DE102018126263A1 - interference film - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Vorrichtung 1, die als elektrochemisches Element aus mindestens zwei transparenten Folien 2, 3 aufgebaut ist, wobei eine der Folien mit einer transparenten Beschichtung 4 leitfähig beschichtet und als Elektrode vorgesehen ist. Zwischen den beiden Folien 2, 3 ist eine elektrisch leitfähige Elektrolytschicht 5 angeordnet, die in Kontakt mit einer ebenfalls zwischen den Folien angeordneten Gegenelektrode 7 ist. The present invention relates to an electrochromic device 1, which is constructed as an electrochemical element of at least two transparent films 2, 3, wherein one of the films with a transparent coating 4 is coated conductive and provided as an electrode. Between the two films 2, 3, an electrically conductive electrolyte layer 5 is arranged, which is in contact with a likewise disposed between the films counter electrode 7.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Vorrichtung, die als elektrochemisches Element aus mindestens zwei transparenten Folien aufgebaut ist, wobei eine der Folien mit einer transparenten Beschichtung leitfähig beschichtet ist und im elektrochemischen Element als Elektrode vorgesehen ist. Zwischen den beiden Folien ist eine elektrisch leitfähige Elektrolytschicht angeordnet, die in Kontakt mit einer ebenfalls zwischen den Folien angeordneten Gegenelektrode ist.The present invention relates to an electrochromic device, which is constructed as an electrochemical element of at least two transparent films, wherein one of the films is coated with a transparent conductive coating and is provided in the electrochemical element as an electrode. Between the two films, an electrically conductive electrolyte layer is arranged, which is in contact with a likewise disposed between the films counter electrode.
Elektrochrome Vorrichtungen werden derzeit insbesondere für Fahrzeug- und Gebäudeverglasungen eingesetzt, um je nach Wunsch transparente Systeme einzufärben und so einfallendes sichtbares Licht zu absorbieren. Ein typisches Beispiel für den Einsatz von elektrochromen Systemen sind abblendbare Rückspiegel, wobei eine Folie hinter dem Spiegelglas angeordnet ist und je nach anliegender Spannung heller oder dunkler reflektiert. Die elektrochrome Vorrichtung besteht üblicherweise aus zwei jeweils auf einem eigenen Träger aufgebrachten Elektroden und einem zwischen den Elektroden angeordnetem Elektrolyten. Mindestens einer der Träger sowie die darauf aufgebrachte Elektrode sind transparent. Zusätzlich umfassen konventionelle elektrochrome Vorrichtungen ein elektrochromes Material, das auf die transparente Elektrode aufgebracht ist und in innigem Kontakt mit dem Elektrolyten steht. Beispiele für elektrochrome Materialien sind die Oxide der Übergangsmetalle, wie Wolfram, Niob, Vanadium, Titan, Tantal und Nickel, oder elektrisch leitende Polymere, wie Polyanilin oder Polythiophen. Der elektrochrome Mechanismus basiert darauf, dass nach Anlegen einer Spannung Ionen auf Zwischengitterplätzen in das elektrochrome Material eindringen, wobei diskrete Farbzentren mit einer materialspezifischen Absorptionsbande entstehen, wodurch die gewünschte Farbänderung hervorgerufen wird.Electrochromic devices are currently being used in particular for vehicle and building glazings to color transparent systems as desired and thus absorb incident visible light. A typical example of the use of electrochromic systems are dimmable rearview mirrors, wherein a film is arranged behind the mirror glass and reflects brighter or darker depending on the applied voltage. The electrochromic device usually consists of two electrodes each applied to a separate carrier and an electrolyte arranged between the electrodes. At least one of the carriers and the electrode applied thereon are transparent. In addition, conventional electrochromic devices include an electrochromic material deposited on the transparent electrode and in intimate contact with the electrolyte. Examples of electrochromic materials are the oxides of the transition metals, such as tungsten, niobium, vanadium, titanium, tantalum and nickel, or electrically conductive polymers, such as polyaniline or polythiophene. The electrochromic mechanism is based on the fact that, after applying a voltage, ions on interstitial sites penetrate into the electrochromic material, resulting in discrete color centers with a material-specific absorption band, which causes the desired color change.
In der
Die
Die
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektrochrome Vorrichtung anzubieten, die sich von den bekannten elektrochromen Vorrichtungen durch die besondere Form der Farbgebung und die damit verbundenen Farbeffekte unterscheidet. Dabei ist das Ziel der Erfindung, die bei Ölflecken oder Seifenblasen auftretenden Interferenzfarben technisch nachzubilden und gezielt einzustellen. The object of the present invention is to provide an electrochromic device that differs from the known electrochromic devices by the particular shape of the color and the associated color effects. The object of the invention is to technically reproduce and selectively adjust the interference colors occurring in the case of oil stains or soap bubbles.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine elektrochrome Vorrichtung, die eine erste transparente Folie umfasst, die flächig mit einer leitfähigen Schicht beschichtet und damit als Elektrode vorgesehen ist. Gegenüber der ersten Folie ist ebenfalls flächig eine zweite transparente Folie angeordnet. Zwischen der ersten und der zweiten Folie befindet sich eine Gegenelektrode aus Metall, wobei die Gegenelektrode keinen direkten Kontakt zur leitfähigen Schicht der ersten Folie aufweist. Die elektrochrome Vorrichtung umfasst außerdem einen Elektrolyten zur Vervollständigung der elektrochemischen Zelle, wobei der Elektrolyt ebenfalls zwischen der ersten und der zweiten Folie angeordnet ist. Die beiden Folien sind über eine seitliche Dichtung miteinander zu einer elektrochemischen Zelle verbunden. Der Elektrolyt umfasst ein zur Gegenelektrode korrespondierendes Metallsalz, so dass auf der leitfähigen Schicht der ersten transparenten Folie beim Anlegen eines Stromes eine Metallschicht abgeschieden werden kann.The object is achieved by an electrochromic device comprising a first transparent film, which is coated areally with a conductive layer and thus provided as an electrode. Compared to the first film, a second transparent film is also arranged areally. Between the first and the second film is a metal counter electrode, wherein the counter electrode has no direct contact with the conductive layer of the first film. The electrochromic device further comprises an electrolyte for completing the electrochemical cell, wherein the electrolyte is also disposed between the first and second foils. The two films are connected via a lateral seal with each other to form an electrochemical cell. The electrolyte comprises a metal salt corresponding to the counterelectrode, so that on the conductive layer of the first transparent film when depositing a current, a metal layer can be deposited.
Im Gegensatz zu den konventionellen elektrochromen Elementen bewirkt im Falle der vorliegenden Erfindung nun kein Oxid der Übergangsmetalle oder ein elektrisch leitendes Polymer die Farbveränderung, sondern die Ausbildung einer Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Schicht der ersten transparenten Folie. Solange die Metallschicht eine bestimmte Dicke nicht überschreitet, tritt Interferenz auf, wenn Licht auf die Schicht fällt, und es treten farbig schillernde Interferenzmuster auf, ähnlich wie bei Seifenblasen, Libellenflügeln oder einer dünnen Ölschicht auf Wasser. Dieser Effekt beruht darauf, dass ein Teil des einfallenden Lichtes an der Oberfläche der Schicht reflektiert wird, während ein anderer Teil des Lichtes beim Eintritt in die Schicht zum Lot hin gebrochen, an der Unterseite der Schicht wieder reflektiert und beim Austritt aus der Schicht erneut gebrochen wird. Beide Teilstrahlen fallen dann wieder zusammen und interferieren. Die auftretende Interferenzfarbe ist vom Gangunterschied der reflektierten Lichtstrahlen und damit von der Stärke der Metallschicht abhängig. Dabei liegt die Schichtdicke der erfindungsgemäß abgeschiedenen Metallschicht vorzugsweise im Bereich von 100 nm bis 1µm. Ab einer bestimmten Dicke der Metallschicht ist der Gangunterschied größer als die Kohärenzlänge des einfallenden Lichtes und es gibt zwischen den beiden Teilstrahlen keine feste Phasenbeziehung mehr, so dass dann kein stabiles Interferenzmuster mehr entstehen kann.In contrast to conventional electrochromic elements, in the case of the present invention, no oxide of the transition metals or an electrically conductive polymer effects the color change, but the formation of a metal layer on the electrically conductive layer of the first transparent film. As long as the metal layer does not exceed a certain thickness, interference occurs when light falls on the layer, and colored iridescent interference patterns occur, similar to bubbles, dragonflies, or a thin layer of oil on water. This effect is due to some of the incident light being reflected at the surface of the layer, while another part of the light refracts to the solder as it enters the layer, reflects back to the bottom of the layer, and refracts as it exits the layer becomes. Both partial beams then coincide again and interfere. The occurring interference color is dependent on the path difference of the reflected light beams and thus on the strength of the metal layer. In this case, the layer thickness of the metal layer deposited according to the invention is preferably in the range from 100 nm to 1 μm. From a certain thickness of the metal layer, the path difference is greater than the coherence length of the incident light and there is no fixed phase relationship between the two partial beams, so that then a stable interference pattern can no longer arise.
Aufgrund des hohen Brechungsindexes der Metallschicht ist bei der erfindungsgemäßen elektrochromen Vorrichtung die Abhängigkeit der Farbe vom Betrachtungswinkel klein. Dabei sollte der Brechungsindex n der Metallschicht vorzugsweise größer als 2 sein, um die Abhängigkeit der Farbe vom Betrachtungswinkel α gemäß der Gleichung für den optischen Gangunterschied
Aufgrund dieser besonderen optischen Eigenschaften und Effekte wird die vorliegende elektrochrome Vorrichtung auch als Interferenzfolie bezeichnet und ist insbesondere für eine Anwendung im Design-Bereich vorgesehen, wo beispielsweise Karosserien von Autos, Hüllen von Smartphones, Möbel oder Elektrogeräte mit der Folie beklebt werden sollen, um entsprechende optische Effekte zu verwirklichen. Weitere Einsatzgebiete sind das Verdunkeln von Autoscheiben, Fensterscheiben, Rückspiegel, Trennwänden aus Glas, Spiegel und Brillen.Because of these particular optical properties and effects, the present electrochromic device is also referred to as interference foil and is particularly intended for use in the design field, where, for example, bodies of cars, cases of smartphones, furniture or electrical appliances are to be pasted with the film to appropriate to realize optical effects. Other areas of application include the darkening of car windows, windows, rear-view mirrors, partitions made of glass, mirrors and glasses.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die erste transparente Folie mit einer transparenten Graphitschicht leitfähig beschichtet ist. Dabei darf die Graphitschicht eine bestimmte Stärke nicht überschreiten, um die Transparenz zu gewährleisten. Vorzugsweise beträgt die Stärke der Graphitschicht
Je nach Anwendungsfall kann die Gegenelektrode unterschiedlich gestaltet sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht als Gegenelektrode ein Metallgitter vor, das in der Elektrolytschicht zwischen den beiden Folien angeordnet ist und dabei direkt auf der zweiten transparenten Folie liegt. Dieses Metallgitter kann gleichzeitig als Abstandshalter zwischen den Folien dienen, wobei streng darauf zu achten ist, dass kein direkter Kontakt zwischen der leitfähigen Beschichtung der ersten Folie und dem Metallgitter besteht, da in diesem Fall ein Kurzschluss auftreten würde. Verhindern kann man den direkten Kontakt durch eine isolierende Schicht auf der zur leitenden Schicht der ersten Folie weisenden Seite des Metallgitters. Eine geeignete Isolierung ist beispielsweise die Beschichtung mit Polyethylen. Die oben beschriebene Ausführungsform ist besonders für den Design-Bereich geeignet, da auf diese Weise die Interferenzfolie auch ohne einen Träger ausreichend stabilisiert ist und gleichzeitig flexibel genug ist, um beispielsweise auf eine Automobilkarosserie geklebt zu werden.Depending on the application, the counter electrode can be designed differently. An advantageous embodiment of the present invention provides as a counter electrode before a metal grid, which is arranged in the electrolyte layer between the two films and thereby lies directly on the second transparent film. At the same time, this metal grid can serve as a spacer between the films, whereby it is very important to ensure that there is no direct contact between the conductive coating of the first film and the metal grid, since in this case a short circuit would occur. One can prevent the direct contact by an insulating layer on the side facing the conductive layer of the first film side of the metal grid. A suitable insulation is, for example, the coating with polyethylene. The embodiment described above is particularly suitable for the design field, because in this way the interference foil is sufficiently stabilized even without a carrier and at the same time flexible enough to be glued to, for example, an automobile body.
Weitere Möglichkeiten zur Ausgestaltung der Gegenelektrode bestehen darin, dass die Gegenelektrode in Form von Metallleisten in der Elektrolytschicht angeordnet oder direkt als Beschichtung auf der zweiten Folie aufgetragen ist. Es ist selbstverständlich, dass auch in diesen Fällen kein direkter Kontakt zwischen der leitfähigen Schicht der ersten Folie und der Gegenelektrode bestehen darf. Die oben beschriebenen geometrischen Anordnungen der Gegenelektrode sind als erklärende Beispiele gedacht und auf keinen Fall als Einschränkung zu sehen.Further possibilities for configuring the counterelectrode are that the counterelectrode is arranged in the form of metal strips in the electrolyte layer or is applied directly as a coating on the second film. It goes without saying that, even in these cases, there must be no direct contact between the conductive layer of the first film and the counterelectrode. The above-described geometrical arrangements of the counterelectrode are intended as explanatory examples and should by no means be regarded as limiting.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, umfasst der zwischen den beiden Folien angeordnete Elektrolyt ein zur metallischen Gegenelektrode korrespondierendes Metallsalz. Beispiele für besonders gut geeignete Systeme sind Zink (Zn) - Zinkjodid (ZnJ2) oder Eisen (Fe) - Eisenbromid (FeBr3), bei denen das in der Lösung vorliegenden Metallion reduziert und beim Anlegen eines Stromes als Metallschicht an der als Kathode geschalteten leitfähigen Schicht der ersten Folie abgeschieden wird, während das an der Anode abgeschiedene Halogen mit dem Metall wieder zum Metallsalz reagiert.As already mentioned, the electrolyte arranged between the two foils comprises a metal salt corresponding to the metallic counterelectrode. Examples of particularly well-suited systems are zinc (Zn) - zinc iodide (ZnJ 2 ) or iron (Fe) - iron bromide (FeBr 3 ), in which the metal ion present in the solution is reduced and when a current is applied as a metal layer at the cathode connected conductive layer of the first film is deposited, while the halogen deposited at the anode reacts with the metal again to the metal salt.
Die für diesen Prozess erforderliche Spannung liegt bei ca. 2 bis ca. 20 V und der Strom beträgt je nach gewünschter Abscheidungsgeschwindigkeit bei 100 cm2 Folienfläche 1 mA bis 1 A. Wird der Strom umgepolt, so wird die auf der leitfähigen Schicht der ersten Folie abgeschiedene Metallschicht wieder aufgelöst, bis die Interferenzfolie wieder vollkommen transparent ist. So wird, wenn man das Beispiel von der Automobilkarosserie wieder aufgreift, die ursprüngliche Lack unter der Folie wieder sichtbar. Durch Umpolen kann man dann wieder gezielt über die Stromstärke und die Dauer des Stromflusses die gewünschten Interferenzfarben einstellen. The voltage required for this process is about 2 to about 20 V and the current is depending on the desired deposition rate at 100 cm 2 film surface 1 mA to 1 A. If the current is reversed, so on the conductive layer of the first film deposited metal layer dissolved again until the interference film is completely transparent again. Thus, taking the example of the automobile body again, the original paint under the film becomes visible again. By reversing polarity, you can then set the desired interference colors in a targeted manner via the current intensity and the duration of the current flow.
Ein besonders gut geeignetes Material für die transparenten Folien ist Polyethylenterephthalat (PET). Es können aber auch beliebige andere thermoplastische Kunststoffe in Form von transparenten Folien eingesetzt werden.A particularly suitable material for the transparent films is polyethylene terephthalate (PET). But it can also be used any other thermoplastic materials in the form of transparent films.
Bei einigen Anwendungen, wie zum Beispiel beim Verdunkeln von Autoscheiben, Fensterscheiben, Glaswänden, Spiegel oder Brillen, ist die Interferenzfolie mit einem transparenten Träger aus Glas oder Kunststoff verbunden. Als Beispiel für eine derartige Anwendung kann eine Brille oder ein Visier genannt werden, die man über eine derartige Interferenzschicht den Lichtverhältnissen anpassen kann. So kann beispielsweise ein Visier eines Motorradhelmes mit einer Interferenzfolie belegt sein. Den Strom erhält die Interferenzfolie von einem Akku, der im Helmkörper untergebracht ist. Ein Lichtsensor an der Vorderseite des Helmes ermittelt die aktuellen Lichtverhältnisse und gibt den Wert an eine Steuerung weiter, die ebenfalls im Helmkörper integriert ist. Die Steuerung ermittelt aus dem Helligkeitswert und einer Kennlinie der Interferenzfolie die benötigte Strommenge, um das Visier zu verdunkeln oder wieder aufzuhellen. Auf diese Weise kann die Lichtdurchlässigkeit des Visiers automatisch den Lichtverhältnissen angepasst werden, womit die Sicherheit und der Fahrkomfort des Fahrers erhöht wird.In some applications, such as darkening car windows, windowpanes, glass walls, mirrors or goggles, the interference foil is bonded to a transparent support of glass or plastic. As an example of such an application, glasses or a visor can be mentioned, which can be adapted to the light conditions via such an interference layer. For example, a visor of a motorcycle helmet can be covered with an interference foil. The electricity receives the interference foil from a battery, which is housed in the helmet body. A light sensor on the front of the helmet detects the current lighting conditions and passes the value to a controller, which is also integrated in the helmet body. From the brightness value and a characteristic curve of the interference foil, the controller determines the required amount of current in order to darken or lighten the visor. In this way, the light transmission of the visor can be automatically adapted to the lighting conditions, which increases the safety and ride comfort of the driver.
Im Folgenden wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Interferenzfolie anhand von Zeichnungen ausführlich erläutert. Dabei zeigen die
Die
Die
In der
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektrochrome Vorrichtung (Interferenzfolie)Electrochromic device (interference foil)
- 22
- Erste transparent FolieFirst transparent foil
- 33
- Zweite transparente FolieSecond transparent film
- 44
- Leitfähige SchichtConductive layer
- 55
- Elektrolyt(lösung)Electrolyte (solution)
- 66
- MetallinterferenzschichtMetal interference layer
- 77
- Gegenelektrodecounter electrode
- 88th
- Isolierunginsulation
- 99
- Dichtungpoetry
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19622600 A1 [0003]DE 19622600 A1 [0003]
- DE 10148438 B4 [0004]DE 10148438 B4 [0004]
- DE 1218794 B1 [0005]DE 1218794 B1 [0005]
- US 5903382 A [0006]US 5903382 A [0006]
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DE102018126263.9A Withdrawn DE102018126263A1 (en) | 2017-11-02 | 2018-10-22 | interference film |
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2018
- 2018-10-22 DE DE102018126263.9A patent/DE102018126263A1/en not_active Withdrawn
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