低缺陷率电致变色装置的制造
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年3月31日，申请号为201080015115. 8,发明名称为"低 缺陷率电致变色装置的制造"的申请的分案申请。
[0002] 相关申请案的夺叉引用
[0003] 本申请案主张2009年3月31日申请的美国临时申请案第61/165, 484号和2009 年12月22日申请的美国专利申请案第12/645, 111号的优先权，所述申请案以全文引用的 方式并入本文中并用于达成所有目的。
技术领域
[0004] 本发明大体上涉及电致变色装置以及用于电致变色装置的制造方法和系统。
【背景技术】
[0005] 电致变色是当材料通常通过经受电压变化，以不同电子态放置时光学性质发生电 化学介导的可逆变化的现象。光学性质通常是颜色、透射率、吸光度和反射率中的一者或一 者以上。举例来说，一种众所周知的电致变色材料是氧化钨（WO 3)。氧化钨是一种阴极电致 变色材料，其中通过电化学还原，颜色从透明转变成蓝色。
[0006] 电致变色材料可以并入例如窗和镜子中。可通过诱发电致变色材料的变化，来改 变这些窗和镜子的颜色、透射率、吸光度和/或反射率。举例来说，一种众所周知的电致变 色材料应用为一些汽车中的后视镜。在这些电致变色后视镜中，镜子的反射率在夜晚会发 生变化，以便其它车辆的前灯不会扰乱司机。
[0007] 虽然在1960年代就已发现电致变色，但遗憾的是，电致变色装置仍然存在着各种 问题并且尚未开始实现其全部商业潜能。
【发明内容】
[0008] 本发明者已经注意到先前的电致变色装置常常存在高缺陷度。这些缺陷可表现为 损害电致变色转变的针孔或斑点。此对例如电致变色建筑玻璃等许多应用来说是无法接受 的。在例如建筑玻璃窗等电致变色窗的情况下，当窗子通过电致变色而变暗时，这些缺陷可 呈现为亮斑或"星座"。居于安装这些缺陷窗的房间的人将发现其会定期地因窗子上的亮斑 而发狂。
[0009] 本发明者已经发现，缺陷率低的改良电致变色装置可通过在单一整合沉积系统中 沉积电致变色装置的某些分层组分来制造。当所述层在例如玻璃窗等衬底上沉积和/或处 理，衬底从未离开受控周围环境，例如具有极低粒子含量的低压受控氛围。在一些实施例 中，相关层使用物理气相沉积来沉积。高度可靠的电致变色装置可以采用全固体无机组分。
[0010] 在一个实施例中，电致变色窗通过依序在衬底上沉积（i)电致变色层、（ii)离子 传导层和（iii)反电极层来制造。这些层形成离子传导层将电致变色层与反电极层分开的 堆叠。依序沉积的各层都使用具有受控周围环境的单一整合沉积系统来气相沉积，在此受 控周围环境中压力和气体组成受到控制，与整合沉积系统外的外部环境无关联。在电致变 色层、离子传导层和反电极层依序沉积期间的任何时间，衬底都不离开整合沉积系统。
[0011] 在用于制造电致变色窗的整合沉积系统的一个实施例中，系统包括多个沉积台， 所述沉积台串联排列并且互相连接，且可操作以使衬底从一个台传递到下一个台，而不会 将衬底暴露于外部环境。所述多个沉积台包括（i)含有用于沉积电致变色层的材料源的第 一沉积台；（ii)含有用于沉积离子传导层的材料源的第二沉积台；和（iii)含有用于沉积 反电极层的材料源的第三沉积台。所述系统进一步包括含有程序指令的控制器，其用于使 衬底以依序在衬底上沉积（i)电致变色层、（ii)离子传导层和（iii)反电极层的方式通过 多个台，从而形成离子传导层将电致变色层与反电极层分开的堆叠。
[0012] 本发明的这些和其它特征和优点将参考相关图式进一步详细地描述于下文中。
【附图说明】
[0013] 结合图式考虑，可更充分地了解以下【具体实施方式】。
[0014] 图1为根据本发明实施例的电致变色装置的横截面示意图。
[0015] 图2为根据本发明具体实施例的漂白态的电致变色装置的横截面示意图。
[0016] 图3为根据本发明具体实施例的着色态的电致变色装置的横截面示意图。
[0017] 图4为离子传导层中具有粒子，引起装置中局部缺陷的电致变色装置的横截面示 意图。
[0018] 图5A为在沉积电致变色堆叠的其余层前在传导层上具有粒子的电致变色装置的 横截面示意图。
[0019] 图5B为图5A的电致变色装置的横截面示意图，其中在电致变色堆叠形成期间形 成"爆脱（pop off)"缺陷。
[0020] 图5C为图5B的电致变色装置的横截面示意图，其显示在沉积第二传导材料时，由 爆脱缺陷形成的电路短路。
[0021] 图6A描绘根据关于图7A所提供的多步工艺描述的电致变色窗装置的横截面图。
[0022] 图6B描绘电致变色装置的俯视图，其显示切入装置的沟槽的位置。
[0023] 图7A描绘描述制造电致变色窗的方法的工艺流程。
[0024] 图7B到图7D描绘作为本发明电致变色装置的一部分的电致变色堆叠的制造方 法。
[0025] 图7E描绘用以制造本发明电致变色装置的调整工艺的工艺流程。
[0026] 图8A描绘本发明的整合沉积系统。
[0027] 图8B描绘整合沉积系统的透视图。
[0028] 图8C描绘模块化整合沉积系统。
[0029] 图8D描绘具有两个锂沉积台的整合沉积系统。
[0030] 图8E描绘具有一个锂沉积台的整合沉积系统。
【具体实施方式】
[0031] 电致变色装置
[0032] 根据一些实施例的电致变色装置100的横截面示意图展示于图1中。电致变色 装置包括衬底102、传导层（CL) 104、电致变色层（EC) 106、离子传导层（IC) 108、反电极层 (CE)110和传导层（CL)114。元件104、106、108、110和114统称为电致变色堆叠120。电 压源116可操作以将电位施加于电致变色堆叠120上，实现电致变色装置从例如漂白态转 变成着色态。在其它实施例中，各层相对于衬底的次序颠倒。也就是说，这些层处于以下次 序：衬底、传导层、反电极层、离子传导层、电致变色材料层、传导层。
[0033] 应了解，提及漂白态与着色态之间的转变并无限制性，且仅仅是暗示可以实施的 许多电致变色转变中的一个实例。除非另外说明，否则每当提及漂白-着色转变，相应装置 或工艺都涵盖例如非反射-反射、透明-不透明等其它光学状态转变。此外，术语"漂白"是 指例如未着色、透明或半透明等光学中性状态。另外，除非本文中另外指定，否则电致变色 转变的"颜色"不局限于任何特定波长或波长范围。如所属领域的技术人员所了解，适当电 致变色和反电极材料的选择控制相关光学转变。
[0034] 在某些实施例中，电致变色装置在漂白态与着色态之间可逆地循环。在漂白态中， 电位施加于电致变色堆叠120,使得堆叠中可使电致变色材料106处于着色态的有用离子 主要存在于反电极110中。当电致变色堆叠上的电位颠倒时，离子穿过离子传导层108输 送到电致变色材料106,并引起材料进入着色态。虽然下文在图2和3的描述中包括有关从 漂白态到着色态和着色态到漂白态的转变的更详细描述，但首先关于图1，将更详细地描述 堆叠120的个别层。
[0035] 在某些实施例中，构成电致变色堆叠 120的所有材料都是无机、固体（即固态）材 料，或者无机与固体材料。因为有机材料往往随时间推移而降解，所以无机材料为可靠的电 致变色堆叠提供可长时间发挥作用的优点。固态材料的又一优点是没有约束和泄漏问题， 而液态材料常常存在这些问题。下文详细论述电致变色装置中的每一层。应了解，虽然堆 叠中的任一层或一层以上可含有一定量的有机材料，但在许多实施例中，所述层中的一者 或一者以上几乎不含有机物质。此同样适用于液体，其可少量地存在于一层或一层以上中。 也应了解，固态材料可以通过采用液体组分的工艺沉积（例如采用溶胶-凝胶或化学气相 沉积的某些工艺）或以其它方式形成。
[0036] 再次参看图1，电压源116通常为低电压电源并可经配置以结合辐射和其它环境 传感器操作。电压源116也可经配置以与能源管理系统（例如根据例如一年的时间、一天 的时间和测量的环境条件等因素控制电致变色装置的计算机系统）接口。此类能源管理系 统结合大面积电致变色装置（即电致变色窗）可显著地降低建筑物的能量消耗。
[0037] 任何具有适合的光学、电学、热学和机械性质的材料都可以用作衬底102。这些衬 底包括例如玻璃、塑料和镜面材料。适合的塑料衬底包括例如丙烯酸系物、聚苯乙烯、聚碳 酸酯、烯丙基二乙二醇碳酸酯、SAN(苯乙烯丙烯腈共聚物）、聚（4-甲基-1-戊烯）、聚酯、 聚酰胺等。如果使用塑料衬底，那么其优选使用例如类金刚石保护涂层、二氧化硅/硅酮抗 磨损涂层等（例如塑料玻璃领域中众所周知的涂层）硬涂层作保护屏障和防磨损。适合的 玻璃包括透明或带色彩的钠钙玻璃，包括钠钙浮法玻璃。玻璃可以回