수 및 시트 저항 특성은 층들에서의 거칠기에 의해 제한되었다. 한가지 관련 코팅은 본 명세서에서 "옵션 4"라고 하는 유리/ITO/Si/Ru이다. ITO는 각각 2100 또는 3600Å인 3/4 또는 5/4 파장 코팅이 최적이다. Si층은 약 220Å이고, 루테늄층은 약 70Å이다. 또한, 이하에서 기술하는 바와 같이, 이러한 적층의 다른 변형도 가능하다. 이 적층의 반사율 및 투과율은 표면 및 계면 거칠기에 매우 의존적이다. 유전체, 반도체층, 투명한 전도성 산화물 및 금속으로 이루어진 옵션 4와 같은 다중층 적층이 고려될 때, 표면의 거칠기는 물론 계면 거칠기도 고려되어야만 한다.
표 15는 옵션 4 적층에서 사용되는 하부층들 중 하나인 ITO의 표면을 이온 밀링하는 효과를 나타낸 것이다. 이 데이터는 코팅의 특성을 알아내기 위해 타원 편광 분석법(ellipsometry)을 사용하여 결정되었다. 표 15는 또한 ITO 코팅의 초기 특성도 나타내고 있다. 3/4 및 5/4 파장 코팅에 대한 초기 거칠기는 각각 7.4 및 11.5nm이다. 이들 값은 비교적 높다. 샘플들은 20 sccm으로 아르곤이 주입되는 상태에서 270mA 전류 및 3000 볼트로 동작하는 하나의 빔(38cm 길이의 빔)으로 이온 밀링되었고, 챔버에서의 동작 압력은 2.5mT이었다. 이온빔은 폐쇄 드리프트(closed drift) 홀-효과 애노드층 타입 설계이다. 2B(30ipm과 등가인 2 빔) 예에 대한 선속도는 15 mpi이었고, 4B(30ipm과 등가인 4 빔)에 대한 선속도는 7.5 ipm 이었다. 빔은 코팅된 유리의 표면에 수직인 방향이었다. 이온빔은 3/4 파장 ITO에 대해 30ipm과 등가인 약 17nm/빔을 제거하였고, 30ipm과 등가인 약 11.1nm/빔을 제거하였다. 양 예에서 표면 거칠기가 급격히 떨어지고, 3/4 파장 ITO는 거의 완벽하게 평탄해진다. 그렇지만, 5/4 파장 ITO는 그만큼 평탄하게 되지 않았는데, 이는 훨씬 더 거친 초기 상태에서 시작했기 때문에, 최소 거칠기 값을 달성하기 위해 더 느린 선속도 또는 부가적인 빔을 필요로 할 수 있기 때문이다.
중요한 것은 이온 밀링 공정에 의해 반사율이 상당히 증가한다는 것이다. 표 16a에서는, 표 15에 기술된 ITO 코팅이 대략 22nm의 Si 및 7nm의 Ru로 오버코팅되었다. 투과율은 일반적으로 이들 코팅의 높은 반사율로 인해 이온 밀링에 의해 감소된다. 보다 중요한 것은, 이온 밀링된 ITO 샘플의 흡수가 상당히 낮다는 것이다. 결과적으로, 동일한 반사율 레벨에서 코팅을 통해 연관된 광원의 광 출력이 높게 된다. 이들 코팅 전부가 동일한 반사율 레벨로 정규화될 때, 그 차이는 훨씬 더 크다. 이온 밀링되지 않은 부분에 대해 동일한 반사율 레벨을 달성하기 위해, 루테늄 층의 두께가 상당히 증가된다. 이것은 또한 투과율을 더 감소시키고 흡수를 증가시키며, 이는 일부 응용에서는 바람직하지 않다.
표 16a에 도표화된 바와 같은 이들 코팅된 라이트(lite)는 실제의 EC 요소에서의 광학을 평가하기 위해 도 16b에 도표화된 바와 같은 전기 광학 미러 요소에 포함되었다. 다수의 2"x5" 셀이 제조되었고, 투과율 및 반사율(거울 반사 및 비거울 반사)이 측정되었다. 조립된 요소의 반사율의 증가는 싱글의 데이터에서 관찰된 결과와 상관되어 있다. 반사된 컬러는 아주 중립적이지만, 투과된 컬러는 황갈색으로 매우 바이어스되어 있다. 이것은 이러한 설계가 그 고유의 구성 물질로 인해 청색 광보다 적색 광을 더 많이 투과시킨다는 것을 암시한다. 이것은, 예를 들어, 적색 디스플레이가 미러 요소 후방에 배치되어 있을 때 특히 유익할 수 있다.
표 16b는 또한 샘플 요소에 대한 거울 반사가 배제된 반사율(거울 반사 배제) 데이터를 나타내고 있다. 이온 밀링은 표면을 평탄화하며, 이는 산란광을 실질적으로 감소시킨다. 결과적인 이미지는 적은 양의 산란광으로 인해 훨씬 더 선명하고 뚜렷하다.
많은 자동차 회사가 외부 미러 응용에 대해 반사율이 55%를 넘어야 한다고 지시하는 사양을 가지고 있다. 이온 밀링되지 않은 샘플은 이 사양을 만족시키지 못하는 ITO 상에 초기 거칠기 양을 가지고 있었다. 이온 밀링된 샘플은, 5/4 파장 ITO 부분조차, 사양을 만족시킨다. 미러 요소의 스위칭 속도, 특히 다크닝 속도는 코팅의 시트 저항에 의존한다. 5/4 파장 이상의 ITO의 사용을 가능하게 함으로써, 이온빔 밀링은 더 빠른 스위칭 시간을 가능하게 하는 동시에 반사율 요건도 만족시킨다. 또한, 3/4 파장 요소들 중 일부는 최소 요건을 상당히 초과하는 반사율 값을 갖는다. 전체적인 설계 요건이 이러한 변경으로부터 이득을 보는 경우, 이들 코팅은 최상부층으로서 사용되는 루테늄 또는 기타 고반사율 금속의 두께를 감소시킴으로써 높은 투과율 값을 갖도록 조정될 수 있다. 이온빔 평탄화 방법이 없는 경우, 유용한 반사율 및 투과율 옵션의 범위가 제한된다.
[표 16a]
[표 16b]
다른 응용에서는, 비반투과 응용에 대해 ITO를 평탄화하기 위해 이온 밀링의 사용이 수행되었다. 이 경우에, 코팅은 유리/ITO/Cr/Ru이다. 크롬 및 루테늄은 에폭시 시일 내부에 마스킹되어 있고, ITO는 전극으로부터 EC 요소 내부로 전류를 전달하는 데 사용된다. ITO는 이온빔에 의한 처리로 감소되는 어느 정도의 거칠기를 가지고 있다. 도 38은 고정된 빔 전류에서 선속도의 역수에 따른 감소된 거칠기를 나타낸 것이다. 다른 예에서, 코터를 통과하는 유리의 선속도는 분당 30 인치(ipm)이었다. 단일의 이온빔이 사용되었고, 이온 밀링 속도를 변화시키기 위해 전류가 조정되었다. 도 39는 반사율의 증가 대 빔 전류를 나타낸 것이다. 0.5%의 반사율 증가는 이러한 적정한 이온 밀링 조건으로도 달성된다. 이들 예에서, ITO 코팅은 개선된 광학적 특성을 달성하기 위해 관찰 영역 내의 ITO를 밀링하면서 시일의 영역 내의 에폭시에 대한 ITO의 향상된 접착을 잠재적으로 용이하게 해주기 위해 그의 초기 거칠기를 유지하였다.
이온 밀링을 사용하는 다른 응용에서, 소위 크롬 링 타입 코팅의 컬러 및 반사율이 조사되었다. 이 응용에서는, 다중층 금속 코팅이 유리 상에 있는 ITO 코팅 상부에 도포된다. ITO 코팅된 유리가 요소 주변에 링 형태로 이온 에칭되어 이 위치에서의 ITO 코팅을 박막화시켜 크롬 링 적층의 컬러 및 반사율을 향상시키면서 그 부분의 중앙에서 두꺼운 ITO의 낮은 시트 저항을 가능하게 해준다. 도 40은 유리를 통해 볼 때 서로 다른 조건의 반사율을 나타낸 것이다. 이온 밀링이 없는 반사율은 굵은 라인으로 나타내어져 있다. 몇가지 서로 다른 선속도에서의 반사율도 나타내어져 있다. 속도가 감소됨에 따라, 빔 아래에서의 체재 시간이 증가되고 거칠기가 감소된다. 결과적으로, 반사율이 증가된다. 반사율이 안정 상태인 것으로 보이지만, 이 테스트 중에 결과에 영향을 줄 수 있는 소정의 빔 아크가 있었다. 주요 결과는, 아크가 존재할 때에도, 이온 밀링에 의해 반사율이 증가된다는 것이다. 도 38은 아크가 없는 조건에서 이들 테스트에서의 ITO 거칠기의 변화 대 선속도를 나타낸 것이다.
동일한 코터에서의 일련의 다른 테스트는 이온 밀링이 있는 경우의 크롬 링의 컬러를 검사하였다. 제거된 ITO의 양을 변경하기 위해 선속도가 조정되었다. ITO는 1/2 파장으로 시작하였으며, 목표는 두께를 1/2 파장의 대략 80%로, 즉 대략 145nm에서 대략 115nm로 감소시키는 것이었다. 도 41은 선속도 조정에 따른 크롬링의 반사된 b*를 나타내고 있다. 반사된 b*는 본 명세서에 인용된 우선권 문서에 기술된 바와 같이 ITO의 두께와 직접 상관되어 있다. 1/2 파장 ITO에 대한 b*는 약 16이다. 선속도가 저하됨에 따라, 에칭된 물질의 양이 감소된다. 적어도 일 실시예에서, 중앙의 관찰 영역에 대한 이상적인 일치로서 약 2.5의 b*가 요망된다. 따라서, 선속도가 약 12.5ipm이어야만 한다. 더 빠른 선속도가 요구되는 경우, 더 많은 이온빔이 이용될 수 있다.
시트 저항값의 감소가 요망되는 다른 예에서, 반사율 및 물질 사용에 대한 이온 밀링의 효과가 조사되었다. 상기한 바와 같이, 코팅의 거칠기는 두께에 따라 증가하고, 반사율은 거칠기에 따라 감소된다. 이 예에서, 유리/크롬/ 루테늄의 층 구조를 갖는 1.5 Ω/sq의 코팅이 요망되었다. 크롬 두께는 시트 저항에의 기여의 대부분을 제공하기 위해 대략 2500Å으로 설정되었다. 루테늄은 초기에 400Å으로 설정되었다. 표면이 완벽하게 평탄한 상황에서, 최대 반사율은 180 내지 200Å 정도로 적은 루테늄으로 달성된다. 크롬의 거친 표면을 어느 정도 보상할 정도로 루테늄이 충분히 두꺼운 것을 보장하기 위해 400Å의 레벨이 사용되었다. 부가적인 루테늄은 반사율을 증가시키지만 비용도 증가된다.
도 42는 루테늄층의 도포 이전에 크롬층의 이온빔 처리에 대한 반사율 대 선속도 역수를 나타낸 것이다. 빔 전류는 약 250mA로 설정되었다. 약 4"/분의 선속도에서, 코팅은 거의 70.5%의 최대 반사율을 달성한다. 선속도의 추가적인 감소에 의해 부가적인 반사율 증가는 없었다. 더 빠른 선속도가 요망되는 경우, 부가적인 빔이 이용될 수 있다.
도 43은 이온빔의 평탄화 효과로 인해 루테늄의 양을 감소시키는 것이 코팅에서 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸 것이다. 선속도는 약 2.1ipm이었고, 빔 전류는 도 42에서의 결과와 비슷하였다. 최대 반사율을 얻기 위해 160Å 정도로 적은 루테늄이 사용될 수 있다. 이 결과, 초기 층들의 거칠기를 보상하기 위해 추가의 루테늄이 사용되었던 기본적인 경우에 비해 상당한 비용 절감이 있다. 게다가, 비교적 높은 반사율을 갖는 크롬 및 루테늄의 1.5 Ω/sq 코팅은 이온빔 평탄화가 없는 경우 실용적이지 않을 수 있다.
통상적으로, 평탄한 코팅을 만들기 위한 특별한 노력없이 생성된 코팅의 거칠기는 코팅의 총 두께의 대략 10 내지 20% 사이에서 변하게 된다. 표 17은 다양한 시트 저항값을 얻기 위해 필요한 크롬/루테늄 적층의 두께를 나타낸 것이다. 벌크 저항율이 변함에 따라 다른 시트 저항값을 얻기 위해 크롬층의 두께가 어떻게 변하는지를 보여주기 위해 크롬층의 벌크 저항율이 변화된다. 이것은 크롬 벌크 저항율 특성의 변동의 예로서 사용될 수 있거나, 이것을 다른 또는 가변 벌크 저항율 값을 갖는 물질이 크롬을 대체할 때 어떤 일이 일어나는지를 설명해주는 수단으로서 생각할 수 있다.
거칠기의 범위는 표 17에서 벌크 두께의 10 및 20%로 계산되어 있다. 루테늄은 이상적인 응용에서 그 물질에 대한 최대 반사율을 달성하는 데 필요한 두께보다 약간 높은 200Å으로 설정된다. 크롬층이 평탄하거나 이온빔에 의해 평탄화된 경우, 이 두께는 최적의 반사율 경우를 나타낸다. 표 17은 계산의 결과를 나타내고 있으며, 투과율의 두께가 총 두께와 비교되어 있다. 거칠기의 기여는 10 및 20% 예들의 평균인 것으로 생각된다. 루테늄인 적층의 퍼센트는 적층의 목표 시트 저항 및 크롬 또는 베이스층의 벌크 저항율에 따라 변한다. 시트 저항이 6 Ω/sq보다 크거나 같은 경우, 루테늄 또는 기타 고반사율 금속이 총 두께의 50% 미만인 것이 바람직하다. 적층의 시트 저항이 대략 2 Ω/sq인 경우, 루테늄 두께는 총 두께의 약 25%보다 작아야 한다. 고반사율층의 두께 퍼센트도 이 금속의 벌크 반사율 및 반사율 목표에 따라 변한다. 총 두께의 적절한 높은 반사율 퍼센트는 적층의 원하는 반사율, 적층의 원하는 시트 저항 및 적층을 구성하는 데 사용되는 다른 물질의 벌크 저항율의 함수이다. 고반사율 물질의 퍼센트는 총 두께의 50%보다 작아야 하고, 양호하게는 25%보다 작아야 하며, 보다 양호하게는 15%보다 작아야 하고, 훨씬 더 양호하게는 10%보다 작아야 하며, 가장 양호하게는 총 두께의 7.5%보다 작아야 한다. 이 예에서, 크롬 및 루테늄은 본 발명의 일 실시예의 이점을 설명하기 위해 사용된 것이다. 다른 금속들이 시트 저항의 대부분을 제공하는 수단으로서 크롬층을 대체할 수 있다. 소위 고반사율 금속은 시트 저항의 대부분에 기여하고 있는 층에 비해 높은 반사율을 갖는 금속으로 정의된다. 이 예에서는, 전기 전도층에 대해 높은 반사율을 갖는 것으로서 최상부층의 역할을 설명하고 있다. 다른 실시예에서, 전기 전도층 또는 전기 전도층들이 부적당한 컬러 또는 색조를 가질 수 있다. 반사율 세기가 수용 가능할 수 있지만, 반사된 컬러가 불쾌한 것으로 생각될 수 있다. 이 실시예에서, 최상부의 고반사율층은 실제로 반사율을 증가시키지 않고 수용 가능한 컬러를 제공하도록 기능할 수 있다. 일례에서, 전기 전도층이 많이 착색될 수 있으며, 중립 반사된 컬러가 선호된다. 이 경우에, 소위 고반사율층은 컬러를 더 중립으로 만드는 역할을 한다.
다른 실시예에서, 전기 전도층은 중립 반사된 컬러를 가질 수 있으며, 많이 착색된 반사가 선호된다. 여기서, 상부의 고반사율 금속은 비중립 외관을 제공하도록 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 다중층 적층이 전기 전도층 상부에 도포됨으로써 이 적층이 낮은 시트 저항을 달성하면서 전기 전도층 상부에 배치된 다중층 적층에 대한 조정을 통해 컬러를 조정하는 유연성을 갖도록 할 수 있다. 이 예에서, 다중층 적층은 금속, 유전체층, 및/또는 반도체층으로 이루어져 있을 수 있다. 적층을 구성하는 물질, 그의 두께, 전기 전도층에 대한 배향, 및 이웃하는 매질의 선택은 주어진 응용의 설계 기준에 의해 결정된다.
다양한 응용에서 시트 저항이 저하됨에 따라, 두께가 증가되어야만 하고, 따라서 표면 거칠기가 증가되고 반사율이 감소된다. 코팅의 반사율은 이론적 최대값에 비해 낮은 값으로 떨어진다. 목표로 하는 시트 저항값이 낮을수록, 달성되는 이론적 최대 반사율 값의 퍼센트는 낮다. 대략 6 Ω/sq 이하의 시트 저항을 갖는 코팅의 경우, 본 명세서에 기술된 기법들에 의해 이론적 최대값의 90%보다 큰, 양호하게는 이론적 최대값의 약 95%보다 큰 반사율을 달성할 수 있다. 대략 3 Ω/Sq 이하의 시트 저항을 갖는 코팅의 경우, 본 명세서에 기술된 기법들에 의해 이론적 최대값의 80%보다 큰, 양호하게는 이론적 최대값의 약 85%보다 큰, 보다 양호하게는 이론적 최대값의 약 90%보다 큰, 가장 양호하게는 이론적 최대값의 약 95%보다 큰 반사율을 달성할 수 있다. 대략 1.5 Ω/sq 이하의 시트 저항을 갖는 코팅의 경우, 본 명세서에 기술된 기법들에 의해 이론적 최대값의 75%보다 큰, 양호하게는 이론적 최대값의 약 85%보다 큰, 보다 양호하게는 이론적 최대값의 약 90%보다 큰, 가장 양호하게는 이론적 최대값의 약 95%보다 큰 반사율을 달성할 수 있다. 대략 0.5 Ω/sq 이하의 시트 저항을 갖는 코팅의 경우, 본 명세서에 기술된 기법들에 의해 이론적 최대값의 70%보다 큰, 양호하게는 이론적 최대값의 약 80%보다 큰, 보다 양호하게는 이론적 최대값의 약 90%보다 큰, 가장 양호하게는 이론적 최대값의 약 95%보다 큰 반사율을 달성할 수 있다.
본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는 일반 양도된 미국 특허 출원 공개 번호 제2006/0056003호에서는, "크롬 링" 미러 요소에 대한 다양한 금속 적층에 대해 기술되어 있다. 얇은 크롬 접착층이 ITO 상에 증착되고, 높은 고유 반사율을 갖는 금속의 층이 크롬층 상에 증착된다. 다양한 높은 반사율 금속에 대해 기술되어 있다. 유리측에서 코팅을 볼 때 외관에 기여하지 않지만, 가시광 및 UV 광의 투과율을 최소화시키기 위해 도포되는 제2 크롬층에 대해 기술되어 있다. 가시광의 감소는 햇빛에의 노출 동안에 시일 물질을 보호하기 위해 UV광을 감소시키면서 시일 물질을 감추기 위한 것이다. 이 예에서 크롬은, UV광이든 가시광이든 간에, 광의 투과율을 감소시키는 저가의 수단으로 고려되었다. 다른 저가의 금속은 시일 및 높은 반사율 금속에의 양호한 접착을 갖기만 한다면 동일한 기능을 제공할 수 있다.
광 투과율도 감소시키기 위해 높은 반사율 금속의 두께도 간단히 증가될 수 있지만, 높은 반사율 금속은 종종 비교적 고가이고, 이들 금속의 사용으로 코팅의 가격이 높아지게 된다.
ITO 층은 임의의 투명한 전도성 산화물 또는 다른 투명 전극일 수 있다. 투명한 전도성 산화물 또는 투명 전극은 단일층 또는 다중층으로 이루어져 있을 수 있다. 다중층 내의 층들은 "링"이 적절한 광학적 특성을 갖도록 반사된 컬러 또는 외관을 수정하기 위해 선택될 수 있다. 하나의 그러한 다중층은 유리 기판과 투명 전도성 산화물 사이에 배치된 컬러 억제층(color suppression layer)의 사용을 포함할 수 있다. 이 층의 사용으로 인해, ITO 층 두께가 조정될 때 링에 대한 컬러의 선택이 더 많아진다.
접착층은 크롬, Ni, 다양한 조성의 NiCr, Ti, Si 또는 실리콘 합금, 또는 다른 적당한 접착 향상층일 수 있다. "높은 반사율 금속"은 크롬보다 높은 벌크 반사율 값을 갖는 금속 및 합금 중에서 선택된다. 예시적인 금속으로는 알루미늄, 루테늄, 로듐, 이리듐, 팔라듐, 백금, 카드뮴, 구리, 코발트, 은, 금 및 이들 물질의 합금이 있다. 합금 이외에, 이들 금속을 서로 또는 다른 금속과 혼합한 물질이 이용될 수 있다. 다중층도 높은 반사율 금속에 대한 개략도에 나타낸 단일층 대신에 사용될 수 있다. 이와 유사하게, UV 차단층은 적절한 투과율 감소를 가져오는 단일의 물질, 합금, 다중층 또는 다른 조합으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에 기술된 이온빔 처리의 사용에 의해 물질, 층 또는 코팅의 접착도 개선될 수 있다. 예를 들어, 아르곤을 사용하고, 이어서 아르곤과 산소의 혼합물을 사용하여, ITO 표면의 이온빔 처리가 수행되었다. 이들 테스트가 이온 밀링되지 않은 표면과 비교되었다. 이 샘플은 에폭시 물질에 의해 테스트 유리에 부착되어 밀봉된 캐비티를 형성하였다. 유리의 상부 라이트에 구멍을 뚫고, 캐비티에 압력을 가하여 캐비티가 실패하게 하는 데 필요한 압력 값을 구한다. 실패 모드는 에폭시 내에서의 접착 실패, 에폭시의 코팅에의 접착, 유리의 균열을 포함할 수 있거나, 코팅이 기판으로부터 떨어질 수 있거나, 코팅 내에 접착 실패가 있을 수 있다.
ITO 표면은 아르곤, 아르곤/산소 혼합물로 이온빔 처리되거나 아무 처리도 하지 않았다. 이어서, 이 표면은 약 50Å 두께의 얇은 크롬층으로, 이어서 대략 500Å 두께의 루테늄층으로 코팅되었다(소위, 베타 링). 코팅된 유리는 EC 요소에서 통상적으로 사용되는 에폭시로 다른 유리에 접합되었고, 이어서 에폭시가 경화되었다. 표 18은 실패 시의 압력값 및 ITO 코팅으로부터의 금속 리프트(lift)의 양을 나타낸 것이다. 제어 부분은 소량의 금속 리프트를 갖는다. 아르곤 빔 처리된 부분은 상당한 금속 리프트가 있었지만, 실패 시의 압력은 본질적으로 동일하였다. 산소의 사용은 또한 실패 시의 유사한 압력 값을 가졌지만, ITO로부터의 금속의 리프트가 제거되었다. 산소는 ITO에 대한 크롬의 접착력을 향상시킨다. 이온빔은 크롬의 접착을 돕는 성분인 산소를 우선적으로 스퍼터링한다. 아르곤만 있는 경우는 임계 산소(critical oxygen)의 최소화 및 더 약한 접합이 얻어진다. 빔에 산소를 추가하면, ITO 표면을 "치유"하는 것으로 생각되며, 따라서 접합이 강화되고 금속 리프트가 최소화된다. 실패 시의 압력값들은 상관 관계를 보이지 않는데, 그 이유는 유리가 테스트 중에 균열되기 때문이다. 이러한 균열이 실패 시의 압력값을 결정하며, 따라서 테스트를 좌우한다. 이 예에서는, 산소가 필요하지만, 다른 가스가 양호할 수 있거나, 아르곤만 있는 것이 더 나은 선택일 수 있는 상황이 있을 수 있다.
다른 예에서, 루테늄이 ITO에 직접 증착되는 경우, 실패 시의 압력값의 극적인 변화 및 실패 양상의 변화가 관찰되었다. 이온빔 처리가 사용되지 않는 경우, 실패 시의 압력값이 매우 낮으며, 대략 6-7psi이고, 코팅 리프트가 실패 모드이고, 유리가 균열되지 않는다. ITO 표면이 산소 함유 빔으로 처리되고, 이어서 루테늄이 표면 상에 증착되는 경우, 실패 시의 압력값은 2배 이상 증가하고, 유리 균열은 주된 실패 모드이다. 코팅이 여전히 ITO로부터 리프트하지만, 접착 강도는 크게 증가된다.
소정 응용에서 사용될 수 있는 최상부층은 전기 전도성 안정화 물질일 수 있다. 그의 역할은 링 금속과 버스 바 또는 은 페이스트 간의 양호한 전기 전도성을 제공하는 것이다. 이 물질은 이리듐, 오스뮴 , 팔라듐, 로듐 및 루테늄 등의 백금족 금속으로부터 선택될 수 있다. 이들 금속의 서로 또는 다른 적당한 금속과의 혼합물 또는 합금이 사용될 수 있다.
층들에서의 물질의 두께 및 선택은 양호하게는 인용된 특허 출원에서 개시한 바와 같이 적절한 컬러 및 반사율 세기를 제공하도록 선택된다. 층의 두께도 필요한 투과율 특성을 달성하도록 선택되어야 한다. 관찰시 에폭시 시일이 보이지 않도록 가시 투과율이 설정되어야 한다. 가시 투과율은 5% 미만이어야 하고, 양호하게는 2.5% 미만이어야 하며, 보다 양호하게는 1% 미만이어야 하고, 가장 양호하게는 약 0.5% 미만이어야 한다. UV 투과율은 가시 투과율과 정확히 상관되거나 상관되지 않을 수 있다. UV 투과율의 경우, 링의 외관이 문제가 아니라 시일의 보호가 주된 관심사이다. 이것은 물론 선택된 시일이 UV 광에 민감한 것으로 가정하고 있다. 허용가능한 UV 광의 양은 시일이 UV 광에 얼마나 민감한지에 의존한다. 이상적으로는, 링 코팅이 UV 광에 불투명하도록 코팅이 설계되어야 하지만, 불행히도 이 레벨의 UV 투과율은 비용이 엄청나게 들 수 있다. 그에 부가하여, 총 두께가 너무 크게 되는 경우 층들의 접착력이 떨어질 수 있다. 층들에 존재할 수 있는 응력에 의해, 층들이 유리 또는 코팅의 다른 층으로부터 박리되게 하기에 충분히 큰 변형이 생긴다. 이로 인해, 한정된 양의 UV 투과율을 고려할 필요가 있다. UV 투과율은 약 1%보다 작아야 하고, 양호하게는 0.5%보다 작아야 하며, 보다 양호하게는 0.1%보다 작아야 하고, 가장 양호하게는 0.05%보다 작아야 한다.
인기를 얻고 있는 한가지 특징/영역은 회전 신호, 히터 온/오프 표시기, 도어 열림 경고 또는 접근 차량에 대한, 도어가 열릴 수 있다는 경고 등의 특징을 표시하기 위한 외부 미러의 사용이다. 미러 또는 미러 하우징은 또한 퍼들 또는 진입등을 하우징하는 데 사용되고 있다.
이 요건은 차량 외부용의 미러와 비교할 때 내부 미러에 고유한 것이다. 적어도 일 실시예에서, 내부 미러의 거울 반사는 양호하게는 60% 이상이고, 양호하게는 연관된 미러 요소를 통해 적절한 양의 광을 통과시키기 위해 디스플레이 전방에서 충분한 투과율을 갖는다. 게다가, 내부 미러는 외부 미러 응용에서 만나게 되는 가혹한 화학 약품 및 환경적 도전을 견뎌낼 필요가 없다. 한가지 문제는 백미러에 대한 자동차 사양을 만족시킬 필요와 심미적인 만족을 주는 정보 센터를 포함하려는 욕구의 균형을 맞추는 것이다. 높은 미러 요소 광 투과율을 제공하는 것은 제한된 광 출력의 디스플레이 기술을 보상하는 한가지 수단이다. 때때로 높은 투과율에 의해 미러 요소 뒤에 있는 회로 및 기타 하드웨어가 보이게 된다. 이 문제에 대처하기 위해 미러 요소의 제4 표면 상에 불투명층이 도포된다.
도 5a에 도시된 바와 같은 보조 회전 신호는 외부 미러 어셈블리에서 요망되는 디스플레이 특징의 일례이다. 전기 변색 미러 요소 후방에 신호 특징을 포함시키는 하나의 방법은 광이 통과할 수 있도록 반사성 물질의 일부를 요소로부터 레이저 제거하는 것이다. 대안적인 스타일링 및 설계를 제공하려는 소망은 반투과 미러 요소 기술을 이용하는 동기이다. 본 발명의 소정 실시예의 반투과 접근법은 훨씬 더 "은폐된"(숨겨진) 외관을 갖는 미러 내의 특징을 가능하게 해준다. 은폐는 광원을 보지 못하게 하면서 광이 반투과 요소를 통과할 수 있게 한다. 은폐는 또한 또는 대안으로서 디스플레이 영역과 주 반사 영역 간에 최소 콘트라스트가 존재한다는 것을 의미할 수 있다. 일부 예들에서는, 관찰자가 원하는 정보를 어디서 찾아야 하는지에 대한 명확한 지시를 갖도록 프레이밍 효과(framing effect)를 제공하기 위해 컬러 또는 반사율 콘트라스트를 갖는 디스플레이 또는 특징을 명확하게 나타내고자 하는 요구가 존재한다. 외부 미러 응용에서 이용되는 종래의 물질은 통상적으로 상당한 투과율 레벨을 달성하는 것과 연관된 낮은 반사율 및/또는 높은 시트 저항을 갖는다.
예를 들어, 루테늄은 그의 비교적 높은 반사율 및 환경적 내구성으로 인해 외부 EC 응용에 종종 사용된다. EC 요소 내의 반사체로서의 23nm Ru 코팅은 대부분의 상용 미러 반사율 사양을 만족시키는 레벨인 대략 57.5%의 반사율을 갖는다. 이 코팅은 대략 20 Ω/sq의 시트 저항을 가지며, EC 요소는 대략 2.5%의 투과율을 갖는다. 투과율이나 시트 저항 어느 것도 실용적인 응용에 사용가능하지 않다. 다른 환경적으로 내구성있는 금속은 약간 다른 반사율, 투과율 및 시트 저항값을 가질 수 있지만, 어느 것도 EC 응용에서의 요건을 만족시키는 특성을 갖지 못할 것이다.
OEC 요소에 대한 낮은 반사율 요건은 선호된 반사율, 내구성 및 전기 변색 성능 특성을 만족시키는 데 더 적은 어려움을 갖는 관련 반사 및/또는 반투과층(들) 적층에 대해 은, 은 합금, 크롬, 로듐, 루테늄, 레늄, 팔라듐, 백금, 인듐, 실리콘, 반도체, 몰리브덴, 니켈, 니켈-크롬, 금 및 합금 조합을 포함하는 물질들의 다른 구성의 사용을 가능하게 한다. 이들 물질 중 일부는 은 및 은 합금이 외부 미러 환경에서의 손상에 취약하다는 점에서 은 또는 은 합금에 비해 이점을 갖는다. 더 단단한 금속의 사용은 제조 옵션 및 더 강한 최종 제품의 관점에서 미러 요소의 내구성에 유익하다. 반사성 및/또는 반투과성 적층은 또한 OEC 요소에 사용하기에 충분히 높은 반사율 레벨을 나타내는 유전체 물질로 생성될 수 있다.
Ag 기반 물질은 일반적으로 중간 가시 범위에서 매 퍼센트의 반사율 감소에 대해 대략 1%의 투과율을 얻는다. 투과의 증가와 연관된 이점은 디스플레이 또는 LED 등의 저렴한 저출력 광원을 이용할 수 있는 능력이다. 외부 미러는 일반적으로 매우 높은 광출력을 갖도록 배열될 수 있는 LED들을 사용하는 지시 타입 디스플레이에 통상적으로 사용되어 왔다. 내부 및 외부 미러 응용에서 Ag 기반 반투과 코팅의 사용을 가능하게 해주는 새로운 설계가 본 명세서에 개시되어 있다. 이들 새로운 설계는 Ag층으로부터 도출되는 고유의 광학적 특성 및 이점을 유지하면서 이와 동시에 외부 응용에서 Ag 기반 물질을 사용하는 것에 대한 제한을 해결한다. 낮은 투과율이 Ag 기반 층을 갖는/갖지 않는 적층을 사용하는 설계 기준의 일부일 때 다른 코팅 옵션이 고려될 수 있다. 낮은 투과율에 대한 한가지 큰 이점은 불투명층의 필요성이 감소되거나 불투명층이 필요 없다는 것이다.
많은 시장에서, 미러의 크기는 더 큰 시야를 제공하기 위해 증가하고 있다. 대형 미러의 다크닝 시간은 난제이고 설계 옵션에서 중요한 고려 사항이다. 일반적으로 외부 미러와 연관된 대형 미러는 수용 가능한 다크닝 및 클리어링 속도를 유지하기 위해 증가된 또는 향상된 전도성을 필요로 한다. 상기한 단일의 얇은 금속 코팅의 이전의 제한은 적층에서의 투명 전도성 산화물(TCO)의 혁신적 사용을 통해 해결된다. TCO는 높은 레벨의 투과율을 유지하면서 양호한 전도성을 달성하는 수단을 제공한다. 이하의 예들 중 여러 개는 외부 미러에 대한 만족할 만한 레벨의 투과율이 비교적 두꺼운 인듐 주석 산화물(ITO)(ITO는 광범위한 TCO 유형의 물질의 한 특정 예임)로 달성될 수 있다. 다른 TCO 물질로는 F:SnO2, Sb:SnO2, 도핑된 ZnO, IZ0 등이 있다. TCO 층은 단일의 금속 또는 합금 또는 다중층 금속 코팅으로 이루어질 수 있는 금속 코팅으로 오버코팅된다. 예를 들어, 서로 다른 물질 간의 접착을 용이하게 해주기 위해 다수의 금속층의 사용이 필요할 수 있다. 다른 실시예에서, 금속층에 추가하여 또는 그 대신에 반도체층이 추가될 수 있다. 반도체층은 이하에서 기술되는 소정의 고유 특성을 제공한다. ITO/TCO 층(들)의 두께가 전도성을 향상시키기 위해 증가될 때, 코팅 거칠기의 효과가 고려될 필요가 있다. 거칠기의 증가로 인해 반사율이 저하될 수 있고, 이는 또한 투과율을 저하시킬 수 있는 금속 두께의 증가를 필요로 한다. 거칠기의 증가는 다른 곳에서 기술한 바와 같이 수용 가능하지 않은 헤이즈를 유발할 수 있다. 거칠기 문제는 ITO에 대한 증착 공정을 변경하고, 그리고/또는 ITO 증착 후 후속층의 증착 전에 이온빔 평탄화를 구현하는 것에 의해 해결될 수 있다. 양 방법은 위에서 상세히 설명하였다. 그에 부가하여, 반투과 코팅 전체의 시트 저항을 저하시키기 위해, 전술한 개선된 ITO 물질이 이 실시예에서 이용될 수 있다.
반도체층은 실리콘 또는 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 실리콘의 물리적 또는 광학적 특성을 변경하여 다른 실시예에서의 그의 사용을 용이하게 해주기 위해 소량의 부가적인 요소 또는 요소들이 추가될 수 있다. 반도체층의 이점은 금속에 비해 흡수는 더 적으면서 반사율은 향상시킨다는 것이다. 많은 반도체 물질의 다른 이점은 비교적 낮은 대역 갭(band gap)을 갖는다는 것이다. 이것은 가시 스펙트럼의 청색 내지 녹색 파장에서 상당량의 흡수가 있다는 것과 같다. 하나 이상의 광 대역의 선택적 흡수는 코팅이 비교적 순수한 투과 컬러를 갖게 해준다. 높은 투과 컬러 순도는 낮은 투과 영역의 투과율의 1.5배보다 큰 투과율 값을 갖는 가시 또는 근적외선 스펙트럼의 소정 부분을 갖는다는 것과 같다. 보다 양호하게는, 높은 투과 영역에서의 투과율은 낮은 투과 영역에서의 투과율의 2배보다 크고, 가장 양호하게는 낮은 투과 영역에서의 투과율의 4배보다 더 크다. 대안으로서, 반투과 적층의 투과 컬러는 약 8보다 큰, 양호하게는 약 12보다 큰, 가장 양호하게는 약 16보다 큰 C*값[sqrt(a*2+b*2)]을 가져야 한다. 비교적 높은 순도의 투과 컬러를 갖는 반투과 코팅이 얻어지는 다른 반도체 물질로는 SiGe, InSb, InP, InGa, InAlAs, InAl, InGaAs, HgTe, Ge, GaSb, AlSb, GaAs 및 AlGaAs가 있다. 실용적인 다른 반도체 물질은 대역갭 에너지가 약 3.5eV 이하인 것들이다. 은폐 특성이 요망되고 적색 신호가 사용되는 응용에서는, Ge 또는 SiGe 혼합물 등의 물질이 바람직할 수 있다. Ge는 Si에 비해 더 작은 대역갭을 가지며, 결과적으로 비교적 낮은 투과율 레벨을 갖는 더 큰 파장 범위가 얻어진다. 이것이 바람직할 수 있는 이유는 디스플레이와 다른 파장에서의 낮은 투과율이 임의의 특징을 미러 뒤에 숨기는 데 더 효과적이기 때문이다. 균일한 투과율이 필요한 경우, 비교적 높은 대역갭을 갖는 반도체 물질을 선택하는 것이 유익하다.
디스플레이 영역은 디스플레이가 활성화되거나 백라이팅될 때까지는 미러가 디스플레이를 갖는다는 것을 관찰자가 인지할 수 없도록 속성상 은밀할 수 있다. 디스플레이 영역의 반사율이 나머지 관찰 영역과 비교적 유사하고 컬러 또는 색조 콘트라스트가 최소인 경우 은폐가 달성된다. 이 특징은 매우 유익한데, 그 이유는 상기한 바와 같이 디스플레이 영역이 미러의 관찰 영역을 감소시키지 않기 때문이다.
소량의 투과 광은 회로 기판, LED 어레이, 쉬라우드(shroud) 및 히터 단자 등의 미러 후방의 특징들이 보이게 할 수 있다. 광 차단(불투명) 층이 이 문제를 피하기 위해 사용될 수 있다. 불투명층은 종종 페인트, 잉크, 플라스틱, 폼(foam), 금속 또는 금속 포일 등의 다양한 물질을 사용하여 미러의 제4 표면 상에 도포된다. 이 층을 도포하는 문제는 외부 미러에서 복잡하다. 대부분의 외부 미러는 막 또는 코팅의 도포를 더 어렵게 만드는 볼록 또는 비구면 형상을 갖는다.
불투명층이 요소의 제3 표면 적층에 포함될 수 있다. 반투과 영역이 마스킹될 수 있고, 적절한 반사율 및 컬러(불투명함)를 제공하는 루테늄, 로듐 또는 기타 단일 또는 다중층 적층(금속, 금속/유전체 및/또는 유전체) 등의 적절한 적층이 나머지 표면 상에 도포될 수 있다. 원하는 컬러 및 반사율 일치 또는 불일치가 유지될 때 은밀한 외관이 달성된다. 양호한 일 실시예에서, 미러 요소의 디스플레이 영역 및 주 관찰 영역은 사실상 구분할 수 없다. 다른 실시예에서, 반투과 영역이 심미적 즐거움을 주는 콘트라스트를 갖는 다른 컬러를 갖기를 원할 수 있다.
다른 옵션은 은밀한 외관을 얻기 위해 낮은 전체 투과율을 갖는 가시 스펙트럼의 한 부분에서 높은 투과율 레벨을 유지하는 것이다. 은폐 효과를 달성하기 위해 좁은 스펙트럼 대역 통과 필터도 이용될 수 있다.
요소의 후방 표면 상에 코팅 또는 테이프 또는 다른 불투명 물질을 사용하지 않고 또는 그에 더하여 미러 요소 뒤에 있는 전자 회로를 은폐하는 데 도움을 주기 위해, 비교적 불투명한 층(인접한 층의 물질과 동일한 물질이든지 다른 물질이든지 간에)을 반투과성인 제3 표면 코팅 적층 내에 삽입할 수 있다. 이 층의 추가는 이 층이 삽입되는 영역의 반사율에 영향을 줄 수 있다. 이어서, 이 영역에서의 반사율은 물질 및 그의 두께의 선택을 통해 조정될 수 있으며, 그에 따라 미러 요소의 디스플레이 영역과 비교적 불투명한 영역 간의 차이를 거의 구분할 수 없게 되어, 장치의 외관의 일관성이 유지될 수 있다.
또한, 디스플레이가 활성일 때 어디에 있게 되는지에 관한 시각적 단서를 제공하기 위해, 그리고 디스플레이가 오프되어 있을 때에도 디스플레이 기능이 미러에 포함되어 있다는 소정의 표시를 제공하기 위해 디스플레이 영역의 반사율 및/또는 색조를 의도적으로 오프셋시키는 것이 유익할 수 있다. 불투명함을 추가하기 위해 전도성 물질이 사용될 때, 디스플레이의 비교적 불투명한 부분의 전도성이 이제 더 크게 되고, 그에 대응하여 관찰 영역의 대부분에 걸쳐 전압 강하가 더 작게 되어, 더 빠른 착색 속도를 제공한다. 부가적인 불투명층(들)은 그 영역의 후방으로부터의 반사율이 불투명층(들)이 없는 경우보다 실질적으로 더 작게 할 수 있으며, 그에 따라 산란 광(stray light)으로부터 발생할 수 있는 다중 반사의 효과를 감소시킬 수 있다. 상기한 원리들을 설명하는 한가지 그러한 장치는 대략 400Å의 TiO2, 이어서 제3 표면의 거의 전체에 걸쳐 있는 200Å의 ITO, 이어서 대략적으로 디스플레이 상의 영역을 제외한 곳에 있는 대략 90Å의 크롬, 및 이어서 제3 표면의 거의 전체에 걸쳐 있는 대략 320Å의 7% 금 93% 은의 합금으로 된 제3 표면 코팅 적층을 포함한다.
이러한 특정 모델의 내부 자동차 미러 상의 디스플레이에 대한 개구는 소정의 구면 기반 분광 광도계(spectrophotometer)로 반사율을 측정하기에는 너무 작으며, 따라서 요소는 적층의 서로 다른 부분의 반사율의 측정을 용이하게 해주기 위해 그의 관찰 표면 전체에 걸쳐 적층의 상이한 부분들을 갖도록 제조되었다. 투과율 및 반사율 측정은 요소의 전방 및 후방 양자로부터 행해졌다.
표 19 및 표 20은 각각 도 44 및 도 45의 그래프와 함께 결과 측정치를 나타낸 것이다.
이러한 특정 예에서, 적층에 크롬을 추가하면 불투명성이 증가하고, 요소의 후방으로부터의 반사율이 떨어짐을 알 수 있다. 불투명성을 달성하기 위해 비 디스플레이 영역에서 은 합금의 두께가 증가되는 경우, 이 예에서 알 수 있는 바와 같이, 이는 요소의 후방으로부터의 반사율의 감소를 가져오지 않지만, 크롬이 생략되는 경우, 요소의 후방으로부터 보여지는 이미 비교적 높은 반사율을 더욱 증가시킨다. 또한, 디스플레이 영역에서 반투과기로서 사용할 수 있을 만큼 투과가 충분할지라도, 이 설계의 디스플레이 영역은 크롬 영역이 포함되어 있는 영역과 비교할 때 밝기의 차이와 같이 비교적 작은 색조의 차이를 가짐을 알 수 있다.
또한, 이전 예에서는, 반투과 영역에서 은 합금층의 두께를 증가 또는 감소시킴으로써, 이 디스플레이 영역의 투과 특성에서 더 큰 또는 더 작은 "청색 바이어스"가 각각 달성된다는 점에 유의해야 한다. 이 영역 후방에 RGB 비디오 디스플레이를 사용하면, 더 나은 컬러 렌더링을 유지하기 위해 적색, 녹색 및 청색 방출기의 상대 세기를 조정함으로써 이득을 볼 수 있다. 예를 들어, 투과가 스펙트럼의 청색 영역에서 더 크고 적색 영역에서 더 작은 경우에, 청색 방출기의 세기를 감소시키고 적색 방출기의 세기를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 타입의 조정은, 투과의 스펙트럼 바이어스가 완만한 경사이든, 더 많은 다른 투과 대역을 갖는 경사이든 간에, 이러한 반투과 설계 및 다른 반투과 설계에 적합할 것이다.
디스플레이를 미러 요소의 밝기 제어시에 사용하려고 의도하는 경우, 코팅 및/또는 활성화된 전기 변색 매질로부터의 임의의 스펙트럼 바이어스를 보상하기 위해 세기 조정이 행해질 수 있다. 세기 조정은 장치, 및/또는 전기 변색 요소의 컬러 변위(color excursion)의 주어진 지점에 대해 상대 RGB 세기를 적절히 일치시키기 위한 기타 피드백 메커니즘의 동작 전압의 함수일 수 있다. 전기 변색 종이 활성이 아닐 때에도 "청색 미러"를 형성하는 데 사용될 수 있는 것과 같은 염료가 사용될 때, 향상된 컬러 렌더링을 갖기 위해 방출기의 세기가 조정될 수 있다. 미러 요소가 반사율이 감소됨에 따라, 제1 및/또는 제2 표면 코팅의 임의의 스펙트럼 바이어스가 더 큰 인자가 되며, 디스플레이의 서로 다른 컬러의 세기의 보상 정도가 그에 따라 조정될 수 있다. UV 흡수재 및 EC 매질에 대한 다른 첨가제도 요소의 가시 흡수에 영향을 줄 수 있고, 연관된 디스플레이의 컬러 렌더링을 향상시키기 위해 세기 조정이 포함될 수 있다.
디스플레이 및 신호 또는 기타 표시기 응용 양자에 대해 반투과 코팅을 설계하는 것이 유익할 수 있다. 신호 또는 표시기에 대해 높은 출력이 필요한 경우, 반투과기의 투과율 스펙트럼이 이 영역에서의 투과율을 크게 하기 위해 바이어스될 수 있다. 스펙트럼의 적색, 녹색 및 청색 부분에서 똑같은 세기를 갖는 RGB 디스플레이는 반투과층(및 미러 요소의 다른 성분)을 통과한 후에 서로 다른 세기를 갖는다. 이어서, 이러한 세기 오프셋은 적절한 컬러 렌더링을 얻기 위해 개별 RGB 컬러의 출력을 조정함으로써 적절히 보상될 수 있다.
LCD의 광 출력은 픽셀들 내에 존재하는 적색, 녹색 및 청색 흡수 필터들의 투과 대역들에 의존한다. LCD는 다양한 수단에 의해 백라이팅된다. 일부 예들에서는, 형광 튜브가 광원으로 사용된다. 다른 응용들에서, 광원은 LED 또는 일련의 LED들이다. LED들은 종종, LED들의 광대역 조명을 제공하기 위해 형광 물질로 코팅된다.
광 출력 또는 루멘을 증가시키기 위해서는, 더 많은 전력이 LED들에 인가되어야 한다. 광원들에 더 높은 전력이 인가되면, 더 많은 낭비 열이 발생한다. 이것은 이웃 회로 보드들 및 기타 전자 부품들의 과열을 유발할 수 있다. 따라서, 광 출력을 증가시키는 동시에 낭비 열을 최소화하기 위한 수단이 필요하다.
LCD들이 3개의 컬러 픽셀에 대해 특정 대역의 광을 투과시키므로, 관련 시스템은 LED에 의해 생성되는 광이 LED의 투과 대역들에 일치하는 경우에 가장 효율적일 것이다. 특히, LED들이 LCD 투과 대역들에 최적으로 일치하는 매우 좁은 파장 대역의 광을 방출하는 경우에 최소 이익을 발생할 것이다. 이것은 LCD를 통한 출력에 기여하지 않는 낭비 광 및 열로 인한 최소의 가열에 의해 LCD를 통과하는 광을 최대화한다.
EC 요소를 통해 투과하는 LCD 시스템의 경우에, 최종 광 출력은 EC 요소의 투과율 특성에 의존할 것이다. 주어진 반사율 레벨에서 광 출력을 최대화하기 위한 다양한 반투과 코팅 적층이 본 명세서에 설명되어 있다. 또 하나의 옵션은 LCD를 통해 투과된 파장 대역들을 특히 투과시키도록 최적화된 반투과 코팅이다.
순수 광 출력은 광원의 초기 강도, LCD의 투과율 및 EC 요소의 투과율의 곱이다. 통상적으로, LCD들은 적색, 녹색 및 청색 필터들에 대해 매우 넓은 투과 대역을 갖는데, 이는 종종 백라이팅 소스들이 광대역 광 방출기들이기 때문이다. 이것은 넓고 균일한 투과 스펙트럼을 갖는 EC 요소가 바람직하다는 것을 의미한다. EC 요소에서 스펙트럼 선택적인 반투과 코팅을 사용하는 이익은 광원의 출력이 LCD의 투과율과 일치하도록 조정될 때 실현된다. 이 경우에는, 광 대역들이 좁게 정의되므로, 낭비 열이 최소화된다. LCD를 통한 투과율은 스펙트럼 일치로 인해 최적화된다. 이어서, 최종 투과율은 요소 내의 스펙트럼 선택적인 반투과 코팅의 사용에 의해 더 최적화된다.
도 44a는 LCD 및 비교적 균일한 반투과 코팅(GTR3) 및 스펙트럼 선택적인 반투과체의 투과율의 곱으로부터 도출되는 광의 상대 강도를 나타낸다. 스펙트럼 선택적인 반투과체의 이익은 450nm, 530nm 및 590nm의 설계 파장들에서의 더 높은 강도 레벨들로부터 명백하다. 광 강도는 450nm, 530nm 및 590nm 파장들에 대해 각각 22%, 63% 및 32%만큼 증가된다.
바람직한 구성은 광원, LED 투과 대역들 및 스펙트럼 선택적인 반투과체로부터의 출력들이 정렬되는 경우이다. 실제로는, 광원과 스펙트럼 선택적인 반투과체가 정렬되는 경우에만 개선이 이루어질 수 있다. 이 경우의 정렬은 순수 광 출력에 의해 정의된다. 순수 광 출력이 균일한 반투과체에 비해 증가되는 정도로, 광원의 출력 파장들 또는 광원 및 LCD 투과율이 스펙트럼 선택적인 반투과체 내에 존재하는 향상된 투과율과 중첩될 때 정렬이 존재한다.
LCD 응용들에 필요한 다수의 투과 대역을 생성하는 동시에, 높은 시각 반사율(photopic reflectance) 및 중립 컬러를 갖는 데 특히 적합한 새로운 박막 코팅 적층이 개발되었다. 중립 컬러는 이러한 코팅들의 다양한 사용에 매우 중요하다. 시장은 비교적 중립적인 반사 컬러를 갖는 미러들을 지향하는 제품들을 선호한다. 다른 응용들은 비교적 착색된 외관을 갖는 미러를 선호할 수 있다. 여기에 설명되는 스펙트럼 선택적인 반투과 코팅 적층은 중립적인 또는 착색된 반사가 요구되는 응용들에 특히 적합하다.
일반적인 적층이 도 44b에 도시되어 있으며, 유리 기판(4401b), 제1 은 기반 물질(4402b), 제1 유전체층(4403b), 제2 은 기반 물질(4404b), 제2 유전체층(4405b) 및 제3 은 기반 물질(4406b)로 구성된다. 은 기반 물질은 순수 Ag 층, 도핑된 Ag 층, 또는 Ag 함유 합금일 수 있다. 제2 유전체층 및 제3 Ag 기반 층은 일부 응용들에서는 생략될 수 있다. 마찬가지로, 다른 응용들에서는, 유전체층 및 Ag 기반 층의 하나 이상의 쌍이 적층의 상부에 추가될 수 있다. 유전체 층은 단일 층이거나, 다수의 서브층으로 이루어질 수 있다. 서브층들, 그들의 두께 및 유전체들의 총 두께의 선택은 최종 응용의 설계 기준들에 기초한다. 또한, 얇은 플래쉬층들이 상부 Ag 기반 층 위에 또는 하부 Ag 기반 층 아래에 추가될 수 있다. 이러한 플래쉬 층들은 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 것들과 동일하다. 플래쉬층들은 적층의 접착을 향상시키거나 특정 특성들을 변경하기 위해 Ag 기반 층들과 유전체들 사이에 배치될 수도 있다.
도 44a의 강도 그래프들에 대한 계산에 사용되는 스펙트럼 선택적인 반투과체 및 균일 반투과체(GTR3)의 투과 스펙트럼이 도 44c에 도시되어 있다. 2개의 코팅은 이들 양자가 EC 셀에서 약 55%의 시각 반사율을 갖도록 설계되었다. 투과율은 유전체 층들 및 은 층들의 상호작용으로 인한 간섭 효과들에 의해 특정 파장 대역들에서 향상된다. 이러한 특정 예에서, 투과 스펙트럼은 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 것들과 유사한 EC 요소에 대한 것이다. 반투과 코팅들은 요소의 제3 표면 상에 위치한다. GTR3 반투과체는 최초의 TiO2 층(45nm), TiO2 위에 증착된 ITO층(18nm) 및 은-금 합금(7% Au-20nm)으로 구성된다. 스펙트럼 선택적인 반투과체는 제1 AgAu 합금층(7% Au-20nm), 제1 유전체 TiO2 층(185nm), 제2 AgAu 합금층(7% Au-17nm), 제2 TiO2 유전체층(330nm) 및 제3 AgAu 합금층(7% Au-17nm)으로 구성된다.
유전체 층들의 두께는 최종 제품의 투과 대역들 및 이들이 발생하는 파장들의 수를 제어한다. 더 두꺼운 유전체층은 더 많은 대역을 유발할 것이다. 투과 대역들의 파장들 및 최대 투과율을 더 정밀하게 하기 위해, 유전체 코팅의 굴절률 또는 유전체 코팅 내의 서브층들의 굴절률들 및 순서도 조정될 수 있다. 더 높은 굴절률의 유전체 층들이 투과 대역들의 피크들에서 더 높은 투과율 값들을 유발하는 것이 일반적인 경향이다. 2개의 유전체 층이 존재할 때, 이들은 반드시 동일 파장에서 투과 대역들을 제공하지는 않는다. 이러한 효과는 다양한 설계 목표들을 위해 제어될 수 있다. 좁은 투과 대역들이 요구되는 경우, 투과 대역들이 중복되도록 2개의 유전체의 비율이 조정될 수 있다. 다른 응용들에서는, 각각의 유전체 층으로부터 도출되는 투과 피크들이 발산하여 넓은 투과 피크를 생성하도록 유전체들의 비율을 조정함으로써 넓은 투과 대역들이 얻어질 수 있다.
다양한 피크들에서의 투과율의 증가는 피크들의 파장들에서의 대응하는 반사율 저하로 이어진다. 이것은 코팅으로부터의 전체 반사율의 감소로 이어질 것이다. 코팅의 전체 반사율 및 투과율을 조정하기 위해 은 기반 층들의 두께가 증가 또는 감소될 수 있다.
불투명한 영역과 디스플레이 영역 간의 반사율 일치가 표 19 및 표 20의 예보다 더 바람직한 상황들이 있을 수 있다. 그에 부가하여, 서로 다른 반사율 값들의 범위에서 반사율 일치를 갖는 것에 대한 이점들이 있을 수 있다. 이와 같이, 불투명한 관찰 영역과 디스플레이 영역 간의 반사율 일치를 저하시키지 않고 디스플레이 영역의 투과율이 조정될 수 있다. 다른 설계 목적은 관찰 영역과 디스플레이 영역에서 컬러가 일치하게 하거나 심미적인 즐거움을 주는 방식으로 서로 다르게 하는 것이다. 2개의 영역 간의 인식 가능한 차이가 최소로 되는 것이 요망되는 경우 컬러 일치가 유익할 수 있다. 다른 상황에서, 디스플레이가 있는 곳으로 관찰자를 안내하는 데 도움이 되도록 반사율 일치 및 컬러 불일치를 갖는 것이 유익할 수도 있다.
제1 표면 반사율과 무관하게 반대 방향으로부터 볼 때 불투명한 영역에서의 반사율을 더 감소시키기 위해 다른 수단이 이용될 수 있다. 본 발명의 다른 양태는 불투명한 영역 또는 관찰 영역에 대한 디스플레이 영역의 인지에 관한 것이다. 관찰 영역에서 관찰자는 반사광만을 보게 되는 반면, 디스플레이 영역에서 관찰자는 반사광과 투과광의 결합을 보게 된다. 이 영역에서의 투과광의 추가는, 양 영역에서의 반사율이 동일하더라도, 디스플레이 영역이 더 잘 보이게 할 수 있다. 따라서, 부가된 투과광을 보상하기 위해 디스플레이 영역에서의 반사율이 감소될 수 있다.
이전의 예에서, 불투명한 영역과 디스플레이 영역 간의 반사율 일치가 층들의 두께의 함수라는 점에 유의해야 한다. 크롬 및 AgAu7x의 두께는 반사율 일치가 비교적 근접하지만, 여전히 비교적 낮은 투과율을 갖도록 최적화되었다. 크롬 및 AgAu7x 두께의 함수로서 반사율 및 투과율이 변하는 것이 표 21에 나타내어져 있다. 표 21의 데이터는 식별된 적층, 0.14 마이크로미터의 EC 유체, 및 제2 표면 상에 1/2 파장의 ITO 코팅을 갖는 상부 플레이트로 이루어지는 전기 변색 요소에 대한 모델링된 데이터이다. 불투명한 영역과 디스플레이 영역 간의 반사율 차이는 크롬층이 비교적 얇을 때 그리고/또는 AgAu7x층이 비교적 두꺼울 때 더 낮다. 이러한 접근법은 소정 투과율 및 반사율 범위에서 매우 양호한 일치를 갖는 불투명한 영역 및 디스플레이를 갖는 미러를 제조하는 수단을 제공한다.
관찰 영역에서 불투명성을 유지하고 디스플레이 영역에서 높은 투과율을 유지하면서 넓은 범위의 요망된 반사율 값에 걸쳐 반사율 일치를 달성하는 수단이 바람직하다. 이것은 적어도 일 실시예에서 표 21의 예에 기술된 적층에 부가적인 층을 추가함으로써 달성된다. 이 양호한 제3 표면 적층은 TiO2/ITO/AgAu7x/Cr/AgAu7x이다. AgAu7x을 분할함으로써, 넓은 세기 범위에 걸쳐 반사율 일치를 달성하고 불투명한 영역에서 적층의 투과율을 동시에 제어할 수 있는 능력이 달성된다. 디스플레이 영역에서의 투과율은 AgAu7x 적층에 대해 전술한 값들로 제한된다.
디스플레이 영역에서 크롬층이 마스킹되는 반면, 다른 층들은 거의 전 표면 상에 또는 최소한 디스플레이 영역에 존재할 수 있다. 이 예는 디스플레이 영역에 있는 반투과 은 또는 은 합금층의 컬러를 중립화하기 위해 TiO2/ITO 순수(net) 1/4 파장 이중층(소위 GTR3 베이스층)을 사용한다. 다른 반투과 컬러 중립화 층이 디스플레이 영역에 대용될 수 있으며 이 실시예의 범위 내에 속한다. AgAu7x층을 분할하는 크롬층은 이 응용에서 적층에 불투명한 특성을 제공함은 물론, 하부층들을 상부 AgAu7x층과 광학적으로 분리시키는 새로운 특성을 갖는다. 도 46은 반사율이 크롬층의 두께에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 5nm보다 약간 더 큰 두께에서, 얇은 크롬층은 하부 은-금 합금층을 반사에 기여하지 못하도록 효과적으로 분리시킨다. 이러한 분리는, 적층의 전체 반사율에 어떠한 적용 가능한 영향도 갖지 않으면서 소정 범위의 투과율 값을 달성하도록 크롬 두께가 조정될 수 있게 해주는 얇은 크롬층을 제공한다.
이러한 접근법의 한가지 이점이 디스플레이 영역으로 확장된다. 하부 AgAu7x층을 반사율에 기여하지 못하도록 분리시키기 위해 얇은 크롬층만이 필요하기 때문에, 다른 설계 목표를 달성하기 위해 하부 AgAu7x층의 두께가 변화될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 불투명한 영역 및 디스플레이 영역에서 반사율을 일치시키고자 하는 소망이 달성될 수 있다. 반투과 미러 요소가 비교적 높은 투과율 및 낮은 투과율의 영역들을 갖는 예에서, 용어 "불투명"은 투과율 레벨이 제4 표면 상에 불투명 물질을 추가함이 없이 부품의 존재를 제4 표면 뒤에 은폐시키기에 충분할 정도로 낮다는 것을 나타낸다. 소정 실시예에서, 투과율은 5%보다 작아야 하고, 양호하게는 2.5%보다 작아야 하며, 훨씬 더 양호하게는 1%보다 작아야 하고, 가장 양호하게는 0.5%보다 작아야 한다. AgAu7x가 불투명 영역에서 분리되어 있기 때문에, 디스플레이 영역에서 원하는 반사율을 달성하기 위해 필요에 따라 두께가 조정될 수 있다. AgAu7x 상부층은 Cr 대 TiO2/ITO(디스플레이 영역에 존재함) 상에 증착될 때 더 높은 반사율을 갖게 된다. 하부 AgAu7x 두께는 디스플레이 영역이 불투명 영역의 반사율과 일치하도록 설정될 수 있다. 미러 요소에 대한 반사율 값은 크롬층 단독의 반사율 값 정도로, 두꺼운 AgAu7x층의 반사율 정도까지 낮을 수 있다. 반사율은 이 범위에 걸쳐 임의의 원하는 값으로 조정될 수 있고, 투과율도 조정될 수 있다. 디스플레이 영역과 관찰 영역 간의 바람직한 반사율 일치도 달성가능하다.
은 함유층은 7%Au93%Ag 이외의 다른 합금 또는 합금들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 불투명층(들) 하부보다 불투명층(들) 상부의 합금에 금을 더 많이 갖는 것이 유리할 수 있다. 이것은 불투명층과 상부 은 함유층 간의 보다 내구성 있는 계면, 원하는 컬러, 또는 처리 동안이나 전기 변색 매질과 접촉하고 있을 때 상부 은 함유층의 내구성의 취득과 연관된 이유 때문일 수 있다. 2개의 은 함유층이 금, 백금, 팔라듐, 구리, 인듐 등과 같이 은을 통해 쉽게 확산되는 서로 다른 레벨의 물질을 포함하고 있는 경우, 은 층이 더 이상 하나 이상의 중간 불투명층을 갖지 않는 반투과 영역은 처리 후에 또는 얼마 후에 상부 합금과 하부 합금의 가중 평균인 합금으로 될 가능성이 있다. 예를 들어, 은-백금 합금이 상부 은 함유층으로서 사용되고 은-금 합금이 하부층에 사용된 경우, 반투과 영역은 은-금-팔라듐 3원 합금층으로 될 가능성이 있다. 유사하게, 2개의 은 함유층으로서 동일 두께의 7%금 함유 은과 13% 금 함유 은이 사용되는 경우, 반투과 영역에서의 결과 층은 본질적으로 은에 금이 10%로 균일하게 분포되어 있는 층일 가능성이 있다.
불투명층은 반투과 영역에 결합된 별도의 층일 수 있으며, 여기서 하나 또는 둘 또는 모든 층이 은을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 많은 가능한 조합 중에서도 실리콘 상부의 은 합금 또는 실리콘 상부의 루테늄이 반투과 영역에서 이용될 수 있다.
다른 물질 중에서도 특히, 인듐 주석 산화물, 기타 전도성 산화물, 백금족 금속 및 이들의 합금, 니켈, 몰리브덴 및 이들의 합금을 포함하는, 플래쉬층에 유용한 바와 같은, 본 명세서에 그 전체가 참고 문헌으로 포함되는, 미국 특허 제6,700,692호에 언급된 물질의 플래쉬 오버코트층도 전술한 설계에 포함될 수 있다. 플래쉬층(들)을 위해 선택된 물질들의 두께 및 광학적 특성에 따라, 비교적 불투명한 영역과 반투과 영역(들) 간의 유사한 정도의 일치 또는 불일치를 유지하기 위해 하부 적층에 대한 조절이 필요할 수 있다.
상기한 바와 같이, "불투명" 영역에서 달성가능한 투과율은 은 베이스층 및 크롬 또는 "불투명"층 양자에 의존한다. 크롬층이 두꺼울수록, 주어진 반사율 레벨에서의 투과율이 낮다. 크롬층은 디스플레이 영역의 투과율에 도달하기 위해 원하는 레벨로 박막화될 수 있다. 높은 투과율 레벨이 필요한 경우, 매우 얇은 층의 두께를 제어하는 것이 어려운 경우가 있다. 금속 불투명층이 부분적으로 산화되는 경우, 두꺼운 층이 사용될 수 있다. 얇은 순수 금속층에 비해 더 높은 투과율을 달성하기 위해 두꺼운 층이 필요할 수 있다. 도 47은 상기 표 21로부터의 적층 및 불투명층으로 CrOx층을 사용한 경우에 대한 투과율과 반사율 간의 관계를 나타낸 것이다. 도 47은 서로 다른 불투명층 및 두께에 대해 투과율 대 반사율을 나타낸 것이다. 도표에서의 심벌들은 서로 다른 두께의 AgAu7x 층을 나타낸다. 두꺼운 층이 오른쪽에 있고 얇은 층이 왼쪽에 있다.
알 수 있는 바와 같이, AgAu7x층 두께가 얇아짐에 따라, 반사율은 크롬 또는 불투명층의 값에 접근한다. 불투명층의 두께는 미러 요소의 하단 반사율(low end reflectance)에 영향을 준다. 예를 들어, Cr층이 10nm 두께인 경우, 하단 반사율은 41.7%이고, 20nm이면 50.5%이며, 30nm이면 52.7%이다. 불투명층이 두께가 증가됨에 따라 하단 반사율이 상수값에 가까워지지만, 얇은 층의 경우, 층이 너무 얇게 되면 반사율이 떨어진다. 이것은 주어진 응용의 설계 기준에 따라 장점 또는 단점이 될 수 있다. 크롬층에 대한 반사율과 투과율 간의 제한은 크롬층을 전적으로 다른 물질로 대체하거나 부가의 층을 추가함으로써 극복될 수 있다.
미국 특허 제6,700,692호를 참조하면, Ag 함유층 상부 또는 하부의 상이한 금속, 반도체, 질화물 또는 산화물이 개시되어 있다. 이들 층 및 물질은 적층에 개선을 제공하도록 선택된다. 전도성 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 합금일 수 있는 반사체 아래의 베이스층이 개시되어 있다. 이들은 또한 베이스층과 반사 물질 사이의 중간층 또는 중간층들일 수 있다. 이들 금속 및 물질은 층들 사이에 갈바니 반응(galvanic reaction)이 없도록 그리고/또는 기판 및 반사체 또는 다른 층(들)에 대한 접착을 향상시키도록 선택될 수 있다. 이들 층은 기판 상에 증착될 수 있거나, 부가적인 바람직한 특성을 제공하는 부가의 층이 전술한 베이스층 아래에 있을 수 있다. 예를 들어, 홀수 1/4 파장의 유효 광학 두께를 갖는 TiO2 및 ITO를 포함하는 유전체 쌍이 존재할 수 있다. TiO2 및 ITO층의 두께는 필요에 따라 특정의 전도성 및 광학적 요건을 만족시키도록 조정될 수 있다.
금속층이 은 함유층 아래에 증착되는 경우, 금속층은 크롬, 스테인리스 스틸, 실리콘, 티타늄, 니켈, 몰리브덴, 및 크롬/몰리브덴/니켈, 니켈/크롬, 몰리브덴, 및 니켈-기반 합금의 합금, 인코넬, 인듐, 팔라듐, 오스뮴, 텅스텐, 레늄, 이리듐, 몰리브덴, 로듐, 루테늄, 스테인리스 스틸, 실리콘, 탄탈륨, 티타늄, 구리, 니켈, 금, 백금, 및 상기한 물질들을 주성분으로 갖는 합금, 임의의 다른 백금족 금속, 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 그에 부가하여, 반사체 층 아래의 층은 크롬 산화물 및 아연 산화물 등의 산화물 또는 금속 산화물층일 수 있다.
은 함유층 상부의 옵션인 금속층은 로듐, 루테늄, 팔라듐, 백금, 니켈, 텅스텐, 탄탈륨, 스테인리스 스틸, 금, 몰리브덴, 또는 이들의 합금으로 이루어지는 그룹으로부터 선택될 수 있다.
본 발명은 미러 또는 광학 요소의 반투과성 부분과 관련된 불투명층을 고려한다. 이것은 요소 또는 미러의 소정 영역에서 투과율을 감소시키는 작용을 하는 금속의 선택에 영향을 미치는 새로운 또는 부가적인 설계 기준을 제공한다. 아래의 표 22는 EC 셀에서 TiO2/ITO 유전체층 적층 상의 다양한 적당한 베이스층 또는 불투명층 금속의 반사율 및 컬러를 나타낸 것이다. 모든 금속층의 두께는 30nm이다. 컬러 및 반사율은 금속층의 두께에 따라 변한다. 표 22는, 불투명 금속이 비교적 두껍고 AgAu7x 또는 기타 Ag 함유 상부층이 없는 경우, 하단 반사율에 대한 여러가지 적당한 금속 불투명층의 컬러 및 반사율의 상대적인 차이를 나타내고 있다. 공지된 바와 같이, 이들 금속의 서로 또는 다른 금속과의 합금은 다른 광학적 특성을 갖는다. 일부 예에서, 이들 합금은 개개의 금속의 혼합물처럼 거동하지만, 다른 예에서 이들 합금은 단순히 개개의 금속의 보간인 반사 특성을 갖지 않는다. 금속 또는 합금은 필요에 따라 그의 갈바니 특성, 반사율, 컬러 또는 기타 특성을 위해 선택될 수 있다.
은 함유 반사층 적층에서, 적층의 반사율 및 컬러는 이들 다른 금속 또는 합금 상에 증착될 때 변한다. 표 23은 상부에 20nm의 AgAu7x를 갖는 금속 함유 적층을 나타낸 것이다. 20nm Ag 함유층 적층의 컬러 및 반사율은 불투명층에서와 같이 사용되는 금속의 특성에 의해 변경된다. 다른 적층의 투과율도 나타내어져 있다. 크롬에 대해 앞서 나타낸 바와 같이, 불투명 금속의 두께를 변경함으로써 투과율, 반사율 및 컬러가 변경될 수 있다. 이들 예로부터, 원하는 컬러, 투과율 및 반사율이 불투명 금속 층 또는 층들의 특성을 변경함으로써 얻어질 수 있다는 것이 분명하다.
관찰 영역에서의 컬러 및 반사율 조정 능력은 금속 불투명층을 미국 특허 제6,700,692호에 부가적으로 기술된 유전체층과 결합함으로써 더 보강 또는 향상될 수 있다. 이 유전체층은, 종종 적층에서의 흡수에 그다지 영향을 주지 않고, 컬러 및 반사율 양자를 변경할 수 있다.
디스플레이 영역에서 컬러 및 반사율을 일치시키기 위해, 은 함유 반사층 아래에 전술한 이중층 베이스층이 이용될 수 있다. 표 24는 반사율 및 컬러가 고정된 AgAu7x에 대해 ITO 및 TiO2 두께의 변경에 따라 어떻게 변하는지를 나타낸 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 이중층의 두께는 반사율에 영향을 줄 뿐만 아니라, 컬러도 조정될 수 있다. 이어서, 이들 층은 원하는 반사율 및 컬러 양자를 얻기 위해 필요에 따라 조정될 수 있다. 컬러 및 반사율의 조정 가능성은 AgAu7x 또는 은 함유 반사층의 두께를 조정함으로써 더 확장될 수 있다. 부가적인 유전체 또는 금속층을 은 함유층 상부 또는 하부에 디스플레이 적층의 일부로서 추가함으로써 또는 유전체층의 굴절률을 변경함으로써 부가적인 컬러 및 반사율 변화가 얻어질 수 있다.
예를 들어, 관찰 영역에서의 컬러가 은 반사층 아래의 금속의 선택에 의해 또는 은 반사층 자체로 인해 또는 이 층들의 결합에 의해 황색, 청색, 녹색 또는 적색 바이어스되는 경우, 컬러 및/또는 반사율 일치는 디스플레이 영역에 있는 층들을 조정함으로써 달성될 수 있다. 이 방법의 한가지 이점은, 층들이 거의 표면 전체 상에 도포될 수 있지만, 불투명층 또는 불투명층들의 고유한 광학적 차폐 특성으로 인해, 이들 하부층이 관찰 영역 또는 불투명 영역에서의 반사율 및 컬러에 기여하지 않고, 불투명층 또는 불투명층들이 마스킹되어 있는 디스플레이 영역에서 충분히 기능한다는 것이다. 본 발명은 디스플레이 영역에서 기능하는 층들이 그 부분 전체를 덮고 있는 것으로 제한되지 않는다. 이것은 특히 불투명층 아래의 층들에 적용가능하다. 제조 공정이 이러한 접근법을 보증하는 경우, 이들 층은 필요에 따라 디스플레이의 전반적인 영역에만 증착될 수 있다.
증착되는 박막층들을 박막층들이 증착되는 기판에 접착하는 것은 표면 상에 증착되는 물질의 핵형성 및 기판과 증착되는 층 사이의 접합의 강도에 의해 크게 영향을 받을 수 있다. 핵형성은 도달하는 원자 종들과 기판 표면의 상호작용에 의해 부분적으로 제어된다. 크롬 또는 티타늄과 같은 반응성 금속들은 (산화물 표면 상의) 표면 산소 원자들에 대한 접합을 빠르게 형성하여, 양호한 접착을 제공한다. 은과 같은 덜 반응적인 물질들은 그들 자신과의 상호작용을 선호하는 경향이 있어서, 물 위에 기름과 같은 효과를 유발한다. 얇은 은 코팅들은 더 두껍게 성장할 때 거칠게 유지될 수 있는 얇고 불연속적인 막들의 형성을 뭉치게 하는 경향이 있다. 접합을 위한 더 적은 표면적이 존재하며, 존재하는 접합들은 비교적 약하다. 핵형성 및 접합 강도는 은과 접촉하는 물질들의 선택에 의해 해결될 수 있다. 은과의 강한 상호작용을 갖는 물질의 박층이 은 아래에 버퍼층으로 증착될 수 있다. 아연 산화물 및 아연 황화물과 같은 물질들은 이러한 목적에 특히 효과적이다. 증착되는 금속의 대부분은 바람직하게는 상부 1 내지 10개의 원자층, 더 바람직하게는 상부 1 내지 5개의 원자층, 가장 바람직하게는 상부 1 또는 2개의 원자층과 상호작용한다. 버퍼층의 나머지는 본질적으로 오버코트에 보이지 않는다. 종종, 향상된 핵형성/접착을 위한 버퍼층의 추가는 적층의 전체적인 화학, 물리 또는 광학적 특성들에 악영향을 미칠 수 있다.
기판에 대한 코팅의 핵형성 및 접착을 제어하기 위한 새로운 접근법은 표면을 개조하여 오버코트 물질에 대한 화학 접합을 형성하는 것을 더욱 가능하게 하는 것을 포함한다. 오버코트 물질은 그 아래의 물질의 상부 1 또는 2개 원자 층과만 상호작용하므로, 계면 물질의 모놀리식 층을 증착할 필요가 없게 된다. 표면 원자들은 증착될 오버코트 물질에 대한 높은 친화력을 갖는 그룹들을 생성하도록 교체 또는 추가될 수 있다. 진공 중에서의 표면 처리가 다양한 제조 공정에 바람직하다. 이것은 여러 화학 기상 또는 물리 기상 증착 공정에 의해 달성될 수 있다. PECVD는 황 또는 금속 황화물 코팅과 같은 단일 또는 부단일층 핵형성 강화 물질의 증착에 대한 하나의 가능한 화학적 루트일 것이다. 대안으로, 표면은 예를 들어 황 종들을 함유하는 강력한 플라즈마에 노출될 수 있다. 이것은 표면 원자들의 일부에 대한 추가 또는 대체를 유발하여, 다음 증착층의 향상된 핵형성/접착을 제공할 수 있다. 이온빔도 강력한 종들의 우수한 소스이다. 플라즈마 소스로부터 얻어지는 것들에 대한 상승된 에너지는 접합들을 파괴하고 재형성하기에 충분히 높은 에너지로 관련 종들의 주입을 유발하므로 유용하다. 다양한 금속 표면에 대해, H2S와 같은 반응성 가스의 낮은 부분 압력에 대한 간단한 노출은 황 원자들과 같은 상당한 농도의 변경자를 표면에 추가하는 데 적합할 것이다.
예를 들어, ITO와 은 사이의 표면 상호작용은 최적이 아닐 수 있다. 이것은 소정 응용들에 대한 수용 불가한 접착 및 상승된 온도에서의 헤이징에 대한 열적 불안정성 면에서 명백하다. 헤이징은 표면 상의 충분한 핵형성 장소의 결여 및 은의 비교적 높은 표면 이동성에 의해 유발되거나 영향을 받을 수 있다. 상승된 온도에서, 은은 평탄하고 연속적인 코팅을 유지하는 대신에 "덩어리"를 형성할 수 있다. ITO 표면이 예를 들어 ITO 표면에 강력한 SO2 이온들을 공급하는 이온빔으로 처리되는 경우, 은의 거동은 크게 변한다. 열적으로 생성되는 헤이즈는 미처리 샘플에 비해 SO2 처리 샘플에서 크게 감소된다.
표면 변경자에 대한 가장 분명한 선택은 황이다. 이것은 다수의 가스 소스로부터의 플라즈마 또는 이온빔에서 제공될 수 있으며, H2S 및 SO2가 두 가지 예이다. 많은 금속은 황에 대해 매우 안정적인 접합을 형성한다. 이것은 더 귀한 금속들에 대해 특히 사실이다. O, Se, N, P, F 등과 같은 다른 칼코게나이드, 희토류(pnictogen), 할로겐 등도 선택될 수 있다. 은은 이러한 기술을 통해 향상된 핵형성 및/또는 접합 강도를 가질 수 있는 금속의 좋은 예인데, 이는 은이 산소에 대해 특별히 안정적인 접합을 형성하지 않기 때문이다. 많은 다른 금속도 이러한 접근법으로부터 이익을 얻을 수 있다. W, Mo, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb, Bi와 같은 (그러나 이에 한정되지 않는) 금속들 모두가 황과의 강한 상호작용을 형성한다.
전술한 바와 같이, 은 또는 은 합금층들은 은 또는 은 합금의 응집에 의해 유발되는 헤이징을 겪을 수 있다. 그러한 응집은 하나 이상의 은 또는 은 합금층이 약간 내지 매우 투과적인 코팅 적층들에서 요구되는 바와 같은 점점 더 얇은 층들을 형성함에 따라 더 쉽게 발생하는 경향이 있다. 본 특허에서 설명되는 설계들 및 기술들을 이용하여 수용 가능한 경사 또는 컬러 및 반사율 일치를 얻기 위해서는, 그러한 응집에 대한 추가적인 약점을 갖는 더 작은 두께의 층들이 요구될 수 있다. 그러한 응집은 코팅 적층 또는 요소의 제조시의 처리 조건, 오염 상호작용, 전기 변색 장치에서 사용되는 전압 또는 전압의 극성, 특정 환경 조건 하에 저장될 때 전기 변색 시스템의 성분들의 상호작용 등으로 인해 발생할 수 있다. 인접 층(들)에 대한 은 또는 은 합금의 친화력이 증가되는 계면을 형성함으로써, 설명되는 것들과 같은 원인 또는 원인들로부터의 응집 또는 다른 저하의 정도를 줄일 수 있다.
전기 변색 반투과 요소들은 약 150Å의 은 또는 은 합금 아래에, 2개의 편평한 유리, 제2 표면 도체로서의 반파장 광학 두께의 인듐 주석 산화물, 열 경화된 에폭시 주변 시일, 및 약 200Å의 ITO 아래의 약 400Å의 TiO2의 제3 표면 전도성 적층들로 제조되었다. 후술하는 막들의 가공의 변형들은, 적층 시트들로부터 절단되고, 진공 코팅 시스템 내로의 재도입 및 은 또는 은합금층의 증착 전에 세정된, TiO2/ITO 제3 표면의 ITO의 컨디셔닝과 관련된다.
분당 30인치씩 이온빔 아래를 통과하는 기판에 대해 2500 볼트로 수행되는, 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 이온빔 공정이 상기 컨디셔닝이 지시되는 경우에 사용되었다. 모든 예에서, 이온빔 처리 동안에 사용된 가스가 아르곤과 산소 또는 황 이산화물의 혼합물인 경우에도, 스퍼터링 동안에 사용된 가스는 아르곤이었다. 대상 테스트들은 다음을 포함한다.
그룹 1) ITO와 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이의 이온빔 미처리.
그룹 2) 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 전에 기판이 아래를 통과할 때 이온빔에서의 10 Sccm 아르곤/4.7 Sccm O2 흐름.
그룹 3) 이온빔에 의한 처리와 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이에 진공 파괴가 있었던 것을 제외하고는 그룹 2와 동일함.
그룹 4) 이온빔 처리 동안에 사용된 가스 혼합물이 10 Sccm 아르곤/5 Sccm SO2이었던 것을 제외하고는 그룹 2와 동일함.
그룹 5) 이온빔에 의한 처리와 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이에 진공 파괴가 있었던 것을 제외하고는 그룹 4와 동일함.
전술한 방식으로 제조된 비어 있는 셀 요소들은 시일의 주변에 남겨진 포트를 통해, "COLOR STABILIZED ELECTROCHROMIC DEVICES"라는 제목으로 2005년 4월 5일자로 허여된 미국 특허 제6,876,478호에서 발견되는 것과 같은 가르침에 따른 애노드 및 캐소드 전기 변색 물질들, 즉 5,10-디메틸페나진 및 옥틸 비올로겐 테트라플로오로보레이트 및 "ELECTROCHROMIC MEDIUM HAVING A SELF-HEATING CROSS-LINKED POLYMER GEL AND ASSOCIATED ELECTROCHROMIC DEVICES"라는 제목으로 2006년 2월 21일자로 허여된 미국 특허 제7,001,540호에서 발견되는 것과 같은 가르침에 따른 삼투성 가교 결합된 폴리머 매트릭스를 형성하는 물질들을 부분적으로 함유하는 용액으로 채워지고, UV 경화된 물질로 막아졌다(이들 특허 각각은 그 전체가 본 명세서에 참고 문헌으로 포함된다). 이어서, 이러한 요소들은 약 24시간 동안 섭씨 125도에서 저장되었다. 그 시간의 종료시에, 요소들은 미용 문제들에 대해 검사되었으며, 다음의 결과를 나타냈다.
처리된 제3 표면 ITO 층 상부의 층으로서 94% 은 및 6% 금을 함유하는 모든 그룹 1-5 요소들은 거의 헤이즈를 보이지 않거나, 그룹들 사이에 헤이즈의 차이를 거의 보이지 않았다. 동일 층으로서 은을 함유한 그룹 1-3은 어두운 방 안에서 높은 강도의 광 아래서 검사될 때 상당한 헤이즈를 보인 반면, 그룹 4 및 5는 비교적 적은 헤이즈를 보였다.
이어서, 동일 그룹들은 추가적인 72 시간의 섭씨 125도 노출 후에 검사되었다. 다시, 은/금 합금을 함유하는 모든 그룹은 거의 헤이즈를 보이지 않았으며, 따라서 거의 헤이즈 차이를 보이지 않았다. 금속층으로서 은을 함유하는 그룹 1-3은 여전히 그룹 4 및 5보다 상당히 많은 헤이즈를 보였고, 그룹 5는 그룹 4보다 약간만 더 많은 헤이즈를 보였으며, 이는 SO2 이온빔 처리가 짧은 진공 파괴 후에도 거의 똑같이 유효할 수 있음을 보여준다.
이어서, 동일 그룹들은 총 1주일간의 섭씨 125도 노출 후에 검사되었다.
합금되지 않은 은을 함유하는 그룹들은, 그룹 4 및 5가 여전히 현저하게 적은 헤이즈를 갖지만, 그룹들 간의 차이를 제거하는 것 외의 모든 것에 충분한 헤이즈를 모든 그룹에서 갖게 되었다. 섭씨 125도에서 1주일 후에 금속층으로서 94% 은 6% 금을 함유하는 요소들은 황 이산화물 처리에 의해 현저하게 양호한 헤이즈 레벨을 갖게 되었다. 은/금 합금에 대한 경향들은 차이가 나타나는 데 더 오래 걸린다는 점 외에는 순수 은과 동일하였다. 1주일 간의 노출 후에 은 합금 그룹들 중 그룹 4 및 5는 그룹 5가 그룹 4보다 많더라도 약간만 더 많은 헤이즈를 가짐을 인식하기에 충분한 헤이즈를 갖지 않았다.
전기 변색 반사 요소들은 약 150Å의 은 또는 은 합금 아래에, 2개의 편평한 유리, 제2 표면 도체로서의 반파장 광학 두께의 인듐 주석 산화물, 열 경화된 에폭시 주변 시일, 및 약 300Å의 크롬의 제3 표면 전도성 적층들로 제조되었다. 후술하는 막들의 가공의 변형들은 은 또는 은합금층의 증착 전의 제3 표면 상의 크롬의 컨디셔닝과 관련된다.
분당 30인치씩 이온빔 아래를 통과하는 기판에 대해 2500 볼트로 수행되는, 본 명세서의 다른 곳에서 설명되는 바와 같은 이온빔 공정이 상기 컨디셔닝이 지시되는 경우에 사용되었다. 모든 예에서, 이온빔 처리 동안에 사용된 가스가 아르곤과 산소 또는 황 이산화물의 혼합물인 경우에도, 스퍼터링 동안에 사용된 가스는 아르곤이었다. 대상 테스트 그룹들은 다음을 포함한다.
그룹 1) 크롬과 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이의 진공 파괴 및 이온빔 미처리.
그룹 2) 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 전에 기판이 아래를 통과할 때 이온빔에서의 10 Sccm 아르곤/4.7 Sccm O2 흐름.
그룹 3) 이온빔에 의한 처리와 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이에 진공 파괴가 있었던 것을 제외하고는 그룹 2와 동일함.
그룹 4) 이온빔 처리 동안에 사용된 가스 혼합물이 10 Sccm 아르곤/5 Sccm SO2이었던 것을 제외하고는 그룹 2와 동일함.
그룹 5) 이온빔에 의한 처리와 은 또는 94% 은 6% 금 합금의 증착 사이에 진공 파괴가 있었던 것을 제외하고는 그룹 4와 동일함.
전술한 방식으로 제조된 비어 있는 셀 요소들은 시일의 주변에 남겨진 포트를 통해, 미국 특허 제6,876,478호에서 발견되는 것과 같은 가르침에 따른 애노드 및 캐소드 전기 변색 물질들, 즉 5,10-디메틸페나진 및 옥틸 비올로겐 테트라플로오로보레이트 및 미국 특허 제7,001,540호에서 발견되는 것과 같은 가르침에 따른 삼투성 가교 결합된 폴리머 매트릭스를 형성하는 물질들을 부분적으로 함유하는 용액으로 채워지고, UV 경화된 물질로 막아졌다. 이어서, 이러한 요소들은 약 16시간 동안 섭씨 125도에서 저장되었다. 그 시간의 종료시에, 요소들은 미용 문제들에 대해 검사되었으며, 다음의 결과를 나타냈다.
처리된 제3 표면 크롬 층 상부의 층으로서 93% 은 및 7% 금을 함유하는 모든 그룹 1-5 요소들은 거의 헤이즈를 보이지 않거나, 그룹들 사이에 헤이즈의 차이를 거의 보이지 않았다. 동일 층으로서 은을 함유한 그룹 1-3은 어두운 방 안에서 높은 강도의 광 아래서 검사될 때 상당한 헤이즈를 보인 반면, 그룹 4 및 5는 비교적 적은 헤이즈를 보였으며, 그룹 4는 그룹 5보다 여전히 현저하게 적은 헤이즈를 보였다.
이어서, 동일 그룹들은 추가적인 96 시간의 섭씨 125도 노출 후에 검사되었다. 크롬 위에 은/금 합금을 포함하는 그룹들은 그룹 5 및 4에서보다 그룹 1-3에서 상당히 더 많은 헤이즈를 보였다. 크롬 위에 합금되지 않은 은을 갖는 그룹들은, 그룹 4 및 5가 여전히 현저하게 적은 헤이즈를 갖지만, 그룹들 간의 차이를 제거하는 것 외의 모든 것에 충분한 헤이즈를 모든 그룹에서 갖게 되었다.
바로 코팅된 백 플레이트들의 평행한 세트가 약 5분 동안 약 섭씨 190도에서 가열되고, 냉각된 후에 검사되었다. 크롬 위에 93% 은 7% 금을 갖는 코팅된 유리 플레이들은 그룹 1-5에서 인식할만한 헤이즈 또는 헤이즈 차이를 보이지 않았다. 크롬 위에 순수 은을 갖는 코팅된 유리 플레이트들은 그룹 4 및 5에서보다 그룹 1-3에서 더 많은 헤이즈를 가졌다.
일부 상황들에서는, 반사체 및/또는 반투과체의 반사 색조가 청색을 띠는 것이 유리할 수 있다. 또한, 은밀한 외관을 위해 동일한 요소에서 청색을 띤 불투명 반사체 영역 및 청색을 띤 반투과 영역을 결합하는 것이 유리할 수 있다.
본 명세서에 참고 문헌으로 포함되는 미국 특허 제5,278,693호에서와 같이, 염료의 사용을 통해, 전위가 인가되지 않을 때에도 청색 색조를 갖는 청색 전기 변색 요소를 제조하는 것이 공지되어 있다. 또한, 외부 자동차 전기 변색 장치의 통상적인 요건을 만족시키는 장치를 제조하기 위해 제3 표면 코팅 적층을 사용하는 실용적인 방법이 있다. 이들 기술은 또한 가능한 경우에 결합하여 사용될 수 있다. 이러한 장치는 현재 미국에서는 35%를 넘고 유럽에서는 40%를 넘는 반사율 값을 가져야만 한다. 양호하게는, 적어도 일 실시예에서, 50% 또는 55%를 넘는 반사율 값이 선호된다. 전기 변색 장치에서 어떠한 제3 표면 적층이 사용되든지 간에 화학적으로, 물리적으로 그리고 전기적으로 내구성을 갖는 것이 필요하다.
유리 상에 본질적으로 불투명한 크롬층을 증착하고, 이어서 그 상부에 대략 900Å의 ITO를 증착한 후에 전기 변색 장치의 제조를 완성함으로써 청색을 띠는 전기 변색 장치를 얻을 수 있다. 이러한 방식으로 제조되고 사용되는 코팅 적층은 표 25에 나타낸 컬러값 및 도 53에 나타낸 반사 스펙트럼을 가졌다. 표 25 및 도 53은 코팅이 단일의 유리 라이트 상에 있을 때 및 EC 요소 내에 포함된 후의 값들을 나타낸 것이다.
공기 중에서 측정된 유리 상의 코팅의 반사율은 완성된 장치의 반사율에 비해 상당한 반사율 저하가 존재할 것이다. 이를 보상하기 위해, 은 또는 은 합금의 불투명층이 유사한 상부층 또는 상부층들을 갖는 크롬층 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수 있다고 생각할 수 있다. 그러나, 은의 광학 특성은 은 기반 물질 상부에서 높은 반사율의 청색을 띤 코팅을 획득하기가 더 어렵게 한다. 이것은 부분적으로는 은의 약간의 황색 스펙트럼 바이어스로 인한 것이고, 또한 반사율이 이미 가시 스펙트럼에 걸쳐 100%에 너무 가깝기 때문에 스펙트럼의 임의의 부분에서 은의 반사율을 간섭적으로 증대시켜 유효 컬러를 제공하기 위해 할 수 있는 것이 거의 없다는 사실로 인한 것이기도 하다.
그러나, 상기 적층에서 크롬과 ITO 사이에 은 또는 은 합금의 반투명층을 배치하면, 여전히 반사율을 상당량 증가시키고, 청색을 띤 컬러를 유지하며, 제3 표면 반사체 전극의 전도성을 향상시킬 수 있다.
은의 반투명층이 존재하는 경우, 본 문서에 포함된 개시 내용에 따르면, 컬러 중립화 하층(들)을 추가하고 은을 "분할"하여 크롬에서의 개구부를 마스킹함으로써 반투과인 영역을 형성할 수 있다.
예를 들어, 대략 40nm의 TiO2, 20nm의 ITO, 14nm의 은, 50nm의 크롬, 10nm의 은, 및 90nm의 ITO의 반사 적층이 색조 및 밝기에서 크롬층이 없는 동일한 적층과 유사한 것으로 모델링된다. 크롬층이 없는 경우, 적층의 투과율은 디스플레이 또는 광 센서 영역으로 사용하기에 적절한 것으로 계산된다. 따라서, 그 층의 증착 동안에 크롬을 마스킹하고, 장치의 불투명 부분 및 반투과 부분 양자에서 유사한 청색을 띤 색조 및 밝기를 갖는 (즉, 은밀한) 전기 변색 요소를 제조할 수 있다.
또한, 크롬과 ITO 사이의 저굴절률 층의 삽입을 통해 또는 다수의 교대하는 저굴절률 층 및 고굴절률 층에 의해 크롬/ITO 적층의 반사율을 증대시킬 수 있다. 그러나, 적절한 광학적 효과를 갖기에 충분한 층 두께의 대부분의 저굴절률 산화물 및 플루오르화물 물질은 또한 전기적 절연체일 것이다. 그러나, 은 자체는 저굴절률 물질이고, 이것은 크롬과 ITO 사이에 배치될 때의 그의 이점을 부분적으로 설명한다.
디스플레이 창문 및 반투과 코팅의 영역에서 유익한 다른 특징은 반대 방향으로부터의 반사 방지 특징이다. 종종, 디스플레이는 미러 요소의 후방 주변에서 반사하거나 산란하다가 결국에는 디스플레이 영역 밖으로 나가는 상당량의 산란광을 방출한다. 요소가 반대 방향으로부터 비교적 낮은 반사율을 갖게 함으로써, 이러한 산란광이 감소될 수 있다. 제4 표면 상에 부가적인 층 없이 낮은 반사율을 달성하는 것은 비용 절감의 부가 이점이 있다.
불투명 영역, 즉 관찰 영역에는 Cr/TiO2/ITO/AgAu7x/Cr/AgAu7x가 제공되는 반면, 디스플레이 영역에는 TiO2/ITO/AgAu7x/AgAu7x를 갖는다. 제1 크롬층은 약 2 내지 15nm 두께로, 양호하게는 약 5-10nm 두께로 얇으며, 디스플레이 영역에서는 마스킹된다. 제2 크롬도 디스플레이 영역에서 마스킹되며, 관찰 영역에서 원하는 투과율을 얻기 위해 그의 두께가 조정된다. TiO2/ITO 이중층은 전 표면을 덮고 있으며, 관찰 영역에서 반대 방향으로부터 반사 방지 효과를 얻으면서, 부품의 전방으로부터 디스플레이 영역에 적당한 컬러를 제공하도록 조정된다.
표 26은 반대 방향으로부터 또는 제4 표면으로부터의 반사율을 나타낸 것이다. 제1 예가 참고 예이다. 이것은 미러 요소의 불투명 영역, 즉 관찰 영역에 대해 전술한 적층이다. 알 수 있는 바와 같이, 후방으로부터의 반사율은 약 61%로 매우 높다. 제2 예에서, 얇은 크롬층(~5nm)이 유전체층 아래에 추가된다. 관찰 영역에 이 얇은 층을 추가하면, 반사율이 대략 6%로 저하되어 세기가 10배 감소된다. 이와 같이, 임의의 산란광의 산란이 감소된다. 크롬층 및 유전체층의 두께에 의해 이 반사율 값 및 그의 컬러가 조정될 수 있다. 6.2% 반사율 중 대략 4%는 유리의 코팅되지 않은 제4 표면으로부터 발생한다. 반사율의 추가적인 감소가 요망되는 경우, 부가적인 종래의 반사 방지층이 추가될 수 있다. 6.2%의 반사율 값이 2.5% 이하의 값으로 감소될 수 있다.
관찰 영역에서의 반사 방지층을 갖는/갖지 않는 역방향(제4 표면)으로부터의 반사율
이들은 요소 값들로 어셈블리된다. 반사율 감소량 및 그의 절대값은 제1 은 함유층 및 후속 크롬층의 특성에 의존한다. 상기한 바와 같이, 투과율뿐만 아니라 관찰자에 대한 반사율을 조정하기 위해 이들 층이 조절된다. 이들 층이 다양한 설계 목적 또는 목표를 만족시키도록 조절됨에 따라, 최적의 반사 방지 효과를 달성하기 위해 유전체층 및/또는 베이스 크롬층이 조절될 수 있다.
크롬 이외의 다른 금속 또는 흡수층이 반사 방지층으로서 사용될 수 있다. 텅스텐, 크롬, 탄탈륨, 지르코늄, 바나듐 및 기타 유사한 금속 등의 물질도 폭넓은 반사 방지 특성을 제공한다. 다른 금속들에 의해 더 많은 컬러에 대한 높은 반사율이 얻어질 수 있다. 그에 부가하여, 금속의 광학적 특성을 변경시켜 반사 방지 특성을 조절하기 위해 크롬 또는 기타 금속층이 소량의 산소 또는 질소로 도핑될 수 있다.
표면 또는 박막 적층의 광학적 특성을 변경하기 위해 고굴절률 층 및 저굴절률 층의 교대 세트 또는 다수의 그러한 층들의 세트의 유용성이 본 문서의 다른 곳에서 언급되어 있다. 통상적으로 저굴절률인 것으로 생각되는 금속 산화물, 질화물, 산질화물, 플루오르화물 등의 물질들은 열악한 도체인 경향이 있다. 통상적으로, 인접한 물질들 간의 굴절률 차이가 클수록, 광학적 효과가 크다. 그 이유는 약 1.6 이하의 굴절률을 갖는 물질이 보통 저굴절률 물질로서 사용되기 때문이다. 그러나, TCO와 결합되는 물질이 충분히 높은 굴절률을 갖고, 그 결과 고굴절률-저굴절률 쌍이 얻어지는 경우, 유익한 효과가 투명한 전도성 산화물 등의 높은 굴절률의 물질에서 얻어진다. 상세하게는, 이산화티타늄이 비교적 낮은 굴절률 물질인 인듐 주석 산화물과 결합되는 비교적 높은 굴절률의 물질로서 사용되는 경우, 광학적으로, 전기적으로 이익이 얻어진다. 특히, 이산화티타늄은 ITO, 다른 TCO 또는 금속이나 반금속층 또는 층들 같이 그 상부 또는 그 하부에 배치되는 더 전도성이 큰 박막을 절연시키기에는 광학적 두께에서 충분히 양호한 절연체가 아닌 비교적 높은 굴절률의 물질이다. TiO2가 인듐 주석 산화물과 같은 훨씬 더 전도성이 큰 층들 간에 광학적 박막으로서 도포되는 경우, TiO2는 전기 변색 요소에서 ITO층들을 서로 절연시키지 않으며, 고-저-고 적층의 원하는 광학적 효과가 달성된다. 즉, 고굴절률층 및 저굴절률층의 광학적 이득을 획득하는 것과 함께 박막 내의 ITO의 총 두께의 누적 전도성 이익의 대부분이 유지된다. 이하의 예는 이 원리의 이점을 일반적으로 나타내고, 이들 물질의 이점을 상세히 나타내고 있다. 모든 베이스층이 소다 석회 유리(가시 스펙트럼에서 n이 대략 1.5임) 상에 증착되고 측정되었다.
베이스층 A = 대략 145nm 물리적 두께 및 23 Ω/sq 시트 저항의 1/2 파장 광학 두께 ITO (전도성이 이상적인 것보다 낮은 조건 하에서 생성됨). 베이스층 B = 대략 110 내지 150 Ω/sq의 시트 저항을 갖는 약 20nm ITO 아래의 약 40nm 이산화티타늄. 베이스층 C = 대략 16 Ω/sq의 시트 저항을 갖는 베이스층 A + 베이스층 B(예상보다 낮은 시트 저항은 진공 파괴 및 냉각 전의 A의 ITO층의 캡핑이 층 A 단독에 비하여 전도성을 향상시켰을 수 있다는 사실에 기인할 수 있다). 베이스층 D = 약 40 Ω/sq의 시트 저항을 갖는 대략 42.5nm 이산화티타늄, 42.5nm ITO, 42.5nm 이산화티타늄, 42.5nm ITO. 도 54a는 (부가의 코팅이 없고, 전기 변색 요소에 조립되기 전의) 유리 상의 이들 베이스층의 공기 중에서의 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 54a의 샘플들과 동일한 코팅 런(run)들(런 내에서도 소정의 변동이 있음에 유의한다)로부터의 샘플들은 본 문서의 다른 곳에서 설명된 원리들에 따라 대략 25nm의 6% Au 94% Ag(6x라고 함) 합금의 부가적인 코팅을 제공받고, 전기 변색 요소 내에 조립되었다. 유리 상의 대략 12 Ω/sq를 갖는 1/2 파장 광학 두께 ITO가 이들 요소에 대한 제2 표면 코팅으로서 사용되었다. 이어서, 도 54b 및 도 54c에 나타낸 바와 같이 분광 광도 측정이 행해졌다. 그 결과가 표 27에 나타내어져 있다.
상기한 바와 같이, 대부분의 경우에 시일 영역 아래에 증착되지 않도록 은 합금을 마스킹하는 것이 유용한 경우가 있다. 결과적으로, 그러한 옵션이 선택되는 경우, 제3 표면 상의 하층(들)에 대해 요소의 전기적 접촉이 이루어진다. 이러한 예에서, 버스 바 또는 전도성 에폭시나 기타 수단을 통해 전기적 접촉 지점에까지 완전히 은 또는 은 합금을 사용하는 것보다는 하층의 낮은 시트 저항이 더 중요하게 된다.
프로브가 절연층을 파괴하는 경우에는 표면 전도성에 관해 잘못된 결과를 제공할 수 있는 4 포인트 프로브를 사용하여, 설명된 하층에 대한 저항 측정이 행해졌다. 따라서, 제3 표면 코팅으로서 베이스층(들)만을 갖는 요소가 제조되었고, 착색 및 클리어링 특성을 알아보기 위해 비교되었다. 요소들의 성능은 4 포인트 프로브를 통해 행해진 시트 저항 측정들과 일치하였다.
본 발명의 일 실시예에서, 관찰 영역과 디스플레이 영역 간의 컬러 및 반사율 일치가 요망될 수 있다. 상기한 일부 예들에서, 2개의 영역에 2개의 상이한 금속 적층이 있을 수 있고, 동일한 금속이 상부층인 경우, 층의 두께가 서로 다르거나, 다른 금속이 상부 금속층 아래에 있거나 있지 않을 수 있다. 싱글들로서, EC 요소 내에 배치되기 전에, 2개의 영역의 반사율은 실질적으로 동일하도록 조절될 수 있다. 배치 후에, 금속과 접촉하는 매질이 공기에서 EC 유체로 변하는 경우, 2개의 영역에서 반사율이 서로 다를 수 있다. 그 이유는 각각의 적층이 서로 다른 방식으로 새로운 입사 매질과 상호작용하기 때문이다.
예를 들어, 하나의 설계(유리/TiO2 45nm/ITO 18nm/Ru 14nm)에서의 상부층인 루테늄 및 다른 설계(유리/TiO2 45nm/ITO 18nm/AgAu7x 19nm)에서의 AgAu7x 양자는 싱글로서 70.3%의 반사율을 갖도록 조절되고, 이어서 요소 내에 조립될 때, Ru 측이 56.6% 반사율로 떨어지는 반면, AgAu7x 측은 58.3%로 떨어진다.
다른 예 TiO2 40nm/ITO 18nm/Cr 25nm/AgAu7x 9nm는 싱글로서 77.5%의 반사율을 가지며, 요소에 조립될 때 65.5%의 반사율을 갖는 반면, TiO2 40nm/ITO 18nm/AgAu7x 23.4nm는 싱글로서 77.5%의 반사율을 가지며, 요소에 조립될 때 66%의 반사율을 갖는다. 이 경우의 차이점은 이전의 예만큼 극적이지 않지만, 매립된 층들도 싱글에서 요소로 갈 때 반사율 저하에 영향을 줄 수 있음을 보여준다. 이것은, 요소에서 반사율 일치가 요망될 때, 싱글들로서의 코팅들에 대해 반사율 불일치가 필요할 수 있음을 설명하기 위한 것이다.
미러의 2개 영역에서의 양호한 반사율 및 컬러 일치를 달성하기 위한 상기한 방법은 2개 영역에서의 외관이 사실상 전적으로 반사율에 기인하는 것으로 가정한다. 그러나, 관찰자는 반사율뿐만 아니라, 디스플레이 영역에서는 투과광도 인지한다. 관찰 영역, 즉 불투명 영역에서, 관찰자는 반사율만을 인지하는데, 그 이유는 투과율이 비교적 낮기 때문이다. 투과광의 양은 디스플레이 영역에서의 투과율 및 미러의 제4 표면 후방의 또는 그와 접촉하고 있는 성분들의 반사율의 함수이다. 관찰자에 의해 인지되는 광의 양은 디스플레이 영역에 있는 코팅의 투과율이 증가함에 따라 증가한다. 마찬가지로, 미러 후방의 성분의 반사율이 증가함에 따라, 관찰자에 의해 인지되는 광도 증가한다. 이것은 상당량의 광을 추가할 수 있고, 관찰자가 이것을 디스플레이 영역이 관찰 영역보다 더 밝은 것으로 인지한다. 결과적으로, 2개의 영역이 동일한 반사율을 가지더라도, 디스플레이 영역이 더 밝게 보일 수 있다. 이 효과는 낮은 반사율의 성분들을 갖는 요소를 생성함으로써 그리고/또는 관찰 영역에서의 투과율을 비교적 낮은 레벨로 설정함으로써 완화될 수 있다. 디스플레이의 출력 밝기가 비교적 제한되거나 낮은 경우, 투과율을 감소시키는 것은 디스플레이를 상당히 어둡게 할 수 있다.
또 다른 예에서, 8.1%의 반사율을 갖는 40nm TiO2/18nm ITO/EC 유체/140nm ITO/유리로 이루어진 EC 요소에서, 미러 후방에 있는 디스플레이를 시뮬레이션하기 위해 5nm 루테늄층이 제4 표면 상에 증착되면(즉, 5nm Ru/유리/40nm TiO2/18nm ITO/EC 유체/ITO/유리), 반사율이 22.4%로 상승한다. 유리/40nm TiO2/18nm ITO/22nm AgAu7x/EC 유체/ITO/유리로 이루어진 EC 요소는 61.7%의 반사율을 갖는다. 5nm의 루테늄을 갖는 적층은 약 2%의 반사율이 증가한 63.5%의 반사율을 갖는다. 이러한 양의 반사율은 관찰자에 의해 잘 인식될 수 있다. 상기한 바와 같이, 실제의 반사율 증가는 미러 후방의 성분의 반사율 및 EC 요소의 투과율에 의존한다.
2개의 영역에서 인지되는 밝기 차이를 감소시키기 위해서, 투과광 성분을 보상하기 위해 2개의 영역에서 상대 반사율이 조절될 수 있다. 따라서, 미러의 디스플레이 섹션에서 순수 2% 더 밝은 영역을 달성하기 위해, 관찰 영역에서의 반사율을 선택적으로 증가시키거나 디스플레이 영역에서의 반사율을 감소시킨다. 조절량은 시스템의 특정 상황에 의존한다.
예 1a
이 예에서, 2.2mm 유리 기판의 제3 표면은 대략 400Å의 TiO2로, 이어서 대략 180Å의 ITO로, 마지막으로 대략 195Å의 은-금 합금(중량으로 93% 은/7% 금)으로 코팅된다. 이산화티타늄 및 ITO는 양호하게는 실질적으로 유리의 가장자리에 도포되고, 은 합금은 양호하게는 연관된 시일의 적어도 외부 측면의 내부에서 마스킹된다. 적어도 일 실시예에서, 제2 표면은 1/2 파장(HW)의 ITO층을 포함한다. 연관된 요소 반사율 및 투과율 모델이 도 48a 및 도 48b에서 라인(4801a, 4801b)으로 각각 도시되어 있다. 이러한 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 57%이고, 투과율은 대략 36.7%이다.
예 1b
이 예는, 연관된 클립 접촉 영역과 은 합금 간의 전도성을 향상시키기 위해, 시일 아래에 연장하는 제3 표면의 주변부 영역의 적어도 일부분을 따라 크롬/금속 탭을 갖는 것을 제외하고는 예 1a와 유사하게 구성되어 있다. 외관은 동일하게 유지되지만, 다크닝 속도가 향상된다. 이 특징은 제3 표면으로부터 관련 전기적 접촉까지의 전기 전도성을 향상시키기 위해 다수의 이하의 예들에 적용될 수 있다. 도 48a 및 도 48b로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 1a의 요소와 연관된 반사율 및 각각의 투과율이 극적으로 상이하며, 이것은 본 발명의 이점들 중 하나를 나타낸다.
예 1c
예 1c는 예 1a와 유사하게 구성되지만, 디스플레이 영역이 처음에 마스킹되고, 마스크를 제거한 후에(즉, 디스플레이 영역에서 유리 상에 Cr/Ru만이 있음), Cr/Ru로 이루어진 적층이 실질적으로 전 표면 상에 증착된다. Cr/Ru 불투명 적층은 다수의 조합으로 대체될 수 있다. 반사율 및 투과율 결과가 도 48a 및 도 48b에서 라인(4802a, 4802b)으로 각각 나타내어져 있다. 불투명 적층은 양호하게는 디스플레이 영역에 비해 반사율 및 컬러 양자에 대한 낮은 콘트라스트를 갖는다. 이 예에서의 다른 이점은 불투명층에서 일반적으로 사용되는 금속이 관련 전기 접속 클립과 제3 표면 은-금 합금 간을 브리징하기 위해 유리의 가장자리까지 연장할 수 있다는 것이다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 관찰 영역에서 대략 56.9%이고, 디스플레이 영역에서는 약 57%이며, 투과율은 관찰 영역에서 10% 미만, 양호하게는 5% 미만, 보다 양호하게는 1% 미만, 가장 양호한 설계 목표로는 0.1% 미만이고(이것은 모든 비교되는 설계에 적용됨), 디스플레이 영역에서의 투과율은 대략 36.7%이다. 광 센서가 디스플레이 또는 기타 광원에 부가하여 또는 그 대신에 "디스플레이 영역" 후방에 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예 2a
이 예에서, 미러 요소의 제3 표면은 대략 2000Å의 ITO로, 이어서 대략 50% 투과율의 크롬으로, 마지막으로 대략 170Å의 은-금 합금으로 코팅된다. 양호하게는, ITO 및 크롬은 실질적으로 유리의 가장자리까지 코팅되고, 은 합금은 시일의 적어도 외부 측면의 내부에서 마스킹된다. Cr 두께는 양호하게는 ITO 플러스 Cr층이 후방 플레이트만을 통하여 50% 정도의 투과율을 나타내도록 조절된다. 적어도 일 실시예에서, 제2 표면은 양호하게는 HWITO층을 포함한다. 요소의 반사율 및 투과율이 도 49a 내지 도 49d에서 라인(4901a, 4901b)으로 각각 나타내어져 있다. Cr층은 반투과 요소의 최종 투과율을 조절하기 위해 (더 두껍게 또는 더 얇게) 조절될 수 있다. Cr층이 두꺼워짐에 따라, 투과율이 떨어지고, Cr층이 얇아질 때, 투과율은 증가한다. Cr층의 추가 이점은, 적층이 베이스 ITO층에서 통상의 진공 스퍼터 증착 공정 변동에 대해 비교적 컬러 안정적이라는 것이다. 크롬층의 물리적 두께는 양호하게는 대략 5Å 내지 150Å이고, 보다 양호하게는 20 내지 70Å이며, 가장 양호하게는 30 내지 60Å이다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 57%이고, 투과율은 대략 21.4%이다.
예 2b
예 2b는, 후방 플레이트만을 측정할 때(즉, 미러 요소에 포함되기 전에) 50%의 투과율을 획득하기 위해 크롬/루테늄 결합 적층이 코팅되어 있는 것을 제외하고는 예 2a와 유사하다. Ru층의 추가는 에폭시 시일의 경화 중에 향상된 안정성을 제공한다. Ru와 크롬의 두께 비가 조절될 수 있고, 소정의 설계 허용 범위가 존재한다. 크롬은 주로 ITO에 대한 Ru 접착력을 향상시키기 위해 포함된다. Ru는 Ag 또는 Ag 합금에 대해 양호한 접합을 갖는다. 기타 금속 또는 금속들은 적절한 물질 및 물리적 특성이 유지되는 한 Cr과 Ru층 사이에 배치될 수 있다. 반사율 및 투과율 특성이 도 49c에서 라인(4901c, 4902c)으로 각각 나타내어져 있다.
예 2c
예 2c는, 디스플레이 영역이 처음에 마스킹되고, 마스크가 제거된 후에 Cr/Ru층(또는 다른 불투명층)이 제3 표면의 거의 전체에 증착되는 것을 제외하고는 예 2a 및 예 2b와 유사하다. 투과율 및 반사율 결과는 도 49a 및 도 49b에 라인(4902a, 4902b)로 각각 나타내어져 있다. 관련 이점은 예 1c의 이점과 유사하다.
예 3a
이 예에서, EC 요소의 제3 표면은 대략 400Å의 TiO2로, 이어서 대략 180Å의 ITO로, 이어서 대략 195Å의 은으로, 마지막으로 대략 125Å의 IZO-TCO로 코팅된다.
이 예는 예 1a와 유사하고, TiO2 및 ITO는 실질적으로 유리의 가장자리까지 코팅되어 있고, 은은 시일의 적어도 외부 측면의 내부에서 마스킹되고, 이어서 인듐-아연-산화물(IZO) 또는 기타 TCO의 층이 은 상부에 EC 유체에 대한 보호 장벽으로서 도포된다. 대안으로서 IZO/TCO층은 실질적으로 유리의 가장자리까지 연장할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 제2 표면은 양호하게는 HWITO층을 포함한다. 요소 반사율 및 투과율은 도 50a 및 도 50b에서 라인(5001a, 5001b)로 각각 나타내어 져 있다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 57%이고, 투과율은 36%이다.
예 3b
예 3b는, 디스플레이 영역이 마스킹되고, Cr/Ru로 이루어진 적층이 제3 표면의 마스킹되지 않은 영역의 거의 전부에 증착되는 것을 제외하고는 예 3a와 유사하게 구성되어 있다. Cr/Ru 불투명 적층은 다수의 물질 조합으로 대체될 수 있다. 반사율 및 투과율 결과는 도 50a 및 도 50b에서 라인(5002a, 5002b)으로 각각 나타내어져 있다. 이 예에서의 이점은, 불투명층에 일반적으로 사용되는 금속이 실질적으로 유리의 가장자리까지 연장할 수 있고, 관련 전기적 접촉 클립과 은 합금 간의 브리지를 제공할 수 있다는 점이다. 관련 반사율 및 투과율 측정 데이터가 도 50c에서 라인(5001c, 5002c)으로 각각 나타내어져 있다.
예 4a
이 예에서, EC 요소의 제3 표면은 대략 2100Å의 ITO로, 이어서 대략 225Å의 실리콘으로, 마지막으로 대략 70Å의 Ru 또는 Rh로 코팅된다.
모든 층들은 실질적으로 유리의 가장자리까지 코팅될 수 있다. 대안으로서, 유리는 시트들로 가공된 후에 미러 요소에 포함시키기 위해 싱글들로 절단될 수 있다. Ru 또는 Rh층은 여러 고반사율 금속 또는 합금 중 하나로 대체될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 제2 표면은 양호하게는 HWITO로 코팅된다. 이 예는 상이한 파장들에서 투과율 증가의 이점을 나타낸다. 베이스 ITO층은 서로 다른 두께를 갖는 층들로 대체될 수 있다. 일부 실시예에서는, ITO가 1/4 파장의 홀수 배인 것이 바람직하다. 이들 예에서, 반사율은 ITO에 의해 약간 향상된다. 이 효과는 ITO가 두꺼워짐에 따라 약간 감소된다. 두꺼운 ITO의 이점은 일반적으로 시트 저항이 낮은 것이며, 결과적으로 요소 다크닝 시간이 더 빨라지게 된다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 57%이고, 투과율은 대략 11.4%이다. 모델링된 반사율 및 투과율은 도 51a 및 도 51b에 각각 나타내어져 있다. 측정된 반사율 및 투과율은 도 51c에서 라인(5101c, 5102c)으로 각각 나타내어져 있다.
예 5
이 예에서, EC 요소의 제3 표면은 대략 2100Å의 ITO로, 이어서 대략 50Å의 크롬, 이어서 대략 75Å의 Ru, 마지막으로 선택적으로 대략 77Å의 Rh로 코팅된다.
모든 층들이 실질적으로 유리의 가장자리까지 코팅될 수 있거나, 유리가 시트들로서 가공된 후에 미러 요소에 삽입하기 위해 싱글들로 절단될 수 있다. Ru층은 여러 고반사율 금속 또는 합금 중 하나로 대체될 수 있거나, 로듐 등의 부가의 층(들)이 추가될 수 있다. 더 높은 또는 더 낮은 반사율/투과율 균형을 달성하기 위해 금속층이 조절될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 제2 표면은 양호하게는 HWITO층으로 코팅된다. 두꺼운 ITO의 한가지 이점은 시트 저항의 저하이며, 결과적으로 요소 다크닝 시간이 더 빨라진다. ITO가 두꺼울수록 제3 표면 적층 거칠기를 증가시킬 수 있고, 결과적으로 반사율이 낮아질 수 있다. 이 효과는, 도 52a 및 도 52b의 모델 투과율 및 반사율을 각각 실험으로부터 얻은 투과율 및 반사율(각각 도 52c의 라인(5201c1, 5201c2))과 비교할 때 관찰된다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 57%이고, 투과율은 대략 7.4%이다.
예 6a: 제3 표면 상의 불투명층
이 예에서는, 불투명층이 제3 표면 코팅 적층에 포함되어 있다. 대략 600Å의 크롬에 이은 대략 600Å의 ITO의 베이스층 적층이 유리 기판 상에 증착되는데, 디스플레이 영역이 베이스층 적층의 증착 공정 동안에 마스킹되거나, 베이스층 적층이 그 후에 디스플레이 영역에서 레이저로 제거된다. 이어서, 대략 700Å의 ITO의 층들(대략 180Å의 은-합금 Ag-X, 여기서 X는 Ag의 합금에 대한 옵션을 나타냄)이 도포된다. 이 접근법에서는 관찰 영역이 실질적으로 불투명하고 디스플레이 영역이 반투과성이다.
합금은 혹독한 환경에서 요소의 수명을 향상시키기 위해 시일로부터 비교적 멀리 떨어져 마스킹될 수 있다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 52%이고 투과율은 대략 41%이다.
예 6b
예 6b는 예 6a와 비슷하다. 이 예에서, 제3 표면은 디스플레이 영역과 달리 처음에 대략 600Å의 크롬, 이어서 대략 100Å의 ITO, 이어서 대략 500Å의 TiO2, 마지막으로 대략 50Å의 크롬의 베이스 층 적층으로 코팅된다. 이어서, 실질적으로 제3 표면의 전체가 대략 150Å의 TiO2로, 이어서 대략 500Å의 ITO로, 마지막으로 대략 180Å의 은-금 합금으로 코팅된다. 모델 반사율은 대략 550nm에서 대략 54%이고 투과율은 대략 41%이다.
전기 변색 미러는, 높은 투과율(T) 레벨이 요망되는 경우에, 제한된 반사율(R)을 가질 수 있거나, 대안으로서 높은 반사율이 요구되는 경우에는 제한된 투과율을 가질 수 있다. 이것은 흡수(A)가 일정하게 유지된다고 가정할 때 관계식 R+T+A=1로 설명될 수 있다. 소정 디스플레이 또는 광 센서 미러 응용에서, 미러 요소를 통해 관련 디스플레이를 적절히 보거나 적절한 광을 투과시키기 위해 높은 레벨의 투과광 또는 (휘도)를 갖는 것이 바람직할 수 있다. 종종, 이것은 미러가 바람직한 것보다 낮은 반사율을 갖게 한다.
상기한 제한들을 처리하는 해결 방안이 본 명세서의 다른 예들에서 기술되어 있으며, 여기서 금속층 또는 금속층들의 두께는 관찰 영역에서의 반사율에 적절하고, 디스플레이 영역에서만 더 얇다. 다른 예들은 서로 다른 영역의 컬러 및 반사율을 일치시키기 위해 디스플레이 영역에서 다른 금속층 또는 코팅 적층을 이용한다. 종종 반사율 또는 컬러의 급격한 변화는 관찰자에게 불쾌하다. 예를 들어, 도 55 및 도 56a를 참조하면, 2개의 영역 간의 경계(C)는 급격하다. 영역(A)은 영역(B)보다 높은 투과율을 갖는다. 영역(C)은 2개의 영역을 구분한다. 도 63에서, 높은 반사율 영역과 낮은 반사율 영역 간의 천이의 시작에 있는 경계도 급격하다. 단위 거리당 반사율 변화의 기울기는 영역들 간을 천이할 때 무한대에 가까워진다.
적어도 일 실시예에서, 금속층 두께의 천이는 점진적이다. 천이 영역에서 반사율 및/또는 투과율의 점진적 변화는 사람의 눈이 검출하기 더 어렵다. 2개의 영역은 여전히 서로 다른 반사율 및 투과율 값을 갖지만, 이 2개의 영역 간의 경계는 경사져 있다. 이 경사는 급격한 불연속을 없애주고, 불연속을 점진적인 천이로 바꾼다. 사람의 눈은 계면이 경사져 있을 때 그 계면에 그만큼 끌리지 않는다. 경사는 도 56b 내지 도 56d에 도시된 직선, 곡선 또는 다른 형태의 천이일 수 있다. 경사가 발생하는 거리는 변할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 이 거리는 2개의 영역 간의 반사율 차이의 함수이다. 2개의 영역 간의 반사율 차이가 비교적 작은 경우, 경사의 거리는 비교적 짧을 수 있다. 반사율 차이가 큰 경우, 천이의 가시성을 최소화시키기 위해 더 긴 경사가 요망될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 경사의 길이는 응용 및 의도된 용도, 관찰자, 조명 등의 함수이다.
도 56e에 도시된 적어도 일 실시예에서, 투과율은 하나 이상의 부분에서 거의 0으로 감소될 수 있다. 본 명세서에 기술된 다른 예들에서, 반사율은 동일하거나 서로 다를 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 "은폐" 실시예는 반사율을 비교적 일정하게 유지하면서 미러 요소의 다양한 부분에서 원하는 바에 따라 투과율이 조정될 수 있게 하는 데 이용될 수 있다.
본 발명은 일정한 투과율 또는 반사율의 영역을 2개 이상 갖는 것으로 제한되지 않는다. 일 실시예가 도 56f에 도시되어 있다. 영역(B)은 0일 수 있는 비교적 낮은 투과율을 갖는다. 이것은, 설계 목표 중 하나가 영역(B)이 반투과 코팅된 기판 후방에 배치된 물체로부터 들어오는 광을 차단하게 하는 것인 경우에 요망될 수 있다. 코팅 적층은 경사(C)를 통해 영역(B)로부터의 점진적인 천이를 가질 수 있다. 영역(A)은 그 자체 내에 다른 경사를 가질 수 있다. 이것에 대한 가능한 이점들이 이하에서 기술된다.
소정 응용에서, 충분한 길이가 이중 안정기(dual plateau) 상황을 달성하는 데 이용가능하지 않을 수 있다. 이들 예에서, 도 57a에 나타낸 바와 같이, 반투과 특성이 요망되는 영역에 걸쳐 연속적인 경사를 사용하는 것이 유리하다. 반사율의 변화는 점진적이고, 높은 투과율의 이익이 획득되며, 영역들 간에 급격한 계면이 존재하지 않는다.
2개의 영역 간의 경사는 다양한 형태를 가질 수 있다. 가장 넓은 의미에서, 요소는 상이하고 균일한 투과율 및 반사율의 영역들을 포함할 수 있다. 도 57a 내지 도 57c에 도시된 예들에서는, 일정한 반사율 및 투과율의 영역이 존재하지 않는다. 이들 예는 광학적 특성의 점진적이고 연속적인 변화를 갖는다. 이러한 접근법의 이점이 도 58에 나타내어져 있다.
관찰자가 미러 요소 또는 코팅된 유리 기판을 통해 디스플레이를 볼 때, 디스플레이의 먼 부분에 비해 디스플레이의 더 가까운 부분과 관련하여 연속적인 경로 길이 및 각도가 존재한다. 미러 요소 디스플레이의 배향, 요소의 크기, 관찰자로부터의 거리 등에 따라, 입사에 대한 유효 입사각이 변한다. 결과적으로, 디스플레이 영역의 다양한 부분에서 유리를 통한 투과율의 양이 서로 다르게 된다. 또한, 투과율 양의 차이는 디스플레이의 밝기의 변화로 이어진다. 디스플레이의 모든 영역으로부터의 일정한 광 출력이 바람직한 경우, 반투과 코팅은 유리를 통한 시야각 및 경로차로부터 발생하는 투과율의 손실을 고려하기 위해 변화될 수 있다. 유효 시야각이 약 45도에서 60도로 변하는 경우, 유리를 통한 투과율은 약 6% 변한다. 따라서, 디스플레이의 영역에 경사진 반투과 코팅을 갖는 것은 이 효과를 얼마간 보상할 수 있으며, 따라서 디스플레이에 걸쳐 인지되는 광의 세기가 더욱 같게 된다.
경사진 천이 구역은 후방 카메라 또는 종래의 컴퍼스 온도 디스플레이와 같은 디스플레이에 사용될 수 있다. 본 명세서의 다른 곳에서 기술된 "은폐" 예들 중 일부에서, 반투과 특성 및 불투명 특성의 영역들 사이에 외관을 일치시키는 데 도움을 주기 위해, 불투명층이 2개의 Ag층 사이에 배치되어 있는 소위 "분할 Ag" 적층이 제공된다. 은폐 디스플레이의 다른 실시예에서는, Ag층이 불투명층 상부에 배치된다. 이들 실시예 양자는 영역들 간의 경사진 천이로부터 이득을 볼 수 있다. 불투명층 또는 Ag층 또는 모든 층이 경사질 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 영역들 간의 천이의 급격함을 최소화하기 위해 불투명층이 경사질 수 있다.
층 또는 층들에서의 물질 두께를 변화시켜 천이 영역을 생성하기 위해, 마스킹, 기판 또는 코팅 소스 상에서의 움직임 또는 속도 변동, 마그네트론에서의 자계 변동, 또는 본 명세서에 기술된 이온빔 에칭 또는 다른 적당한 수단과 같은 층 감소 기법을 포함하지만 이에 제한되지 않는 많은 방법이 이용될 수 있다.
도 59는 유리의 후방 플레이트(5914), 대략 440Å의 이산화티타늄의 서브층 및 대략 200Å의 ITO의 서브층을 포함하는 층(5972), 한 영역이 약 140Å의 두께를 갖고, 다른 영역이 약 235Å의 두께를 가지며, 이들 2개의 영역 사이에서 두께가 점진적으로 변하는 이들 두 영역 사이의 제3 영역을 갖는 6Au94Ag의 층(5978), 대략 140 마이크로미터의 두께를 갖는 전기 변색 유체/겔(5925), 대략 1400Å의 ITO 층(5928), 및 2.1mm의 유리 플레이트(5912)를 구비하는 전기 변색 미러 구성의 일례를 나타낸 것이다. 요소의 결과적인 반사율은 미러의 대부분에서의 약 63%부터 디스플레이 전방의 영역에서의 약 44%까지의 범위에 있다.
예 7
전술한 불투명 반투과 적층의 경사 버전이 제조될 수 있다. 이 예에서, 양호한 제3 표면 적층은 TiO2(440Å)/ITO(180Å)/Mo(350Å)/AgAu7x(150Å)로 구성된다. 이것은 주 관찰 영역에서의 69%의 요소 반사율 및 1%의 투과율(불투명)로 이어진다. 디스플레이 영역에서 TiO2(440Å)/ITO(180Å)/Mo(350Å)/AgAu7x(150Å)를 제공하기 위해 몰리브덴 층이 디스플레이 영역의 가장자리들 근처에서 0의 두께로 경사질 수 있다. 이것은 디스플레이 영역에서 53%의 요소 반사율 및 37%의 투과율을 제공한다. 반사율의 감소는 천이 경사에 걸쳐 확산되어, 인식을 어렵게 한다. 도 59a는 유리의 상부층(5952a) 및 유리의 하부층(5981a)을 갖는 예를 도시한다. LCD 디스플레이 또는 다른 디스플레이는 유리의 하부층(5981a) 또는 표면(4)의 바닥에 부착되거나 그 뒤에 배치된다. 표면(2)은 ITO(5984a)로 코팅된다. 표면(3)은 TiO2(5983a) 위에 ITO의 2층 적층을 갖는다. EC 셀의 2개의 절반은 EC 유체(5985a)에 분리되며, 하부 은 합금층(5986a)은 베이스층들(5983a) 위에 증착된다. Mo 불투명층(5986a)은 베이스층들(5983b) 위에 증착된다. Mo 층(5986a)은 디스플레이 영역의 가장자리에서 0의 두께까지 경사져서, 디스플레이 영역에 어떠한 Mo도 남지 않는다. 은 합금의 균일한 층(5987b)이 Mo 층(5986a) 위에 증착된다. 다른 실시예들에서는, 반사율/투과율 비율을 더 변경하기 위해 은 합금 층도 경사질 수 있다.
예 8
소위 "분할 Ag" 적층의 경사 버전이 제조될 수 있다. 이 예에서, 양호한 제3 표면 적층은 TiO2(440Å)/ITO(180Å)/AgAu7x(84A)/Mo(350Å)/AgAu7x(150Å)로 구성된다. 이 적층은 68%의 요소 반사율 및 1%의 투과율(불투명)을 제공한다. 디스플레이 영역에서 Mo 층을 제거할 수 있으며, 따라서 디스플레이 영역 상의 결과적인 적층은 TiO2(440Å)/ITO(180Å)/AgAu7x(84A)/AgAu7x(150Å)이다. 이것은 디스플레이 영역에서 68%의 요소 반사율 및 21%의 투과율을 제공한다. 디스플레이 영역에서의 투과율은, 은 합금층들을 경사지게 하여, 디스플레이 영역의 결과적인 적층이 TiO2(440Å)/ITO(180Å)/AgAu7x(136Å)가 되게 함으로써 더 개선될 수 있다. 이것은 디스플레이 영역에서 50%의 요소 반사율 및 40%의 투과율을 제공한다. 이러한 설계의 이점은, 요소가 디스플레이를 포함하지 않는 영역들에서는 본질적으로 불투명하고, 포함하는 영역들에서는 매우 투명하다는 것이다. 은 합금 두께의 점진적 변화는 투과율을 그러한 높은 레벨로 증가시키는 데 필요한 반사율의 변화를 숨긴다. 유리의 상부층(5992b) 및 유리의 하부층(5991b)을 갖는 이러한 설계의 일반적인 구조가 도 59b에 도시되어 있다. LCD 디스플레이 또는 다른 디스플레이는 5991b 또는 표면(4)의 바닥에 부착되거나 그 뒤에 배치된다. 표면(2)은 ITO(5994b)로 코팅된다. 표면(3)은 TiO2(5993b) 위에 ITO의 2층 적층을 갖는다. EC 셀의 2개의 절반은 EC 유체(5995b)에 분리되며, 하부 은 합금층(5996b)은 베이스층들(5993b) 위에 증착된다. Mo 불투명층(5997b)은 하부 은 합금층(5996b) 위에 증착된다. Mo 층(5997b)은 디스플레이 영역의 가장자리 근처에서 중지되어, 디스플레이 영역에는 어떠한 Mo도 남지 않는다. 상부 은 합금층(5998b)은 Mo 층(5997b) 및 디스플레이 영역 위에 증착된다. 상부, 하부 또는 모든 은 합금층들은 디스플레이에서 경사짐으로써 디스플레이 영역에서 반사율/투과율의 비율을 점진적으로 변경하여 은폐 디스플레이를 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 은 합금 층들은 그 밖의 다른 곳에서 경사져서, 다른 구역들에서의 반사율을 변경할 수 있다.
이러한 양 예들에서는, Cr 또는 Mo 외의 많은 불투명 물질이 사용될 수 있다. 다른 금속, 합금, 중간 금속, 비금속 등도 사용될 수 있다. 은 및 그의 합금들은 이러한 종류의 광학 적층의 반사층으로 특히 유용하지만, 다층 유전체 적층을 포함하는 다른 물질들도 사용될 수 있다. 양 예에서, 물질들 및 층 두께들의 적절한 선택에 의해 불투명 및 반투명 영역들 양자에서 상대적인 반사율 및 투과율이 변할 수 있다.
제4 표면 코팅의 반사율은 유전체 층들의 사용을 통해 변경될 수 있다. 예컨대, 요소의 제4 표면과 반사 금속층 사이의 Si02의 1/4 파장 층이 금속층의 반사율을 향상시키는 데 사용될 것이다. 더 높은 굴절률의 물질은 반사율을 더 증가시킬 것이다. 이것은 증착된 반사체층은 물론, 적층된 반사체층을 포함하는 시스템에 적용될 수 있다.
상기한 것과 유사한 전기 변색 장치가 제조되었으며, 여기서 층(5978)의 두께는 마스킹 기법과 증착 소스의 자기(magnetic) 조작의 조합을 사용하여 도 57c에 기술되고 도시된 것과 유사한 방식으로 변화되었다. 최상의 방법은 완성된 요소에서 요구되는 정확한 특징 및 어떤 처리 방법이 이용가능한지에 의존한다. 도 60 및 도 61은 대응하는 반사율 데이터를 미러 상의 위치의 함수로서 나타낸 것이다. 디스플레이는 이 예에서 낮은 반사율, 높은 투과율의 영역 후방에 배치된다.
경사진 천이의 다른 응용은 에폭시 시일을 감추는 제2 표면 반사체를 갖는 전기 변색 요소에서이며, 제3 또는 제4 표면 상에 배치된 "링"과 반사체 간의 반사율 및 컬러 일치가 달성될 수 있다. 최상의 일치는 링의 반사 세기가 반사체 반사 세기와 일치할 때이다. 적어도 일 실시예에서는, 링을 변경하지 않으면서 반사체의 반사율이 더 증가된다. 이것은 내구성, 제조 또는 기타 고려사항으로 인해 일어날 수 있다. 반사체와 링 간의 일치를 유지하는 수단은 반사체의 반사율이 상기한 바와 같이 경사져 있을 때 획득될 수 있다. 반사율의 점진적인 변화가 일어날 때, 반사체의 반사율이 링 근방에서의 링의 반사율에 일치하도록 조정될 수 있고, 이어서 링으로부터 멀어져 감에 따라 점진적으로 증가한다. 이와 같이, 도 62에서 알 수 있는 것처럼, 관찰 영역의 중앙에서의 반사율이 비교적 높다.
유사한 방식으로, ITO는 요소의 중앙에서 비교적 높은 반사율을 가능하게 하면서 수용 가능한 컬러를 위해 필요한 두께 범위를 유지하기 위해 링 영역에서 관찰 영역의 중앙으로 점진적으로 변경될 수 있다. 이와 같이, 미러는 ITO 코팅이 요소에 걸쳐 비교적 얇은 경우와 비교하여 비교적 빨리 다크닝된다.
동일한 개념이 금속 반사체 전극으로 확장될 수 있다. 이 경우에, 코팅의 시트 저항이 위치에 따라 점진적으로 변화하도록 경사가 이용될 수 있다. 이 방법은 다양한 버스 구조를 보완하며, 결과적으로 더 빠르고 더 균일한 다크닝이 얻어진다. 도 63은 본 발명의 종래 기술에 따른 미러 요소의 일 실시예를 나타낸 것이다.
본 명세서에 제공된 상세한 설명은 이 분야의 통상의 기술자가 본 발명의 다양한 실시예들 중 최상의 모드를 제조 및 사용할 수 있게 하기 위한 것임을 이해해야 한다. 이들 설명은 어떠한 식으로도 첨부된 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 청구항들은 물론, 각각의 개별 청구항 제한은 모든 균등물을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (20)
- 광학 요소로서,
제1 및 제2 표면을 포함하는 제1 기판
을 포함하고,
상기 제1 기판은 상기 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 제1 물질 층을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 층은 외측 표면(outer face)을 포함하고, 이 외측 표면은 상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입 및 상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하는 원자 타입을 포함하도록 변경되었고, 또한 상기 적어도 하나의 제1 층의 외측 표면에 인접하는 제2 층의 접착성(adhesion), 안정성(stability), 핵형성(nucleation) 및 도전성(conductivity) 중 적어도 선택된 하나를 향상시키는
광학 요소. - 제1항에 있어서,
상기 광학 요소는 전기 광학 요소(electro-optic element)를 포함하는 광학 요소. - 제2항에 있어서,
제3 및 제4 표면을 포함하는 제2 기판 - 상기 제1 및 제2 기판은 협동하여(cooperate) 그들 사이에 캐비티(cavity)를 형성함 -; 및
상기 캐비티 내에 위치하는 전기 변색 매질(electrochromic medium)
을 더 포함하는 광학 요소. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층의 외측 표면은 칼코게나이드(chalcogenide) 그룹의 원소들 중 한 멤버를 이용하여 변경되는 광학 요소. - 제4항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층의 외측 표면은 황(sulfur) 및 셀레늄(selenium) 중 적어도 하나를 이용하여 변경되는 광학 요소. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분은 상기 외측 표면의 1개 내지 10개의 원자층 사이의 깊이에 위치하는 광학 요소. - 제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분은 상기 외측 표면의 1개 내지 5개의 원자층 사이의 깊이에 위치하는 광학 요소. - 제7항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분은 상기 외측 표면의 1개 내지 2개의 원자층 사이의 깊이에 위치하는 광학 요소. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층은 비금속, 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 광학 요소. - 제9항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 층은 ITO, IZO, 아연 산화물(zinc oxide), AZO, TiO2, W, Mo, Fe, Tu, Ox, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb 및 Bi 중 적어도 선택된 하나를 포함하는 광학 요소. - 광학 요소를 제조하기 위한 방법으로서,
제1 및 제2 표면을 포함하는 제1 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 기판은 상기 제1 및 제2 표면들 중 적어도 하나 상에 적어도 하나의 제1 물질 층을 포함함 -; 및
외측 표면이 상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입 및 상기 적어도 하나의 제1 층의 벌크 내에 존재하는 원자 타입을 포함하고, 상기 적어도 하나의 제1 층의 표면에 인접하는 제2 층의 접착성, 안정성, 핵형성 및 도전성 중 적어도 선택된 하나를 향상시키도록 상기 적어도 하나의 층의 외측 표면을 변경하는 단계
를 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 변경 단계는 이온 주입(ion implantation), 플라즈마 처리, 화학적 처리 및 물리 기상 증착(physical vapor deposition) 중 적어도 하나를 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제11항에 있어서,
제3 및 제4 표면을 포함하는 제2 기판을 제공하는 단계 - 상기 제1 및 제2 기판은 협동하여 그들 사이에 캐비티를 형성함 -; 및
상기 캐비티 내에 위치하는 전기 변색 매질을 제공하는 단계
를 더 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 변경 단계는 칼코게나이드 그룹의 원소들 중 한 멤버를 이용하여 상기 적어도 하나의 층의 외측 표면을 변경하는 단계를 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 변경 단계는 황 및 셀레늄 중 적어도 하나를 이용하여 상기 적어도 하나의 제1 층의 외측 표면을 변경하는 단계를 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 변경 단계는 상기 적어도 하나의 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분이 상기 외측 표면의 1개 내지 10개 원자층 사이의 깊이에 위치하게 되는 결과를 낳는 광학 요소 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 변경 단계는 상기 적어도 하나의 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분이 상기 외측 표면의 1개 내지 5개 원자층 사이의 깊이에 위치하게 되는 결과를 낳는 광학 요소 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 변경 단계는 상기 적어도 하나의 층의 벌크 내에 존재하지 않는 원자 타입의 대부분이 상기 외측 표면의 1개 내지 2개 원자층 사이의 깊이에 위치하게 되는 결과를 낳는 광학 요소 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 제1 기판을 제공하는 단계는 비금속, 금속 및 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것으로서 상기 적어도 하나의 제1 층을 제공하는 단계를 포함하는 광학 요소 제조 방법. - 제19항에 있어서,
상기 제1 기판을 제공하는 단계는 ITO, IZO, 아연 산화물, AZO, TiO2, W, Mo, Fe, Tu, Ox, Co, Rh, Ir, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, As, Sb 및 Bi 중 적어도 선택된 하나를 포함하는 것으로서 상기 적어도 하나의 제1 층을 제공하는 단계를 포함하는 광학 요소 제조 방법.
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