Электрохромные устройства, блоки, содержащие электрохромные устройства, и/или способы их изготовления

Электрохромные устройства, блоки, содержащие электрохромные устройства, и/или способы их изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

[0001] Настоящая заявка испрашивает преимущество заявки на патент США с порядковым № 61/237580, поданной 27 августа 2009 г., полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область изобретения

[0002] Некоторые примерные варианты реализации настоящего изобретения относятся к электрохромным устройствам (ЭХУ), блокам, содержащим электрохромные устройства, и/или способам их изготовления. Более конкретно, некоторые примерные варианты реализации настоящего изобретения относятся к улучшенным электрохромным материалам (ЭХМ), комплектам ЭХУ, схемам интеграции процессов, совместимым с крупносерийным производством (КСП), и/или высокопроизводительным низкозатратным источникам осаждения, оборудованию и производствам.

Предпосылки и сущность примерных вариантов реализации изобретения

[0003] Окна обеспечивают естественный свет, свежий воздух, доступ к внешнему миру и связь с ним. Однако они также представляют источник значительных потерь энергии. При растущей тенденции к увеличению использования окон в архитектуре, все более важным становится баланс противоречащих друг другу интересов энергосбережения и удобства людей. Кроме того, проблемы глобального потепления и углеродного следа стимулируют поиск новых энергосберегающих систем остекления.

[0004] В данном отношении, окна представляют собой уникальные элементы в большинстве зданий, потому что они обладают способностью «поставлять» энергию в здание в виде проникновения солнечного тепла зимой и дневного света круглый год. В существующих применениях они ответственны за примерно 5% всей потребляемой в США энергии или примерно 12% всей энергии, используемой в зданиях. Современная оконная технология часто приводит к чрезмерной стоимости отопления зимой и чрезмерному охлаждению летом, а также часто не пользуется преимуществами дневного света, что позволило бы уменьшать мощность освещения или выключать его во многих промышленных помещениях страны. Эти факторы приводят к тому, что «затраты» энергии превышают 5 квад (квад означает квадриллион британских тепловых единиц и равен 1,055·10¹⁸ Дж): ежегодно 2,7 квад энергии используется в домах, примерно 1,5 квад - в промышленном секторе, и еще 1 квад составляет потенциальную экономию энергии при стратегиях использования дневного света. В течение двух последних десятилетий достигнуты успехи, главным образом, в уменьшении коэффициента теплопередачи (отношение теплопроводности к толщине) окон путем использования статических низкоэмиссионных покрытий и путем уменьшения коэффициента притока солнечного тепла (КПСТ) посредством использования спектрально-селективных низкоэмиссионных покрытий. Однако все еще возможны дальнейшие усовершенствования.

[0005] Благодаря своей способности динамично регулировать приток солнечного тепла, потерю энергии и блики без ухудшения видимости, электрохромные окна (ЭХО) могут обеспечивать значительное уменьшение энергопотребления. Фактически, ЭХО имеют возможность влиять на все конечные энергетические применения окна, например, путем уменьшения расхода холода в таком климате, где окна вносят существенный вклад в расход холода, при возможности того же окна допускать проникновение солнечного тепла зимой, чтобы уменьшить отопление, и модулировать дневной свет, чтобы позволить уменьшить электрическое освещение в коммерческих (промышленных) зданиях, одновременно контролируя блики. Например, при изменении уровней внешнего света и тепла характеристики окна можно автоматически регулировать в соответствии с условиями посредством автоматизированного управления с обратной связью.

[0006] Электрохромные окна (ЭХО) окна известны. См. например, патенты США №№ 7547658, 7545551, 7525714, 7511872, 7450294, 7411716, 7375871 и 7190506, описание каждого из которых включено сюда посредством ссылки.

[0007] Некоторые существующие динамические ЭХО обеспечивают пропускания в интервале от примерно 3% в тонированном состоянии до примерно 70% в прозрачном состоянии. Как указано выше, коэффициент притока солнечного тепла (КПСТ) изменяется в достаточно широком интервале. Действительно, в настоящее время некоторые динамические ЭХО обеспечивают КПСТ в интервале от примерно 0,09 в тонированном состоянии до примерно 0,48 в прозрачном состоянии. Технология ЭХМ на основе неорганических соединений лития также предоставляет преимущества надежности, низкого рабочего напряжения (менее чем примерно 5 В), прозрачности (70%), сохранения прозрачности при отключенном питании и низкого энергопотребления. Несмотря на эти широкие интервалы, к сожалению, существующие ЭХО на основе неорганических соединений лития обеспечивают ограниченный выбор цветов и нуждаются в повышении своей максимальной непрозрачности (например, по сравнению с другими типами остекления с регулируемой прозрачностью). Другой недостаток существующих ЭХО на основе неорганических соединений лития заключается в их низких временах переключения (т.е. медленном изменении прозрачности). Фактически, времена переключения ЭХО на основе неорганических соединений лития обычно составляют примерно 5-10 минут. Устройства с механизмом на основе протонных неорганических соединений и органических полимеров переключаются несколько быстрее (например, от 15 секунд до 5 минут), но, к сожалению, страдают от разрушения ионного проводника в первом случае и разложения полимера во втором случае. ЭХУ на основе неорганических соединений лития и органических полимеров обычно работают с рабочим напряжением 1-5 В постоянного тока и обычно потребляют 2-3 Вт/м² при переключении и 0,5-1 Вт/м² при нахождении в тонированном состоянии.

[0008] Фиг. 1(a) представляет собой принципиальную схему типичного электрохромного окна, а фиг. 1(b) - схематический чертеж типичного электрохромного окна в тонированном или окрашенном состоянии. Активный комплект 100, представленный на фиг. 1(a), включает четыре компонента, а именно первый и второй прозрачные токосъемники 102 и 104; катод 106 (и часто слой окрашивания); электролит 108 (который является ионным проводником, но электронным изолятором); и анод 110, который является источником активных ионов (например, Li, Na, H и т. д.), которые изменяют свойства остекления при переносе к катоду и от него. Анод 110 может представлять собой слой окрашивания, если происходит анодное окрашивание, например, при выходе ионов из слоя. Эти компоненты заключены между первой и второй стеклянными подложками 112 и 114. В принципе, электрохромное устройство динамически изменяет оптическую поглощающую способность при движении (интеркаляции и деинтеркаляции) Li в катод 106 и из него. Это, в свою очередь, модулирует взаимодействие с солнечным излучением, тем самым модулируя КПСТ для управления энергией, а также видимость и блики (что важно для удобства человека). Поскольку Li содержится в катоде 106, электрохромное окно находится в тонированном или окрашенном состоянии, и только часть падающего света и тепла пропускается через ЭХО.

[0009] К сожалению, существующие пленки ЭХО не обеспечивают требуемые характеристики по внешнему виду (включая цвет), скорости переключения, постоянству качества и долгосрочной надежности. Дополнительными проблемами являются достаточный запас и полезными размеры окон.

[0010] Одна причина, по которой текущая высокая стоимость конструкции ЭХО превышает допустимый для рынка уровень, заключается в том, что изготовление ЭХУ несовместимо с поточным производством в стекольной промышленности. Одно критичное требование безопасности строительных правил состоит в том, что наиболее внешнее стекло в стеклопакете (СП) должно быть закаленным. Кроме того, согласно практике производства стекол с покрытием, большие листы стекла (обычно шириной до 3,2 м) сначала покрывают, затем разрезают и, наконец, закаляют. В идеальной ситуации, готовое электрохромное стекло можно было бы закалять и разрезать до нужного размера. Однако закаленное стекло невозможно резать. Соответственно, практика производства стекол с покрытиями заключается в том, что большие листы стекла (обычно шириной до 3,2 м) сначала покрывают и затем продают производителям окон, которые их разрезают и закаляют. К сожалению, после этого закаленное стекло невозможно резать, и электрохромное стекло (ЭХС) невозможно закалять после его изготовления, потому температуры закалки разрушали бы ЭХУ. Следовательно, в настоящее время методы изготовления ЭХО основаны на уже нарезанных и закаленных стеклах, из которых изготавливают ЭХС. Это является проблематичным по нескольким причинам. Например, поступающее закаленное стекло имеет большие отклонения по толщине, что приводит к значительным изменениям свойств покрытия. Кроме того, наличие подложек разнообразных размеров и типов создает проблемы технологического управления, пропускной способности и выхода годного, что затрудняет воспроизводимость высокопроизводительного крупносерийного производства.

[0011] Фиг. 2 представляет блок-схему, иллюстрирующую существующий способ изготовления ЭХО. Наиболее внешнее стекло разрезают по размеру и закаливают на стадии 202, что соответствует способу изготовления ЭХС. ЭХУ изготавливают на стадии 204, например, так, что оно имеет слоистую структуру, представленную на фиг. 1(a). После того как слои ЭХУ осаждены, формируют рисунок ЭХУ на стадии 206, например, чтобы сократить дефекты и улучшить выход годного и внешний вид. Вводят токопроводящие шины, чтобы обеспечить «электрификацию» (например, электропроводку) для ЭХУ на стадии 208. Вторую подложку устанавливают на расстоянии от ЭХУ, например, как показано на фиг. 1(a) и 1(b). Все вместе стадии 204, 206, 208 и 210 представляют собой способ изготовления стеклопакета (СП). Данный стеклопакет можно, в конечном счете, вставить в ЭХО, например, как показано на левой стороне фиг. 1(b).

[0012] Другим препятствием развития стали ограниченные ресурсы и возможности производителей по разработке источников, платформ и средств автоматизации осаждения, которые совместимы с технологиями высокопроизводительного крупномасштабного производства.

[0013] Наиболее практичным местом размещения электрохромного покрытия (ЭХП) является внутренняя поверхность наиболее внешнего листа. Помещение токопроводящих шин на эту поверхность для электрификации (например, электропроводки) представляет проблемы не только для нынешних производителей СП, но и для полировщиков. Архитекторы, собственники коммерческих зданий и конечные пользователи нуждаются в информации о надежности ЭХО в течение продолжительных периодов времени. Таким образом, надежность герметизации СП представляет собой проблему. Электрохромный стеклопакет (ЭХСП) отличается от традиционных окон тем, что межсоединения для запитывания устройства должны проходить через влагонепроницаемое уплотнение. Не существует стандартов на межсоединения и передающие провода, которые сохраняют целостность уплотнения. Все, что имеется на рынке, составляет чью-либо собственность. Существуют также проблемы надежности комплектов электрохромных пленок при воздействии диапазона солнечных и экологических нагрузок, которые испытывает окно в течение своего срока службы.

[0014] Наконец, требуют учета характеристики устройства с точки зрения внешнего вида, цвета, скорости переключения, согласованности, интервала КПСТ и срока службы. Например, архитекторы имеют сильное предпочтение к окнам нейтрального цвета, которые переключаются с темно-серого на идеально прозрачный. Сегодня большинство имеющихся на рынке ЭХО обладают темно-синим оттенком в окрашенном состоянии и желтоватым тоном в прозрачном состоянии. Более нейтральный цвет и повышенное пропускание в прозрачном состоянии расширили бы доступный архитектурный рынок.

[0015] Таким образом, следует понимать, что в технике существует потребность в улучшенных электрохромных динамических окнах и/или способах их изготовления. Например, будет понятно, что в технике требуются (1) низкозатратные, крупномасштабные, высокопроизводительные методы нанесения покрытий, которые совместимы с крупносерийным производством (КСП); (2) более эффективный электрохромный состав; (3) надежное, высокопроизводительное, низкодефектное производство ЭХУ для крупноразмерных листов; и/или (4) увязка таких новых производственных методов с существующим производством последующей обработки стекол и вспомогательными технологиями для получения готовых окон. Эти и/или другие методы могут помочь в решении некоторых из перечисленных выше и/или других проблем, при этом обеспечивая также более полную интеграцию управления зданием.

[0016] Некоторые примерные варианты реализации относятся к нисходящим и/или восходящим изменениям (a) материалов, (b) комплектов электрохромных устройств, (c) совместимых с крупномасштабным проиводством схем интеграции процессов и (d) высокопроизводительных, низкозатратных методов и оборудования осаждения. В связи с этим, некоторые примерные варианты реализации могут быть использованы для обеспечения электрохромных блоков (ЭХБ) пониженной стоимости, по пути к «зданиям с нулевым чистым потреблением энергии».

[0017] Один аспект некоторых примерных вариантов реализации включает внедрение новых электрохромных материалов (ЭХМ). Например, некоторые примерные варианты реализации включают оптически легированный катод и/или анод для большего пропускания видимого света в прозрачном состоянии, большей разности коэффициентов притока солнечного тепла (КПСТ) между этими состояниями, улучшенного внешнего вида и повышенной надежности. Регулирование стехиометрии WO_x (например, так, что он является субстехиометрическим) может преимущественно приводить к улучшениям в отношении разности КПСТ и лучшего внешнего вида (например, с точки зрения окрашивания). Анодное окрашивание противоэлектрода также может увеличивать разность КПСТ.

[0018] Другой аспект некоторых примерных вариантов реализации включает внедрение нового комплекта электрохромного устройства. Например, включение дешевой подложки средней толщины с низким содержанием Fe может способствовать сокращению потребности в слоях барьера между устройством и подложкой. Для увеличения скорости переключения и снижения стоимости может быть предусмотрен улучшенный прозрачный токосъемник (ПТС) с намного более высокой проводимостью и пропускающей способностью, чем у оксида индия-олова (ITO). В некоторых примерных вариантах реализации включение материала электролита - фосфороксинитрида лития (LiPON) можно выбрать в целях надежности. Кроме того, в некоторых примерных вариантах реализации применение прозрачных диэлектрических/проводящих слоев можно использовать для изменения цвета на основе селективной интерференции.

[0019] Еще один аспект некоторых примерных вариантов реализации включает новые методы интеграции электрохромного устройства. Например, некоторые примерные варианты реализации могут включать использование ламинированного/соединенного стекла в качестве внешнего листа ЭХСП. Это может преимущественно приводить к полному устранению использования закаленного стекла на стадии изготовления ЭХУ, сократить потребность в резке и закалке стекла перед обработкой ЭХУ, допускать использование стекла единого стандартного типа и размера при изготовлении ЭХУ для наиболее высокой воспроизводимости и экономии на масштабе, и/или обеспечить возможность резки стекла до нужных размеров после изготовления ЭХУ. Может также преимущественно стать возможным формирование рисунка устройств после осаждения всех электрохромных слоев, чтобы тем самым уменьшить вероятность дефектов и улучшить выход годного и внешний вид.

[0020] Еще один аспект некоторых примерных вариантов реализации относится к разработке совместимого с КСП источника осаждения. Например, в некоторых примерных вариантах реализации новый источник осаждения LiPON, способный обеспечивать высокие скорости осаждения и модулировать кинетику роста, может, в свою очередь, сделать возможными высокую производительность и лучшие характеристики пленки. В некоторых примерных вариантах реализации также может использоваться новый испаритель Li на основе линейного распылителя с удаленными источниками Li, совместимыми с нормальными условиями окружающей среды.

[0021] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрен способ изготовления электрохромных окон. Обеспечивают первую стеклянную подложку. На первую подложку наносят слои электрохромного устройства (ЭХУ), причем данные слои включают, по меньшей мере, слои противоэлектрода (ПЭ), ионного проводника (ИП) и электрохромного материала (ЭХМ). Формируют рисунок слоев электрохромного устройства, и первую стеклянную подложку с нанесенными на нее слоями электрохромного устройства разрезают так, чтобы образовалось множество подложек с ЭХУ. Обеспечивают множество вторых стеклянных подложек. Множество подложек с ЭХУ соединяют или ламинируют с множеством вторых стеклянных подложек соответственно. Обеспечивают множество третьих стеклянных подложек. Формируют множество стеклопакетов (СП), соответственно содержащих первые и вторые подложки в практически параллельном расположении на расстоянии от третьих стеклянных подложек.

[0022] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрен способ изготовления электрохромного блока (ЭХБ). Обеспечивают первую, вторую и третью стеклянные подложки, причем вторая подложка подвергнута термической закалке, а первая подложка не подвергнута термической закалке. Осаждают напылением множество слоев электрохромного устройства (ЭХУ), непосредственно или опосредованно, на первую подложку, причем данное множество слоев ЭХУ включает первое прозрачное проводящее покрытие (ППП), слой противоэлектрода (ПЭ), слой ионного проводника (ИП), слой ЭХМ и второе ППП. Первую и вторую подложки ламинируют или соединяют друг с другом. Вторую и третью подложки обеспечивают в практически параллельном расположении на расстоянии друг от друга. Слои ПЭ и ЭХМ оба способны менять свой цвет, когда ЭХБ находится в рабочем состоянии.

[0023] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрен способ изготовления электрохромного блока (ЭХБ). Множество слоев электрохромного устройства (ЭХУ) осаждают напылением, непосредственно или опосредованно, на первую подложку, причем данное множество слоев устройства включает, в порядке удаления от первой подложки, первое прозрачное проводящее покрытие (ППП), слой катода, слой электролита, анодно окрашивающийся слой анода и второе ППП. Первую подложку с множеством осажденных на нее напылением слоев устройства присоединяют ко второй подложке так, что первая и вторая подложки находятся в практически параллельном расположении на расстоянии друг от друга.

[0024] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрен электрохромный блок (ЭХБ). Предусмотрены первая, вторая и третья стеклянные подложки, причем вторая и третья подложки расположены практически параллельно и находятся на расстоянии друг от друга. Первой подложкой поддерживается множество осажденных напылением слоев электрохромного устройства (ЭХУ), причем данное множество слоев ЭХУ включает первое прозрачное проводящее покрытие (ППП), слой противоэлектрода (ПЭ), слой ионного проводника (ИП), слой ЭХМ и второе ППП. Первая и вторая подложки ламинированы или соединены друг с другом. Вторая подложка подвергнута термической закалке, а первая подложка не подвергнута термической закалке.

[0025] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрен электрохромный блок (ЭХБ). Предусмотрены, по меньшей мере, первая и вторая стеклянные подложки, причем первая и вторая подложки расположены практически параллельно и находятся на расстоянии друг от друга. Первой подложкой поддерживается множество осажденных напылением слоев электрохромного устройства (ЭХУ), причем данное множество слоев ЭХУ включает первое прозрачное проводящее покрытие (ППП), легированный и анодно окрашивающийся слой противоэлектрода (ПЭ), слой ионного проводника (ИП), легированный электрохромный слой, содержащий WO_x, и второе ППП.

[0026] В некоторых примерных вариантах реализации предусмотрено электрохромное устройство, включающее в себя множество тонкопленочных слоев, поддерживаемых первой подложкой. Данное множество слоев включает легированный и анодно окрашивающийся слой анода; слой электролита, содержащий Li; и легированный слой катода, содержащий WO_x.

[0027] Описанные здесь признаки, аспекты, преимущества и примерные варианты реализации могут быть скомбинированы для осуществления дополнительных вариантов реализации.

Краткое описание чертежей

[0028] Эти и другие признаки и преимущества можно лучше и в большей степени понять при обращении к нижеследующему подробному описанию примерных иллюстративных вариантов реализации в сочетании с чертежами, на которых:

[0029] ФИГ. 1(a) представляет собой схематический чертеж типичного электрохромного окна;

[0030] ФИГ. 1(b) представляет собой схематический чертеж типичного электрохромного окна в тонированном или окрашенном состоянии;

[0031] ФИГ. 2 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую существующий способ изготовления ЭХО;

[0032] ФИГ. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ изготовления ЭХО в соответствии с примерным вариантом реализации;

[0033] ФИГ. 4 представляет собой иллюстративные электрохромную подложку и комплект в соответствии с примерным вариантом реализации;

[0034] ФИГ. 5 представляет собой иллюстративное прозрачное проводящее покрытие (ППП), используемое в связи с некоторыми примерными вариантами реализации;

[0035] ФИГ. 6(a) представляет собой первый иллюстративный электрохромный стеклопакет (СП) в соответствии с примерным вариантом реализации;

[0036] ФИГ. 6(b) представляет собой второй иллюстративный электрохромный стеклопакет (СП) в соответствии с примерным вариантом реализации;

[0037] ФИГ. 7 представляет собой третий иллюстративный электрохромный стеклопакет (СП) в соответствии с примерным вариантом реализации;

[0038] ФИГ. 8(a) представляет собой СЭМ-изображение слоя Al толщиной 600 нм, осажденного традиционным испарением; и

[0039] ФИГ. 8(b) представляет собой СЭМ-изображение слоя Al толщиной 600 нм, осажденного активированным плазмой испарением в соответствии с некоторыми примерными вариантами реализации.

Подробное описание примерных вариантов реализации изобретения

[0040] Один аспект некоторых примерных вариантов реализации включает внедрение новых электрохромных материалов. Например, некоторые примерные варианты реализации включают оптически легированный катод и/или анод для большего пропускания видимого света в прозрачном состоянии, большей разности коэффициентов притока солнечного тепла (КПСТ) между этими состояниями, улучшенного внешнего вид и лучшей надежности. Регулирование стехиометрии WO_x (например, так, что он является субстехиометрическим) может преимущественно приводить к улучшениям в отношении разности КПСТ и лучшего внешнего вида (например, в отношении окрашивания). Анодное окрашивание противоэлектрода также может увеличивать разность КПСТ.

[0041] Другой аспект некоторых примерных вариантов реализации включает внедрение нового комплекта электрохромного устройства. Например, включение низкозатратной подложки средней толщины с низким содержанием Fe может способствовать сокращению потребности в слоях барьера между устройством и подложкой. Можно предусмотреть улучшенный прозрачный токосъемник (ПТС) с намного более высокой проводимостью и пропускающей способностью, чем у ITO, для увеличения скорости переключения и снижения стоимости. В некоторых примерных вариантах реализации включение материала электролита - фосфороксинитрида лития (LiPON) можно выбрать в целях надежности. Кроме того, в некоторых примерных вариантах реализации применение прозрачных диэлектрических/проводящих слоев можно использовать для изменения цвета на основе селективной интерференции.

[0042] Еще один аспект некоторых примерных вариантов реализации включает новые методы интеграции электрохромного устройства. Например, некоторые примерные варианты реализации могут включать использование ламинированного/соединенного стекла в качестве внешнего листа ЭХСП. Это может преимущественно приводить к полному устранению использования закаленного стекла на стадии изготовления ЭХУ, сократить потребность в резке и закалке стекла перед обработкой ЭХМ, допускать использование стекла единого стандартного типа и размера при изготовлении ЭХУ для достижения наиболее высокой воспроизводимости процесса и экономии на масштабе, и/или обеспечить возможность резки стекла до нужных размеров после изготовления ЭХУ. Может также преимущественно стать возможным формирование рисунка устройства после осаждения всех слоев ЭХУ, чтобы тем самым уменьшить вероятность дефектов и улучшить выход годного и внешний вид.

[0043] Еще один аспект некоторых примерных вариантов реализации относится к разработке совместимого с КСП источника осаждения. Например, в некоторых примерных вариантах реализации новый источник осаждения LiPON, способный обеспечивать высокие скорости осаждения и модулировать кинетику роста, может, в свою очередь, обеспечивать высокую производительность и улучшенные характеристики пленки. В некоторых примерных вариантах реализации также может использоваться новый испаритель Li на основе линейного распылителя с удаленными источниками Li, совместимыми с нормальными условиями окружающей среды.

[0044] Некоторые примерные варианты реализации включают изменения ЭХМ, комплекта ЭХУ, совместимых с КСП схем интеграции процессов и/или высокопроизводительных, низкозатратных источников осаждения, оборудования и предприятий. Данные аспекты некоторых примерных вариантов реализации, в свою очередь, обсуждаются ниже.

[0045] Некоторые примерные варианты реализации относятся к преимуществам в отношении одного или более из стоимости, эксплуатационных характеристик устройства, надежности, эстетичности и/или масштабируемости. Например, стоимость некоторых существующих электрохромных изделий составляет более чем 50 долл. США за 1 кв. фут ($538 за м²), в то время как методы согласно некоторым примерным вариантам реализации могут обеспечить электрохромные изделия по стоимости, которая предпочтительно составляет менее 25 долл. США за 1 кв. фут ($269 за м²), предпочтительнее - менее 20 долл. США за 1 кв. фут ($226 за м²), а наиболее предпочтительно - менее 15 долл. США за 1 кв. фут ($161 за м²). Хотя у существующих изделий трудно обеспечивать электропроводку и инфраструктуру управления, некоторые примерные варианты реализации могут предусматривать относительно простые модульные изделия с опциями беспроводного электропитания и/или управления. Хотя многие существующие изделия могут обеспечивать время переключения, составляющее в лучшем случае 3-5 минут, некоторые примерные варианты реализации могут обеспечивать время переключения менее 3 минут, предпочтительнее менее 2 минут, а иногда даже менее 1 минуты, несмотря даже на то, что габаритный размер изделия может быть увеличен. Преимущественно, значение ΔE может составлять менее примерно 1,5, предпочтительнее менее примерно 1,25, а наиболее предпочтительно менее примерно 1. В отношении цвета/оттенка, некоторые примерные варианты реализации могут уменьшать желтоватый оттенок в прозрачном состоянии и множество цветов, которые иногда присутствуют в тонированном состоянии, вместо обеспечения более нейтрального цвета в прозрачном состоянии с выбором одного из множества цветов в тонированном состоянии. Кроме того, некоторые примерные варианты реализации могут уменьшать проблемы однородности переключения, например, заставляя ширину по меньшей мере выглядеть изменяющейся «вся сразу» (по меньшей мере по сравнению с изменчивостью теневых линий и индивидуальных средств контроля в существующих системах). Наконец, хотя существующие ЭХУ обычно ограничены конструкцией шириной 1 м, некоторые примерные варианты реализации могут допускать масштабирование до конструкций шириной 3,2 м (или еще шире) с тем, чтобы соответствовать общедоступным заготовкам листового стекла.

Примерные способы изготовления

[0046] Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ изготовления ЭХО в соответствии с примерным вариантом реализации. Способ по фиг. 3 отличается от способа по фиг. 2 несколькими моментами, потому что способ по фиг. 3 предназначен для обеспечения ЭХУ на электрохромной подложке, которая может быть соединена, ламинирована или иным образом связана с закаляемой подложкой. Например, можно использовать материал, такой как поливинилбутираль (PVB), этиленвинилацетат (EVA) или т. п., как может предусматривать «технология Optibond», который поставляется на продажу фирмой Litemax. Используемый ламинат может включать УФ-блокатор (т.е. защищающее от ультрафиолетового излучения вещество, например, защищающее от УФ излучения диапазона A - УФА-блокатор). Предпочтительно, можно включать в состав УФА-блокатор с прозрачностью Т_УФ<1%, предпочтительнее <0,75%, а еще более предпочтительно <0,5%. УФ-блокатор может представлять собой тонкопленочное покрытие, включающее одно или более из Bi, BiO, Zn, ZnO, TiO, BiSnO, AgO, Ce, CeO и/или т. п. Альтернативно или дополнительно, может быть предусмотрено покрытие из полиэтилентерефталата (PET), с блокирующим УФ материалом, имеющимся на нем и/или в нем. Например, в некоторых примерных вариантах реализации может быть предусмотрен покрытый ITO слой PET. Следует понимать, что в связи с некоторыми примерными вариантами реализации можно использовать органические и/или неорганические материалы. В любом случае, ламинат можно выбирать так, чтобы его показатель преломления соответствовал прилегающим слоям и/или подложкам. Это будет преимущественно помогать поддерживать низкой отражательную способность. Отражательную способность можно также снизить, например, путем внедрения одного или более противоотражающих (ПО) слоев. Поскольку ЭХУ предусмотрено на отдельной подложке, которую можно затем соединять, ламинировать или иным образом связывать с закаляемой подложкой, можно эффективно использовать, например, то, что более крупные листы можно покрывать напылением или аналогичным способом и затем разрезать по заданным размерам. Ниже приведены примерные конструктивные подробности.

[0047] В отношении примерного способа, представленного на фиг. 3, на стадии 302 обеспечивают стекло большого размера. ЭХУ изготавливают согласно описанным ниже примерным методам на стадии 304. Формирование рисунка и разрезание устройства осуществляют на стадии 306, в результате чего образуется множество ЭХУ на множестве соответствующих электрохромных подложек. Как указано выше, это является преимуществом по сравнению с традиционным способом, представленным на фиг. 2, где отдельные ЭХУ изготавливают непосредственно на заранее индивидуально вырезанных и уже индивидуально закаленных подложках. В любом случае, подключают токопроводящие шины, и ЭХУ «электрифицируют» (например, проводкой) на стадии 308. Токопроводящие шины можно сформировать селективным лазерным вытравливанием слоев для аккуратного обнажения (открытия) ППП. Например, чтобы осуществлять селективное травление и электрическое соединение устройства, можно делать «полные» и «половинные» разрезы, например, чтобы открыть верхнее и нижнее ППП. Мощность лазера можно регулировать, чтобы селективно удалять некоторые или все слои таким образом.

[0048] На стадии 310 внешнюю подложку, с которой будут соединены ЭХУ и подложка, разрезают и закаляют. Затем на стадии 310 разрезанные до соответствующих размеров ЭХУ ламинируют, соединяют или иным образом прикрепляют к разрезанным до соответствующих размеров внешним подложкам. Содержащие ЭХУ подблоки, ламинированные, соединенные или иным образом прикрепленные к внешним подложкам, затем встраивают в соответствующие теплоизоляционные стеклопакеты (СП) на стадии 314, например, как описано ниже более подробно.

Примерный электрохромный комплект и примерные материалы, использованные в нем

[0049] Фиг. 4 представляет собой иллюстративные электрохромную подложку и комплект в соответствии с примерным вариантом реализации. Фиг. 4 включает в себя электрохромный комплект 400, который в некоторой степени аналогичен известным электрохромным комплектам тем, что он включает в себя проводящие слои (ППП), электрохромный (ЭХ) слой, слой противоэлектрода (ПЭ) и слой ионного проводника (ИП). Однако электрохромный комплект 400 по фиг. 4 отличается от существующих комплектов в отношении материалов, общей конструкции комплекта и эксплуатационных характеристик. Например, термические характеристики, скорость ЭХ, долгосрочную надежность ЭХ и эстетичность можно улучшить, например, оптимизируя характеристики известных материалов и разрабатывая новые системы материалов, которые дополнительно улучшают характеристики всего ЭХУ. В следующих абзацах описаны изменения материалов и конструкций комплекта.

[0050] Первая область инновации охватывает электродные материалы: катод/ЭХ и анод/ПЭ. Термические характеристики ЭХО связаны с интервалом КПСТ между прозрачным и тонированным состояниями. Чтобы увеличить данный интервал КПСТ, можно уменьшить поглощающую способность слоев катода и/или анода в прозрачном состоянии, и/или можно создать анодно окрашивающийся противоэлектрод, чтобы уменьшить пропускание видимого света (Т_вид) в окрашенном состоянии. Надлежащий выбор материалов может также повысить надежность и скорость переключения.

[0051] Эти и/или другие аспекты можно реализовать путем заместительного легирования активных электродных материалов в некоторых примерных вариантах реализации. Противоэлектрод обычно включает NiO с ионами Li⁺ или H⁺. Как описано выше, выгодно улучшать термические характеристики, снижать поглощающую способность и повышать надежность и устойчивость проводящего противоэлектрода (ПЭ). За счет использования добавок, таких как Mg, Al, Si, Zr, Nb и Ta, можно добиться значительного уменьшения поглощающей способности пленок ЭХ и ПЭ, особенно на коротких длинах волн. С другой стороны, пленки, содержащие V и Ag, не проявили такого же улучшения оптических свойств по сравнению с пленками из чистого оксида никеля. По сути, можно использовать внедрение Mg и/или другого элемента комбинированным образом, чтобы оптимизировать его полезный эффект в обеих системах NiO и LiNiO для существенного расширения запрещенной зоны и улучшения пропускающей способности. Альтернативно или дополнительно, в некоторых примерных вариантах реализации также возможно включение W в LiNiO, и это можно использовать для повышения его устойчивости в качестве слоя ПЭ к УФ излучению и влаге. Такое и/или другое заместительное легирование можно использовать для повышения электрической проводимости (в некоторых случаях на три порядка величины, например, LiCoO₂ по сравнению с LiCo_0,95Mg_0,05O₂). Легирование ПЭ (и/или ИП) магнием удивительно и неожиданно также делает его «более быстрым» проводником.

[0052] Некоторые примерные варианты реализации также могут включать анодное окрашивание противоэлектрода, например, для улучшения термических характеристик. Как известно, ПЭ используют для хранения заряда, который, в свою очередь, используют для окрашивания электрохромного слоя. Чтобы делать это эффективно, слой ПЭ может допускать легкую интеркаляцию зарядов; быть устойчивым и выдерживать повторное циклирование; обладать высоким пропусканием в прозрачном состоянии; и, если возможно, проявлять электрохромизм, когда интеркалированные ионы полностью разряжаются (например, анодно). Таким образом, в некоторых примерных вариантах реализации ПЭ можно сделать электрохромным. Однако в таких примерных вариантах реализации ПЭ может быть «обратным» электрохромному слою, например, так, что он становиться прозрачным при наличии ионов и обеспечивает изменение цвета при потере ионов. Чтобы реализовать данные и/или другие признаки, некоторые примерные варианты реализации могут включать ПЭ на основе систем NiO, которые показали себя устойчивыми при повтореном циклировании внедрения/удаления заряда. Такие системы иногда проявляют н