KR101702018B1 - 복수의 서플라이 전극쌍들을 갖는 투명 전기변색 시스템 - Google Patents

복수의 서플라이 전극쌍들을 갖는 투명 전기변색 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가변 전원(20,21)에 전기연결하도록 되어 있는 2개의 투명 서플라이 전극쌍들(1-4)을 포함하는 투명 전기변색 시스템(100)에 관한 것이다. 2쌍의 전극들이 전기활성물질을 포함한 폐쇄 체적의 일측에 시스템의 분리 외벽(10,11)에 의해 지지된다. 전기변색 시스템은 우수한 기동 및 스위칭 속도를 갖는다. 본 발명의 다양한 실시예들은 전극들을 전원에 연결하는 다양한 모드들과, 별도의 셀들(13)에 폐쇄 체적의 다양한 파티션에 따른다.

Description

복수의 서플라이 전극쌍들을 갖는 투명 전기변색 시스템{TRANSPARENT ELECTROCHROMIC SYSTEM WITH A PLURALITY OF PAIRS OF SUPPLY ELECTRODES}
본 발명은 복수의 서플라이 전극쌍들을 갖는 투명 전기변색 시스템 및 이런 시스템을 포함하는 전기변색 디바이스에 관한 것이다.
공지된 방식으로, 전기변색 시스템은 상기 시스템의 2개의 서플라이 단자들 간에 가해진 전류에 응답해 광투과 광학적 특성이 변할 수 있는 투명소자이다. 이를 위해, 전기변색 시스템은 주로
폐쇄 체적을 정의하는 2개의 외벽들과,
폐쇄 체적에 포함된 액체 또는 젤과,
각각의 산화-환원 전위값들이 다른 액체 또는 젤에 분포되고, 적어도 일부가 상기 물질들의 산화형태와 환원형태 사이에서 변하는 광학적 효과를 갖는 제 1 및 제 2 전기활성물질들과,
시스템에 전류를 제공하기 위해 가변 전원의 2개의 출력단자들에 각각 연결되도록 되어 있어, 시스템 동작의 동시에 상기 제 1 및 제 2 전기활성물질들 간에 역모드로 전기활성물질 중 적어도 일부로 또는 일부로부터 나온 전자들을 전달하는 투명 서플라이 전극쌍들을 구비하고, 상기 시스템은 2개의 대향면 간의 폐쇄 체적과 외벽을 지나는 응시방향에 투명하다.
본 발명의 체계내에서, 투명소자는 소자의 일측에 위치된 사용자에 이 소자를 통해 소자의 타측에 그리고 멀리 있는 물체의 클리어 뷰(clear view)를 제공하는 광학소자를 말한다. 다시 말하면, 물체의 이미지가 물체와 투명소자 간의 제 1 논제로(non-zero distance)거리에 걸쳐 전파되는 광에 의해 사용자의 망막에 형성된 후, 투명소자를 지나 상기 투명소자와 사용자의 눈 사이의 제 2 논제로 거리에 걸쳐 전파된다. 이를 위해, 광학소자에 의해 야기된 광확산 및/또는 회절이 충분히 낮아야 하므로, 투명소자를 통한?篇걍?(object point)이미지는 사용자에 의해 인식된 이미지에서 확산 스팟이 아니라 이미지점이다.
이런 전기변색 시스템은 광투과 값이 큰 클리어 상태와 값이 낮은 다크(dark) 상태 사이에서 이 시스템을 통한 광투과 값을 가변하도록 되어 있다. 몇몇 애플리케이션들은 매우 큰 클리어 상태의 광투과와 또한 매우 낮은 다크 상태의 광투과를 필요로 한다. 다시 말하면, 각각이 상당한 스위칭 기동을 갖는 전기변색 시스템이 추구된다. 이런 상당한 스위칭 기동은 전기변색 시스템이 건물 안팎으로 번갈아 사용되도록 된 경우 특히 유용하다. 실제로, 주변 광도(luminosity)가 외부의 햇빛 조건에서 매우 클 수 있으나, 건물 내에서의 광도는 평균 또는 미만으로 유지된다.
본 발명의 목적은 스위칭 기동을 높일 수 있는 전기변색 시스템 구조를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조가 간단한 전기변색 시스템용 구조를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다른 광투과 값들 간에 고속 스위칭을 갖는 전기변색 시스템을 제안하는 것이다.
이들 및 다른 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 시스템을 통한 투명 보기를 제공하고 적어도 2쌍의 투명 서플라이 전극들을 구비하는 상술한 타입의 투명 전기변색 시스템을 제안한다. 제 1 쌍의 서플라이 전극은 2개의 외벽 중 하나에 의해 함께 지지된다. 더욱이, 이들은 전류를 시스템에 공급하는 가변 전원의 2개 출력단자에 각각 연결되도록 되어 있어, 시스템의 동시 동작시 제 1 및 제 2 전기활성물질 간에 역모드로 전기활성물질들 중 적어도 일부에 또는 일부로부터 나온 전자들을 전달한다. 다시 말하면, 제 1 쌍의 2개 전극들은 전기변색 시스템내에서 서로에 대해 분리되어 있는 한편, 전기활성물질을 포함한 체적의 동일 측에 위치해 있다.
유사하게, 제 1 쌍의 전극들과 분리되어 있는 제 2 쌍의 투명 서플라이 전극들은 2개 외벽들 중 다른 하나에 의해 제 1 쌍의 전극들을 지지하는 벽에 함께 지지된다. 더욱이, 전류를 시스템에 제공하는 기능을 위해, 제 2 쌍의 서플라이 전극들은 시스템의 동시 동작시 제 1 및 제 2 전기활성물질들 간의 역모드로 전기활성물질 중 적어도 일부로 또는 일부로부터 나온 전자들을 또한 전달함으로써 제 1 전극쌍들에 대해 추가로 시스템에 전류를 제공하기 위해 제 2 가변 전원의 2개 출력단자에 각각 연결되도록 되어 있다.
따라서, 제 2 쌍의 2개 전극들은 전기변색 시스템내에 서로에 대해 분리되어 있는 한편 제 1 쌍의 전극들에 대해 전기활성물질을 포함하는 체적의 타측에 함께 위치해 있다. 게다가, 상기 쌍들 중 하나의 각 전극은 전기변색 시스템에 각 전극쌍들에 의해 별개로 그리고 동시에 전기가 제공되게 하도록 다른 쌍의 각 전극에 대해 시스템내에 분리되어 있다. 달리 말하자면, 연결된 전원내에 각 전극쌍들은 다른 전극쌍들로부터 동시에 떨어져 있는 전기변색 시스템의 서플라이에 다른 전원을 제공한다.
따라서, 서플라이 전극들의 2개 별개의 쌍들은 전류를 전기변색 시스템에 재공하기 위한 2개의 병렬회로를 구성한다. 일반적으로, 제 1 전극쌍들과 제 2 전극쌍들에 의해 각각 전기변색 시스템에 전류를 제공하는 2개의 전원들은 별개일 수 있다. 따라서, 더 큰 총 전류가 전기변색 시스템에 전달될 수 있으므로, 시스템은 다른 광투과 값들 간에 증가된 스위칭 속도를 가질 수 있다.
더욱이, 단일 쌍의 전극들이 다른 쌍의 전극들에 대해 반대되는 전기활성물질을 포함한 체적의 일측에 위치해 있다면, 전기활성 종류는 이 체적의 양측에서 동시에 산화 및 환원 형태들 사이로 변환될 수 있다. 따라서, 전기활성물질들이 산화환원 반응의 동일한 방향으로 동시에 폐쇄된 체적의 일측에서 변환되면, 시스템의 광투과에 대한 이들의 효과는 전기변색 시스템이 스위칭 기동을 증가시키도록 결합된다.
게다가, 모든 전극들이 시스템의 외벽에 의해 지지되면, 시스템의 외벽은 제조가 간단해 진다. 각 전극은 전기변색 시스템내 추가 지지소자들 필요없이 해당 외벽에 증착된 얇은층의 형태로 제조될 수 있다. 더욱이, 2쌍의 전극들은 각각 해당 외벽에 동일한 패턴을 가질 수 있어, 이들 패턴을 정의하기 위해 단일 마스크가 양 외벽에 사용될 수 있게 된다.
본 발명의 전기변색 시스템의 다양한 실시예들에서, 전기활성물질들이 분포된 폐쇄 체적은 외벽에 나란하게 평행 셀들로 나누어질 수 있다. 이런 경우, 각 셀은 각 쌍의 한 전극 또는 모든 전극들과 이 셀내에서, 접촉될 수 있는 액체 또는 젤의 일부를 포함한다.
본 발명에 다른 전기변색 시스템은 안경, 고글, 광학렌즈, 헬멧 비저, 항공기 윈도우, 판유리 등과 같은 많은 광학구성 부품들의 적어도 일부를 형성할 수 있다.
마지막으로, 본 발명은 또한
상술한 바와 같은 투명한 전기변색 시스템과,
제 1 전원의 2개 출력단자들이 제 1 쌍의 서플라이 전극들에 각각 연결된 제 1 가변 전원과,
제 2 전원의 2개 출력단자들이 제 2 쌍의 서플라이 전극들에 각각 연결된 제 2 가변 전원을 구비한 전기변색 디바이스를 제안한다.
제 1 및 제 2 가변전원 각각은 제 1 및 제 2 전기활성물질의 각각의 산화-환원 전위 간의 차보다 더 큰 제 1 또는 제 2 전압을 해당 쌍의 전극들 사이에 각각 인가함으로써 전기변색 시스템에 전류를 제공하도록 형성된다.
본 발명에 따른 디바이스의 간단한 실시예들에서, 제 1 및 제 2 전원은 제 1 쌍의 전극들 중 하나와 제 2 쌍의 전극들 중 하나에 공통인 이 전원의 출력단자들 중 하나에 연결한 전기연결로 병렬연결모드에 이어 공통 전원 중 다른 출력단자를 제 1 쌍의 다른 전극에 그리고 제 2 쌍의 전극들 중 다른 전극에 별도로 연결한 2쌍의 서플라이 전극들에 공통인 하나의 전원에 병합될 수 있다.
본 발명의 내용에 포함됨
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부도면을 참조로 하기의 비제한적인 실시예의 설명으로부터 명백해진다:
도 1a 및 1b는 본 발명에 따른 2개의 전기변색 시스템의 횡단면도이다.
도 2a 및 2b는 다른 전기연결모드를 갖는 도 1a에 따른 시스템을 구비한 전기변색 디바이스를 나타낸다.
도 3a 및 3b는 도 1b에 따른 전기변색 시스템에 대해 도 2a 및 2b에 각각 해당한다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 다른 변형 실시예를 도시한 것이다.
간략히 하기 위해, 이들 도면에 표시된 다른 요소들의 치수들은 실체 치수 및 치수 관계와 일치하지 않는다. 더욱이, 다른 도면에서 주어진 동일한 참조부호는 동일한 요소이거나 동일한 기능을 갖는 것을 나타낸다.
게다가, 예로써, 현재 기술된 시스템은 안경을 형성하도록 되어 있으나, 이들은 특히 이들 시스템의 외벽을 적절히 채택함으로써 다른 투명한 소자들을 형성할 수 있음이 이해된다.
도 1a 및 도 1b에 따르면, 전기변색 시스템(100)은 내부 체적(V)의 경계를 이루는 2개의 나란한 외벽(10 및 11)을 포함한다. 체적(V)은 가령 미도시된 외주 씰을 이용해 밀봉되어 있다. 외벽(10 및 11)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 박막, 폴리카보네이트(PC) 박막, 또는 폴리이미드 박막과 같은 가요성 박막일 수 있다. 이런 박막은 30 내지 200㎛(마이크로미터) 사이로 구성되는 두께(e)를 가질 수 있다. 외벽(10)은 또한 광학분야에서 통상적으로 사용되는 무기, 유기 또는 하이브리드 재료로 제조된 안경일 수 있다.
각각의 외벽(10 및 11)은 체적(V)을 향해 방향전환된 면에 한 쌍의 전극을 지닌다: 함께 제 1 쌍을 형성하는 전극(1 및 2)은 외벽(10)에 의해 지녀지고, 함께 제 2 쌍을 형성하는 전극(3 및 4)은 외벽(11)에 의해 지녀진다. 모든 전극들(1 내지 4)은 시스템(100)내에서 서로 절연되어 있고, 체적(V)에 포함된 액체 또는 젤과 접촉해 있다. 전극들(1 내지 4)은 주석 도핑 인듐 산화물(tin-doped indium oxide(인듐-주석 산화물용 ITO)) 또는 플루오르 도핑 주석산화물(fluorine-doped tin oxide (SnO2:F))로 제조될 수 있다. 이들은 패턴화된 얇은 층들의 형태로 벽(10,11)의 해당 내면에 증착될 수 있고, 층 두께는 가령 0.1㎛ 내지 3㎛ 사이로 이루어진다. 이점적으로, 각 쌍의 전극들은 외벽(10 및 11)에 수직인 방향(D)을 따라 체적(V)의 일측에 다른 쌍의 대향 전극들에 하나씩 위치해 있다. 따라서, 전극(3)은 전극(1)에 마주볼 수 있고, 전극(4)은 전극(2)에 마주볼 수 있다. 각 외벽(10 및 11)에, 이 벽이 지니고 있는 전극쌍들은 타벽에 나란히 갭(I)만큼 서로 이격된 채 있으면서 임의의 각각의 상보적 패턴을 가질 수 있다. 이 갭(I)은 동일한 쌍의 전극들이 서로 전기 절연되어 있음을 보장할 수 있다. 특히, 전극들은 콤 패턴을 가질 수 있고, 콤 돌기부들은 가령 50㎛ 내지 1.5㎜ 사이로 이루어질 수 있는 교번 피치로 배열되어 있다. 갭(I)은 가령 18㎛의 폭을 가질 수 있다.
방향(D)으로 체적(V)의 두께(d)는 가령 20㎛일 수 있다.
외벽(10 및 11) 뿐만 아니라 전극들(1 내지 4)은 특히 방향(D)에 나란하게 시스템의 2개의 대향 측면들 사이에서 시스템(100)을 지나는 광빔에 대해 투명하다.
체적(V)에 둘러싸인 유체 매질은 조성물에 따라 액체 또는 젤이다. 시스템(100)의 동작동안 서플라이 전극들(1 내지 4)에 산화 또는 환원되도록 되어 있는 전기활성물질을 포함한다. 이는 전기활성물질, 항UV제, 가소제 등에 공통인 용매와 같은 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
체적(V)에 포함된 전기활성물질은 예시적인 예로써
- 포화 염화제1수은 기준전극에 대해 약 0.2V(볼트)의 산화-환원 전위값을 가지며 환원형태에서는 무색이고 산화형태에서는 청색인 N,N,N',N’테트라메틸-페닐렌디아민(tetramethyl-phenylenediamine); 및
- 포화 염화제1수은 전극에 대해 약 -0.7V의 산화-환원 전위값을 갖고 산화형태에서는 무색이고 환원형태에서는 적색인 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트(ethyl viologen diperchlorate), 또는 N,N’디에틸- 4,4’비피리디늄 디퍼클로레이트(bipyridinium diperchlorate)일 수 있다.
단일 쌍의 2개 서플라이 전극들 간에 전압이 0이면, 각각의 산화-환원 전위값으로 인해 이들 2개 물질들 중 첫번째는 환원된 형태이고 두번째는 산화된 형태이다. 그런 후, 전기변색 시스템은 가령 70%보다 큰, 바람직하게는 80% 보다 큰 높은 광투과 값을 갖는 클리어 상태에 있다. 동일 쌍의 2개 서플라이 전극들 간에 인가된 전압이 약 0.9V 보다 클 경우, N,N,N',N’테트라메틸-페닐렌디아민은 해당 전원의 양의 출력단자에 연결된 이들 전극들 중 하나와 접촉해 산화되고, 에틸 비올로겐은 동일한 전원의 음의 출력단자에 연결된 다른 전극들과 접촉해 환원된다. 그런 후, 전기변색 시스템(100)은 청색으로 흡수되어 진다. 광투과는 서플라이 전극들의 2쌍이 본 발명에 따라 사용될 경우 특히 전기활성 종류의 농도함수로서 가령 7% 미만, 심지어 2% 미만일 수 있다.
이들 2개 전기활성물질들은 전기변색 시스템(100)의 흡수상태에 대한 소정 광흡수레벨의 함수로서 0.001 내지 1mol/ℓ(리터당 몰) 사이에 포함된 농도로 체적(V)에 각각 도입될 수 있다. 예컨대, 2개의 상술한 전기활성종류의 농도들은 0.2mol/ℓ와 같을 수 있다.
특히 본 발명의 실시예에서 그리고 선택적으로, 시스템(100)은 외벽(10 및 11)에 나란한 평행 셀(13)들에 체적(V)의 파티션을 이루는 내벽(12)의 네트워크를 구비할 수 있다. 내벽(12)은 외벽(10 및 11)에 수직이며, 체적(V)에 포함된 액체 또는 젤을 셀(13)에 각각 포함된 액체 또는 젤의 몫으로 나눈다. 벽(12)의 조성물 및 실시예들은 당업자에 공지된 것으로 추정되므로 여기서 반복하지 않는다. 예컨대, 벽(12)은 0.1㎛보다 더 큰, 바람직하게는 0.5 내지 8㎛로 이루어진 두께를 각각 가질 수 있고, 각 셀(13)은 외벽(10 및 11)에 나란하게, 가령 50㎛ 내지 1.5㎜로 이루어진 치수를 가질 수 있다. 그런 후, 셀(13)은 외벽(10 및 11)에 나란하고, 임의의 규칙적인 어떠한 패턴이든지 간에 가령 육각형 또는 랜덤하거나 의사랜덤 패턴의 전기변색 시스템(100)의 테셀레이션(Tessellation)을 이룬다.
도 1a에 도시된 체적(V)을 파티션하는 제 1 모드에 따르면, 각 쌍의 2개 서플라이 전극들은 각 셀(13)에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 각 셀에 포함된 상기 액체 또는 젤은 제 1 및 제 2 전기활성물질 모두를 포함한다. 따라서, 2개 전극들(1 및 2)은 2개의 전극들(3 및 4)과 같은 방식으로 모든 셀(13)의 액체 또는 젤의 일부와 접촉한다. 이점적인 실시예에 따르면, 내벽(12)의 일부는 전극들(1 및 3) 사이에, 외벽(12)은 전극들(2 및 4) 사이에 뻗을 수 있으며, 각 해당 내벽(12)의 일측에 있는 전극들의 확장은 외벽(10 및 11)에 나란하다. 따라서, 전극들(1 내지 4) 각각은 인접한 셀들(13) 사이에 연이어 뻗어 있고, 각 셀(13)은 이 셀내 전극의 각각의 연장들에 의해 4개 전극들(1-4)에 의해 제공될 수 있다.
도 1b에 도시된 체적(V)을 패턴화하는 제 2 모드에 따르면, 셀들(13) 중 적어도 일부에 대해, 2개의 서플라이 전극들(1 및 2) 중 한 전극과 제 2 쌍의 2개 전극들(3 및 4) 중 한 전극이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 접촉된다. 이 경우, 가 쌍의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 제 1 셀(13)은 각 쌍의 다른 전극에 의해 제공된 제 2 셀(13)에 인접한다. 가능한 실시예에 따르면, 이들 2개의 외벽들상의 전극간 이격 갭(I)의 레벨에서 내벽(12) 중 일부는 외벽들(10 및 11) 사이에 뻗어 있을 수 있다.
도 2a, 2b, 3a 및 3b에 따르면, 제 1 가변 전원(20)는 이 제 1 소스의 2개 전류출력단자에 의해 제 1 전극쌍들의 전극들(1 및 2)에 전기연결된다. 동시에, 소스(20)와는 다른 제 2 가변 전원(21)는 이 제 2 소스의 2개 전류출력단자에 의해 제 2 전극쌍들의 전극들(3 및 4)에 전기연결된다. 각각의 소스(20 및 21)는 제 1 및 제 2 물질의 각각의 산화-환원 전위값들 간의 차와 같거나 더 크다. 따라서, 소스(20) 및 전극들(1 및 2)은 전기변색 시스템(100)의 제 1 전원 어셈블리를 형성한다. 마찬가지로, 소스(21)와 전극(3 및 4)은 동일한 전기변색 시스템(100)의 제 2 전원 어셈블리를 형성한다.
전원(20 및 21)는 전기 시스템(100)에 전류를 동시에 제공하도록 형성될 수 있다. 더욱이, 연결될 수 있는 시스템(100)의 서플라이 전극들에 대한 이들의 극성들은 동기로 반대가 될 수 있어, 클리어 상태에서 다크 상태로 또는 그 반대로 시스템(100)의 스위칭을 일으킨다.
2개 소스(20 및 21)는 직류 소스 또는 펄스 전류 소스 타입일 수 있다.
선택적으로, 2개 소스(20 및 21)는 이들 소스의 전류 출력단자들로부터 이격되어 있는 전기 전위 기준단자를 각각 가질 수 있으며, 전기 연결(23)은 이들 전기 전위 기분단자들을 서로 연결한다.
소스(20 및 21)의 전기 연결을 위한 제 1 가능성에 따르면, 각 쌍의 전극들이 반대인 경우, 하나씩, 전원(20 및 21)는 제 1 및 제 2 쌍들의 전극들에 각각 연결될 수 있어, 전원(20 및 21)는 시스템의 적어도 몇몇 동작 순간에 맞은편에 있는 전극들에 대해 동일한 각각의 극성을 갖게 된다. 도 2a 및 도 3a는 도 1a 및 1b에서 시스템(100)의 구조들에 대해 각각 이 제 1 연결 가능성을 도시하고 있다. 이 경우, 동일한 산화-환원 반응이 반대 위치에 있는 전극들에 동시에 야기된다. 예컨대, 전극(1 및 3)이 소스(20 및 21)의 양의 출력단자에 각각 연결될 경우, 테트라메틸-페닐렌디아민 분자들은 이들 2개의 전극(1 및 3)에 동시에 산화된다. 동시에, 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트 분자들은 전극(2) 및 전극(4) 모두에 환원된다. 이를 위해, 2개 소스(20 및 21)는 이들 각각의 출력단자들 간에 약 0.9V보다 더 큰 출력 전압을 동시에 갖는다. 그런 후, 시스템(100)의 다크닝(dakening)이 달성된다. 반대로, 전극들(1 및 3)이 이들 소스의 음의 출력단자에 그리고 전극들(2 및 4)이 양의 출력단자에 현재 연결되도록 소스(20 및 21)가 스위치될 때 시스템(100)의 라이트닝(lightening)이 달성된다. 이 라이트닝동안, 테트라메틸-페닐렌디아민 분자들은 2개 전극(1 및 3)에 동시에 환원되고 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트 분자들은 2개 전극(2 및 4)에 동시에 산화된다.
시스템(100)이 각 셀(13)을 제공하기 위한 각 쌍의 단일 전극을 갖는 셀들에 파티션을 갖는 경우(도 3a), 이온 브릿지(14)는 각 쌍의 다른 전극들에 의해 각각 제공되는 이웃 셀들(13) 간의 시스템(100)에 제공될 수 있다. 이런 이온 브릿지는 전기화학에 현재 사용된 방법들 중 하나에 의해 발생될 수 있다. 예컨대, 이온 브릿지(14)는 내벽(12)의 단부에, 가령 외벽(11)의 측면에 위치될 수 있다. 이들은 또한 전기활성물질을 갖는 액체 또는 젤에 포함된 작은 크기의 이온들에 침투될 수 있을 때 내벽(12)에 발생될 수 있다. 이런 이온 브릿지(14)는 시스템(100)의 동작의 각 순간에 각 셀(13)의 내용물의 전기 중성을 제공한다. 따라서, 이들은 고정식으로 시스템(100)을 무엇이든지 임의의 상태로 유지할 수 있게 한다.
각 쌍의 단 하나의 전극만이 시스템(100)의 각 셀(13)을 제공할 때, 액체 또는 젤이 각 쌍의 전극들 중 하나에 의해 제공된 셀들(13)내 제 2 전기활성물질들없이 제 1 전기활성물질들과, 각 쌍의 다른 전극에 의해 제공된 셀들(13)내 제 1 전기활성물질들없이 제 2 전기활성물질들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 3a에서 체적(V)을 파티션하는 방법과 전기연결하는 방법에 대해, 전극들(1 및 3)에 의해 제공된 이들 셀들(13)은 테트라메틸-페닐렌디아민 분자들만을 포함하고, 전극들(2 및 4)에 의해 제공된 이들 셀들(13)은 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트 분자들만을 포함할 수 있다. 이 경우, 시스템(100)은 제조 후 제 1 시간동안 스위치되기 전에 클러어 상태에 있고, 이 제 1 스위칭은 소스(20 및 21)의 양의 출력단자들에 전극(1 및 3)을 연결함으로써 수행된다.
소스(20 및 21)의 전기연결을 위한 제 2 가능성에 따르면, 각 쌍의 전극들이 양인 경우, 하나씩, 전원(20 및 21)는 제 1 및 제 2 쌍의 전극들에 각각 연결될 수 있어, 전원(20 및 21)는 시스템의 동작의 적어도 동시 순간에 맞은편에 있는 전극들에 대해 뒤바뀐 각각의 극성들을 갖게 된다. 도 2b 및 도 3b는 도 1a 및 도 1b의 시스템(100)의 구조에 대해 각각 이러한 제 2 연결 가능성을 도시한 것이다. 이 경우, 제 1 및 제 2 전기활성물질들은 서로 맞은편에 있는 전극들에 각각 동시에 산화 및 환원 반응을 받는다. 이를 위해, 각 셀(13)에 포함된 액체 또는 젤은 제 1 및 제 2 전기활성물질들을 포함한다. 따라서, 방향(D)에 평행한 시스템(100)을 통과한 동일한 광빔은 제 1 및 제 2 물질의 유색 형태에 또는 동시에 이들 무색 형태에 민감하다. 예컨대, 전극(1)이 소스(20)의 양의 출력단자에 연결될 경우, 전극(3)은 소스(21)의 음의 출력단자에 연결된다. 그런 후, 전극(2)은 소스(20)의 음의 출력단자에 그리고 전극(4)은 소스(21)의 양의 출력단자에 연결된다. 테트라메틸-페닐렌디아민 분자들이 전극(1 및 4)에 동시에 산화되는 한편, 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트 분자들이 동시에 전극(2 및 3)에 환원된다. 그러면, 시스템(100)은 이격 갭들(I)이 충분히 협소한 경우 균일한 컬러로 어둡게 나타난다. 반대로, 2개 소스(20 및 21)의 극성들이 과장될 경우, 즉, 2개 전극(1 및 4)은 해당 소스의 음의 출력단자들에 그리고 전극(2 및 3)은 양의 출력단자에 연결될 경우, 테트라메틸-페닐렌디아민 분자들이 다시 전극들(1 및 4)에 환원되고, 에틸 비올로겐 디퍼클로레이트 분자들이 전극들(2 및 3)에 재산화된다. 따라서, 시스템(100)은 클리어 상태로 복귀한다.
소스(20 및 21)의 전기 연결을 위한 이 제 2 확률에 대해, 전류를 제공하는 전극들을 갖는 각 셀(13)은 기본 전기변색 시스템을 구성한다. 그런 후, 내벽(12)은 이웃 셀들(13)간에 전기절연을 형성할 수 있다. 그러나, 이 경우 그리고 도 3b에서 파티션에 대해, 바람직하게는 피설정 소스(20 및 21)가 각 순간에 실질적으로 같은 전류들을 시스템(100)에 제공하도록 설정될 수 있다.
반대 극성들로 서로 반대 위치에 있는 전극들에 발생된 전기활성물질의 산화 및 환원 형태는 이들 전극들에 형성된 후 그리고 서로에 대해 확산된 후 각 셀(13)의 중심에 가까운 상호 중립을 실행할 수 있다. 이런 중립으로 전류의 소비가 더 커진다. 동시에, 이 중립으로 인해, 다크 상태에 있는 시스템(100)의 광투과는 전기활성물질의 농도로부터 발생할 수 있는 최소 광투과 값보다 더 큰 포화값을 달성할 수 있다. 다시 말하면, 전기활성물질의 상호 중립은 시스템(100)의 기동을 저하시킬 수 있다.
전기활성물질의 이런 상호 중립을 피하는 첫번째 방법은 방향(D)으로 체적(V)의 두께(d)를 늘리는 것으로 구성된다. 이런 식으로, 반대 전극들에 형성된 전기활성물질의 산화 및 환원 형태가 상호 중립이 발생하기 전에 더 큰 거리에 걸쳐 확산되어야 한다.
전기활성물질의 상호 중립을 피하는 두번째 방법에 따르면, 시스템(100)은 외벽(10 및 11)에 사이에 나란히 배열된 절연막을 더 구비할 수 있어, 체적(V)을 전극(1 및 2)과 접촉한 제 1 서브체적(V1)으로, 그리고 전극(3 및 4)과 접촉한 제 2 서브체적(V2)으로 나눈다. 이런 절연막은(참조부호 5)은 제 1 및 제 2 전기활성물질에 대해 밀봉된다. 절연막(5)이 단지 도 3b에만 도시되어 있으나, 도 2b의 디바이스에도 동일하게 사용될 수 있다.
특히 도 3b의 디바이스에 대해, 박막(5)은 각 셀(13)내 서브 체적(V1 및 V2) 사이에 이온 브릿지를 형성할 수 있다. 예컨대, 전기활성물질과 함께 젤의 액체에 포함된 작은 크기의 이온들이 침투될 수 있다. 따라서, 피설정 소스(20 및 21)가 각 순간 실질적으로 동일한 시스템(100)에 전류를 전달할 필요가 더 이상 없다. 예컨대, 절연막(5)은 방향(D)으로 두께가 약 50㎛인 Nafion®으로 제조될 수 있다. Nafion®으로 표시된 이 재료는 당업자에 잘 알려져 있다. 특히, 설폰산(sulphonic acid)기가 분기된 과플루오르화 알칸(perfluorinated alkanes)을 포함한다.
도 4a 및 도 4b는 단일 가변 전원와 함께 본 발명의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이들이 특히 가능하게는 도 1a 또는 도 1b에 따라 배열된 전체 발명에 대해 선택적인 경우 내벽(12)은 이들 2개 도면에 도시되어 있지 않다. 도 4a 및 도 4b에서 디바이스들은 또한 서로 반대되는 서플라이 전극들의 극성에 의해 식별된다. 전극(1 및 3)은 도 4a의 디바이스에서 동일한 극성을 갖고 전극(2 및 4)은 반대 극성을 갖는다. 이를 위해, 전극(1 및 3)은 단일 소스(20)의 출력 단자들 중 하나에 전기연결되고, 전극(2 및 4)은 소스(20)의 다른 출력단자에 나란히 연결된다. 한편으로 전극(1 및 3) 및 다른 한편으로 전극(2 및 4)의 극성은 물론 시스템(100)이 다크 상태로 또는 클리어 상태로 스위치되는 지에 따라 바뀐다.
반대로, 반대 전극들은 도 4b의 단일 전원 디바이스에서 반대 극성을 갖는다. 이를 위해, 전극(1 및 4)은 단일 소스(20)의 출력단자들 중 하나에 나란히 전기 연결되고 전극(2 및 3)은 소스(20)의 다른 출력단자에 나란히 연결된다.
본 발명은 상술한 이점들 중 적어도 일부를 유지하면서 예로써 언급된 특징들을 채택함으로써 재현될 수 있음이 이해된다. 특히, 당업자는 본 발명에 의해 도입된 2 쌍의 전극들은 이런 구성이 바람직함에 불구하고 반드시 반대일 필요는 없음을 이해한다. 더욱이, 전기변색 시스템의 소자들의 농도값 및/또는 치수들은 고려되는 각 적용에 대해 변형될 수 있다. 특히 이온 전도를 높이기 위해 다른 이온 물질들도 액체 또는 젤의 조성물에 첨가될 수 있다.

Claims (18)

  1. 폐쇄 체적(V)을 정의하는 2개의 외벽들(10,11)과,
    폐쇄 체적(V)에 포함된 액체 또는 젤과,
    각각의 산화-환원 전위값들이 다른 액체 또는 젤에 분포되고, 적어도 일부는 전기활성물질들의 산화형태와 환원형태 사이에서 변하는 광학적 효과를 갖는 제 1 및 제 2 전기활성물질들과,
    상기 2개의 외벽들 중 한 벽(10)에 의해 함께 지지되고 시스템에 전류를 제공하기 위해 제 1 가변 전원(20)의 2개의 출력단자들에 각각 연결되도록 되어 있어, 시스템의 동시 동작시 상기 제 1 및 제 2 전기활성물질들 간에 역모드로 전기활성물질 중 적어도 일부로 또는 일부로부터 나온 전자들을 전달하는 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2)들을 구비하고,
    2개의 대향면 사이에서 외벽과 폐쇄 체적을 지나는 응시방향에 대해 투명한 투명 전기변색 시스템(100)으로서,
    상기 시스템은 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2)과는 이격된 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)을 더 구비하고, 제 2 투명 서플라이 전극쌍은 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2)을 지지하는 벽(10)과는 다른 2개의 외벽들 중 한 벽(11)에 의해 함께 지지되고, 상기 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)은 시스템 동작의 동시에 상기 제 1 및 제 2 전기활성물질들 간에 역모드로 또한 전기활성물질 중 적어도 일부로 또는 일부로부터 나온 전자들을 전달함으로써 제 1 투명 서플라이 전극쌍에 대해 추가로 전류를 시스템에 제공하기 위해 제 2 가변 전원(21)의 2개의 출력단자에 각각 연결되도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 투명 전기변색 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 전극쌍들은 외벽(10,11)에 수직한 방향으로(D) 폐쇄 체적(V)의 어느 일측에서 다른 쌍의 맞은편 서플라이 전극들에 하나씩 위치해 있는 투명 전기변색 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    안경, 고글, 광학렌즈, 헬멧 비저, 항공기 윈도우 또는 판유리 중 적어도 일부를 형성하는 투명 전기변색 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 각 쌍(1,4)의 2개 서플라이 전극들이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 상기 셀에 포함된 액체 또는 젤은 제 1 및 제 2 전기활성물질들 모두를 포함하는 투명 전기변색 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 셀들 중 적어도 일부에 대해, 제 1 쌍(1,2)의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극과 제 2 쌍의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 각 쌍의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 1 셀은 각 쌍의 다른 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 2 셀에 인접해 있는 투명 전기변색 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    액체 또는 젤은 각 쌍(1,3)의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 셀들(13)내 제 2 전기활성물질들 없이 제 1 전기활성물질과, 각 쌍(2,4)의 다른 서플라이 전극에 의해 제공된 셀들(13)내 제 1 전기활성물질들 없이 제 2 전기활성물질을 포함하는 투명 전기변색 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 투명 전기변색 시스템(100)과,
    제 1 가변 전원의 2개의 출력단자들이 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2)에 각각 연결되고, 또한 제 1 및 제 2 전기활성물질들의 각각의 산화-환원 전위값 간의 차보다 더 큰 제 1 전압을 상기 제 1 투명 서플라이 전극쌍 사이에 인가함으로써 전류를 시스템(100)에 제공하도록 형성된 제 1 가변 전원(20)과,
    제 2 가변 전원의 2개의 출력단자들이 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)에 각각 연결되고, 또한 제 1 및 제 2 전기활성물질들의 각각의 산화-환원 전위값 간의 상기 차보다 더 큰 제 2 전압을 상기 제 2 투명 서플라이 전극쌍에 인가함으로써 전류를 시스템에 제공하도록 형성된 제 2 가변 전원(21)을 구비하는 전기변색 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)에 전류를 동시에 제공하도록 제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)이 형성되는 전기변색 디바이스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21) 각각은 상기 전원의 출력단자로부터 떨어져 있는 전위 기준단자를 갖고, 상기 전위 기준단자는 서로 전기연결되어 있는 전기변색 디바이스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)은 병렬 연결모드에 이어 전기연결이 공통 전원의 출력단자들 중 하나를 제 1 쌍의 전극들 중 하나에 그리고 제 2 쌍의 전극들 중 하나에 연결하고 상기 공통 전원의 다른 출력단자를 제 1 쌍의 다른 전극에 그리고 제 2 쌍의 다른 전극에 별개로 연결하는 제 1 및 제 2 투명 서플라이 전극쌍들에 공통인 단일 전원에 병합되는 전기변색 디바이스.
  11. 제 7 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    각 전극쌍들이 외벽(10,11)에 수직한 방향으로(D) 폐쇄 체적(V)의 어느 일측에서 다른 쌍의 맞은편 서플라이 전극들에 하나씩 위치해 있는 전기변색 시스템에 따르고,
    제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)은 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2) 및 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)에 각각 연결되어, 상기 제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)가 시스템 동작 중 적어도 몇몇 순간에 맞은편에 위치된 전극들에 대해 동일한 각각의 극성을 갖게 되는 전기변색 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 셀들 중 적어도 일부에 대해, 제 1 쌍(1,2)의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극과 제 2 쌍의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 각 쌍의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 1 셀은 각 쌍의 다른 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 2 셀에 인접해 있는 투명 전기변색 시스템에 따르고,
    각 전극쌍들의 다른 전극들에 의해 이웃한 셀들(13) 간에 이온 브릿지(14)가 각각 제공되는 전기변색 디바이스.
  13. 제 11 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 셀들 중 적어도 일부에 대해, 제 1 쌍(1,2)의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극과 제 2 쌍의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 각 쌍의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 1 셀은 각 쌍의 다른 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 2 셀에 인접해 있는 투명 전기변색 시스템; 및
    액체 또는 젤은 각 쌍(1,3)의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 셀들(13)내 제 2 전기활성물질들 없이 제 1 전기활성물질과, 각 쌍(2,4)의 다른 서플라이 전극에 의해 제공된 셀들(13)내 제 1 전기활성물질들 없이 제 2 전기활성물질을 포함하는 투명 전기변색 시스템에 따르는 전기변색 디바이스.
  14. 제 7 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    각 전극쌍들은 외벽(10,11)에 수직한 방향으로(D) 폐쇄 체적(V)의 어느 일측에서 다른 쌍의 맞은편 서플라이 전극들에 하나씩 위치해 있는 투명 전기변색 시스템에 따르고,
    제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)은 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2) 및 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)에 연결되어, 상기 제 1 및 제 2 가변 전원(20 및 21)가 시스템 동작 중 적어도 몇몇 순간에 맞은편에 위치된 전극들에 대해 바뀐 각각의 극성을 갖게 되고, 각 셀(13)에 포함된 액체 또는 젤은 제 1 및 제 2 전기활성물질 모두를 포함하는 전기변색 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 각 쌍(1,4)의 2개 서플라이 전극들이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 상기 셀에 포함된 액체 또는 젤은 제 1 및 제 2 전기활성물질들 모두를 포함하는 투명 전기변색 시스템에 따르고,
    내벽(12)은 이웃 셀들(13) 간에 전기절연을 형성하는 전기변색 디바이스.
  16. 제 14 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은:
    외벽(10,11)에 나란히 평행한 셀들(13)에 폐쇄 체적(V)의 파티션을 형성하는 내벽(12)의 네트워크를 더 구비하고, 상기 내벽은 상기 외벽에 수직하며, 셀들 중 적어도 일부에 대해, 제 1 쌍(1,2)의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극과 제 2 쌍의 2개 서플라이 전극들 중 한 전극이 각 셀에 포함된 액체 또는 젤과 각각 접촉하고, 각 쌍의 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 1 셀은 각 쌍의 다른 서플라이 전극들 중 하나에 의해 제공된 상기 셀들 중 제 2 셀에 인접해 있는 투명 전기변색 시스템에 따르고,
    내벽(12)은 이웃 셀들(13) 간에 전기절연을 형성하는 전기변색 디바이스.
  17. 제 14 항에 있어서,
    전기변색 시스템(100)은 외벽(10,11)에 나란하고, 폐쇄 체적(V)을 제 1 투명 서플라이 전극쌍(1,2)과 접촉한 제 1 서브체적(V1) 및 제 2 투명 서플라이 전극쌍(3,4)과 접촉한 제 2 서브체적(V2)으로 나누도록 상기 외벽 사이에 배열된 절연막(5)을 더 구비하는 전기변색 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서,
    절연막(5)이 제 1 및 제 2 서브체적(V1 및 V2) 사이에 이온 브릿지를 형성하는 전기변색 디바이스.
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