DE69731454T2 - Elektooptische schaltvorrichtung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Schaltvorrichtung mit einer, eine Metallverbindung enthaltenden Schaltschicht. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Einsatzmöglichkeiten einer solchen Schaltvorrichtung.
• Bei den relevanten Schaltvorrichtungen werden die optischen Eigenschaften durch ein elektrisches Potential oder Strom bestimmt.
• Zum Beispiel sind elektrochrome Vorrichtungen, bei welchen eine Schicht aus einem elektrochromen Material, wie z. B. MoO₃, zwischen zwei transparenten, elektrisch leitenden Schichten, zum Beispiel aus Indiumzinnoxid, angeordnet sind, allgemein bekannt. Zwischen einer Elektrode und dem elektrochromen Material befindet sich eine Schicht aus einem H⁺- oder Li⁺-Ionen leitenden Material. Die Vorrichtung weist ebenfalls eine Ionenspeicherschicht zur Speicherung der Ionen auf. Das Anlegen eines elektrischen Potentials von mehreren Volt an die Elektroden bewirkt, dass sich die Transmission oder Farbe der Mehrschichtenstruktur ändert. Die Transmissionsänderung ist reversibel. Elektrochrome Materialien werden zum Beispiel bei Fenstern mit variabler Transmission für Gebäude und blendungsfreie Spiegel in Autos verwendet.
• Ein Nachteil von oxidischen, elektrochromen Vorrichtungen ist, dass für deren Betrieb ein umfangreicher Schichtenstapel erforderlich ist. Ein weiterer wichtiger Nachteil ist, dass bei solchen Materialien lediglich eine relativ geringe Transmissionsänderung und folglich ein geringer Kontrast erreicht werden kann.
• WO-A-96/38758 wurde vor dem 22. August 1996 eingereicht, jedoch nach diesem Datum bekanntgemacht. In WO-A-96/38758 wird eine Schaltvorrichtung beschrieben, bei welcher einige trivalente Metalle, wie Y und La, durch Zugabe von Wasserstoff von einem Dihydrid- in einen Trihydridzustand umkehrbar umgewandelt werden können. Beide Zustände weisen unterschiedliche optische und elektrische Eigenschaften auf. Der Dihydridzustand ist metallisch und spiegelartig, während der Trihydridzustand halbleitend und transparent ist. WO-A-96/38758 offenbart nicht spezifisch die Merkmale, welche in dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 erwähnt werden, sondern offenbart alle weiteren Merkmale von Anspruch 1, 2, 3 und 7.
• Der Erfindung liegt als Aufgabe zugrunde, unter anderem eine elektrooptische Schaltvorrichtung vorzusehen, bei welcher die Schaltschicht von einem nicht transparenten oder spiegelartigen Zustand in einen transparenten Zustand umkehrbar umgewandelt werden kann. Beide Zustände müssen stabil sein. Darüber hinaus muss die Möglichkeit bestehen, die Umwandlung bei Umgebungstemperatur und atmosphärischem Druck sowie bei niedrigen Spannungen, d. h. weniger als 10 V, relativ schnell vorzunehmen. Außerdem sollte die Schaltvorrichtung eine einfache Schichtstruktur haben und muss einen hohen Kontrast aufweisen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrooptische Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst.
• Es hat sich gezeigt, dass einige trivalente Metalle in einer dünnen Schicht Hydride mit Wasserstoff bilden können, welche sich, in Abhängigkeit des Wasserstoffgehalts, im metallischen Zustand und im halbleitenden Zustand befinden können. In dem metallischen Zustand ist die dünne Schicht, d. h. die Schaltschicht, nicht transparent und reflektierend oder spiegelartig, während die Schaltschicht in dem halbleitenden Zustand transparent ist.
• Wenn z. B. eine dünne Gadoliniumschicht atomarem Wasserstoff bei Raumtemperatur ausgesetzt wird, wird die Hydridphase GdH_x gebildet. Bei einem geringen Wasserstoffgehalt (x <= 2) hat der Film einen metallischen Charakter und ist nicht transparent. Bei ausreichend hohem Wasserstoffdruck (> 1 mb) wird die wasserstoffreiche Zusammensetzung (x >≈ 2) gebildet. Die gebildete, wasserstoffreiche Schicht (x >≈ 2) ist transparent und in Transmission gelb. Der Übergang von spiegelartig zu transparent ist reversibel.
• Ähnliche Phänomene können bei einer Yttriumschicht beobachtet werden. Bei einer geringen Wasserstoffkonzentration wird eine nicht transparente Dihydridzusammensetzung mit einem Existenzbereich um YH₂ gebildet, während es bei höheren Wasserstoffkonzentrationen scheint, dass eine transparente Trihydridzusammensetzung mit einem Existenzbereich um YH₃ gebildet wird. Obgleich die exakten Zusammensetzungen von dem Metall und von bestimmten Bedingungen abhängig sind, werden die Bezeichnungen Dihydrid und Trihydrid in dem folgenden Teil dieses Dokuments für den Zustand „niedriger Wasserstoffgehalt" bzw. „hoher Wasserstoffgehalt" verwendet. Abgesehen von Y und Gd weisen andere trivalente Übergangsmetalle und Seltenerdmetalle ähnliche Phänomene auf. Zu diesen Metallen gehören z. B. Scandium (Sc) und Lanthan (La). Transparentes Yttriumtrihydrid ist in Transmission gelb, transparentes Lanthantrihydrid dagegen rot. Es sind sind ebenfalls Legierungen aus diesen Metallen, z. B. eine Y-La-Legierung, oder Legierungen mit divalenten Metallen, möglich, um die Farbe zu beeinflussen und die Stabilität, die Schaltgeschwindigkeit und den Kontrast der Schicht zu verbessern.
• Die Schaltschicht gemäß der Erfindung ist dünn, d. h. ihre Dicke beträgt weniger als 2 μm. Die Schichtdicke der Schaltschicht liegt vorzugsweise im Bereich von 100 bis 1,000 nm. Da Wasserstoff in der Schaltschicht diffundieren muss, bestimmt die Schichtdicke die Geschwindigkeit der kompletten Umwandlung von der metallischen in die transparente Zusammensetzung und umgekehrt.
• Die elektrooptische Vorrichtung gemäß der Erfindung ist durch eine elektrochemische Zelle dargestellt, bei welcher eine der Elektroden eine Schaltschicht aus einem Hydrid aus dem trivalenten Metall aufweist, welche sich über einen dünnen, katalytischen Metallüberzug mit einem Ionen leitenden Elektrolyten in Kontakt befindet.
• Ein Beladen des Metallhydrids oder der Schaltschicht mit Wasserstoff wird durch elektrolytische Reduktion von Protonen oder Wasserstoff enthaltenden Molekülen, wie z. B. Wasser, durch Anlegen eines Potentials zwischen den Elektroden erreicht. An dieser Elektroden-/Elektrolyten-Grenzfläche werden Protonen auf atomaren Wasserstoff reduziert. Der erzeugte, atomare Wasserstoff (H) wandelt den Metalldihydridzustand in den Trihydridzustand um. Die das Metallhydrid enthaltende Elektrode wechselt von spiegelartig zu transparent. Die Änderung des Potentials in positivere Werte führt zur Oxidation des Trihydridzustands in den Dihydridzustand. Die Elektrode wird erneut spiegelartig. Auf diese Weise wird ein reversibler, elektrooptischer Schalter erhalten.
• Um die Hydrierungs- und Dehydrierungsgeschwindigkeit und damit die Schaltgeschwindigkeit zu beschleunigen, wird die Metallhydrid enthaltende Schaltschicht mit einem dünnen Film aus einem elektrokatalytischen Metall bzw. Legierung, wie z. B. Palladium, Platin oder Nickel, versehen. Diese Metalle katalysieren unter anderem die Reduktion von Protonen zu Wasserstoff. Andere geeignete, katalytische Metalle sind die Legierungen vom sogenannten AB₂- und AB₅-Typ, wie z. B. TiNi₂ und LaNi₅. Darüber hinaus schützt dieser Metallfilm durch den Elektrolyten die darunter liegende Schaltschicht gegen Oxidation. Dieser Film weist eine Dicke von z. B. 5 nm auf. Bei dieser Dicke ist der Film diskontinuierlich oder inselartig. Die Schichtdicke ist nicht kritisch und wird so ausgewählt, dass sie im Bereich zwischen 2 und 25 nm liegt. Dünne Schichten von 2 bis 10 nm werden jedoch bevorzugt, da die Dicke des Films die maximale Transmission der Schaltvorrichtung bestimmt. Bei einer Palladiumfilmdicke von 10 nm liegt die maximale Transmission bei 15 bis 20%. Bei dem Reflexionsmodus der Vorrichtung kann der Palladiumfilm dicker, z. B. 50 nm, sein. Die Dicke des elektrokatalytischen Metallfilms und dessen Metall bestimmen die Schaltgeschwindigkeit der Schaltvorrichtung.
• Der Elektrolyt muss ein guter Leiter von Ionen, jedoch ein Isolator von Elektronen sein, um eine Selbstentladung der Vorrichtung zu verhindern. Für die Elektrolytflüssigkeit können Elektrolyten, wie z. B. eine wässrige Lösung aus KOH, verwendet werden. Eine solche Lösung stellt einen guten Leiter dar, und die darin enthaltenen Metallhydride sind stabil. Der Elektrolyt kann ebenfalls im Gelzustand vorhanden sein.
• Auf Grund der Einfachheit der Vorrichtung werden transparente Festkörperelektrolyte stark bevorzugt; dadurch werden Abdichtungsprobleme verhindert, und es ist eine einfachere Handhabung gewährleistet. Es können sowohl anorganische als auch organische Verbindungen verwendet werden. Beispiele von anorganischen Elektrolyten sind Hydroxide wie Ta₂O₅·nH₂O, Nb₂O₅·nH₂O, CeO₂·nH₂O, Sb₂O₅·nH₂O, Zr(HPO₄)₂·nH₂O und V₂O₅·nH₂O, H₃PO₄(WO₃)₁₂·29H₂O, H₃PO₄(MoO₃)₁₂·29H₂O, [Mg₂Gd(OH)₆]OH·2H₂O und wasserfreie Verbindungen wie Mg(OH)₂, KH₂PO₄, KH₂AsO₄, CeHSO₄, CeHSeO₄ sowie Verbindungen vom Typ MCeO₃ (M = Mg, Ca, Ba, Sr), bei denen ein Teil von Ce durch Y_b, Gd oder Nb ersetzt wurde. Es kann ebenfalls Glas, wie z. B. alkalifreies Zirconiumphosphatglas, verwendet werden. Diese Verbindungen sind gute Protonen-(H⁺)-Leiter. Beispiele von guten Ionen-(H₃O⁺)-Leitern sind HUO₂PO₄·4H₂O und Oxonium-β-Aluminium. Ein Beispiel eines organischen Festelektrolyts ist Poly(2-Acrylamido-2-Methyl-Propan-Sulfonsäure).
• Für die Gegen- oder zweite Elektrode können verschiedene transparente Materialien eingesetzt werden. Beispiele sind hydrierte, oxidische Materialien wie WO₃, NiO₂, Rh₂O₃ und V₂O₅. Diese Materialien können durch Sputtern in einer Wasserstoffatmosphäre oder durch elektrochemische Mittel in einem separaten Schritt mit Wasserstoff beladen werden. Es können ebenfalls dünne Schichten aus Hydrid bildenden, intermetallischen AB₂- und AB₅-Verbindungen, wie z. B. TiNi₂ und LaNi₅, verwendet werden. Es besteht alternativ die Möglichkeit, das gleiche Material wie das für die Schaltschicht verwendete einzusetzen, vorausgesetzt, dass, wenn sich die Schaltschicht in dem Dihydridzustand befindet, sich die zweite Elektrode in dem Trihydridzustand befindet und umgekehrt. Die Materialien werden in Form einer Schicht mit einer Dicke, die mit dieser der Schaltschicht vergleichbar ist, vorgesehen. Die Dicke wird so gewählt, dass die Wasserstoffkapazität in der zweiten Elektrode ausreicht, um die Schaltschicht von dem Dihydridzustand in den Trihydridzustand umzuwandeln und umgekehrt.
• Substrate, auf denen die Schichten der Schaltvorrichtung vorgesehen werden können, sind transparente Materialien, wie z. B. Glas, Quarz, Diamant, Aluminiumoxid oder (flexibler) Kunstharz. Das Substrat kann plan oder gebogen sein.
• Die Schaltschicht wird unter Anwendung konventioneller Verfahren, wie z. B. Aufdampfung im Vakuum, Sputtern, Abtragen mit Laserstrahl, chemische Aufdampfung oder Elektroplattieren, als dünne Schicht auf dem Substrat aufgebracht. In dieser Hinsicht ist es wichtig, dass während und nach dem Aufbringen der Schaltschicht das Metall der Schaltschicht keiner Oxidation unterworfen wird. Bei einer Aufdampfung im Vakuum wird dieses erreicht, indem der Druck, insbesondere des Restgaswassers und Sauerstoffs, auf einem niedrigen Pegel unter 10^–6 bis 10^–7 mb gehalten wird.
• Die katalytisch aktive Schicht, zum Beispiel aus Pd, und die Schicht der zweiten Elektrode können ebenfalls unter Anwendung eines der oben erwähnten Verfahren aufgebracht werden.
• Der anorganische Festkörperelektrolyt kann ebenfalls unter Anwendung eines der oben erwähnten Verfahren als dünne Schicht aufgetragen werden. Anorganische, oxidische Elektrolyte können ebenfalls durch ein Sol-Gel-Verfahren vorgesehen werden, wobei eine geeignete Verbindung als Ausgangsmaterial verwendet wird. Organische Elektrolyte können z. B. durch Aufschleudern aufgebracht werden.
• Da dünne Schichten aus Metallhydriden eine ausreichende elektrische Leitung aufweisen, kann eine dünne transparente Schicht aus Indium-Zinn-Oxid zwischen dem Substrat und der Schaltschicht, welche bei konventionellen, elektrochromen Vorrichtungen üblich ist, weggelassen werden. Somit ist die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung einfacher als ein konventionelles, elektrochromes Display.
• Beispiele möglicher Schichtfolgen in einer elektrooptischen Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung sind:
• A. Substrat |YH_x|Pd| wässriges KOH|H_yNiO₂|ITO
• Bei dieser Konfiguration befindet sich YH_x anfänglich in dem Dihydridzustand (x ≈ 2), während das Nickeloxid mit Wasserstoff beladen wird: H_yNiO₂ (1 ≤ y, z ≤ 2). Die YH_x-Schaltschicht, welche als erste Elektrode dient, ist spiegelartig und nicht transparent, während die H_yNiO_z-Schicht, welche als zweite Elektrode dient, transparent ist.
• Wird ein negatives Potential an die YH_x-Schicht angelegt, wird H von der Nickeloxidschicht durch den Elektrolyten zu der YH_x-Schicht transportiert. YH_x wird in YH_x+δ (Trihydridzustand: x + δ ≈ 3) umgewandelt, welches transparent ist, während H_y–δNiO₂ neutralgrau wird: die Vorrichtung ist in diesem Zustand transparent geworden oder wird, unter der Voraussetzung, dass der Pd-Film dünn (< 5 nm) ist, von dem Spiegelzustand in den transparenten Zustand geschaltet. Der Schaltvorgang ist reversibel. Bei Anlegen eines positiven Potentials an die YH_x+δ-Schicht wird H durch den Elektrolyten zu der H_y–δNiO₂ Schicht zurückübertragen, und die Vorrichtung wird erneut spiegelartig und nicht transparent. Dieser Schaltvorgang kann viele Male wiederholt werden und findet bei einer niedrigen Spannung unter 1 V statt.
• In dem Reflexionsmodus wird ein dicker Pd-Film (etwa 50 nm) verwendet. Der Pd-Film ist intrinsisch reflektierend. Jedoch kann dieser Pd-Film nur von der Substratseite wahrgenommen werden, wenn sich das YH_x in dem transparenten Trihydridzustand befindet. In dem nicht transparenten Dihydridzustand kann der Pd-Film nicht mehr wahrgenommen werden.
• Der Kontrast einer solchen Vorrichtung ist stärker als dieser einer konventionellen, elektrochromen Vorrichtung. Durch Wechseln von dem Trihydridzustand in den Dihydridzustand verringert sich die Transmission von etwa 20% auf etwa 1%, d. h. ein Kontrast von (20 – 1)/1 = 19. Bei einer konventionellen, elektrochromen Vorrichtung, bei welcher Li_xWO₃ als Schaltschicht der gleichen Dicke wie die Yttriumhydridschicht verwendet wird, ändert sich die Transmission von vollständig transparent (WO₃) auf etwa 25%, d. h. ein Kontrast von nur (100 – 25)/25 = 3.
• B. Substrat |YH_x|Pd|Ta₂O₅·H₂O|H_yWO₃|ITO
• Diese Vorrichtung, welche einen anorganischen Festkörperelektrolyten aufweist, arbeitet in der gleichen Weise wie die Vorrichtung unter A, und das Schalten findet bei einer Spannung unter 2 V statt. Protonen werden nun durch den Festkörperelektrolyten transportiert.
• ITO (Indiumzinnoxid) dient als transparente, leitende Elektrode. An Stelle von ITO kann SnO₂, dotiert mit F, eingesetzt werden, was stabiler als ITO ist.
• Da die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung von einem metallischen, nicht transparenten Zustand in einen transparenten, halbleitenden Zustand und umgekehrt geschaltet werden kann, kann diese für viele Verwendungszwecke eingesetzt werden. Auf Grund dieser optischen Wirkung kann die Schaltvorrichtung als optisches Schaltelement, zum Beispiel als variabler Strahlenteiler, und zur Steuerung der Beleuchtungsstärke oder der Form von Lichtstrahlen in Leuchten verwendet werden. Je nach der Filmdicke der Schaltschicht kann diese Schicht in dem metallischen Zustand eine Transmission von nahezu Null aufweisen. Dadurch kann eine Schaltvorrichtung mit einem großen Kontrast vorgesehen werden. Die Schaltvorrichtung kann zu Anwendungszwecken verwendet werden, zu welchen zur Zeit elektrochrome Schichten benutzt werden, wie z. B. Architekturglas, Bildkontrollglas, Schiebedächer und Rückspiegel.
• Die Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung kann ebenfalls als variables Transmissionsfilter auf oder vor einem Bildschirm verwendet werden, um den Kontrast des Bildes zu verbessern.
• Es kann ein dünnes Display hergestellt werden, indem in der Metallhydridschicht eine Struktur vorgesehen wird. Der Aufbau eines solchen Displays ist durch das Nichtvorhandensein einer LC-Schicht, Orientierungsschicht, Verzögerungsschicht und eines Polarisationsfilters wesentlich einfacher als dieser eines LCDs (Flüssigkristalldisplays). Durch Verwendung drei verschiedener Metalle des Metallhydrids kann eine dreifarbige, gestrichelte Struktur erhalten werden.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 – einen schematischen Querriss einer elektrochemischen Zelle;
• 2 – eine dynamische Strom-Potential-Kurve (A) und entsprechende Messung (B) der Transmission T einer Elektrodenschicht; sowie
• 3 – eine elektrooptische Festkörpervorrichtung gemäß der Erfindung.
• Exemplarisches Ausführungsbeispiel 1
• 1 zeigt schematisch eine elektrochemische Testzelle 1 zum Testen elektrooptischer Schaltschichten. Die Schichtdicken in dieser Figur sind nicht maßstabsgetreu. Bezugsziffer 3 kennzeichnet eine Glasküvette, welche einen Elektrodenprüfling 5, eine Platingegenelektrode 7 sowie einen Elektrolyten 9 und eine Referenzelektrode 11 aufnimmt.
• Der Elektrodenprüfling 5 weist ein poliertes Quarzsubstrat 13 auf, welches durch Elektronenstrahlaufdampfung mit einer 200 nm dicken Yttriumhydridschicht 15 als Schaltschicht versehen wird. Der Restdruck in der Bedampfungsvorrichtung ist geringer als 10^–7 mb. In der gleichen Vorrichtung wird auf die Schaltschicht 15 ein 10 nm dicker Palladiumfilm 17 aufgedampft. Durch Füllen der Vorrichtung mit Wasserstoff bei einem Druck von 10^–2 mb wird das Yttrium in den Dihydridzustand umgewandelt, welcher ein spiegelartiges Aussehen hat und nicht transparent ist.
• Für den Elektrolyten 9 wird eine wässrige Lösung aus 6 mol/l KOH bei Raumtemperatur verwendet. Die Referenzelektrode 11 ist durch eine Hg/HgO-Elektrode dargestellt.
• Die Elektroden sind mit einem Potentiostat 19 elektrisch verbunden.
• Die optische Transmission T des Prüflings 5 wird ermittelt, indem unter Verwendung einer roten Lichtquelle in Verbindung mit einem Fotodetektor der Prüfling von der Rückseite aus beleuchtet und die Lichtintensität auf der Vorderseite festgestellt wird.
• 2 zeigt das Ergebnis eines Tests in einer dynamischen Strom-Potential-Kurve. Die Pfeile in den Kurven kennzeichnen die Richtung der Potentialabtastung. 2A zeigt die Relation zwischen dem Elektrodenpotential E (in V) der Schaltschicht und der Stromdichte i (in μA/cm²). 2B zeigt die Transmission T (in beliebigen Einheiten a. u.) des Prüflings als Wirkungsweise des Potentials E. Unter Verwendung von nicht transparentem Yttriumdihydrid wird das Elektrodenpotential, ab einem Ausgangswert von E = OV, bei einer Abtastrate von 0,1 mV/s zu negativeren Werten hin abgetastet. In diesem negativen Potentialbereich tritt eine Wasserreduzierung auf H auf. Diese kathodische Stromdichte i_c beginnt bei –0,6 V anzusteigen und erreicht bei –0,85 V ihr Maximum. In diesem Bereich wird die Elektrode durch Umwandlung von dem Dihydridzustand in den Trihydridzustand transparent (2B).
• Im Falle die Abtastrichtung umgekehrt wird, findet eine Oxidation von dem Trihydridzustand in den Dihydridzustand statt, welche durch eine anodische Stromdichte i_a (2A) dargestellt ist. Die transparente Elektrode wird erneut nicht transparent (2B). Auf diese Weise wird eine reversible, elektrooptische Schaltvorrichtung erhalten. Die Schaltzeit ist mit dieser konventioneller, elektrochromer Vorrichtungen vergleichbar.
• Exemplarisches Ausführungsbeispiel 2
• Es wird eine elektrooptische Schaltvorrichtung vorgesehen, welche, mit Ausnahme der Platingegenelektrode 7, die in diesem Ausführungsbeispiel nun durch eine, mit einer elektrisch leitenden Indium-Zinnoxid-(ITO)-Schicht versehenen Glasplatte ersetzt wird, dieser in 1 gleicht. Die ITO-Schicht ist mit einer 150 nm dicken Schicht aus HNiO als zweite Elektrode versehen. Beide Schichten werden durch Sputtern vorgesehen, wobei die zweite Schicht durch Sputtern in einer Wasserstoffatmosphäre erhalten wird. Das Schaltverhalten dieser Vorrichtung wurde oben beschrieben. Die Schaltzeit ist mit dieser konventioneller, elektrochromer Vorrichtungen vergleichbar.
• Exemplarisches Ausführungsbeispiel 3
• 3 zeigt schematisch einen Querschnitt einer elektrooptischen Festkörperschaltvorrichtung 1 gemäß der Erfindung. Die Schichtdicken sind nicht maßstabsgetreu dargestellt.
• Die Vorrichtung weist eine Glasplatte 3, eine erste Elektrode 5 aus Yttriumdihydrid als Schaltschicht mit einer Dicke von 200 nm, eine Palladiumschicht 7 mit einer Dicke von 5 nm, eine Schicht 9 eines Festkörperelektrolyten aus Ta₂O₅·H₂O, welche Protonen leitet und eine Dicke von 500 nm aufweist, eine zweite Elektrode 11 aus transparentem, blauem HWO₃ mit einer Dicke von 350 nm sowie eine elektrisch leitende ITO-Schicht 13 auf. Sämtliche Schichten sind transparent, mit Ausnahme von Schicht 5 in dem Dihydridzustand, so dass die Vorrichtung 1 bei Betrachtung in Transmission nicht transparent ist.
• Die Vorrichtung arbeitet bei Raumtemperatur. Die Schichten 5 und 13 sind mit einer externen Stromquelle verbunden. Durch Anlegen eines kathodischen Stroms an die erste Elektrode 5 wird der Dihydridzustand in den Trihydridzustand, welcher transparent ist, umgewandelt. HWO₃ der zweiten Elektrode 11 wechselt von blauem zu transparentem WO₃. Die Vorrichtung 1 ist bei Betrachtung in Transmission nun transparent und gelb. Bei Umkehren des Stroms wird die erste Elektrode 5 in den Dihydridzustand zurückversetzt, welcher spiegelartig und nicht transparent ist, und die zweite WO₃-Elektrode 11 wird auf Grund der Bildung von HWO₃ erneut blau. Die Vorrichtung 1 wurde bei Betrachtung in Transmission in den nicht transparenten Zustand geschaltet.
• Die elektrooptische Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung, welche eine Schaltschicht aus einem Hydrid aus einem trivalenten Metall, wie z. B. Yttrium oder Gadolinium, aufweist, kann durch elektrochemische Umwandlung von einem spiegelartigen, nicht transparenten Zustand in einen transparenten Zustand reversibel umgewandelt werden. Die Umwandlung findet bei Raumtemperatur und bei niedriger Spannung sehr schnell statt. Die Schaltvorrichtung kann unter anderem als optisches Schaltelement in Rückspie geln, Schiebedächern, Architekturglas, Bildkontrollglas, Displays und für Bildschirme mit variabler Transmission verwendet werden.

Claims (7)

1. Elektrooptische Schaltvorrichtung (1) mit einer ersten und einer zweiten Elektrode (5, 11), welche durch einen Ionen leitenden Elektrolyten (9) getrennt sind, wobei die erste Elektrode eine Schaltschicht (5) aus einem Hydrid aus einem trivalenten Übergangs- oder Seltenerdmetall aufweist, welche mit einem elektrokatalytischen Metallfilm (7) versehen ist, der sich mit dem Elektrolyten in Kontakt befindet, so dass durch Anlegen eines Potentials oder Stroms zwischen den Elektroden (5, 11) eine Änderung der optischen Transmission der Schaltschicht (5) feststellbar ist, sobald das Metallhydrid durch einen Wasserstoffaustausch von einem, einen geringen Wasserstoffgehalt vorsehenden, spiegelartigen Zustand in einen, einen hohen Wasserstoffgehalt vorsehenden, transparenten Zustand und umgekehrt elektrochemisch umgewandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ionen leitende Elektrolyt (9) durch einen anorganischen Festkörperelektrolyten dargestellt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall der Schaltschicht (5) aus der Gruppe, welcher Y, La und Gd oder eine Legierung aus diesen Elementen angehören, ausgewählt wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der katalytische Metallfilm (7) Palladium enthält.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (11) durch eine transparente Schicht, welche ein Hydrid aus Nickeloxid enthält, dargestellt ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Elektrode (11) durch eine transparente Schicht mit einem Hydrid aus Wolframoxid dargestellt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt (9) Ta₂O₅ enthält.
7. Die Verwendung einer Schaltvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche als Display, optisches Schaltelement, Spiegel mit variabler Transmission, in Architekturglas oder Schiebedächern.