EA020357B1

EA020357B1 - Прозрачная электрохромная система

Info

Publication number: EA020357B1
Application number: EA201200194A
Authority: EA
Inventors: Клодин Бивер; Жан-Поль Кано; Сандрин Дюлюар; Антони Соге
Original assignee: Эссилор Энтернасьональ (Компани Женераль Д'Оптик)
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2010-07-19
Publication date: 2014-10-30
Also published as: AU2010280630A1; IL217706A0; KR20120040722A; BR112012001975B1; FR2948778B1; KR101763246B1; FR2948778A1; CN102576177A; BR112012001975A8; EA201200194A1; IL217706A; WO2011015753A1; NZ597805A; CA2769194A1; CA2769194C; EP2460050B1; JP2013500504A; EP2460050A1; US20120120477A1; AU2010280630B2

Abstract

Изобретение относится к прозрачной электрохромной системе (100), содержащей ячеистую структуру (13), два электрода (1, 2) питания, выполненных на одной стенке (10), и по меньшей мере один дополнительный электрод (3). Указанный дополнительный электрод можно использовать в качестве контрольного электрода или электрода поляризации. Он может также образовать конденсатор с четвертым электродом, который добавляют в систему для контроля за перемещением некоторых электроактивных веществ, отвечающих за окрашивание и обесцвечивание системы. За счет этого улучшают работу системы.

Description

Изобретение относится к прозрачной электрохромной системе, а также к способу применения такой системы.

В настоящее время уже существуют многие прозрачные электрохромные системы, в которых электроактивные вещества одновременно подвергаются окислению и восстановлению при контакте с электродами питания. По меньшей мере, некоторые из этих электроактивных веществ имеют цвета, которые отличаются в их окисленном состоянии и в восстановленном состоянии. Таким образом, система меняет цвет и/или имеет переменное световое поглощение, когда меняется электрическая команда, подаваемая между электродами питания.

В данном случае электродами питания электрохромной системы, включающей в себя вещества, которые могут окисляться или восстанавливаться во время работы системы, называют электроды, предназначенные для передачи электронов в те из веществ, которые предназначены для восстановления, или для получения электронов из веществ, которые предназначены для окисления. Таким образом, в электродах питания циркулирует электрический ток. Электрическая команда электрохромной системы может представлять собой непосредственно этот ток. В альтернативном варианте электрическая команда может быть электрическим напряжением, подаваемым между двумя электродами питания. Во всех случаях обратной работы системы добиваются посредством изменения полярности электродов питания на противоположную.

Как известно, такую прозрачную электрохромную систему можно включить в окно, в стекло для очков, в стекло для маски или в защитный козырек шлема. Как правило, под прозрачной системой понимают систему, которая обеспечивает ясный обзор сквозь себя, т.е. которая позволяет наблюдателю, находящемуся с одной стороны системы, четко видеть объект или сцену, расположенные на расстоянии с другой стороны системы. Иначе говоря, система не вызывает рассеяния или дифракции пропускаемого ею света, которые могут восприниматься наблюдателем и мешать его обзору, причем при любом электрическом состоянии системы.

Известно также выполнение такой электрохромной системы в виде набора ячеек, расположенных рядом друг с другом и параллельно наружным стенкам системы. Такая конфигурация имеет ряд преимуществ, среди которых можно указать уменьшение утечек наружу системы текучей среды, которая содержит электроактивные вещества, повышение сопротивления системы силам сжатия и т.д. В этом случае прозрачная электрохромная система содержит две параллельные наружные стенки, при этом система является прозрачной в направлении взгляда, проходящем через эти наружные стенки между двумя противоположными сторонами;

сетку внутренних стенок, расположенную между двумя наружными стенками и образующую набор ячеек, при этом внутренние стенки проходят перпендикулярно к наружным стенкам;

порции жидкости и/или геля, которые соответственно содержатся в ячейках;

первые и вторые электроактивные вещества, распределенные в порциях жидкости и/или геля с соответствующими разными электрическими потенциалами окисления-восстановления, при этом, по меньшей мере, некоторые из этих электроактивных веществ проявляют оптический эффект, различающийся между их окисленной формой и восстановленной формой;

два прозрачных электрода питания, предназначенных соответственно для соединения с двумя контактами питания узла переменного электрического источника, при этом каждый из этих электродов питания входит в прямой электрический контакт с порциями жидкости и/или геля, содержащимися, по меньшей мере, в некоторых ячейках, для передачи электронов в направлении к или от, по меньшей мере, некоторых электроактивных веществ между первыми и вторыми электроактивными веществами в один и тот же момент.

Наконец, для такой прозрачной электрохромной ячеистой системы, как известно, оба электрода питания располагают на одной из двух наружных стенок, но при этом они не входят между собой в прямой электрический контакт. При этом оба электрода питания располагают рядом друг с другом на стороне этой наружной стенки, обращенной к среде, содержащей электроактивные вещества, и отделяют друг от друга электроизоляционной полосой. Такое расположение электродов питания позволяет, в частности, уменьшить их участие в световом поглощении системы, причем при любом ее электрохимическом состоянии. При этом электрохромная система имеет более выраженную контрастность при управляемой работе. Кроме того, это расположение двух электродов питания на одной наружной стенке позволяет получать тонкие электрохромные системы, в частности, с толщиной среды, содержащей электроактивные вещества, менее 50 мкм, например около 20 мкм.

Вместе с тем, при работе такой прозрачной электрохромной системы с ячейками могут возникать следующие проблемы и недостатки:

несмотря на то что разность электрических потенциалов между двумя электродами питания является регулируемой, значение электрического потенциала на каждом электроде индивидуально не контролируется. В результате этого может происходить необратимое ухудшение электроактивных веществ, которое в конечном итоге приводит к деградации электрохромной системы;

электроактивные вещества, которые проходят преобразования между окисленными и восстановленными формами на одном или другом из электродов питания, взаимно нейтрализуются в зоне, которая

- 1 020357 находится между двумя электродами питания. Это приводит к бесполезному расходованию электрического тока относительно оптической эффективности электрохромной системы;

взаимная нейтрализация электроактивных веществ, которые прореагировали на одном или другом из электродов питания, способствует образованию полосы между этими двумя электродами, в которой окрашивание системы не поддается контролю;

может происходить задержка между изменением электрического напряжения, которое подают между двумя электродами питания для получения изменения цвета электрохромной системы, и реальным появлением этого изменения цвета. Иначе говоря, время реакции системы может быть в некоторых вариантах применения слишком долгим.

Задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере одного из вышеуказанных недостатков.

Поставленная задача решена в прозрачной электрохромной системе с ячейками, в которой электроды питания выполнены на одной из двух наружных стенок системы и которая дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный прозрачный электрод. Этот дополнительный электрод не имеет прямого электрического контакта с электродами питания внутри электрохромной системы. Кроме того, он является параллельным электродам питания внутри, по меньшей мере, некоторых из ячеек.

Согласно первому варианту применения дополнительного электрода его можно применять для фиксирования значения электрического потенциала в порциях жидкости и/или геля за пределами электродов питания. В этом случае речь идет о контрольном электроде, который не позволяет электрическому потенциалу внутри ячеек принимать слишком высокие абсолютные значения, которые могут привести к ухудшению электроактивных веществ. В этом случае дополнительный электрод входит в контакт с порциями жидкости и/или геля, и его поддерживают при электрическом потенциале, который находится внутри интервала электрохимической стабильности электрохромной системы.

Согласно второму варианту применения дополнительного электрода его можно также применять для уменьшения взаимной нейтрализации электроактивных веществ, которые прореагировали на электродах питания. Например, к дополнительному электроду можно приложить электрический потенциал, который удерживает на удалении некоторые из этих веществ, если их окисленная или восстановленная форма, полученная на одном из электродов питания, имеет электрический заряд. Таким образом, можно исключить бесполезное расходование электрического тока. Точно так же, зона, в которой электроактивные вещества взаимно нейтрализуются, может быть менее видимой.

Наконец, согласно третьему варианту применения дополнительный электрод можно применять для притяжения одного из электроактивных веществ в его окисленной или восстановленной форме, если оно является электрически заряженным, к электроду питания, на котором это вещество должно реагировать. Таким образом, соответствующая поляризация дополнительного электрода позволяет сократить время реакции электрохромной системы.

Для второго и третьего вариантов применения дополнительного электрода прикладываемый к нему электрический потенциал может находиться внутри или снаружи интервала, ограниченного электрическими потенциалами, которые прикладывают соответственно к двум электродам питания. При этом электрохромная система может дополнительно содержать электроизоляционную пленку, которую располагают между дополнительным электродом и порцией жидкости и/или геля, содержащейся в каждой ячейке. Таким образом, предотвращают электрический контакт между порцией жидкости и/или геля и дополнительным электродом. При этом во время работы системы дополнительный электрод не проводит никакого электрического тока, его роль сводится к емкостному эффекту внутри системы. Применение такой электроизоляционной пленки рекомендуют, когда прикладываемый к дополнительному электроду электрический потенциал находится снаружи интервала, ограниченного электрическими потенциалами, которые прикладывают соответственно к двум электродам питания. Таким образом, избегают окисления или восстановления некоторых электроактивных веществ или их необратимой деградации при контакте с дополнительным электродом.

Дополнительный электрод в соответствии с настоящим изобретением можно установить на другой из двух наружных стенок системы, отличной от стенки, на которой находятся два электрода питания.

В альтернативном варианте его можно установить на той же наружной стенке, которая содержит два электрода питания. В этом случае дополнительный электрод можно расположить между двумя электродами питания в направлении, параллельном наружной стенке. Его можно также расположить между наружной стенкой и двумя электродами питания в направлении, перпендикулярном к наружной стенке, с промежуточной изолирующей пленкой между дополнительным электродом и каждым из электродов питания. В этой последней конфигурации, если дополнительный электрод не входит в контакт с порциями жидкости и/или геля, его функция сводится к упомянутым выше второму или третьему вариантам применения.

В случае необходимости, система может дополнительно содержать другой дополнительный электрод, выполненный на другой из наружных стенок, отличной от стенки, содержащей первый дополнительный электрод.

Электрохромная система в соответствии с настоящим изобретением может также содержать узел

- 2 020357 электрического источника с тремя выходными контактами, при этом два из этих выходных контактов электрически соединены соответственно с двумя электродами питания для производства электрического тока, циркулирующего в системе. Третий выходной контакт узла электрического источника соединен с дополнительным электродом. При этом узел электрического источника выполнен с возможностью вариативного контроля, по меньшей мере, электрического напряжения, присутствующего между одним из электродов питания и дополнительным электродом.

Если система содержит два дополнительных электрода, питание электрическим током электродов питания, с одной стороны, и электрическое напряжение поляризации, которое прикладывают между двумя дополнительными электродами, с другой стороны, можно получать соответственно от двух независимых узлов электрических источников.

Электрохромную систему в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в качестве окна, иллюминатора самолета, стекла для очков, защитного козырька для шлема, стекла для маски или в качестве пластинки, которую накладывают на офтальмологическое стекло, козырек шлема или стекло маски.

Изобретением предлагается также способ применения прозрачной электрохромной системы в соответствии с настоящим изобретением, согласно которому электрическое напряжение прикладывают между дополнительным электродом и по меньшей мере одним из электродов питания таким образом, чтобы дополнительный электрод имел электрический потенциал за пределами интервала, ограниченного соответствующими электрическими потенциалами электродов питания, при этом все электрические потенциалы измеряют относительно общего контрольного контакта.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания неограничивающих примеров осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1-6 показаны электрохромные системы в соответствии с настоящим изобретением согласно различным вариантам осуществления, вид в поперечном разрезе.

Для упрощения фигур размеры показанных элементов не соотносятся с реальными размерами или с реальными размерными соотношениями. Кроме того, на различных фигурах идентичные элементы или элементы с идентичными функциями обозначены одинаковыми позициями.

Электрохромная система 100 в соответствии с настоящим изобретением содержит две наружные стенки 10 и 11, которые являются прозрачными и параллельными друг другу. Стенки 10 и 11 могут быть выполнены из стекла или из любого органического материала, являющегося прозрачным для видимого излучения. На фигурах стенки 10 и 11 являются плоскими, однако в зависимости от конкретного назначения каждой электрохромной системы они могут быть криволинейными, вогнутыми или выпуклыми. Кроме того, они могут иметь любые размеры по длине и по ширине. Например, одна из двух наружных стенок 10 или 11 может быть стеклом для очков, а другая наружная стенка может быть прозрачной пленкой, нанесенной на это стекло. При таком применении стекло, образующее одну из наружных стенок, может быть выполнено из любого прозрачного органического материала, который используют в области офтальмологии, а пленка может быть выполнена, например, из полиэтилена терефталата. Наружные стенки 10 и 11 удерживаются на расстоянии друг от друга таким образом, чтобы ограничивать между собой внутренний объем V. Объем V выполняют замкнутым, например, при помощи не показанной герметичной периферической прокладки. Объем V может иметь толщину е, равную, например, 20 мкм, измеренную перпендикулярно к наружным стенкам 10 и 11.

На всех фигурах Ό обозначает направление света, проходящего через электрохромную систему 100 между ее двумя противоположными сторонами. Например, направление Ό может быть, по существу, перпендикулярным к стенкам 10 и 11. В частности, система 100 является прозрачной для наблюдателя, который смотрит через систему в направлении Ό.

Например, на стенке 10 нанесены два прозрачных электрода 1 и 2. Они могут быть выполнены из любого электропроводящего материала, который кажется прозрачным при небольшой толщине или который является по своей сущности прозрачным. Например, электроды 1 и 2 могут быть выполнены из оксида индия, легированного оловом (ΙΤΟ от английского тбшш-Ди ох1бе), или из оксида олова, легированного фтором (8иО₂:Е). Электроды 1 и 2 расположены на стороне стенки 10, которая является внутренней в системе, по существу, перекрывая всю эту сторону, но не входя в контакт друг с другом. Например, электроды 1 и 2 могут иметь рисунок в виде заходящих друг в друга гребенок таким образом, что на фигурах эти электроды чередуются в плоскости сечения, перпендикулярной к зубьям гребенок. Можно также эквивалентно использовать и другие рисунки. Для обеспечения электрической изоляции электродов 1 и 2 относительно друг друга их разделяют полосой, которая, по меньшей мере, частично не содержит проводящего материала. Ширина этой полосы может составлять, например, около 18 мкм.

Электроды 1 и 2 предназначены для электрического соединения с переменным электрическим источником, обозначенным 20 или 21, в зависимости от рассматриваемого варианта осуществления. Специалисту хорошо известны разработка и реализация необходимых электрических соединений, поэтому их дальнейшее описание опускается.

Текучая среда заключена в объеме V. Эта среда может быть жидкостью или гелем в зависимости от своего состава. Она содержит электроактивные вещества, которые предназначены для окисления или

- 3 020357 восстановления на электродах 1 и 2 питания во время работы системы 100. Она может также содержать другие добавки, такие как растворитель, общий для электроактивных веществ, УФ-стабилизаторы, ожижающие агенты и т.д.

Например, электроактивными веществами, содержащимися в объеме V, могут быть

ННИА-тетраметилфенилендиамин. который имеет значение около 0,2 В окислительновосстановительного потенциала по отношению к контрольному каломельному электроду. Он является бесцветным в своем восстановленном виде и синим в своем окисленном виде;

этил-виологен диперхлорат или Ы,М'-диэтил-4,4'-бипиридин диперхлорат, который имеет значение около -0,7 В окислительно-восстановительного потенциала по отношению к каломельному электроду. Он является бесцветным в своей окисленной форме и синим в своей восстановленной форме.

Когда напряжение между двумя электродами 1 и 2 питания является нулевым, первое из этих веществ находится в своей восстановленной форме, а второе - в своей окисленной форме, учитывая их соответствующие значения окислительно-восстановительного потенциала. При этом электрохромная система находится в светлом состоянии с повышенным значением светового пропускания, например более 70%. Когда напряжение, подаваемое между электродами 1 и 2, превышает примерно 0,9 В, то Ν,Ν,Ν',Ν' тетраметилфенилендиамин окисляется при контакте с тем из электродов 1 и 2, который соединен с положительным выходным контактом электрического источника, а этил-виологен восстанавливается при контакте с другим электродом, соединенным с отрицательным контактом источника. При этом электрохромная система 100 становится поглощающей с синим цветом и ее световое пропускание меньше, например, 40% и даже меньше 10% в зависимости, в частности, от концентрации электроактивных веществ.

Эти два вещества можно вводить в объем V с концентрацией, каждое, от 0,001 до 0,5 моль-л^-1 (моль на литр) в зависимости от искомого уровня светового поглощения в поглощающем состоянии электрохромной системы 100. Например, значения концентрации указанных выше двух электроактивных веществ могут быть равны 0,2 моль-л^-1.

Объем V, заключенный между наружными стенками 10 и 11, разделен на отдельные ячейки, обозначенные 13. Таким образом, среда, в которой распределены электроактивные вещества, оказывается разделенной на порции, которые содержатся соответственно в ячейках 13. Для этого в электрохромную систему добавлены внутренние стенки 12, разделяющие ячейки 13. Внутренние стенки 12 являются перпендикулярными к наружным стенкам 10 и 11 и образуют сетку параллельно этим стенкам для образования ячеек 13. Компоновка и способ выполнения стенок 12 известны специалисту и их дальнейшее описание опускается. Например, каждая стенка 12 может иметь толщину, превышающую 0,1 мкм, предпочтительно составляющую от 0,5 до 8 мкм, а каждая ячейка 13 может иметь размер, составляющий, например, от 50 мкм до 1,5 мм, параллельно наружным стенкам 10 и 11. При этом ячейки 13 образуют покрытие электрохромной системы 100 параллельно стенкам 10 и 11, рисунок которого может быть любым правильным, например шестиугольным, или случайным либо псевдослучайным.

Независимо от расположения дополнительного электрода, который установлен в соответствии с настоящим изобретением внутри электрохромной системы, сетка внутренних стенок 12 может иметь две разные конфигурации относительно электродов питания.

Согласно первой конфигурации внутренних стенок 12, которая соответствует вариантам осуществления изобретения, представленным на фиг. 1 и 2, порции жидкости и/или геля, содержащиеся, по меньшей мере, в некоторых из ячеек 13, входят, каждая, в прямой контакт с двумя электродами 1 и 2 питания внутри соответствующих ячеек. В этом случае соответствующие продолжения двух электродов 1 и 2 могут быть общими для соседних ячеек 13 и некоторые из внутренних стенок 12 могут находиться на этих продолжениях. Такие стенки 12 являются менее широкими, чем продолжения электродов 1 или 2, на которых они находятся, поэтому электроды 1 или 2 расположены в основном в ячейках 13. При этом каждая из ячеек 13 получает электрическое питание от двух электродов 1 и 2, и все порции жидкости и/или геля, содержащиеся в ячейках 13, могут иметь одинаковый химический состав. В этих условиях ячейки 13 можно заполнять одновременно с использованием одного общего количества жидкости и/или геля. В таких вариантах осуществления каждая ячейка 13 образует автономную электрохромную подсистему, и всеми ячейками управляют электрически параллельно для получения одновременных изменений пропускания света.

Согласно второй конфигурации внутренних стенок 12, которая соответствует вариантам осуществления изобретения, представленным на фиг. 3-6, порции жидкости и/или геля, содержащиеся, по меньшей мере, в некоторых из ячеек 13, входят, каждая, в прямой контакт только с одним из двух электродов 1 или 2 питания внутри соответствующих ячеек. В этом случае ячейка 13, порция жидкости и/или геля которой находится в прямом электрическом контакте только с одним из двух электродов 1 или 2 питания, является соседней по меньшей мере с одной другой ячейкой 12, порция жидкости и/или геля которой находится в прямом электрическом контакте только с другим электродом питания. При этом система дополнительно содержит ионный мостик 14, который соединяет эти порции жидкости и/или геля соседних ячеек. Такие ионные мостики могут быть образованы внутренними стенками 12, если они являются

- 4 020357 пористыми и содержит ионные вещества, или могут находиться между концами внутренних стенок 12 и одной из наружных стенок 10 или 11. В такой конфигурации внутренних стенок 12 относительно электродов 1 и 2 питания каждая ячейка 13 образует полубатарею, которая электрически соединена по меньшей мере с одной другой соседней с ней и дополняющей ее полубатареей, когда каждая из них получает питание от отдельного электрода.

При этой второй конфигурации стенок 12 и, в частности, когда каждый электрод 1 или 2 постоянно соединен либо с положительным выходным контактом, либо с отрицательным выходным контактом электрического источника 20, нет необходимости, чтобы все порции жидкости и/или геля, содержащиеся в ячейках 13, имели одинаковый химический состав. В частности, ячейки 13, порция жидкости и/или геля которых находится в контакте с тем из электродов 1 или 2, который соединен с положительным контактом, могут содержать только те из электроактивных веществ, которые имеют положительное значение окислительно-восстановительного потенциала. Соответственно, ячейки 13, порция жидкости и/или геля которых находится в контакте с электродом, соединенным с отрицательным контактом электрического источника 20, могут содержать только электроактивные вещества, значение окислительновосстановительного потенциала которых является отрицательным. Таким образом, можно избегать бесполезного расходования электроактивных веществ. Кроме того, концентрацию активных веществ можно увеличить внутри каждой ячейки, чтобы получить более значительную амплитуду изменения светового поглощения. В этом случае ячейки двух типов можно заполнять по-разному, используя два разных исходных состава. Значения концентрации, указанные выше в настоящем описании, следует при этом рассматривать как средние значения по всем ячейкам полной электрохромной системы 100.

В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, каждая ячейка 13 получает питание от двух прозрачных электродов 1 и 2, которые находятся на наружной стенке 10. Кроме того, электрохромная система 100 содержит дополнительный электрод 3, выполненный на стенке 11. В факультативном варианте дополнительный электрод 3 может быть покрыт изолирующей пленкой 4, обеспечивающей электрическую изоляцию между электродом 3 и порциями жидкости и/или геля, содержащимися в ячейках 13. Дополнительный электрод 3 и изолирующая пленка 4 являются прозрачными. Например, дополнительный электрод 3 может быть выполнен из оксида индия, легированного оловом, а пленка 4 - на основе полипараксилилена. Соответствующие значения толщины электрода 3 и пленки 4 могут быть равны, например, 0,3 и 1 мкм соответственно.

Дополнительный электрод 3 может иметь несколько конфигураций. В частности, он может быть сплошным между двумя соседними ячейками 13 в направлениях, параллельных наружным стенкам 10 и

11. В этом случае он может проходить без разрыва, по меньшей мере, напротив части набора ячеек 13. Иначе говоря, дополнительный электрод 3 может не содержать никаких отверстий и закрывать, по существу, всю стенку 11 системы 100. В альтернативном варианте дополнительный электрод 3 может содержать отверстия О, расположенные на одной линии с центральными частями, по меньшей мере, некоторых из ячеек 13 в направлении, перпендикулярном к наружным стенкам 10 и 11. На фиг. 1 такие отверстия О представлены только положениями своих границ, чтобы подчеркнуть их факультативность. Такие отверстия О позволяют увеличить пропускание света системой 100, частично устраняя световое поглощение, которое могло бы быть вызвано присутствием дополнительного электрода 3 в месте расположения отверстий О.

Система 100 может получать при этом питание электрическим током от переменного электрического источника 20 с тремя выходными контактами: двумя выходными контактами тока, которые соединены соответственно с электродами 1 и 2 питания, и одним контрольным контактом, который соединен с дополнительным электродом 3. При этом, как это происходит обычно, электроактивные вещества окисляются и восстанавливаются одновременно при контакте с электродами 1 и 2 питания. Если дополнительный электрод 3 входит в контакт с порциями жидкости и/или геля в ячейках 13, т.е. в отсутствие изолирующей пленки 4, дополнительный электрод 3 позволяет зафиксировать электрический потенциал внутри всего объема V. Действительно, он позволяет зафиксировать электрическое напряжение, которое существует по меньшей мере между одним из электродов 1 или 2, с одной стороны, и частью жидкости и/или геля, которая удалена от электродов 1 и 2 внутри каждой ячейки 13. Таким образом, электрический потенциал можно контролировать в каждый момент во всем или почти во всем объеме V. Это позволяет избегать, в частности, значительных перепадов электрического потенциала между различными точками объема V, которые могут привести к необратимой деградации некоторых из электроактивных веществ. Таким образом, увеличивается срок службы электрохромной системы 100. При наличии такой функции дополнительный электрод 3 принято называть контрольным электродом. Вместе с тем, электрический потенциал дополнительного электрода 3 не должен превышать предельные значения по отношению к соответствующим электрическим потенциалам двух электродов 1 и 2 питания, чтобы предотвратить необратимую деградацию некоторых из электроактивных веществ при контакте с электродом 3. Иначе говоря, значение электрического потенциала дополнительного электрода 3 выбирают таким образом, чтобы вся порция жидкости и/или геля, содержащаяся в одной из ячеек 13, оставалась внутри интервала электрохимической стабильности системы. Как правило, этот интервал стабильности является более широким, чем интервал значений электрического потенциала, который соответствует переключению элек

- 5 020357 трохромной системы, поэтому электрический потенциал дополнительного электрода 3 не обязательно должен быть промежуточным между значениями электрических потенциалов двух электродов 1 и 2 питания.

Дополнительной функцией дополнительного электрода 3 может быть притягивание или отталкивание некоторых электроактивных веществ, которые получают электрический заряд после реакции на одном или другом из электродов питания. Таким образом, окисленные и восстановленные электроактивные вещества частично удерживаются на расстоянии друг от друга. За счет этого можно уменьшить взаимную нейтрализацию электроактивных веществ в поглощающем состоянии системы. Следовательно, можно добиться более однородного постоянного окрашивания электрохромной системы 100 с меньшим потреблением электрического тока. На основании настоящего описания специалист сможет корректировать электрический потенциал дополнительного электрода 3 для получения этой дополнительной функции, в частности, в зависимости от электрических зарядов электроактивных веществ, которые будут притягиваться или отталкиваться в определенный момент работы электрохромной системы 100. Этот электрический потенциал дополнительного электрода 3 можно устанавливать в значении, которое находится между соответствующими значениями электрического потенциала двух электродов 1 и 2 питания или которое выходит за пределы интервала, ограниченного этими двумя последними значениями. В этом последнем случае необходимо наличие изолирующей пленки 4, чтобы некоторые из электроактивных веществ не могли реагировать или необратимо деградировать при контакте с электродом 3.

Показанная на фиг. 3 электрохромная система соответствует системе, показанной на фиг. 1, при конфигурации с одним электродом питания на ячейку 13. Работа и использование дополнительного электрода 3 в качестве контрольного электрода или электрода электростатического притягивания/отталкивания некоторых из электроактивных веществ являются идентичными.

Показанные на фиг. 4 и 5 электрохромные системы соответствуют системе, показанной на фиг. 3, за исключением того, что дополнительный электрод 3 находится на той же наружной стенке, что и электроды 1 и 2 питания, то есть на стенке 10. Если, как показано на этих двух фигурах, дополнительный электрод 3 электрически изолирован относительно порций жидкости и/или геля, содержащихся в ячейках 13, дополнительный электрод 3 ограничивается функцией притягивания/отталкивания некоторых из электроактивных веществ.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 4, дополнительный электрод 3 расположен между двумя электродами 1 и 2 питания, параллельно наружной стенке 10. Для этого на всей соответствующей стороне наружной стенки 10 сначала можно нанести сплошной слой электропроводящего материала. Затем его выборочно протравливают, чтобы изолировать между ними первый участок этого слоя, предназначенный для формирования электрода 1 питания, второй участок этого слоя, предназначенный для формирования электрода 2 питания, и третий участок, который является промежуточным между участками электродов 1 и 2 и предназначен для формирования дополнительного электрода 3. Таким образом, электрод 3 можно расположить между заходящими друг в друга зубьями гребенок электродов 1 и 2, и он будет иметь линейную форму в виде сплошных зигзагов, то есть форму меандров. Интервалы, в которых производят травление слоя, изолируют электрически электрод 3 от электродов 1 и 2. Таким образом, дополнительный электрод и электроды 1, 2 питания имеют в своем составе идентичные материалы и могут быть выполнены в ходе единого этапа нанесения проводящего материала.

Некоторые из внутренних стенок 12 могут находиться на дополнительном электроде 3. При этом дополнительный электрод 3 выполнен сплошным между двумя соседними ячейками 13, параллельно стенке 10. Кроме того, он находится между внутренней стенкой 12, которая разделяет эти соседние ячейки и наружную стенку 10, в направлении Ό. Для получения значительного электрического эффекта в каждой ячейке 13 дополнительный электрод 3 может иметь выступы 31, 32 с каждой стороны от внутренней стенки 12, которая разделяет соседние ячейки 13, за пределами этой стенки 12. Выступы имеют продолжения, превышающие 2 мкм, предпочтительно превышающие 3 мкм, перпендикулярно к внутренней стенке 12.

В этом варианте осуществления изобретения участки 5 электроизоляционного и прозрачного материала могут быть сформированы в интервалах разделения между дополнительным электродом 3 и каждым из электродов 1 и 2. Эти участки 5 вместе с участком пленки 4, который находится на электроде 3, обеспечивают отсутствие какого-либо электрического контакта между дополнительным электродом 3 и порциями жидкости и/или геля, содержащимися в ячейках 13.

Далее следует описание двух альтернативных усовершенствованных версий варианта осуществления, показанного на фиг. 4, предназначенных для уменьшения видимости разделения между электродом 3 и каждым из электродов 1 и 2. Согласно первому из этих усовершенствований участки 5, находящиеся на стенке 10, электроды 1 и 2 питания и дополнительный электрод 3 имеют, по существу, одинаковую общую оптическую толщину в направлении Ό, перпендикулярном к наружным стенкам. Возможный участок изолирующей пленки 4, который находится на дополнительном электроде 3, учитывают в оптической толщине вместе с этим электродом. Иначе говоря, система 100 имеет, по существу, одинаковую оптическую толщину в направлении Ό через участки 5, электроды 1 и 2 и электрод 3 с возможной пленкой 4. Такой выбор оптической толщины участков 5 уменьшает свет, который рассеивается или отклоня

- 6 020357 ется между электродными интервалами, присутствующими с каждой стороны от электрода 3. В альтернативном варианте стенка 10 может содержать определенные количества поглощающего материала между дополнительным электродом 3 и каждым из электродов 1 и 2 питания. Такие количества поглощающего материала могут тоже уменьшить видимость интервалов разделения между электродом 3 и двумя электродами 1 и 2, уменьшая или задерживая свет, который проходит через эти интервалы. Сами участки 5 могут быть выполнены из этих количеств поглощающего материала, или поглощающий материал может представлять собой краску, которая локально расходится в стенке 10 напротив междуэлектродных разделительных интервалов.

В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, дополнительный электрод 3 тоже выполнен на стенке 10, как и электроды 1 и 2 питания, но он находится между стенкой 10, с одной стороны, и электродами 1 и 2, с другой стороны, в направлении Ό. При этом пленка 4 находится между дополнительным электродом 3 и каждым из электродов 1 и 2 питания. При таком расположении функцией электрода 3 тоже является притягивание или отталкивание некоторых из электроактивных веществ в зависимости от их электрического заряда и от рабочего состояния электрохромной системы в данный момент. В этом случае участки 5 можно заменить единым участком, тоже обозначенным позицией 5, который непрерывно проходит между краями электродов 1 и 2 питания.

В целом, электрохромная система 100 в соответствии с настоящим изобретением может также содержать другой дополнительный электрод, выполненный на другой из наружных стенок 10 и 11, отличной от стенки, содержащей дополнительный электрод 3. На фиг. 2 и 6 этот другой дополнительный электрод обозначен позицией 3 а. Таким образом, оба дополнительных электрода 3 и 3 а образуют конденсатор, который содержит объем V. Этот конденсатор создает в объеме V электростатическое поле, которое позволяет притягивать или отталкивать некоторые из электроактивных веществ. Фиг. 2 и 6 соответствуют фиг. 1 и 3 с добавлением электрода 3 а. В этих частных вариантах осуществления изобретения электрод 3 а выполнен на стенке 10.

В этом случае система 10 содержит также другую электроизоляционную пленку 4а, расположенную между указанным другим дополнительным электродом 3 а и порцией жидкости и/или геля, содержащейся в каждой из ячеек 13. Таким образом, устраняется электрический контакт между электродом 3а и каждым из электродов 1 и 2, а также контакт между электродом 3а и порцией жидкости и/или геля. При этом система может содержать узел электрического источника 21 с двумя выходными контактами для электрического тока. Эти два выходных контакта тока соединены соответственно с двумя электродами 1 и 2 питания. Они выдают ток, необходимый для окисления и восстановления электроактивных веществ, отвечающих за реверсивное окрашивание системы 100. Кроме того, в систему 100 добавлен узел 22 электрической поляризации. Узел 22 содержит два выходных контакта электрического напряжения, которые электрически соединены соответственно с дополнительными электродами 3 и 3а. Узел 22 позволяет создавать в объеме V дополнительное электрическое поле для перемещения, по меньшей мере, некоторых из электроактивных веществ, несущих электрический заряд, в сторону электродов 1 и 2 питания или, наоборот, в сторону стенки 11. Соответствующий выбор полярности электродов 3 и 3 а во время перехода системы 100 из светлого состояния в поглощающее состояние или, наоборот, из поглощающего состояния в светлое состояние, а также соответствующий выбор напряжения поляризации, выдаваемого узлом 22, позволяют ускорить этот переход. За счет этого можно сократить время реакции системы 100. Изолирующая пленка 4, покрывающая электрод 3, тоже необходима, если электрический потенциал этого электрода находится в какой-либо момент работы электрохромной системы за пределами интервала, ограниченного соответствующими значениями электрических потенциалов электродов 1 и 2 питания.

Можно также уменьшить взаимную нейтрализацию между электроактивными веществами, которые окисляются или восстанавливаются на электродах 1 и 2 питания в поглощающем состоянии, прикладывая соответствующее электрическое напряжение между электродами 3 и 3 а. Например, некоторые из электроактивных веществ, которые окислились или восстановились на электродах 1 и 2 питания, можно, если они являются заряженными, удерживать раздельно вблизи этих электродов питания при помощи электрического поля, создаваемого дополнительными электродами 3 и 3 а.

В целом, и в факультативном варианте, чтобы улучшить переходную работу системы 100, электрическое напряжение можно прикладывать между одним из дополнительных электродов 3 или 3а, с одной стороны, и по меньшей мере одним из электродов 1 и 2 питания, с другой стороны, таким образом, чтобы соответствующий электрод 3 или 3 а имел электрический потенциал, который находится за пределами интервала, ограниченного соответствующими электрическими потенциалами электродов 1 и 2 питания. При этом происходит электростатическое притягивание по меньшей мере одного из электроактивных веществ к этому электроду 3 или 3 а.

Если только один из электродов 1 и 2 питания входит в контакт с порцией жидкости и/или геля, содержащейся в каждой ячейке 13, и если дополнительный электрод 3 нанесен на другую из наружных стенок 10, 11, отличную от стенки, содержащей электроды питания (фиг. 3 и 6), то предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые из внутренних стенок 12 доходили до дополнительного электрода 3 в направлении Ό. Таким образом, стенки 12 не позволяют электроактивным веществам, находящимся вблизи дополнительного электрода 3, переходить из одной ячейки в соседнюю ячейку. Таким образом,

- 7 020357 электроактивные вещества, которые притягиваются дополнительным электродом 3 в разных ячейках, взаимно не нейтрализуются. В этом случае может быть образован ионный мостик через внутренние стенки 12 или через проход, находящийся на концах этих стенок 12, которые находятся со стороны той из наружных стенок 10, 11, на которой находятся электроды 1 и 2 питания. Если на дополнительном электроде 3 присутствует изолирующая пленка 4, то внутренние стенки 12 доходят до этой пленки 4, чтобы точно так же закрыть ячейки 13 со стороны наружной стенки 11 для электроактивных веществ.

Разумеется, изобретение можно воспроизводить, адаптируя отличительные признаки, указанные выше в качестве примера, сохраняя при этом по меньшей мере одно из упомянутых преимуществ. В частности, специалисту понятно, что положения дополнительного электрода или дополнительных электродов в соответствии с настоящим изобретением относительно наружных стенок системы можно произвольно комбинировать с расположением внутренних стенок относительно электродов питания.

Кроме того, значения концентрации и/или размеры элементов электрохромной системы можно менять для каждого конкретного применения. В композицию жидкости и/или геля можно добавлять дополнительные ионные вещества, в частности, для повышения ее ионной проводимости.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Прозрачная электрохромная система (100), содержащая две параллельные наружные стенки (10, 11), при этом система является прозрачной в направлении взгляда, проходящем через наружные стенки между двумя противоположными сторонами;

внутреннюю сетку (12), расположенную между двумя наружными стенками, при этом указанная внутренняя сетка состоит из элементов стенки, которые проходят перпендикулярно к наружным стенкам и образуют набор ячеек (13), расположенных рядом друг с другом параллельно указанным наружным стенкам;

порции жидкости и/или геля, содержащиеся соответственно в ячейках (13);

первые и вторые электроактивные вещества, распределенные в порциях жидкости и/или геля с соответствующими разными электрическими потенциалами окисления-восстановления, при этом, по меньшей мере, некоторые из этих электроактивных веществ проявляют оптический эффект, изменяющийся между окисленной формой и восстановленной формой указанных веществ;

два прозрачных электрода (1, 2) питания, выполненные на одной (10) из двух наружных стенок и предназначенные соответственно для соединения с двумя контактами питания переменного электрического источника (20, 21), при этом каждый из указанных электродов питания входит в прямой электрический контакт с порциями жидкости и/или геля, содержащимися, по меньшей мере, в некоторых ячейках (13), для передачи электронов в направлении к или от, по меньшей мере, некоторых электроактивных веществ обратимо между указанными первыми и вторыми электроактивными веществами в один и тот же момент, отличающаяся тем, что дополнительно содержит по меньшей мере один дополнительный прозрачный электрод (3), не имеющий прямого электрического контакта с указанными электродами (1, 2) питания внутри электрохромной системы, при этом указанный дополнительный электрод расположен параллельно электродам питания внутри, по меньшей мере, некоторых из ячеек (13).
2. Система по п.1, дополнительно содержащая, по меньшей мере, для некоторых из ячеек (13) электроизоляционную пленку (4), расположенную между дополнительным электродом (3) и порцией жидкости и/или геля, содержащейся в каждой из указанных ячеек, так, чтобы предотвратить электрический контакт между указанной порцией жидкости и/или геля и дополнительным электродом.
3. Система по п.1 или 2, в которой дополнительный электрод (3) выполнен на другой (11) из двух наружных стенок системы, отличной от стенки, на которой находятся два электрода (1, 2) питания.
4. Система по п.3, в которой дополнительный электрод (3) выполнен сплошным между двумя соседними ячейками (13) в направлениях, параллельных наружным стенкам (10, 11).
5. Система по п.4, в которой дополнительный электрод (3) выполнен без разрыва напротив по меньшей мере части набора ячеек (13).
6. Система по п.4, в которой дополнительный электрод (3) содержит отверстие (О), расположенное на одной прямой с центральной частью, по меньшей мере, некоторых из ячеек (13) в направлении (Ό), перпендикулярном к наружным стенкам (10, 11).
7. Система по п.1 или 2, в которой дополнительный электрод (3) выполнен на той же (10) из двух наружных стенок, содержащей электроды (1, 2) питания, и расположен между указанными двумя электродами питания в направлении, параллельном указанной наружной стенке.
8. Система по п.7, в которой дополнительный электрод (3) и электроды (1, 2) питания выполнены из идентичных материалов.
9. Система по п.7 или 8, в которой дополнительный электрод (3) выполнен сплошным между двумя соседними ячейками (13) и расположен между внутренней стенкой (12), разделяющей указанные соседние ячейки, и наружной стенкой (10), содержащей электроды (1, 2) питания и дополнительный электрод (3).
10. Система по п.9, в которой дополнительный электрод (3) содержит выступы (31, 32) с каждой

- 8 020357 стороны от внутренней стенки (12), разделяющей указанные соседние ячейки (13), при этом указанные выступы содержат продолжения, превышающие 2 мкм, предпочтительно превышающие 3 мкм, перпендикулярно к указанной внутренней стенке.
11. Система по любому из пп.7-10, дополнительно содержащая участки (5) изолирующего и прозрачного материала, нанесенного на ту из наружных стенок (10), которая содержит электроды (1, 2) питания и дополнительный электрод (3), между дополнительным электродом и каждым из электродов питания таким образом, что система (100) имеет, по существу, одинаковую оптическую толщину в направлении (Ό), перпендикулярном к наружным стенкам, через указанные участки изолирующего материала, указанные электроды питания и указанный дополнительный электрод, в случае необходимости, покрытый участком электроизоляционной пленки (4).
12. Система по любому из пп.7-10, дополнительно содержащая количества поглощающего материала, нанесенные на ту из наружных стенок (10), которая содержит электроды (1, 2) питания и дополнительный электрод (3), при этом указанные количества поглощающего материала находятся между указанным дополнительным электродом и каждым из электродов питания.
13. Система по п.2, в которой дополнительный электрод (3) выполнен на той же (10) из двух наружных стенок, которая содержит электроды (1, 2) питания, и расположен между указанной наружной стенкой и указанными двумя электродами питания в направлении (Ό), перпендикулярном к наружной стенке, при этом изолирующая пленка (4) является промежуточной между указанным дополнительным электродом и каждым из указанных электродов питания.
14. Система по любому из пп.1-13, дополнительно содержащая другой дополнительный электрод (3а), выполненный на другой из наружных стенок (10, 11), отличной от стенки, содержащей указанный дополнительный электрод (3).
15. Система по п.14, дополнительно содержащая, по меньшей мере, для некоторых из ячеек (13) другую электроизоляционную пленку (4а), расположенную между другим дополнительным электродом (3 а) и порцией жидкости и/или геля, содержащейся в каждой из указанных ячеек, так, чтобы предотвратить контакт между указанной порцией жидкости и/или геля и указанным другим дополнительным электродом.
16. Система по любому из пп.1-15, в которой каждая из порций жидкости и/или геля, содержащихся, по меньшей мере, в некоторых из ячеек (13), входит в прямой электрический контакт с двумя электродами (1, 2) питания внутри соответствующих ячеек.
17. Система по любому из пп.1-15, в которой два электрода (1, 2) питания расположены так, чтобы каждая порция жидкости и/или геля, содержащаяся в ячейке (13), входила в прямой электрический контакт только с одним из двух электродов питания и чтобы каждая ячейка, получающая электрическое питание от одного из двух электродов питания, была соседней по меньшей мере с одной другой ячейкой, получающей электрическое питание от другого электрода питания, при этом система (100) дополнительно содержит ионный мостик (14), соединяющий указанные соседние ячейки.
18. Система по п.17 в комбинации с одним из пп.3-6, в которой, по меньшей мере, некоторые из внутренних стенок (12) доходят до дополнительного электрода (3) в направлении (Ό), перпендикулярном к наружным стенкам (10, 11), таким образом, чтобы указанные внутренние стенки не позволяли электроактивным веществам, находящимся вблизи указанного дополнительного электрода, переходить из одной ячейки (13) в соседнюю ячейку.
19. Система по любому из пп.1-18, дополнительно содержащая электрический источник (20) с тремя выходными контактами, при этом два из указанных выходных контактов электрически соединены соответственно с двумя электродами (1, 2) питания для производства электрического тока, циркулирующего в системе (100), при этом другой выходной контакт электрического источника соединен с дополнительным электродом (3), и электрический источник выполнен с возможностью избирательного контроля, по меньшей мере, электрического напряжения, присутствующего между одним из указанных электродов питания и дополнительным электродом.
20. Система по п.14 или 15, дополнительно содержащая электрический источник (21), имеющий два выходных контакта электрического тока, соединенных соответственно с двумя электродами (1, 2) питания системы (100), и дополнительно содержащая средство (22) электрической поляризации, имеющее два выходных контакта электрического напряжения, соединенных соответственно с дополнительным электродом (3) и с указанным другим дополнительным электродом (3а).
21. Система по любому из пп.1-20, образующая окно, иллюминатор самолета, стекло для очков, защитный козырек для шлема, стекло для маски или пластинку, которую накладывают на офтальмологическое стекло, козырек шлема или стекло маски.
22. Способ применения прозрачной электрохромной системы по любому из пп.1-21, согласно которому электрическое напряжение прикладывают между дополнительным электродом (3) и по меньшей мере одним из электродов (1, 2) питания так, чтобы указанный дополнительный электрод имел электрический потенциал, находящийся за пределами интервала, ограниченного соответствующими электрическими потенциалами указанных электродов питания, при этом указанные электрические потенциалы измеряют относительно общего контрольного контакта.