DE1948362A1

DE1948362A1 - Elektrooptische Vorrichtung

Info

Publication number: DE1948362A1
Application number: DE19691948362
Authority: DE
Inventors: Castellion George Augustus
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1968-09-25
Filing date: 1969-09-24
Publication date: 1970-07-23
Also published as: FR2041020A6; HK30276A; DE1948362B2; JPS577418B1; US3578843A; GB1248838A; CA943221A; DE1948362C3; SE379592B

Description

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PATENTANWÄLTE

DR. I. MAAS

DR. W. PFEIFFER

DR. F. VOITHENLEITNER

8 MÜNCH'EN 23 UNQERERSTR. 29 -TEL. 39 02 36

American Cyanamid Company Wayne, New Jersey, V.St»A.

Elektrooptische Vorrichtung

(Zusatz zu Patent

Patentanmeldung P 15 89 M29.8))

Die Erfindung betrifft elektrooptische Vorrichtungen, deren elektromagnetische Strahlungsdurchlässigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von einem entsprechend gesteuerten elektrischen Feld wahlweise verändert werden können nach Patent (Patentanmeldung

P 15 89 429.8, eingereicht am 21. Februar 1967)»

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In dem Hauptpatent wird eine elektrooptische Vorrichtung beschrieben, deren Absorption elektromagnetischer Strahlung in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld oder einer einfallenden Strahlung sich ändert und bei der eine Schicht aus elektrochromen Material zwischen einem Paar von leitfähigen Elektroden angeordnet ist.

Diese Vorrichtung nach dem Hauptpatent wird benützt, um den Lichtdurchgang, d.h. das Licht, das durch die W Vorrichtung fällt, zu steuern. Diese Vorrichtung dient als Zusatzelement in dem optischen System nach dieser Erfindung. Die Erfindung bezweckt eine reflektierende Vorrichtung zum Modulieren von reflektiertem Licht*

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist in einem Schichtaufbau eine erste transparente Elektrode, einen für den Stromträger permeablen oder durchlässigen Isolator, eine ständig elektrochrome Schicht, eine zweite Elektrode, einen transparenten Träger und eine reflektierende Schicht auf. Wenn die Vorrichtung in einen elektrischen Schaltkreis eingebracht und die erste Elektrode ι positiv sowie die zweite Elektrode negativ gepolt werden, dann färbt sich die elektrochrome Schicht, so daß die Lichtmenge, die die reflektierende Oberfläche von der Seite der ersten Elektrode aus erreicht und zurückreflektiert wird, verringert wird. Eine Umkehrung der Polarität bewirkt, daß die elektrochrome Schicht sich entfärbt und in den farblosen Zustand übergeht, so daß das von der reflektierenden Oberfläche reflektierte Licht bis zu der normalen Intensität zunimmt.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert:

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Figur 1 zeigt im Schnitt und in perspektivischer Ansicht eine elektrooptische Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch die Modulationswirkung der Vorrichtung nach der Erfindung auf die reflektierte Strahlung.

Figur k zeigt in einem Teilquerschnitt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand ihrer Wirkung auf die Durchlässigkeitseigenschaften von sichtbarem Licht beschrieben, d.h. die Veränderung der Absorption des elektrochromen Stoffes im sichtbaren Bereich des Spektrums. Natürlich ist das Phänomen, das durch die die Art der Stoffe, die unten aufgeführt werden, bedingt ist, nicht auf das sichtbare Spektrum begrenzt, sondern kann sich in die nicht sichtbaren Bereiche ausdehnen.

Die verschiedenen Stoffe, die gemäß der Erfindung verwendet werden, sind in der deutschen Patentanmeldung P 15 89 429.8 beschrieben. Die Ausführungsform nach der Erfindung weist darüber hinaus die reflektierende Schicht 29 auf. Diese reflektierende Schicht ist auf die freie Seite der Unterlage oder des Trägers 22 aufgebracht und kann aus irgendeinem bekannten Material bestehen, das das Licht reflektiert, wie z.B. Silber, Aluminium, Chrom, Quecksilberlegierungen, Nickel u.dgl., die zur Herstellung von spiegelnden Flächen allgemein verwendet werden.

Die Vorrichtung nach Figur 1 arbeitet als unabhängiger Modulator für reflektiertes Licht. Wie in Figur 2 darge-

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stellt, wird ein Lichtstrahl ^O als Strahl kl mit praktisch voller Intensität reflektiert, wenn die Vorrichtung 20 sich in einem farblosen Zustand befindet. Wenn die Vorrichtung gefärbt ist, wie in Figur 3 dargestellt, ist die Lichtmenge von dem Strahl 40, die durch die gefärbte elektrochrome Schicht 26 zu der reflektierenden Schicht 29 gelangt und von der reflektierenden Schicht reflektiert wird, infolge der Absorption geringer. Der reflektierte Strahl 4IA hat daher eine geringere Intensität. Der Intensitätsunterschied kann wenn gewünscht durch Einstellen der Färbungsdichte der elektrochromen Schicht 26 gesteuert werden. Die Färbung ist eine Fuktion der Zeit, in der der Strom angewandt wird, bis zu einer bestimmten maximalen Färbung. Wenn daher der Strom eine bestimmte Zeit lang, die kleiner als die Zeit, die erforderlich ist, um die maximale Färbung zu erhalten, 'angelegt wird, dann wird ein geringerer Färbungsgrad erreicht und weniger Licht absorbiert, sowie mehr Licht reflektiert. Die Lichtmenge kann daher zwischen dem gesamten Lichtdurchlass auf irgendeine Menge herunter bis zu dem minimal möglichen Durchlaß variiert werden.

Wenn darüber hinaus der die Färbung erzeugende Strom abgeschaltet wird, bleibt der Zustand der Färbung, der zu diesem Zeitpunkt erhalten worden ist und es ist nicht erforderlich, daß weiter ein konstanter Strom durch die Vorrichtung aufrecht erhalten werden muß.

Wie aus den nachfolgenden Beispielen, mit denen die Erfin-. dung weiter erläutert wird, ersichtlich ist; können viele Kombinationen von dauerelektrochromen Stoffen, isolierenden

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Stoffen und Elektrodenmaterialien gemäß dieser Erfindung angewandt werden.

Beispiel 1:

Ein etwa 1,0 Mikron dicker Film aus Molybdänoxyd wird durch übliche Einrichtungen bei einem Druck von 10 ** Torr, aus einem elektrisch erhitzten Schiffchen aus Tantal auf die dünn mit Oxyd überzogene Seite eines "NESA"-Glases aufgedampft, wobei das dünne Oxyd auf dem Glas die erste Elektrode bildet. Ein sehr dünner Film aus Siliciumdioxyd (etwa 200 Angstrom dick) eines isolierenden Materials wird dann in ähnlicher Weise auf die Molybdänoxydschicht abgeschieden. Schließlich wird' ein dünner Goldfilm (etwa 100 Ängstrom dick), der effektiv transparent ist, auf die Isolierschicht aus dem Siliciumdioxyd aufgebracht, um die zweite Elektrode der Schichtstruktur zu bilden.

Während der verschiedenen Verdampfungastufen werden entsprechende Masken aufgebracht, so daß ein Teil der dünnen Oxydschicht frei für das Verbinden mit dem Leiter bleibt und daß weiter die Qoldschicht sich so weit erstreckt, daß ein Teil von ihr direkt auf einen nicht überzogenen Teil der Glasunterlage kommt, wodurch die Gefahr eines Kurzschlusses durch die dünne Oxydschicht verringert wird, wenn der Leiter mit der Goldelektrode verbunden wird. Das Verbinden der Elektrodenleitungen wird erleichtert, indem zuerst die gewünschte Elektrodenfläche mit einem leitfähigen Silberanstrich überzogen, und nachdem der Anstrich getrocknet ist, die Drähte mit Indiumlot befestigt werden.

Wenn ein elektrisches Feld von 5-7 Volt an die oben beschriebene Schichtstruktur angelegt wird, wobei die Gold-

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schicht als positive Elektrode und die dünne Oxydschicht als negative Elektrode dienen, dann wird der normalerweise farblose Molybdänoxydfilra gleichmäßig über seine ganze Oberfläche blau gefärbt und die Liehtdurchlä3sigkeit der Vorrichtung in 30 Sek. auf etwa 10 % verringert. Die Färbung bleibt praktisch dauernd bestehen, wenn das elektrische Feld abgeschaltet wird.

Wenn ein elektrisches Feld mit umgekehrter Polarität angelegt wird, d.h. das positive Potential an die dünne Oxydschicht und das negative Potential an die Goldschicht gelegt wird, verschwindet die Färbung gleichmäßig und vollständig, so daß die ursprüngliche Durchlässigkeit der Schichtstruktur für das reflektierte Licht wieder hergestellt wird. Dies findet etwas schneller als das Färben statt und dauert etwa 6 bis 15 Sekunden, jedoch kann man die Geschwindigkeit des Entfärbens durch Verändern der Höhe des Potentials, das das elektrische Feld bestimmt, variieren.

Beispiel 2;

Die Vorrichtung wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, mit Ausnahme, daß der Molybdänoxydfilm durch einen Film aus Wolframoxyd ersetzt wird. Das Anlegen von 2 bis 3 Volt an die Elektroden, wobei die Goldelektrode positiv ist, verringert die Durchlässigkeit des reflektierten Lichtes der Vorrichtung auf H % in Feldstärke, die Zeit für die Änderung bis zum Eintritt, usw. Die Tiefe der Färbung ist auch von der Dicke der dauerelektrochromen Schicht abhängig. Theoretisch würde es scheinen, daß, je dicker die Schicht, desto mehr Farbzentren würden eich bei Anwendung des elektrischen Feldes bilden und deshalb könnte eine tiefere Färbung

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könnte erwartet werden. Da jedoch dünne Schichten erwartungsgemäß in einigen Fällen sich schneller färben können, ist die Beziehung zwischen der Dicke der Schichten und der Farbtiefe nicht so einfach.

In Figur 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt, in der die Glasunterlage 22 die reflektierende Schicht 29 und der Leiter 2k durch eine einzige reflektierende Schicht 29 ersetzt sind. In diesem Fall ist es notwendig,eine selbsttragende Schicht und eine, die nicht durch die elektrische Leitfähigkeit beeinflußt ist, z.B. aus korrosionsbeständigem Stahl zu verwenden. In diesem Fall dient die einzige Schicht sowohl als Leiter als auch Reflektor, indem der elektrische Stromleiter damit verbunden wird.

Alternativ kann die Vorrichtung nach Figur 1 auch modifiziert werden, indem der Leiter 2Ί durch ein leitfähiges, reflektierendes Material ersetzt und die Schicht 29 weggelassen wird.

Die Vorrichtung nach der Erfindung hat viele Nutzanwendungen. Sie kann als Teil eines optischen Systems mit reflektierenden Elementen verwendet werden, wenn eine genaue Steuerung der Lichtintensität ohne Veränderung der anderen Eigenschaften dieser Elemente erwünscht ist. Es sind daher keine Diaphragmen oder andere getrennte lichtmodulierende Elemente notwendig. Darüber hinaus können die optischen Einrichtungen einfacher gestaltet werden, da die Lichtstrahlen mit Ausnahme ihrer Intensität nicht verändert werden.

Die dargestellte Vorrichtung hat zwar eine ebene, reflektierende Fläche, diese Fläche kann jedoch auch irgendeine gewünschte Konfiguration haben, wie z.B. eine sphärische oder parabolische Fläche sein.

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Die Vorrichtung nach der Erfindung ist besonders als Rückblickspiegel in Kraftfahrzeugen für Nachtfahrten geeignet. Es ist bei Anwendung der Vorrichtung nach der Erfindung möglich, die Lichtstärke des von den Scheinwerfern eines nachfolgenden Fahrzeuges kommenden, reflektierten"3Π Lichtes auf ein gewünschtes Maß zu reduzieren, indem lediglich die elektrochrome Schicht gefärbt wird. Dies kann mittels eines SchaltVorgangs schnell und wirksam erfolgen.

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Claims

P a t en t anspruch

Elektrooptische Vorrichtung nach Patent (Patentanmeldung P 15 89 429.8), dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich zu der zwischen leitfähigen Schichten angeordneten elektrochromen Schicht eine reflektierende Schicht (29) aufweist.

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