低缺陷率電致變色裝置的制造
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年3月31日，申請?zhí)枮?01080015115. 8,發(fā)明名稱為"低 缺陷率電致變色裝置的制造"的申請的分案申請。
[0002] 相關(guān)申請案的奪叉引用
[0003] 本申請案主張2009年3月31日申請的美國臨時申請案第61/165, 484號和2009 年12月22日申請的美國專利申請案第12/645, 111號的優(yōu)先權(quán)，所述申請案以全文引用的 方式并入本文中并用于達成所有目的。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004] 本發(fā)明大體上涉及電致變色裝置以及用于電致變色裝置的制造方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0005] 電致變色是當材料通常通過經(jīng)受電壓變化，以不同電子態(tài)放置時光學性質(zhì)發(fā)生電 化學介導(dǎo)的可逆變化的現(xiàn)象。光學性質(zhì)通常是顏色、透射率、吸光度和反射率中的一者或一 者以上。舉例來說，一種眾所周知的電致變色材料是氧化鎢（WO 3)。氧化鎢是一種陰極電致 變色材料，其中通過電化學還原，顏色從透明轉(zhuǎn)變成藍色。
[0006] 電致變色材料可以并入例如窗和鏡子中?？赏ㄟ^誘發(fā)電致變色材料的變化，來改 變這些窗和鏡子的顏色、透射率、吸光度和/或反射率。舉例來說，一種眾所周知的電致變 色材料應(yīng)用為一些汽車中的后視鏡。在這些電致變色后視鏡中，鏡子的反射率在夜晚會發(fā) 生變化，以便其它車輛的前燈不會擾亂司機。
[0007] 雖然在1960年代就已發(fā)現(xiàn)電致變色，但遺憾的是，電致變色裝置仍然存在著各種 問題并且尚未開始實現(xiàn)其全部商業(yè)潛能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明者已經(jīng)注意到先前的電致變色裝置常常存在高缺陷度。這些缺陷可表現(xiàn)為 損害電致變色轉(zhuǎn)變的針孔或斑點。此對例如電致變色建筑玻璃等許多應(yīng)用來說是無法接受 的。在例如建筑玻璃窗等電致變色窗的情況下，當窗子通過電致變色而變暗時，這些缺陷可 呈現(xiàn)為亮斑或"星座"。居于安裝這些缺陷窗的房間的人將發(fā)現(xiàn)其會定期地因窗子上的亮斑 而發(fā)狂。
[0009] 本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，缺陷率低的改良電致變色裝置可通過在單一整合沉積系統(tǒng)中 沉積電致變色裝置的某些分層組分來制造。當所述層在例如玻璃窗等襯底上沉積和/或處 理，襯底從未離開受控周圍環(huán)境，例如具有極低粒子含量的低壓受控氛圍。在一些實施例 中，相關(guān)層使用物理氣相沉積來沉積。高度可靠的電致變色裝置可以采用全固體無機組分。
[0010] 在一個實施例中，電致變色窗通過依序在襯底上沉積（i)電致變色層、（ii)離子 傳導(dǎo)層和（iii)反電極層來制造。這些層形成離子傳導(dǎo)層將電致變色層與反電極層分開的 堆疊。依序沉積的各層都使用具有受控周圍環(huán)境的單一整合沉積系統(tǒng)來氣相沉積，在此受 控周圍環(huán)境中壓力和氣體組成受到控制，與整合沉積系統(tǒng)外的外部環(huán)境無關(guān)聯(lián)。在電致變 色層、離子傳導(dǎo)層和反電極層依序沉積期間的任何時間，襯底都不離開整合沉積系統(tǒng)。
[0011] 在用于制造電致變色窗的整合沉積系統(tǒng)的一個實施例中，系統(tǒng)包括多個沉積臺， 所述沉積臺串聯(lián)排列并且互相連接，且可操作以使襯底從一個臺傳遞到下一個臺，而不會 將襯底暴露于外部環(huán)境。所述多個沉積臺包括（i)含有用于沉積電致變色層的材料源的第 一沉積臺；（ii)含有用于沉積離子傳導(dǎo)層的材料源的第二沉積臺；和（iii)含有用于沉積 反電極層的材料源的第三沉積臺。所述系統(tǒng)進一步包括含有程序指令的控制器，其用于使 襯底以依序在襯底上沉積（i)電致變色層、（ii)離子傳導(dǎo)層和（iii)反電極層的方式通過 多個臺，從而形成離子傳導(dǎo)層將電致變色層與反電極層分開的堆疊。
[0012] 本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點將參考相關(guān)圖式進一步詳細地描述于下文中。
【附圖說明】
[0013] 結(jié)合圖式考慮，可更充分地了解以下【具體實施方式】。
[0014] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的電致變色裝置的橫截面示意圖。
[0015] 圖2為根據(jù)本發(fā)明具體實施例的漂白態(tài)的電致變色裝置的橫截面示意圖。
[0016] 圖3為根據(jù)本發(fā)明具體實施例的著色態(tài)的電致變色裝置的橫截面示意圖。
[0017] 圖4為離子傳導(dǎo)層中具有粒子，引起裝置中局部缺陷的電致變色裝置的橫截面示 意圖。
[0018] 圖5A為在沉積電致變色堆疊的其余層前在傳導(dǎo)層上具有粒子的電致變色裝置的 橫截面示意圖。
[0019] 圖5B為圖5A的電致變色裝置的橫截面示意圖，其中在電致變色堆疊形成期間形 成"爆脫（pop off)"缺陷。
[0020] 圖5C為圖5B的電致變色裝置的橫截面示意圖，其顯示在沉積第二傳導(dǎo)材料時，由 爆脫缺陷形成的電路短路。
[0021] 圖6A描繪根據(jù)關(guān)于圖7A所提供的多步工藝描述的電致變色窗裝置的橫截面圖。
[0022] 圖6B描繪電致變色裝置的俯視圖，其顯示切入裝置的溝槽的位置。
[0023] 圖7A描繪描述制造電致變色窗的方法的工藝流程。
[0024] 圖7B到圖7D描繪作為本發(fā)明電致變色裝置的一部分的電致變色堆疊的制造方 法。
[0025] 圖7E描繪用以制造本發(fā)明電致變色裝置的調(diào)整工藝的工藝流程。
[0026] 圖8A描繪本發(fā)明的整合沉積系統(tǒng)。
[0027] 圖8B描繪整合沉積系統(tǒng)的透視圖。
[0028] 圖8C描繪模塊化整合沉積系統(tǒng)。
[0029] 圖8D描繪具有兩個鋰沉積臺的整合沉積系統(tǒng)。
[0030] 圖8E描繪具有一個鋰沉積臺的整合沉積系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0031] 電致變色裝置
[0032] 根據(jù)一些實施例的電致變色裝置100的橫截面示意圖展示于圖1中。電致變色 裝置包括襯底102、傳導(dǎo)層（CL) 104、電致變色層（EC) 106、離子傳導(dǎo)層（IC) 108、反電極層 (CE)110和傳導(dǎo)層（CL)114。元件104、106、108、110和114統(tǒng)稱為電致變色堆疊120。電 壓源116可操作以將電位施加于電致變色堆疊120上，實現(xiàn)電致變色裝置從例如漂白態(tài)轉(zhuǎn) 變成著色態(tài)。在其它實施例中，各層相對于襯底的次序顛倒。也就是說，這些層處于以下次 序：襯底、傳導(dǎo)層、反電極層、離子傳導(dǎo)層、電致變色材料層、傳導(dǎo)層。
[0033] 應(yīng)了解，提及漂白態(tài)與著色態(tài)之間的轉(zhuǎn)變并無限制性，且僅僅是暗示可以實施的 許多電致變色轉(zhuǎn)變中的一個實例。除非另外說明，否則每當提及漂白-著色轉(zhuǎn)變，相應(yīng)裝置 或工藝都涵蓋例如非反射-反射、透明-不透明等其它光學狀態(tài)轉(zhuǎn)變。此外，術(shù)語"漂白"是 指例如未著色、透明或半透明等光學中性狀態(tài)。另外，除非本文中另外指定，否則電致變色 轉(zhuǎn)變的"顏色"不局限于任何特定波長或波長范圍。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，適當電 致變色和反電極材料的選擇控制相關(guān)光學轉(zhuǎn)變。
[0034] 在某些實施例中，電致變色裝置在漂白態(tài)與著色態(tài)之間可逆地循環(huán)。在漂白態(tài)中， 電位施加于電致變色堆疊120,使得堆疊中可使電致變色材料106處于著色態(tài)的有用離子 主要存在于反電極110中。當電致變色堆疊上的電位顛倒時，離子穿過離子傳導(dǎo)層108輸 送到電致變色材料106,并引起材料進入著色態(tài)。雖然下文在圖2和3的描述中包括有關(guān)從 漂白態(tài)到著色態(tài)和著色態(tài)到漂白態(tài)的轉(zhuǎn)變的更詳細描述，但首先關(guān)于圖1，將更詳細地描述 堆疊120的個別層。
[0035] 在某些實施例中，構(gòu)成電致變色堆疊 120的所有材料都是無機、固體（即固態(tài)）材 料，或者無機與固體材料。因為有機材料往往隨時間推移而降解，所以無機材料為可靠的電 致變色堆疊提供可長時間發(fā)揮作用的優(yōu)點。固態(tài)材料的又一優(yōu)點是沒有約束和泄漏問題， 而液態(tài)材料常常存在這些問題。下文詳細論述電致變色裝置中的每一層。應(yīng)了解，雖然堆 疊中的任一層或一層以上可含有一定量的有機材料，但在許多實施例中，所述層中的一者 或一者以上幾乎不含有機物質(zhì)。此同樣適用于液體，其可少量地存在于一層或一層以上中。 也應(yīng)了解，固態(tài)材料可以通過采用液體組分的工藝沉積（例如采用溶膠-凝膠或化學氣相 沉積的某些工藝）或以其它方式形成。
[0036] 再次參看圖1，電壓源116通常為低電壓電源并可經(jīng)配置以結(jié)合輻射和其它環(huán)境 傳感器操作。電壓源116也可經(jīng)配置以與能源管理系統(tǒng)（例如根據(jù)例如一年的時間、一天 的時間和測量的環(huán)境條件等因素控制電致變色裝置的計算機系統(tǒng)）接口。此類能源管理系 統(tǒng)結(jié)合大面積電致變色裝置（即電致變色窗）可顯著地降低建筑物的能量消耗。
[0037] 任何具有適合的光學、電學、熱學和機械性質(zhì)的材料都可以用作襯底102。這些襯 底包括例如玻璃、塑料和鏡面材料。適合的塑料襯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。如果使用塑料襯底，那么其優(yōu)選使用例如類金剛石保護涂層、二氧化硅/硅酮抗 磨損涂層等（例如塑料玻璃領(lǐng)域中眾所周知的涂層）硬涂層作保護屏障和防磨損。適合的 玻璃包括透明或帶色彩的鈉鈣玻璃，包括鈉鈣浮法玻璃。玻璃可以回