JP3041822B2 - Electrochromic device and method of use - Google Patents

Electrochromic device and method of use

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JP3041822B2
JP3041822B2 JP2180714A JP18071490A JP3041822B2 JP 3041822 B2 JP3041822 B2 JP 3041822B2 JP 2180714 A JP2180714 A JP 2180714A JP 18071490 A JP18071490 A JP 18071490A JP 3041822 B2 JP3041822 B2 JP 3041822B2
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conductive
electrolyte
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electrochromic
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バルトン ジェイムス
レルベ フランソワ
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サン―ゴバン ヒトラージュ アンテルナショナル
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエレクトロクロミック装置及びその使用方法
に係わる。特にエレクトロクロミック型の透明ガラス
系、さらに詳述すれば、ガラス系の端子に電位を印加す
ることによって光透過性を調節するガラス系に関する。
本発明のガラスは、建物または自動車、特にガラス屋根
を設けた車輌の内部における太陽光の明るさを制御する
ために使用する。
The present invention relates to an electrochromic device and a method for using the same. In particular, the present invention relates to an electrochromic transparent glass system, and more specifically, to a glass system in which light transmittance is adjusted by applying a potential to a glass terminal.
The glass of the present invention is used to control the brightness of sunlight inside buildings or automobiles, especially vehicles with glass roofs.

欧州公開特許出願EP−A−253713および欧州特許出願
EP−89 400814によれば、透明な電子伝導性層、たとえ
ばすずドープ酸化インジウム層で被覆した2枚のガラス
板の間に、陰極性エレクトロクロミック材料たとえば酸
化タングステン(WO3)、プロトン導電性電解質たとえ
ばポリエチレンオキシド(POE)とオルトりん酸との共
重合錯体、および陽極性エレクトロクロミック材料たと
えば酸化イリジウムを、順次配置して構成したエレクト
ロクロミックガラス系が知られている。電解質に接する
2枚のガラス板はガラス系の相対する両端に適切な電圧
を印加すれば、プロトンを可逆的に導入することがで
き、酸化タングステン層への導入反応は、酸化イリジウ
ム層からのプロトンの除去反応に対応するので、酸化イ
リジウム層は酸化タングステン層の対向電極の作用をす
る。熱力学的平衡は次式のように記載することができ
る。
European published patent application EP-A-253713 and European patent application
According to EP-89 400814, a cathodic electrochromic material such as tungsten oxide (WO 3 ), a proton conducting electrolyte such as polyelectrolyte, is sandwiched between two glass plates coated with a transparent electron-conducting layer, for example a tin-doped indium oxide layer. There is known an electrochromic glass system in which a copolymerization complex of ethylene oxide (POE) and orthophosphoric acid and an anodic electrochromic material such as iridium oxide are sequentially arranged. The two glass plates in contact with the electrolyte can reversibly introduce protons by applying an appropriate voltage to opposite ends of the glass system, and the introduction reaction into the tungsten oxide layer is based on protons from the iridium oxide layer. The iridium oxide layer acts as a counter electrode for the tungsten oxide layer because it corresponds to the removal reaction of the tungsten oxide layer. The thermodynamic equilibrium can be described as:

WO3+xH++xe-<−−−>HxWO3 および HxIrOy<−−−>IrOy+xH++xe- ガラス層を横切る電流の強さIの瞬間的測定は、その
瞬間においてプロトンの導入および除去反応がおきる点
の数を直接に測定することである。
WO 3 + xH + + xe - <---> HxWO 3 and HxIrOy <---> IrOy + xH + + xe - instantaneous measurement of intensity I of the current across the glass layer, the introduction and removal reactions of protons occurs at the moment It is to measure the number of points directly.

印加する電位差は、プロトンの導入または除去反応の
熱力学的電位差より、絶対値として、大きいことが必要
である。印加する電位差が大きい程、発色または消色が
速かに行われる。しかし、所定の電圧を超えると、副反
応がおきてプロトンが水素分子に還元されるか、いずれ
かの層に残存する水が酸素に酸化される恐れがある。
The potential difference to be applied needs to be larger in absolute value than the thermodynamic potential difference of the proton introduction or removal reaction. The larger the applied potential difference, the faster the color development or decoloration is performed. However, when the voltage exceeds a predetermined voltage, a side reaction may occur to reduce protons to hydrogen molecules, or water remaining in any layer may be oxidized to oxygen.

界面の過電圧を考慮すれば、上記系の特性的な電気化
学的安定性の限界範囲は、発色相すなわちWO3でのプロ
トンの導入およびHxIrOyからのプロトンの除去では、0.
6〜1.5Vであり、消色相では−0.6〜0Vである。以後、こ
れらの限界範囲を「発色および消色反応の電気化学的安
定領域」と呼ぶ。
Considering the overvoltage interface limits characteristic electrochemical stability of the system, the removal of a proton from the introduction and HxIrOy of protons in color phase i.e. WO 3, 0.
6 to 1.5 V, and -0.6 to 0 V in the decoloring phase. Hereinafter, these limit ranges are referred to as “electrochemically stable regions of color development and decolorization reactions”.

さらに第2の問題として、所望の発色または消色を行
うには、必要な時間がある。これは極大の発色および消
色を仮定した場合、すべての反応電位点に対応して電気
的負荷量の通過に必要な時間、換言すれば電流強度Iが
ゼロに減少するか、または少なくともゼロに近い値に減
少するのに必要な時間である。
Further, as a second problem, there is a time required for performing desired coloring or decoloring. This means that, assuming maximum color development and decolorization, the time required to pass the electrical load corresponding to all reaction potential points, in other words, the current intensity I decreases to zero, or at least to zero. The time required to decrease to a near value.

セルの寸法が増大すると、通過する電気的負荷量は対
応して増加する。しかし電流強度は比例して増加するこ
とはできない。それはRが電流導入体の抵抗を表し、こ
れが透明な導電体層の抵抗と良好な近似で同等と見倣す
ことができるとき、電位差Vと電流Iとの間の理論的関
係によって、IがV/Rより小さくなるためである。寸法
の小さいセルについてはRIが極めて小さく、セルの寸法
が大きくなるとともにRIが急速に増大して、オーミック
抵抗による電圧降下が電流、従って発色および消色の速
度を制限する因子となる。
As the size of the cell increases, the amount of electrical load passed increases correspondingly. However, the current intensity cannot increase proportionally. It can be said that R represents the resistance of the current conductor, which can be imitated to a good approximation with the resistance of the transparent conductor layer, so that the theoretical relationship between the potential difference V and the current I gives This is because it becomes smaller than V / R. For small size cells, the RI is very small and the RI increases rapidly as the cell size increases, and the voltage drop due to the ohmic resistance is a factor that limits the current and thus the rate of color development and decolorization.

光透過性セルにおいて、透明な導電体層として、平方
抵抗(平面抵抗。以下同じ)がたとえば1ohmより小さい
物質を選ぶことができない。現在もっとも使用される物
質および沈着技術は平方抵抗が2〜5ohmの層しか実現す
ることができない。しかし、セルの相対する両側にそっ
て延在する、点状でない帯状または線状の導体から構成
され、ガラス系の周りに枠を形成して漏れを防ぐ紐状体
でマスクされた電流導入体を使用してこの制限を部分的
に超えることができる。この帯状または線状の導体は銅
のように、同一帯状体のすべての点が等電位であるよう
な良導体から選ぶことができる。その結果、横軸xが電
流導入体の帯状体に平行する仮想の共軸系xyに、ガラス
系の面をおくと、yが同一なすべての点は等電位とな
る。これに対して、横軸xが同一で縦軸が異なる2つの
点は、セルの対称軸である中央軸からの距離が等しくな
ければ、電位が異なる。実際、2つの帯状導電体の間の
距離がたとえば10cmを超えると、セルのスイッチング時
間は1分を超える。
In a light-transmitting cell, a material having a square resistance (plane resistance; the same applies hereinafter) of, for example, less than 1 ohm cannot be selected as a transparent conductor layer. Most currently used materials and deposition techniques can only achieve layers with a square resistance of 2-5 ohms. However, a current introducer composed of non-point strip or linear conductors extending along opposite sides of the cell and masked with a string forming a frame around the glass system to prevent leakage Can be used to partially exceed this limit. The strip-shaped or linear conductor can be selected from a good conductor such as copper, in which all points of the same strip have the same potential. As a result, when a glass-based surface is placed on an imaginary coaxial system xy whose horizontal axis x is parallel to the band of the current introducing body, all points having the same y become equipotential. On the other hand, two points having the same horizontal axis x and different vertical axes have different potentials unless the distance from the central axis, which is the axis of symmetry of the cell, is equal. Indeed, if the distance between the two strip conductors exceeds, for example, 10 cm, the switching time of the cell will exceed 1 minute.

もちろん導電性帯状体の数を増すことによって、この
距離を細分することができる。幅lのガラス系に対し
て、さきのように1つの導電性帯状体をy=0、2番目
の帯状体をy=1の位置としたとき、y=1/3・lおよ
びy=2/3・lに帯状体を、接触面を変えて加える。こ
うして形成されたセルは、平行しておかれた同一の3つ
の小セルの集合体と均等になり、各小セルは3分の1の
低い抵抗を有する。しかし、このように組合されると、
導電性帯状体が網状となって、ガラス系全体の外観を損
なう。
Of course, this distance can be subdivided by increasing the number of conductive strips. Assuming that one conductive strip is located at y = 0 and the second strip is positioned at y = 1, as in the case of the glass system having a width of l, y = 1/3 ・ l and y = 2 Add a strip to / 3 · l, changing the contact surface. The cell thus formed is equivalent to an assembly of the same three small cells placed in parallel, each having a one-third lower resistance. However, when combined in this way,
The conductive band becomes a net-like shape, which impairs the appearance of the entire glass system.

エレクトロクロミックガラス系は確かに光透過作用を
有するが、たとえば高密度の金属層に比べて導電性が相
対的に低い少なくとも1つの透明な導電体層を必ず有す
る鏡またはディスプレーの型の他のエレクトロクロミッ
ク系も同様に光透過性を有する。
Electrochromic glass systems do have a light-transmitting effect, but for example mirrors or other electro-optical devices of the display type, which necessarily have at least one transparent conductor layer which is relatively less conductive than a dense metal layer. Chromic systems also have optical transparency.

さらに、エレクトロクロミック系の作用形態がどうで
あろうと、すなわちプロトンもしくは他の陽イオンの導
入、またはたとえば金属塩の還元/溶融であろうと、オ
ーミック抵抗による電圧降下にもとづく同様な問題を見
出すであろう。
In addition, regardless of the mode of operation of the electrochromic system, ie, the introduction of protons or other cations, or the reduction / melting of, for example, metal salts, one will find similar problems based on voltage drops due to ohmic resistance. Would.

本発明は、ガラス系の幅がたとえば建物や自動車のガ
ラス窓の大きさに対応する50cm程度であっても、着色状
態から脱色状態へ反復してスイッチングする時間が30秒
より短かい大面積のエレクトロクロミック系を目的とす
る。
The present invention has a large area in which the time for repeatedly switching from the colored state to the decolored state is shorter than 30 seconds even if the width of the glass system is about 50 cm corresponding to the size of the glass window of a building or an automobile, for example. For electrochromic systems.

この技術的課題は、導電体層(2,5)でそれぞれ被覆
された2枚のガラス板(1,4)が、エレクトロクロミッ
ク材料層(9)と、電解質(8)と、対向電極(7)と
で隔てられており、導電体層(2,5)が、その導電性に
比べて大きい導電性を有する材料からなる導電性帯状体
(3,6)をそれぞれ有し、これらの帯状体(3,6)がガラ
ス系の相対する辺にそって配置され、これらの帯状体
(3,6)に接続する電源が、帯状体(3,6)の直接近傍に
おいて、導電体層(2,5)に属している2つの点AとB
との間に、発色相または消色相において電位差U1=(VA
−VB)(t)を印加し、これによって、点Aのある導電
体層とは異なる導電体層にあって点Aに直接対面してい
る点Rと、点Aとの間に、電位差U2=(VA−VR)(t)
=U0を与え、U0が発色反応の安定領域または消色反応の
安定領域にあるように選択された一定の電位差であるよ
うに構成されている本発明のエレクトロクロミック系に
よって解決される。
The technical problem is that two glass plates (1, 4) each covered with a conductor layer (2, 5) consist of an electrochromic material layer (9), an electrolyte (8), and a counter electrode (7). ), And the conductive layer (2, 5) has conductive strips (3, 6) made of a material having a higher conductivity than that of the conductive layer (2, 5). (3,6) are arranged along opposite sides of the glass system, and the power supply connected to these strips (3,6) is placed in the immediate vicinity of the strips (3,6). , 5) belong to two points A and B
And the potential difference U 1 = (V A
−V B ) (t), whereby a potential difference between the point A and the point R, which is in a conductor layer different from the conductor layer having the point A and directly faces the point A, is applied. U 2 = (V A -V R ) (t)
= U 0 , wherein the electrochromic system of the present invention is configured to be a constant potential difference selected such that U 0 is in the stable region of the chromogenic or decolorizing reaction.

オーミック抵抗による電圧降下は電極間の距離に直接
関係し、一般にガラス系の長さ方向に平行する導電性帯
状体を用いて作用する。
The voltage drop due to the ohmic resistance is directly related to the distance between the electrodes and generally works with a conductive strip parallel to the length of the glass system.

従来の方法のように、2つの帯状体AとBとの間、換
言すれば縦座標軸の端の2つの点の間に電位差を印加す
るが、本発明によって、ガラス系の同一側において異な
る導電体層の上に配置された、横座標軸が同一な2つの
点の間に電位差を印加する。この方法によれば、実効電
圧は時間t=0において最大であり、この事実から観測
者は、より迅速に発色または消色を感知する。提案の電
圧印加はオーミック抵抗による電圧降下を現実に補償で
きないことに注意すべきである。このように電圧差U0
ガラス系の1つの側から印加すれば、対面する2つの点
の間では、ガラス系の端(y=0またはy=1)を除い
て電位差V(y)が、印加電圧より常に低い。しかしな
がら、実験的に確かめた結果によれば、この値V(y)
は、U1=U0のガラス系の端の2つ帯状体の間にV0を印加
したときに得られる値V′(y)より常に高い。その結
果、最大の発色を極めて迅速に得られ、たとえば40×80
cm2のガラス系に対して全応答時間を30秒程度とするこ
とができる。
As in the conventional method, a potential difference is applied between the two strips A and B, in other words between the two points at the ends of the ordinate axis, but by means of the present invention, a different conductivity is applied on the same side of the glass system. A potential difference is applied between two points having the same abscissa axis arranged on the body layer. According to this method, the effective voltage is maximum at time t = 0, from which fact the observer perceives color development or decoloration more quickly. It should be noted that the proposed voltage application cannot actually compensate for the voltage drop due to the ohmic resistance. When the voltage difference U 0 is applied from one side of the glass system in this manner, the potential difference V (y) between two facing points except for the end of the glass system (y = 0 or y = 1) is obtained. , Always lower than the applied voltage. However, according to the results confirmed experimentally, this value V (y)
Is always higher than the value V ′ (y) obtained when V 0 is applied between the two strips at the end of the glass system where U 1 = U 0 . As a result, the maximum color development is obtained very quickly, for example 40 × 80
The total response time can be about 30 seconds for a cm 2 glass system.

従来公知のエレクトロクロミックガラス系に比べて、
本発明のガラス系は周辺領域の過渡的発色状態と、ガラ
ス系の中央領域の過渡的発色状態との間に極めて顕著な
差がある。ガラス系の対面する2つの点の間の有効電位
差の値は、前述のようにこれらの点の位置に極めて依存
する。しかしながら、その位置がどうであろうと、有効
電位差は、従来技術のガラス系より極めて高い。その結
果発色はやや均一ではないが、コントラストは極めて強
い。ガラス系の端は極めて迅速に青黒色となるが、中央
部の発色はスイッチング時間の終りまで現れない。しか
し、勿論この瞬間からガラス系の色は完全に均一とな
る。
Compared to conventionally known electrochromic glass systems,
The glass system of the present invention has a very noticeable difference between the transitional color development in the peripheral region and the transitional coloration in the central region of the glass system. The value of the effective potential difference between two facing points of the glass system is highly dependent on the location of these points, as described above. However, whatever the location, the effective potential difference is much higher than prior art glass systems. As a result, the color development is somewhat uneven, but the contrast is extremely strong. The edge of the glass system turns blue-black very quickly, but the color in the center does not appear until the end of the switching time. However, of course, from this moment, the color of the glass system becomes completely uniform.

本発明の第1の実施態様によれば、時間の経過中に一
定な電位差U2を得るため、時間tに印加すべき電位差U1
を如何にすべきかを予め電圧電流測定記録装置によって
決定する。これらの値を決定すれば、これによって電源
を設計することができる。
According to the first embodiment of the present invention, a potential difference U 1 to be applied at time t is obtained in order to obtain a constant potential difference U 2 during the passage of time.
Is determined in advance by a voltage / current measurement recording device. Once these values are determined, the power supply can be designed accordingly.

この設計を単純化するために、曲線U1=f(t)を近
似的に指数関数とすることができる。これによって電圧
発生装置に接続する電子部品を単純化するが、指数関数
のパラメータを決定する目的で、ガラス系の各モデルに
対して真の大きさを求めるためそれぞれ行う試験が必要
でないとするものではない。
To simplify this design, the curve U 1 = f (t) can be approximately exponential. This simplifies the electronic components connected to the voltage generator, but does not require tests to determine the true size of each glass model in order to determine the parameters of the exponential function. is not.

この困難を予め取除くために、定電位装置の型の3つ
の電極を有する集合体、たとえば実際的な増幅器を使用
することが好ましい。それには点Rに参照電極をおく。
電気的負荷を平衡させる問題には、この参照電極の位置
が直線y=0上にあれば、この直線上のすべての点は等
電位である。従って、参照電極はガラス系の長さの全部
または一部を被覆する導電性帯状体であればよく、実
際、参照電極は電極Aを形成する帯状体と同様に構成し
てよい。
In order to eliminate this difficulty in advance, it is preferable to use an assemblage with three electrodes in the form of a potentiostat, for example a practical amplifier. To do so, a reference electrode is placed at point R.
The problem with balancing the electrical load is that if the position of this reference electrode is on the straight line y = 0, then all points on this straight line are equipotential. Therefore, the reference electrode may be a conductive strip covering all or a part of the length of the glass system. In fact, the reference electrode may be configured in the same manner as the strip forming the electrode A.

参照電極Rがガラス系の長さの導電性帯状体から構成
されるときは、2枚のガラス板のうちの1枚の平行する
2つの辺にそれぞれ電極を載置することが好ましい。こ
の集合体はエレクトロクロミックガラス系の他の欠点、
すなわち低い温度特に10℃未満で、反応性が極めて低い
ことを改良することができる。この場合、2つの電極の
間に電位差を印加するとき、2つの電極の間に位置する
透明な導電体層を、その抵抗によって発生する熱の放出
によって、加熱層として使用することができる。
When the reference electrode R is formed of a conductive strip having a glass length, it is preferable to mount the electrodes on two parallel sides of one of the two glass plates. This assembly has other disadvantages of electrochromic glass system,
That is, it is possible to improve that the reactivity is extremely low at a low temperature, particularly below 10 ° C. In this case, when a potential difference is applied between the two electrodes, the transparent conductive layer located between the two electrodes can be used as a heating layer by releasing heat generated by the resistance.

この予熱のために印加する電位差は20Vを超え、24V程
度が好ましく、この値は一般に電極間の距離1cm当り0.5
V程度の電圧勾配に対応する。この予熱相はたとえばす
べての発色に先行し、2分程度継続する。第2のガラス
板の近傍を考慮すれば、この発色相において時間の経過
につれて青色を帯びる傾向があるが、交流を使用すれば
これを回避することができる。
The potential difference applied for this preheating exceeds 20 V and is preferably about 24 V, and this value is generally 0.5
It corresponds to a voltage gradient of about V. This preheating phase precedes, for example, all color development and lasts about 2 minutes. Taking into account the vicinity of the second glass plate, this color hue tends to become blue with time, but this can be avoided by using an alternating current.

本発明のその他の有利な特徴は、添付図面を参照して
次の記載によって明かになるであろう。
Other advantageous features of the invention will become apparent from the following description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

第1図は、本発明のエレクトロクロミックセルの原理
図であり、 第2図は、自動車のガラス屋根の断面図である。
FIG. 1 is a principle view of the electrochromic cell of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a glass roof of an automobile.

第1図はエレクトロクロミックセルを図解する。簡単
のために、図では系の多様な部材の厚みの比を変えてあ
る。このセルの構成は次のとおりである。ガラス板1は
透明な導電体層2で被覆してあり、電流導入用帯状体3
を有する。この帯状体3はガラス系の長さLの方向に平
行することが好ましい。なおガラス系の幅はlである。
ガラス板1は第2のガラス板4に対面し、このガラス板
4は、同様に透明な導電体層5で被覆されており、電流
導入用帯状体6を有する。2つの透明な導電体層2と5
との間に、順次、酸化イリジウムが好ましい陽極性エレ
クトロクロミック材料層7と、ポリエチレンオキシドと
厳格に無水なオルトりん酸との重合体複合体が好ましい
プロトン伝導性電解質層8と、三酸化タングステンが好
ましい陰極性エレクトロクロミック材料層9とを有す
る。
FIG. 1 illustrates an electrochromic cell. For simplicity, the ratios of the thicknesses of the various members of the system are varied in the figures. The configuration of this cell is as follows. The glass plate 1 is covered with a transparent conductor layer 2 and has a current introducing strip 3.
Having. This strip 3 is preferably parallel to the direction of the length L of the glass system. The width of the glass system is l.
The glass plate 1 faces the second glass plate 4, which is likewise covered with a transparent conductor layer 5 and has a current-introducing strip 6. Two transparent conductor layers 2 and 5
In between, an anodic electrochromic material layer 7 preferably made of iridium oxide, a proton conductive electrolyte layer 8 preferably made of a polymer composite of polyethylene oxide and strictly anhydrous orthophosphoric acid, and tungsten trioxide And a preferred cathodic electrochromic material layer 9.

説明のために、次のように限定された特性を有する層
を使用する。
For purposes of illustration, a layer having limited properties is used as follows.

基板(1,4): 厚み3mmのフロートガラス板 透明な導電体層(2,5): マグネトロン陰極スパッタリングによって沈着させた
すずドープ酸化インジウム層、 厚み 400nm 平方抵抗 5ohm 陰極性エレクトロクロミック層(9): 5×10-5Torrの減圧空気中で、モリブデンの蒸着によ
って沈着させた酸化タングステン層、 厚み 260nm 電解質(有機ポリマー8): 無水りん酸のポリエチレンオキシド中の固溶体を製造
する方法 厳格に無水の状態で、純粋なりん酸17.5gと重量平均
分子量5000000のポリエチレンオキシドとを溶媒1に
溶解した。密度1.21、ガラス転移点−40℃、ポリマーの
酸素原子数対酸の水素原子数の比O/H0.66。
Substrate (1,4): Float glass plate with a thickness of 3 mm Transparent conductor layer (2,5): Tin-doped indium oxide layer deposited by magnetron cathode sputtering, thickness 400 nm Square resistance 5 ohm Cathodic electrochromic layer (9) A tungsten oxide layer deposited by vapor deposition of molybdenum in a vacuum of 5 × 10 −5 Torr, thickness 260 nm. Electrolyte (organic polymer 8): a method for producing a solid solution of phosphoric anhydride in polyethylene oxide. In this state, 17.5 g of pure phosphoric acid and polyethylene oxide having a weight average molecular weight of 5,000,000 were dissolved in the solvent 1. Density 1.21, glass transition temperature -40 ° C, ratio of the number of oxygen atoms of polymer to the number of hydrogen atoms of acid O / H 0.66.

共通の溶媒はたとえばアセトニトリルとテトラヒドロ
フランの50:50混合物とした。
The common solvent was, for example, a 50:50 mixture of acetonitrile and tetrahydrofuran.

前述のように酸化タングステン層を沈着させて被覆し
たガラス板に、この溶液を流下した。
The solution was run down onto a glass plate coated with a tungsten oxide layer deposited as described above.

ドクタブレード法によって厚みを均一にすることがで
きた。
The thickness was made uniform by the doctor blade method.

溶液の流下は、湿度を調節した大気中で行ない、溶媒
を気化させて、厚み50μm、導電度20℃で9・10-5ohm
-1・cm-1、光透過率85%を超える膜を得た。流下時の湿
度は40〜100ppmが好ましく、これは後に得られるコント
ラストを最適とする。
The flow of the solution is performed in a humidity-controlled atmosphere, and the solvent is vaporized to a thickness of 50 μm, conductivity of 20 ° C. and 9.10 −5 ohm.
A film exceeding -1 cm -1 and light transmittance of 85% was obtained. The falling humidity is preferably 40 to 100 ppm, which optimizes the contrast obtained later.

陽極性エレクトロクロミック層: 酸素/水素(80:20)の混合ガスを6mTorrとして磁場
を加えた陰極スパッタリングによって沈着させた酸化イ
リジウム層、 厚み 55nm。
Anodic electrochromic layer: An iridium oxide layer deposited by cathodic sputtering with an oxygen / hydrogen (80:20) gas mixture of 6 mTorr and a magnetic field applied, 55 nm thick.

電解質層は、酸化タングステン層を沈着させた直後
に、この層の上に沈着させることが好ましい。ガラス系
集合体をオートクレーブ内で15kg/cm2に加圧して90℃に
加熱する。
The electrolyte layer is preferably deposited on the tungsten oxide layer immediately after depositing this layer. The glass-based assembly is pressurized to 15 kg / cm 2 in an autoclave and heated to 90 ° C.

上記のガラス系は例示のものであって、本発明を限定
するものと考えてはならない。本発明はこれより寸法の
大きいすべてのエレクトロクロミックセルに応用するこ
とができる。
The above glass systems are exemplary and should not be considered as limiting the invention. The invention is applicable to all larger electrochromic cells.

従来の方法によって、導電性帯状体3の点と考えるこ
とができる点Aと、導電性帯状体6の点と考えることが
できる点Bとの間に、所望の電気化学的反応の安定領域
で選んだ固定された電位差V1を印加する。このような集
合体を、3つの相似形のセルS1,S2およびS3に使用し
た。これらのセルにおいて電流導入用帯状体の間隔はそ
れぞれ3,4.5および9cmであった。
By a conventional method, a point A, which can be considered as a point of the conductive strip 3, and a point B, which can be considered as a point of the conductive strip 6, are in a stable region of a desired electrochemical reaction. applying a potential difference V 1 which is fixed chosen. Such an assembly was used for three similar cells S 1 , S 2 and S 3 . In these cells, the spacing between the current-introducing strips was 3,4.5 and 9 cm, respectively.

第3図は発色電流強度が時間の経過に伴なって変化す
る状況を示す。2つの小さいセルについては、t=0に
おける電流I0が表面に比例し、発色時間はほぼ同一であ
った。さらに5秒後には発色の実質的なプロセスが完了
した。これに対してセル3では電流I0が表面に比例せ
ず、オーミック抵抗による電圧降下で制限される。実際
これは電流導入用帯状体の間隔が10cmより大きいセル
は、1分間より長いスイッチング時間を受入れなけれ
ば、実現することができない。
FIG. 3 shows a situation in which the coloring current intensity changes over time. For the two smaller cells, the current I 0 at t = 0 was proportional to the surface, and the color development times were nearly identical. After another 5 seconds, the substantial process of color development was completed. On the other hand, in the cell 3, the current I 0 is not proportional to the surface and is limited by the voltage drop due to the ohmic resistance. In fact, this cannot be achieved for cells with a spacing of the current-introducing strips larger than 10 cm, unless a switching time longer than 1 minute is accepted.

この問題を解析する他の方法として、第1図で図解し
た座標(x,y,z)において(x,y,a)および(x,y,b)で
ある2つの点MAおよびMBを検討する。これら2つの点の
間で、時間tにおいて電位差はV=VMA−VMBである。し
かし、銅または他のすべての良導体からなる導電性帯状
体3,6を選べば、与えられた縦座標軸y上のすべての点M
AまたはMBがそれぞれ導電位であると考えることができ
る。第4図において、曲線10は、点MAとMBとの組合せの
間隔を縦座標軸yの関数としてVの値の変化を表す。点
Aと点Bとの間隔が14cmのセルに、電位差U11.4Vを印加
し、t=0のときの有効電圧VがU1より極めて低いこ
と、およびこれらの電圧の差がセルの中央領域において
顕著であることを示す。
Other methods of analyzing the problem, coordinates illustrated in Figure 1 (x, y, z) in (x, y, a) and (x, y, b) 2 single point is M A and M B To consider. In between these two points, the potential difference at time t is V = VM A -VM B. However, if one chooses conductive strips 3,6 of copper or any other good conductor, all points M on a given ordinate axis y
Can be considered as A or M B are each electrically potential. In Figure 4, curve 10 represents the change in the value of V the interval combination of the point M A and M B as a function of the longitudinal axis y. The cell interval is 14cm in points A and B, the potential difference U 1 1.4V is applied, it effective voltage V in the case of t = 0 is very lower than U 1, and the center of the difference between these voltages cells Indicates that it is significant in the region.

本発明によって導電性帯状体6′上の点Rと、これに
対面する点Aとの間に固定された電位差U2を保ち、U2
1.4Vとして曲線11を得る。すべての点MAとMBとの組合せ
について、観察される電位差Vが常にU2以下であること
に注意する必要がある。所定の電気化学的反応につい
て、本発明の電気化学的安定領域にある電位差の値U2
印加することが必要かつ十分な条件である。その他、辺
の上を除いて、有効電圧は印加電圧U2に等しくない。本
発明はオーミック抵抗による電圧降下を全部なくすこと
ができるものではない。しかし曲線10と11とを比較すれ
ば、本発明の有効電圧曲線11は、点MAとMBとのすべての
組合せにおいて、曲線10の約3倍であることを示す。そ
の結果、発色または消色が極めて速い。さらに縁の効果
が従来技術の組合せより顕著であって、ガラス系の縁の
近傍において電流がほぼ瞬間的に伝わるが、中央領域に
おいてはこれより遅いことを実証した。縁から発色が進
行することが本発明の特徴である。
According to the invention, a fixed potential difference U 2 is maintained between the point R on the conductive strip 6 ′ and the point A facing it, U 2 =
Curve 11 is obtained at 1.4V. The combination of all points M A and M B, it should be noted that the potential difference V to be observed is always U 2 below. For a given electrochemical reaction, it is possible and necessary to apply the value U 2 of the potential difference in the electrochemical stability region sufficient conditions of the present invention. Other, except for the top side, the effective voltage is not equal to the applied voltage U 2. The present invention cannot eliminate all voltage drops due to ohmic resistance. But the comparison between curves 10 and 11, effective voltage curve 11 of the present invention, in all combinations of the point M A and M B, indicating that about three times of the curve 10. As a result, coloring or decoloring is extremely fast. In addition, the edge effect is more pronounced than the prior art combination, demonstrating that the current is transmitted almost instantaneously near the edge of the glass system, but slower in the central region. It is a feature of the present invention that color development proceeds from the edge.

間隔14cmの端子A,Bについて、発色時間の利得は6秒
であり、これは30%の時間の利得である。これより間隔
の広い端子では利得はさらに増大する。こうして、エレ
クトロクロミック天井の短かい辺を30cmより長くし、ス
イッチング時間が20℃において1分未満とすることがで
きる。この場合スイッチング時間を6で割れば、典型的
に3分から30秒に減少することができる。
For terminals A and B with a spacing of 14 cm, the color development time gain is 6 seconds, which is a 30% time gain. The gain is further increased for terminals at wider intervals. Thus, the short side of the electrochromic ceiling can be longer than 30 cm and the switching time can be less than 1 minute at 20 ° C. In this case, dividing the switching time by 6 can typically reduce from 3 minutes to 30 seconds.

本発明の集合体は2つの電流導入用帯状体6,6′を導
電体層5に設ける。この導電体層5の電気的抵抗をセル
の加熱に利用することができる。これには発色の前に、
点Bと点Rとの間に、電位差U3たとえば24Vを印加し、
これによって電解質層の温度を高める。この温度が20〜
80℃のときに極大の性能を得る。電位差U3は交流とし
て、エレクトロクロミック材料層の分極を回避すること
が好ましい、この場合実効電圧をたとえば24Vとする。
しかし、エレクトロクロミック材料層の酸化状態と関係
なく、加熱を使用できることに注意すべきである。
In the aggregate according to the present invention, two current introducing strips 6 and 6 ′ are provided on the conductive layer 5. The electrical resistance of the conductor layer 5 can be used for heating the cell. Before coloring,
Between the points B and R, by applying a potential difference U 3 for example 24V,
This increases the temperature of the electrolyte layer. This temperature is 20 ~
Maximum performance at 80 ° C. Potential U 3 as AC, avoiding the polarization of the electrochromic material layer is preferred, and the case effective voltage for example 24V.
However, it should be noted that heating can be used regardless of the oxidation state of the electrochromic material layer.

前述のように、本発明をプロトン導電性電解質を有す
るセルについて説明したが、本発明は、必要に応じて、
すべてのエレクトロクロミック系、特にイオン導電性の
電解質たとえばリチウムを含むセルについても応用でき
ることを理解すべきである。同様に、さきに挙げたよう
な他の材料を使用して、特に他の色調を得る目的で、エ
レクトロクロミック層および対向電極を実現することが
でき、予め印加する電圧の値を調節して新しい熱力学的
平衡を作用させることができる。さらに、3つの電極を
有する集合体を、少なくとも透明な導電体層を、必要と
するすべての系、たとえばメモリーにおいて呼出される
イオンの導入および除去によって作用する系、エレクト
ロクロミックゲル系、または液晶ディスプレー系に、広
く使用することができる。
As described above, the present invention has been described with reference to a cell having a proton conductive electrolyte.
It should be understood that all electrochromic systems can be applied, especially for cells containing an ionic conductive electrolyte such as lithium. Similarly, the electrochromic layer and the counter electrode can be realized using other materials such as those mentioned above, especially for the purpose of obtaining other colors, and by adjusting the value of the pre-applied voltage, Thermodynamic equilibrium can be exerted. Furthermore, an assembly with three electrodes, at least a transparent conductor layer, can be operated by any system that requires the introduction and removal of ions called in a memory, an electrochromic gel system, or a liquid crystal display. Can be widely used in systems.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のエレクトロクロミックセルの原理を示
す斜視図であり、 第2図は自動車のガラス天井の断面図であり、 第3図は電流導入体の間隔の異なる3つのセルについ
て、時間の経過に伴なう発色電流の変化を示すグラフで
あり、 第4図は点MA,MBの組合せの間隔(座標軸y)と実効電
圧との関係を示すグラフである。 1,4……ガラス板、2,5……導電体層、 3,6……導電性帯状体、7……対向電極、 8……電解質、 9……エレクトロクロミック材料、 10……従来技術のセル、11……本発明のセル。
FIG. 1 is a perspective view showing the principle of the electrochromic cell of the present invention, FIG. 2 is a sectional view of a glass ceiling of an automobile, and FIG. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the interval (coordinate axis y) of the combination of the points M A and M B and the effective voltage. 1,4 ... glass plate, 2,5 ... conductive layer, 3,6 ... conductive strip, 7 ... counter electrode, 8 ... electrolyte, 9 ... electrochromic material, 10 ... conventional technology Cell, 11 ... cell of the present invention.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−305326(JP,A) 実開 平2−75627(JP,U) 米国特許4927246(US,A) 米国特許4902110(US,A) 米国特許4865428(US,A) 米国特許4844591(US,A) 米国特許4824221(US,A) 米国特許4807977(US,A) 米国特許4801195(US,A) 米国特許4346964(US,A) 西独国特許出願公開3016309(DE, A1) 欧州特許出願公開338876(EP,A 1) 欧州特許出願公開304198(EP,A 1) 欧州特許出願公開253713(EP,A 1) 欧州特許出願公開189601(EP,A 1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/15 - 1/25 G09F 9/30 380 - 388 G09G 3/19 G09G 3/38 Continuation of the front page (56) References JP-A-63-305326 (JP, A) JP-A-2-75627 (JP, U) US Patent 4,927,246 (US, A) US Patent 4,902,110 (US, A) US Patent 4,865,428 (US, A) U.S. Pat. No. 4,845,591 (US, A) U.S. Pat. No. 4,842,221 (US, A) U.S. Pat. No. 4,807,977 (US, A) U.S. Pat. 3016309 (DE, A1) EP 338876 (EP, A1) EP 304198 (EP, A1) EP 253713 (EP, A1) EP 189601 (EP, A1) (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/15-1/25 G09F 9/30 380-388 G09G 3/19 G09G 3/38

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】導電体層(2,5)でそれぞれ被覆された2
枚の透明基板(1,4)が、エレクトロクロミック材料層
(9)と、電解質(8)と、対向電極(7)とで隔てら
れており、導電体層(2,5)が、その導電性に比べて大
きい導電性を有する材料からなる導電性帯状体(3,6)
をそれぞれ有し、これらの帯状体(3,6)が一方の導電
体層(2)の1辺(3)と他方の導電体層(5)のそれ
と対角線関係にある辺(6)に沿って配置され、これら
の帯状体(3,6)に接続する電源が、帯状体(3,6)の直
接近傍において、導電体層(2,5)にそれぞれ属してい
る2つの点AとBとの間に、発色相または消色相におい
て電位差U1=(VA−VB)(t)を印加し、これによっ
て、点Aのある導電体層とは異なる導電体層にあって点
Aに直接対面している点Rと、点Aとの間に、電位差U2
=(VA−VR)(t)=U0を与え、U0が発色反応の安定領
域または消色反応の安定領域になるように選択された一
定の電位差であるように構成されているエレクトロクロ
ミック装置。
2. The method according to claim 1, wherein the first and second conductor layers are respectively covered with conductor layers.
The transparent substrates (1,4) are separated by an electrochromic material layer (9), an electrolyte (8) and a counter electrode (7), and the conductor layers (2,5) are Conductive strip made of a material with higher conductivity than its conductive property (3,6)
And these strips (3, 6) extend along one side (3) of one conductive layer (2) and a side (6) that is diagonal to that of the other conductive layer (5). The power supplies connected to these strips (3,6) are located in the immediate vicinity of the strips (3,6) and have two points A and B belonging to the conductor layer (2,5) respectively. A potential difference U 1 = (V A −V B ) (t) is applied in the color development phase or the decoloration phase, whereby the point A in the conductor layer different from the conductor layer having the point A is applied. directly facing to that point R, between the point a, the potential difference U 2
= (V A -V R ) (t) = U 0 , wherein U 0 is a constant potential difference selected so as to be a stable region of a coloring reaction or a stable region of a decoloring reaction. Electrochromic device.
【請求項2】導電性帯状体(3,6)が銅からなる、請求
項1記載の装置。
2. The device according to claim 1, wherein the conductive strip is made of copper.
【請求項3】エレクトロクロミック材料層(9)が三酸
化タングステンのような陰極性エレクトロクロミック材
料から構成されている、請求項1または2記載の装置。
3. The device according to claim 1, wherein the electrochromic material layer comprises a cathodic electrochromic material such as tungsten trioxide.
【請求項4】対向電極(7)が酸化イリジウムのような
陽極性エレクトロクロミック材料から構成されている、
請求項1〜3のいずれかに記載の装置。
4. The method according to claim 1, wherein the counter electrode is made of an anodic electrochromic material such as iridium oxide.
The device according to claim 1.
【請求項5】電解質(8)がプロトン導電性電解質であ
る、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。
5. The device according to claim 1, wherein the electrolyte is a proton-conducting electrolyte.
【請求項6】プロトン導電性電解質(8)が、ポリエチ
レンオキヒドと無水オルトりん酸との重合体複合体であ
る、請求項5記載の装置。
6. The device according to claim 5, wherein the proton conductive electrolyte (8) is a polymer complex of polyethylene oxide and orthophosphoric anhydride.
【請求項7】電解質(8)がリチウム導電性電解質であ
る、請求項1〜4のいずれかに記載の装置。
7. The device according to claim 1, wherein the electrolyte (8) is a lithium conductive electrolyte.
【請求項8】時間tに印加されるべき電位差U1が、電圧
電流測定装置によって予め測定されている、請求項1〜
7のいずれかに記載の装置。
8. A potential difference U 1 to be applied to the time t is previously determined by the voltage-current measurement apparatus, according to claim 1
An apparatus according to any one of claims 7 to 10.
【請求項9】電位差U1=f(T)が指数関数に近似して
いる、請求項1〜7のいずれかに記載の装置。
9. Apparatus according to claim 1, wherein the potential difference U 1 = f (T) approximates an exponential function.
【請求項10】点Rの直接近傍に第3の導電性帯状体
(6′)があり、導電性帯状体(3)と導電性帯状体
(6′)との間で電圧U2が一定であるように、電位差U1
を印加する、請求項1〜7のいずれかに記載の装置。
10. A point 'has a conductive strip (3) and the conductive strip (6 immediate neighbor to the third conductive strip (6)' of R) the voltage U 2 between the constant So that the potential difference U 1
Apparatus according to any of claims 1 to 7, which applies:
【請求項11】導電性帯状体(6)および導電性帯状体
(6′)に電源が接続されて、電圧U2がゼロであるとき
に、セルを加熱するために電位差U3を印加する、請求項
10記載の装置。
11. The conductive strip (6) and conductive strip (6 ') to the power supply is connected, when the voltage U 2 is zero, a potential difference is applied to U 3 for heating the cell , Claims
Device according to 10.
【請求項12】電位差U3が交流である、請求項11記載の
装置。
12. potential U 3 is an alternating current, device according to claim 11.
【請求項13】有効電圧U3が電極間の距離1cmにつき0.5
Vである、請求項12記載の装置。
13. effective voltage U 3 per distance 1cm between electrodes 0.5
13. The device according to claim 12, which is V.
【請求項14】発色状態−消色状態のスイッチング時間
が20℃において1分未満である、最小幅30cmを越えるエ
レクトロクロミック型の屋根を実現した、請求項1〜13
のいずれかに記載の装置の使用方法。
14. An electrochromic roof having a minimum width of more than 30 cm, wherein a switching time between a coloring state and a decoloring state is less than 1 minute at 20 ° C.
A method for using the device according to any one of the above.
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