(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ガラス基板を設け、
第１ガラス基板上に少なくとも対電極（ＣＥ）層、イオン伝導体（ＩＣ）層、およびエレクトロクロミック（ＥＣ）層からなるＥＣデバイス層を配置し、
ＥＣデバイス層をパターニングすると共にＥＣデバイス層の配置された第１ガラス基板をカットして複数のＥＣデバイス基板を形成し、
複数の第２ガラス基板を設け、
第２ガラス基板がＥＣデバイス基板を保護するように、複数の第２ガラス基板に前記複数のＥＣデバイス基板をそれぞれ積層し、
複数の第３ガラス基板を設け、
第３のガラス基板に対して実質的に平行で、かつ、間隙を有する第１および第２ガラス基板をそれぞれ備えた、複数の絶縁ガラス（ＩＧ）ユニットを形成することからなり、
前記複数の第２ガラス基板は熱的に強化され、前記複数のＥＣデバイス基板は熱的に強化されていない、エレクトロクロミック（ＥＣ）窓の製造方法。
【請求項２】
前記ＥＣデバイス層がスパッタ法により配置された、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記スパッタ法がイオンビーム支援されている、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ＥＣデバイス層がＩＣユニットに取り付けられたとき第２ガラス基板に面する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ＥＣデバイス層がＩＣユニットに取り付けられたとき第３ガラス基板に面する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記エレクトロクロミックデバイス層の反対側に第１および第２透明導電膜（ＴＣＣ）をさらに設ける、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＴＣＣの各々がＩＴＯ層に挟まれる銀層を有し、さらにＮｉＣｒ含有層またはＣｕ層が、前記銀層および前記ＩＴＯ層の間に設けられる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ＴＣＣのシート抵抗が５オーム／スクエアである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ＩＣ層がＬｉＰＯＮを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＥＣ層がＷＯxを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＷＯxが半化学量論的である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
2.6<x<3である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＥ層、前記ＩＣ層、および／または前記ＥＣ層がＭｇでドープされている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
１以上の低放射率被膜をさらに設け、前記低放射率被膜は、第２ガラス基板の内側面上に設けられ、第１ガラス基板の片面または両面上および／または第３ガラス基板の内部表面上に設けられることからなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第２ガラス基板の内側面上に紫外線遮断被膜をさらに設けることからなる、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のＥＣデバイス基板が、それぞれ高分子基層を介して複数の第２ガラス基板に積層される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
第１、第２、および第３ガラス基板を設け、第２ガラス基板を熱的に強化する前にカットし、第１ガラス基板は事前にサイズを整えることも熱的に強化もせず、
第１ガラス基板上に、直接的または間接的に、複数のエレクトロクロミック（ＥＣ）デバイス層をスパッタリング蒸着し、
前記複数のＥＣデバイス層は、第１透明導電膜（ＴＣＣ）、対電極（ＣＥ）層、イオン伝導体（ＩＣ）層、ＥＣ層、および第２ＴＣＣを備え、
スパッタリング蒸着された複数のＥＣ層を有する第１ガラス基板のサイズを整えた後、第１および第２ガラス基板を互いに積層し、
第２および第３ガラス基板を互いに実質的に平行で、かつ、間隙を有して設けることからなり、
前記ＣＥおよび前記ＥＣ層は、前記ＥＣアセンブリの動作中にいずれも変色し得る、エレクトロクロミック（ＥＣ）アセンブリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２００９年８月２７日に出願された、米国出願番号61/237,580の利益を主張する。当該出願の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
発明の分野
この発明のある種の実施具体例は、エレクトロクロミック（ＥＣ）デバイス、エレクトロクロミックデバイスを組み込んだアセンブリ、および／またはそれらの製造方法に関する。より具体的には、この発明のある種の実施具体例は、プロセス統合スキーム、および／または高生産性、低価格の蒸着源、装置、および工場に適合した改良されたＥＣ材料、ＥＣ積層デバイス、大量生産（ＨＶＭ）に関する。
【０００３】
発明の背景および発明の実施具体例の要約
窓は、自然光、新鮮な空気、外部の世界へのアクセス、および接続を提供する。しかしながら、それらは、浪費されるエネルギーの大きい供給源でもある。建築窓の使用が増加する傾向がますます高まるにつれ、エネルギー効率と人間の快適さとの利害の調整を図ることがますます重要になりつつある。さらに、地球温暖化および二酸化炭素排出量に対する関心が、新規のエネルギー効率の良いガラスシステムに弾みを付けつつある。
【０００４】
この点に関して、窓は、冬の太陽の利得と１年を通じた採光の形で建物にエネルギーを「供給」する能力を有するという点では、大抵の建物において特異な要素である。現在の使用において、窓は、全米のエネルギー消費量の約５％、すなわち、建物内で利用される全エネルギーの約１２％を占める。現在の窓技術は、冬に過剰な暖房費を、夏に過剰な冷却をしばしばもたらし、そして日光の恩恵をしばしば獲得し損ない、国内の商業用の備蓄の大半において明かりが薄暗くされ、または消されるようにしている。これらの要因は、５クワッド（Ｑｕａｄｓ）以上のエネルギーの「コスト」：毎年家庭内で２．７クワッドのエネルギー消費、商業部門で約１．５クワッド、そして日光戦略に関し１クワッドの照明エネルギーの節約の可能性をもたらす。静的低放射率（low E）コーティングの使用によって窓のＵ値を主に低減させることにおいて、そして、スペクトル選択的低放射率コーティングの使用によって、太陽熱利得係数、ＳＨＧＣを低減することにより、ここ２０年以上の間にわたって進歩があった。
【０００５】
視界を遮ることなく太陽熱利得、損失、そしてグレアを動的に制御する能力に関して、エレクトロクロミック窓（ＥＣＷ）がエネルギー消費の大幅な減少をもたらすことがある。実際、ＥＣＷは、例えば、窓がかなりの冷房負荷をもたらす気候の冷房負荷を低減する一方で、加熱を低減させる冬において同じ窓に太陽利得を得させ、そして日光を調節して商業ビル内での電灯照明を低減させる一方で、グレアも調整することによって、全ての窓のエネルギーの最終用途に影響を及ぼす可能性を有する。例えば、外部の照明と加熱レベルが変化するにつれて、自動フィードバック制御によって条件に適するように窓の性能を自動調整し得る。
【０００６】
エレクトロクロミック（ＥＣ）窓は公知である。例えば、米曲特許番号7,547,658; 7,545,551; 7,525,714; 7,511,872; 7,450,294; 7,411,716; 7,375,871; および 7,190,506を参照せよ。それぞれの開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００７】
幾つかの現在のＥＣ動的窓は、薄い色のついた（tinted）状態の約３％から透明状態の約７０％に及ぶ透過率をもたらす。上に示されるように、太陽熱利得制御（ＳＨＧＣ）の範囲はかなり大きい。実際、幾つかの現在のＥＣ動的窓は、薄い色のついた状態の約０．０９％から透明状態の約０．４８％に及ぶＳＨＧＣ範囲をもたらす。リチウム無機系ＥＣ技術は、耐久性、（約５Ｖ未満の）低電圧動作、透明度（７０％）、電源が遮断されたときの透明性、そして低エネルギー消費量の利点も提供する。これらの幅広い範囲にかかわらず、現在のリチウム無機系ＥＣＷは、残念なことに限られた色の変化を示し、そして（例えば、その他の切り替え可能なガラスのタイプに比べて）最大の不透明度が改善される可能性がある。現在のリチウム無機系ＥＣＷについてのもう１つの欠点は、それらの遅い切り替え時間に関する。実際、リチウム無機系ＥＣＷの現在の切り替え時間は、一般的に約５〜１０分の範囲に及ぶ。陽子無機系および誘起高分子デバイス機構は、幾分速く（例えば、１５秒から５分まで）切り替わるが、残念なことに、前者の場合、イオン伝導体の劣化、そして後者の場合、高分子の劣化を被る。リチウム無機系ＥＣデバイスと同様に、陽子無機系および誘起高分子型ＥＣデバイスの動作電圧も、切り替え時に、一般的に１〜５ＶＤＣで動作し、一般的に２〜３Ｗ／ｍ2消費し、そして薄い色のついた状態を維持する間、０．５〜１Ｗ／ｍ2消費する。
【０００８】
図１（ａ）は、典型的なエレクトロクロミック窓の概略図であり、図１（ｂ）は、薄い色のついた状態の典型的なエレクトロクロミック窓の概略図である。図１（ａ）に示される活性スタック１００は、４つの構成要素、すなわち、第１および第２透明電流コレクタ１０２および１０４；陰極１０６（およびしばしば着色層）；（イオン伝導だが電気絶縁の）電解質１０８；および（例えば、Ｌｉ，Ｎａ，Ｈ、等）活性イオン源であり、陽極へ行き来する移動時にガラス特性を切り替える、陽極１１０を含む。例えば、イオンが層から出るときに、着色が陽極に発生するならば、陽極１１０が着色層であってもよい。これらの構成要素は、第１および第２ガラス基板１１２および１１４の間に挟まれる。基本的に、エレクトロクロミックデバイスは、陰極１０６を出入りするＬｉの動き（インターカレーションおよびデインターカレーション）で、光吸収率を動的に変化させる。これは結果として、太陽熱の放射線との相互作用を調整し、それによってエネルギーの他、可視性および（人間の快適性のために重要な）グレアの制御のため、ＳＨＧＣを調整する。Ｌｉは、陰極１０６中にあるため、エレクトロクロミック窓は、薄い色のついた（tinted）、または着色された（colored）状態にあり、入射光および熱の一部のみがＥＣＷを通して伝達される。
【０００９】
残念なことに、現在のＥＣＷ膜は（色を含む）外観、切り替え速度、品質の一貫性、および長期の信頼性の要求性能を満たしていない。適切な供給および有用な窓のサイズがさらなる問題点である。
【００１０】
現在の高価なＥＣＷの価格構造が市場の閾値より高い１つの理由は、ＥＣデバイスの製造がガラス産業の製造の流れと適合しないからである。建築基準法の１つの重要な安全要求は、絶縁ガラスユニット（ＩＧＵ）中の最も外側のガラスが強化されていることである。また、被覆ガラス産業の慣行によれば、（一般的に、３．２ｍ幅までの）大きなガラスシートが最初に被覆され、その後適当なサイズに加工され、そして最後に焼戻しされる。理想的な状態では、ＥＣ加工されたガラスは、焼戻しされ、適当なサイズにカットされ得る。しかしながら、焼戻しされたガラスはカットできない。従って、被覆ガラス産業の慣行は、（一般的に、３．２ｍ幅までの）大きなガラスシートは、最初に被覆され、その後、窓加工現場に売られ、そこで適当なサイズに加工され、焼戻しされる。残念なことに、焼戻しされたガラスは、後にカットすることができず、焼戻し温度がＥＣデバイスを破壊するため、ＥＣ加工後、ＥＣガラスを焼戻しすることができない。結果として、現在のＥＣＷ加工技術は、ＥＣ加工用に既にカットされ、焼戻しされたガラスを利用する。このことは、幾つかの理由から問題がある。例えば、入ってくる強化ガラスは、厚さに幅広い変動があり、被覆特性にかなりの変化を引き起こす。また、多層基板のサイズおよび種類の存在は、プロセス制御、生産性、および収率において、再現可能な高収率、大量生産を困難にする課題を引き起こす。
【００１１】
図２は、現在のＥＣＷの製造工程を例示するブロック図である。ＥＣガラス製造工程に相当する２０２において、最も外側のガラスが適当なサイズにカットされて焼戻しされる。２０４において、ＥＣデバイスは、例えば、図１（ａ）に示される層構造を有するように製造される。２０６において、ＥＣ層が蒸着された後、ＥＣデバイスがパターニングされ、例えば、欠陥を低減させ、収率および外観を改善する。２０８において、ＥＣデバイスのために「帯電」（例えば、配線）を提供すべく、母線が追加される。例えば、図１（ａ）および１（ｂ）に示されるように、ＥＣデバイスに対して間隙を介して第２基板が追加される。同時に、２０４，２０６，２０８，および２１０は、絶縁ガラス（ＩＧ）ユニットの製造工程を示す。例えば、図１（ｂ）の左側に示されるように、このＩＧユニットは、最後にＥＣＷに組み込まれる。
【００１２】
もう一つの進歩の妨げは、高生産性、大量生産技術に適合した蒸着源、プラットフォーム、および自動化の開発における限られた資源と製造業者の能力である。
【００１３】
ＥＣ被膜を施す最も実際的な箇所は、最も最外部の板（outermost lite）の内側表面上である。帯電（例えば、配線）のための、この表面上への母線の配置は、現在のＩＧ製作者のみならず、ガラス工（glazer）にも課題となっている。建築家、商業ビルの所有者、および消費者は、長期にわたるＥＣ窓の耐久性についての情報を必要としている。それゆえ、ＩＧユニットのシールの信頼性は、関心事である。ＥＣＩＧユニットは、デバイスに電力を供給する配線が防湿バリアシールを貫通しなければならないという点において従来の窓とは異なる。シールの完全性を失わないようにする配線およびフィードスルーについての基準がない。市場にあるものは、独自のものである。また、窓がその耐用年限以上に経験する太陽と環境のストレスの範囲にさらされるときのＥＣ積層膜の耐久性についての関心もある。
【００１４】
最後に、外観、色彩、切り替え速度、堅さ、ＳＨＧＣの範囲、および耐用年限に関するデバイスの性能は、配慮を必要とする。例えば、建築家は、暗い灰色から完全な透明まで切り替わる中間色の窓への強い嗜好を有する。今日の市場における大抵のＥＣ窓は、着色状態では、濃い青色の色合いを示し、透明状態では黄色味を帯びた色合いを示す。透明状態において、より中間的な色と高められた透過率が、利用しやすい建築市場を広げるだろう。
【００１５】
それゆえ、改善されたエレクトロクロミック動的窓、および／またはその製造方法の技術における需要があることが理解されるであろう。例えば、（１）大量生産（ＨＶＭ）に適合した低価格、大規模、高生産性の被覆技術；（２）ＥＣ形成のより良い実行；（３）頑丈な、高生産性の、低欠陥の大型板用のＥＣ形成；および／または（４）このような新しい製造技術と、完全な窓を製造するための現存のガラス加工後技術および補助的技術との結合のための技術における需要があることが理解されるであろう。これらおよび／またはその他の技術は、上述および／またはその他の問題の幾つかを解決するのに役立つことがある一方で、より完全な建築制御統合をもたらすこともある。
【００１６】
ある種の実施具体例は、（ａ）材料、（ｂ）エレクトロクロミック積層デバイス、（ｃ）高容量適合プロセス統合スキーム、および（ｄ）高生産性、低価格の蒸着技術および装置へのトップダウンおよび／またはボトムアップ型の変化と関連がある。その際、ある種の実施具体例は、「正味ゼロのエネルギーの建造物」へ向かう途上にある、低価格のＥＣアセンブリを提供するために用いられることがある。
【００１７】
ある種の実施具体例の一態様は、新規なエレクトロクロミック材料の取り込みに関する。例えば、ある種の実施具体例は、透明状態においてより優れた可視透過率のために光学的にドープされた陰極および／または陽極、これらの状態間のより優れた太陽熱利得制御（ＳＨＧＣ）、改善された外観、およびより良い信頼性に関する。（例えば、半化学量論的になるように）有利にＷＯxの化学量論を制御することによって、ＳＨＧＣデルタおよび（例えば、着色に関して）より良い外観の改善がもたらされることがある。対電極を陽極に着色することにより、ＳＨＧＣデルタが増加することもある。
【００１８】
ある種の実施具体例のもう１つの態様は、新規なエレクトロクロミック積層デバイスの取り込みに関する。例えば、低価格、低Ｆｅ中板（mid-lite）基板の含有は、基板デバイス障壁層への必要性の低減に役立つことがある。ＩＴＯよりもずっと高い伝導性と透過率を有する改善された透明電流コレクタ（ＴＣＣ）は、切り替え速度の増大と価格の低下をもたらすことがある。リチウムリン酸窒化物（ＬｉＰＯＮ）電解質材料の含有が、ある種の実施具体例における信頼性の用途のために選択されることがある。また、透明誘電体／導電層の使用が、ある種の実施具体例における選択的干渉に基づいて色を変えるのに利用されることがある。
【００１９】
ある種の実施具体例のさらにもう１つの態様は、エレクトロクロミックデバイス集積のための新規技術に関する。例えば、ある種の実施具体例は、ＥＣＩＧユニットの外側窓用の積層（laminated）／接合（bonded）ガラスの利用に関することがある。これは、ＥＣ製造手順における強化ガラスの使用の完全な排除を有利にもたらし、ＥＣ処理前のガラスのサイズ加工および焼戻しの必要性を低減し、最高のプロセス再現性とスケールメリットのためのＥＣ製造における単一の標準型とサイズのガラスの使用を可能にし、および／またはＥＣ製造後のガラスのサイズ加工を可能にすることがある。また、全ＥＣ層の蒸着後のデバイスのパターニングを有利に可能にし、それによって欠陥の可能性を低減し、収率および外観を改善させることもある。
【００２０】
ある種の実施具体例のさらにもう１つの態様は、ＨＶＭに適合した蒸着源の開発に関する。例えば、高蒸着速度および成長速度の調整の実現を可能にする新規なＬｉＰＯＮ蒸着源は、結果として、ある種の実施具体例において高生産量とより良い膜特性を可能にすることがある。ある種の実施具体例は、遠く離れた、通常の環境に適合したＬｉ源を有する新規の直線状のシャワーヘッドベースのＬｉ蒸発器を使用することもある。
【００２１】
ある種の実施具体例において、エレクトロクロミック窓の製造方法が提供される。第１ガラス基板が提供される。前記第１基板上に少なくとも対電極（ＣＥ）、イオン伝導体（ＩＣ）、およびエレクトロクロミック（ＥＣ）層を備えた層を有するエレクトロクロミックデバイス層が配置される。エレクトロクロミックデバイス層がパターニングされると共にエレクトロクロミックデバイス層の配置された前記第１ガラス基板がカットされて複数のＥＣデバイス基板を形成する。複数の第２ガラス基板が提供される。前記複数の第２ガラス基板にそれぞれ、前記複数のＥＣデバイス基板が接合または積層される。複数の第３ガラス基板が提供される。前記第３のガラス基板に対して実質的に平行で、かつ、間隙を介して配置された前記第１および第２の基板をそれぞれ備える複数の絶縁ガラス（ＩＧ）ユニットが形成される。
【００２２】
ある種の実施具体例において、エレクトロクロミック（ＥＣ）アセンブリの製造方法が提供される。第１、第２、および第３ガラス基板が提供され、前記第２基板は、熱的に強化され、前記第１基板は、熱的に強化されない。複数のＥＣデバイス層は、第１透明導電膜（ＴＣＣ）、対電極（ＣＥ）層、イオン伝導体（ＩＣ）層、ＥＣ層、および第２ＴＣＣを備えた前記複数のＥＣデバイス層を有する、第１基板上に、直接的または間接的に、スパッタリング蒸着される。前記第１および第２基板は互いに積層または接合される。前記第２および第３基板は互いに実質的に平行で、かつ、間隙を介して提供される。前記ＣＥおよびＥＣ層は、前記ＥＣアセンブリの動作中にいずれも変色し得る。
【００２３】
ある種の実施具体例において、エレクトロクロミック（ＥＣ）アセンブリの製造方法が提供される。複数のＥＣデバイス層が、第１基板から離れる順に、第１透明導電膜（ＴＣＣ）、陰極層、電解質層、陽極に着色する陽極層、および第２ＴＣＣを備えた前記複数のデバイス層を有する、前記第１基板上に、直接的または間接的に、スパッタリング蒸着される。上にスパッタリング蒸着された前記複数のデバイス層を有する前記第１基板は、前記第１および第２基板が互いに実質的に平行で、かつ、間隙を介するように第２基板に接続されている。
【００２４】
ある種の実施具体例において、エレクトロクロミック（ＥＣ）アセンブリが提供される。第１、第２、および第３ガラス基板が、前記第２および第３基板が互いに実質的に平行で、かつ、間隙を介して提供される。複数のスパッタリング蒸着されたＥＣデバイス層は、第１透明導電膜（ＴＣＣ）、対電極（ＣＥ）層、イオン伝導体（ＩＣ）層、ＥＣ層、および第２ＴＣＣを備えた前記複数のＥＣデバイス層を有する、第１基板によって支持される。前記第１および第２基板は互いに積層または接合される。前記第２基板は、熱的に強化され、前記第１基板は、熱的に強化されない。
【００２５】
ある種の実施具体例において、エレクトロクロミック（ＥＣ）アセンブリが提供される。少なくとも第１および第２ガラス基板が、前記第１および第２基板が互いに実質的に平行で、かつ、間隙を介して提供される。複数のスパッタリング蒸着されたＥＣデバイス層は、第１透明導電膜（ＴＣＣ）、ドープされて陽極に着色する対電極（ＣＥ）層、イオン伝導体（ＩＣ）層、ドープされたＷＯxを備えたＥＣ層、および第２のＴＣＣを備えた前記複数のＥＣデバイス層を有する、第１基板によって支持される。
【００２６】
ある種の実施具体例において、第１基板によって支持される複数の薄膜層を含むエレクトロクロミックデバイスが提供される。前記複数層は、陽極に着色する陽極層、Ｌｉを備えた電解質層、およびＷＯxを備えたドープされた陰極層を備える。
【００２７】
本明細書に記載された特徴、態様、利点、およびある種の実施具体例を組み合わせて、さらに別の実施形態を実現してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
これらおよびその他の特徴および利点は、以下の図に関連して実例となる実施具体例に関する以下の詳細な説明を参照することにより、より良くより完全に理解し得る。
【００２９】
【図１】図１（ａ）は、典型的なエレクトロクロミック窓の概略図である。
【００３０】
図１（ｂ）は、薄い色のついた、または着色状態の典型的なエレクトロクロミック窓の概略図である。
【００３１】
【図２】図２は、現在のＥＣＷの製造工程を例示するブロック図である。
【００３２】
【図３】図３は、実施具体例によるＥＣＷの製造工程を例示するブロック図である。
【００３３】
【図４】図４は、実施具体例によるエレクトロクロミック基板および積層の説明図である。
【００３４】
【図５】図５は、ある種の実施具体例に関連して利用できる透明導電膜（ＴＣＣ）の説明図である。
【００３５】
【図６】図６（ａ）は、実施具体例によるエレクトロクロミック絶縁ガラス（ＩＧ）の第１説明図である。
【００３６】
図６（ｂ）は、実施具体例によるエレクトロクロミック絶縁ガラス（ＩＧ）の第２説明図である。
【００３７】
【図７】図７は、実施具体例によるエレクトロクロミック絶縁ガラス（ＩＧ）の第３説明図である。
【００３８】
【図８】図８（ａ）は、従来の蒸発法により蒸着された６００ｎｍＡｌ層のＳＥＭ像である。
【００３９】
図８（ｂ）は、ある種の実施具体例によるプラズマ活性蒸発法を用いて蒸着された６００ｎｍＡｌ層のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
ある種の実施具体例の一態様は、新規のエレクトロクロミック材料の取り込みに関する。例えば、ある種の実施具体例は、透明状態においてより優れた可視透過率のために光学的にドープされた陰極および／または陽極、これらの状態間のより優れた太陽熱利得制御（ＳＨＧＣ）デルタ、改善された外観、およびより良い信頼性に関する。（例えば、半化学量論的になるように）ＷＯxの化学量論を制御することは、ＳＨＧＣデルタと（例えば、着色の面で）より良い外観に関する改善を有利にもたらすことがある。対電極を陽極に着色することは、ＳＨＧＣデルタを増加することもある。
【００４１】
ある種の実施具体例のもう１つの態様は、新規なエレクトロクロミック積層デバイスの取り込みに関する。例えば、低価格、低Ｆｅ中板基板の含有は、基板デバイスの障壁層の必要性の低減に役立つことがある。ＩＴＯよりもずっと高い導電性と透過率を有する改善された透明電流コレクタ（ＴＣＣ）は、切り替え速度の増大と価格の低下をもたらすことがある。リチウムリン酸窒化物（ＬｉＰＯＮ）電解質材料の含有が、ある種の実施具体例における信頼性の用途のために選択されることがある。また、透明誘電体/導電層の使用が、ある種の実施具体例における選択的干渉に基づいて色を変えるのに利用されることがある。
【００４２】
ある種の実施具体例のさらにもう１つの態様は、エレクトロクロミックデバイス集積のための新規技術に関する。例えば、ある種の実施具体例は、ＥＣＩＧユニットの外側窓用の積層／接合ガラスの利用に関することがある。これは、ＥＣ製造手順における強化ガラスの使用の完全な排除を有利にもたらし、ＥＣ処理前のガラスのサイズ加工および焼戻しの必要性を低減し、最高のプロセス再現性とスケールメリットのためのＥＣ製造における単一の標準型とサイズのガラスの使用を可能にし、および／またはＥＣ製造後のガラスのサイズ加工を可能にすることがある。また、全ＥＣ層の蒸着後のデバイスのパターニングを有利に可能にし、それによって欠陥の可能性を低減し、収率および外観を改善させることもある。
【００４３】
ある種の実施具体例のさらにもう１つの態様は、ＨＶＭに適合した蒸着源の開発に関する。例えば、高蒸着速度および成長速度の調整の実現を可能にする新規なＬｉＰＯＮ蒸着源は、結果として、ある種の実施具体例において高生産量とより良い膜特性を可能にすることがある。ある種の実施具体例は、遠く離れた、通常の環境に適合したＬｉ源を有する新規の直線状のシャワーヘッドベースのＬｉ蒸発器を使用することもある。
【００４４】
ある種の実施具体例は、ＥＣ材料、ＥＣ積層デバイス、ＨＶＭに適合性のあるプロセス統合スキーム、および／または高生産性、低価格の蒸着源、装置、および工場への変化に関する。ある種の実施具体例のこれらの態様は、次に、下に議論される。
【００４５】
ある種の実施具体例は、価格、デバイス性能、耐久性、美観、および／または拡張性のうち１つ以上についての利点に関する。例えば、幾つかの現在のエレクトロクロミック製品は、５０ドル／平方フィートよりも高い費用がかかる。一方、ある種の実施具体例の技術は、好ましくは２５ドル／平方フィートよりも安い費用で、より好ましくは２０ドル／平方フィートよりも安い費用で、さらにより好ましくは１５ドル／平方フィートよりも安い費用でエレクトロクロミック製品を提供し得る。現行製品用に配線および制御インフラストラクチャを設けることは困難であるが、ある種の実施具体例は、無線電力供給および／または制御オプションを有する、比較的単純なモジュール製品を提供することがある。現行製品の多くは、良くても３〜５分の切り替え速度を達成できるが、ある種の実施具体例は、製品全体のサイズが大きくなることがあるが、３分未満、より好ましくは２分未満、時には１分よりずっと速い切り替え速度をもたらすことがある。有利なことに、デルタＥは、約１．５未満、より好ましくは約１．２５未満、さらにより好ましくは約１未満である。色彩（color）／色合い（hue）に関して、ある種の実施具体例は、透明状態において黄色がかった色合いおよび薄い色のついた状態において時々存在する多色を低減し、代わりに透明状態においてより中間的な色を提供し、薄い色のついた状態において多色の１つから選択で提供することがある。さらに、ある種の実施具体例は、例えば、（少なくとも、現行システムにおける色調ラインのばらつきと個別の制御とを比較して）自由度を少なくとも「一度に」変化するように見えるようにすることにより、切り替えの均一性の問題を低減することがある。最後に、現行のＥＣ装置は一般に１ｍ幅の構造に限られているが、ある種の実施具体例は、一般に利用可能な在庫のガラスシートに合わせて、３．２ｍ幅の（またはずっと幅広い）構造まで拡大することもある。
【００４６】
製造工程例
図３は、一実施具体例によるＥＣＷの製造工程を例示するブロック図である。図３の工程は、図３の工程が焼戻し可能な基板に接合され、積層され、またはその他の方法で接続されることがあるＥＣ基板上にＥＣデバイスを提供するように設計されているという事実により、図２の工程と幾つかの点で異なる。例えば、ＰＶＢ、ＥＶＡ、などのような材料が用いられることがあり、Ｌｉｔｅｍａｘから市販されている「ｏｐｔｉｂｏｎｄ技術」も同様に用いられることがある。用いられる積層板は、ＵＶ遮断材（例えば、ＵＶＡ遮断材）を含むことがある。好ましくは、ＵＶＡ遮断材は、Ｔｕｖが１％未満、より好ましくは０．７５％未満、さらに好ましくは０．５％未満含まれることがある。ＵＶ遮断材が、Ｂｉ，ＢｉＯ，Ｚｎ，ＺｎＯ，ＴｉＯ，ＢｉＳｎＯ，ＡｇＯ，Ｃｅ，ＣｅＯおよび／またはそれらの同等物のうち１以上を備える薄膜被膜であることもある。代わりに、または加えて、ＰＥＴ被膜を、その上および／または内部にＵＶ遮断材料が設けられるように提供することがある。例えば、ある種の実施具体例において、ＩＴＯ被覆ＰＥＴ層を提供することもある。ある種の実施具体例に関連して、有機および／または無機材料が用いられることがあることが理解されるであろう。いずれにせよ、積層板は、その屈折率が隣接する層および／または基板と一致するように選択されることがある。このことは、反射率を低く保つことに有利に役立つだろう。反射率は、例えば、１以上の反射防止（ＡＲ）層を取り込むことによって低減されることもある。ＥＣデバイスは、焼戻し可能な基板に後で接合され、積層され、または他の方法で接続されることがある個々の基板上に設けられるため、例えば、より大きなシートがスパッタリングまたはそれと同等の方法で被覆され、その後適当なサイズにカットされるという点において、効率の良さを実現できる。構造の詳細例は、以下に提供される。
【００４７】
図３に示される工程例について、３０２において、大型サイズのガラスが提供される。３０４において、以下に記載される技術例に従って、ＥＣデバイスが製造される。３０６において、デバイスのパターニングとサイズ加工が実行され、それによって、複数の対応するＥＣ基板上に複数のＥＣデバイスを形成する。上に示したように、これは、図２に示された従来の工程よりも優れた点である。ここで、個々のＥＣデバイスは、事前に個別にカットされ、既に焼戻しされた基板上に直接製造される。いずれにせよ、３０８において、母線が接続され、ＥＣデバイスは「電力が供給」（例えば、配線）される。母線は、ＴＣＣが慎重に露出するように層を選択的にレーザーエッチングすることにより形成し得る。例えば、選択的にエッチングし、電気的にデバイスに接続するため、例えば、最下部および最上部のＴＣＣを露出するように、「完全」および「半分」のカットがいずれも行われることがある。このように層の幾つかまたは全てを選択的に除去するため、レーザ出力を制御することがある。
【００４８】
３１０において、ＥＣデバイスおよび基板を接続すべき外側基板が適当なサイズに加工されて熱強化される。その後、３１０において、適当なサイズに加工されたＥＣデバイスが、適当なサイズに加工された外側基板に積層され、接合され、またはその他の方法で接続される。外側基板に積層され、接合され、またはその他の方法で接続されたＥＣデバイスを備えたサブアセンブリは、その後、例えば、以下により詳細に記載されるように、３１４において対応する絶縁ガラス（ＩＧ）ユニットに組み込まれる。
【００４９】
エレクトロクロミック積層例、およびその中に使用される材料例
図４は、一実施具体例によるエレクトロクロミック基板および積層の説明図である。図４は、導電層（ＴＣＣ）、エレクトロクロミック（ＥＣ）層、対電極（ＣＥ）層、およびイオン伝導（ＩＣ）層を包むという点において、公知のエレクトロクロミック積層に幾分類似するエレクトロクロミック積層４００を含む。しかしながら、図４のエレクトロクロミック積層４００は、材料、積層全体の設計、および性能特性の点において、現行積層とは異なる。例えば、熱性能、ＥＣ速度、長期的なＥＣの信頼性、および美観が改善され、例えば、公知材料の性能を最適化し、ＥＣデバイス全体の性能をさらに改善させる新材料を開発する。材料および積層設計の変化は、続く段落に記載される。
【００５０】
革新的アイデアの最初の領域は、陰極／ＥＣおよび陽極／ＣＥ電極材料に関する。ＥＣＷの熱性能は、透明状態と薄い色のついた状態との間のＳＨＧＣの範囲に関係する。ＳＨＧＣの範囲を増大させるには、陰極および陽極層のいずれかまたは両方の吸収率が透明状態で低減されることがあり、および／または着色状態における透過率（Ｔｙ）を低減するために、陽極に着色する対電極が作られることがある。適切な材料の選択は、信頼性と切り替え速度を増大することもある。
【００５１】
ある種の実施具体例において、これらおよび／またはその他の態様が活性電極材料の置換ドーピングによって実現されることがある。対電極は、Ｌｉ＋またはＨ＋イオンを有する、ＮｉＯを一般的に含む。上に記載したように、対電極ＣＥの熱性能を改善し、吸収率を低減し、信頼性および安定性を改善することは有利である。Ｍｇ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｚｒ，ＮｂおよびＴａのような添加物を用いることにより、ＥＣおよびＣＥ膜の吸収率のかなりの低減を、特に短波長で実現することがある。一方、ＶおよびＡｇを含む膜は、純粋な酸化ニッケルの光学特性と比較して同じ改善を示さない。組み合わせの方法において、Ｍｇおよび／またはその他の要素を含めること自体は、バンドギャップを広げて透過率を大幅に改善するため、ＮｉＯとＬｉＮｉＯの両方に有益な効果を最適化するために用いられることがある。代わりに、またはそれに加えて、ＬｉＮｉＯにＷを含めることも、ある種の実施具体例においては可能であり、それは紫外線放射および湿気に対するＣＥ層のような安定性を改善させるために用いられることがある。このことおよび／またはその他の置換ドーピングは、（例えば、ＬｉＣｏＯ2に対し、ＬｉＣｏ0.95Ｍｇ0.05Ｏ2は、場合によっては３桁）電気伝導性を高めるために用いられることがある。驚くべきことに、そして予期しないことには、ＣＥ（および／またはＩＣ）にＭｇをドーピングすることで「より速い」伝導体も実現する。
【００５２】
ある種の実施具体例は、例えば、熱性能を改善するために、対電極を陽極に着色することに関することもある。公知のように、ＣＥは、結果として、エレクトロクロミック層に着色するために用いられる、電荷を蓄積するために用いられる。これを効率的に行うため、ＣＥ層は電荷を容易にインターカレートさせ、反復されるサイクルに対して安定的かつ耐久性があり；透明状態において非常に透明であり；可能なら、インターカレートされたイオンを（例えば、陽極に）完全に放出したとき、エレクトロクロミズムを示すことがある。それゆえ、ある種の実施具体例において、ＣＥはエレクトロクロミックされることがある。しかし、このような実施具体例において、ＣＥは、ＥＣ層の「逆」となって、例えば、それはイオンで透明となり、イオンの損失において色の変化をもたらすことがある。これらおよび／またはその他の機能を実現するために、ある種の実施具体例は、繰り返される電荷の挿入／抽出のサイクルにおいて安定的であることが示されたＮｉＯ系をベースとしてＣＥを含むことがある。例えば、以下に示される反応において、ＬｉxＮｉＯ(1+y)状態でデバイスが完全にインターカレートされているとき、これらの系は時々少量の残留吸収を示す。課題は、デバイスの幅広いダイナミックレンジと優れた切り替え反応速度を犠牲にせずに、この吸収を除去することである。前項における議論と類似した、Ｌｉを用いた置換ドーピングは、より良いＴｖを生じさせ、ＳＨＧＣデルタの増大に対する少量の吸収度を改善することがある。
【００５３】
ＮｉＯ(1+y)水和系において水が劣化を生じる傾向が現在確認されている。その結果、非水性系の電解質および立方状のリチウムニッケル酸化物が、ある種の実施具体例において、有望なエレクトロクロミック系となることがある。例えば、ナノ結晶ＬｉxＮｉ1-xＯは、酸化タングステンよりも幅広い光学ダイナミックレンジを有し、より中間の色であって、より良い安定性も有することがある。さらに、ＬｉxＮｉ1-xＯは、陽極に着色され、それによって、陰極酸化タングステンと相補的になるという利点をもたらすことがある。これらの材料の組み合わせは、電気化学ポテンシャルに関して有利となり、同様に暗状態において中間のより深い色を実現することがある。この陽極着色材料の明所視の着色効率は、一般的に高い。固体電解質と同様に対電極としてのニッケル酸リチウム膜および酸化タングステンのエレクトロクロミック膜を利用したデバイスの切り替え性能は、現在利用可能なある種の利点を有する。このエレクトロクロミック活動の基礎にある主反応は、以下の通りであることに留意されたい。
NiO(1+y)   +  x (Li+ + e)  →  LixNiO(1+y)
暗い                           無色
【００５４】
ある種の実施具体例において、ＥＣの酸化タングステン（ＷＯx）の吸収率および／または色変調は、熱性能と外観のため変化することがある。化学量論的なＷＯ3膜は、３ｅＶ未満の基本バンドギャップよりも小さいエネルギーに対して透明である。Ｌｉイオンのインターカレーションは、中心が１．２ｅＶの幅広い吸収帯によって現れる、明確な青色を生成するエレクトロクロミズムをもたらす。この現象は、Ｗ5+サイトから隣接するＷ6+サイトへ移動する電子の価電子帯間の電荷移動の観点から説明し得る。ポーラロンの効果は、タイトバインディング近似を用いた新しいモデルに取り入れられることがある。この自己無撞着モデルによれば、わずかに半化学量論的なＷＯxにおけるｘの値は、ＥＣ材料がさらに透明であり、リチオ化の増大時に、吸収性を増大させるように、ある種の実施具体例において最適化できる。ｘの半化学量論値は、好ましくは２．４＜ｘ＜３；より好ましくは２．６＜ｘ＜３である。約２．８８の値は、特に有利であることが判明している。このような値は、「黄色味」を低減し、ＥＣの色の深さを改善して、透明および着色状態が改善するのに役立つ。
【００５５】
強い電子−フォノン結合が光吸収を生じない、（Ｗ−Ｗ）10+複合体の形成に有利に作用する傾向がある。しかし、一価の酸素空孔は、原子価間電荷移動による吸収を生じる。Ｗ5+サイトがいずれの場合においても存在するため、イオンがインターカレートされた膜のデータとの類似が期待される。それゆえ、アモルファス酸化タングステン膜はアンダーソンのメカニズムによると、欠陥から対電子とのクロスオーバーを示し、欠陥の密度とともに一価の酸素空孔も増加するように思われる。
【００５６】
さらに、電荷の挿入における不可逆性は、第１の着色／脱色サイクル中によく見られ、膜は、挿入された電荷（カラーブラインド電荷と呼ばれる）の着色が始まる閾値まで透明性を保ち続け、その後のサイクルは可逆であるため、エレクトロクロミズムが広く行き渡る。リチウムは不可逆的に組み込まれており、切り替え中はＥＣ膜からは回収されない。ブラインド電荷は、挿入過程の電気化学反応速度に干渉しないように思われる。しかし、不定量の不可逆的なリチウムの取り込みは、切り替え中のＥＣデバイスの最適なダイナミックレンジに必要な不安定なリチウム量の正確な決定を難しくする。さらに、Ｌｉの損失は、蒸着された膜の広い領域にわたり均一ではない。したがって、蒸着時のＥＣ膜内にあるブラインド電荷量を制御し得ることが理解されるであろう。１つの解決策は、Ｌｉの「損失」の根本的な原因を理解することによって、膜内にあるブラインド電荷量を低減（または最小化）することに関する。１つの解決策は、ＥＣ材料の蒸着に用いられるターゲットの種類、イオンビームの追加、膜の化学量論を慎重に制御するプロセスのモニターに関する。
【００５７】
この解決策は、基板の加熱の必要を低減する。特に、ある種の実施具体例においては、基準を満たすエレクトロクロミック特性を有するＥＣ膜が、イオン支援ツインマグネトロン機器を用いたセラミックターゲットから蒸着されることがある。
【００５８】
実際、ある種の実施具体例は、透明状態では黄色がかった色合いを調節するために置換ドーピングおよび粒状構造の制御を採用することがある。ＥＣＷの１つの懸念は、透明状態において黄色がかった基本色である。根本的な原因は、（１）ヤン−テラー歪みとエネルギー構造および色の対応する変化とをもたらす、Ｌｉ挿入／非挿入サイクルを有する金属酸化物ユニット（ＷＯx）の構造不安定性、（２）ＮｉＯｘの基調色、最も頻繁に用いられる基本陽極材料、（３）粒界に関する干渉であると考えられている。（ＮｉＯｘにＶ，Ｍｏ、など）適切な金属によるドーピングおよびハロゲン化物（例えば、Ｃｌ）は、ある種の具体実施例において、バンドギャップ（従って、多様な光と物質の相互作用）を変化させ、および／またはＬｉサイクルにおける構造安定性を高めるため、少なくとも最初の２つの根本的な原因に対処するために用いられることがある。粒状構造は、ある種の実施具体例において、ｉｎ−ｓｉｔｕまたは蒸着後のｅｘ−ｓｉｔｕでの処理（例えば、基板にバイアス、マイクロ波強化またはアニーリングを適用すること）のいずれかにより、蒸着プロセスを最適化するによって変調されることがある。これは、ＬｉサイクルにおけるＷＯxの構造安定性を高めるために用いられることがある。
【００５９】
ＩＣは、エレクトロクロミックの動作のためにイオン伝導性を提供する一方、ＥＣおよびＣＥの電極間の内部の電気的遮蔽を保つのに役立つ。エレクトロクロミズムの安定性と信頼性は、電解質の性質に依存する。リチウムリン酸窒化物（ＬｉＰＯＮ）は、ある種の例では、電解質層の材料として用いられることがある。薄膜電池の使用で実証されているように、その選択は、その優れた信頼性と安定性に基づいている。ＬｉＰＯＮは、（１Ｅ１４Ω−ｃｍよりも大きな）電気絶縁材料であり、それゆえ、ＲＦスパッタリングが伝統的に用いられ、（１μｍ／時間よりも）低い蒸着速度を示す。この低蒸着速度は、後述するように改善されることがあり、および／または高生産性の生産により適したその他の材料および方法が、ある種の実施具体例との関連で用いられることがある。
【００６０】
ＩＣを通って生じる電子のリーク電流を低減することが、都合が良いことが理解されるであろう。リーク電流は、積層薄膜それ自体（拡散律速）に関する寄与と、局所化された点欠陥（バルクと界面の両方）に関する寄与に分離できる。ＥＣ／ＩＣ／ＣＥの接合部分をヘテロ結合のように形成できる。接合を安定化させた後、続けて熱処理を行うことが都合がよい。ＥＣ／ＣＥ接合の前方および後方の障壁の高さは、ＩＣの組成、構造、および界面の化学的性質を変えることによって最適化し得る。リーク電流がＩＣ層の適切な工程および材料の選択によって無視し得るレベルまで低減することがあることを証拠は示している。したがって、ある種の実施具体例は、適切なイオン伝導性によって電子障壁構造の整合性が保たれるＩＣ層を提供する。実際には、より高いイオン伝導度がより多くの多孔質、非晶質構造、およびリチウムの可能な取り込みを通常必要とし、それらのいずれも電子障壁機能を低下させる。本明細書に記載された積層材料および以下に記載された各蒸着工程は、これらの懸念を軽減するのに役立つ。さらに、ある種の実施具体例においては、材料の光学指数は、周囲の層に適合し得る。
【００６１】
図４に示されるように、ＥＣ積層デバイス４００は、第１の透明導電性被膜（ＴＣＣ）４０４、対電極層４０６、イオン伝導体層４０８、エレクトロクロミック層４１０、および第２ＴＣＣ４１２を含むことがある。第１および第２ＴＣＣ４０４および４１２の各々は、ある種の実施具体例においては、約２００ｎｍの厚さとなることがある。ＴＣＣのいずれか一方または両方の層構造の例は、例えば、図５と関連して以下に提供される。陽極ＣＥ層４０６は、約１００〜４００ｎｍの厚さとなることがあり、ＮｉＯを含み、Ｌｉ＋またはＨ＋イオンを含むことがある。ＬｉＰＯＮ系ＩＣ／電解質層４０８は、約１〜３ミクロンとなることがある。ＣＥ層４０６と同様に、ＥＣ層４１０は１００〜４００ｎｍの厚さとなることがある。ＥＣ層４０６およびＥＣ層４１０のいずれか一方または両方が、例えば、より良いおよび／またはより深い着色を提供するために、ドープされることがある。必要に応じて、（図４の例で示されていない）障壁層を最も外側のＴＣＣ４１２上に設けてもよく、そのような障壁層は、色の変化を可能にすることがある。ある種の実施具体例において、最も外側のＴＣＣ４１２それ自体が色の変化を可能にすることもある。ＥＣ積層デバイス４００は、ある種の実施具体例において、標準サイズ／厚さの広い基板として提供されることもあるＥＣ基板４０２上に設けられる。実際、ある種の実施具体例において、ＥＣ基板４０２は、ＥＣデバイスが上に加工された後にカットされる低鉄の非強化基板であることもある。低鉄ガラス基板の例は、例えば、米国特許出願番号12/385,318の他、米国特許公開番号2006/0169316; 2006/0249199; 2007/0215205; 2009/0223252; 2010/0122728; および2009/0217978に開示されており、それぞれの内容全体は、参照により本明細書に組み込まれている。
【００６２】
図４に示され、本明細書に記述されるＥＣ積層デバイス構造は、例えば、以下に記載される新規の透明導電体の使用、干渉色変化（color shift）のための多層誘電体層、低ＦｅおよびＥＣ層が形成される低価格の基板、電解質としてのＬｉＰＯＮ、および積層厚さの最適化を含む多くの点で現行の構造とは異なる。これらの要素は、他で記載される透過率、色、移行速度および価格にそれぞれ影響を与える。
【００６３】
ＥＣデバイスの切り替え速度は、ＴＣＯ層のシート抵抗によって限定されるが、ＥＣ層の電圧低下も遅延に寄与する。これは、デバイスに印加され得る電圧が一定であるためであり、デバイスを完全に着色するために移動しなければならない電荷量は、その領域に対応する。長さは一定だが、次第に幅が広くなる一連のデバイスを想定した場合、母線間の間隔が大きくなるにつれて、ＥＣ積層それ自体（電流がガラスの表面に垂直に流れるデバイスの一部）のインピーダンスが小さくなる。それとは対照的に、電流がガラスの表面に平行に流れているＴＣＯ層のインピーダンスは大きくなる。全体として、領域のこのような変化は、ＴＣＯ層内のより大きな電位降下をもたらす。この結果、積層に直接印加される電位がさらに低下し、切り替えがさらに遅くなる。したがって、例えば、建築用途に適した、適度なサイズのデバイスの切り替え速度を向上させるため、ＴＣＯ層の伝導性が増大されることがあることが理解されるであろう。
【００６４】
上部のＴＣＯを単に厚くするだけで、その導電率を増加させることが可能である。しかし、この方法にはいくつかの欠点がある。例えば、この方法は、さらなる吸収と反射をもたらし、それによって脱色状態の伝達を低減し、ダイナミックレンジを減少させる。また、色が母線の１つから現れて、デバイスのもう一方の側にわたって移動し、デバイスに非対称的に色を変化させて、「カーテン」すなわちアコーディオン効果をも生じさせるだろう。さらに、この方法は、（高価な）ＩＴＯが一般的にＴＣＯ用に用いられているため、材料や加工費を増大させる。
【００６５】
これらの課題を克服すべく、ある種の実施具体例は、銀含有積層被膜を用いる。このような積層は、現在利用可能なＴＣＯの積層よりも少なくとも１桁低いシート抵抗を有することがある。この被膜のさらなる利点は、活性層のＳＨＧＣとＵＶ保護の改善に役立つ「低放射率」機能を含むことである。
【００６６】
図５は、ある種の実施具体例に関連して使用可能な透明導電性被膜（ＴＣＣ）の説明図である。図５のＴＣＣの例は、第１および第２ＩＴＯ層５０２および５１０に挟まれた、銀ベース層５０６を含む。第１および第２中間層５０４および５０８は、銀ベース層５０６、第１および第２ＩＴＯ層５０２および５１０の間に設けられることがある。このような中間層は、ＮｉＣｒ（例えば、ＮｉＣｒＯx）および／またはＣｕを備えことがある。銀ベース層５０６は、好ましくは１００〜２００オングストロームの厚さであり、より好ましくは１２０〜１８０オングストロームの厚さであり、そして時には１４０オングストロームの厚さである。各ＩＴＯ層は、好ましくは１０００〜２０００オングストロームの厚さであり、より好ましくは１２００〜１６００オングストロームの厚さであり、そして時には約１４００オングストロームの厚さである。中間層は、好ましくは１〜２０オングストロームの厚さであり、より好ましくは５〜１５オングストロームの厚さ、そして時には１０オングストロームの厚さである。そのように設計される場合、好ましくは２０オーム／スクエア未満であり、より好ましくは１０オーム／スクエア未満であり、そして時には５オーム／スクエアまたはずっと低いシート抵抗を有するＴＣＣを設けることが可能である。このような層の可視透過率は、好ましくは６５％であり、より好ましくは７５％であり、さらに好ましくは８０％であり、そして時には８５％またはそれよりも高い可視透過率をもたらすように最適化されることがある。必要に応じて、ある種の実施具体例において、ガラス基板および最下層のＩＴＯ層の間に低放射率コーティングが設けられることがある。このような低放射率コーティングは、例えば、高−低−高−低−高のような配列で、高低の屈折率を交互に有する層を含むことがある。図５は、単純なＴＣＣ積層を示すが、その他の積層も可能である。ある種の実施具体例において、適切なＴＣＣ積層は、図５に示されるような２，３，４、またはそれ以上の積層を含むことがある。
【００６７】
ある種の実施具体例において、ＴＣＣは、グラフェンおよび／またはＣＮＴ系であり得る。例えば、米国出願番号12/461,349およ12/659,352を参照せよ。各内容の全体は、本明細書に組み込まれる。
【００６８】
上に示されるように、現行のエレクトロクロミックデバイスの１つの問題点は、透明状態における黄色がかった色合いおよび薄い色のついた状態における望ましい中間の色合いである。課題を克服するために、ある種の実施具体例においては、ファブリペロー干渉を介して色変化を誘導する、「着色強化」多層膜を用いる。ある種の実施具体例においては、色変化層が、ＥＣ積層被膜に隣接して蒸着されることがあり、スパッタリング可能な絶縁および金属層を備えることがある。個々の層の光学特性だけでなく厚さも、例えば、強化されたソーラー性能、薄い色のついていない状態および薄い色のついた状態の両方においてより望ましい中間色への可視色コーディネート変化、下層のＥＣ積層への紫外線遮断、を含む機能をもたらすように設計され、その寿命を延ばすことがある。さらに、これらの層は、例えば、ＩＧユニットのシールが壊れたとき、周囲の酸化体に対する障壁として機能することにより、ＥＣ窓の信頼性を増大させることがある。この機能を達成すべく上で議論された、ＴＣＣを用いることも実現可能である。
【００６９】
ガラス基板からＥＣ積層デバイスへの鉄の拡散の可能性を低減し、ひいては劣化の可能性を低減するために、ある種の実施具体例において、窒化ケイ素含有（例えば、Ｓｉ3Ｎ4またはその他の適切な化学量論）層のような薄い障壁層を用いることが可能である。しかしながら、ある種の実施具体例は、低Ｆｅ、低価格のガラス製品を代用することがある。適切な低Ｆｅ、低価格のガラス基板の使用は、障壁層の必要を低減し、時には排除さえし、それによって、工程の複雑さの低減、透明性の向上、ＥＣの製造価格の低下をもたらすことがある。
【００７０】
ＩＣ層のようなＬｉＰＯＮの使用は、デバイスの信頼性を都合よく増大させる。例えば、最も頑丈であり、５．５Ｖまで安定し、Ｌｉ金属に対しても同様に、電気化学的に安定し、その薄膜バッテリ使用のライフサイクルが、最小限の容量の損失で１００，０００サイクルを上回ることが実証されている、電解質、（ＬｉＰＯＮ）を用いることによって、少なくともライフサイクルの観点から信頼性が増大する。バッテリ容量の最小損失は、エレクトロクロミックの光学特性の変化の低減となることがある。
【００７１】
ある種の実施具体例においては、ＥＣデバイスの切り替え速度を向上させるべく、積層の厚さを最適化することがある。例えば、ＥＣデバイスの速度を向上させる１つの方法は、ＣＥおよびＩＣ層の厚さを薄くすることである。切り替え速度は、リチウムレベルの増加に伴って増大することが見出されている。しかし、もしリチウムレベルが極端に増加するならば、デバイスは電気的に「漏れやすく」なり、それによって、完全に着色されず、スイッチング速度も低下しないことも見出されている。上に明記された積層材料と厚さの範囲は、切り替え速度の向上の観点から有利であることが見出されているが、別の実施形態において、厚さおよび材料をその他の方法で調整することも可能である。
【００７２】
プロセス統合技術の例
従来のＥＣの工程に関連する１つの欠点は、ＥＣデバイスの形成前の基板のサイズ加工と焼戻しの必要性であり、これは、製造後の焼戻しがＥＣデバイスを損傷し、焼戻し後にサイズ加工を行うことができないという事実に関連する。図２に従来の工程を例示した。この工程において、例えば、基板サイズ、厚さまたは種類などの最終製品の要件のどんな変化も、複雑なデバイス／層の製造環境をもたらす傾向がある。例えば、ＥＣ被覆工程は、例えば、基板サイズおよび厚さに応じて最適な結果を得られるように、各製品が個別に微調整されるだろう。特に、薄い色のついた状態において、明確なコントラストを有する、ＥＣＷのような用途には、このような非均一性は、製品に支障を生じるだろう。
【００７３】
しかし、（例えば、図３に関連して）上に示したように、ある種の実施具体例は、ＥＣの製造のための積層、非強化単一型ガラスの製造、ＥＣ製造後のガラスのサイズ加工、およびＥＣ層の全面蒸着後のデバイスのパターニングを代わりに含む。上で提供された図３の概略図および記載から、積層手順の含有の他、焼戻しがないことが理解されるであろう。
【００７４】
この積層／接合されたＥＣガラスのコンセプトにおいて、外側の窓ガラス（外側板（outer lite））は、２シートのガラスユニットを含む。最初のシートは、ＥＣシートとして用いるために提供され、他のシートは焼戻し／安全性とその他の製品要件を満たすために提供されている。この配置は、ある種の実施具体例に従って、ＩＧユニットの断面図を示す、図６（ａ）および６（ｂ）に示されている。ＥＣガラスを接合するための少なくとも２つの選択肢があることが、図６（ａ）および６（ｂ）から理解されるであろう。図６（ａ）の実施具体例において、ＥＣ積層は、内部空間に面し、一方、図６（ｂ）の実施具体例において、ＥＣ積層は、外側板に直接接合される。図６（ｂ）の実施具体例は、特に、ＩＧユニットのシールの破損からおそらくより良く保護される点において有利である。この積層／接合コンセプトの１つの有利な結果は、ＥＣデバイスの製造用に用いられるガラス用の焼戻し要件が時には完全に排除され得るという点である。これは、結果として、単一型基板を用いて、被覆ガラスと窓の現行の製造工程と一致し適合する、非強化ガラスでの製造後のガラスのサイズ加工を可能にする。したがって、これは、最適なプロセス制御、生産量および収率のための堅牢で安定した製造環境をもたらし、価格を下げるのに役立つ。
【００７５】
上に示したように、図６（ａ）および６（ｂ）に示されるＩＧユニット６００ａおよび６００ｂは互いに類似する。いずれも、内側のガラス基板６０４に沿った、焼戻しされることがある外側のガラス基板６０２を含む。これらの基板６０２および６０４は互いに実質的に平行で、かつ、間隙を介し、例えば、スペーサ６０６を用いて、隔離ギャップ６０８を形成する。（例えば、ＰＶＢ積層ホイル、ＥＶＡ積層、ｏｐｔｉｂｏｎｄ積層など）積層６１０は、外側のガラス基板６０２をＥＣガラス４０２に接続するのに役立つ。図６（ａ）において、積層６１０は、ＥＣ積層４００が隔離ギャップ６０８に面するように外側のガラス基板６０２をＥＣガラス４０２に接続する。それとは対照的に、図６（ｂ）において、積層６１０は、外側のガラス基板６０２をＥＣガラス基板４０２に、ＥＣ積層４００がこれらの２つの基板６０２および４０２の間に設けられるように接続する。幾つかまたは全ての基板が、本発明の出願人から市販されている、ＵｌｔｒａＷｈｉｔｅガラス基板であることもある。
【００７６】
全てのＥＣ層が蒸着された後、デバイスをパターニングする統合の改良が、例えば、双方向の矢印で示されるように、多種機器のパターニングが必要であった、図２に示される従来の工程と比べて、ある種の実施具体例のもう一つの利点である。しかし、全ての層が完成した後、パターニングすることによって、欠陥の可能性が低減され、優れた収率とより良い品質のＥＣＷをもたらす。これは一部には、簡易化された工程と、パターニング工程および（汚れた可能性のある）周囲の空気にさらにさらされることの両方の２次汚染問題の可能性の低下に関係する。
【００７７】
例えば、図６（ａ）および６（ｂ）に例示されるように、ＩＧユニットの単一外側板を形成する２枚のガラスシートの積層、接合、またはその他の結接続を含むＥＣ統合のフローは、さらなる利点をもたらすことがある。例えば、このような設計は、例えば、標準的なＥＣガラスを、安全性、色、音の障壁、およびその他を含め、その特性が望ましい窓の要件を満たすために選択され得る任意の他のガラス製品と柔軟に結合させることによって、製品の用途を広げるための可能性を有する。この工程は、ガラス業界の現行の価値連鎖と一致し、より広範囲に適用可能な応用領域が開発および価格をさらに償却するのに役立つだろう。
【００７８】
ある種の実施具体例において、ガラスユニットの積層、接合、および／またはその他の接続は、ガラス（安全製品など）および薄膜太陽光発電産業の両方で用いられている技術と類似することがある。例えば、潜在的に過酷な環境における適合性を確保するのに役立つように（例えば、熱膨張係数などの点で）互いに一致するように材料を選択することによって、「吸収性の」ＥＣデバイスが被りやすい熱サイクルおよび実際の温度に関連する課題が軽減されることがある。
【００７９】
図７は、実施具体例による第３のエレクトロクロミック絶縁ガラス（ＩＧ）ユニットの説明図である。図７の実施具体例は、スパッタリング蒸着されたＥＣ層４００が外側のガラス基板６０２および中板４０２の間に蒸着されているという点において、図６（ｂ）と類似している。しかし、図７の実施具体例は、それが多数の任意の低放射率被膜を含むという点において、図６（ｂ）の実施具体例とは異なる。特に、図７の実施具体例は、外側のガラス基板６０２の内側表面に位置する第１低放射率被膜７０２、中板４０２の対向する表面上に位置する第２および第３の低放射率被膜７０４および７０６、そして空隙６０８に面する内側基板６０４の表面上に第４の低放射率被膜７０８を含む。１以上の任意の低放射率被膜が出願人から市販されている低放射率被膜ＳｕｎＧｕａｒｄ  ＳｕｐｅｒＮｅｕｔｒａｌ７０（ＳＮ７０）であることもあり、その他の低放射率被膜が用いられることもある。例えば、米国特許番号7,537,677; 7,455,910; 7,419,725; 7,344,782; 7,314,668; 7,311,975; 7,300,701; 7,229,533; 7,217,461; 7,217,460; および7,198,851を参照せよ。これらの各々の開示は、ここに参照により本明細書に組み込まれている。
【００８０】
高生産性の源および装置の例
ある種の実施具体例は、高蒸着速度の蒸着源を提供することによって、ＥＣ技術の費用対効果を一層高め、高生産性、低資本集約的なＥＣ工場を可能にする。源の開発オプションに関して、以下の表は、ある種の実施具体例との関連で使用可能なＥＣ層の可能な蒸着法を示す。リチオ化層、すなわち、酸化物とリチウムの複合ターゲットまたは逐次蒸着から一段階蒸着のための２つの基本的なアプローチがある。製造環境における高反応リチウムの使用は、問題が多い。しかし、リチオ化ターゲットを用いると、スパッタリング法が使用されている場合、ターゲットの寿命を上回る化学量論での不一致を生じる可能性がある。いずれにせよ、スパッタリング法のために、ある種の実施具体例は、２段階の方法を実施し得る。リチオ化金属酸化物のための電子ビーム蒸着法もスパッタリング技術の使用に関連する潜在的な限界に対処するために用いられ得る。
【００８１】
【表１】
0005581387.tif 000002
【００８２】
上に示されるように、ある種の実施具体例において、薄膜バッテリ用に実証されたように優れた信頼性と安定性のため、ＬｉＰＯＮ電解質が用いられ得る。ＬｉＰＯＮは、（１Ｅ１４Ω−ｃｍよりも大きな）電気絶縁材料であり、それゆえ従来のＲＦスパッタリングは、典型的には（１μｍ／時間よりも小さい）低蒸着速度を示す。蒸発によるＬｉの従来の蒸着も遅い。したがって、ある種の実施具体例は、高生産性および大面積被膜システムと適合性があるように迅速化され得る。
【００８３】
少なくとも、これらの従来の問題点のいくつかを克服するために、ある種の実施具体例は、より高いプラズマ周波数が一般的なＲＦ電力に重ね合わせられる多周波プラズマ蒸着源を実装し得る。これはプラズマ密度とシース電圧の制御を強化し得る。それはまた、蒸着速度を上げるだけでなく、例えば、成長速度を調節するために、成長膜上にエネルギーを与え得る。これは優れた被膜特性を有する膜を得るために等角性、形態性、結晶性、および低ピンホール密度に影響も与え得る。これは、結果として、より速いデバイス切り替え速度を有する、より高い生産性、より低いインピーダンスのＥＣデバイスをもたらす、より薄い電解質の使用を可能にする。図８（ａ）は、従来の蒸発によって蒸着された６００ｎｍのＡｌ層のＳＥＭ像である。図８（ａ）の像は、粗い面を有する柱状構造を示す。図８（ｂ）は、ある種の実施具体例によるプラズマ活性蒸発法を用いて蒸着した６００ｎｍＡｌ層のＳＥＭ像である。つまり、図８（ｂ）は、ＲＦ−ＨＦ併用源用のマルチプラズマスパッタリングコンセプトを示す。図８（ｂ）のＳＥＭ写真は、平滑な表面を有するより密度の高い構造を有する、成長膜上にエネルギーを与えることの効果の例を示す。
【００８４】
現在のＬｉ蒸発技術は、それらは一般的に外部の源からの自給をサポートすべく、高反応性Ｌｉを再充電または不活性雰囲気条件を蒸発させるための多数の点光源および実質的なダウンタイムを使用する必要があるため、一般的にＨＶＭに適合性はない。しかし、ある種の実施具体例は、工程または真空システムを乱すことなく補充することができる離れたＬｉ容器を有する直線状のシャワーヘッドベースの源を組み込み得る。提案された蒸発器のモデル結果を、以下の表に示す。これらの結果より、単一の線形ソースは、ＨＶＭシステム（１μｍ／分率よりも大きい）で十分なように思われる。
【００８５】
【表２】
0005581387.tif 000003
【００８６】
Ｌｉスパッタリングの問題は、均一性に悪影響を与える「クラスタリング」および低蒸着速度を含む。クラスタリングは、スパッタリングの種がずっと重い（例えば、Ａｒ）であって、シース電圧が高い運動量をもたらすほど高すぎる場合に発生する。低原子量のＨｅおよびＮｅの使用は、蒸着速度を低減し、高価格を招くだろう。その結果、ＬｉＰＯＮ蒸着用に提案されたものと類似して、多周波数のプラズマ源が、ある種の実施具体例において用いられる可能性がある。しかし、ＲＦは、ＤＣスパッタリングに重ね合わせられ、プラズマ密度を増加させ、シース電圧を低減し得る。これは、より低価格のＡｒの使用を可能にする一方で、クラスタリングも低減するだろう。
【００８７】
基板がクリーンな蒸着室のみを見る活性層が単一の統合された蒸着室で処理されて、例えば、パターニング、基板のサイズ加工、空気への露出などによって引き起こされる収量と美観に影響を及ぼす欠陥／ゴミを低減することによって、ある種の実施具体例において、ＨＶＭ開発の面で時間の節約が実現し得る。空気への露出の制限はまた、クリーンルームの要件を低減し、全体的なコスト削減を同様にもたらす。
【００８８】
ある種の実施具体例において、ＥＣ積層工程は、現在方式と比較して、少なくとも２倍、より好ましくは少なくとも３倍、さらに好ましくは少なくとも５倍、迅速化し得る。複数のターゲット（例えば、２，３，４または５以上のターゲット）は、ラインの速度を向上させる蒸着工程において使用され得る。
【００８９】
エレクトロクロミックＩＧユニットの例
ＥＣＩＧユニットは、強化された外側基板、中板、および内側基板を含む。外側の基板は、６ｍｍ厚ＵｌｔｒａＷｈｉｔｅ基板であり、中板は１ｍｍ厚のＵｌｔｒａＷｈｉｔｅ基板である。外側および中板はｏｐｔｉｂｏｎｄ積層を用いて互いに接合されている。エレクトロクロミック層は、外側基板に面する中板の表面に配置されている。エレクトロクロミック層との結合に用いられるＴＣＣは、図５の積層例に対応する。 出願人から市販されているＳｕｎＧｕａｒｄ  ＳｕｐｅｒＮｅｕｔｒａｌ７０低放射率被膜は、エレクトロクロミック層の両側に形成されている。内側基板は、出願人から市販されている透明なガラスの６ｍｍ厚のシートである。１２ｍｍの空隙は、中板と内側基板との間に存在している。この構成は、以下の特性例を有し得る。
【００９０】
【表３】
0005581387.tif 000004
【００９１】
知られているように、ＬＳＧは、光対太陽利得を表す。上の表において、「％Ｒ外」は、外側に反射された太陽エネルギーの割合を指す。
【００９２】
ある種の実施具体例において、薄く着色された状態における透過率は、好ましくは５％未満、より好ましくは４％未満、さらに好ましくは３％未満であり、時には約２％である。ある種の実施具体例において、薄く着色されていない状態における透過率は、好ましくは少なくとも約４０％、より好ましくは少なくとも約４５％、そして時には約４８％かそれより高い。ＳＨＧＣは、好ましくは０．０３から０．５の範囲である。
【００９３】
本明細書中で使用されるように、用語「の上にある」、「によって支持される」および同等の用語は、明示されなければ、２つの要素が互いに直接隣接していることを意味すると解釈すべきではない。言い換えれば、第１層は、１以上の層が間にある場合でも、第２層「の上にある」または「によって支持される」と言われ得る。
【００９４】
この発明は、最も実用的かつ好ましい実施形態と現在考えられているものに関連して記載される一方で、この発明は、開示された実施形態に限定されないことを理解すべきである。しかし、それどころか、この発明は、添付の特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な改良および同様の装置を保護することを目的としている。
【図１（ａ）】
0005581387.tif 000005
【図１（ｂ）】
0005581387.tif 000006
【図２】
0005581387.tif 000007
【図３】
0005581387.tif 000008
【図４】
0005581387.tif 000009
【図５】
0005581387.tif 000010
【図６（ａ）】
0005581387.tif 000011
【図６（ｂ）】
0005581387.tif 000012
【図７】
0005581387.tif 000013
【図８】
0005581387.tif 000014