DE2125337A1

DE2125337A1 - Anordnung mit veränderlicher Licht durchlässigkeit

Info

Publication number: DE2125337A1
Application number: DE19712125337
Authority: DE
Inventors: Marion Douglas; Berets Donald Joseph; Stamford; Augurt Thomas Anthony Bridgeport; Conn. Meyers (V.StA.)
Original assignee: American Cyanamid Co
Current assignee: Wyeth Holdings LLC
Priority date: 1970-05-25
Filing date: 1971-05-21
Publication date: 1971-12-09
Also published as: NL7106897A; CH539277A; DE2125337B2; DE2125337C3; NL172989C; JPS5443387B1; NL172989B; HK30376A; GB1356120A; BR7102593D0

Description

Anordnung mit veränderlicher Lichtdurchlässigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf elektro-optische Anordnungen, deren Durchlässigkextskennlxnie für elektromagnetische Strahlung durch den Einfluß eines geeignet gesteuerten elektrischen Feldes selektiv geändert werden kann. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer elektro-optischen Anordnung, in welcher ein fluider Elektrolyt in einer Zelle verwendet wird, die ein elektrochromes Material, wie Wolframoxyd oder Titanoxyd, mit verschiedenen Oxydationszuständen enthält.

In der Britischen Patentschrift 1 186 54-1 ist eine elektrooptische Anordnung beschrieben, welche eine als dauernde Elektrochromie bekannte Erscheinung zeigt. Dieser Ausdruck bezeichnet diejenige Eigenschaft eines Materials, durch welche ihre Absorptxonskennlxnie für elektromagnetische Strahlung, in den meisten Fällen sogar bei Umgebungstemperatur, unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes verändert wird. Solche Stoffe können beispielsweise bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes geringe oder keine Absorption von sichtbaren Wellenlängen zeigen und daher durchsichtig sein, wenn sie jedoch einem elektrischen

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Feld unterworfen werden, absorbieren sie wirksam das .rote Ende des Spektrums, wodurch ihre Farbe blau wird. Ähnliche Wirkungen können in anderen Teilen des elektromagnetischen Strahlungsspektrums, sowohl im unsichtbaren als auch im sichtbaren Bereich, beobachtet werden.

Wie in der oben genannten britischen Patentschrift beschrieben, ändert sich die Strahlungsdurchlaßkennlinie des Materials, wenn eine Anordnung gebildet wird, in der eine Schicht aus dauernd elektrochromem Material

" zwischen einem Paar von Elektroden angeordnet ist, an welche ein Potential angelegt wird. Wenn die Elektroden und die elektrochrome Schicht auf der Oberfläche eines durchsichtigen Trägers, wie Glas, gebildet werden, können die Lichtdurchlässigkeitseigenschaften der Kombination verändert werden, indem das in der elektrochromen Schicht erzeugte elektrische Feld gesteuert wird. Wenn daher die Aufeinandersshichtung von Elektroden und elektrochromem Material auf dem Träger ursprünglich klar oder durchsichtig ist, d.h. im wesentlichen keine Schwächung des Lichtdurchlaßvermögens des Trägers zeigt, verändert das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden zur Erzeugung

k eines elektrischen Feldes der richtigen Polarität die Lichtabsorptionskennlinie des elektrochromen Materials, wodurch dieses beispielsweise dunkler wird und daher das Lichtdurchlaßvermögen der ganzen Anordnung vermindert.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine verbesserte elektrochrome Anordnung geschaffen werden, bei der eine Änderung der Absorptionskennlinie schnell bewirkt wird und sogar eine Färbung über große Flächen bei niedrigem angelegtem Potential je nach Wunsch und mit gesteuerter Geschwindigkeit erzielt werden und vollständig erhalten bleiben kann.

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Kurz gesagt, wird erfindungsgemäß zu der bekannten Beschichtung aus Elektroden und elektrochromem Material eine weitere Schicht in Berührung mit einer der Elektroden und dem elektrochromen Material hinzugefügt, wobei die zusätzliche Schicht aus einem Material besteht, welches als ionischer fluider Elektrolyt, und zwar entweder als flüssiger oder halbfester Stoff gekennzeichnet werden kann. Es hat sich herausgestellt, daß bei Hinzufügung eines solchen Materials zu der bekannten Anordnung nicht nur eine schnelle und gleichförmige Änderung der Absorptionskennlinie von verhältnismäßig großen Bereichen des elektrochromen Materials unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes gegebener Polarität,sogar bei Umgebungstemperatur ermöglicht wird, sondern daß dadurch auch die elektrochrome Schicht für ein Feld entgegengesetzter Polarität empfindlich gemacht wird, so daß sie tatsächlich zu dem Zustand ihrer Absorptionseigenschaften zurückgebracht werden kann, welchen sie vor dem ursprünglichen Anlegen des Feldes besaß, und zwar mit einer Geschwindigkeit, welche von de.r Größe des umgekehrten Feldes abhängt. In bestimmten Fällen kann die Rückkehr zum Ausgangszustand mit einer verhältnismäßig gering« Geschwindigkeit bewirkt werden, indem einfach ein stark leitender, beispielsweise kurzschließender Weg zwischen den zwei Elektroden vorgesehen wird.

Ein weiteres Merkmal ist die Verwendung des elektrochromen Materials als seine eigene Gegenelektrode.

Die Bedeckungsgleichförmigkeit und -fläche, mit welcher die Färbung bewirkt werden kann, können bezüglich der bekannten Ausführungsformen verbessert werden und die Erfindung ist daher für einen viel größeren Anwendungsbereich geeignet. So ist die Erfindung auf Spiegel, Fensterglas,

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Windschutzscheiben in Kraftfahrzeugen und dergleichen anwendbar. Das Feld der praktischen Anwendung wird darüber hinaus durch die geringe Leistung, welche erforderlich ist,die neuartigen Absorptionseigenschaften hervorzurufen oder zu löschen, sowie durch die Tatsache erweitert, daß die Intensität der Färbung eine Funktion des durch diese umkehrbare Zelle geleiteten Stromes ist.

Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand von ψ Beispielen beschrieben.

Der Ausdruck "dauernd elektrochromes Material" wird so definiert, daß dieses Material auf die Anwendung eines elektrischen·. Feldes gegebener Polarität derart anspricht, daß es sich zwischen einem ersten Dauerzustand, in welchem es im wesentlichen elektromagnetische Strahlung in einem gegebenen Wellenlängenbereich nicht absorbiert und einen zweiten Dauerzustand verändert, in welchem es elektromagnetische Strahlung in dem gegebenen Wellenlängenbereich absorbiert," und daß es auf die Anwendung eines elektrischen Feldes der entgegengesetzten Polarität anspricht und in den ersten Zustand zurückkehrt, wenn es * sich in dem zweiten Zustand befindet. Bestimmte derartige Stoffe können auch bei Abwesenheit eines elektrischen Feldes auf einen Kurzschlußzustand ansprechen, um in den Ausgangszustand zurückzukehren.

Mit "dauernd" (persistent) ist die Fähigkeit des Materials gemeint, in dem absorbierenden Zustand, in welchen es gebracht wurde, auch nach Beseitigung des elektrischen Feldes zu verbleiben, was im Unterschied zu einer im wesentlichen

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augenblicklichen Rückkehr in den Ausgangs zustand steht, wie es beim Franz-Keldysh-Effekt der Fall ist.

Die Stoffe, welche die elektrochromen Stoffe der Anordnung bilden, sind im algemeinen elektrisch isolierend oder halbleitend. So sind diejenigen Metalle, Metalllegierungen und andere Metall enthaltende Verbindungen ausgeschlossen, welche verhältnismäßig gute elektrische Leiter sind.

Die dauernd elektrochromen Stoffe sind ferner als anorganische Stoffe gekennzeichnet, welche unter den Anwendungsbedingungen fest sind, und zwar entweder als reine Elemente, Legierungen oder chemische Verbindungen, welche wenigstens ein Element mit veränderlichem Oxydationszustand, d.h. wenigstens ein Element des periodischen Systems enthalten, das in mehr als einem Oxydationszustand außer null bestehen kann. Der Ausdruck "Oxydationszustand", wie er hier verwendet wird, ist in dem Buch "Inorganic Chemistry" von T.Moeller, erschienen bei John Wiley & Sons, Inc., New York, 1952, definiert. Solche Stoffe können ein Obergangsmetall-Element (einschließlich Elementen der Lanthaniden- und Actinidenreihe) oder nichtalkalische Metallelemente, wie Kupfer, enthalten. Bevorzugte Stoffe dieser Gruppe sind Filme aus Übergangsmetall-Verbindungen, in welchen das Obergangsmetall in irgendeinem Oxydationszustand von +2 bis +8 vorhanden sein kann. Beispiele für diese Stoffe sind: Öbergangsmetall-Oxyde, Obergangsmetall-Oxysulfide, Obergangsmetall-Halogenide, -Selenide, -Telluride, -Chromate, -Molybdate, -Wolframate, -Vanadate, -Niobate, -Tantalate, -Titanate, -Stannate und dergleichen. Insbesondere werden Filme aus Metall-Stannaten, -Oxyden und -SuI-

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fiden der Metalle der Gruppen IVB, VB und VIB des periodischen Systems sowie Metalloxyde und -Sulfide von Metallen der Lanthanidenreihe bevorzugt. Beispiele für diese Stoffe sind Kupferstannat, Wolframoxyd, Ceroxyd, Kobaltwolframatj Metallmolybdate, Metalltitanate, Metallniobate und dergleichen.

Das bevorzugte elektrochrome Material für Verwendung ^ mit dem fluiden Elektrolyten gemäß der Erfindung ist eine Verbindung, welche mindestens ein Element, das aus den Gruppen VA, VIA, VIIA des periodischen Systems gewählt ist, und mindestens^Kation aus den Gruppen IB, HB bis VIIIB einschließlich der Lanthaniden~ und Actinidenreihen enthält. Besonders vorteilhafte Stoffe sind WO₃ und MoO₃.

Ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnungen, welche ein dauernd elektrochromes Material enthalten, ist ihre Anwendbarkeit auf große gleichförmig gefärbte Flächen. Die Erfindung ermöglicht daher zahlreiche praktische Anwendungen, bei denen eine sichtbare und infrarote Absorption erwünscht ist und bei welchen bekannte elektrooptische Anordnungen nicht eingesetzt werden können, wie beispielsweise bei Wohnungsfenstern, gewerblichen Gebäuden und Kraftfahrzeugen.

Wenn die dauernd elektrochromen Stoffe als Filme verwendet werden, liegt ihre Dicke zweckmäßigorweise im Bereich von etwa 0,1 bis 100 Mikrometer. Da jedoch ein kleines Potential eine enorme Feldstärke quer zu sehr dünnen Filmen ergibt, werden diese sehr dünnen Filme,d.h. Filme mit

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einer Dicke von 0,1 bis 10 Mikrometer gegenüber dickeren bevorzugt. Die optimale Dicke wird auch durch die Art der jeweils als Film aufgebrachtenVerbindung und durch das Filmherstellungsverfahren bestimmt, da die jeweilige Verbindung und das jeweilige Filmherstellungsverfahren physikalische (beispielweise ungleichförmige Filmoberfläche) und wirtschaftliche Beschränkungen bei der Herstellung der Anordnungen ergeben kann.

Die Filme können auf jeden Träger aufgebracht werden, welcher bezüglich des Films elektronisch leitet, wie Metalle oder Halbleiter. Das elektronisch leitende Material kann auf einen anderen geeigneten Träger, wie Glas, Holz, Papier, Kunststoff, Gips und dergleichen, einschließlich durchsichtigen, durchscheinenden, undurchsichtigen Stoffen oder Stoffen mit anderen optischen Eigenschaften geschichtet werden. Eine Au6führungsform der grfindungsgemäßen Anordnung verwendet mindestens eine durchsichtige Elektrode, beispielsweise aus NESA-Glas (d.h. Glas, welches mit einer Schicht aus Zinnoxyd beschichtet ist).

Wenn das elektrische Feld an die Elektroden angelegt ist, tritt eine Blaufärbung auf, d.h. die dauernd elektrochrome Schicht wird absorbierend für elektromagnetische Strahlung über ein Band, welches das rote Ende des sichtbaren Spektrums umfaßt, und erhält daher ein blaues Aussehen. Vor der Anwendung des elektrischen Feldes war sie im wesentlichen nicht absorbierend und daher durchsichtig.

Als fluider Elektrolyt kann ein flüssiger Elektrolyt verwendet werden. Ein solcher Elektrolyt kann aus einer

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Säure oder Salzen derselben bestehen, welche mit einer Gegenelektrode, wie oben erläutert, und der elektrochromen Schicht verträglich sind, wie beispielsweise die folgenden:

1) Wässrige, 0,1 bis 12,0' -inolare Lösungen von Schwefelsäure,

2) Schwefelsäure-Lösungen von Propylen-Carbonat, Acetonnitril, Dimethylformamid und anderen organischen Lösungsmitteln, welche mit Schwefelsäure verträglich sind,

3) starke organische Säuren wie 2-Toluol-Sulfonsäure in Propylen^.parbonat und anderen organischen Lösungsmitteln,

U) Alkalimetall oder Erdalkalimetalle oder seltene Erd metallsalze, wie Lithiumperchlorat, -Nitrat, -Chlorid, -Sulfat und dergleichen, in organischen Lösungsmitteln, wie Acetonitril und Propylencarbonat.

Ein weiterer Vorteil der oben erwähnten Lösungsmittel liegt in ihren dielektrischen und Lösungseigenschaften, welche zu hoher Leitfähigkeit und hoher Kapazität führen.

Eine weitere Ausführungsform kann ein halbfestes, leitendes Elektrolytgel verwenden. Der Elektrolyt weist in ,,Kombination mit Schwefelsäure ein Gelbildungsmaterial für die_s.Säure auf. Es ist jedes Gelbildungsmittel geeignet, welches mit der elektrochromen Schicht verträglich ist. Besonders vorteilhafte Gelbildungsmittel sind Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, partielle hydrolysiertes Polyacrylamid, Äthylglykol, Natriumsilikat, Kieselgel, Glyzerin und dergleichen.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird H₃SO₄ in • Verbindung mit Polyvinylalkohol verwendet. Die Eigenschaften dieses Gels können in vorteilhafter Weise verändert werden, indem Polyvinylalkohol von verschiedenen Molekulargewichten, unterschiedliche Schwefelsäurekonzentrationen und unterschiedliche Polyvinylalkohol-Säure-Verhältnisse angewendet werden. Dadurch können Gelelektrolyte hergestellt werden, welche eine spezifische Leitfähigkeit im Bereich von etwa 0,10 bis 0,60 Ohm^en ergeben.

Ein besonderer Vorteil der oben erwähnten Gelelektrolyten ist ihre Ionenleitfähigkeit und gute chemische Stabilität, Es hat sich herausgestellt, daß beide Erfordernisse unerwartet gut durch Gele in dem bevorzugten Leitfähigkeits-

—1 -1 bereich von 0,20 bis 0,40 Ohm cm erfüllt werden.

Andere Stoffe können in das Gel eingebracht werden, um die physikalischen Eigenschaften des Gels, wie Viskosität und Dampfdruck,zu verändern. So kann die Zusammensetzung wahlweise organische Lösungsmittel wie Dimethylformamid, Acetonitril, Propionitril, Butyrolacton und Glyzerin, enthalten.

Weiter können die erfindungsgemäß verwendeten Gele beispiels weise durch mehrwertige Phenole, wie Gallussäure, für die Verwendung in bestimmten elektrochromen Darstellungsgerä-* ten undurchsichtig gemacht werden.

Die Zelle gemäß der Erfindung verwendet eine Gegenelektrode in Berührung mit dem fluiden Elektrolyten. Elektroden, wel ehe sich in Schwefelsäure als brauchbar erwiesen haben, sind in dem Artikel "Reference Electrodes in Sulfuric Acid

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erschienen in der Zeitschrift Electrochemical Technology, Mai/Juni 1966, Seiten 275 - 276, beschrieben.

Ein besonderes Beispiel für» eine mit Schwefelsäure verträgliche und erfindungsgemäß verwendete Gegenelektrode besteht aus einer porösen Bleimetallplatte.

Andere Elektroden, welche in Schwefelsäure verwendet werden können, werden in Tabelle I angegeben:

Tabelle I

Quecksilber - Quecksilber (II) Sulfat Gold - Gold (I) Oxyd Platin - Platin (II) Oxyd Rhodium - Rhodium (III) Oxyd Wolfram Chrom (II) Karbid Zirkon - Zirkon (II) Oxyd Platin Molybdän Wolfram (II) Karbid Tantal (II) Borid Niob

Palladium Silizium - Silizium (II) Karbid Tantal - Tantal (V) Oxyd Niob - Niob (V) Oxyd Niob (II) Karbid Hafnium (II) Karbid

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Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist die Verwendung von zwei getrennten Schichten von gleichen elektrouhromen Stoffen, wobei eine Schicht als Gegenelektrode für die andere Schicht wirkt. In diesem Fall ersetzt das als Gegenelektrode verwendete elektrochrome Material die oben erläuterten Gegenelektroden. Eine bevorzugte Ausführungsform besteht aus Wolframoxyd als elektrochrome Farbschicht und Wolframoxyd als Gegenelektrode.

Die unerwartet lange Lebensdauer der erfindungsgemäßen Anordnung scheint von der Verwendung von gleichen elektrochromen Stoffen abzuhängen, welche bei Anwesenheit eines geeigneten Transportmediums gleichen reversiblen elektrochromen Reaktionen unterzogen werden können. Die elektrochemische Verträglichkeit der Elektrodenreaktionen in der erfindungsgemäßen Anordnung ist unerwartet.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig· I eine teilweise geschnittene Ansicht einer bekannten elektrochromen Anordnung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine elektrochrome Anordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig.2,

Fig. H eine Ansicht einer elektrochromen Anordnung, welche ein elektrochromes Material als Gegenelektrode aufweist, und

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig.U.

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Fig.l zeigt eine Anordnung gemäß der oben erwähnten britischen Patentschrift. Auf einem Träger 22, beispielsweise aus Glas oder einem anderen durchsichtigen Material, sind nacheinander Schichten aus einem leitenden Stoff 24, einem dauernd elektrochromen Stoff 2 6 und einem zweiten leitenden Stoff 28 aufgebracht. Mindestens einer der leitenden Stoffe 24 und 28 besitzt optische Qualität zur Betrachtung oder sonstigen Abtastung der elektrochromen Änderung. Der Träger 2 2 und die leitende Schlicht 2 4

W können zweckmäßigerweise einheitlich durch sogenanntes "NESA-Glas" gebildet werden, ein im Handel erhältliches Produkt mit einem durchsichtigen Überzug aus leitendem Zinnoxyd auf einer Oberfläche einer Glasplatte. Die Schichten 2 6 und 2 8 können sodann auf die Zinnoxydschicht durch bekannte Vakuumaufdampfverfahren aufgebracht werden. Bei den bekannten Anwendungen ist das dauernd elektrochrome Material Wolframoxyd oder Molybdänoxyd bei den besonders beschriebenen Beispielen und die äußere Elektrode 28 ist ein Goldfilm. Eine Gleichspannungsquelle 30 ist an die leitenden Filme angelegt, wobei die negative Klemme mit der Zinnoxydschicht und die positive Klemme mit der

^ äußeren Goldschicht verbunden ist, um die Anordnung zu färben.

Wie in der genannten Patentschrift beschrieben, tritt bei Anlegen des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden eine Blaufärbung der vorher durchsichtigen Beschichtung auf, d.h. die dauernd elektrochrome Schicht wird für elektromagnetische Bestrahlung in einem Band absorbierend, welches das rote Ende des sichtbaren Spektrums umfaßt, und dadurch erhält die Schicht ein bläuliches Aussehen. Vor dem Anwenden des elektrischen Feldes war sie im wesent-

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- 13 lichen nicht absorbierend und daher durchsichtig.

Wie oben kurz erwähnt, ist die bekannte Anordnung zwar sehr wirkungsvoll bei der Erzeugung einer Farbänderung bei Anlegen des elektrischen Feldes, sie weist jedoch einen Nachteil auf, welcher ihren Anwendungsbereich beschränkt . Insbesondere ist die Färbung langsam und ungleichmäßig, wenn sie auf einen größeren Bereich ausgedehnt wird.

Diese Nachteile werden durch die in den Figuren 2 und 3 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung beseitigt. Bei dieser Anordnung ist ein Träger oder eine Unterlage 40 durch eine leitende Schicht 41 bedeckt. Der Träger 40 und die leitende Schicht 41 können zweckmäßigerweise einheitlich durch sogenanntes "NESA"-Glas gebildet werden, welches ein im Handel erhältliches Produkt mit einem durchsichtigen Oberzug von leitendem Zinnoxyd auf einer Oberfläche der Glasplatte ist. Auf die leitende Schicht 41 oder ein anderes durchsichtiges Material, wie "NESA"-Glas, ist eine Schicht aus dauernd elektrochromem Material 42 aufgebracht , indem beispielsweise Wolframoxyd im Vakuum aufge? dampft wird, um einen Film 42 zu bilden, dessen Dicke im Bereich von etwa 1 Mikrometer liegt. Ober dem Film und in Berührung mit diesem liegt ein Dichtungsring mit einer Dicke von etwa 3 mm, welcjier ^aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß der Dichtungsring 43 den Film 42 von einer Glasdeckplatte 44 trennt und einen Zwischenraum für den flüssigen Elektrolyten 45 bildet. An einer Seite der Elektrolytkammer 45 ist eine metallische Gegenelektrode 46 angeordnet. In Fig.3 besteht die ELektrode 46 aus einer porösen Bleiplatte, welche in Anlage an der Glasplatte 44

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"und dem Dichtungsring 43 gehalten wird und in den Elektrolyten 45 eintaucht.

Der Metallstreifen 48 stellt eine innige Berührung mit dem unteren Ende der Zinnoxydschicht des leitenden Glases her. Eine Gleichspannungsquelle ist zwischen den Metallstreifen 48 und die poröse Bleiplatte 46 gelegt, wobei die positive Klemme mit dem Metallstreifen 48 und die negative Kl me mit der pürösen Bleiplatte 46 verbunden ist, so daß der ungefärbte Zustand hervorgerufen wird.

Die Anordnung gemäß der Erfindung ist in einen Schaltkreis eingebaut, damit sie wirksam in reversibler Weise arbeiten kann. Zu diesem Zweck ist - wie in Fig.l gezeigt - die Batterie 30 mit den leitenden Stoffen 24 und 28 über einen allgemein mit 36 bezeichneten UmkehrschaIter verbunden. Wenn sich der Schaltarm, wie dargestellt, in der färbungerzeu genden Stellung befindet, ist die positive Klemme der Spannungsquelle mit der äußeren oder Goldelektrode verbunden, während die negative Klemme mit der Zinnoxydschicht am Glasträger verbunden ist.

Wenn vollständige Färbung erreicht ist, kann der Schalter geöffnet werden, wodurch die Batterie vollständig von der Anordnung getrennt wird, und die Anordnung bleibt in ihrem abgedunkelten Zustand ohne weitere Leistungszuführung. '

Um eine vorher abgedunkelte Oberfläche auszubleichen oder zu löschen, wird der Schaltarm auf die "Bleich^ll-Kontakte umgelegt, an die ein Potentiometer 37 angeschlossen ist. Der Potentiometerkontakt oder Gleitkontakt ist von einem Punkt, an welchem die Leiter 24, 28 kurzgeschlossen sind,

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zu einem Punkt verschiebbar, an welchem die volle Batteriespannung mit der den Färbungsbedingungen entgegengesetzten Polarität an die Leiter gelegt. Es kann eine beliebige Anzahl von Umkehrspannungswerten zwischen den zwei Extremsteilungen erzielt werden.

In der in der Figur dargestellten Stellung wird eine "Bleich"-Spannung an die Elektroden angelegt, deren Wert geringer ist als die Batteriespannung, wodurch ein entsprechendes elektrisches Feld erzeugt wird. Unter dem Einfluß dieses Feldes kehrt ^ie Anordnung in ihren ungefärbten Ausgangs zu stand zurück. Die Schnelligkeit, mit welcher das Ausbleicher, eintritt, wird durch die Rühe der Spannung bestimmt. Je höher die Spannung, desto schneller wird der Ausbleichvorgang beendet.

Die Figuren 4 und 5 zeigen die Anordnung gemäß der Erfindung, wobei ein elektrochror^ktiver Mittelbereich mit einer elektrochromen Gegenelektrode und äußeren elektrischen Leitungen dargestellt ist.

Die Bestandteile der Beschichtung sind im Schnitt in Fig.5 dargestellt. Die äußersten Schichten 50 und 55 bestehen aus zwei Stücken eines durchsichtigen Trägers, welche auf ihrer inneren Oberfläche einen elektrisch leitenden Oberzug aufweisen. Der Träger und die leitende Schicht kennen zweckmäßig einheitlich durch sogenanntes "KESA"-Glas gebildet sein, Kelches ein im Handel erhältliches Produkt mit einem durchsichtigen Oberzug von leitendem Zinnoxyd auf einer Oberfläche des Glases ist. Darauf sind in Berührung mit jeder leitenden Zinnoxydschicht getrennte aufgedampfte Filme 51 und 54 aus Wolframoxyd jeweils mit einer Dicke von etwa 1 Mikrometer aufgebracht. Zwischen den beiden

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Wolframoxydfilmen und in Berührung mit diesen ist ein Mittelbereich 5 3 aus einem undurchsichtigen, ionisch leitenden, elektronisch isolierenden halbfesten Stoff mit einer Dicke von etwa 3 mm angeordnet, welcher von einem kreisförmigen, isolierenden Abstandshalter 52 umschlossen ist. Der elektrische Kontakt der Anordnung mit dem äußeren Potential wird durch angelötete elektrische Drahtverbindungen an den leitenden NESA-Schichten hergestellt. Der elektrische Weg durch die Zelle geht von einer Wolframoxydschicht durch den leitenden, halbfesten Elektrolyten zu der anderen Wolramoxydschicht♦ Infolge der Undurchsichtigkeit des leitenden Mediums ermöglicht die Ausführungsform der Fig.4 die Darstellung nur der elektrochromen Schicht 51, wenn sie von der Seite 50 aus betrachtet wird. Die elektrochrome Schicht 54, welche hinter der leitenden Schicht 53 angeordnet ist, ist vor der Betrachtung durch die Undurchsichtigkeit des leitenden Mediums 53 verborgen.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung und sollen keine Beschränkung des Erfindungsgedankens darstellen.

Beispiel 1

Ein Film aus Wolframoxyd mit einer Dicke von etwa 1,0 Mikrometer wird auf einen sorgfältig gereinigten leitenden Glasträger (NESA-Glas) mit 30,5 auf 30,5 cm (12" χ 12") im Vakuum aufgedampft. Ein Dichtungsring aus isolierendem Material mit einer Dicke von etwa 3 mm wird zusammen auf dem Träger rings um die Seiten des Films angeordnet und weist auf einer Seite eine poröse Bleielektrode im Kontakt mit einem im Hohlraum befindlichen 8-molaren Schwefelsäure-

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Elektrolyten auf. Der so gebildete Hohlraum wird durch eine durchsichtige Glasdeckplatte in einer schichtförmigen Zellenanordnung abgeschlossen.

Um den in Berührung mit dem Elektrolyten stehenden Wolframoxydfilm zu färben, werden die zur Zelle führenden elektrischen Leitungen mit einer äußeren Spannungsquelle verbunden. Die Bleiplatte wird positiv gemacht.

Die Färbung des elektrochromen Films wird erzielt, indem an die elektrochrome Zelle ein Potential von etwa 0,7 V bei einem Strom von 30 Milliampere angelegt wird. Es tritt eine schnelle und gleichmäige Färbung des elektrochromen Films über die gesamte Glasfläche ein, welche innerhalb von fünf Minuten beendet ist. Wenn das elektrische Feld von der Zelle entfernt wird, ist das elektrochrome Bild im wesentlichen beständig.

Das Fenster kann innerhalb der gleichen Zeitspanne vollständig ausgebleicht werden, indem die Polarität des angelegten Potentials umgekehrt wird.

Beispiel 2

Ein Film von Wolframoxyd mit einer Dicke von 0,5 Mikrometer wurde in einer Fensterzelle mit 15 cm auf 15 cm (6" χ 6") angewendet, welche 8-molare Schwefelsäure enthielt. Die elektrochrome Schicht verfärbte sich selbst beim Kurzschliessen auf etwa 30% Durchlässigkeit in der Mitte innerhalb einer Minute. Der Färbungsgrad li_eß sich leicht steuern und der ganze Sichtbereich zeigte eine gleichmäßige Färbung.

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Beim Umkehren der Polarität, wobei der elektrochrome Film positiv wird, bleichte der gefärbte Film innerhalb drei Minuten bei einem konstanten Potential von 1 V vollständig aus. Die Zelle wurde 2500 Arbeitsperioden in einer Zeitspanne von zehn Tagen unterworfen. Die Folie war noch klar und arbeitete gut.

Beispiel 3

Eine für Inforjnationsdarstellungen geeignete Anordnung, welche wie in Beispiel 2 ausgebildet war und eine Fläche von 2mm χ 2 mm aufwies, wurde in etwa einer Sekunde unter den gleichen Bedingungen gefärbt und im gleichen Zeitintervall ausgebleicht.

Beispiel

Es wurde eine Anordnung ähnlich der in Beispiel 1 geschilderten unter Verwendung einer Schicht von Molybdänoxyd statt Wolframoxyd hergestellt. Die Anordnung arbeitete unter den gleichen Bedingungen mit ähnlichen Färbungsund Ausbleichergebnissen.

Beispiel 5

Eine symmetrische elektrochrome Anordnung wurde aus zwei NESA-Glasplatten hergestellt. Jede elektronisch leitende NESA-Platte wurde mit einem 1 Mikrometer dicken aufgedampften Film aus Wolframoxyd überzogen. Die so gebildeten

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Glasplatten wurden zusammengepreßt, wobei die elektrochromen Filme gegeneinander wiesen, jedoch durch einen 2 mm dicken Dichtungsring und Abstandshalter getrennt waren, welcher ein elektrolytisch leitendes Fett einschloß, das aus 0,1-molarem Lithiumstearat-Propylencarbonat in p-Toluol-Schwefelsäure bestand. Diese Anordnung wurde.periodischen Änderungen mit einem Strom von etwa 50 Mikroampere und einem Potential von 2,5 V Gleichspannung bei Halbperioden von vier Minuten unterworfen. Die Anordnung wurde 3 800 Arbeitsperioden in ununterbrochener Folge ohne jede beobachtbare Änderung in den Spannungs- Zeitkurven unterworfen.

Beispiel 6

Das Verfahren nach Beispiel 5 wurde in jeder Einzelheit wiederholt mit der Ausnahme, daß ein Strom von etwa 30 Mikroampere und ein Potential von 1,5 V Gleichspannung bei Halbperioden von fünf Minuten angewendet wurde. Die Anordnung wurde 5000 Arbeitsperioden in ständiger Folge unterworfen.

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Beispiel leitende Medien

hydrolysiertes Polyacrylamid

Glyzerin-HjSO^-Gel

Strom (Milliampere)	Spannung CVoIt)
o,5	2,9
0,3	2,0

Halbperiode Anzahl von j«sec) Arbeit s ρ er iod en

20

30

50000

25000

9 10

Äthylenglykol + H₂SO₁₊-GeI

Polypropylencarbonat

+ LiCl + Li Stearat-Fett O,o7 1,5

3,0

120

90000

7500

Beispiel 11

Ein Film von Wolframoxyd mit einer Dicke von etwa 1,0 Mikrometer wird auf zwei elektronisch leitende NESA-Glasplatten im Vakuum aufgedampft. Die Platten wurden aufeinandergeschichtet, wobei die V/olframoxydschicht en einander gegenüber und gegeneinander weisend in einem Zellenhohlraum angeordnet wurden, welcher durch einen Abstandshalter mit 2 mm erzeugt wurde. Ein geeignet leitendes Gel wurde durch Schwefelsäure-Polyvinylalkohol gebildet. Die Gelherstellung umfaßte die Zugabe von 20 Milliliter von 3-molarer H~SO_U zu 5,5 g Polyvinylalkohol (mit der Warenbezeichnung DuPont Elvanol 70-05) bei einer Temperatur von 88° C. Es wurde eine kläre Viskose Lösung innerhalb etwa 15 Minuten gebildet. Während dieser Zeitspanne wurde die Mischung ständig gerührt und die Temperatur auf etwa 80 bis 85° C gehalten. Die Lösung wurde auf Zimmertemperatur abgekühlt, während zur Beseitigung von Blasen zentrifugiert wurde.

Die klare Flüssigkeit wurde in den leeren Zellenhohlraum durch eine Öffnung eingegossen, wobei eine weitere Öffnung als Auslaß für die verdrängte Luft vorgesehen wurde. Das an der Eintrittsöffnung freiliegende Gel härtet in Berührung mit Luft aus, wodurch eine Selbstabdichtung das Auslecken verhindert.

— 1 —1 Das Gel zeigte eine Leitfähigkeit von 0,30 0hm x cm und eine unerwartete Klarheit bei der Lagerung. Die Zelle wurde in einer Zeitspanne von zwanzig Tagen 5000 Arbeitsperioden unterworfen. Der Film blieb durchsichtig und die Anordnung zeigte keine Änderung der Spannungs-Zeitkurven.

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Beispiel 12

Das Verfahren nach Beispiel 11 wurde in jeder Einzelheit wiederholt mit der Ausnahme, daß.4-molare Schwefelsäure und 20 g DuPont Elvanol 70-05 zur Bildung eines Gels mit einer Leitfähigkeit von 0,35 Ohm cm~ verwendet wurden. Die Zelle wurde 6000 Arbeitsperioden in ständiger Folge bei einer Spannung von 0,7 V unterworfen.

Beisp. Gel Gel Zellen- Anzahl von

Zusammensetzung Leitfähigkeit spannung Arbeitsperioden

(Ohin-l.cm-1) (Volt) in der Zelle

13	3m H₂SO₄
	30% Elvanol 70-05
14	4m H₂SO₄
	13% PVA 125 (Polyvinyl alkohol)
15	5m H₂SO₄
	13% PVA 125
16	8m H₂SO₄
	40% Elvanol 70-05

0,19

0,33

0,37

0,25

0,8

0,7

0,8

1,0

5000

10000

7500

8000

In den vorangehenden Beispielen waren alle Zellen nach der angegebenen Anzahl von Arbeitsperioden im ursprünglichen Zustand.

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Claims

Pat entansprüche

!.»Anordnung mit veränderlicher Lichtdurchlässigkeit mit

von leitenden Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß ein fluider Elektrolyt zwischen der elektrochromen Schicht

und der Gegenelektrode angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fluide Elektrolyt eine starke Säurelösung ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starke Säure mit einem Gelbildungsmittel . kombiniert ist.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der fluide Elektrolyt Schwefelsäure und das Gelbildungsmittel ein Alkohol mit mindestens zwei Hydroxylgruppen ist.
5. Anordnung nach Anspeuch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starke Säurelösung über die ganze Flächenausdehnung mit dem elektrochromen Material in Berührung steht.
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet-,. daß mindestens eine der Elektroden im wesentlichen durchsichtig ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode aus einer zweiten Schicht eines dauernd elektrochromen Materials besteht.

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