TWI677742B - 多窗格之電致變色窗戶 - Google Patents

Abstract

本發明描述窗戶單元，例如絕緣玻璃單元(IGU)，其具有至少兩層窗格，每一窗格上具有一電致變色器件。一雙窗格窗戶單元之每一窗格上的兩個光學狀態器件提供具有四個光學狀態之窗戶單元。所描述之窗戶單元允許終端使用者在透過該電致變色窗戶所透射之光的量上具有一較大選擇。又，藉由使用在一窗戶單元中對齊的各自具有自身的電致變色器件之兩個或兩個以上窗戶窗格，由於該等個別器件中之任一者中的視覺缺陷中之任一者將完全對準且因而可為該使用者所觀測到的可能性極小而隱藏該等視覺缺陷。

Description

多窗格之電致變色窗戶

本發明大體而言係關於電致變色器件，更特定言之，係關於電致變色窗戶。

本申請案主張於2010年8月5日申請之美國專利申請案第12/851,514號之優先權的權利，該案之內容以全文引用的方式併入本文中。

電致變色為材料在置於一不同電子狀態下時(通常由於經受電壓改變而引起)在光學性質上展現出可逆電化學介導之改變的現象。該光學性質通常為顏色、透射率、吸收率及反射率中之一或多者。舉例而言，一種熟知電致變色材料為氧化鎢(WO₃)。氧化鎢為藉由電化學還原而發生自透明至藍色之著色轉變的陰極電致變色材料。

雖然電致變色現象發現於20世紀60年代，但電致變色器件仍不幸地遭受各種問題且尚未開始實現其完全的商業潛能。可將電致變色材料併入至(例如)窗戶及鏡子中。可藉由誘發電致變色材料中之改變來改變此等窗戶及鏡子中之顏色、透射率、吸收率及/或反射率。然而，尚需要電致變色技術、裝置及製造及/或使用其之有關方法中的進展，此係因為習知電致變色窗戶遭受(例如)高缺陷率及低通用性。

本文中描述窗戶單元，例如絕緣玻璃單元(IGU)，其具有至少兩個窗格，每一窗格上具有一電致變色(EC)器件。舉例而言，當一窗戶單元具有各自具有兩個光學狀態之兩個窗格時，則該窗戶單元可具有高達四個光學狀態。本文中所描述之窗戶單元允許窗戶使用者關於透過該電致變色窗戶透射之光的量具有一較大選擇(亦即，通用性)，亦即，該多窗格IGU允許一透射率等級而非一簡單的「打開或關閉」習知兩狀態窗戶。然而，改良之兩狀態窗戶為本發明之一實施例。本文中所描述之窗戶允許該使用者(例如)定製進入一房間之輻射及熱負荷。一次要益處為對歸因於非對準光學缺陷而產生的缺陷率之改良。發明者已發現：藉由使用在一窗戶單元中對齊的各自具有自身的電致變色器件之兩個或兩個以上窗戶窗格(亦即，一者在另一者前方)，由於該等個別器件中之任一者中的視覺缺陷中之任一者將完全地對準且因而可為使用者所觀測到的可能性極小而隱藏該等視覺缺陷。

實際上任何一或多個電致變色器件可組合用於一窗戶單元之窗格上，然而，歸因於任何視覺缺陷將對準且因而可為終端使用者所觀測到的該較低可能性，低缺陷電致變色器件尤其良好地運作。在一實施例中，使用兩狀態(例如，具有一高透射率及一低透射率)之全固態低缺陷率電致變色器件，一雙窗格IGU之兩個相對窗格中之每一者上一器件，以便形成一四狀態電致變色窗戶。以此方式，該終端使用者具有關於通過該窗戶單元之光的量的四個選擇，且在該電致變色窗戶著色時，對於觀測者而言實際上不存在任何可偵測到的視覺缺陷。本文中描述此技術之其他優點。

一實施例為一種窗戶單元，其包括：一第一實質上透明基板及安置於其上之一第一電致變色器件；一第二實質上透明基板及安置於其上之一 第二電致變色器件；及一密封分離器，其處於該第一實質上透明基板與該第二實質上透明基板之間，該密封分離器連同該第一實質上透明基板及該第二實質上透明基板一起界定一熱絕緣之內部區域。實施例包括建築用玻璃級之基板且可使用一低發射率塗層。在特定實施例中，該第一電致變色器件及該第二電致變色器件中之至少一者面向該內部區域，在一些狀況下，該第一電致變色器件與該第二電致變色器件兩者面向該內部區域。

在一實施例中，該第一電致變色器件及該第二電致變色器件中之至少一者為一兩狀態電致變色器件，在一些實施例中，該第一電致變色器件與該第二電致變色器件兩者為兩狀態電致變色器件且該窗戶單元具有四個光學狀態。在一實施例中，在裝設時，該窗戶單元之該第一實質上透明基板將面向一房間或建築物外部，且該第二實質上透明基板將面向該房間或建築物內部。在一實施例中，該第一電致變色器件及該第二電致變色器件中之每一者具有其自身的高透射狀態及低透射狀態，且在一特定實施例中，該第二電致變色器件之低透射狀態之該透射率高於該第一電致變色器件之低透射狀態之該透射率。在一實施例中，該第一電致變色器件之低透射狀態之該透射率在約5%與約15%之間，且該第一電致變色器件之高透射狀態之該透射率在約75%與約95%之間；且該第二電致變色器件之低透射狀態之該透射率在約20%與約30%之間，且該第二電致變色器件之高透射狀態之該透射率在約75%與約95%之間。出於此實施例之目的，該器件之透射狀態包括藉以構造該基板的該基板之該透射率。

本文中所描述之窗戶單元可根據每一器件具有分別對應於一低透射率及一高透射率之兩個光學狀態(著色或漂白)而具有四個光學狀態。該四個光學狀態中之每一者為該兩個電致變色器件之該透射率的一乘積。在一 實施例中，該窗戶單元之四個光學狀態為：i)在約60%與約90%之間的總透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。

在一實施例中，該基板上將面向外部環境之該電致變色器件可經組態以比該基板上面向一安裝有該窗戶單元之結構之內部的該電致變色器件更好地耐受環境降解。在一實施例中，該第一電致變色器件及該第二電致變色器件中之至少一者為一完全固態且無機器件(inorganic device)。

另一實施例為一種製造一窗戶單元之方法，該方法包括：實質上平行於彼此地配置安置有一第一電致變色器件之一第一實質上透明基板及安置有一第二電致變色器件之一第二實質上透明基板；及在該第一實質上透明基板與該第二實質上透明基板之間安裝一密封分離器，該密封分離器連同該第一實質上透明基板及該第二實質上透明基板一起界定一內部區域，該內部區域熱絕緣。

下文將參看相關聯之圖式進一步詳細描述此等及其他特徵及優點。

1‧‧‧表面

2‧‧‧表面

3‧‧‧表面

4‧‧‧表面

100‧‧‧窗戶單元

105‧‧‧第一實質上透明基板

110‧‧‧密封分離器

115‧‧‧第二實質上透明基板

200‧‧‧窗戶單元

205‧‧‧第一建築用玻璃窗格

210‧‧‧電致變色器件

215‧‧‧第二建築用玻璃窗格

220‧‧‧電致變色器件

225‧‧‧密封分離器

400a‧‧‧組態

400b‧‧‧組態

405‧‧‧第一窗格

410‧‧‧電致變色器件

415‧‧‧第二窗格

420‧‧‧電致變色器件

425a‧‧‧第一密封分離器

425b‧‧‧第二密封分離器

430‧‧‧可加熱之透明導電氧化物(TCO)

435‧‧‧第三窗格

500‧‧‧電致變色器件

502‧‧‧基板

504‧‧‧導電層

506‧‧‧電致變色層

508‧‧‧離子導電層

510‧‧‧對立電極層

514‧‧‧導電層

516‧‧‧電壓源

520‧‧‧電致變色堆疊

600‧‧‧電致變色器件

602‧‧‧基板

604‧‧‧導電層

606‧‧‧氧化鎢電致變色層

608‧‧‧離子導電層

610‧‧‧氧化鎳鎢對立電極層

614‧‧‧導電層

616‧‧‧電壓源

620‧‧‧電致變色堆疊

700‧‧‧電致變色器件

708‧‧‧離子導電電子絕緣界面區域

710‧‧‧區域

800‧‧‧電致變色器件

802‧‧‧導電微粒

804‧‧‧透明區域

806‧‧‧透明區域

900‧‧‧電致變色器件

902‧‧‧微粒

904‧‧‧碎片

1000‧‧‧整合式沈積系統

1002‧‧‧入口裝載閘

1004‧‧‧出口裝載閘

1006‧‧‧模組

1010‧‧‧入口埠

1015‧‧‧軌道

1020‧‧‧集裝架

1025‧‧‧建築用玻璃基板

1030‧‧‧標靶

1035‧‧‧LCD及鍵盤

圖1描繪多窗格窗戶總成之透視分解圖。

圖2描繪多窗格窗戶總成之橫截面。

圖3為關於四狀態多窗格窗戶總成之太陽光譜及代表性曲線之圖線圖。

圖4為多窗格窗戶總成之示意性橫截面。

圖5為電致變色器件之示意性橫截面。

圖6A為處於漂白狀態下的電致變色器件之示意性橫截面。

圖6B為處於著色狀態下的電致變色器件之示意性橫截面。

圖7為具有離子導電電子絕緣界面區域而非相異IC層之電致變色器件之示意性橫截面。

圖8為在離子導電層中具有造成器件中之局部缺陷之微粒的電致變色器件之示意性橫截面。

圖9A為在沈積電致變色堆疊之剩餘部分之前的在導電層上具有微粒之電致變色器件的示意性橫截面。

圖9B為在於電致變色堆疊形成期間形成「彈出」缺陷之情況下的圖6A之電致變色器件之示意性橫截面。

圖9C為圖6B之電致變色器件的示意性橫截面，該圖展示一旦沈積第二導電層之後便由彈出缺陷形成之電短路。

圖10描繪用於在建築用玻璃級基板上製造全固態電致變色器件之整合式沈積系統。

在結合諸圖式考慮時，可更完全地理解以下詳細描述。

本文中描述窗戶單元，例如IGU，其具有至少兩個窗格，每一窗格上具有一電致變色器件。舉例而言，當一窗戶單元具有各自具有兩個光學狀態之兩個窗格時，則該窗戶單元可具有四個光學狀態。本文中所描述之窗戶單元允許窗戶使用者關於透過該電致變色窗戶透射之光的量具有較大選擇，亦即，該多窗格IGU概念允許一透射率等級而非一簡單的「打開或關閉」習知兩狀態窗戶。一次要益處為對歸因於非對準光學缺陷所產生的缺陷率之改良(甚至對於兩狀態窗戶亦如此)。發明者已發現：藉由使用在一窗戶單元中對齊的各自具有自身的電致變色器件之兩個或兩個以上窗戶窗格(亦即，一者在另一者前方)，由於該等個別器件中之任一者中的視覺缺 陷中之任一者將完全地對準且因而可為使用者所觀測到的可能性極小而隱藏該等視覺缺陷。其他益處包括允許使用較低良率之電致變色玻璃，此係因為在如所描述組合兩個電致變色窗格之情況下，缺陷率可能更高。此方法自製造觀點以及減少廢料流兩方面節省金錢。額外益處包括：適合於私密玻璃應用之增強顏色深度，可抵消窗簾效應(curtaining effect)以便提供窗戶之更均勻著色，且個別器件可具有獨特顏色以便提供某等級之顏色控制。

特定實施例係關於低缺陷率全固態且無機電致變色器件而描述，然而，本發明不限於此方式。實際上可組合使用任何一或多個電致變色器件，然而，歸因於任何視覺缺陷將對準且因而可為終端使用者所觀測到的較低可能性，低缺陷電致變色器件尤其良好地運作。

一般熟習此項技術者將瞭解，「兩狀態」電致變色器件指代具有漂白狀態及著色狀態之器件，該等狀態中之每一者需要一施加電流。事實上，兩狀態EC器件實際上將具有三個狀態：漂白、著色及中性。「中性」描述未施加任何電荷以使窗戶漂白或著色的窗戶之「自然」狀態(例如，圖5展示處於中性狀態下之EC器件，而圖6A及圖6B分別展示漂白狀態及著色狀態)。出於本申請案之目的，將電致變色器件之「狀態」假定為藉由向EC器件施加電流而達成之著色或透明狀態，但中性狀態為器件所固有的。舉例而言，如本文中所描述，(例如)具有兩個窗格(各自具有一電致變色器件)的「兩狀態」多窗格之電致變色窗戶實際上將具有(淨)狀態，在該(等)(淨)狀態中，電致變色器件中之一者或兩者不具有任何施加電流。因而，若一電致變色器件處於著色狀態下且另一電致變色器件為「中性」，則此情形共同構成窗戶單元之額外光學狀態。

多窗格之電致變色窗戶

在本申請案中，「窗戶單元」包括兩個實質上透明基板(例如，兩個玻璃窗格)，其中每一基板上安置有至少一電致變色器件，且該等窗格之間安置有一分離器。由於一IGU可包括組裝成一單元之兩個以上玻璃窗格，且由於電致變色窗戶特定地可包括用於將電致變色玻璃連接至電壓源、開關及其類似者之電引線，故術語「窗戶單元」用以傳達更簡單之子總成。亦即，出於本發明之目的，一IGU可包括多於一窗戶單元之組件。一窗戶單元之最基本總成為兩個基板，每一基板上具有一電致變色器件，及在該兩個基板之間且與該兩個基板對齊之一密封分離器。

發明者已發現：藉由使用一窗戶單元中之兩個或兩個以上電致變色窗格，由於該等個別器件中之任一者中的視覺缺陷中之任一者將完全地對準且因而可為使用者所觀測到的可能性極小而隱藏該等視覺缺陷。實際上可組合使用任何一或多個電致變色器件，然而，如上文所描述，低缺陷電致變色器件尤其良好地運作。在一實施例中，使用在一IGU中彼此相對的全固態低缺陷率電致變色器件，電致變色窗戶之兩個窗格中之每一者上一電致變色器件。以此方式，當(例如)兩個電致變色窗格著色時，實際上不存在可為觀測者所偵測到的任何視覺缺陷。

一實施例為一種窗戶單元，其包括：一第一實質上透明基板及安置於其上之一第一電致變色器件；一第二實質上透明基板及安置於其上之一第二電致變色器件；及一密封分離器，其處於第一實質上透明基板與第二實質上透明基板之間，該密封分離器連同第一實質上透明基板及第二實質上透明基板一起界定一熱絕緣之內部區域。

圖1描繪窗戶單元100，其具有第一實質上透明基板105、分離器110 及第二實質上透明基板115。基板105及115中之每一者具有一在其上製造之電致變色器件(未圖示)。當組合該三個組件時(其中分離器110包夾於基板105與基板115之間且與基板105及基板115對齊)，形成窗戶單元100。窗戶單元100具有藉由與分離器接觸的基板之面及分離器的內部表面界定的相關聯之內部空間。分離器110通常為密封分離器，亦即，該分離器包括一隔片及在該隔片與每一基板之間的密封件，其中隔片與密封件接合以便氣密地密封該內部區域且因而保護該內部免於濕氣及其類似者。作為慣例，對於本文中所描述之兩窗格窗戶單元，以數值方式來指示該等基板之四個可檢視之表面。表面1為(例如)在安裝於牆壁中之窗戶中具有此窗戶單元之房間或建築物外部的基板之表面。包括風格化太陽以指示表面1將曝露於(例如)外部環境。表面2為在窗戶單元之內部空間內部的基板之另一表面。表面3為在窗戶單元之內部空間內部的第二基板之表面。表面4為在窗戶單元之內部空間外部但(例如)在前述房間或建築物內部的第二基板之另一表面。此慣例並不否定對於建築物中的整體內部空間使用本文中所描述之窗戶單元，然而，因為該等窗戶單元之光學性質以及熱絕緣性質，所以在建築物之外壁上使用該等窗戶單元存在特定優點。

「實質上透明基板」包括本文中關於固態無機電致變色器件所描述之彼等基板。亦即，該等基板為實質上硬質的，例如玻璃或塑膠玻璃。窗戶單元之該等基板不需要由相同材料製成，例如，一基板可為塑膠而另一基板為玻璃。在另一實例中，一基板可比另一基板薄，(例如)未曝露於環境中的面向結構內部之基板可比面向結構外部之基板薄。在一實施例中，最接近外部環境(例如，建築物)之電致變色器件比最接近建築物內部之第二電致變色器件能夠更好地耐受環境降解。在一實施例中，第一實質上透 明基板及第二實質上透明基板中之至少一者包括建築用玻璃。在另一實施例中，第一實質上透明基板及第二實質上透明基板中之至少一者進一步包括一低發射率塗層。在另一實施例中，第一實質上透明基板及第二實質上透明基板中之至少一者進一步包括一UV及/或紅外線(IR)吸收劑，及/或一UV及/或IR反射層。在一實施例中，UV及/或IR反射層及/或吸收劑層處於表面1上，在另一實施例中處於表面2上，在又一實施例中處於表面3上，且在另一實施例中處於表面4上。在此等實施例中，在表面「上」意謂在表面上或與表面相關聯，考慮到此等層或塗層可能與窗格之表面直接接觸及/或在(例如)處於基板之表面上的EC堆疊之上。一實施例為本文中所描述之任何窗戶單元，其中該等EC器件中之一或多者具有在其上之一UV及/或IR吸收劑及/或一UV及/或IR反射層。

在一實施例中，該等電致變色器件中之一者的透明導電氧化物中之至少一者經組態，以使得其可在獨立於電致變色器件(該至少一透明導電氧化物為電致變色器件之一部分)之操作的情況下經由施加電而加熱。出於若干原因，此操作為有用的，例如，在轉變之前預熱EC器件及/或形成絕緣障壁以改良來自建築物內部之熱損失。因而，一實施例為如本文中所描述之窗戶單元，其中該等電致變色器件中之一者的透明導電氧化物中之一者經組態，以使得其可在獨立於電致變色器件(該透明導電氧化物為電致變色器件之一部分)之操作的情況下經由施加電而加熱。一實施例為如本文中所描述之兩窗格電致變色窗戶，其中每一窗格具有在內部區域中在其面(表面2及3)上之一EC器件，且表面3上之EC器件之透明導電氧化物經組態以用於經由施加電而加熱，該加熱獨立於EC器件之操作。另一實施例為如關於圖1所描述之兩窗格電致變色窗戶單元，其中該兩個電致變色 器件中之每一者具有一經組態以用於加熱之TCO(Transparent Conductive Oxide透明導電氧化物)，該加熱獨立於該器件(該TCO為該器件之組件)之操作。此組態尤其可用於寒冷氣候(其中外部窗格較冷)，可(例如)在轉變器件(TCO為該器件之一部分)之前加熱該TCO，以使得藉由預熱而輔助該器件之轉變。亦可加熱在內部窗格上的器件之TCO，以(例如)形成保持建築物中的熱量之熱絕緣障壁。

該等透明基板中之每一者上的電致變色器件不需要為相同類型。亦即，一電致變色器件可為(例如)全無機且固態而另一電致變色器件包括基於有機物質之電致變色材料。在一實施例中，兩個電致變色器件均為全固態且無機，且在另一實施例中，兩個電致變色器件亦均為低缺陷率器件(例如，如本文中所描述之低缺陷率全固態且無機電致變色器件)。藉由如所描述使兩個此等電致變色器件對齊，產生在著色時實際上無可見缺陷之窗戶單元。

該等電致變色器件不必在窗戶單元之內部區域中面向彼此(例如，在表面2及表面3上)，但在一實施例中，該等電致變色器件在窗戶單元之內部區域中面向彼此。需要此組態，此係因為在窗戶單元之經密封內部區域中保護了兩個電致變色器件免於外部環境之影響。亦需要該等電致變色器件在其所駐留之透明基板的實質上整個可檢視區域上延伸。

圖2描繪窗戶單元200之橫截面，窗戶單元200包括建築用玻璃窗格205，建築用玻璃窗格205上安置有電致變色器件210。窗戶單元200亦包括第二建築用玻璃窗格215，第二建築用玻璃窗格215上安置有電致變色器件220。器件210與220在窗戶單元200之內部區域中面向彼此。密封分離器225密封窗戶單元，且在此實例中，密封分離器225與電致變色器件 重疊。電連接件(未圖示)亦可通過或以其他方式接觸分離器225。分離器225可具有單式主體或由多個部分製成，例如，一硬質或半硬質隔片及一或多個黏接劑及/或密封元件。在一實例中，分離器225包括一隔片(諸如，金屬隔片)、密封該隔片接觸該等窗格中之每一者所在的區之兩個密封件(有時被稱作主密封件)，及圍繞該隔片之外周邊且處於該等窗格之間的一密封件(有時稱為次要密封件(例如，密封黏接劑))。出於圖2之描述之目的而簡化分離器225。

如所提及，歸因於電致變色窗戶單元可能經歷之較高溫度(歸因於玻璃上的電致變色器件對輻射能量之吸收)，故可能有必要使用比在習知IGU中所使用的分離器及密封劑更穩固的分離器及密封劑。密封分離器225圍繞第一及第二實質上透明基板之周邊區域而安置，而實質上不使窗戶單元之可檢視區域模糊(亦，例如，如圖1中所描繪)。在一實施例中，密封分離器氣密地密封該內部區域。窗戶單元200之內部區域通常(但未必)充填有諸如氬氣或氮氣之惰性氣體。在一實施例中，該內部空間實質上無液體。在一實施例中，該內部空間充填有惰性氣體且實質上無液體。在一實施例中，該內部空間實質上無濕氣，亦即，具有小於約<0.1ppm之濕氣含量。在另一實施例中，該內部空間將需要至少約-40℃以達到露點(來自該內部空間的水蒸氣之冷凝)，在另一實施例中，至少約-70℃。

將窗戶單元200之窗格205描繪為面向外部環境(例如，藉由太陽之光線說明)而窗格215面向結構(例如，辦公樓)內部(如藉由工作中的人之輪廓圖說明)。在特定實施例中，需要製造內部及外部電致變色器件(亦即，最接近內部環境之器件及最接近外部環境之器件)具有多達透射率所涉及到的不同電致變色狀態之窗戶單元。在一實施例中，第一電致變色器件及第 二電致變色器件中之至少一者為兩狀態電致變色器件。在另一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者為兩狀態電致變色器件且因而，該窗戶單元具有四個光學狀態。在一實施例中，此窗戶單元在裝設時將具有面向房間或建築物外部之第一實質上透明基板且第二實質上透明基板將面向房間或建築物內部，且其中第一電致變色器件及第二電致變色器件中之每一者具有其自身的高透射狀態及低透射狀態，且其中第二電致變色器件之低透射狀態之透射率高於第一電致變色器件之低透射狀態之透射率。在此內容背景中，「器件之」透射狀態意謂該器件自身或該器件及其沈積所在之基板的透射率之組合。亦即，例如，大多數基板具有一些固有的吸收性質，例如，浮法玻璃通常獨自具有約92%之透射率。

需要使第一(外部)器件之低透射狀態低於第二(內部)器件之低透射狀態的一個原因在於：最接近外部之器件可阻擋更多光(及因此之熱量)透射且因而減輕對內部器件之要求。舉例而言，由於外部器件濾掉太陽光譜中之大部分，故與無此保護之器件相比較，內部器件得到保護而免於降解。因此，內部窗格上之EC器件(例如)不需要如此穩固(例如，全固態且無機)。

多窗格(例如，在每一窗格上具有一器件之兩窗格窗戶)之另一優點在於：無一器件需要具有嚴格的較低透射率(例如，小於10%之透射率)，此係因為透過窗戶單元之淨透射率為兩個器件之透射率之乘積。又一優點在於：每一器件可比另外在窗戶單元僅具有或僅依賴於一單一電致變色器件之情況下的任一情形薄。較薄器件致使使用較少材料，而此情形節省製造成本。較薄器件亦致使在轉變期間之較快回應時間，而此情形節省金錢(例如，藉由使用較少電且控制熱負荷更迅速地進入房間內)，且製得對於 終端使用者而言更具吸引力之窗戶。

具有一個以上電致變色窗格(例如，如關於圖2所描述之兩個電致變色窗格)之窗戶的另一優點在於：可藉由控制器而使用於為該等窗格供電之電荷在該等窗格之間共用，該控制器例如經適當程式化之電腦，該電腦包括用於在該兩個電致變色窗格之間執行電荷共用操作之程式指令。因而，一實施例為一種操作多窗格之電致變色窗戶之方法，該方法包括在該多窗格之電致變色窗戶的窗格之間共用電荷。

多窗格之電致變色窗戶單元之再一優點係關於窗簾效應。當電致變色窗戶自暗轉變至亮或自亮轉變至暗時，通常存在一轉變週期，亦即，該轉變並非瞬時的。在該轉變期間，可能存在視覺異常及/或跨越該窗戶之可檢視表面的轉變為不均勻的。舉例而言，在匯流排條將電壓供應至電致變色器件之窗戶中，該等匯流排條可配置於IGU中的器件之相反側面(例如，頂部及底部)上。當此窗戶(例如)自亮轉變至暗時，器件依據該器件之表面上的薄層電阻變化而變暗。因而，邊緣首先變暗，且存在自每一匯流排條發出並朝向窗戶之中心行進的平坦或不平坦的變暗前沿。該兩個前沿在該可檢視區域中之某處會合且最終窗戶完成至暗狀態之轉變。在轉變期間，此情形可減損窗戶之外觀。然而，例如，在於每一窗格上具有一電致變色器件的雙窗格之電致變色窗戶情況下，可進行該等轉變以彼此補充且使窗簾效應最小化。舉例而言，若一窗格之匯流排條在該窗格之頂部及底部上且另一窗格之匯流排條在彼窗格之正交於第一窗格之匯流排條的任一側上，則(例如)當兩個器件變暗時，該等轉變將彼此補充以使得更多區較快地變暗。在另一實例中，第一窗格之匯流排條經配置以使得第一面板自中心向外變暗/變亮，而第二窗格之匯流排條經配置以使得第二面板自 周邊向內變暗/變亮。以此方式，每一窗格之窗簾效應彼此補充，藉此使如由使用者檢視到的總窗簾效應最小化。

在一實施例中，多窗格之電致變色窗戶之兩個或兩個以上電致變色器件(各自具有兩個光學狀態)經耦接(同時地，作用中或非作用中)，以使得該等電致變色器件均接通或均斷開。以此方式，在接通時，不存在或實質上不存在可由肉眼辨別之任何視覺缺陷。亦即，同時使用該等器件之高透射率狀態及低透射率狀態(均為高或均為低)。此情形為兩狀態多窗格之電致變色窗戶。如所註釋，當然存在與每一兩狀態器件相關聯的不存在任何施加電流之中性狀態，且一個窗格或兩個窗格不具有任何施加電流的狀態意欲包括於該兩狀態窗戶中。

另一實施例為四狀態多窗格之電致變色窗戶。在一實施例中，該四狀態窗戶具有兩個窗格，每一窗格具有兩狀態電致變色器件。由於每一窗格具有高透射率狀態及低透射率狀態，故在組合時，對於包括該等電致變色窗格之電致變色窗戶而言，存在四個可能的狀態。在表1中說明此兩窗格之窗戶單元器件透射率組態之實例。在此實例中，內部窗戶窗格及外部窗戶窗格中之每一者具有兩狀態(打開及關閉)，每一狀態分別對應於低透射率狀態及高透射率狀態。舉例而言，內部窗格具有80%之高透射率及20%之低透射率，而外部窗格具有80%之高透射率及10%之低透射率。由於每一窗戶窗格之器件具有兩個光學狀態(亦即，高透射狀態及低透射狀態)，且該等狀態係以所有可能的方式來組合，故該窗戶單元具有四個光學狀態。

如表1中所概述，例如，當內部窗格之電致變色器件斷開且外部窗格之電致變色器件斷開時，存在狀態1。由於兩個器件具有80%之透射率， 故當兩個電致變色器件斷開時，透過兩個窗格之淨透射率為64%(亦即，80%之80%)。因此，當作為整體之窗戶未汲取任何電力時，該等窗格共同允許64%之環境光通過該窗戶單元。當內部窗格之器件接通但外部窗格之器件斷開時，存在狀態2，因而允許16%之淨透射率(80%之20%)。當內部窗格之器件斷開但外部窗格之器件接通時，存在狀態3，因而允許8%之淨透射率(10%之80%)。當內部窗格之器件接通且外部窗格之器件接通時，存在狀態4，因而允許2%之淨透射率(10%之20%)。因而，四狀態電致變色窗戶允許使用者自四個光學狀態中選擇，自高度透射(例如，當想要更多光進入房間時)至極低透射率(例如，當想要房間變暗時，例如，在幻燈片演示期間)。在狀態1下，不存在任何可觀測到的光學缺陷，此係因為該等電致變色器件中無一者處於暗狀態下。在狀態4下，不存在任何可觀測到的光學缺陷，此係因為兩個缺陷(該等器件中之一者上各一缺陷)的對準之可能性極小，所以一器件之不透明性必定阻擋另一窗格之光學缺陷。

使用者亦可選擇兩個中間透射率狀態，該情形提供比簡單的兩狀態(亦即，亮或暗/關閉或打開)電致變色窗戶多的靈活性。在此等兩個中間透射率狀態下亦不大可能觀測到光學缺陷，此係因為：儘管一窗格之器件斷開，但作用中之窗格在此實例中僅阻擋原本將通過該等窗戶窗格的光透射中之80%或90%。光學缺陷之可見性與窗戶之透射及背景成比例。當一極暗窗戶置放於一極亮背景前方時，可見缺陷最為明顯，亦即，具有阻擋太陽光直射之針孔的1% T_vis窗戶。因為該窗戶不如(例如)98%的光被阻擋之狀態4暗，所以所呈現之任何光學缺陷較不引人注意，此係因為光學缺陷並非如當電致變色器件暗得多時那樣對比強烈。此情形為將具有較高的低 透射率狀態之器件組態為內部窗格之另一優點，因為在光學缺陷與器件之變暗部分之間存在較少對比，例如，在內部窗格阻擋80%之光時的狀態2與外部窗格阻擋90%之光時的狀態3的對比。在狀態3期間，當外部窗格阻擋90%之光時，存在一額外內部窗格，任何對比將不得不透過該額外內部窗格而為使用者所觀測到。該內部窗格可賦予使得不大可能在狀態3下觀測到外部窗格中之光學缺陷的一些反射性或折射性質。儘管如此，低缺陷率窗戶亦減少可觀測到的光學缺陷。

圖3為近似太陽光譜(實線)之圖形表示。如可見的，顯著量之近紅外線輻射通過標準窗戶且因而發生具有此等窗戶之建築物內部的非想要的加熱。亦在圖3中描繪如關於表1所描述的針對四個光學狀態之透射率曲線，每一曲線(點線)分別標記為1、2、3及4。舉例而言，曲線1在可見光範圍中之約550nm處具有最大值，該最大值對應於64%之淨透射率(狀態1)，亦即，使用者通過該窗戶單元實際上觀測到的光位準。狀態1允許實質量之光通過該窗戶單元，且亦允許近紅外線光譜中之顯著部分(在需要時，此情形允許被動式太陽能加熱)通過該窗戶單元。此情形與通常的低E塗層形成對比，低E塗層儘管允許相當量之可見光通過，但阻擋大部分的近紅 外線光譜且並不允許在冬季進行被動式太陽能加熱(儘管本文中所描述之實施例包括低E塗層)。狀態2至4不但允許很少的光進入，而且允許很少的近紅外線光譜進入，且因而非想要的內部加熱戲劇性地減少，從而(例如)允許節省在炎熱的夏季月份期間用以冷卻建築物之能量。因而，需要使電致變色窗戶具有兩個以上狀態，該等中間狀態考慮到在需要時定製光及/或熱控制。如本文中所描述之電致變色窗戶單元亦減少顯著量的紫外線光譜進入建築物內部。

因而，一實施例為如下的一種窗戶單元：其中，第一(外部)電致變色器件之低透射狀態之透射率在約5%與約15%之間，且第一電致變色器件之高透射狀態之透射率在約75%與約95%之間；且第二(內部)電致變色器件之低透射狀態之透射率在約20%與約30%之間，且第二電致變色器件之高透射狀態之透射率在約75%與約95%之間。在一實施例中，作為兩個器件之高透射率值及低透射率值之乘積，窗戶單元具有如下四個光學狀態：i)在約60%與約90%之間的總(淨)透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。

在一實施例中，第一實質上透明基板與第二實質上透明基板兩者為建築用玻璃。藉由使用兩個低缺陷率電致變色器件(甚至在建築級玻璃基板上，(例如)如圖1及圖2中對齊)，該窗戶單元實際上不具有任何可見缺陷。一實施例為自本文中所描述之窗戶單元建構之IGU。歸因於對控制大建築物中之能量成本的大需求，故尤其需要建築用玻璃窗戶單元。

一實施例為包括如下組件之IGU：一第一建築用玻璃窗格，其包括安置於其上之一第一電致變色器件；一第二建築用玻璃窗格，其包括安置於 其上之一第二電致變色器件；一密封分離器，其處於第一窗格與第二窗格之間，該密封分離器連同第一窗格及第二窗格一起界定在第一窗格與第二窗格之間的一內部區域；及在該內部區域中之惰性氣體或真空；其中第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者處於該內部區域中。該IGU中的窗格中之一者或兩者可具有低E塗層。在一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者為完全固態且無機的。在另一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者為兩狀態電致變色器件且該IGU具有四個光學狀態。在一實施例中，該四個光學狀態為：i)在約60%與約90%之間的總透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。在一實施例中，該IGU不具有任何可見缺陷。

補充方法與所描述之該等器件實施例一致。一實施例為提供電致變色窗戶中之透射率之分級的方法，該方法包括：(i)將一第一電致變色窗戶窗格及一第二電致變色窗戶窗格組合成一IGU，其中第一電致變色窗格及第二電致變色窗格中之每一者具有兩個光學狀態：高透射率及低透射率；及(ii)以四種模式來操作該兩個電致變色窗戶窗格，該四種模式包括：1.兩個窗格處於其高透射率；2.第一電致變色窗戶窗格處於其低透射率且第二電致變色窗戶窗格處於其高透射率；3.第一電致變色窗戶窗格處於其高透射率且第二電致變色窗戶窗格處於其低透射率；及4.兩個窗格處於其低透射率。在一實施例中，第一電致變色窗戶窗格為該電致變色窗戶之內部窗格且第二電致變色窗戶窗格為該電致變色窗戶之外部窗格，且第一電致變色窗格之低透射率大於第二電致變色窗戶窗格之低透射率。

一實施例為一種多窗格之電致變色窗戶，其中每一窗格包括一電致 變色器件且其中該等電致變色器件中之至少一者具有中間狀態能力，亦即，可達成在極端狀態(亦即，完全變暗及完全變亮狀態)之間的可變著色狀態。此實施例之值為較寬的動態狀態範圍，而非如(例如)關於表1所描述之「數位」狀態。在一實施例中，該窗戶單元具有兩個玻璃窗格，在另一實施例中，具有三個玻璃窗格。

本發明之另一態樣為一種具有一或多個EC器件之多窗格EC窗戶單元，該窗戶單元之一單獨窗格上一EC器件，該窗戶單元包括一並不具有EC器件但確實包括至少一可加熱之透明導電氧化物的窗格。在一實施例中，窗戶單元之「唯TCO」窗格亦可包括UV及/或IR吸收塗層及/或反射塗層、低E塗層及其類似者。如本文中所描述，可經由(例如)供應電以使電流流過該透明導電氧化物之匯流排條來加熱該透明導電氧化物。在一實施例中，該窗戶單元具有三個窗格，兩個窗格各自具有其自身的EC器件，且第三窗格具有可加熱之透明導電氧化物。在一實施例中，該等窗格之次序為具有EC器件之第一窗格、具有EC器件之第二窗格及接著的具有可加熱之TCO之第三窗格。在一實施例中，各自具有一EC器件之第一窗格及第二窗格可經組態，以使得該等EC器件(參看圖1中之表面)(例如)處於表面2及表面3上或(例如)處於表面2及表面4上；組合第三窗格上面向(例如)表面4之TCO。亦即，第二EC窗格及唯TCO窗格連同如本文中所描述之分離器形成一第二內部區域，第二窗格之EC器件及該唯TCO窗格之TCO處於該第二內部區域中。在一實例中，在安裝窗戶單元時，第三窗格為在建築物內部之最內部窗格。在另一實例中，第三窗格處於第一窗格與第二窗格之間，第一窗格及第二窗格中之每一者上具有一EC器件。

圖4說明具有兩個EC窗格之三窗格窗戶單元之兩個組態，每一EC窗 格具有一EC器件且第三窗格具有一可加熱之TCO。組態400a展示具有EC器件(如本文中所描述)410之第一窗格(如本文中所描述)405。分離器(如本文中所描述)425a分離且密封在窗格405與窗格415之間的第一內部區域。窗格415上具有EC器件420。第二分離器425b分離且密封在窗格415與第三窗格435之間的第二內部區域，第三窗格435上具有可加熱之TCO 430。在組態400b中，EC器件420處於第二內部空間中，與TCO 430相反且面向TCO 430。一般熟習此項技術者將瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，EC器件或TCO可處於曝露於周圍條件之窗格的面上，而非內部區域中。

另一實施例為如關於圖4所描述之窗戶單元，但其中410、420及430中之每一者各自為如本文中所描述之電致變色器件。在一實施例中，器件410及430為全固態且無機的，器件420則為在玻璃基板上或聚合物膜上之基於有機物質之EC器件。在另一實施例中，所有三個EC器件為全固態且無機的。

另一實施例為如關於圖4所描述之窗戶單元，但其中420及415由一UV及/或IR吸收劑及/或反射膜來取代且外部兩個窗格為如本文中所描述之EC器件窗格。舉例而言，一實施例為具有兩個EC窗格及安置於內部空間中之一或多個UV及/或IR吸收劑及/或反射膜之窗戶單元。圖4中之組態(具有兩個隔片)為實施此實施例之一方式。

一實施例為如本文中所描述之窗戶單元，其中EC器件中之至少一者的透明導電氧化物可(例如)經由施加電以電阻性加熱TCO來加熱。一實施例為如本文中所描述之兩窗格電致變色窗戶，其中每一窗格在內部區域中在其面(如關於圖1所描述之表面2及3)上具有一EC器件且該等EC器件中之 一者的至少一透明導電氧化物經組態以用於經由施加電來加熱，該加熱獨立於EC器件之操作。當以一窗格曝露於外部且另一窗格曝露於內部方式來安裝於建築物中時，此可加熱之TCO可處於面向建築物內部或外部之側面上。如上文所描述，當使用兩個可加熱之TCO時，存在相關聯之絕緣及EC轉變益處。

另一態樣為一種具有兩個窗格(基板)之多窗格EC窗戶單元，其中第一基板具有電致變色器件，第二透明基板並不具有電致變色器件，但第二基板確實包括可(例如)經由經匯流排條施加電來加熱之透明導電氧化物(例如，氧化銦錫)。在一實例中，以與圖2中所描繪之彼組態方式類似方式來組態窗戶單元，但其中(例如)220並非EC器件，而是可加熱之TCO。因而，一實施例為一種窗戶單元，其包括：一第一實質上透明基板及安置於其上之一電致變色器件；一第二實質上透明基板及在其上之一可加熱之透明導電氧化物層；及一密封分離器，其在第一實質上透明基板與第二實質上透明基板之間，該密封分離器連同第一實質上透明基板及第二實質上透明基板一起界定一熱絕緣之內部區域。在一實施例中，該電致變色器件及該可加熱之透明導電氧化物均處於該內部區域中。在一實施例中，該第二實質上透明基板包含一紅外線反射塗層及/或紅外線吸收塗層。在一實施例中，該電致變色器件為全固態且無機的。

上述組態之優點包括：1)改良之絕緣性質(U值)；2)用於如一些UV/IR濾光將透過而發生之懸膜(亦即，基於有機物質)的材料之更多靈活性，例如第一較穩固無機器件，其將允許在窗戶單元之內部區域中使用較不穩固的有機器件；及3)利用透明導電氧化物作為用於(例如)在夜晚及/或較冷天氣期間(例如)在低溫條件下絕緣及/或輔助EC轉變以阻止透過窗戶 之熱損失的加熱元件。

另一實施例為一種在窗戶單元中之多個光學狀態之間改變之方法，其包括：(i)改變一第一實質上透明基板之一第一電致變色器件的光學狀態，而不改變一第二實質上透明基板上之一第二電致變色器件的光學狀態，其中該窗戶單元包括藉由一密封分離器而連接之第一實質上透明基板及第二實質上透明基板，該密封分離器連同第一實質上透明基板及第二實質上透明基板一起界定一內部區域；及(ii)改變第二電致變色器件之光學狀態而不改變第一電致變色器件之光學狀態。此方法可進一步包括與改變第二電致變色器件之光學狀態同時地改變第一電致變色器件之光學狀態。藉由組合此等動作，對於終端使用者而言，窗戶單元具有多個光學狀態。

另一實施例為一種製造窗戶單元之方法，該方法包括：實質上平行於彼此地配置安置有一第一電致變色器件之一第一實質上透明基板及安置有一第二電致變色器件之一第二實質上透明基板；及在第一實質上透明基板與第二實質上透明基板之間安裝一密封分離器，該密封分離器連同第一實質上透明基板及第二實質上透明基板一起界定一內部區域，該內部區域熱絕緣。在一實施例中，第一實質上透明基板及第二實質上透明基板中之至少一者包括建築用玻璃。在一實施例中，第一實質上透明基板及第二實質上透明基板中之至少一者進一步包括低發射率塗層。在另一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者面向內部區域。在一實施例中，第一電致變色器件及第二電致變色器件中之至少一者為兩狀態電致變色器件，在另一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者為兩狀態電致變色器件且該窗戶單元具有四個光學狀態。在一實施例中，第一電致變色器件及第二電致變色器件中之至少一者為一完全固態且無機器 件。在一實施例中，第一電致變色器件之低透射狀態之透射率在約5%與約15%之間，且第一電致變色器件之高透射狀態之透射率在約75%與約95%之間；且第二電致變色器件之低透射狀態之透射率在約20%與約30%之間，且第二電致變色器件之高透射狀態之透射率在約75%與約95%之間。在一實施例中，該四個光學狀態為：i)在約60%與約90%之間的總透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。該密封分離器氣密地密封該內部區域且該內部區域可含有惰性氣體或真空及/或為實質上無液體的。在一實施例中，該窗戶單元不具有任何可見缺陷。在另一實施例中，該窗戶單元為IGU。

另一實施例為一種製造IGU之方法，該方法包括：以一實質上平行配置來配置一第一建築用玻璃窗格及一第二建築用玻璃窗格，其中第一窗格包括安置於其上之一第一電致變色器件，且第二窗格包括安置於其上之一第二電致變色器件；在第一窗格與第二窗格之間安裝一密封分離器，該密封分離器連同第一窗格及第二窗格一起界定在第一窗格與第二窗格之間的一內部區域，該內部區域熱絕緣；及用惰性氣體充填該內部區域；其中第一電致變色器件及第二電致變色器件處於該內部區域中且兩者均為完全固態且無機的。在一實施例中，第一窗格及第二窗格中之至少一者進一步包括低發射率塗層。在另一實施例中，第一電致變色器件與第二電致變色器件兩者為兩狀態電致變色器件且該IGU具有四個光學狀態。在一實施例中，該四個光學狀態為：i)在約60%與約90%之間的總透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。在一實施例中，該IGU不具有任何 可見缺陷。

如所描述，實際上任何電致變色器件可藉由本發明來運作。在一些實施例中，在窗戶單元中使用一種以上類型之電致變色器件，例如，在外部窗格上使用較穩固電致變色器件而在內部窗格上使用較不穩固器件。全固態且無機之電致變色器件尤其極其適合於本發明。因而，針對內容背景且關於包括此等器件之實施例，下文關於兩種類型之全固態且無機之電致變色器件(尤其低缺陷率全固態且無機之電致變色器件)來描述電致變色器件技術。因為此等器件之低缺陷率及穩固性，所以此等器件尤其極其適合於本文中所描述之實施例。本發明之一實施例為包括一或多個電致變色器件之任何所描述之實施例，其中該一或多個電致變色器件選自下文所描述之第一類型及第二類型。在一特定實施例中，該第一或多個電致變色器件為低缺陷率器件，其中該缺陷率位準在下文中加以定義。第一類型為在電致變色堆疊中具有相異材料層之器件，第二類型為具有離子導電電子絕緣界面區域之器件，該離子導電電子絕緣界面區域起到如第一類型中之相異離子導電層之功能。

具有相異層之低缺陷率固態且無機之電致變色器件

圖5描繪電致變色器件500之示意性橫截面。電致變色器件500包括基板502、導電層(CL)504、電致變色層(EC)506、離子導電層(IC)508、對立電極層(CE)510及導電層(CL)514。將層504、506、508、510及514共同稱作電致變色堆疊520。可操作以跨越電致變色堆疊520施加電位之電壓源516實現自(例如)漂白狀態至著色狀態(所描繪)之電致變色器件的轉變。可相對於基板來反轉層之次序。

可將如所描述之具有相異層的電致變色器件製造為具有低缺陷率之 全固態且無機器件。在以下各申請案中更詳細地描述此等全固態且無機之電致變色器件及其製造方法：2009年12月22日申請之題為「Fabrication of Low-Defectivity Electrochromic Devices」且命名Mark Kozlowski等人為發明者之美國專利申請案第12/645,111號；2009年12月22日申請之題為「Electrochromic Devices」且命名Zhongchun Wang等人為發明者之美國專利申請案第12/645,159號；出於所有目的而將此兩個申請案以引用的方式併入本文中。

應理解，對在漂白狀態與著色狀態之間的轉變之參考為非限制性的且僅建議可實施之電致變色轉變之許多實例當中的一實例。除非本文中以其他方式指定，否則，不論何時參考漂白-著色轉變，對應器件或程序均涵蓋其他光學狀態轉變，諸如非反射性-反射性、透明-不透明等。另外，術語「漂白」指代光學上中性狀態，例如未著色、透明或半透明。再另外，除非本文中以其他方式指定，否則，電致變色轉變之「顏色」不限於任何特定波長或波長範圍。如熟習此項技術者理解，適當電致變色及對立電極材料之選擇控管相關光學轉變。

在特定實施例中，該電致變色器件在漂白狀態與著色狀態之間可逆地循環。在漂白狀態下，將一電位施加至電致變色堆疊520，以使得堆疊中可造成電致變色材料506處於著色狀態之可用離子主要駐留於對立電極510中。當電致變色堆疊上之電位反轉時，該等離子跨越離子導電層508而輸送至電致變色材料506且造成該材料進入著色狀態。下文描述自漂白至著色狀態及自著色至漂白狀態之轉變的更詳細描述。

在特定實施例中，構成電致變色堆疊520之所有材料為無機的、固態的(亦即，處於固態)或為無機且固態的。因為有機材料傾向於隨時間降 解，所以無機材料提供可在延長的時間週期內起作用之可靠電致變色堆疊的優點。處於固態之材料亦提供不具有圍阻及洩漏問題(如處於液態之材料常常具有的問題)之優點。下文詳細論述電致變色器件中的該等層中之每一者。應理解，該堆疊中的該等層中之任何一或多者可含有某量之有機材料，但在許多實施方案中，該等層中之一或多者幾乎不含或完全不含有機物質。對於可以小量存在於一或多層中的液體，情形亦可如此。亦應理解，可藉由使用液體組份之製程(諸如，使用溶膠-凝膠或化學氣相沈積之特定製程)來沈積或以其他方式形成固態材料。

再次參看圖5，電壓源516通常為低壓電源且可經組態以結合輻射及其他環境感測器操作。電壓源516亦可經組態以與能量管理系統介接，該能量管理系統諸如根據多個因素(諸如，年時間、日時間，及所量測之環境條件)控制電致變色器件之電腦系統。結合大面積電致變色器件(亦即，電致變色窗戶)之此能量管理系統可戲劇性地降低建築物之能量消耗。如將自本文中所描述之多窗格之電致變色窗戶的描述顯而易見，關於加熱及冷卻之特定能量節省得到實現。

可將具有合適光學、電、熱及機械性質之任何材料用作基板502。此等基板包括(例如)玻璃、塑膠及鏡面材料。合適塑膠基板包括(例如)丙烯酸、聚苯乙烯、聚碳酸酯、烯丙基二乙二醇碳酸酯、苯乙烯丙烯腈共聚物(SAN)、聚(4-甲基-1-戊烯)、聚酯、聚醯亞胺等。若使用塑膠基板，則較佳地，使用(例如)類似鑽石之保護塗層、矽石/聚矽氧抗磨損塗層或其類似者(諸如，塑膠鑲嵌玻璃技術中所熟知的)之硬塗層來達成障壁保護及磨損保護。合適玻璃包括清晰或有色之鹼石灰玻璃，包括鹼石灰浮法玻璃。該玻璃可為經回火的或未經回火的。在玻璃(例如，鹼石灰玻璃)用作基板 502之電致變色器件500之一些實施例中，在基板502與導電層504之間存在一鈉擴散障壁層(未圖示)以防止鈉離子自玻璃擴散至導電層504中。

在一些實施例中，基板502之光學透射率(transmittance)(亦即，透射之輻射或光譜對入射輻射或光譜之比率)或「透射率(transmissivity)」為約40%至95%，例如約90%至92%。只要基板具有合適機械性質以支撐電致變色堆疊520，該基板便可具有任何厚度。雖然基板502可具有實際上任何合適厚度，但在一些實施例中，其厚度為約0.01mm至10mm，較佳厚度約3mm至9mm。本文中所描述之多窗格之窗戶單元可具有不同厚度之個別窗格。在一實施例中，內部(最接近結構內部)窗格比必須耐受更多極端曝露之外部(最接近外部環境)窗格薄。

在一些實施例中，該基板為建築用玻璃。建築用玻璃為用作建築物材料之玻璃。建築用玻璃通常用於商業建築物中，但亦可用於居民建築物中，且通常(儘管未必)將室內環境與室外環境分離開。在特定實施例中，建築用玻璃為至少20英吋乘20英吋，且可能更大(例如，與約72英吋乘120英吋一般大)。建築用玻璃之厚度通常至少約2mm。厚度小於約3.2mm之建築用玻璃無法經回火。在以建築用玻璃作為基板之一些實施例中，甚至在於基板上製造出電致變色堆疊之後，該基板仍可經回火。在以建築用玻璃作為基板之一些實施例中，基板為來自浮法玻璃生產線錫(tin float line)之鹼石灰玻璃。在建築用玻璃基板之可見光譜上的百分比透射(亦即，跨越可見光譜之積分透射)大體上大於中性基板情況之80%，但可能低於著色基板情況。較佳地，在可見光譜上的基板之百分比透射為至少約90%(例如，約90%至92%)。可見光譜為典型人眼將作出回應之光譜，大體上約380nm(紫)至約780nm(紅)。在一些狀況下，該玻璃具有在約10 nm與約30nm之間的表面粗糙度。

導電層504在基板502之上。在特定實施例中，導電層504及514中之一者或兩者為無機且/或固態的。導電層504及514可由若干種不同材料製成，該等不同材料包括導電氧化物、薄金屬塗層、導電金屬氮化物及複合導體。通常，導電層504及514至少在電致變色層展現出電致變色之波長範圍中為透明的。透明導電氧化物包括金屬氧化物及摻雜有一或多種金屬之金屬氧化物。此等金屬氧化物及經摻雜金屬氧化物之實例包括氧化銦、氧化銦錫、經摻雜氧化銦、氧化錫、經摻雜氧化錫、氧化鋅、氧化鋁鋅、經摻雜氧化鋅、氧化釕、經摻雜氧化釕及其類似者。由於氧化物常常用於此等層，故有時將其稱作「透明導電氧化物」(TCO)層。亦可使用實質上透明之薄金屬塗層。用於此等薄金屬塗層之金屬的實例包括過渡金屬，包括金、鉑、銀、鋁、鎳合金及其類似者。亦使用在鑲嵌玻璃行業中熟知的基於銀之薄金屬塗層。導電氮化物之實例包括氮化鈦、氮化鉭、氮氧化鈦及氮氧化鉭。導電層504及514亦可為複合導體。可藉由以下操作來製造此等複合導體：將高度導電之陶瓷及金屬線或導電層圖案置放於基板之面中之一者上，且接著用諸如經摻雜氧化錫或氧化銦錫之透明導電材料來過度塗佈。理想地，此等導線應足夠薄以便對於肉眼而言為不可見的(例如，約100μm或更薄)。

在一些實施例中，可購得之基板(諸如，玻璃基板)含有透明導電層塗層。此等產品可用於基板502與導電層504兩者。此等玻璃之實例包括在Toledo(Ohio)的Pilkington之商標TEC Glass^TM及在Pittsburgh(Pennsylvania)的PPG Industries之SUNGATE^TM 300及SUNGATE^TM 500下出售的塗佈有導電層之玻璃。TEC Glass^TM為塗佈有經氟化氧化錫導電 層之玻璃。氧化銦錫亦為常用之實質上透明導電層。

在一些實施例中，針對兩個導電層(亦即，導電層504及514)使用相同導電層。在一些實施例中，針對每一導電層504及514使用不同導電材料。舉例而言，在一些實施例中，針對基板502(浮法玻璃)及導電層504(經氟化氧化錫)使用TEC Glass^TM且針對導電層514使用氧化銦錫。如上文所註釋，在使用TEC Glass^TM之一些實施例中，在玻璃基板502與TEC導電層504之間存在一鈉擴散障壁，此係因為浮法玻璃可具有高鈉含量。

在一些實施中，如經提供以用於製造之導電層的組合物應基於與該導電層接觸之鄰近層(例如，電致變色層506或對立電極層510)之組合物而選擇或定製。對於金屬氧化物導電層，例如，導電性係依據導電層材料中之氧空位的數目，且金屬氧化物中之氧空位的數目受鄰近層之組合物影響。針對導電層之選擇準則亦可包括材料之電化學穩定性及用以避免氧化或更常見的移動離子物質之還原的能力。

該等導電層之功能為：將由電壓源516提供之電位經由電致變色堆疊520之表面散播至該堆疊之內部區域(以極少之歐姆電位降)。經由至導電層之電連接件將該電位轉移至該等導電層。在一些實施例中，匯流排條(一匯流排條與導電層504接觸且一匯流排條與導電層514接觸)提供電壓源516與導電層504及514之間的電連接。導電層504及514亦可藉由其他習知方式而連接至電壓源516。

在一些實施例中，導電層504及514之厚度在約5nm與約10,000nm之間。在一些實施例中，導電層504及514之厚度在約10nm與約1,000nm之間。在其他實施例中，導電層504及514之厚度在約10nm與約500nm之 間。在針對基板502及導電層504使用TEC Glass^TM之一些實施例中，導電層之厚度為約400nm。在針對導電層514使用氧化銦錫之一些實施例中，導電層之厚度為約100nm至400nm(在一實施例中為280nm)。更大體而言，只要所用之導電材料層提供必要的電性質(例如，導電性)及光學性質(例如，透射率)，便可使用較厚之導電材料層。大體而言，導電層504及514儘可能薄以增加透明度且減少成本。在某一實施例中，導電層實質上為結晶體。在某一實施例中，導電層為具有高分率之大等軸晶粒之結晶體。

每一導電層504及514之厚度亦實質上均勻。需要導電層504之平滑層(亦即，低粗糙度，Ra)，以使得電致變色堆疊520之其他層更具順應性。在一實施例中，實質上均勻導電層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±10%。在另一實施例中，實質上均勻導電層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±5%。在另一實施例中，實質上均勻導電層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±2%。

因為導電層所橫跨之相對大面積，所以導電層之薄層電阻(R_s)亦為重要的。在一些實施例中，導電層504及514之薄層電阻在約5歐姆每平方至約30歐姆每平方之間。在一些實施例中，導電層504及514之薄層電阻為約15歐姆每平方。大體而言，需要該兩個導電層中之每一者的薄層電阻大約相同。在一實施例中，該兩個層各自具有在約10歐姆每平方與約15歐姆每平方之間的薄層電阻。

電致變色層506上覆導電層504。在實施例中，電致變色層506為無機及/或固態的，在典型實施例中為無機且固態的。該電致變色層可含有若干種不同電致變色材料(包括金屬氧化物)中之任何一或多者。此等金屬氧 化物包括氧化鎢(WO₃)、氧化鉬(MoO₃)、氧化鈮(Nb₂O₅)、氧化鈦(TiO₂)、氧化銅(CuO)、氧化銥(Ir₂O₃)、氧化鉻(Cr₂O₃)、氧化錳(Mn₂O₃)、氧化釩(V₂O₅)、氧化鎳(Ni₂O₃)、氧化鈷(Co₂O₃)及其類似者。在一些實施例中，用諸如鋰、鈉、鉀、鉬、釩、鈦及/或其他合適金屬或含金屬之化合物之一或多種摻雜劑來摻雜金屬氧化物。在特定實施例中，亦使用混合氧化物(例如，W-Mo氧化物、W-V氧化物)。包含金屬氧化物之電致變色層506能夠接收自對立電極層510轉移之離子。

在一些實施例中，針對電致變色層506使用氧化鎢或經摻雜氧化鎢。在一實施例中，該電致變色層實質上由WO_x製成，其中「x」指代該電致變色層中的氧對鎢之原子比率，且x在約2.7與3.5之間。已表明：僅低於化學計量之氧化鎢展現出電致變色；亦即，化學計量之氧化鎢WO₃並不展現出電致變色。在一更特定實施例中，針對該電致變色層使用x小於3.0且至少約2.7之WO_x。在另一實施例中，該電致變色層為WO_x，其中x在約2.7與約2.9之間。諸如拉塞福背向散射譜學(RBS)之技術可識別包括鍵結至鎢之氧原子及未鍵結至鎢之氧原子的氧原子之總數目。在一些例子中，大概歸因於未鍵結之過剩氧連同低於化學計量之氧化鎢，x為3或大於3之氧化鎢層展現出電致變色。在另一實施例中，該氧化鎢層具有化學計量或大於化學計量之氧，其中x為3.0至約3.5。

在特定實施例中，氧化鎢為結晶體、奈米晶或非晶形。在一些實施例中，氧化鎢為具有平均大小為自約5nm至約50nm(或自約5nm至約20nm)之晶粒大小的實質上奈米晶(如藉由透射電子顯微鏡技術(TEM)特性化)。亦可使用x射線繞射(XRD)將氧化鎢形態特性化為奈米晶。舉例而言，可藉由以下XRD特徵來特性化奈米晶電致變色氧化鎢：約10nm至約 100nm(例如，約55nm)之晶粒大小。另外，奈米晶氧化鎢可(例如)在大約若干(約5至約20)個氧化鎢單元晶胞上展現出有限長距秩序排列。

電致變色層506之厚度取決於經選擇以用於該電致變色層之電致變色材料。在一些實施例中，電致變色層506為約50nm至2,000nm，或約200nm至700nm。在一些實施例中，該電致變色層為約300nm至約500nm。電致變色層506之厚度亦為實質上均勻的。在一實施例中，實質上均勻電致變色層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±10%。在另一實施例中，實質上均勻電致變色層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±5%。在另一實施例中，實質上均勻電致變色層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±3%。

大體而言，在電致變色材料中，電致變色材料之著色(或任何光學性質中之改變一例如，吸收率、反射率及透射率)係由至材料中之可逆離子插入(例如，夾層)及平衡電子之電荷之對應注入所造成。通常負責光學轉變之某分率的離子不可逆地約束於電致變色材料中。如下文所解釋，使用不可逆地約束之離子中之一些或全部來補償材料中之「盲電荷」(blind charge)。在大多數電致變色材料中，合適離子包括鋰離子(Li⁺)及氫離子(H⁺)(亦即，質子)。然而，在一些狀況下，其他離子將為合適的。此等離子包括(例如)氘離子(D⁺)、鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)、鈣離子(Ca⁺⁺)、鋇離子(Ba⁺⁺)、鍶離子(Sr⁺⁺)及鎂離子(Mg⁺⁺)。在本文中所描述之各種實施例中，使用鋰離子來產生電致變色現象。至氧化鎢(WO_3-y(0<y

~0.3))中之鋰離子之夾層使得氧化鎢自透明(漂白狀態)改變至藍(著色狀態)。

再次參看圖5，在電致變色堆疊520中，離子導電層508上覆電致變色層506。對立電極層510在離子導電層508之上。在一些實施例中，對立電 極層510為無機及/或固態的。該對立電極層可包含能夠在該電致變色器件處於漂白狀態時充當離子儲集器之若干種不同材料中之一或多者。在藉由(例如)施加適當電位而起始電致變色轉變期間，該對立電極層將其所固持之離子中的一些或全部轉移至該電致變色層，從而將該電致變色層改變至著色狀態。同時，在NiWO之狀況下，該對立電極層藉由離子之損失而著色。

在一些實施例中，補充WO₃之用於該對立電極的合適材料包括氧化鎳(NiO)、氧化鎳鎢(NiWO)、氧化鎳釩、氧化鎳鉻、氧化鎳鋁、氧化鎳錳、氧化鎳鎂、氧化鉻(Cr₂O₃)、氧化錳(MnO₂)、普魯士藍。光學上被動之對立電極包含氧化鈰鈦(CeO₂-TiO₂)、氧化鈰鋯(CeO₂-ZrO₂)、氧化鎳(NiO)、氧化鎳鎢(NiWO)、氧化釩(V₂O₅)及氧化物之混合物(例如，Ni₂O₃及WO₃之混合物)。亦可使用具有包括(例如)鉭及鎢之摻雜劑的此等氧化物之經摻雜調配物。因為對立電極層510含有用以在該電致變色材料處於漂白狀態時在該電致變色材料中產生電致變色現象之離子，所以該對立電極較佳地在其固持顯著量之此等離子時具有高透射率及中性顏色。

在一些實施例中，在對立電極層中使用氧化鎳鎢(NiWO)。在特定實施例中，存在於氧化鎳鎢中之鎳的量可高達氧化鎳鎢之重量的約90%。在一特定實施例中，氧化鎳鎢中的鎳對鎢之質量比在約4：6與6：4之間(例如，約1：1)。在一實施例中，該NiWO在約15%(原子)Ni與約60% Ni之間；在約10% W與約40% W之間；且在約30% O與約75% O之間。在另一實施例中，該NiMO在約30%(原子)Ni與約45% Ni之間；在約10% W與約25% W之間；且在約35% O與約50% O之間。在一實施例中，該NiMO為約42%(原子)Ni、約14% W及約44% O。

當自由氧化鎳鎢製成之對立電極510移除電荷(亦即，將離子自對立電極510輸送至電致變色層506)時，該對立電極層將自透明狀態轉變成棕色著色狀態。

該對立電極形態可為結晶體、奈米晶或非晶形。在對立電極層為氧化鎳鎢之一些實施例中，對立電極材料為非晶形或實質上非晶形。已發現，實質上非晶形氧化鎳鎢對立電極在某些條件下更好地執行(與其結晶對應物相比較)。可經由使用下文所描述之特定處理條件來獲得氧化鎳鎢之非晶形態。雖然不希望約束至任何理論或機制，但咸信，在濺鍍製程中藉由相對較高能量原子來產生非晶形氧化鎳鎢。例如，在具有較高目標電力、較低腔室壓力(亦即，較高真空)及較小來源至基板距離之濺鍍製程中獲得較高能量原子。在所描述之製程條件下，產生在UV/熱曝露下具有較佳穩定性之較高密度膜。

在一些實施例中，對立電極之厚度為約50nm至約650nm。在一些實施例中，對立電極之厚度為約100nm至約400nm，較佳在約200nm至300nm之範圍中。對立電極層510之厚度亦為實質上均勻的。在一實施例中，實質上均勻對立電極層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±10%。在另一實施例中，實質上均勻對立電極層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±5%。在另一實施例中，實質上均勻對立電極層之變化僅為前述厚度範圍中之每一者中的約±3%。

在漂白狀態期間固持於對立電極層中的(及對應地在著色狀態期間在電致變色層中的)且可用以驅動電致變色轉變之離子的量取決於該等層之組合物以及該等層之厚度及製造方法。電致變色層與對立電極層兩者能夠支撐每平方公分之層表面積數十毫庫侖之鄰域中的可用電荷(呈鋰離子及 電子之形式)。電致變色膜之充電容量為可藉由施加外部電壓或電位來可逆地在膜之每單位面積及單位厚度上裝載及卸載之電荷之量。在一實施例中，該WO₃層具有在約30mC/cm²/μm與約150mC/cm²/μm之間的充電容量。在另一實施例中，該WO₃層具有在約50mC/cm²/μm與約100mC/cm²/μm之間的充電容量。在一實施例中，該NiWO層具有在約75mC/cm²/μm與約200mC/cm²/μm之間的充電容量。在另一實施例中，該NiWO層具有在約100mC/cm²/μm與約150mC/cm²/μm之間的充電容量。

在於電致變色層506與對立電極層510之間具有相異層之電致變色器件中，存在離子導電層508。離子導電層508在該電致變色器件於漂白狀態與著色狀態之間轉變時充當(以電解質之方式)藉以輸送離子之介質。較佳地，離子導電層508對於電致變色層及對立電極層之相關離子高度導電，但具有足夠低的電子導電率以致在正常操作期間發生可忽略的電子轉移。具有高離子導電率之薄離子導電層准許快速離子導電及因此的針對高效能電致變色器件之快速切換。在特定實施例中，離子導電層508為無機及/或固態的。在由材料製造且以產生相對較少缺陷之方式來製造時，可將離子導體層製得極薄以產生高效能器件。在各種實施中，離子導體材料具有在約10⁸西門子/cm或Ω^-1cm^-1與約10⁹西門子/cm或Ω^-1cm^-1之間的離子導電率及約10¹¹Ω-cm之電子電阻。

合適離子導電層之實例(針對具有相異IC層之電致變色器件)包括矽酸鹽、氧化矽、氧化鎢、氧化鉭、氧化鈮及硼酸鹽。該等氧化矽包括氧化矽鋁。可用包括鋰之不同摻雜劑來摻雜此等材料。摻雜鋰之氧化矽包括氧化鋰矽鋁。在一些實施例中，該離子導電層包含基於矽酸鹽之結構。在其他實施例中，特別經調適以用於鋰離子輸送之合適鋰導體包括(但不限於)矽 酸鋰、矽酸鋰鋁、硼酸鋰鋁、氟化鋰鋁、硼酸鋰、氮化鋰、矽酸鋰鋯、鈮酸鋰、硼矽酸鋰、磷矽酸鋰及其他此等基於鋰之陶瓷材料、矽石或氧化矽，包括氧化鋰矽。然而，任何材料可用於離子導電層508，其限制條件為：該材料可經製造而具有低缺陷率，且允許對立電極層510至電致變色層506之間的離子通道，同時實質上防止電子通道。

在特定實施例中，離子導電層為結晶體、奈米晶或非晶形。通常，離子導電層為非晶形的。在另一實施例中，離子導電層為奈米晶。在又一實施例中，離子導電層為結晶體。

在一些實施例中，針對離子導電層508使用氧化矽鋁(SiAlO)。在特定實施例中，用以經由濺鍍製造離子導體層之矽/鋁標靶含有在約6與約20原子百分比之間的鋁。此情形界定離子導電層中的矽對鋁之比率。在一些實施例中，氧化矽鋁離子導電層508為非晶形的。

離子導電層508之厚度可取決於材料而變化。在一些實施例中，離子導電層508之厚度為約5nm至100nm，較佳厚度為約10nm至60nm。在一些實施例中，離子導電層之厚度為約15nm至40nm或厚度為約25nm至30nm。離子導電層之厚度亦為實質上均勻的。在一實施例中，實質上均勻離子導電層之變化不大於前述厚度範圍中之每一者中的約±10%。在另一實施例中，實質上均勻離子導電層之變化不大於前述厚度範圍中之每一者中的約±5%。在另一實施例中，實質上均勻離子導電層之變化不大於前述厚度範圍中之每一者中的約±3%。

跨越電致變色層與對立電極層之間的離子導電層所輸送之離子用以實現電致變色層中之顏色改變(亦即，使電致變色器件自漂白狀態改變至著色狀態)。取決於針對電致變色器件堆疊之材料的選擇，此等離子包括 鋰離子(Li⁺)及氫離子(H⁺)(亦即，質子)。如上文所提及，在特定實施例中，可使用其他離子。此等離子包括氘離子(D⁺)、鈉離子(Na⁺)、鉀離子(K⁺)、鈣離子(Ca⁺⁺)、鋇離子(Ba⁺⁺)、鍶離子(Sr⁺⁺)及鎂離子(Mg⁺⁺)。

如所註釋，離子導電層508應具有極少缺陷。除其他問題之外，離子導電層中之缺陷可導致電致變色層與對立電極層之間的短路(下文關於圖5更詳細描述)。當在帶有相反電荷之導電層之間建立電連通時，發生短路，例如，導電微粒與兩個導電且帶有電荷之層中之每一者接觸(與「針孔」成對比，「針孔」為並不會在帶有相反電荷之導電層之間形成短路之缺陷)。當發生短路時，電子而非離子在電致變色層與對立電極之間遷移，當電致變色器件另外處於著色狀態時，通常導致短路之位置處的亮點(亦即，窗戶並不切換而改為維持常常比著色狀態亮得多之開路著色的點)。在電致變色層與對立電極層之間無任何短路之情況下，離子導電層較佳地儘可能薄。如所指示，離子導電層508(或電致變色器件中之別處)中之低缺陷率允許較薄之離子導電層508。當使用薄離子導電層時，藉由電化學循環進行的在電致變色層與對立電極層之間的離子輸送較快。為了達成一般化，本文中所指定之缺陷率準則可應用於堆疊中之任何特定層(離子導電層或其他層)或應用於作為整體之堆疊或應用於堆疊之任何部分。下文將進一步論述缺陷率準則。

電致變色器件500可包括一或多個額外層(未圖示)，諸如一或多個鈍化層。用以改良特定光學性質之鈍化層可包括於電致變色器件500中。用於提供抗濕氣或擦傷性之鈍化層亦可包括於電致變色器件500中。舉例而言，可用抗反射性或保護性氧化物或氮化物層來處理該等導電層。其他鈍化層可用以氣密地密封電致變色器件500。

圖6A為處於漂白狀態(轉變至漂白狀態)的電致變色器件之示意性橫截面。根據特定實施例，電致變色器件600包括氧化鎢電致變色層(EC)606及氧化鎳鎢對立電極層(CE)610。在一些狀況下，氧化鎢電致變色層606具有奈米晶或實質上奈米晶形態。在一些實施例中，氧化鎳鎢對立電極層610具有非晶形或實質上非晶形形態。在一些實施例中，氧化鎳鎢中之鎢對鎳之重量百分比比率為約0.40-0.60。

電致變色器件600亦包括基板602、導電層(CL)604、離子導電層(IC)608及導電層(CL)614。在一些實施例中，基板602及導電層604一起包含TEC-Glass^TM。如所指示，本文中所描述之電致變色器件(諸如，圖6A之彼等電致變色器件)常常可有益地應用於建築用玻璃中。因而，在一些實施例中，基板602具有使得可被分類為建築用玻璃之尺寸。在一些實施例中，導電層614為氧化銦錫(ITO)。在一些實施例中，離子導電層608為氧化矽鋁。

電壓源616經組態以經由至導電層604及614之合適連接件(例如，匯流排條)將電位施加至電致變色堆疊620。在一些實施例中，該電壓源經組態以施加約2伏特之電位以驅動該器件自一光學狀態轉變至另一光學狀態。如圖6A中所展示之電位的極性為使得離子(在此實例中為鋰離子)主要駐留於(如藉由虛線箭頭指示)氧化鎳鎢對立電極層610中的極性。

在使用氧化鎢作為電致變色層且使用氧化鎳鎢作為對立電極層之實施例中，電致變色層厚度對對立電極層厚度之比率可為約1.7：1至2.3：1(例如，約2：1)。在一些實施例中，電致變色氧化鎢層之厚度為約200nm至700nm。在其他實施例中，電致變色氧化鎢層之厚度為約400nm至500nm。在一些實施例中，氧化鎳鎢對立電極層之厚度為約100nm至350 nm。在其他實施例中，且氧化鎳鎢對立電極層之厚度為約200nm至250nm。在又其他實施例中，氧化鎳鎢對立電極層之厚度為約240nm。又，在一些實施例中，氧化矽鋁離子導電層608之厚度為約10nm至100nm。在其他實施例中，氧化矽鋁離子導電層之厚度為約20nm至50nm。

如上文所指示，電致變色材料可含有盲電荷。電致變色材料中之盲電荷為存在於如所製造之材料中、缺乏由帶有相反電荷之離子或其他電荷載流子進行的補償的電荷(例如，在氧化鎢電致變色材料之狀況下，為負電荷)。在氧化鎢情況下，例如，盲電荷之量值取決於在氧化鎢之濺鍍期間的過剩氧濃度。在功能上，必須在用以變換電致變色材料之離子可有效地改變電致變色材料之光學性質之前，補償盲電荷。在先前未進行盲電荷之補償的情況下，供應至電致變色材料之離子將不可逆地併入於材料中且對材料之光學狀態不具有任何效應。因而，電致變色器件通常具備足以補償盲電荷且足以提供用於可逆地在兩個光學狀態之間切換電致變色材料之離子供應的量的離子(諸如，鋰離子或質子)。在許多已知電致變色器件中，在補償盲電荷中之第一電化學循環期間，電荷損失。

在一些實施例中，鋰以足以補償電致變色層606中之盲電荷之量存在於電致變色堆疊620中，且因而為用以補償堆疊中之盲電荷(例如，最初在對立電極層610中)之量的約1.5至2.5倍之額外量(以質量計)。亦即，經提供以用於電致變色堆疊620中的電致變色層606與對立電極層610之間的可逆循環之鋰的量為用以補償盲電荷所需之鋰的量的約1.5至2.5倍。在一些實施例中，在電致變色堆疊620中存在足夠鋰以補償電致變色層606中之盲電荷且因而為堆疊中之對立電極層610或別處中之此量的約兩倍(以質量計)。

圖6B為圖6A中所展示的但處於著色狀態(或轉變至著色狀態)之電致變色器件600之示意性橫截面。在圖6B中，電壓源616之極性反轉，以便使電致變色層更負以接受額外鋰離子，且藉此轉變至著色狀態。如藉由虛線箭頭指示，跨越離子導電層608將鋰離子輸送至氧化鎢電致變色層606。展示處於著色狀態之氧化鎢電致變色層606。亦展示處於著色狀態之氧化鎳鎢對立電極610。如所解釋，由於氧化鎳鎢捨棄(脫嵌)鋰離子，故氧化鎳鎢逐漸變得更不透明。在此實例中，存在一協同效應，其中在減小透過堆疊及基板透射的光之量的同時附帶針對層606與610兩者至著色狀態之轉變。

上文所描述之全固態且無機電致變色器件具有低缺陷率及高可靠性，且因而尤其極其適合於本文中所描述之實施例。下文描述其他低缺陷率全固態且無機之電致變色器件。

無相異IC層之低缺陷率固態且無機之電致變色器件

如上文所描述，電致變色器件通常包括電致變色(「EC」)電極層及對立電極(「CE」)層，該兩層藉由對於離子高度導電且對於電子高度電阻性之離子導電(「IC」)層而分離。如習知地理解，離子導電層因此防止電致變色層與對立電極層之間的短路。離子導電層允許電致變色電極及對立電極固持電荷且藉此維持其漂白或著色狀態。在具有相異層之電致變色器件中，該等組件形成一堆疊，該堆疊包括包夾於電致變色電極層與對立電極層之間的離子導電層。此等三個堆疊組件之間的邊界係藉由組合物及/或微結構之突變來界定。因而，該等器件具有具兩個突變界面之三個相異層。

十分令人驚奇地是，已發現，可在不沈積離子導電電絕緣層之情況 下製造高品質電致變色器件。根據特定實施例，使對立電極及電致變色電極緊密地鄰近彼此(常常直接接觸)而形成，而非單獨地沈積離子導電層。咸信，各種製造程序及/或物理或化學機制在接觸的電致變色層與對立電極層之間產生界面區域，且此界面區域起到具有此相異層之器件中之離子導電電子絕緣層的至少一些功能。

在一些實施例中，本文中所描述之多窗格窗戶單元之一或多個窗格中使用具有離子導電電子絕緣界面區域(而非相異IC層)之此等電致變色器件。在以下各申請案中描述此等器件及其製造方法：各自於2010年4月30日申請之美國專利申請案第12/772,055號及第12/772,075號，及各自於2010年6月11日申請之美國專利申請案第12/814,277號及第12/814,279號-該四個申請案中之每一者之題為「Electrochromic Devices」，每一者均命名Zhongchun Wang等人為發明者，且出於所有目的而將每一者以引用的方式併入本文中。此等電致變色器件亦可經製造而具有低缺陷率且因而尤其極其適合於本文中所描述之多窗格窗戶單元。以下進行此等器件之簡要描述。

圖7為處於著色狀態的電致變色器件500之示意性橫截面，其中該器件具有起到相異IC層之功能的離子導電電子絕緣界面區域708。電壓源616、導電層614及604及基板602基本上與關於圖6A及圖6B所描述之組件相同。區域710在導電層614與604之間，區域710包括對立電極層610、電致變色層606及在對立電極層610與電致變色層606之間的離子導電電子絕緣界面區域708(而非一相異IC層)。在此實例中，在對立電極層610與界面區域708之間不存在任何相異邊界，在電致變色層606與界面區域708之間亦不存在相異邊界。實情為，在CE層610與界面區域708之間及在界面區 域708與EC層606之間，存在擴散轉變區。習知構思為：應將該三個層中之每一者安放為相異的、均勻沈積的且平滑之層以形成堆疊。每一層之間的界面應為「清潔的」，其中在該界面處幾乎不存在來自每一層的材料之互混。一般熟習此項技術者將認識到，在實務意義上，在層界面處不可避免地存在某種程度之材料混合，但重點在於：在習知製造方法中，任何此混合為無意的且最小。發明者已發現，可形成充當IC層之界面區域，其中根據設計，該界面區域包括顯著量之一或多種電致變色及/或對立電極材料。此設計明顯偏離習知製造方法。此等全固態且無機電致變色器件亦具有低缺陷率及可靠性，且因而尤其極其適合於本文中所描述之實施例。

電致變色器件中之視覺缺陷

如上文所指示，由於以下事實，實際上任何電致變色器件將與本文中所描述之多窗格窗戶單元一起運作：藉由缺陷將對準至足夠令使用者在窗戶之兩個窗格變暗時實際上看到缺陷之低機率，隱藏重疊器件(例如，雙窗格窗戶單元之兩個窗格上的一者中一個器件)中之視覺缺陷。如上文所描述之電致變色器件具有減小數目個缺陷；亦即，相當地少於相當先前器件中所存在之缺陷，因此該等電致變色器件尤其極其適合於所描述之實施例。

如本文中所使用，術語「缺陷」指代電致變色器件之缺陷點或區域。缺陷可由電短路或由針孔造成。另外，可將缺陷特性化為可見的或非可見的。常常，電致變色窗戶或其他器件中之缺陷將顯現為視覺上可辨別的異常。本文中將此等缺陷稱作「可見」缺陷。其他缺陷如此小以致在正常使用中，觀測者在視覺上注意不到該等缺陷(例如，在日間期間，當器件處於著色狀態時，此等缺陷不會產生可注意到之亮點)。「短路」為橫 跨離子導電層之局部電子導電路徑(例如，在該兩個TCO層之間的電子導電路徑)。「針孔」為電致變色器件之一或多層缺掉或損壞以致不展現出電致變色之區域。針孔並非電短路。主要關注三種類型之缺陷：(1)可見針孔，(2)可見短路，及(3)非可見短路。通常(儘管未必)，可見短路將具有至少約3微米之缺陷尺寸從而導致一(例如)直徑為約1cm之區域，在該區域中，電致變色效應可感知地減少-可藉由隔離該缺陷來顯著地減少此等區域(例如，經由雷射切割外切缺陷)，從而造成可見短路以使得對於肉眼而言，可見短路將僅類似可見針孔。可見針孔具有至少約100微米之缺陷尺寸，因而比可見短路更難以在視覺上進行辨別。本發明之一態樣為減少(若非消除的話)終端使用者實際上觀測到的視覺缺陷之數目。

在一些狀況下，藉由容納於離子導電層中之導電微粒形成電短路，藉此造成在對立電極層與電致變色層之間的電子路徑或與對立電極層及電致變色層中之任一者相關聯之TCO。在一些其他狀況下，缺陷係由基板上之微粒造成(在該基板上製造該電致變色堆疊)且此等微粒造成層分層(有時稱為「彈出」)或該等層不黏附至基板。下文在圖5及圖6A至圖6C中說明兩種類型之缺陷。若在沈積TCO或相關聯之EC或CE之前發生分層或彈出缺陷，則該分層或彈出缺陷可導致短路。在此等狀況下，隨後沈積之TCO或EC/CE層將直接接觸底層TCO或CE/EC層，從而提供直接電子導電路徑。下文在表2中呈現缺陷來源之少數實例。表2意欲提供導致不同類型之可見及非可見缺陷之機制的實例。存在可影響EC窗戶如何對堆疊內之缺陷作出回應之額外因素。

電短路(甚至為非可見電短路)可造成跨越離子導電層之漏電流且導致在該短路附近之電位降。若該電位降具有足夠量值，則其將防止電致變色 器件在該短路附近經歷電致變色轉變。在可見短路之狀況下，缺陷將呈現為亮中央區域(當器件處於著色狀態時)，該亮中央區域具有擴散邊界以使得器件隨著距該短路之中心之距離而逐漸變暗。若存在集中於電致變色器件之一區中的顯著數目個電短路(可見或非可見)，則該等電短路可共同影響器件之寬廣區域，藉此該器件無法在此區域中切換。此係因為此等區域中之EC及CE層之間的電位差無法達到跨越離子導電層驅動離子所需的臨限位準。

在本文中所描述之特定實施方案中，該等短路(可見的與非可見的兩者)經足夠極佳地控制，以使得在器件上之別處該漏電流不具有此效應。應理解，漏電流可能由除短路型缺陷之外的來源所導致。此等其他來源包括跨越離子導電層之寬廣範圍漏電流，及諸如滾降缺陷(如本文中別處所描述)及切割線缺陷之邊緣缺陷。此處強調僅由跨越電致變色器件之內部區域中的離子導電層(或界面區域)之電短路點造成的洩漏。然而，應注意，如上文所描述，使用充當IC層的界面區域之電致變色器件可具有比習知所接受之漏電流高之漏電流，但儘管如此，該等器件展示出良好效能。然而，在此等電致變色器件中仍會發生視覺缺陷。

圖8為在離子導電層中具有造成器件中之局部缺陷之微粒的電致變色 器件800之示意性橫截面。將器件800描繪為具有典型相異層，但具有此大小範圍之微粒亦會在使用離子導電電子絕緣界面區域之電致變色器件中造成視覺缺陷。電致變色器件800包括與圖6A中針對電致變色器件600所描述之組件相同的組件。然而，在電致變色器件800之離子導電層608中，存在導電微粒802或造成缺陷之其他假影。導電微粒802導致電致變色層606與對立電極層610之間的短路。此短路並不允許在電致變色層606與對立電極層610之間的離子之流動，而是允許電子在該等層之間局部地通過，從而在層610及606之剩餘部分處於著色狀態時導致電致變色層606中之透明區域804及對立電極層610中之透明區域806。亦即，若電致變色器件800處於著色狀態，則導電微粒802使電致變色器件之區域804及806變得不能夠進入著色狀態。有時將此等缺陷區域稱作「星座」，此係因為此等缺陷區域呈現為在黑暗背景中之一系列亮點(或星)(該器件之剩餘部分處於著色狀態)。人類自然會將其注意力引向該等星座且常常發現該等星座為惱人的或不具吸引力的。

圖9A為在沈積電致變色堆疊之剩餘部分之前在導電層604上具有微粒902或其他碎屑之電致變色器件900之示意性橫截面。電致變色器件900包括與電致變色器件600相同之組件。歸因於如所描繪的順序地沈積於微粒902之上之保形層606至610(在此實例中，尚未沈積層614)，故微粒902造成電致變色堆疊620中之層在微粒902之區域中凸出。雖然不希望受特定理論約束，但咸信，在此等微粒之上之分層(給定該等層之相對較薄性質)可造成形成有該等凸出部之區中的應力。更特定言之，在每一層中，在該凸出區域之周邊周圍，可能在層中存在缺陷(例如，在晶格配置中或在更宏觀之等級上，開裂或空隙)。此等缺陷之一後果將為(例如)電致變 色層606與對立電極層610之間的電短路或層608中的離子導電率之損失。然而，此等缺陷未在圖9A中加以描繪。

參看圖9B，將由微粒902造成之缺陷之另一後果稱為「彈出」。在此實例中，在沈積導電層614之前，在微粒902之區域中在導電層604上方的部分脫出，連同將電致變色層606、離子導電層608及對立電極層610之部分帶出。「彈出物」為碎片904，其包括微粒902、電致變色層606以及離子導電層608及對立電極層610之一部分。結果為導電層604之曝露區。參看圖9C，在彈出且一旦沈積導電層614之後，在導電層614接觸導電層604之處形成電短路。此電短路將在電致變色器件900處於著色狀態時在電致變色器件900中留下透明區域，在外觀上類似於與上文關於圖8所描述的由短路所產生之缺陷。

亦可能發生歸因於基板602或604(如上文所描述)上、離子導電層608上及對立電極層610上之微粒或碎屑所產生的彈出缺陷，從而在電致變色器件處於著色狀態時造成針孔缺陷。

甚至在(例如)用以隔離前述缺陷且使前述缺陷最小化之雷射切割之後，此等缺陷之淨結果亦為：星座、電短路及其他缺陷導致針孔。因此，需要使用低缺陷率電致變色器件以便減小在減輕努力之後仍存在的針孔之總數目。下文為用於在建築級基板上製造此等低缺陷率全固態且無機電致變色器件之整合式系統的簡要描述。

低缺陷率電致變色器件

可在整合式沈積系統中(例如，在建築用玻璃上)製造上文所描述之電致變色器件。該等電致變色器件用以製造窗戶單元(例如，IGU)，而該等窗戶單元又用以製造電致變色窗戶。術語「整合式沈積系統」意謂用於在 光學上透明及半透明之基板上製造電致變色器件之裝置。該裝置具有多個工作台，每一工作台專用於一特定單元操作，諸如沈積電致變色器件之特定組件(或組件之部分)，以及此器件或其部分之清洗、蝕刻及溫度控制。完全整合該多個工作台，以使得可在不曝露至外部環境的情況下將藉以製造電致變色器件之基板自一工作台傳遞至下一工作台。整合式沈積系統在系統內部之受控周圍環境(該等處理工作台位於該環境內)下操作。關於圖9來描述一例示性整合式沈積系統。

圖10以透視示意性方式描繪根據特定實施例之整合式沈積系統1000。在此實例中，系統1000包括用於將基板引入至系統之入口裝載閘1002，及用於將基板自系統移除之出口裝載閘1004。該等裝載閘允許在不干擾系統之受控周圍環境之情況下引入基板及自系統移除基板。整合式沈積系統1000具有模組1006，模組1006具有用以沈積電致變色堆疊之各種層(例如，上文描述之彼等層)的複數個沈積台。整合式沈積系統內之個別工作台可含有加熱器、冷卻器、各種濺鍍標靶及用以移動該等標靶之構件、RF及/或DC電源及電力遞送機構、蝕刻工具(例如，電漿蝕刻)、氣體源、真空源、輝光放電源、製程參數監視器及感測器、機器人、電源供應器及其類似者。

存在用於裝載(例如)建築用玻璃基板1025之入口埠1010(裝載閘1004具有對應出口埠)。基板1025由沿著軌道1015行進之集裝架1020支撐。集裝架1020可(如藉由雙向箭頭指示)向前平移及/或向後平移穿過系統1000，如一或多個沈積製程可能需要的。在此實例中，集裝架1020及基板1025處於實質上垂直定向中。實質上垂直定向有助於防止缺陷，此係因為可能產生之微粒物質(例如，來自濺鍍之原子的聚結)將傾向於屈服於 重力且因此並不沈積於基板1025上。又，因為建築用玻璃基板傾向於較大，所以當基板越過整合式沈積系統之工作台時，基板之垂直定向使得能夠進行較薄玻璃基板之塗佈，此係由於存在對於較厚熱玻璃所發生的下垂之較少關注。

標靶1030(在此狀況下，為圓柱體標靶)經定向而實質上平行於發生沈積所在之基板表面且位於該基板表面前方(出於便利起見，此處未描繪其他濺鍍方式)。基板1025可在沈積期間平移越過標靶1030及/或標靶1030可在基板1025前方移動。

整合式沈積系統1000亦具有建立並維持系統內之受控周圍環境之各種真空泵、氣體入口、壓力感測器及其類似者。此等組件未展示，但一般熟習此項技術者將瞭解。例如，系統1000經由電腦系統或其他控制器(在圖10中藉由LCD及鍵盤1035表示)來控制。一般熟習此項技術者將瞭解，本發明之實施例可使用涉及儲存於一或多個電腦系統中之資料或經由一或多個電腦系統傳送之資料的各種程序。可出於所需目的來特別地建構該控制裝置，或該控制裝置可為由儲存於電腦中之電腦程式及/或資料結構選擇性地啟動或重新組態之通用電腦。

藉由使用此整合式沈積系統，可產生具有極低缺陷率之電致變色器件。在一實施例中，單一電致變色器件中之可見針孔缺陷的數目僅為約0.04個每平方公分。在另一實施例中，單一電致變色器件中之可見針孔缺陷的數目僅為約0.02個每平方公分，且在更特定實施例中，此等缺陷之數目僅為約0.01個每平方公分。

如所提及，通常，在製造之後個別地處理該等可見短路型缺陷，例如，雷射切割以對其隔離以將短路相關針孔留下作為僅有之可見缺陷。在 一實施例中，單一電致變色器件中之可見短路相關針孔缺陷的數目僅為約0.005個每平方公分。在另一實施例中，單一電致變色器件中之可見短路相關針孔缺陷的數目僅為約0.003個每平方公分，且在更特定實施例中，此等缺陷之數目僅為約0.001個每平方公分。在一實施例中，自隔離單一器件中之可見短路相關缺陷所產生的可見缺陷、針孔及短路相關針孔之總數目小於約0.1個缺陷每平方公分，在另一實施例中小於約0.08個缺陷每平方公分，在另一實施例中小於約0.045個缺陷每平方公分(小於約450個缺陷每平方公尺窗戶)。

在習知電致變色窗戶中，將一電致變色玻璃窗格整合於IGU中。IGU包括組裝成單元之多個玻璃窗格，大體上意圖使由該單元形成之空間中所含有的氣體之熱絕緣性質最大化，同時提供透過該單元的清晰視覺。除了用於將電致變色玻璃連接至電壓源之電引線以外，併入電致變色玻璃之絕緣玻璃單元將類似於當前技術中已知之IGU。歸因於電致變色IGU可能經歷之較高溫度(歸因於電致變色玻璃對輻射能量之吸收)，故比習知IGU中所使用的密封劑更穩固之密封劑可能係有必要的。舉例而言，不鏽鋼定位棒、高溫聚異丁烯(PIB)、新的次級密封劑、用於定位棒接縫之塗箔PIB帶，及其類似者。

儘管上文所描述之電致變色器件具有極低缺陷率，但仍存在可見缺陷。且由於習知地一IGU僅包括具有電致變色器件之一個玻璃窗格，故即使此IGU包括低缺陷率器件，在窗戶處於著色狀態時，至少小數目個缺陷亦仍為顯而易見的。

儘管已詳細描述前述發明以促進理解，但應將所描述之實施例視為說明性的而非限制性的。對於一般熟習此項技術者而言，以下將為顯而易 見的：可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐特定改變及修改。

Claims (17)

1. 一種電致變色隱私窗戶，其包括：一第一實質上透明基板，其具有安置於其上之一第一電致變色器件；及一第二實質上透明基板，其具有安置於其上之一第二電致變色器件；其中該第一及第二實質上透明基板以一者在另一者之前的方式對齊且該電致變色隱私窗戶經構形以轉變該第一及第二電致變色器件為複數個光學狀態，其包含用於隱私之一暗光學狀態；及其中該電致變色隱私窗戶在操作期間均勻地轉變而沒有窗簾效應。
2. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該暗光學狀態係在約0.1%與約5%之間的透射率。
3. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之一或兩者為兩狀態電致變色器件。
4. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該複數個光學狀態進一步包含四個光學狀態。
5. 如請求項4之電致變色隱私窗戶，其中該四個光學狀態具有：i)在約60%與約90%之間的總透射率；ii)在約15%與約30%之間的總透射率；iii)在約5%與約10%之間的總透射率；及iv)在約0.1%與約5%之間的總透射率。
6. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二實質上透明基板之至少一者包括建築用玻璃。
7. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其以一絕緣玻璃單元之形式，其中該第一及第二電致變色器件之至少一者面向該絕緣玻璃單元之內部區域。
8. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之至少一者為一完全固態且無機之器件。
9. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之至少一者具有一透明導電氧化物層，其經構形以獨立於以其為一組件的該電致變色器件之操作而被加熱。
10. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二實質上透明基板之至少一者進一步包括一低發射率塗層。
11. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之各者包括一個氧化鎢或摻雜有氧化鎢之電致變色層及一個可選擇性地摻雜組之氧化鎳鎢對立電極層。
12. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之各者包括一個氧化鎢或摻雜有氧化鎢之電致變色層，其具有介於約75mC/cm²/μm與約200mC/cm²/μm之間之充電容量。
13. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之各者包括可選擇摻雜組之一個氧化鎳鎢對立電極層，其具有介於約75mC/cm²/μm與約200mC/cm²/μm之間之充電容量。
14. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第一及第二電致變色器件之各者包括一電致變色層及一對立電極層，其中該電致變色層厚度對該對立電極層厚度之比率介於約1.7：1至2.3：1之間。
15. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，其中該第二實質上透明基板進一步包括一紫外線吸收及/或反射塗層、及一紅外線吸收及/或反射塗層、及一低發射率塗層之一或多者。
16. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，進一步包括一控制器，其與該第一及第二電致變色器件電連通，該控制器經構形在該第一及第二電致變色器件之間共用電荷。
17. 如請求項1之電致變色隱私窗戶，進一步包括一透明導電氧化物層，其並非該第一電致變色器件之部分或該第二電致變色器件之部分，其中該透明導電氧化物層經構形以在操作中藉由施加電力而被電阻性地加熱，其中該透明導電氧化物層之加熱功能經構形以輔助該第一及第二電致變色器件之至少一者之低溫切換。