RU2810917C1 - Электрохромное устройство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к электрохромным устройствам. Устройство содержит первую оптически прозрачную подложку, имеющую внутреннюю поверхность, и вторую оптически прозрачную подложку, имеющую внутреннюю поверхность, где внутренние поверхности первой и второй подложек расположены напротив друг друга и отделены друг от друга; электрохромную композицию; первый электрод, расположенный на по меньшей мере одной из упомянутой внутренней поверхности первой или второй оптически прозрачной подложки, при этом упомянутый первый электрод находится внутри упомянутого оптического пути для пропускания света через упомянутое электрохромное устройство; второй электрод, который расположен снаружи от упомянутого оптического пути для пропускания света через электрохромное устройство. При этом второй электрод ионно соединен с упомянутой электрохромной композицией. Изобретение обеспечивает улучшение электрических характеристик устройства. 20 з.п. ф-лы, 22 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к электрохромным материалам, устройствам, способам их получения и способам управления ими.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Электрохромизм представляет собой физическое явление, обнаруженное у определенных соединений, композиций или сборных узлов, которые могут обратимо изменять оптические характеристики, такие как цвет или светопропускание, под действием электрического тока, возникающего при приложении напряжения, называемого управляющим напряжением. Электрохромизм составляет основу действия различных электрохромных устройств, таких как умное стекло, в форме оконных стекол, зеркал и дисплеев. Для создания композиций с электрохромными свойствами могут быть использованы оптические материалы и конструкции различных типов, с конкретными конфигурациями в зависимости от конкретного назначения электрохромного устройства.

[0003] Электрохромные материалы и устройства раскрыты в многочисленных патентах и патентных заявках. Такие патенты и патентные заявки включают, например, патентный документ US 2015/0353819, который описывает электрохромные композиции и устройства; патентный документ RU 2642558 C1 описывает изготовление и эксплуатацию органических электрохромных устройств, полученных УФ-отверждением полимерных матриц, содержащих органические активные электрохромные материалы; патентные документы US 6262832, US 6433914, US 6445486, US 6710906, US 7031043 и US 8294974 раскрывают различные электрохромные материалы и устройства. Обзорная статья раскрывает электрохромные устройства «все в одном» (неразъемные) на основе геля. Смотри работу авторов Alesanco и др., Materials, 2018, том 11, 414, стр. 1-27.

[0004] Однако существует непреходящая потребность в электрохромных материалах, устройствах, способах их получения и способах управления ими.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0005] Преимущества настоящего изобретения включают электрохромные устройства и их компоненты, и системы и способы управления электрохромными устройствами. Дополнительные преимущества настоящего изобретения включают электрохромные материалы, электрохромные композиции и электрохромные слои. В некоторых аспектах настоящего изобретения электрохромные композиции и слои могут быть в форме геля. Настоящее изобретение также представляет способы формирования электрохромных устройств и их компонентов, электрохромных композиций, слоев и гелей.

[0006] Дополнительные преимущества настоящего изобретения станут вполне очевидными квалифицированным специалистам в этой области технологии из нижеследующего подробного описания, в котором показаны и описаны только предпочтительные варианты осуществления изобретения, просто путем иллюстрирования наилучшего режима, избранного для осуществления изобретения. Как будет понятно, изобретение может быть исполнено в других и различных вариантах осуществления, и некоторые подробности его могут быть модифицированы в различных очевидных отношениях, все из которых не выходят за пределы изобретения. Соответственно этому, чертежи и описание следует рассматривать как иллюстративные по природе, и не как ограничивающие.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0007] Приведена ссылка на сопроводительные чертежи, в которых элементы, имеющие одинаковые кодовые номера позиций, представляют сходные элементы на всем протяжении, и в которых:

[0008] Фиг. 1А иллюстрирует электрохромное устройство в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0009] Фиг. 1В иллюстрирует пример структуры слоя с переменным коэффициентом пропускания в электрохромном устройстве в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0010] Фиг. 1С иллюстрирует примерные виологены, которые могут быть использованы в практических аспектах настоящего изобретения.

[0011] ФИГ. 2 иллюстрирует конструкции некоторых электрохромных устройств согласно аспектам настоящего изобретения.

[0012] ФИГ. 3 иллюстрирует способ создания токопроводящих шин поверх кромки подложки, которые создают электрические контакты с электродами электрохромного устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0013] ФИГ. 4 иллюстрирует альтернативный пример электрода, имеющего токопроводящую шину для электрохромного устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0014] ФИГ. 5А иллюстрирует структуру уплотнения для герметизации электрохромной композиции (ECC) в электрохромном устройстве, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0015] ФИГ. 5В иллюстрирует альтернативный вариант уплотнения для герметизации электрохромной композиции (ECC) в электрохромном устройстве, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0016] ФИГ. 6А и 6В иллюстрируют способ сборки электрохромного (EC) устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0017] ФИГ. 7А иллюстрирует способ заливки ECC на подложку при формировании EC-устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0018] ФИГ. 7В иллюстрирует альтернативный способ заливки ECC на подложку во время формирования EC-устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0019] ФИГ. 8 иллюстрирует дополнительный альтернативный способ заливки ECC на подложку во время формировании EC-устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0020] ФИГ. 9 иллюстрирует способ формирования ECC на пленочном электроде в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0021] ФИГ. 10А и ФИГ. 10В иллюстрируют конфигурации слоя с переменным коэффициентом пропускания, используемых для EC-устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0022] ФИГ. 10С иллюстрирует электрохромный слой, имеющий центральную область с более высокой проводимостью, чем периферийная область слоя.

[0023] ФИГ. 11 представляет технологическую блок-схему, изображающую алгоритм управления для регулирования EC-устройства, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

[0024] ФИГ. 12А, 12В, 12С и 12D перечисляют и показывают виологены, которые могут быть использованы в композициях, слоях, гелях и устройствах согласно настоящему изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0025] По всему настоящему раскрытию будут использованы нижеследующие терминологические наименования:

[0026] Химический потенциал (µ) - энергия, которая может быть поглощена или выделена в результате изменения числа частиц данного материала, например, в химической реакции или фазовом превращении. Химический потенциал вещества в смеси определяется как скорость изменения свободной энергии термодинамической системы в отношении изменения числа атомов или молекул вещества, которые добавлены к системе. Таким образом, он представляет собой частную производную свободной энергии относительно количества веществ, тогда как все другие концентрации веществ в смеси остаются постоянными:

Также известен молярный химический потенциал как частичная молярная свободная энергия. Когда как температура, так и давление поддерживаются постоянными, химический потенциал равен частичной молярной свободной энергии Гиббса. В идеальных смесях или растворах химический потенциал может быть выражен как

где x _i представляет мольную долю i-того компонента, µ_i ^* представляет молярную свободную энергию компонента в его чистой форме при этих температуре и давлении. Для неидеальных смесей и растворов химический потенциал составляет

где a _i представляет относительную активность i-того компонента, и γ _i представляет коэффициент активности.

[0027] Электрохимический потенциал (µ̅) - термодинамическая единица измерения химического потенциала, которая не пренебрегает энергетическим вкладом электростатики:

где z _i представляет заряд i-того компонента, F представляет постоянную Фарадея, и φ представляет локальный электростатический потенциал.

[0028] Концентрация - относительное содержание компонента, деленное на общий объем смеси.

[0029] Активность - мера «эффективной концентрации» вещества в смеси, в том смысле, что химический потенциал вещества зависит от активности фактического раствора таким же образом, как если бы он зависел от идеального раствора. Абсолютную активность вещества определяют как

и относительную активность определяют как

где µ представляет химический потенциал, µ⁰ представляет молярную свободную энергию материала в некотором определенном стандартном состоянии, для которого активность принимают как единицу (стандартный химический потенциал).

[0030] Скоростьопределяющий процесс (стадия) - самый медленный процесс последовательной реакции в плане минимального коэффициента скорости.

[0031] Окислительно-восстановительная пара - пара молекул (ионов), которые различаются одним или более электронами.

[0032] Окислительно-восстановительная реакция - химическая реакция, в которой реактанты обмениваются электронами между собой. Процессы приобретения и потери электронов называются восстановлением и окислением, соответственно. Каждая окислительно-восстановительная реакция включает в себя как восстановление, так и окисление, происходящие одновременно. Реактанты, подвергнутые восстановлению, называются окислителем, тогда как испытывающие окисление реактанты называются восстановителем. Окислительно-восстановительная реакция формально может быть подразделена по меньшей мере на две полуреакции, представляющих по отдельности окисление и восстановление. Окисленные и восстановленные формы единичного участника в полуреакции включают окислительно-восстановительную пару. Каждой полуреакции приписывают стандартный (окислительно-восстановительный) потенциал, измеренный относительно стандартного водородного электрода как эталонной системы.

[0033] Обратимая окислительно-восстановительная реакция - термин используют в трех различных контекстах: химически обратимая окислительно-восстановительная реакция - окислительно-восстановительная реакция, которая протекает по двум направлениям, то есть, из реактантов до продуктов и в обратном направлении. Термодинамически обратимая окислительно-восстановительная реакция - окислительно-восстановительная реакция, которая находится в равновесном состоянии в каждый момент. От начального до конечного состояния она проходит через серию равновесных состояний, тем самым протекая бесконечно медленно и требуя бесконечно длительного времени. Бесконечное изменение направления движущей силы обусловливает изменение направления процесса на обратное. Электрохимически обратимая окислительно-восстановительная реакция - окислительно-восстановительная реакция или электродная реакция, для которой поверхностные концентрации обоих компонентов окислительно-восстановительной пары следуют уравнению Нернста при любой разности потенциалов, приложенных к поверхности раздела электрода и электролита. В этом случае перенос заряда на поверхности раздела происходит гораздо быстрее, чем все связанные с этим процессы массопереноса.

[0034] Поверхность раздела - двумерная плоскость, разделяющая две фазы. Общим термодинамическим необходимым условием стабильности поверхности раздела между двумя фазами является положительная энергия Гиббса формирования, поскольку в противном случае поверхность раздела была бы либо неустойчивой, либо исчезающей. Поскольку молекулярные силы на любой стороне поверхности раздела обладают специфической анизотропией, структура самых верхних поверхностных слоев отличается от структуры внутри фаз.

[0035] Электроактивное вещество - вещество, которое подвергается изменению состояния окисления во время переноса заряда на поверхности раздела при создании электрического поля между фазами.

[0036] Электрод (техника/электроника) - элемент, выполненный из электронного проводника, через который электрический ток поступает в объект или область, либо выходит из них. В простейшем случае это чистый твердый металл; однако электронный проводник также может быть сформирован из сплава (например, амальгамы), углерода (например, графита, стеклоуглерода, углеродных нанотрубок), полупроводника (например, легированного бором алмаза, оксида металла, соли металла, легированного кремния, германиевых сплавов), или любого другого материала, который проводит электрический ток в результате движения свободных электронов.

[0037] Оптически прозрачный электрод (OTE) - электрод (технический), который прозрачен для видимого света. OTE могут включать тонкие пленки металлов или полупроводников, осажденных на прозрачную подложку (стекло, кварц, пластик, и т.д.). Кроме того, OTE могут быть сформированы из прозрачных оксидов, обычно называемых Прозрачными Проводящими Оксидами (TCO). В альтернативном варианте, OTE могут быть в форме сеток или решеток из тонкой проволоки. OTE могут действовать как распределительные коллекторы электрического тока, например, подводящие ток к каждой области EC-слоя (ECL) и отводящие от него. В идеальном случае OTE по существу не искажают (не поглощают и не рассеивают) пропускаемый свет.

[0038] Идеально поляризуемый электрод - электрод, фазы электронного и ионного проводника которого не имеют общий компонент, способный изменять свой заряд и быть переносимым между фазами, и поэтому не могут достигать термодинамического равновесия. Критерий применим только в ряде условий: диапазоны потенциала, временные масштабы, и т.д.

[0039] Идеально неполяризуемый электрод - электрод, проявляющий беспрепятственный обмен общими заряженными частицами между его фазами электронного и ионного проводника. Критерий применим только в ряде условий: диапазоны потенциала, временные масштабы, и т.д.

[0040] Электрокаталитический электрод - электрод, на котором происходит катализ электрохимического процесса, то есть, во многих случаях его скорость возрастает.

[0041] Электрод сравнения - электрод электрохимической ячейки, потенциал которого выбран как нулевое значение шкалы электрического потенциала. В трехэлектродной ячейке с водным электролитом обычно представлен отдельным электродом 2-ого разряда (например, насыщенный каломельный электрод, SCE, или AgCl-электрод), поскольку его потенциал остается практически постоянным во время эксперимента. В неводных (органических) системах обычно применяют псевдосравнительные (например, из металлического серебра (Ag)) электроды с in situ редокс-электродом сравнения, редокс-потенциал которого практически не зависит от свойств электролита (например, ферроцен). Принцип трехэлектродной ячейки предполагает, что ток, протекающий через электрод сравнения, близок к нулевому значению. В двухэлектродной ячейке противоэлектрод используют как электрод сравнения.

[0042] Стандартный водородный электрод - главный стандарт электрохимии, электрод, стандартный потенциал которого определяют как значение стандартного потенциала реакции элемента, которая включает в себя окисление молекулярного водорода до сольватированных (гидратированных) протонов.

[0043] Рабочий электрод - электрод, на котором исследуют данный электродный процесс. Этот термин обычно применяют в контексте электрохимических методов анализа.

[0044] Противоэлектрод - электрод, который представляет вторую поверхность раздела между электролитом и электродом в ячейке, имеющей рабочий электрод, и тем самым позволяет соединить ячейку с внешней цепью и обеспечивает возможность протекания процессов на рабочем электроде.

[0045] Катод - в гальваническом элементе катод представляет собой электрод, где происходит восстановление, и электроны перетекают из электрода в электролит.

[0046] Анод - в гальваническом элементе анод представляет собой электрод, где происходит окисление, и электроны перетекают из электролита на электрод.

[0047] Анодный/катодный/анодный пакет - пакет слоев, включающий по меньшей мере один анодный слой или по меньшей мере один катодный слой. Такой пакет может иметь функции механической опоры (подложки), поверхностной электронной проводимости и межфазного переноса заряда. Межслойная адгезия между подложкой и поверхностным проводником может быть стимулирована, если необходимо, дополнительным(-ными) слоем(-ями). Анодный пакет действует как анод в условиях зарядки, катодный пакет действуег как катод в условиях зарядки (и наоборот при разрядке). Функции слоев могут быть объединены, то есть, один слой может иметь несколько функций. Подобным образом, одну функцию могут исполнять несколько слоев.

[0048] Электрохимическая ячейка - комбинация по меньшей мере двух электродов в контакте с ионным проводником (раствором, в общем случае). Электрохимическая ячейка может действовать как гальванический элемент, если реакции протекают самопроизвольно, и химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, или как электролизер (или электролитический элемент), в котором электрическая энергия преобразуется в химическую энергию.

[0049] Гальванический элемент - электрохимическая ячейка, в которой реакции протекают самопроизвольно на электродах, когда они соединены снаружи проводником. Это значит, что протекающая реакция должна иметь отрицательную разность энергий Гиббса (ΔG<0).

[0050] Электролизер (электролитический элемент) - электрохимическая ячейка, энергия Гиббса реакции в котором является положительной (ΔG>0), и тем самым никакая реакция не протекает, пока в элемент не будет подведена извне электрическая энергия.

[0051] Заряд/разряд электрохимической ячейки - процесс, который сопровождается протеканием электрического тока, который обусловливает возрастание/снижение разности равновесных потенциалов между катодом и анодом. При заряде электрохимическая ячейка действует как электролитический элемент, и при разряде она действует как гальванический элемент.

[0052] Реакция элемента - химическая реакция, протекающая самопроизвольно в гальваническом элементе. Изменение энергии Гиббса реакции преобразуется в электрическую энергию и тепло.

[0053] Полуреакции (электродные реакции) - химические процессы (окисление или восстановление), происходящие пространственно разделенными на электродах таким образом, что они взаимосвязаны ионным транспортом через ионный проводник, разделяющий два электрода.

[0054] Потенциал разомкнутой цепи (OCP) - как правило, напряжение, которое измерено между парой электродов в системе, когда не приложен потенциал или не подведен ток. Для электрохимической ячейки потенциал рабочего электрода относительно электрода сравнения, когда к ячейке не приложен потенциал или не подведен ток. В случае обратимой электродной системы также подразумевается как равновесный потенциал. В ином случае его называют потенциалом покоя или коррозионным потенциалом, в зависимости от исследуемой системы.

[0055] Равновесный электродный потенциал - значение электродного потенциала, определенное исключительно единственной редокс-системой «окисление/восстановление» (Ox/Red) в отсутствие тока при полном равновесии. Скорости восстановления (Ox-to-Red) и окисления (Red-to-Ox) в этих обстоятельствах равны. Значение равновесного электродного потенциала определяется уравнением Нернста.

[0056] Плотность обменного тока - при приведенном в равновесие электроде, где значение полного тока равно нулю, значение, которое соответствует величине плотности компонента анодного тока, уравновешенного с катодным током.

[0057] Уравнение Нернста - фундаментальное уравнение в электрохимии, которое описывает зависимость равновесного электродного потенциала от состава контактирующих фаз:

где a _i представляют активности присутствующих веществ.

[0058] Коэффициент переноса заряда (α) - коэффициент, который представляет величину изменения высоты энергетического барьера, который электрон должен преодолеть во время переноса заряда, относительно изменения электродного потенциала Е. Значение α=0 подразумевает отсутствие влияния изменения электродного потенциала на высоту барьера, α=1 означает, что изменение электродного потенциала обусловливает в точности равное изменение высоты барьера. Симметричный энергетический барьер проявляется в α=0,5. Как правило, значение α находится в диапазоне от 0,3 до 0,7.

[0059] Уравнение Батлера-Фольмера - фундаментальное уравнение кинетических характеристик электродов, которое описывает взаимозависимость между плотностью тока и электродным потенциалом:

где j представляет плотность тока, a _i представляют активности на поверхности раздела, α представляет коэффициент переноса заряда, F представляет постоянную Фарадея, η=(E-E_formal) представляет перенапряжение, и j₀ представляет плотность тока обмена.

[0060] Эффект Фрумкина - следует из теории медленного разряда Фрумкина, эффект отклонения значения разности напряжений от перенапряжения, возникающего вследствие нарушения электронейтральности. Поправка Фрумкина вносит вклад в уравнение Батлера-Фольмера:

где ψ₁ (пси-прим-потенциал) означает потенциал в точке местоположения реактанта относительно потенциала общего объема жидкости. Потенциал наружной части слоя Гельмгольца (ψ_OHP) часто рассматривают как пси-прим-потенциал, так как OHP представляет собой положение наиболее вероятного межфазного переноса заряда.

[0061] Стандартный потенциал - равновесный потенциал электрода в условиях стандартного состояния, то есть, в растворах с относительными активностями всех компонентов, составляющими единицу, и давлением, составляющим 1 атм (0,1 МПа) (пренебрегая отклонениями летучести и активности в зависимости от давления и концентрации, соответственно) при температуре Т.

[0062] Формальный потенциал (E_f) - значение, которое замещает стандартный потенциал реакции элемента, когда значения коэффициентов активности неизвестны, и поэтому используют концентрации в уравнении, выражающем зависимость потенциала ячейки от состава вместо активностей.

[0063] Потенциал полуволны (E_1/2) - потенциал, соответствующий половине предельного тока для различных волнообразных электрохимических откликов. Для обратимой полярографической волны и раствора, содержащего как окисленные (Ox), так и восстановленные (Red) вещества, значение E_1/2 отклоняется от формального потенциала:

[0064] Стартовый потенциал (E_onset) - в электрохимии плохо определяемый потенциал, при котором начинается процесс, что определяется по повышению тока на кривой «ток-потенциал».

[0065] Дзета-потенциал (ζ) - разность электрических потенциалов между объемом раствора и «плоскостью сдвига/плоскостью скольжения», или внешний предел неподвижной части двойного слоя, часто представляемый как OHP.

[0066] Перенапряжение - отклонение потенциала электрода от равновесного значения, требуемое для создания данного тока, протекающего через электрод.

[0067] Заряд электрода - общее количество электричества, требуемое для заряда поверхности раздела до его равновесного состояния при определенных условиях потенциала без перезарядки между поверхностью электронного проводника и основной массой электролита.

[0068] Потенциал нулевого заряда (E_pzc) - потенциал, соответствующий нулевому заряду электрода.

[0069] Окислительно-восстановительный потенциал - равновесный потенциал окислительно-восстановительной пары, как представленный уравнением Нернста.

[0070] Изгиб границ зоны - следствие возникновения внутренних электрических полей внутри полупроводниковых материалов, которое обусловливает искривление границ зоны на диаграмме энергетической зоны на поверхности раздела с полупроводником.

[0071] Потенциал плоской полосы - в энергетическом барьере, образованном, например, при сопряжениях «металл-полупроводник», в контактах металла-изолятора-полупроводника, и на поверхностях раздела между раствором и полупроводником, потенциал, при котором электрическое поле равно нулю на поверхности раздела с полупроводником, то есть, нет изгиба границ зоны. В случае поверхностей раздела «раствор-полупроводник» потенциал плоской полосы соответствует условию отсутствия избыточного заряда и, как следствие, обедненного слоя в полупроводнике.

[0072] Приложенный потенциал - разность электрических потенциалов, приложенных снаружи к материалу, устройству, ячейке, поверхности раздела, и т.д. Будучи приложенным к электрохимической ячейке, приложенный потенциал разделяется на два электродных потенциала, каждый из которых представляет собой разность потенциалов, существующую между массой раствора (например, EC-слоем) и внутренностью проводящего материала электрода, омического падения напряжения через раствор (например, EC-слой), и другого омического падения напряжения через каждый электрод. В контексте электрохромного устройства приложенный потенциал может проявляться как комбинация (1) омического падения анодного напряжения, через электрод от анодного проводящего материала приводит к определенной точке на анодном электроде, (2) падения напряжения от этой определенной точки анодного электрода по всей проводящей поверхности раздела между анодом и EC-слоем, до соответствующей точки EC-слоя, которая находится в непосредственной близости к этой определенной точке на аноде; (3) омического падения катодного напряжения, через электрод от катодного проводящего материала приводит к определенной точке на катодном электроде, (4) падения напряжения от этой определенной точки катодного электрода по всей проводящей поверхности раздела между катодом и EC-слоем, до соответствующей точки EC-слоя, которая находится в непосредственной близости к этой определенной точке на катоде; и (5) падения напряжения между такими же анодными и катодными точками EC-слоя.

[0073] Электрохимическое окно - в электрохимических экспериментах диапазон потенциалов, который достижим без существенного электрического тока, то есть, диапазон потенциалов, в котором электроды можно рассматривать как идеально поляризуемые.

[0074] Запрещенная зона, E_g - разность энергий между дном зоны проводимости и верхом валентной зоны в полупроводнике или изоляторе. «Широкая запрещенная зона» означает энергетическую щель >3,0 эВ, и «узкая запрещенная зона» проявляется при значениях <2,0 эВ.

[0075] Зона проводимости - серия свободных или частично занятых многих тесно расположенных электронных уровней, созданных совокупностью большого числа атомов, составляющих систему, в которой электроны могут свободно перемещаться, или близко к этому.

[0076] Валентная зона - наивысший континуум энергетических уровней в твердом теле, который полностью заполнен электронами при 0 К.

[0077] Энергия Ферми (E _F ) - разность энергий между наивысшим и наинизшим занятыми одночастичными состояниями в квантовой системе невзаимодействующих фермионов при абсолютном нуле температур. В контексте зонной теории это относится к энергии уровня (который называется уровнем Ферми), который занят электроном с половинной вероятностью. Уровень Ферми является виртуальным, и в действительности не может существовать (например, будучи расположенным внутри запрещенной зоны полупроводника или изолятора). Величина E _F раствора (E _{F, redox} ) представляет собой энергию, при которой вероятность детектирования электрона на электролитной стороне поверхности раздела составляет 0,5. Этот уровень также является виртуальным, и не представлен физически существующим энергетическим состоянием. Значение E _F равно электрохимическому потенциалу электронов.

[0078] Работа выхода - энергия, необходимая для удаления электрона из массы фазы в точку, весьма отдаленную от нее. Она может быть выражена как Ф ^M =E _∞ -E _F , где E _F представляет энергию Ферми, и E _∞ представляет энергию электрона в состоянии покоя на бесконечном расстоянии.

[0079] Стационарное состояние (электрохимия) - состояние системы, которое возникает, когда обсуждаемая переменная величина (например, концентрация, поток, ток или потенциал) не изменяются с течением времени. Стационарное состояние достигается после прошествия времени, теоретически требует бесконечной продолжительности времени, поскольку стационарные состояния наступают скорее постепенно, нежели получаются в заданный момент. Тем самым «достижение стационарного состояния» может означать приведение к состоянию в пределах некоторого конкретного процентного уровня стационарного состояния.

[0080] Растворитель - представляет собой вещество, которое растворяет растворяемое вещество (химически отличные жидкость, твердый материал или газ), приводя к раствору.

[0081] Сольватная оболочка (оболочка) - поверхность раздела с растворителем любого химического соединения, которое образует растворяемое вещество.

[0082] Энергия реорганизации (λ) - в теории Маркуса изменение энергии системы, приводящее к изменениям длин связей в реагирующих молекулах (внутренний компонент, λ_i), и к изменениям радиусов сольватированных ионов или в сольватационной сфере, в том числе ориентации диполей растворителя (внешний компонент, λ₀).

[0083] Дебаевская длина (κ^-1) - мера совокупного электростатического эффекта заряда носителя в растворе, и того, насколько далеко сохраняется его электростатический эффект:

для раствора, где ε представляет относительную магнитную проницаемость, ε ₀ представляет электрическую постоянную, e представляет заряд электрона, k_B представляет постоянную Больцмана, T представляет абсолютную температуру, c _i представляет концентрацию i-того компонента, и z _i представляет заряд i-того компонента.

[0084] Электролиты - соединения, которые диссоциируют на ионы при растворении в растворителе, и которые в результате этой диссоциации обеспечивают ионную проводимость. Проявляющие ионную проводимость растворы электролитов также иногда называются электролитами. Соединения, которые проявляют высокую ионную проводимость по большей части в твердом состоянии, называются твердыми электролитами.

[0085] Поддерживающий электролит - электролит, ионы которого не являются электроактивными в диапазоне приложенных используемых потенциалов. Как правило, концентрации поддерживающих электролитов являются более высокими, чем концентрации электроактивных веществ, растворенных в растворе.

[0086] Перенос электронов - процесс, при котором электрон переносится в иным образом закрытую систему (или выводится из нее), тем самым обусловливая изменение коэффициента заполнения по меньшей мере одного электронного состояния.

[0087] Реакция переноса заряда - межфазная (гетерогенная) реакция, которая обязательно включает в себя стадию переноса заряда. Последняя может быть нейтрализацией или формированием ионов (перенос ионов), или изменением ионного заряда с приобретением электронов из металла или потерей в него, соответственно.

[0088] Двойной слой - как правило, слой зарядов, который существует на поверхности раздела между двумя проводящими средами: одна сторона несет положительный избыточный заряд, который уравновешен отрицательным избыточным зарядом равной величины на другой стороне. Обусловленное этим падение напряжения в пределах поверхности раздела представляет собой потенциал двойного слоя. Существуют два предельных случая: на идеально поляризуемой поверхности раздела две соседних фазы не могут обмениваться зарядами; тогда система ведет себя как конденсатор, который может быть заряжен приложением внешнего напряжения. При идеально неполяризуемой поверхности раздела две фазы могут обмениваться носителями заряда, ионами или электронами, и в стационарном случае разность потенциалов определяется разностью химического потенциала этих носителей в двух фазах.

[0089] Внутренний слой Гельмгольца - в двойном слое слой, который включает в себя все вещества, которые специфично адсорбированы поверхностью электрода. Если адсорбированы молекула или ион только одного типа, и все они размещены в эквивалентных положениях, тогда их центры определяют внутреннюю плоскость Гельмгольца (IHP).

[0090] Наружный слой Гельмгольца - в двойном слое слой, который включает в себя ионы, которые находятся ближе всего к поверхности электрода, но не являются специфично адсорбированными. Они сохраняют свои сольватационные сферы нетронутыми, и связаны только электростатическими силами. Если все эти ионы эквивалентны, их центры определяют наружную плоскость Гельмгольца (OHP).

[0091] Плоскость скольжения (плоскость сдвига) - воображаемая плоскость в структуре двойного слоя, которая разделяет области иммобилизованных и неиммобилизованных веществ в растворе.

[0092] Спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) - экспериментальный метод, основанный на измерении (в условиях равновесия или стационарного состояния) комплексного импеданса Z электрохимической системы при исследовании как функции частоты, ƒ, или угловой частоты, ω, наложенного синусоидального возмущения с малой амплитудой.

[0093] Эквивалентная схема - в спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) виртуальная сеть идеализированных пассивных электрических компонентов, которые имитируют полное электрическое (AC+DC) поведение электрохимической системы.

[0094] Транспорт материала (массоперенос) - результирующее перемещение массы из одного местоположения, обычно подразумевающее поток, фазу, функцию или компонент, к другому.

[0095] Диффузия - перенос частиц, обусловленный локальной разностью химического потенциала. Течение частиц пропорционально градиенту химического потенциала (или концентрации, в упрощенном случае).

[0096] Конвекция - один из режимов массопереноса. В отличие от диффузии или миграции, когда перенос веществ происходит из одного местоположения в растворе в другое по молекулярному механизму, в случае конвекции происходит перемещение всего объема элементов. Конвекция может происходить вследствие градиентов плотности (естественная конвекция). Градиент плотности может возникать при высоких токах вследствие образования или истощения материала, в частности, при техническом электролизе и в кулонометрических экспериментах. Образование градиентов плотности также могут вызывать нагревание или охлаждение. Принудительная конвекция может быть непреднамеренной, например, вследствие вибрации, но может быть вызвана перемешиванием, и т.д.

[0097] Миграция - тип переноса заряда/массы, который относится к ионам и наличию градиента потенциала в растворе. Когда ток протекает через раствор, он переносится ионами, и это составляет миграционный транспорт.

[0098] Закон Бера-Ламберта-Бугера - физический закон, который относится к ослаблению света вследствие свойств материала, через который проходит свет. Согласно закону Бера-Ламберта-Бугера, коэффициент затухания (называемый оптической плотностью, D) пучка коллимированного монохроматического излучения в однородной изотропной среде пропорционален пути l абсорбции, молярному десятичному коэффициенту экстинкции химического соединения ε (который включает эффекты абсорбции, рассеяния и флуоресценции), и молярной концентрации C:

D=-lg(I/I₀)=εCl, где I относится к интенсивности прошедшего света, и I ₀ к интенсивности света, поступающего в ослабляющую среду. Для растворов молярные коэффициенты поглощения используют для описания интенсивности ослабления света растворенными веществами.

[0099] Электрохромизм (EC) представляет собой физическое явление, обнаруженное у определенных соединений, композиций или сборных узлов, которые могут обратимо изменять оптические характеристики, такие как цвет или светопропускание, под действием электрического тока, возникающего при приложении напряжения, называемого управляющим напряжением. Системы или материалы, проявляющие явление электрохромизма, называются «электрохромными».

[0100] Электрохромный материал - материал, который проявляет электрохромизм. Такие материалы могут быть в общем классифицированы на тип I, II или III. Материал «типа I» растворим как в восстановленном, так и в окисленном (редокс) состояниях, причем одним примером является 1,10-диметил-4,40-бипиридиний («метилвиологен»), который, при восстановлении, переключается из бесцветного дикатиона в синий катион-радикал. Материал «типа II» растворим в одном редокс-состоянии, но образует твердую пленку на поверхности электрода с последующим переносом электрона. Здесь примером является 1,1-дигептил-4,4- бипиридиний («гептилвиологен»). В материалах «типа III», таких как оксид вольфрама, берлинская лазурь, и электроактивные сопряженные полимеры, оба или все редокс-состояния представляют собой твердые вещества, и такие системы обычно используют как тонкие пленки на поверхностях электродов. Для типов II и III, как только произошло переключение редокс-состояния, больше не требуется дополнительная инжекция заряда для сохранения электрохромного состояния, и такие системы, как говорится, имеют «оптическую память». Для электрохромных материалов Типа I происходит диффузия из электрода такого материала, как растворимый электрохимически образованный продукт, и необходимо поддерживать ток, протекающий до тех пор, пока весь раствор не будет подвергнут электролизу. Где в данном растворе электролита электрохимически доступны более чем два редокс-состояния, электрохромный материал может проявлять несколько цветов и может быть назван полиэлектрохромным, что часто является свойством тонких пленок электроактивных сопряженных полимеров.

[0101] Электрохромное устройство (EC-устройство) - устройство, в котором используется явление электрохромизма.

[0102] Неразъемные EC-устройства («все-в-одном») - класс электрохромных устройств, где все электрохромные материал(-лы) скорее встроены внутри ионопроводящей(-щих) фазы(фаз), нежели размещены отдельно от электрохромных фаз, имеющих электронную проводимость.

[0103] Электрохромный слой (EC-слой) - электрохромные материал или композиция, который покрывает поверхность или размещен между двумя объектами. EC-слой в неразъемных EC-устройствах служит в качестве ионопроводящего элемента, который может варьировать оптические характеристики неразъемных EC-устройств при подаче электрического входного сигнала через электроды такого устройства. В определенных аспектах EC-слой может представлять собой по существу или полностью прозрачную, незамутненную, незатуманенную, бесцветную или окрашенную среду. Она может быть в контакте как с анодными, так и с катодными пакетами слоя с переменным коэффициентом пропускания, или в контакте по меньшей мере с одним анодным или катодным пакетом и с по меньшей мере одним вспомогательным электродом (например, электродом, размещеным снаружи оптического пути EC-слоя) с противоположной функцией.

[0104] Светопоглощающие соединения - соединения, которые обусловливают ослабление потока электромагнитного излучения в видимой, и/или ультрафиолетовой (УФ), и/или ближней инфракрасной (NIR) областях, тем самым (1) создавая желательное визуальное ощущение у человека, смотрящего через EC-устройство, и/или для области, где оно установлено, и (2) придавая EC-устройству способность регулировать количество поступающей энергии электромагнитного излучения в вышеупомянутых диапазонах электромагнитного излучения. Эти соединения формируются и расходуются внутри EC-слоя во время нормальной работы EC-устройства, и их количества варьируют посредством электрических входных сигналов, подаваемых в EC-устройство.

[0105] Вспомогательные соединения - компоненты, которые могут быть включены в EC-композицию или слой, которые облегчают протекание последовательных реакций, которые от первоначальных электрохимических процессов приводят к формированию или расходованию светопоглощающих веществ.

[0106] Модификаторы - компоненты, которые могут быть включены в EC-композицию или слой для настраивания их определенных характеристик, таких как долговечность, стабильность, вязкость, технологичность формирования, и т.д.

[0107] Матрица - среда оптимизированной EC-композиции или слоя, которая создает условия для формирования и расходования светопоглощающих соединений, достаточной растворимости таких соединений, их прекурсоров и прочих растворимых компонентов EC-композиции или слоя. Оптимизированная матрица может поддерживать оптические характеристики или низкую мутность EC-слоя после изготовления; характеристики поглощения света светопоглощающих соединений (сольватохромный эффект); создавать поверхность раздела с электродными пакетами, которая облегчает протекание электрохимических стадий последовательных реакций, которые приводят к формированию или расходованию светопоглощающих соединений; адгезию EC-слоя к электродам, которая обеспечивает конструкционную жесткость (прочность) слоя с переменным коэффициентом пропускания; скорости массопереноса электрохимически активных соединений и продуктов реакций, ионов (ионная проводимость) и вспомогательных соединений/модификаторов; химическую и электрохимическую стабильность в эксплуатационных условиях (напряжения, токи, химический состав, и т.д.) оптимизированного EC-устройства; надлежащие реологические характеристики для процесса изготовления (вместе с композицией модификаторов); оптические свойства (отражение, пропускание, преломление) на поверхности раздела электрода и электролита.

[0108] Дополнительные элементы - вещества, которые могут быть включены в EC-композицию или слой, но не растворены в нем, такие как разделители (например, стеклянные бусины), ионоселективные или пористые мембраны, электроды сравнения (например, Pt- или Ag-проволоки), или вспомогательные электроды (например, Li/графитовый электрод).

[0109] Электрохромная композиция - смесь, включающая один или более электрохромные материалы. EC-композиция также может включать матрицу «как есть» или компоненты, которые образуют матрицу, такие как во время литья, последующей обработки или в других процессах, которые могут встраивать EC-композицию в устройство в форме EC-слоя. Такие компоненты могут включать один или более из растворителя, полимерного материала или компонентов с образованием полимерного материала, поддерживающего электролита, вспомогательного соединения, модификатора, дополнительного элемента, и т.д. EC-композиция может присутствовать в форме раствора, дисперсии, расплава или геля.

[0110] Солнечный свет AM 1 - облученность земного шара или плотность потока солнечного излучения на уровне моря, то есть, прохождение через атмосферу, когда направление солнечного света перпендикулярно поверхности земли.

[0111] Оптический полосовой фильтр - оптическое устройство, которое обеспечивает возможность пропускания излучения в пределах заданного диапазона длин волн, и не позволяет пропускание излучения с более высокими или более низкими длинами волн.

[0112] Диафрагменный или ореольный (гало-)эффект - неравномерное распределение окрашивания в слое с переменным коэффициентом пропускания по боковому направлению, как правило, от области вне точек подключения внешней схемы (например, электродов) относительно области вблизи таких соединений.

[0113] Золь - коллоидная дисперсия твердых частиц в жидкостной среде.

[0114] Гель - нетекучая коллоидная сетчатая структура или полимерная сетчатая структура, которая распространена на весь объем текучей среды. Гель может быть по существу разбавленной сшитой системой. Определенные гели могут эффективно проявлять отсутствие текучести в стационарном состоянии при атмосферном давлении (1 атм, 0,1 МПа) и комнатной температуре (то есть, 20ºС). При нагрузке гели по большей части могут вести себя как жидкость, но они действуют подобно твердым телам вследствие трехмерной сшитой сетчатой структуры внутри жидкости.

[0115] Подложка - нижележащий материал или слой, который может быть гибким или жестким. Определенные подложки могут механически поддерживать EC-слой.

[0116] Слой с переменным коэффициентом пропускания - сборный блок, включающий EC-композицию или слой в электрическом контакте с анодом и катодом, и которой можно управлять с использованием внешней электрической схемы. Такой сборный блок может представлять собой EC-слой и один или более электродные пакеты, который может быть управляемым с использованием внешней электрической схемы. EC-слой может находиться между двумя электродами, например, двумя электродными пакетами, или между подложкой без электрода и электродом, и т.д.

[0117] Гелевый электролит - электролит в форме геля.

[0118] Пропускание видимого света (VLT, τ_v) - относится к воспринимаемому пропусканию света в видимой области спектра (также называемым видимым светом) от 380 нм до 780 нм:

где D _λ представляет относительное спектральное распределение источника D65 света (смотри стандарт ISO/CIE 10528), τ(λ) представляет спектральный коэффициент светопропускания при длине волны λ, V(λ) представляет спектральную световую эффективность дневного зрения, определяющую стандартного наблюдателя для фотометрии (смотри стандарт ISO/CIE 10527), и Δλ представляет интервал длин волн.

[0119] УФ и БИК (UV и NIR) - относятся к ультрафиолетовому (УФ) электромагнитному спектру, который имеет диапазон длин волн от около 10 нм до около 400 нм, и к ближнему инфракрасному (БИК) диапазону, который варьирует от около 750 нм до около 1400 нм.

[0120] CIE - International Commission on Illumination (Международная Комиссия по освещению).

[0121] CIE L*a*b* (CIELAB) цветовое пространство - цветовое пространство, которое выражает цвет по трем значениям: L* для светлоты от черного (0) до белого (100), a* от зеленого (−) до красного (+), и b* от синего (−) до желтого (+). CIELAB было рассчитано так, чтобы одинаковая степень изменения этих значений соответствовала приблизительно одинаковой степени визуально воспринимаемого изменения. Нелинейные соотношения для L*, a* и b* предназначены для имитации нелинейного отклика человеческого глаза. Кроме того, равномерные изменения компонентов в цветовом пространстве L*a*b* имеют целью соответствие равномерным изменениям воспринимаемого цвета, так что относительные различия в восприятии между двумя цветами в L*a*b* могут быть приближенно выражены обработкой каждого цвета как точки в трехмерном пространстве (с тремя компонентами: L*, a*, b*), и принятием эвклидового расстояния между ними. Нет простых формул для преобразования между значениями цветовых моделей RGB («красный, зеленый, синий») и CMYK («циан, пурпур, желтый, черный») и L*a*b*, поскольку цветовые модели RGB и CMYK зависят от используемого устройства. Однако CIELAB-координаты цвета могут быть рассчитаны из UV/Vis-спектров пропускания.

[0122] CIELAB-согласование - подход, который состоит в сложении воспринимаемого цвета из нескольких других цветов, в котором используют линейность CIELAB-пространства для человеческого глаза. Например, если в растворе присутствует пара светопоглощающих соединений, результирующий цвет, воспринимаемый человеком, был бы описан суммой значений a* и b* растворов одиночных компонентов с одинаковой концентрацией, оцененных в соответствии с их L*-значениями.

[0123] Путь цвета в EC-устройстве - характеристика EC-устройства, которая описывает, как цвет устройства изменяется во время переходных процессов обецвечивания и затемнения.

[0124] Настоящее изобретение нацелено на электрохромные устройства и их компоненты, и системы и способы управления электрохромными устройствами. Настоящее изобретение также имеет целью электрохромные материалы и композиции, в том числе электрохромные композиции и слои в форме геля. Перед описанием подробностей различных аспектов настоящего изобретения может быть полезным разъяснение различных механизмов, осуществляемых в EC-устройстве и основных компонентах и структуре EC-устройств согласно настоящему изобретению. Такие механизмы и структура приведены ниже.

[0125] ОБЩАЯ СТРУКТУРА УСТРОЙСТВА

[0126] В общем и целом, электрохромное устройство включает электрохромную композицию (например, в форме EC-слоя), размещенную между двумя подложками, которые могут включать электроды на них. Электрохромный слой сконфигурирован для изменения пропускания света (видимого, инфракрасного и/или ультрафиолетового) из одного состояния (например, состояния с высоким светопропусканием) в другое состояние (например, состояние с низким светопропусканием), в ответ на входной сигнал, поданный на электрохромную композицию. Такой входной сигнал может представлять собой подведенное напряжение, электрический ток, электрическое поле или другой входной стимул, который побуждает электрохромный материал изменять его оптические свойства. Электрохромная композиция может включать электрохромные материалы Типа I и Типа II, и их гибриды. В некоторых вариантах исполнения EC-электрохромная композиция включает один или более электрохромные материалы, которые могут изменять пропускание света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Электрохромная композиция также может включать матрицу и один или более модификаторы, дополнительный элемент, вспомогательное соединение, или их комбинацию.

[0127] В определенных аспектах настоящего изобретения электрохромная композиция или слой может быть в форме геля. Такой гель включает твердую сетчатую фазу и жидкостную фазу. Благоприятным образом такой гель может быть размещен на пленке, и пленочно-гелевый композит создают как автономное изделие. В определенных аспектах настоящего изобретения электрохромная композиция в форме геля может эффективно проявлять низкую текучесть или ее отсутствие при атмосферном давлении (то есть, 1 атм, 0,1 МПа) и комнатной температуре (то есть, 20ºС).

[0128] Для получения требуемых коэффициентов ослабления должны быть надлежащим образом скомбинированы коэффициент пропускания видимого света (VLT) и спектральные характеристики EC-устройства, выбранные концентрации, коэффициенты молярной экстинкции и абсорбционные спектры, и характеристики путей поглощения для EC-устройства. EC-слой EC-устройства может иметь несколько возможных конфигураций:

(1) растворный тип (содержащий электрохромные материалы Типа I), где электрохромный эффект получают вариацией концентрационных профилей окрашенных веществ в пределах объема слоя, тогда как толщина слоя фиксирована;

(2) осадочный тип (содержащий электрохромные материалы Типа II), где электрохромный эффект получают осаждением окрашенных осадков в EC-слой на поверхностях раздела электродов;

(3) тонкопленочный тип (содержащий электрохромные материалы Типа III), где электрохромный эффект получают вариацией абсорбционного спектра (и, тем самым, коэффициентов поглощения) одной или более предварительно отлитых пленок отдельных фаз электрохромных материалов Типа III;

(4) тип сшитой сетчатой структуры, где электрохромный эффект получают вариацией абсорбционного спектра хромофорных частиц, химически связанных с иммобилизованным полимерным каркасом геля,

(5) гибридные типы (содержащие электрохромные материалы нескольких типов), которые объединяют свойства вышеуказанных типов.

[0129] В первом типе EC-слоя концентрации окрашенных веществ вдоль пути ослабления могут не быть однородными, чтобы общее затухание для каждого окрашенного компонента было пропорционально его интегральной концентрации на протяжении пути распространения света. Во втором типе абсорбционные характеристики (коэффициенты поглощения и абсорбционные спектры) являются равномерными вдоль пути ослабления, так что интенсивность ослабления света определяет толщина осажденного слоя.

[0130] Неразъемное EC-устройство обычно не включает некоторые варианты EC-слоев типа 3.

[0131] Для достижения желательного визуального восприятия EC-устройства светопоглощающие соединения EC-композиции или слоя могут быть надлежащим образом согласованы и составлены таким образом, чтобы стимулировать зрительную систему человека на получение желательного эффекта. Зрение человека воспринимает электромагнитное излучение в видимом диапазоне посредством светочувствительных клеток сетчатки, колбочек и палочек. При относительно высокой яркости (более, чем 10^-3 кандел/м²) (J. Pokorny и др., Congenital and Acquired Color Vision Defects, Grune & Stratton, 1979) клетки колбочек ответственны за восприятие света, обеспечивая способность различения цветов (дневное/сумеречное зрение). В отношении человеческого цветового восприятия, требованием к светопоглощающим соединениям является фильтрование света, проходящего через EC-устройство так, чтобы различные типы клеток колбочек были стимулированы в соответствии с кривой чувствительности дневного/сумеречного зрения.

[0132] Составление нейтральных (по серой шкале) EC-устройств: для создания монохромного устройства одна необходимость состоит в том, чтобы не составлять EC-композиции или слои с идеально плоскими абсорбционными характеристиками в диапазоне видимого света. Вместо этого минимумы и максимумы поглощения могут находиться вблизи к максимуму чувствительнтсти человеческих клеток колбочек, и их интенсивности должны быть согласованы с кривой чувствительности. Наиболее подходящим путем достижения этого является применение CIELAB-согласования.

[0133] Светопоглощение соединений: для ослабления потока электромагнитного излучения химическое соединение проявляет свойство поглощения электромагнитного излучения, которое относится к явлению вызванных излучением переходов электронов между электронными энергетическими состояниями. Для любого химического соединения существует набор разрешенных переходов электронов, которые определяют их поведение в отношении взаимодействия с электромагнитным излучением. Как правило, абсорбционный спектр УФ/видимого света/БИК составлен рядом индивидуальных полос поглощения, причем каждая из которых приписывается единственному вызванному излучением электронному переходу. Спектр является непрерывным вследствие уширения пика. Каждый переход имеет свою интенсивность, что определяется его вероятностью и эффективным сечением поглощения. Каждый электронный энергетический уровень соединения имеет колебательно-вращательные подструктуры, которые определяют форму полосы поглощения. Для упрощения способов управления, изготовления, и для оптимизации цветовых путей при переключении EC-устройства является весьма предпочтительным получение желательных характеристик поглощения света минимальным числом светопоглощающих соединений. Для такого предпочтения является предпочтительным выбор одного или более светопоглощающих соединений, имеющих широкие полосы поглощения (сильное светопоглощение). Другое преимущество светопоглощающих соединений, имеющих высокое светопоглощение, состоит в том, что такие компоненты могут быть использованы при низких концентрациях, с сокращением затрат и энергопотребления EC-устройством.

[0134] Особые случаи взаимосвязей между концентрацией и абсорбцией: некоторые соединения могут проявлять нелинейные зависимости между концентрацией и поглощением вследствие процессов, включающих химические взаимодействия между окрашенными веществами в растворе. Например, некоторые соединения склонны образовывать димеры, имеющие иные абсорбционные характеристики. В этом случае зависимость оптической плотности от концентрации может отклоняться от закона Бугера-Ламберта-Бера, например, принимая параболическую форму. Также может различаться цвет растворов с различными концентрациями. Эти свойства могут быть использованы для создания многоцветных устройств, и нужно учитывать обстоятельства относительно путей цвета при затемнении и обесцвечивании, которые тогда зависят от форм концентрационных профилей, в особенности для устройств Типа I/II (смотри выше). Наличие таких свойств светопоглощающих соединений может быть использовано для создания более эффективных в отношении стоимости и мощности, если целевые значения VLT получены посредством более тонких и концентрированных EC-слоев. Это свойство также может быть использовано для специальной настройки, такой как CIELAB-согласование, если соединение проявляет зависящее от концентрации изменение цвета. В случае, когда димеризация причиняет ущерб рабочим характеристикам EC-устройства, например, вызывает нежелательные изменения затенения при низких значениях VLT, это может быть подавлено химическим модифицированием.

[0135] Цветокоррекция химическим модифицированием: для формирования и/или корректирования желательного абсорбционного спектра может быть проведено химическое модифицирование химических базовых структур светопоглощающих соединений. В органические соединения для изменения их свойств, например, поглощения видимого света, могут быть введены самые разнообразные функциональные группы. При окислении или восстановлении прекурсорного соединения, проявляющего абсорбцию в ион-радикальной форме, одна из бывших граничных орбиталей (незанятых LUMO (нижних свободных молекулярных орбиталей) или полностью занятых HOMO (самых высоких занятых молекулярных орбиталей)) преобразуется в однозаселенную SOMO (полузаселенную молекулярную орбиталь), обеспечивающую переходы от полностью занятых SOMO-N- или SOMO+N-орбиталей или на них. Это явление ответственно за сужение запрещенной зоны ион-радикальных веществ, обусловливая сильное поглощение в видимом диапазоне. В контексте химической коррекции светопоглощающих соединений влияние функциональных групп на поглощение ион-радикалов не должно сопровождаться любым значительным влиянием на ширину запрещенной зоны HOMO-LUMO прекурсора, и тем самым на абсорбцию нерадикальных бесцветных форм соответствующих электрохромных материалов. Тогда введение высокохромофорных групп (например, -NR₂, -OR, -NO₂, -N=N-, и т.д.) не является благоприятным, поскольку они могут смещать энергетические уровни внутри запрещенной зоны прекурсора и придавать им цвет. Более того, эти группы могут оказывать сильное влияние на химические свойства и ухудшать стабильность прекурсора/ион-радикала. Вариацию электронной субструктуры прекурсоров лучше всего выполняют в следующей последовательности:

[0136] (1) Введение функциональных групп, сопряженных с ароматическим ядром прекурсора, который имеет значительное число π-орбиталей, разделенных широкой запрещенной зоной (>3,0 эВ): фенилом, нафтилами, бифенилами. Это модифицирование обусловливает сильный сдвиг цвета ион-радикала вследствие введения нескольких энергетических уровней ниже и выше запрещенной зоны прекурсора, и снижение минимального расстояния между уровнями, между которыми разрешены светоиндуцированные переходы.

[0137] (2) Модифицирование ароматического заместителя индуктивными (-CH₃/алкил/разветвленный алкил, -CF₃/фторированный или перфторированный алкил/разветвленный фторированный или перфторированный алкил, -F, -SF₅, и т.д.) или слабомезомерными (-OCF₃, мета-OR’, мета-NR’₂, и т.д., где R’ представляет алкил или замещенный алкил, и т.д.) донорами/акцепторами. Эти функциональные группы сдвигают положения энергетических уровней или смещают их уровни так, что запрещенная зона прекурсора не становится существенно более узкой. Введение групп с очень слабыми эффектами используют для самой тонкой настройки абсорбционного спектра. Для достижения желательного эффекта может быть проведено введение несколько групп.

[0138] Специальным случаем модифицирования является такой, в котором вызывают или подавляют димеризацию склонных к ней соединений: например, добавлением алифатической связки между двумя ион-радикальными светопоглощающими ядрами для стимулирования димеризации, или введением объемистых заместителей (например, трет-бутильного заместителя) для подавления димеризации. Димеризация значительно изменяет характеристики поглощения и искажает концентрационную зависимость. Это также может вызывать сольватохромные эффекты.

Другие цели химического модифицирования: цветокоррекция является не только целью химического модифицирования прекурсора. Параметры, которые могут быть скорректированы, включают: (1) характеристики массопереноса введением объемистых заместителей; (2) устойчивость к кислороду/воде ион-радикальных форм (конкретно в каждом случае); (3) редокс-потенциалы, введением заместителей с резко выраженными электронными эффектами, которые сдвигают всю энергетическую структуру, но не делают запрещенную зону значительно более узкой; (4) растворимость, в особенности при низких температурах (конкретно для используемой матрицы); (5) скорости химических взаимодействий между окрашенными продуктами анодных и катодных реакций (для типов I/II).

[0139] Как правило, каждый заместитель оказывает сложное влияние на все свойства в целом, но некоторые из следствий являются более интенсивными, чем другие. Таким образом, подходящие модификации весьма зависят от конечного назначения устройства.

[0140] Явление переноса заряда, межфазное равновесие: фундаментальным явлением электрохимических процессов является межфазный перенос заряда. Если две фазы приходят в контакт, они образуют поверхность раздела, на которой электрохимические потенциалы электронов, также называемые уровнем Ферми (E _F ), в обеих фазах склонны к уравниванию. Механизм E _F -уравнивания зависит от типов материалов, которые образуют поверхность раздела, хотя этот процесс всегда сопровождается переносом электрона, который должен быть изоэнергетическим. (H. Gerischer в «Physical Chemistry: An Advance Treatise», том 9A, H. Eyring. D. Henderson, и W. Jost, редакторы, издательство Academic Press, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 1970; (b) H. Gerischer, Adv. Electrochem. Electrochem. Eng., том I, стр. 139 (1961)). Поэтому для того, чтобы происходил перенос электрона, должно быть сопряжение заселенного и вакантного уровней (состояний) с равной энергией (в пределах диапазона тепловых флуктуаций, kT) в двух фазах, которые образуют поверхность раздела. В определенных неразъемных EC-устройствах первоначальные электрохимические реакции протекают на поверхностях раздела между ионопроводящим (главным образом, раствором) EC-слоем и электродами, например, металлическими или полупроводниковыми/диэлектрическими слоями электродных пакетов.

[0141] Растворная сторона поверхности раздела: EC-слой растворного типа обычно включает жидкостную фазу. Электрическая проводимость в жидкостях, за исключением расплавленных металлов, обеспечивается массопереносом ионов, так что жидкостная фаза, как правило, содержит растворенные ионные соединения (то есть, электролиты). EC-слой может иметь поверхности раздела с проводящими материалами, причем их проводимость связана с перемещением свободных электронов. Таким образом, на границах фаз между электродами и EC-слоем возникают контакты ионных и электронных проводников. В объемке жидкостного ионного проводника, в условиях равновесия, средние по времени силы являются одинаковыми по всем направлениям и во всех точках в основной массе электролита, и нет результирующих предпочтительно ориентированных электрических полей. Однако жидкостная фаза прерывается на границах фаз, так что ион-ионные и ион-растворные взаимодействия, которые являются однородными в объеме жидкости, становятся искаженными, и электронейтральность на границе нарушается. Избыточный заряд в жидкостной фазе создает электрическое поле, которое взаимодействует с заряженными частицами, из которых сформирован электрод. Это взаимодействие индуцирует заряд на электроде. Таким образом, на поверхности раздела электрода возникает разность потенциалов, который затем электризуется. Вышеуказанное взаимодействи известно как образующее специфическую межфазную структуру, известную как «двойной слой» или «электрический двойной слой» (далее EDL). Вследствие очень малой толщины поверхности раздела даже низкие разности потенциалов могут создавать очень сильные электрические поля (порядка 10⁷ В·см^-1), которые воздействуют на заряженные частицы в межфазной области жидкости. Если на поверхности раздела находится электроактивное растворенное вещество, может происходить перенос заряда с изменением энергетического состояния раствора в ту или иную сторону, приводя тем самым к электрохимической реакции.

[0142] Перенос электрона в раствор и из него: растворенные вещества из мелких молекулярных частиц имеют дискретные энергетические спектры. Обратимые окислительно-восстановительные процессы растворенных веществ из малых молекул включают перенос электрона на энергетические уровни и из них на граничных орбиталях растворенного вещества (HOMO, SOMO или LUMO). Однако для электроактивных растворенных веществ энергетические состояния раствора зависят от того, является ли состояние занятым (Red) или вакантным (Ox), вследствие разности энергий растворителя-оболочки, λ, вокруг Red- и Ox-веществ. Поскольку обмен молекулы растворителя между координационной сферой редокс-активных веществ и объемом электролита представляет собой динамический процесс, приводящий к диапазону энергий растворителя-оболочки, плотность редокс-состояний лучше описывается в терминах отдельных распределений Гаусса. Эффективные дистанции переноса электрона из электрода в электролит предполагаются имеющими значение OHP-дистанции (которая считается плоскостью скольжения), поскольку ближайшим положением ее является то, которого может достигать электроактивное вещество в отсутствие избирательной адсорбции (в этом контексте обсуждаются только редокс-электроды). Таким образом, разность напряжений в пределах поверхности раздела представляет собой разность между потенциалом поверхности электрода (что является более сложным для полупроводников) и потенциалом OHP. Последний определяется типом электрода, его потенциалом и свойствами электролита. Электрод может быть соединен с внешней электрической схемой, так что его уровень Ферми может быть изменен; электролит как среда, которая содержит подвижные носители заряда, известен как поляризуемый приложенным электрическим полем вследствие миграционного эффекта. Таким образом, считается, что электрическое поле проникает в среду только на определенную глубину, причем в объеме среды напряженность электрического поля является нулевой (численно). Толщина неэлектронейтрального слоя (и поэтому EDL) зависит от ионной силы раствора, и могла бы быть приблизительно оценена как значение немногих дебаевских радиусов. Чем более узким является EDL, тем более высокая разность напряжений возникает между электродом и OHP, тем самым делая переход электрона более вероятным.

[0143] Перенос заряда на границе раздела «металл-электролит»: зоны проводимости (CB) и валентные зоны (VB) металла перекрываются, так что для электрона нет запрещенных энергетических уровней. Энергетический спектр является сплошным, и поэтому уровень Ферми отражает высший порядок энергии, который может иметь электрон (с учетом теплового распределения вокруг него). Если любой заряд вводят в металл или выводят из него, уровень Ферми изменяется вследствие вариации числа электронов в нем (ионы рассматривают как иммобилизованные, сравнительно с электронами), электроны занимают уровни с наинизшими возможными энергиями согласно статистике Ферми-Дирака. Если металл приходит в контакт с электролитом, который содержит электрохимически активные растворенные вещества, его энергетические уровни возникают на стороне электролита. Некоторые уровни заняты однократно или дважды, некоторые свободны. Пара соединений, которые представляет восстановленные (донор, Red) и окисленные (акцептор, Ox) формы веществ, образуют окислительно-восстановительную пару. При ненулевых плотностях Red- и/или Ox-состояний на поверхности раздела происходит перенос заряда, пока уровень Ферми металла и редокс-уровень Ферми электролита не сравняются. Каждый перенос электрона должен быть изоэнергетическим, и тем самым может происходить восстановление растворенных веществ, если уровень Ферми перекрывает области ненулевой плотности Ox-состояний, и может происходить окисление, если уровень Ферми перекрывает области ненулевой плотности Red-состояний. (H. Gerischer в «Physical Chemistry: An Advance Treatise», том 9A, H. Eyring. D. Henderson, и W. Jost, редакторы, издательство Academic Press, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, 1970; H. Gerischer, Adv. Electrochem. Electrochem. Eng., I, стр. 139 (1961)).

[0144] Межфазный перенос заряда на поверхности раздела «полупроводник-электролит»: в отличие от металлов, CB и VB полупроводников (SC) не перекрываются, поэтому присутствует диапазон запрещенных состояний (запрещенная зона). Изоэнергетический перенос заряда может происходить, только если энергетические уровни ненулевых плотностей состояний акцептора (Ox) или донора (Red) в электролите согласуются с энергетическими уровнями комплементарных состояний в полупроводнике (электроны или дырки). Таким образом, только те растворенные вещества с энергиями вблизи зон проводимости или валентных зон могут обменивать электроны с полупроводниковым электродом (в отсутствие таких осложняющих факторов, как поверхностные состояния или энергетические уровни между зонами проводимости или валентными зонами) (Journal of the American Chemical Society/97.26/24 декабря, 1975). Поскольку концентрации носителей заряда в полупроводниках могут составлять величины, в 10⁶-10⁸ раз меньшие, чем в металле, плотности доступных состояний в полупроводнике обусловливают его электрохимическое поведение: беспримесный полупроводник (в условиях темноты) может иметь низкие концентрации как электронов при CB, так и дырок при VB, так что скорости переноса заряда могут быть пренебрежимо низкими; полупроводник n-типа имеет относительно большое количество электронов при CB, так что он может поддерживать значительные скорости переноса заряда в акцепторные (Ox) состояния; SC p-типа подобным образом может эффективно выводить электроны из донорных (Red) состояний благодаря относительно высоким концентрациям дырок при VB. Однако легированные до состояния вырождения полупроводники могут проявлять металлоподобное поведение, если напряжение превышает плоскозонный потенциал (V_fb) (более отрицательный для n-типа, более положительный для p-типа), так что они могут быть эффективно использованы как для восстановления, так и для окисленя, но только для тех растворенных веществ, энергии Ox- и Red-состояний которых являются более высокими, чем V_fb (для SC n-типа) или более низкими (для SC p-типа) (Journal of the American Chemical Society/97.26/ 24 декабря, 1975).

[0145] Электроды из прозрачного проводящего оксида (TCO): прозрачные проводящие оксиды (TCO), будучи легированными до состояния вырождения полупроводниками, имеющими квази-металлическую проводимость, имеют широкую запрещенную зону (~3,0 эВ или более), что делает их взаимодействующим только с видимым светом. Наиболее широко распространенные TCO относятся к n-типу, сохраняя способность к окислению и восстановлению растворенных веществ на поверхности раздела, предпочтительно в диапазоне потенциалов, который обеспечивает металлоподобное поведение электрода. Для получения лучшей работоспособности и расширения многообразия применимых растворенных веществ для анода предпочтительны материалы с высокой работой выхода. Квази-металлическая проводимость создает низкое омическое удельное сопротивление и специфические межфазные характеристики, так что TCO могут сочетать функции поверхностной проводимости и межфазного переноса заряда; однако в электродные пакеты, содержащие TCO, все еще могут быть введены дополнительные поверхностные проводящие слои и/или межфазные слои.

[0146] Межфазные эффекты полупроводников: особенности полупроводников (SC) могут быть использованы для управления электрохимическими процессами на электродах из слоев с различной прозрачностью. Например, с использованием достаточно низкой работы выхода SC на катодной поверхности раздела (например, проводящий слой из чистого SC, или с одним или многими межфазными слоями) можно блокировать процессы окисления, за исключением тех, которые находятся в восстановленных состояниях изначально чувствительных к электровосстановлению соединений. Это позволяет использовать быстрый разряд слоя с переменной прозрачностью приложением высоких обращенных перенапряжений, как, например, в устройстве Типа II (более полно описываемого ниже).

[0147] В дополнение, обращенные электрохимические процессы электрохимически генерированных веществ на противоэлектродах могут быть подавлены с использованием SC-межфазной поверхности (смотри ниже устройство Типа II).

[0148] Массоперенос, ионный перенос: каждый межфазный перенос заряда преобразует восстановленное вещество в окисленное вещество в случае электроокисления, и, наоборот, в случае электровосстановления. Как только редокс-уровень Ферми электролита смещается вследствие переноса заряда, изменяются концентрации растворенных веществ «реагент/продукт» на поверхности раздела (по сравнению со всем объемом электролита), тем самым создавая градиенты концентраций и поэтому диффузионные потоки. Более того, перенос электрона на поверхности раздела приводит к возникновению некомпенсированного избыточного заряда внутри электролита при OHP, который вносит свой вклад в электрическое поле. Каждое заряженное вещество взаимодействует с ним, обусловливая электромиграцию. Некомпенсированный заряд в электролите изменяет возбуждающее напряжение над поверхностью раздела (эффект Фрумкина, смотри выше). Компоненты раствора взаимодействуют с созданным зарядом электростатическим полем, вызывая реорганизацию окружающей среды, побуждая мигрировать электроны и переориентировать диполи растворителя. Скорость компенсации заряда зависит от диэлектрической постоянной раствора и от скоростей переноса ионов.

[0149] Если скорость переноса заряда превышает скорость массопереноса растворенного реагента, совокупная скорость электрохимической реакции (и тем самым общий электрический ток) становится зависимой от массопереноса. Таким образом, массоперенос растворенных реагентов весьма значительно влияет на скорости реакций. Во многих случаях скорости стадии переноса заряда являются более высокими, чем скорости массопереноса. Надлежащие скорости массопереноса влияют на оптимизацию технических характеристик EC-устройства: слишком высокие скорости массопереноса могут приводить к чрезмерным электрическим токам и энергопотреблению (которое может обусловливать высокое омическое падение напряжения на электродах, и тем самым неправильную работу EC-устройства), тогда как слишком низкие скорости массопереноса могут вызывать предельно длительные продолжительности переключения и плохие оптические характеристики. Скорости процессов массопереноса можно регулировать вариацией матрицы и химической настройкой структур растворенных веществ для данного варианта применения.

[0150] В отношении ионных соединений значительное влияние на скорости массопереноса оказывает такое явление, как ионная ассоциация. Значительная ионная ассоциация снижает растворимость и может резко ухудшать скорости массопереноса. Тем самым EC-композиция или слой предпочтительно включают по меньшей мере один слабокоординированный ион (катион/анион, или оба, смотри ниже).

[0151] Конвекция: если электролит представляет собой жидкость, механизмы массопереноса не ограничиваются диффузией и миграцией. Тепловые эффекты химических и электрохимических реакций, разность рабочих температур между частями EC-устройства (которая может возникать вследствие различных условий выделения тепла вдоль оптического пути светопоглощающих соединений, и над экспонированной поверхностью), зависимость плотности от концентраций растворенных веществ, и прочие факторы могут вызывать интенсивные потоки внутри EC-слоя, тем самым обусловливая эффекты конвекции (например, ячейки Рэлея-Бенара, цветоделение, и т.д.). В EC-устройстве это может вызывать флуктуации и градиенты светопропускания, высокие рабочие токи, и поэтому желательно подавлять это регулированием реологических характеристик EC-слоя.

[0152] Сохранение заряда: если электрохимическая реакция протекает на поверхности раздела электрода и электролита, избыточный заряд, который образуется на электроде, должен быть отведен внешней электрической схемой (например, управляющим контуром). Чтобы обеспечить возможность протекания тока через EC-устройство, принимающая заряд часть должна быть электрически соединена с первым электродом. Поскольку начальный процесс представляет собой фарадеевский перенос заряда от ионного проводника к электронному проводнику, для сохранения электронейтральности EC-слоя система должна содержать второй контакт электронного и ионного проводников, который позволяет обеспечить взаимно-дополнительный фарадеевский перенос заряда от электрода к EC-слою. Поэтому типичные неразъемные EC-устройства могут быть представлены как электрохимический элемент, который содержит по меньшей мере два электрода (анод и катод) и EC-слой, который содержит по меньшей мере одно соединение, которое является чувствительным к электроокислению, и соединение, чувствительное к электровосстановлению. Однако нет необходимости в том, чтобы как анод, так и катод были прозрачными, или чтобы были размещены внутри оптического пути для светопропускания. В определенных аспектах EC-устройств согласно настоящему изобретению только один электрод размещают внутри оптического пути для светопропускания, и в контакте с EC-композицией или слоем, чтобы образовывать/расходовать окрашенные вещества в композиции или в слое. В таком случае вторая подложка, определяющая оптический путь, может не иметь никакого электрода или электродного пакета, или может иметь анодный или катодный электрод как первую подложку (например, два оптически прозрачных анода или два оптически прозрачных катода). Второй электрод может быть размещен, например, внутри любого вспомогательного объема в ионном сопряжении с EC-композицией или слоем.

[0153] Как было разъяснено выше, настоящее изобретение нацелено, помимо прочих аспектов, на электрохромные устройства и их компоненты, и системы и способы управления электрохромными устройствами. Теперь со ссылкой на чертежи, Фиг. 1А изображает электрохромное устройство 100. Как показано в фигуре, управляющее устройство 110 электрически соединено с имеющим переменный коэффициент светопропускания слоем 120 посредством электрических соединений 112а, 112b, и токопроводящих шин 130а, 130b, соответственно. Управляющее устройство 110 может включать электрическую схему, и необязательно пакет программ, для подачи входного сигнала на слой с переменным коэффициентом пропускания. Слой 120 с переменным коэффициентом пропускания может включать EC-слой, размещенный между двумя оптически прозрачными подложками, по меньшей мере одна из которых включает электрически проводящую поверхность, сформированную на электроде. Для этого конкретного примера слой 120 с переменным коэффициентом пропускания включает две оптически прозрачных подложки, каждая из которых включает электрически проводящую поверхность, создающую электроды. В этом примере токопроводящие шины 130а и 130b находятся на каждом из таких электродов и в электрическом контакте с ними.

[0154] Может находиться более чем одно соединение на каждом электроде, и различные соединения могут иметь различные функции. Например, некоторые из соединений могут иметь функцию передачи сигнала, тогда как другие могут иметь функцию восприятия.

[0155] Электрохромная активность устройства 100 обеспечивается слоем 120 с переменным коэффициентом пропускания. Слой с переменным коэффициентом пропускания может включать один электродный пакет, подложку из чистого диэлектрика и EC-слой, или два электродных пакета и EC-слой между ними. Структура одного примерного слоя 120 с переменным коэффициентом пропускания изображена в Фиг. 1В. Например, как показано в ФИГ. 1В, слой 120 с переменным коэффициентом пропускания может включать диэлектрические подложки 124а и 124b, анод 126а, катод 126b, и электрохромный слой 121 для управления светопропусканием. В слой с переменным коэффициентом пропускания необязательно может быть включен анодный межфазный слой (или межфазный слой для переноса электрона на анодной стороне) 128а, и/или катодный межфазный слой (или межфазный слой для переноса электрона на катодной стороне) 128b. Дополнительные наружные покрытия 122а и 122b необязательно могут быть нанесены на диэлектрические подложки 124а и 124b, соответственно).

[0156] EC-слой 121 обеспечивает способность изменения светопропускания, когда между ним и электродными пакетами 123 и 125, которые находятся в контакте с ним, приложено напряжение смещения. Управляющая система может включать схему для подачи входного сигнала через электрические соединения и электроды в контакте с электрохромным слоем. Входной сигнал может включать, например, определенное напряжение, например, меньшее, чем около 1,5 В, предпочтительно ниже, чем около 1,3 В, и более предпочтительно ниже, чем около 1,2 В, такого, что светопропускание электрохромного слоя изменяется из одного состояния (например, состояния с высоким светопропусканием) в другое состояние (например, состояние с низким светопропусканием).

[0157] Функции этих элементов являются следующими:

[0158] Наружные поверхности подложек слоя 120 с переменным коэффициентом пропускания необязательно могут быть покрыты одним или более функциональными покрытиями (например, наружными покрытиями 112а, 112b), например, такими как антибликовые, согласующие показатели преломления, просветляющие покрытия, покрытия с низким коэффициентом излучения (low-e); фильтры излучения (УФ/БИК-блокаторы, цветовые фильтры); устойчивые к царапанию или армирующие покрытия; гидро-, олео- (гидрофильные) или омнифобные (несмачиваемые) покрытия; адгезивы (могут поддерживать функции согласования показателя преломления для конкретного материала, на котором предполагается нанесение EC-устройства); и т.д.

[0159] Диэлектрические подложки 124а/124b электродного пакета слоя с переменным коэффициентом пропускания представляет собой структурный элемент с высокой оптической прозрачностью и низкой мутностью. Подложки в различных вариантах исполнения могут быть выполнены из стекла, пластика (корпусного или пленочного), или прозрачного керамического материала. В некоторых вариантах исполнения к подложкам присоединены токопроводящие шины (описываемые здесь в разных местах) и электрически соединены с соответствующими электродами (анодом 126а или катодом 126b). В одном варианте исполнения подложка может включать один твердый слой, например, лист стекла. В альтернативном варианте, подложка может включать многочисленные слои, например, такие как многослойный стеклянный триплекс. Такая конструкция могла бы быть предпочтительной для надежности. Подложка также может исполнять другие функции.

[0160] Стекло представляет собой предпочтительную прозрачную диэлектричнскую подложку для многих вариантов применения. Как правило, оно имеет превосходную прозрачность, низкую мутность и структурную стабильность. Если его структура не нарушена, оно непроницаемо для газов и жидкостей, что делает его превосходным барьером для защиты чувствительных соединений.

[0161] Часто предъявляются строгие требования к эксплуатационной стабильности и надежности стекла. Эти функции обычно исполняются с использованием закаленного стекла, термообработанного стекла и/или стекла, ламинированного обеспечивающими безопасность прослойками. Такие стеклянные подложки могут быть использованы в EC-устройствах согласно настоящему изобретению.

[0162] Закалка представляет собой термическую обработку стеклянных листов, включающую нагревание их до температуры выше 560ºС, с последующим быстрым охлаждением с использованием потока воздуха. Закалку выполняют в печи, где стекло перемещают на роликах. Конфигурация структуры роликов, как правило, имеет результатом волнистую форму закаленного стекла, потенциально ведущую к оптическим искажениям. Одним путем сокращения таких нежелательных искажений является наслоение двух закаленных листов стекла друг на друга так, чтобы выступы одного стеклянного листа в основном совпадали с впадинами другого листа. Поэтому в одном аспекте настоящего изобретения EC-устройства могут включать в качестве одной или более оптических подложек первый лист закаленного стекла, наслоенный на второй лист закаленного стекла так, что выступы первого закаленного стеклянного листа в основном совпадают с впадинами второго закаленного стеклянного листа.

[0163] Закаленное стекло имеет более высокую механическую прочность, чем обычное, отожженное стекло. Если закаленное стекло разбивается, оно разделяется на многочисленные мелкие осколки стекла, содержащие мало острых кромок, исполняя тем самым функцию соблюдения безопасности. Большинство автомобильных боковых и задних оконных стекол сформировано из закаленного стекла.

[0164] Ламинирование стекла представляет собой еще один способ исполнения функции соблюдения безопасности. Два листа стекла соединены друг с другом с использованием межслойного листа. Этот сборный узел тогда подвергают обработке под действием температуры и/или давления, часто сопровождаемой вакуумным дегазированием для удаления любых воздушных пузырьков. Два наиболее распространенных класса межслойных листов выполнены из поливинилбутираля (PVB) и этиленвинилацетата (EVA). Ламинированное стекло при разрушении остается присоединенным к промежуточному слою, тем самым исполняя функцию соблюдения безопасности.

[0165] В некоторых вариантах исполнения в качестве подложек для электрохромных устройств используют прозрачные пластики. Их преимущества сравнительно со стеклом состоят, например, в малом весе, гибкости, если они сформированы в виде пленки, обработке больших партий, например, по технологии «с рулона на рулон», и т.д. С другой стороны, пластики также имеют некоторые недостатки, такие как обычно более низкое оптическое качество сравнительно с оптическим качеством стекла, худшие оптические и электрические характеристики прозрачных электродов, проницаемость для газа и водяного пара, возможную долговременную химическую реакционную способность при взаимодействии с компонентами электрохромной композиции, или чувствительность к УФ-излучению, приводящую к разложению, более низкую температурную стабильность, которая может ограничивать варианты обработки, и т.д.

[0166] Пластмассовые подложки, пригодные для электрохромных устройств и вариантов применения согласно настоящему изобретению, могут быть сформированы, но без ограничения этим, из полиэтилентерефталата (PET), политетрафторэтилена (PTFE), перфторалкоксиалкана (PFA), полиэтиленнафталата (PEN), поликарбоната (PC), и других. Чтобы ограничить или устранить способность пластиков химически реагировать с EC-материалами, поверхности в контакте EC-материалами могут быть пассивированы посредством инертного материала.

[0167] В некоторых вариантах исполнения подложки представляют собой прозрачные керамические материалы. Прозрачные проводящие электроды осаждают на поверхность таких подложек такими же способами, как на стекло.

[0168] Оптически прозрачный электродный пакет (например, анодный пакет 123 и/или катодный пакет 125) в сочетании с EC-слоем 121 поддерживает электрохимические процессы на поверхности раздела электрода и электролита по всей площади слоя 120 с переменным коэффициентом пропускания. В примере согласно Фиг. 1А электродный пакет включает по меньшей мере один поверхностный проводящий слой, например, анод 126а и/или катод 126b, для сохранения поверхностных токов с достаточно низкими омическими падениями напряжения.

[0169] Анодные и катодные поверхностные проводящие слои могут быть сформированы из прозрачных проводящих электродов, таких как OTE. Сейчас OTE находят широкое применение в промышленности, позволяющее создавать самые разнообразные устройства, используемые в бесчисленных вариантах применения, таких как фотогальванические устройства, плоские экраны, сенсорные экраны, нагретые прозрачные поверхности, экранирования от радиопомех (EMI), и другие. OTE обычно характеризуются их оптическими и электрическими свойствами.

[0170] В плане оптических характеристик желательные свойства OTE относятся к прозрачности (желательны высокие значения), цвету (предпочтителен нейтральный) и мутности (желательны более низкие значения).

[0171] В плане электрических характеристик представляющим интерес свойством OTE является поверхностное сопротивление, измеренное в единицах Ом/квадрат. Для некоторых вариантов применения, например, емкостных датчиков для сенсорных экранов, требуется относительно высокое поверхностное сопротивление, порядка сотен величин Ом/квадрат. Электрохромные устройства обычно представляют собой низковольтные устройства, которые потребляют значительные токи, и поэтому резистивные потери должны быть минимизированы, доводя требования для низкого поверхностного сопротивления предпочтительно ниже, чем до около 100 Ом/квадрат, например, ниже около 70 Ом/квадрат, таких как менее, чем около 50, 30, 20, 15, 10, 5 Ом/квадрат.

[0172] Многие классы OTE включают OTE, выполненные из прозрачных оксидов, обычно называемых Прозрачными Проводящими Оксидами (TCO). Примеры TCO включают, но без ограничения этим, оксид индия-олова (ITO), легированный алюминием оксид цинка (AZO), легированный фтором оксид олова (FTO), оксид молибдена (MoO₃), оксид индия-цинка (IZO), оксид индия-галлия-цинка (IGZO), оксид олова-цинка (TZO), оксид олова (SnO₂), легированный алюминием оксид олова (ATO), оксид цинка (ZnO), оксид индия (In₂O₃), оксид галлия (Ga₂O₃), легированный цинком оксид олова (ZTO), легированный индием оксид галлия (IGO), легированный галлием-индием оксид олова (GITO), легированный галлием оксид цинка (GZO), легированный цинком оксид индия-олова (ZITO), оксид цинка-индия (ZIO), легированный галлием оксид индия (GIO), алюминат меди (CuAlO₂), и т.д. Наиболее распространенными из них являются легированный индием оксид олова, ITO, и легированный фтором оксид олова, FTO.

[0173] Другие подходящие OTE включают, например, тонкие слои металлов или металлических сеток или решеток (например, сетки или решетки из металлических нанопроволок). Тонкие слои (более тонкие, чем характеристические длины волн видимого света) из металлов (например, серебра или золота) прозрачны и имеют высокую электрическую проводимость. Иногда эти металлы сплавлены с другими металлами для снижения стоимости и улучшения химической стабильности. Металлы могут быть осаждены в виде тонких пленок или в форме наночастиц из паровой фазы или жидкостной фазы. Надлежащим образом сформированные металлические слои могут обладать отражательными свойствами в ИК-диапазоне, так что OTE, имеющий такой слой, может быть использован как покрытие с низкой излучательной способностью, в дополнение к его прямой функциональности в плане электрической проводимости.

[0174] В некоторых вариантах исполнения могут быть использованы гибридные OTE, выполненные сочетанием слоев TCO и металлов. Преимущества такой гибридной конструкции включают сокращенную общую толщину пакета и улучшенные оптические свойства для данного удельного сопротивления, или более низкого удельного сопротивления для данной толщины OTE.

[0175] Другие пригодные материалы для OTE включают, например, углеродные материалы (например, одностенные или многостенные углеродные нанотрубки, графен); проводящие полимеры; проводящие металлоорганические или ковалентные органические каркасы (MOF/COF); или проводящие металлокомплексы. Будет понятно, что вышеуказанные материалы могут быть смешаны или наслоены друг на друга в катодном или анодном поверхностном проводящем слое, и что анодные и катодные пакеты могут отличаться друг от друга.

[0176] Поскольку EC-устройства имеют соединенный с ним источник электроэнергии, одна возможная функциональность, приданная таким устройствам, состоит в способности устранять запотевание. Устранение запотевания с помощью EC-устройства может быть достигнуто посредством конфигурации, включающей нагревательный элемент, термически связанный с устройством. Устранение запотевания может происходить или нагреванием подложки или наружного покрытия на ней в устройстве, или нагреванием OTE самого устройства. Если проводят нагревание OTE устройства, важно минимизировать вредные влияния на электрохромный слой или избегать их. Вредные влияния могут быть обусловлены повышенной температурой и электрохимическими процессами. Одним путем устранения нежелательных электрохимических процессов является выполнение нагревания переменным током, AC (в отличие от питаемой постоянным током (DC) работы электрохромного устройства) при частотах, превышающих частоты, которые соответствуют характеристическим константам времени диффузии электрохромной реакции в устройстве.

[0177] Будет понятно, что в плане вариантов применения EC желательно, чтобы OTE сохраняли свою целостность и не реагировали с химическими веществами из EC-слоя 121 в пределах эксплуатационных диапазонов перенапряжений. Вопрос структурной целостности особенно важен для OTE на гибких подложках. Например, если на PET осажден ITO, он может растрескиваться при обращении/изгибании. Как правило, ITO стабилен в отношении химической природы EC. Однако образование трещины может изменять локальные стехиометрические соотношения между ITO и его легирующими добавками, обусловливая повышенную реакционную способность в отношении химической структуры EC, что приводит к быстрой деградации устройства. Даже без химической деградации, образование трещин может сделать устройство неработоспособным, так как распределение электрического потенциала уже не является однородным на поверхности устройства. Такая неоднородность приводит к пятнистому окрашиванию устройства и к другим оптическим дефектам.

[0178] С точки зрения химической совместимости, некоторые OTE, основанные на металле, могут не выдерживать контакта с EC-компонентами в пределах эксплуатационных диапазонов перенапряжений. Например, серебро и медь быстро корродируют в таких условиях. Другие металлы и металлические сплавы более устойчивы, в том числе золото, палладий, платина, иридий, хастеллой, и некоторые другие металлы и сплавы. Один путь защитить металлические OTE в вариантах применения EC состоит в использовании их в гибридной, многослойной конфигурации вместе с TCO, например, слоистой структуре «OTE/металлический OTE/OTE» на оптически прозрачной подложке. Например, такой гибридный электрод мог бы включать слой ITO на гибкой подложке, с последующим тонким слоем из серебра, с последующим еще одним слоем ITO, например, в виде слоистой структуры «ITO/серебряный OTE/ITO» на оптически прозрачной подложке. Наружный слой ITO действует и как часть OTE, и как защитный слой для серебра, предотвращая непосредственный контакт между серебром и EC-слоем.

[0179] Еще один вариант представляет собой применение специальных анодных и/или катодных межфазных слоев. Такие слои сами по себе не могут образовывать хороший OTE, но они обеспечивали бы защиту для металлического слоя в OTE без существенной помехи для электрической схемы. Одним вариантом такого слоя является формирование его из суспензии углеродных нанотрубок. Однако назначение межфазного слоя не ограничивается защитой OTE (смотри ниже).

[0180] Где EC-устройство имеет два пакета (размещенных на двух подложках), нет необходимости в том, что пакеты и подложки должны быть идентичными. Действительно, в определенных вариантах применения и конструкций устройства может быть благоприятным, чтобы один пакет отличался от другого. Ниже приведены примеры таких асимметричных конфигураций и их преимущества.

[0181] В некоторых вариантах применения EC-устройства являются асимметричными в плане окружающей их среды, в которой они действуют. Например, в случае архитектурных окон внутренняя и наружная стороны окна имеют весьма различные окружающие среды. Солнечное излучение действует снаружи, поэтому бóльшая часть нагрузки УФ- и ИК-излучения приходится на поверхность EC-устройства, которое обращено наружу. Поэтому может быть предпочтительным наличие обращенной наружу подложки, отличающейся от обращенной внутрь подложки. Например, обращенная наружу подложка может иметь дополнительные характеристики, такие как поглощение УФ-излучения и/или отражение ИК-излучения. Такие характеристики могут быть обеспечены либо отдельным слоем пакета, принадлежащего к обращенной наружу подложке, либо могут быть встроены в массу подложки (например, поглощающие УФ-излучение добавки внутри пластмассовой подложки). Другое свойство регулировать свет, которое необязательно может быть добавлено к обращенному наружу пакету, состоит в регулировании поляризации. Наличием подложки, или одного из ее слоев, действующей как поляризатор, можно сократить общее солнечное воздействие и отблески. Поэтому в одном аспекте настоящего изобретения оптически прозрачная подложка, предпочтительно обращенная наружу подложка, поляризует свет или включает слой на ней, который поляризует свет.

[0182] Еще один тип возможной асимметрии состоит в двух подложках, выполненных из различных материалов. Например, в случае очков дополненной реальности (AR) одна из подложек может представлять собой относительно толстую поликарбонатную линзу, тогда как другая представляет собой легковесную пленку, например, PET.

[0183] В случае окон одна подложка может быть из стекла, тогда как одна может быть на основе пленки. Такая конструкция возможна, например, в сборном узле стеклопакета с изоляцией (IGU), где подложка на основе пленки была бы обращена к внутренней полости IGU, содержащей инертную атмосферу. В этом случае, поскольку подложка на основе пленки обращена к внутренней среде, могут быть смягчены требования к герметизации кромок и площади, если даже вообще не сняты. Это упрощает сложность устройства и снижает стоимость. ФИГ. 1С и приведенное ниже ее описание представляет дополнительные детали такого IGU.

[0184] Поверхностный проводящий слой 126а/126b обеспечивает межфазный перенос заряда на межфазный слой 128а/128b (соответственно) или в раствор, где слой с переменным коэффициентом пропускания не включает межфазный слой. Анодные и катодные межфазные слои 128а/128b корректируют условия переноса заряда на поверхности раздела «электрод-электролит» (анодной и/или катодной), и поэтому может не иметь высокую поверхностную электронную проводимость. Межфазные слои могут быть сформированы, например, из мономерных/полимерных органических полупроводников; неорганических полупроводников; органических диэлектриков; неорганических диэлектриков; металлоорганических каркасных структур (MOF); углеродных материалов (например, одностенных или многостенных углеродных нанотрубок, графена); физически или химически адсорбированных или связанных молекулярных слоев электрохимически активных соединений (которые могут действовать подобно иммобилизованным редокс-челнокам); или физически или химически адсорбированных или связанных молекулярных слоев электрохимически инертных соединений, которые модифицируют свойства раствора на поверхности раздела (например, диэлектрическую проницаемость, ионную силу, ионную ассоциацию, и т.д.).

[0185] Межфазные слои также могут быть использованы для модифицирования механических, оптических или прочих неэлектрических свойств поверхности раздела, например, межфазной адгезии, согласования показателей преломления или смачиваемости поверхности электрода. Во время формирования слоя с переменным коэффициентом пропускания один или более межфазные слои 128а/128b электродных пакетов 123/125 могут быть использованы предварительно собранными, или могут быть частично или полностью образованы самосборкой in situ во время формирования.

[0186] Независимо от типа EC-устройства, EC-слой 121 может включать одно или более светопоглощающие соединения. EC-слой 121 может дополнительно включать одно или более вспомогательные соединения, модификаторы, матрицу, растворитель, поддерживающий электролит, полимерную(-ные) добавку(-ки), и дополнительные компоненты.

[0187] Как было разъяснено выше, электрохромное устройство может быть асимметричным в том отношении, что противолежащие подложки выполнены из различных материалов. Например, одна оптически прозрачная подложка может быть из стекла, тогда как противолежащая оптически прозрачная подложка может включать гибкие материалы, такие как полимер, например, пленку из PET. В альтернативном варианте, EC-устройство может включать оптически прозрачные подложки, сформированные из стекол различных типов, с двумя различными толщинами, двумя различными химическими составами, и/или с различными типами OTE на подложках, если обе имеют OTE. В дополнение к определенным преимуществам электрооптических характеристик, такая конструкция устройства имеет преимущество в отношении встраивания в оконные сборные узлы, такие как стеклопакеты с изоляцией (IGU).

[0188] Как правило, стеклопакет с изоляцией включает первую стеклянную подложку и вторую стеклянную подложку, которые определяют камеру, имеющую объем между ними. Камера может включать инертную атмосферу, и камера также может включать часть или все из одного или более электрохромных устройств. Такая конфигурация может создавать одну или более кромки электрохромных устройств, открытые в инертную атмосферу, и/или где по меньшей мере одна из первой стеклянной подложки или второй стеклянной подложки в IGU не находится в электрическом сообщении с электрохромным устройством.

[0189] ФИГ. 1С иллюстрирует поперечное сечение IGU согласно одному аспекту настоящего изобретения. Как показано в фигуре, две противолежащих подложки (например, первая стеклянная подложка 1010 и вторая стеклянная подложка 1012) находятся на расстоянии друг от друга и уплотнены на их кромках уплотнительными элементами 1014а и 1014b, с образованием внутренней камеры (1016), имеющей объем. Противолежащие подложки (1010 и 1012) оптически прозрачны, и могут быть образованы из одинакового материала или различных материалов, или с различными толщинами, включающих стекло, пластик или другие подложки, пригодные для EC-устройства. Уплотнительные элементы могут быть сформированы с использованием способов и материалов, общепринятых в производящей окна промышленности. Внутренняя камера 1016 благоприятным образом может содержать инертную атмосферу. Инертная атмосфера, как здесь используемая, представляет собой атмосферу, включающую по существу инертный газ, например, азот, аргон, и т.д., или их комбинации. В то время как ФИГ. 1С иллюстрирует IGU с двумя подложками, например, двумя стеклянными панелями, в конструкцию могут быть включены дополнительные подложки, такие как три или более стеклянных панелей. Например, может быть сборный узел с тремя или более стеклянными панелями, каждая из которых находится на расстоянии от других, например, третья подложка может быть размещена отдельно от второй и определять второй объем с инертной атмосферой.

[0190] В одном аспекте настоящего изобретения одно или более EC-устройства могут быть сформированы, частично или полностью, внутри внутренности IGU так, что EC-устройство открыто, и тем самым защищено, в инертную атмосферу IGU, имеющего инертную атмосферу. Как иллюстрировано в примере согласно ФИГ. 1С, IGU дополнительно включает EC-устройство. В этом варианте исполнения EC-устройство сформировано с подложкой, которая образует IGU. В частности, EC-устройство 1200 включает первую оптически прозрачную подложку (1210) с первым размещенным на ней оптически прозрачным электродом (1212), вторую оптически прозрачную подложку (1012) со вторым размещенным на ней оптически прозрачным электродом (1216), и электрохромную композицию (1218), например, EC-слой, размещенный между первой и второй подложками.

[0191] Благоприятным образом, поскольку EC-устройство 1200 сформировано отчасти внутри внутренней камеры IGU, по меньшей мере первая оптически прозрачная подложка (1210) устройства имеет кромки (1214а и 1214b), открытые в инертную атмосферу. Поскольку внутренняя атмосфера IGU является химически инертной, поэтому нет необходимости в формировании уплотнения вокруг кромки EC-композиции, пока EC-композиция не является подвижной. В альтернативном варианте, кромка EC-композиции может быть загерметизирована, но требования к такому уплотнению в отношении барьерных характеристик против кислорода и влаги были бы коренным образом более низкими по сравнению с требованиями к сборному узлу, который открыт к кислородной атмосфере. В дополнение, поскольку вторая оптически прозрачная подложка (1218) устройства не является частью конструкции IGU, она может иметь свойства, которые не требуются для окна, и может включать форму и состав гибкой пленки, и т.д.

[0192] В примере, иллюстрированном в ФИГ. 1С, вторая оптически прозрачная подложка (1218) EC-устройства имеет вторую кромку, которая не открыта к инертной атмосфере (1012а, 1012b), но вместо этого уплотнена уплотнительным элементом 1014а и 1014b, соответственно. В то время как ФИГ. 1С иллюстрирует EC-устройство, сформированное частично с наружной подложкой в IGU, EC-устройство может быть сформировано с компонентами внутри внутренней камеры (1016), например, такой как EC-устройство 1200, которое замещает наружную подложку (1012) IGU на вторую оптически прозрачную подложку, имеющую на ней OTE, но внутри внутренней камеры (1016) с кромками, открытыми к инертной атмосфере, например, дополнительную подложку внутри камеры с образованием EC-устройства. В такой конфигурации наружные стеклянные панели в IGU не составляют часть EC-устройства, и тем самым оконные стекла не участвуют в исполнении EC-функций, тогда как другие оконные стекла могут содержать EC-устройства.

[0193] В дополнение, во внутреннюю камеру IGU может быть включено более чем одно EC-устройство. Такие множественные устройства могут действовать независимо, чем подразумевается, что их оптическое состояние может варьировать по отдельности. Одно обоснование независимой работы множественных EC-устройств состоит в достижении более широкого динамического диапазона тонирования. Например, если два EC-устройства по отдельности имеют минимальное значение VLT 10%, тогда эффективное минимальное VLT с обоими устройствами, имеющими свое минимальное состояние VLT, составляло бы 1%. Другое обоснование независимой работы множественных EC-устройств состоит в возможности настраивать их на различные цвета, и поэтому изменять визуальный внешний вид окна по потребности.

[0194] EC-устройства, сформированные с IGU, дополнительно включают компоненты для работы EC-устройства, такие как система управления или управляющее устройство, электрически соединенное с первым и вторым электродом для подачи входного сигнала на EC-композицию.

[0195] ФИГ. 2 иллюстрирует несколько конфигураций устройств согласно определенным вариантам осуществления настоящего изобретения. Устройства включают катод, анод и электрохромную композицию в различных конфигурациях. Для устройств, иллюстрированных в ФИГ. 2, электрохромная композиция размещена между катодом и анодом и в контакте с ними, и сконфигурирована для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние (например, изменения пропускания видимого, инфракрасного света и/или пропускания УФ-излучения от высокого состояния до низкого состояния пропускания), в ответ на входной сигнал между катодом и анодом.

[0196] Например, и как показано в ФИГ. 2, устройство Типа I включает первую подложку (210), имеющую первый электрод (212), например, анод, вторую подложку (220), имеющую второй электрод (222), например, катод, и электрохромную композицию (230), размещенную между первой и второй подложками и кромочными уплотнениями, которые в этой конфигурации размещены напротив друг друга (240а, 240b). Такие кромочные уплотнения защищают электрохромную композицию и могут предотвращать утечку ее из промежутка между подложками. Первый и второй электроды могут включать межфазные слои. Для этого примера электроды и, необязательно, межфазные слои не имеют электрохромной селективности. Первая оптически прозрачная подложка (21) и вторая оптически прозрачная подложка (220), и электрохромная композиция (230) между ними определяют оптический путь для светопропускания (211).

[0197] Как показано в этом примере, устройство Типа I представляет собой плоскую тонкослойную ячейку с изотропным EC-слоем, сэндвичеобразно размещенным между двумя оптически прозрачными электродами с противоположным напряжением смещения (анодом, катодом). В таком EC-устройстве диффузионные потоки веществ, которые образованы на противолежащих электродах, имеют ненулевые проекции по нормальному направлению относительно электродов. Поскольку анодные и катодные реакции протекают на электродах, которые разделены только EC-слоем, дистанции ионного переноса составляют величину порядка толщины EC-слоя. Если вещества, которые были сформированы на положительно смещенном электроде, достигают отрицательно смещенного электрода (и наоборот), и их электрохимическое поведение является обратимым в пределвх рабочего диапазона потенциалов, они легко преобразуются обратно в их прекурсоры благодаря очень высокому поддерживаемому обратному перенапряжению, и возникает обратное течение прекурсора. Вследствие очень высоких скоростей обратных реакций на противоэлектродах концентрации веществ, которые были образованы в цепи комплементарных реакций, близки к нулю (обеднение реагентами), и наибольшие концентрационные градиенты (и тем самым предпочтительное направление диффузионного массопереноса) возникают по направлению к так называемому пределу расходования, то есть, противоэлектроду. Поскольку ячейка является плоской, это является нормальным направлением относительно электрода. Это значит, что боковое перемещение электрохимически генерированного растворенного вещества во многих случаях является пренебрежимо малым по сравнению с линейным размером слоя с переменным коэффициентом пропускания.

[0198] Таким образом, EC-устройство с такой конструкцией обычно не позволяет достижения полной электрохимической конверсии реагентов в продукты. Другими словами, EC-устройство Типа I является моностабильным, и потребляет значительный ток в каждом состоянии, за исключением условий разомкнутой цепи. Одна дополнительная особенность состоит в том, что два вещества, которые представляют собой участники анодных и катодных реакционных последовательностей, могут реагировать внутри EC-слоя с образованием их прекурсоров (вследствие обратимости всех химических или электрохимических процессов), обусловливая химический саморазряд. Таким образом, если такое EC-устройство выходит из режима разомкнутой цепи после смещения, оно скорее всего будет саморазряжаться за относительно короткий период времени. Однако процессы саморазряда являются только процессами, которые обусловливают диффузионный массоперенос по нормальному направлению в состоянии разомкнутой цепи (относительно внутренней поверхности электрода), так что боковой перенос может вносить значительный вклад в состоянии разомкнутой цепи, если скорости процессов саморазряда низки. Другоей характеристикой EC-устройства Типа I является то, что, если присутствуют по меньшей мере две зоны (вблизи одного и того же электрода) с различными межфазным соотношениями реагентов и продуктов электрохимических реакций, потенциалы одного и того же электрода в этих зонах будут различными, что будет создавать электрический ток через электрод, и будет проявлять тенденцию к выравниванию различий в результате электрохимических реакций.

[0199] Для моностабильного EC-устройства скорости расходования светопоглощающих веществ являются более низкими, чем скорости их формирования. В противном случае квази-стационарные концентрации светопоглощающих веществ являются пренебрежимо малыми во всем EC-слое, и изменение коэффициента пропускания не возникает, несмотря на то, что ток по-прежнему потребляется. Таким образом, для EC-устройства Типа I существует только режим работы, в котором оно полностью прозрачно в выключенном состоянии, вследствие трудности получения полного электролиза электрохимически активных реагентов.

[0200] Поэтому для EC-устройства Типа I некоторые предпочтительные характеристики для светопоглощающих соединений могут представлять собой: если EC-устройство использует более чем одно светопоглощающее соединение, и по меньшей мере один OTE действует в режиме ограничения массопереноса реагентов, коэффициенты диффузии электрохимически активных прекурсоров, реагирующих на этом электроде, должны быть согласованы для достижения идентичных распределений концентраций светопоглощающих соединений при переходных состояниях. Если оба электрода действуют в режиме ограничения массопереноса реагентов, все прекурсоры должны быть согласованы в плане коэффициентов диффузии. В противном случае, вследствие различных распределений тока на аноде и катоде (из-за диффузионного контроля электродных процессов и омических падений напряжения на поверхностных проводниках), могут возникать искажения цвета в переходных состояниях и/или на промежуточных уровнях окрашивания (как было дополнительно разъяснено здесь в некотором месте). Как обсуждается здесь в некотором месте, для модифицирования коэффициентов диффузии нужно использовать химические модифицирования структур светопоглощающих соединений и их прекурсоров.

[0201] Эффекты неодинаковых скоростей диффузии вышеописанных реагентов могут быть смягчены или устранены в результате: (1) применения распределенного (многоточечного) присоединения электродов к схеме управления для минимизации падений омических падений напряжения на концах электродов; и/или (2) настройкой обоих электродов на работу в условиях ограничения ионного переноса (посредством эффекта Фрумкина). Последнее достигается надлежащим регулированием электрохромной композиции, ионной проводимости композиции и концентраций электрохромных компонентов. Оба перечисленных выше подхода могут быть использованы для смягчения «диафрагменного» эффекта. Поэтому в одном аспекте настоящего изобретения EC-устройства согласно настоящему изобретению могут включать систему управления или управляющее устройство для подведения входного сигнала к электрохромной композиции или слою, причем управляющее устройство электрически соединено с одним или более электродами устройства в контакте с электрохромной композицией или слоем посредством распределенных, многоточечных электрических соединений, чтобы минимизировать омические падения напряжения на электродах. В дополнение, или в качестве альтернативы, управляющее устройство может быть сконфигурировано для работы обоих электродов в условиях ограничения ионного переноса для электрохромной композиции или слоя. Конфигурация, которая включает распределенные, многоточечные электрические соединения с одним или более электродами, и/или управляющее устройство, сконфигурированное для работы обоих электродов в условиях ограничения ионного переноса, может быть включено во все EC-устройства согласно настоящему изобретению.

[0202] ФИГ. 2 дополнительно иллюстрирует EC-устройство Типа II, которое включает первую подложку (210), имеющую первый электрод (252), например, анод, вторую подложку (220), имеющую второй электрод (262), например, катод, и электрохромную композицию (230), размещенную между первой и второй подложками и в контакте с первым и вторым электродами (252, 262). Устройство Типа II также включает кромочные уплотнения, которые в этой конфигурации размещены противолежащими (240а, 240b). В этом примере один или оба из электродов могут подавлять нежелательные электрохимические процессы в EC-композиции, например, для чего любой или оба из катодного электрода и анодного электрода избирательно обеспечивают возможность только восстановления или окисления конкретных компонентов электрохромной композиции. Такие электроды могут иметь, в качестве поверхности, открытой к электрохромной композиции, полупроводниковый материал. В такой конфигурации любой или оба из катода или анода включает полупроводниковый материал на поверхности раздела с электрохромной композицией.

[0203] EC-устройство Типа II подобно EC-устройству типа I, за исключением того, что подавлены нежелательные процессы на электродах, тем самым обеспечивая возможность осуществлять полный электролиз компонентов в электрохромной композиции. В EC-устройстве Типа II химические процессы саморазряда сохраняются, так что устройство по-прежнему является моностабильным. Однако, если процессы саморазряда становятся пренебрежимо малыми, можно эксплуатировать EC-устройство этого типа как в прямом, так и в обращенном режиме (полностью прозрачным или полностью затемненным в выключенном состоянии). Таким образом, устройство также можно рассматривать и управлять им как бистабильным устройством (то есть, по существу с нулевым потреблением электроэнергии в любом состоянии, причем энергия расходуется только при переключении между состояниями).

[0204] В EC-устройстве Типа II нет существенных нормально направленных диффузионных потоков, если скорости саморазряда низки. Соответственно этому, дистанция бокового диффузионного массопереноса может быть значительной, по сравнению с поперечным линейным размером слоя с переменным коэффициентом пропускания даже в смещенных состояниях, в противоположность EC-устройству Типа I.

[0205] ФИГ. 2 дополнительно иллюстрирует EC-устройство Типа III, которое включает первую подложку, имеющую первый электрод, например, анод, вторую подложку, имеющую второй электрод, например, катод, и электрохромную композицию, размещенную между первой и второй подложками, и кромочные уплотнения, которые в этой конфигурации размещены противолежащими. Подложки, электроды, электрохромная композиция и кромочные уплотнения могут быть сконфигурированы, как описано выше в устройствах Типа I и Типа II.

[0206] Однако устройство Типа III согласно настоящему изобретению включает частично проницаемый дополнительный элемент внутри EC-слоя. Например, устройство Типа III может включать мембрану внутри EC-композиции, например, EC-слой, который является селективно проницаемым. Как показано в ФИГ. 2, электрохромное устройство может включать селективно проницаемую мембрану (270), размещенную между катодным электродом и анодным электродом.

[0207] В такой конфигурации мембрана может по существу обеспечивать возможность проникновения мелких ионов, но по существу предотвращает проникновение крупных ионов. Например, мембрана может в основном обеспечивать возможность проникновения протонов, но по существу предотвращает проникновение более крупных, чем протоны, ионов. Альтернативно или в комбинации, мембрана может обеспечивать возможность проникновения по существу только электрохимически инертных ионных компонентов поддерживающих электролитов, но не реакционноспособных компонентов.

[0208] При определенной селективности мембраны внутри электрохромной композиции электрогенерированный растворенный компонент не может достигать противоэлектрода, или приходить в контакт с химически реакционноспособными компонентами, которые сформированы на нем. Поэтому не имеют места существенный саморазряд или скорости обратных электрохимических реакций. EC-устройство Типа III может обеспечивать возможность полного электролиза и тем самым является бистабильным. Как в случае EC-устройства Типа II, дистанция тангенциального диффузионного массопереноса является значительной по сравнению с линейным размером слоя с переменным коэффициентом пропускания.

[0209] В одном аспекте настоящего изобретения селективно проницаемая мембрана может иметь центральную часть и периферийную часть, причем центральная часть имеет более высокую проницаемость, чем периферийная часть. Такая мембрана может быть изготовлена имеющей более толстую периферийную часть, или периферийную часть, выполненную из менее проницаемого материала. Тем самым такая мембрана, входящая в состав EC-слоя и между электродами EC-устройства, имела бы результатом слой с переменным коэффициентом пропускания (VTL) в аноде/EC-слое/катоде, имеющий электрические характеристики, которые являются в значительной мере иными в центре VTL, нежели на периферии VTL.

[0210] ФИГ. 2 дополнительно иллюстрирует другое EC-устройство согласно аспектам настоящего изобретения, например, EC-устройство Типа IV, которое включает первую оптически прозрачную подложку 280, вторую оптически прозрачную подложку 282 и электрохромную композицию 284, размещенную между первой и второй проводящими поверхностями. Первая и вторая оптически прозрачные подложки и электрохромная композиция определяют оптический путь (285) пропускания света. Первый электрод, смещенный с одной полярностью, может быть размещен на любой или обеих оптически прозрачных подложках. Для этого примера анод (286) размещен на внутренних поверхностях первой и второй оптически прозрачных подложек, будучи обращенным к EC-композиции 284. Поскольку этот первый электрод находится внутри оптического пути, определяемому подложками, первый электрод представляет собой оптически прозрачный электрод. Однако в устройстве Типа IV второй электрод размещен вне оптического пути, определяемого оптически прозрачными подложками, между EC-композицией. Для этого примера устройство Типа IV включает второй электрод, например, катод, (288), вне оптического пути для пропускания света (285). Второй электрод 288 может быть размещен под или над первым электродом, и отделен от первого электрода так, чтобы предотвращать короткое замыкание. В примере, показанном в ФИГ. 2, второй электрод 288 отделен от первого электрода в нижней части первой и второй подложек, обозначенной как вспомогательный объем 290, вне оптического пути 285, но ионно соединен с электрохромной композицией 284. Благодаря такой конфигурации электрохромная композиция предназначена для изменения светопропускания из одного состояния (например, состояния с высоким коэффициентом светопропускания) в другое состояние (например, состояние с низким коэффициентом светопропускания), в ответ на входной сигнал между первым и вторым электродами.

[0211] EC-устройство Типа IV коренным образом отличается от EC-устройств Типа I, Типа II и Типа III. В EC-устройстве Типа IV электрод может быть размещен во вспомогательном объеме, и может быть отделен мембраной, которая проницаема для ионов поддерживающих электролитов. Тем самым устройство является бистабильным. Поэтому один из электродов не должен быть прозрачным, например, второй электрод, размещенный вне оптического пути, не должен быть оптически прозрачным (то есть, пропускает видимый свет на уровне менее 10%). В дополнение, второй электрод не должен иметь форму подложки. Поэтому для второго электрода могут быть применены самые разнообразные электроды, например, литий-углеродный. В примере устройства Типа IV скорости ионного переноса вносят значительный вклад в переходные процессы, поскольку анодный и катодный электроды разделены не только толщиной EC-слоя, но и дистанцией порядка линейного размера слоя с переменным коэффициентом пропускания. Единственным путем ионного обмена между вспомогательным объемом и EC-слоем является мембрана, которая разделяет их. Таким образом, когда электрохимический процесс протекает на электроде(-дах) слоя с переменным коэффициентом пропускания, компенсирующие заряд ионы распространяются в боковом направлении только от места сопряжения и с конечной скоростью, так что скорости электрохимических реакций являются более высокими вблизи сопряжения. Поэтому переходные процессы в таком устройстве сопровождаются образованием градиентов пропускания в пределах слоя с переменным коэффициентом пропускания. Вариация формы сопряжения позволяет получать требуемый внешний вид переходов (например, от верхней до нижней части устройства).

[0212] Как было разъяснено выше, электрохромная композиция EC-устройства сконфигурирована для изменения светопропускания из одного состояния (например, состояния с высоким коэффициентом светопропускания) в другое состояние (например, состояние с низким коэффициентом светопропускания), в ответ на входной сигнал, такой как от системы управления или управляющего устройства. Один или более из электродов могут быть электрически соединены с таким управляющим устройством с использованием одной или более токопроводящих шин.

[0213] В определенных вариантах исполнения может быть благоприятной возможность протяжения токопроводящих шин поверх кромок поверхности подложки, имеющей электрически проводящую поверхность (например, OTE), и, необязательно, продолжения, по меньшей мере частично, на противоположную сторону подложки. Тогда электрическое соединение может быть выполнено с задней стороной подложки для электрического присоединения управляющего устройства с электродом. Преимущества такой конструкции состоят в упрощении изготовления, улучшении прочности устройства и в создании упрощенных, более удобных электрических соединений. Поэтому один аспект настоящего изобретения включает токопроводящие шины, которые электрически соединены с OTE на подложке, и продолжаются поверх кромки подложки до противоположной стороны подложки. Такая конфигурация может включать оптически прозрачную подложку, имеющую первую и вторую основную поверхность с кромкой между ними, причем одна основная поверхность подложки, например, первая основная поверхность, включает оптически прозрачный электрод и токопроводящую шину, например, электрически проводящую планку, в непосредственном контакте с оптически прозрачным электродом, и размещенную поверх кромки и на второй поверхности подложки.

[0214] Возможны разнообразные конфигурации токопроводящих шин. ФИГ. 3 изображает один пример размещенной поверх кромки токопроводящей шины на оптически прозрачной подложке (310) (например, стеклянной). Подложка 310 имеет первую основную поверхность 310А с оптически прозрачной и электрически проводящей пленкой (312) на ней (например, OTE), и вторую основную поверхность (например, противолежащую или заднюю поверхность) (310В), и кромку (310Е) между первой и второй основными поверхностями. Один подход к созданию токопроводящей шины, протяженной до второй основной поверхности 310В подложки 310, состоит в применении гибкой проводящей планки с проводящим адгезивом, которая свернута поверх кромки 310Е подложки 310, будучи присоединенной как к функциональной стороне 310В, на которой находится OTE 312 на одной стороне, так и к нефункциональной стороне 310А подложки 310.

[0215] Еще один путь получения протяженной поверх кромки токопроводящей шины представляет собой погружение кромки 310Е подложки 310 в ванну 330, содержащую проводящую печатную краску 335. Краска 335 смачивает кромку 310Е и создает электрически проводящую планку на функциональной поверхности 310А непосредственно на OTE 312 и на нефункциональной поверхности 310В подложки 310, а также покрывает кромку 310Е подложки 310, и тем самым электрически соединяет OTE на функциональной 310А и нефункциональной 310В поверхностях подложки 310. Краска 335 обычно должна быть высушена и/или подвергнута обжигу. Одним примером такой краски является соединение CN33-805 Ag производства фирмы Ferro Corporation, которую обжигают при температуре около 500ºС.

[0216] После того, как токопроводящую шину протягивают поверх кромки 310Е, часть шины 314 на не содержащей OTE стороне подложки 310 может быть использована для электрического соединения. Один вариант (не иллюстрирован) представляет собой многочисленные проволоки, припаянные во многих местах вдоль периметра токопроводящей шины 314 на задней стороне 310В подложки 310. Еще одним вариантом является присоединение единственного электрически проводящего элемента, такого как планка 318 с высокой электропроводностью (например, медная), по существу ко всей длине токопроводящей шины 314 вдоль периметра. Высокая проводимость такой планки 318 распределяет электрический потенциал с весьма незначительным потерями вокруг периметра. Поэтому было бы достаточным сокращенное число внешних проводных соединений для создания устройства с приемлемым качеством распределения электрического потенциала, и предпочтительно было бы достаточным только одно проводное соединение. Сокращенное число электрических соединений обеспечивает снижение затрат на изготовление, повышение надежности, и упрощает обращение с устройством.

[0217] Более высокая проводимость планки 318 по сравнению с проводимостью протянутой поверх кромки токопроводящей шиной обеспечивается толщиной планки 318 и собственной высокой электрической проводимостью материала, выбранного для планки 318. Для достижения высокой проводимости и минимизации омических потерь толщина планки 318 может быть большей, чем толщина EC-композиции или слоя, размещенного между электродами или подложками в конкретном EC-устройстве. В таком случае особенно благоприятна подача электрического тока на заднюю сторону сборного узла, поскольку было бы ограниченным доступное пространство между подложками. Поэтому в одном аспекте настоящего изобретения электрохромное устройство может включать оптически прозрачную подложку, имеющую протяженную поверх кромки токопроводящую шину. Такое устройство может включать еще одну оптически прозрачную подложку (с токопроводящей шиной или без нее) и электрохромный слой между подложками, причем электрохромный слой имеет толщину, и второй проводящий элемент имеет толщину, которая является большей, чем толщина электрохромного слоя.

[0218] В некоторых вариантах применения EC-композиция или слой, размещенный между электродами или подложками в конкретном EC-устройстве, может иметь толщину больше, чем около 50 микрон (мкм), например, более, чем около 100, 150, 200, 250, 300, 500, 700 микрон (мкм), или даже больше, чем около 1 мм, например, более, чем около 2 мм, 3 мм, 4 мм, и т.д, и значения между ними. В других вариантах исполнения EC-композиция или слой может иметь толщину не более, чем около 10 мм, или менее, чем около 8 мм, и менее 5 мм. Второй электрически проводящий элемент может иметь бóльшую толщину, чем EC-композиция или слой, размещенный между электродами или подложками в конкретном EC-устройстве.

[0219] Подсоединение между планкой 318 и токопроводящй шиной 314 имеет электрический контакт между проводящей планкой 318 и токопроводящй шиной 314, например, с использованием электрически проводящей ленты 316.

[0220] В альтернативном варианте, планка 318 может быть присоединена к задней стороне 310В подложки 310 перед (не иллюстрировано) формированием протяженной поверх кромки токопроводящей шины 314. В этом случае планку 318 присоединяют к подложке 310 с использованием подходящего связующего адгезива или иным способом для связывания планки с подложкой. Затем подложку подвергают обработке в такой же последовательности погружения/обжига, как в предыдущей последовательности, и в результате этого получают электрически проводящую планку от задней стороны 310В до передней 310А, вместе с имеющим низкое сопротивление распределительным мостиком в форме планки на задней стороне.

[0221] Как только сформирована протяженная поверх кромки токопроводящая шина 314 (либо с дополнительной планкой, имеющей высокую проводимость, или без нее), желательно изолировать токопроводящую шину для защиты от коррозии и для повышения надежности EC-устройства. Изоляция токопроводящей шины может быть достигнута окунанием кромки 310Е подложки в ванну 350, которая содержит раствор изоляционного материала 355, с образованием покрытия изоляционного материала вокруг токопроводящей шины и любой присоединенной к ней высокопроводящей планки. После окунания на надлежащую глубину в ванну покрытие может быть отверждено путем химической обработки или высушено, или подвергнуто воздействию УФ-излучения или термической обработке, с образованием изоляционного слоя 322. Такая изоляция может быть нанесена поверх паяных соединений, если такие сформированы перед нанесением покрытия. В альтернативном варианте, паяные соединения могут быть изолированы в отдельной стадии нанесением на них покрытия из подходящего изоляционного материала.

[0222] ФИГ. 4 изображает альтернативный пример токопроводящей шины. В зависимости от конкретного варианта применения, для которого используют EC-устройство, может быть предпочтительным придание надлежащей формы кромке подложки, например, стеклянной кромке, чтобы минимизировать механическое напряжение, предотвратить обазование трещины и обеспечить безопасность обращения с ним. В дополнение, если в сборный узел введены протяженные поверх кромки токопроводящие шины, форма кромки подложки предпочтительно является гладкой, без острых углов и разрывов, которые в противном случае могли бы нарушать электрическую проводимость токопроводящей шины поверх кромки подложки. Кромке подложки предпочтительно придают форму во избежание углов. Такое формообразование кромки является обычным в стекольной промышленности, и обычно называется «оконтуриванием». Полученный профиль кромки может быть скругленным или эллиптическим, или с любой другой формой, которая обеспечивает отсутствие резкого перехода от одной основной поверхности подложки в другоей основной поверхности подложки.

[0223] Такое формообразование кромки также благоприятно для последующей герметизации кромки в готовом сборном узле. Герметизирующие соединения имеют превосходное связывание с гладкими, скругленными поверхностями, если сравнивать с острыми необработанными кромками. Подобный способ, использованный для получения токопроводящих шин 314 в ФИГ. 3, также может быть применен для получения токопроводящей шины на гладкой, со скругленной формой кромке. В качестве одного примера, ФИГ. 4 иллюстрирует протяженную поверх кромки токопроводящую шину 414 на оптически прозрачной подложке 410, имеющей первую основную поверхность 410А с оптически прозрачной и электрически проводящей пленкой на ней (412) (например, OTE), и вторую основную поверхность (например, противолежащую, или заднюю, поверхность) (410В), и кромку (410Е) между первой и второй основными поверхностями, в которой кромка 410Е имеет гладкую, округлую форму, которая может быть образована оконтуриванием. Описанные выше токопроводящие шины могут быть предусмотрены в любых из электрохромных устройств согласно настоящему изобретению.

[0224] Электрохромные устройства согласно настоящему изобретению могут включать уплотнительную систему для минимизации вредной деградации устройства. Компоненты электрохромной композиции или слоя могут быть чувствительными к различным факторам, которые могут оказывать губительное влияние на их работу. Для сокращения или устранения таких вредных эффектов могут быть предусмотрены различные барьеры. Барьеры, которые обычно размещены вокруг периметра сборного узла, называются «кромочными уплотнениями». Такие кромочные уплотнения предотвращают попадание вредных агентов через кромку, а также удерживают EC-устройство или слой внутри предварительно определенного объема. Еще один тип возможного барьера представляет собой защитный слой, размещенный на плоскости сборного узла. Такие барьерные слои создают защиту от факторов, воздействующих по направлению, в основном перпендикулярному к плоскости EC-устройства. Имеется ряд функций, которые исполняются барьерами, и могут присутствовать многочисленные барьеры, которые исполняют различные или избыточные функции.

[0225] В дополнение, электрохромные устройства могут включать уплотнительные системы, которые минимизируют вредные воздействия на уплотнение с использованием пассивирующего слоя, размещенного между электродом и уплотнительным элементом. Конструкция может быть собрана так, что пассивирующий слой непосредственно контактирует с электродом, уплотнительным элементом и электрохромной композицией. Один пример уплотнительной конфигурации согласно такому варианту исполнения иллюстрирован в ФИГ. 5А. В этой фигуре уплотнительный элемент 520 (например, первичная кромка) размещен между первой оптически прозрачной подложкой 510а с первым электродом 512а на его поверхности и второй оптически прозрачной подложкой 510b. Для этого примера вторая оптически прозрачная подложка 510b имеет второй электрод (например, OTE) (512b) на ней. Как первая, так и вторая подложки могут быть из оптически прозрачного стекла. Уплотнительная конструкция для этого примера также включает токопроводящие шины 514а и 514b непосредственно на первом и втором электродах 512а и 512b, соответственно, и в электрическом контакте с ними, и уплотнительный элемент 520 контактирует с токопроводящими шинами 514а и 514b.

[0226] Уплотнительный элемент 520 представляет собой барьер, который содержит электрохромную композицию (ECC) 521, предотвращающий ее растекание или утечку наружу намеченного объема, определенного, по меньшей мере частично, первой и второй подложками. Поскольку это уплотнение находится в непосредственном контакте с ECC 521, оно должно быть химически инертным в отношении ECC 521, поскольку в противном случае реакции между ECC 521 и уплотнением 520 будут повреждать уплотнение и/или отравлять ECC 521 - причем оба фактора вредны для работы устройства и долговременной стабильности. Как показано для этого примера, это уплотнение также защищает токопроводящие шины 514а и 514b от контакта с ECC.

[0227] Материалы, пригодные для применения в уплотнительном элементе, таком как первичное уплотнение кромки, включают, без ограничения, эластомеры, такие как фторполимеры (например, Viton от фирмы DuPont, различные продукты на основе политрифторхлорэтилена (PCTFE), политетрафторэтилена (PTFE), перфторалкоксида (PFA), и другие фторполимеры), силиконы (например, CV-1142 от фирмы Nusil), акриловые соединения (например, LP4115 от фирмы Delo Industrial Adhesives), и т.д., и/или эпоксиды (например, LP655 от фирмы Delo Industrial Adhesives, или Loctite 1C от фирмы Henkel) и/или прочие соединения. В дополнение, для первичных уплотнений кромки могут быть использованы термопласты. Например, могут быть применены продукты фирмы 3M Hot Melt 3789, Hot Melt 3779 или 3797.

[0228] Уплотнительный элемент, изображенный в ФИГ. 5А, в то же время создает контакт с первым электродм (512а) и электрохромной композицией (521) в определенном местоположении. Поэтому существует линия вдоль периметра, где возникает тройной контакт всех трех компонентов - уплотнения, OTE и ECC - идентифицрованных в ФИГ.5А как зона 530 тройного контакта. Такая зона тройного контакта может быть нежелательна вследствие потенциальных коррозионных эффектов, в особенности в присутствии электрического тока и электрохимических реакций. Один путь избежать потенциально нежелательной коррозии представляет собой устранение тройного контакта среди уплотнения, OTE и ECC (530).

[0229] В одном аспекте настоящего изобретения пассивирующий слой может быть размещен на первом и/или втором электродах и между уплотнительным элементом. Пассивирующий слой может быть сконфигурирован для непосредственного контакта электрод(-дов), уплотнительного элемента и электрохромной композиции, и тем самым предотвращает тройной контакт между уплотнением, электродом и электрохромной композицией.

[0230] ФИГ. 5 иллюстрирует пассивирующий слой, который может предотвращать одновременный контакт уплотнительного элемента в любом одном местоположении с электродом и электрохромным слоем. В ФИГ. 5В уплотнительный элемент 550 (например, первичный кромочный) размещен между первой оптически прозрачной подложкой 510а с первым электродом 512а на его поверхности (например, OTE) и второй оптически прозрачной подложкой 510b. Для этого примера вторая оптически прозрачная подложка 510b имеет второй электрод (например, OTE) (512b) на ней. В дополнение, первый пассивирующий слой 540а размещен между первым электродом (512а) и уплотнительным элементом (550), и второй пассивирующий слой 540b размещен между вторым электродом (512b) и уплотнительным элементом (550). В такой конфигурации первый пассивирующий слой (540а) непосредственно контактирует с первым электродом (512а), уплотнительным элементом (550) и электрохромной композицией (521), и, как показано в примере ФИГ. 5В, второй пассивирующий слой (540b) непосредственно контактирует со вторым электродом (512b), уплотнительным элементом (550) и электрохромной композицией (521). Пассивирующие слои, показанные в ФИГ. 5В, тем самым предохраняют уплотнительный элемент (550) от одновременного контакта в любом одном местоположении с электродом (512а или 512b) и электрохромной композицией (521).

[0231] Вместо уплотнения, образующего тройной контакт между уплотнением, электродом(-ами) и электрохромной композицией, пассивирующий слой может образовывать тройной контакт, то есть, пассивирующий слой одновременно контактирует с электродом(-ами) и электрохромным слоем (560). Однако, поскольку пассивирующий слой не исполняет функцию электрода в EC-устройстве, пассивирующий слой может быть сформирован из материалов, отличающихся от электродов, и предпочтительно из материалов, которые более устойчивы к коррозии, или которые могут вызывать нежелательные реакции. Поэтому пассивирующий слой должен быть инертным в отношении возможной коррозии в зоне (560) тройного контакта. Например, пассивирующий слой может включать неорганический слой, такой как слой на основе оксида кремния, например, SiO₂.

[0232] Кроме того, как показано в ФИГ. 5В, пассивирующие слои 540а и 540b могут быть протяженными поверх токопроводящих шин 514а и 514b, соответственно, например, токопроводящие шины могут включать электрически проводящие планки в непосредственном и электрическом контакте с первым и вторым электродами, соответственно. Пассивирующий слой необязательно должен быть протяженным поверх токопроводящей шины. Однако преимущество протяженности пассивирующего слоя поверх токопроводящей шины состоит в дополнительной изоляции токопроводящей шины. Такая структура может быть достигнута добавлением, таким как осаждением, пассивирующего слоя после того, как в ходе изготовления сформирована токопроводящая шина.

[0233] Пассивирующие слои могут быть осаждены вдоль периметра подложки, как изображено в ФИГ. 5В. Пассивирующие слои 540а и 540b могут быть сформированы на кромке подложки и быть протяженными отдаленно от кромки в сторону центра подложки вдоль поверхности электродов на более длинное расстояние, чем местоположение уплотнительного элемента.

[0234] Еще одна функция уплотнительного элемента, такого как кромочное уплотнение, состоит в создании механического соединения между подложками. Если эта функция исполняется посредством дополнительного (вторичного) уплотнения, отличного от первичного уплотнения, тогда такое вторичное уплотнение обеспечивает снижение напряжения, минимизирующее механические напряжения на первичном уплотнении. Такая конструкция обеспечивает повышенную эксплуатационную надежность первичного уплотнения, и, следовательно, всего EC-устройства. Кромочное уплотнение, которое исполняет механическую функцию, желательно является достаточно прочным и гибким, чтобы выдерживать различные механические нагрузки, такие как: сдвиговые нагрузки, обусловленные потенциальным асимметричным расширением/сокращением подложек с температурой; деформацию или напряжение по направлению поперечной плоскости, возникающих при монтаже и во время работы; ударами и вибрацией во время транспортирования и монтажа, или встраивания в другие элементы системы; и любого другого механического напряжения, вызванного работой устройства. Поэтому электрохромные устройства согласно настоящему изобретению могут включать вторичное уплотнение между первой оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой, и/или вокруг по меньшей мере части периметра первой и второй подложек. Такое вторичное уплотнение не было бы в контакте с электрохромной композицией или слоем между подложками устройства.

[0235] Доступ веществ в объем устройства, содержащего ECC, мог бы иметь результатом деградацию устройства вследствие необратимых химических или электрохимических побочных реакций. Работа при повышенной влажности и/или температуре стимулирует такую деградацию. Первичное уплотнение кромки само по себе может быть неспособным защитить ECC от коррозионно-активных веществ. Поэтому желательно защищать устройство от газов и паров окружающей среды посредством применения дополнительных, вторичных уплотнений.

[0236] Один пример материала вторичного уплотнения составляет полисульфидный герметик для стеклопакетов, например, продукты N400G15 или N4005GL от фирмы CR Laurence.

[0237] Для работы устройства может быть опасной вода. Одна функция вторичного материала состоит в устранении возможности проникновения воды в устройство. Доступ воды (определяемый скоростью проникновения водяного пара, WVTR) обычно измеряют в единицах грамм/метр²/день (то есть, г/м²/день). Как правило, OLED-устройства (органические светодиоды) нуждаются в величине WVTR в диапазоне 10^-6-10^-5 г/м²/день. Требования в отношении взрывоопасности (ОПВ) обусловливают диапазон 10^-4-10^-3 г/м²/день. Требование к органическим ECC составляет значение между этими диапазонами, приблизительно 10^-5-10^-4 г/м²/день.

[0238] Подобно чувствительности к водяному пару, ECC чувствительны к кислороду. Как правило, скорости переноса кислорода, OTR, барьеров хорошо коррелируют с WVTR. Во многих случаях барьер с приемлемым значением WVTR также имеет приемлемую величину OTR.

[0239] В дополнение к химическим вариациям, уплотнительные материалы различаются по типу технологии изготовления. Одним путем создания уплотнения на месте является осаждение гранулированного уплотнительного материала вдоль периметра устройства, причем такие гранулы создают валики, закупоривающие промежутки между подложками, и создают барьер для доступа нежелательных веществ в плоскости устройства. Затем валики дополнительно отверждают в результате химической реакции со специальным отвердителем, под действием влаги, температуры, УФ-излучения, или некоторых комбинаций этих факторов.

[0240] Альтернативным путем создания уплотнительного элемента является формирование автономной прокладки, отдельной от EC-устройства, и затем добавление ее к EC-устройству. Такая прокладка может представлять собой, например, шнур, выполненный из подходящего материала, такого как Viton. Такой шнур будет нанесен вокруг периметра собранного EC-устройства и закреплен на месте подходящим адгезивом, или может быть самоклеящимся. Выбор между сформированным на месте уплотнительным элементом и автономным уплотнительным элементом посредством прокладки обусловлен геометрическими параметрами и условиями изготовления. С геометрической точки зрения, одним фактором является толщина EC-устройства, и, следовательно, ширина зазора, который необходимо загерметизировать. Маленькие зазоры, например, 1 мм или менее, более предпочтительно уплотняют валиками, которые формируют на месте. Для более крупных зазоров может быть предпочтительным подход с автономной прокладкой.

[0241] В дополнение к защите EC-устройства согласно настоящему изобретению от поступления через кромки вредных веществ, должны быть приняты дополнительные меры для защиты EC-устройства от факторов, которые действуют по направлению плоскости поперечного сечения. Для создания защиты могут быть применены различные барьерные слои. Индивидуальные барьеры могут исполнять только одну функцию (например, защиту от проникновения кислорода), или же они могут быть эффективными против многих факторов (например, совокупные защиты от водяного пара и УФ-излучения).

[0242] Чувствительность EC-слоя к кислороду и воде обсуждалась здесь в разных местах в контексте уплотнения кромок. Если обе подложки сформированы из стекла, тогда практически исключено проникновение кислорода и водяного пара через такие подложки, так что нет необходимости в дополнительной защите. Однако, если подложки сформированы из пластмассы, например, PET-пленки, тогда задача защиты в плоскости поперечного сечения становится актуальной. Некоторые полимерные подложки могут иметь плохие барьерные характеристики против как кислорода, так и водяного пара, и поэтому, если не осуществлены дополнительные защитные действия, происходила бы деградация EC-устройства. В этом случае должны быть добавлены один или более барьерные слои для снижения поглощения кислорода и водяного пара. Например, барьер против газа/пара может быть сформирован из тонкого гибкого стекла. Еще одним вариантом являются многослойные барьерные покрытия, разработанные для потребностей отраслей промышленности, производящих OLED и OPV (фотогальванические устройства), например, пакет металлоксидных слоев производства фирмы Vitriflex, или пакет чередующихся органических/неорганических слоев, разработанных фирмами Vitex и 3M.

[0243] На EC-устройство может оказывать сильное воздействие УФ-излучение, которое может вызывать как отклонения в химических/электрохимических процессах, так и фотодеградацию. Существуют многообразные пути блокирования УФ-излучения. Один путь сделать это состоит в применении EC-устройства как части сборного узла из многочисленных стеклянных панелей. Наружная(-ные) панель(-ли) из стекла обеспечивает(-ют) фильтрацию УФ-излучения так, что оставшаяся часть спектра, которая достигает EC-слоя, не содержит УФ-компонент.

[0244] Альтернативный вариант подавления УФ-излучения состоит в применении УФ-блокирующих пленок, которые присоединены к стеклу (или другоей подложке) адгезивными слоями. Еще один путь заключается в осаждении УФ-блокирующих слоев на подложку подходящим способом осаждения, например, распылительным осаждением, нанесением покрытия через щелевое сопло, вакуумным осаждениенм, выращиванием из растворитела, или любым другим промышленным стандартным способом.

[0245] Как было обсуждено в разделе о химических барьерах, уплотнительные элементы могут иметь двойную функциональность химических и оптических барьеров. Например, некоторые из материалов уплотнительных элементов из LP-серии (электролитических конденсаторов) производства фирмы DELO Industrial Adhesives предотвращают проникновение как водяного пара, так и УФ-излучения.

[0246] В альтернативном варианте, УФ-блокирующие добавки могут быть введены непосредственно в ECC, например, циннаматы, которые действуют как эффективные поглотители коротковолнового УФ-излучения (UVB).

[0247] В альтернативном варианте, для сплавления ECC с дополнительными стеклянными слоями могут быть использованы ламинированные слои с УФ-блокирующими добавками. Например, поливинилбутираль, PVB, сейчас представляет собой наиболее распространенный ламинированный промежуточный слой в стекольной промышленности. УФ-блокирующие добавки часто составляют часть композиции PVB-пленки. Например, печатный материал о продукте фирмы Kuraray (изготовителя PVB) указывает: «Стандартное оконное стекло непроницаемо для УФ-излучения с длиной волны ниже 320 нм. PVB-пленки между стеклянными пластинами еще больше отфильтровывает УФ-излучение. Материал Trosifol® UV Extra Protect представляет собой PVB-пленку, которая полностью блокирует падающее УФ-излучение».

[0248] В дополнение, в определенных вариантах применения должно быть ослаблено или предотвращено проникновение через ECC инфракрасного (IR, ИК) излучения, чтобы снизить тепловую нагрузку, обусловленную поглощением ИК-излучения материалом. Так, в местах с теплым климатом ИК-излучение предпочтительно отводят от попадания в строения для улучшения эффективности использования энергии в помещениях. Кроме того, ИК-излучение может ухудшать эксплуатационный температурный режим EC-устройства, будучи поглощенным глубокоокрашенным EC-слоем. Работа при повышенной температуре может влиять на электрохимическое/химическое поведение, и тем самым сокращать срок службы EC-устройства, и поэтому выделение тепла внутри него должно быть сведено к минимуму.

[0249] В строениях пропускание ИК-излучения обычно регулируют с использованием специальных слоев, нанесенных на стеклянные подложки, общеизвестные как энергосберегающие (low-e) слои (low-e-стекло). low-e-Покрытия, когда нанесены на самую наружную пластину многослойного стеклопакета, отражают ИК-излучение в ближней области (NIR) и длинноволновое ИК-излучение, и минимизируют тепловую нагрузку на строение в теплом климате. Такие же покрытия минимизируют количество ИК-излучения, которое достигает EC-слоя, и поэтому они снижают температуру EC-устройства.

[0250] Альтернативой применению low-e-стекла в качестве механизма контроля ИК-излучения является сконфигурирование OTE в электрохромных индикаторах (ECD) на исполнение подобной функции. Некоторые OTE выполнены как пакеты чередующихся прозрачных проводящих оксидов и металлов или металлических сплавов. Примеры таких OTE включают ITO-металл-ITO-пленок, производимых фирмой Sheldahl Corp., или пленок «ITO-серебряный сплав» производства фирмы TDK. Поскольку такие OTE содержат тонкий слой из металлов (обычно серебра или золота), они могут действовать как ИК-отражатели. Поэтому, когда такие OTE используют в пакете EC-устройства, они могли бы исполнять двойственную функцию OTE и low-e-элемента в конструкции. Поэтому в одном аспекте настоящего изобретения электрохромное устройство может включать и OTE, сконфигурированное для отражения, по меньшей мере частичного, ИК-излучения.

[0251] EC-устройство согласно настоящему изобретению может включать один или более пластмассовые слои в форме пленки или толстого элемента. Такие слои могут быть изготовлены отдельно и затем добавлены к устройству, например, в виде пленки, смотанной с несущего рулона и присоединенной клеем, или при нагревании, или спрессовыванием, или их комбинацией. В альтернативном варианте, слой может быть сформирован на месте подходящими способами осаждения и отверждения. Такие пластмассовые слои могут исполнять одну или более барьерные функции, например, сочетание функции фильтрации света и блокирования газа.

[0252] Полимерные промежуточные слои в многослойном стекле представляют собой обычную меру обеспечения безопасности, которая предотвращает выпадение/разлетание осколков разбитого стекла. На самом деле такие осколки остаются приклеенными к промежуточному слою. Дополнительное преимущество промежуточного слоя состоит в акустической изоляции - звуковые волны рассеиваются на поверхности раздела стекла/промежуточного слоя и внутри самого промежуточного слоя. EC-слой на гелевой основе имеет характеристики функции безопасности и акустической изоляции подобно стандартным промежуточным не содержащим EC слоям. Если полимер стандартного промежуточного слоя, PVB или EVA, включен в матрицу из EC-геля, тогда функция безопасности легко осуществляется. Однако в отношении требований к безопасности могут эффективно действовать и другие полимеры.

[0253] Чтобы устранить запотевание и обеспечить противообледенение с использованием OTE применяют переменный ток (AC) с более высокой частотой, чем константа времени диффузии, в отличие от постоянного тока (DC), для предотвращения электрохимической реакции (или DC для стекла с OTE на обеих сторонах).

[0254] СБОРКА

[0255] Для получения компонентов устройства и для объединения их вместе могут быть использованы разнообразные технологии и способы, чтобы обеспечить получение прочной и экономичной конструкции. Поскольку эти устройства весьма похожи на многослойное стекло (хотя с промежуточным слоем, который имеет функцию регулирования света), способы сборки подобны способам, используемым в производящей многослойное стекло промышленности.

[0256] ОТЛИВКА НА МЕСТЕ

[0257] Один путь встраивания ECC в EC-устройство состоит в размещении EC-композиции в предварительно сформированном объеме между двумя оптически прозрачными подложками, имеющими электроды на них, с последующим отверждением композиции. Способ предпочтителен с оптически прозрачными подложками, которые не являются гибкими, но этим не ограничивается. Этот способ подобен подходу, используемому для создания отлитого на месте жидкостного наслоения на стекле, например, с использованием смолы Uvekol от фирмы Allnex (с использованием УФ-отверждаемого полимера) или Polylam от фирмы Glasslam (с использованием термического отверждения). Более конкретно, такой подход может включать следующие стадии: (i) промывание обеих подложек для удаления загрязнений. (ii) Необязательно, обработка одной или обеих подложек для активации их поверхностей. Активация в этом контексте означает улучшение смачиваемости ECC. Активация может быть выполнена плазменной обработкой (с использованием атмосферной плазмы или плазмы инертного газа), подверганием подложки или электрода на ней коронному разряду, или любым другим подходящим способом. (iii) Введение EC-композиции, включающей образующие полимер компоненты, такие как мономер(-ры) и инициатор(-ры), в предварительно сформированный объем между двумя подложками, для размещения EC-композиции между подложками. (iv) Отверждение EC-композиции в предварительно сформированном объеме между двумя подложками.

[0258] ФИГ. 6 иллюстрирует способ сборки EC-устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. В таком способе первую оптически прозрачную подложку (612), например, нижнюю подложку, создают размещением проставки/барьера 614 по существу вокруг периметра подложки 612 на ее поверхности 613. Первая оптически прозрачная подложка может включать OTE (не показан из соображений удобства иллюстрирования) на поверхности 613. Проставка 614 может иметь подходящую конструкцию, например, прокладки, которая может быть надежно приклеена к подложке 612 для предотвращения утечки ECC, нанесенной на подложку 612. Толщина проставки будет определять толщину EC-слоя, сформированного на подложке 612. Проставка 614 может быть смотана с рулона, добавлена в виде лент или как рамка. Проставка 614 имеет толщину, обычно между, например, 0,1 и 2 мм, такую как, например, между 0,25 и 0,75 мм. Может быть использована проставка 614 с другими толщинами в зависимости от желательной толщины EC-слоя в желательном варианте применения.

[0259] Тогда вторую оптически прозрачную подложку (616), например, верхнюю подложку, размещают на проставке 614 и нижней подложке 612, и создают связь между верхней подложкой 616 и проставкой 614. Вторая оптически прозрачная подложка может включать OTE (не показан из соображений удобства иллюстрирования) на поверхности (615) подложки, обращенной к первой оптически прозрачной подложке. Будучи собранными, подложки 612/616 образуют полость (620), в которой может быть размещена EC-композиция. Для этого конкретного способа сборки EC распорная прокладка 614 должна включать по меньшей мере одно отверстие, используемое как заливочный канал 618. Это отверстие может быть закупорено позже, после введения EC-композиции. Распорная прокладка 614 может дополнительно включать по меньшей мере одно второе отверстие (не показано) для выпуска газа из полости, которое содействует минимизации и предотвращению захватывания газовых пузырьков в EC-композицию. Перед введением EC-композиции полость необязательно может быть продута и/или заполнена инертным газом для предотвращения чрезмерного воздействия воздуха на EC-композицию.

[0260] В некоторых вариантах исполнения подложки 612/616 и проставку 614 сборного узла наклоняют на угол от более 0 до 90 градусов во время заполнения полости в ECC, чтобы содействовать течению ECC в полость. Конкретный оптимальный угол зависит от комбинации факторов, включающих вязкость ECC, смачиваемость поверхности и удобство обращения с деталью.

[0261] Затем заливное сопло 624 вставляют в заливочный канал 618 и соединяют с источником подачи ECC (не показан). Затем заполняют полость дозированием ECC в нее через сопло 624. Могут быть применены различные механизмы дозирования, которые являются обычными в промышленности, например, Sealant Supply System фирмы Graco. Необходимо соблюдать осторожность во избежание чрезмерного гидростатического давления, которое могло бы приводить к выпучиванию центральной части полости и, следовательно, неравномерной толщине слоя.

[0262] Заливочный канал 618 и необязательное вентиляционное отверстие затем закупоривают для герметизации ECC между верхней и нижней подложками. Если была наклонена, сборная конструкция затем может быть переведена в горизонтальное положение. В альтернативном варианте, сборная конструкция может оставаться наклоненной. Затем EC-композицию в полости отверждают подходящим способом (например, со временем, термическим воздействием, УФ-облучением, или их комбинацией). Этим путем может быть сформирован электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачной подложкой. Подложки также могут включать электрод(-ды), токопроводящую(-ие) шину(-ны), пассивирующий(-ие) слой(слои), и т.д., как это описано в других местах.

[0263] Один признак подхода отливки на месте состоит в заполнении объема полости, образованной двумя подложками и проставкой. В альтернативном варианте, ECC может быть размещена на первой оптически прозрачной подложке (с OTE на ее поверхности или без него), например, ECC может быть дозирована на едиственную (нижнюю) подложку, с последующим размещением второй оптически прозрачной подложки (с OTE на ее поверхности или без него) на ECC, находящейся на первой подложке. Как описано выше со ссылкой на ФИГ. 6, проставка/барьер может быть размещен по существу вокруг периметра первой оптически прозрачной подложки, определяя толщину между первой и второй подложками в собранном состоянии. Такой проставка/барьер может быть приклеен к обеим из первой и второй подложек, и может предотвращать утечку ECC между подложками в их собранном состоянии. До, после или во время размещения второй оптически прозрачной подложки на ECC, находящейся на первой подложке, EC-композиция может быть отверждена подходящим способом (например, со временем, термическим воздействием, УФ-облучением, или их комбинацией). Этим путем может быть сформирован электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачной подложкой. Подложки также могут включать электрод(-ды), токопроводящую(-ие) шину(-ны), пассивирующий(-ие) слой(слои), и т.д., как это описано в других местах.

[0264] Для размещения электрохромной композиции на первой оптически прозрачной подложке (с OTE на ее поверхности или без него) могут быть использованы различные способы. Один подход состоит в применении шелкового сетчатого трафарета в форме подложки. ECC может быть дозирована на подложку через отверстие в трафарете. Если ECC является достаточно вязкой и не течет, тогда она может оставаться на месте после удаления трафарета, и на ней размещают верхнюю подложку.

[0265] Альтернативным способом является применение локализованного распределения, такого как струйная печать или дозировочное сопло, которое точечно дозирует по площади нижней подложки, когда происходит дозирование ECC.

[0266] Еще одну альтернативу представляет применение ракеля или способа осаждения через щелевое сопло, что является обычным в применяющей осаждение промышленности. Трафарет, например, выполненный из нержавеющей стали, может быть использован для содействия такому осаждению и регулирования количества ECC, остающейся на поверхности.

[0267] Если ECC имеет низкую вязкость, и легко смачивает нижнюю подложку, тогда один способ осаждения может представлять собой заливание ее на нижнюю подложку. ФИГ. 7А иллюстрирует один способ дозирования ECC на оптически прозрачную подложку для изготовления EC-устройства. В этом случае отмеренное количество ECC 712 дозируют с использованием дозирующего сопла 712 на первую оптически прозрачную подложку 716 (с первым электродом на ее поверхности или без него), например, на нижнюю подложку. Подложка 716 может быть удержана в горизонтальном положении. ECC 712 течет, покрывая область на нижней подложке, которая ограничена перемычкой 714 или барьером, созданным областью 715 со сниженной смачиваемостью.

[0268] Перемычка 714 может быть размещена по существу вокруг периметра первой оптически прозрачной подложки, и предотвращает растекание EC-композиции, распределенной на подложке. Такая перемычка может быть образована подобно способам формирования проставки, описанным в разделе о способе «отливки на месте». В альтернативном варианте, перемычка может создана на месте из жидкого материала, который распределен вокруг периметра и сделан твердым/отвержден на месте в отдельной стадии. Материал перемычки может быть отвержден вполне достаточно для действия в качестве перемыки, например, для предотвращения растекания EC-композиции, дозированной на подложку. Он может все еще сохранять некоторую податливость так, что, когда вторую оптически прозрачную подложку (с OTE на ее поверхности или без него) размещают на распределенной ECC, материал перемычки прилипает ко второй подложке, например, к верхней подложке. Материал перемычки затем может быть отвержден с образованием более полного уплотнения между подложками.

[0269] Альтернативный способ удерживания дозированной ECC на первой подложке в пределах желательной области состоит в модифицировании периметра первой подложки. ФИГ. 7В изображает такую конструкцию. Как показано, периметр (715) первой подложки (716) может удерживать дозированную ECC (721) внутри желательной области. Периметр 715 может удерживать дозированную ECC, будучи модифицированным так, что он не смачивается EC-композицией. В этом случае нет приподнятой перемычки для удерживания ECC, но, скорее, действует различие в поверхностной энергии, которое исполняет эту функцию.

[0270] После дозирования желательного количества ECC вторая оптически прозрачная подложка (с первым электродом на ее поверхности или без него) может быть помещена на дозированную ECC с образованием электрохромной композиции, размещенной между первой и второй подложками. Этот сборный узел затем может быть подвергнут отверждению ECC между подложками. Тем самым может быть сформирован электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачной подложкой. Подложки также могут включать электрод(-ды), токопроводящую(-ие) шину(-ны), пассивирующий(-ие) слой(слои), и т.д., как это описано в других местах.

[0271] Еще один альтернативный способ формирования EC-слоя между оптически прозрачными подложками включает распределение электрохромной композиции, которая растекается, заполняя полость, определяемую первой и второй оптически прозрачной подложкой, и, необязательно, уплотнением между ними, стимулированием первоначально дозированной ECC на первой подложке для растекания поверх первой подложки. В одном аспекте настоящего изобретения электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачными подложками, может быть сформирован дозированием отмеренного количества электрохромной композиции, занимающей область на первой оптически прозрачной подложке, размещением второй оптически прозрачной подложки на электрохромной композиции, и побуждением электрохромной композиции растекаться поверх первой оптически прозрачной подложки с образованием электрохромного слоя, имеющего площадь, которая является значительно большей, чем площадь дозированной электрохромной композиции. Например, EC-слой может иметь площадь, которая является большей, чем площадь дозированной электрохромной композиции, на величину по меньшей мере 5%, например, на 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, и т.д. ФИГ. 8 иллюстрирует этот способ. Как изображено в ФИГ. 8, сопло 812 сконфигурировано для дозирования отмеренного количества EC-композиции (821) на первую оптически прозрачную подложку 816 (которая может иметь OTE на ее дозированной поверхности). На подложке 816 также может быть перемычка (не показана). В этом примере первоначально дозированная ECC 821 не покрывает всю площадь подложки 816. Вместо этого электрохромная композиция распределена в регулируемом виде для создания предварительно калиброванной формы 821Р, например, как показано изображением в виде сверху на ФИГ. 8. Распределенная форма имеет площадь, которая является значительно меньшей, чем результирующий EC-слой. Желательные степень покрытия и толщину полученного EC-слоя затем получают размешением второй оптически прозрачной подложки, например, верхней подложки (не показана) на дозированной EC-композиции в регулируемом режиме. Вес верхней подложки, и, необязательно, усилие, приложенное зажимами (или сила, приложенная еще одним образом) для стягивания верхней и нижней подложек, а также смачивание дозированной EC-композицией, и особенности формы, затем заставляют дозированную ECC растекаться равномерно между подложками, предпочтительно заполняя пространство и не оставляя пузырьков в полости, определяемой двумя подложками. Этим путем может быть сформирован электрохромный слой, имеющий площадь, которая является значительно большей, чем площадь дозированной электрохромной композиции. Подложки также могут включать электрод(-ды), токопроводящую(-ие) шину(-ны), пассивирующий(-ие) слой(слои), и т.д., как это описано в других местах.

[0272] Еще один альтернативный вариант создания EC-слоя состоит в изготовлении его в виде автономного предварительно сформированного слоя, например, предварительно сформированного EC-слоя. Предварительно сформированный EC-слой может быть в форме геля, который эффективно проявляет отсутствие текучести в стационарном состоянии при атмосферном давлении (1 атм, 0,1 МПа) и комнатной температуре (то есть, 20ºС). Такой предварительно сформированный EC-слой затем может быть объединен с другими компонентами с образованием EC-устройства. Предварительно сформированный EC-слой может быть получен с использованием технологии изготовления «с-рулона-на-рулон» (R2R), обычной для промышленности полимерных материалов. Предварительно сформированный EC-слой может быть объединен со стеклянными подложками в подходе, подобном современным промышленным стандартам изготовления многослойных стеклопакетов. Многослойное стекло обычно получают объединением двух листов стекла и промежуточного слоя в виде одного пакета. Промежуточные слои получают экструзией или другим подходящим способом. Пакет собирают из автономных компонентов и затем подвергают обработке при температуре и/или давлении для создания конструкционно единого сборного узла. Промежуточные слои, обычно используемые в стекольной промышленности, относятся к семейству поливинилбутиралей (PVB) или этиленвинилацетатов (EVA). EC-слои и EC-устройства согласно настоящему изобретению могут быть сформированы подобными путями с использованием предварительно сформированного EC-слоя.

[0273] Один вариант получения EC-преформы состоит в объединении EC-композиции вместе с полимером, обычно применяемым в качестве промежуточного слоя в стекле, например, PVB или EVA, создании по существу однородного материала, который сочетает свойства промежуточного слоя в стекле и EC-композиции. Преформа может быть получена экструзией или соэкструзией EC-композиции, включающей имеющую полимер матрицу и полимер, обычно использумый в качестве промежуточного слоя в стекле. Полимер промежуточного слоя в стекле затем может стать частью гелевой матрицы EC-слоя. Он может быть основным полимером матрицы, или может быть частью полимерной смеси, включающей матрицу.

[0274] Еще один альтернативный подход к созданию EC-слоя состоит в получении его как многослойной композитной преформы. Такой многослойный композит может быть получен соформованием (например, соэкструзией) EC-слоя и одного или более полимеров, таких как один или более полимеры промежуточного слоя, для получения композита, включающего EC-слой, размещенный на нижней пленке, и, необязательно, вторую пленку поверх предварительно сформованного EC-слоя, размещенного на дне. Вместо доведения многослойной преформы до однородного состояния во время формирования (например, экструзии), стадия гомогенизации может быть отсрочена до отдельной технологической стадии, такой, как после размещения многослойной преформы между оптически прозрачными подложками. В этом подходе поперечное сечение многослойной преформы будет иметь характерные области, различающиеся в отношении функции и по химическому составу, в зависимости от слоев композитной преформы. Например, будет наличествовать по меньшей мере одна область, ответственная за EC-функцию, и еще одна область может действовать как более или менее традиционный межслойный полимер, используемый в многослойном стекле. Преформа может иметь многослойную структуру, имеющую EC-слой с одним или более полимерными слоями на нем. Например, EC-слой может быть размещен между двумя промежуточными слоями. Преимущество этой конфигурации состоит в защите EC-слоя от влаги и кислорода в течение срока хранения и операции сборки.

[0275] Различающиеся между собой области многослойной EC-преформы могут быть по существу гомогенизированы во время процесса ламинирования, при воздействии температуры и/или давления. Например, если слой многослойной композитной EC-преформы представляет собой EVA-слой, тогда ламинирование проводят при температуре в вакууме, но дополнительное давление не прилагают (без применения автоклава или механического пресса).

[0276] Одним характерным признаком многослойной композитной EC-преформы является обеспечение защиты от кислорода и воды наружными областями (например, полимерными слоями) многослойной EC-преформы, которая может быть необходимой во время хранения и операции сборки, с последующей гомогенизацией во время процесса ламинирования.

[0277] R2R-осаждение на гибкую подложку с OTE. Еще один подход к получению EC-устройства состоит в осаждении EC-слоя в непрерывном режиме на гибкую подложку, которая имеет OTE, обращенный к осажденному EC-слою. Такое осаждение может быть выполнено с использованием R2R-оборудования, обычно применяемого в промышленности полимерных пленок. Осаждение может быть выполнено с использованием экструдера со щелевой фильерой, или любым другим подходящим способом литья из текучего состояния. Существуют многие пути создания готового EC-устройства с использованием такого R2R-способа, которые могут быть дифференцированы по структуре пленки, созданной в R2R-машине.

[0278] ФИГ. 9 схематически изображает осаждение EC-слоя в непрерывном режиме на оптически прозрачную подложку, которая имеет OTE, обращенный к осажденному EC-слою. Как изображено в ФИГ. 9, EC-слой 921 осаждают с использованием дозирующей головки 914 на первую оптически прозрачную подложку 912, имеющую OTE (не показан), обращенный к осажденному EC-слою. Подложка 912, имеющая OTE на ней, может представлять собой гибкую оптически прозрачную подложку в форме пленки. Подложку 912 продвигают посредством валиков 918а и 918b. Таким способом может быть в непрерывном режиме сформирован композит, включающий электрохромную композицию в виде слоя, размещенного на пленке. Этот способ также может быть использован для получения композита из электрохромной композиции в виде слоя, размещенного на пленке без OTE на пленке. Такой композит может быть использован как самостоятельный компонент при получении EC-устройства.

[0279] Композит, включающий EC-слой, размещенный на оптически прозрачной подложке, имеющей обращенный к осажденному EC-слою OTE, затем может быть использован для формирования слоя с переменным коэффициентом пропускания для EC-устройства. Со ссылкой на ФИГ. 10А, слой 10200А с переменным коэффициентом пропускания для EC-устройства может быть получен объединением двух оптически прозрачных подложек, имеющих OTE-слой и EC-слой. Как изображено в ФИГ. 10А, первая оптически прозрачная подложка 10100А, имеющая OTE-слой 10120А на ее поверхности и EC-слой 10210А на OTE-слое 10120А, может быть объединена со второй оптически прозрачной подложкой 10100В, имеющей OTE-слой 10120В на ее поверхности и EC-слой 10210В на OTE-слое 10120В. Первая и вторая подложки и слои на них могут быть объединены ламинированием, совместной прокаткой, и т.д. В этом случае подложки, OTE- и EC-слой являются одинаковыми и симметричными, и тем самым EC-слой 10210В сформированного слоя 10200А с переменным коэффициентом пропускания имеет толщину, которая составляет удвоенную толщину каждого EC-слоя 10210А на первой подложке, или толщину EC-слоя 10210В на второй подложке.

[0280] Еще одна возможность, как изображено в ФИГ. 10В, которая иллюстрирует конфигурацию слоя 10200В с переменным коэффициентом пропускания для EC-устройства. Такой слой с переменным коэффициентом пропускания может быть получен объединением первой оптически прозрачной подложки 10100, имеющей OTE-слой 10120 на ее поверхности и EC-слой 10210 на OTE-слое 1012, со второй оптически прозрачной подложкой 10300, имеющей OTE-слой 10320 на ней. Первая и вторая подложки и слои на них могут быть объединены ламинированием, совместной прокаткой, и т.д.

[0281] ФИГ. 10А и 10В изображают подложки, которые могут быть оптически прозрачными пленками, такими как гибкие пленки. Однако подложки могут быть жесткими подложками, такими как стекло. Еще одна дополнительная возможность формирования слоя с переменным коэффициентом пропускания, изображенного в ФИГ 10А, состоит в применении второй подложки, которая отличается от первой подложки, или второго OTE, который отличается от OTE первой подложки. Например, первая подложка может представлять собой полимерный материал, тогда как вторая подложка может быть иным полимерным материалом, или более толстым полимерным материалом, или стеклом. Такая конфигурация приводит к асимметричному EC-устройству, которое может быть предпочтительным для определенных вариантов применения.

[0282] Как описано выше, в определенных вариантах применения может быть полезным создание автономного EC-слоя в форме предварительно сформированного EC-слоя, как описано ранее. Такой предварительно сформированный EC-слой может быть получен, например, в форме рулона, размещенного в R2R-машине. Существуют определенные специфические соображения в том отношении, как нужно хранить предварительно сформированный EC-слой, обращаться с ним и встраитвать его в устройство.

[0283] Некоторые варианты ECC чувствительны к влаге и/или кислороду. Поэтому хранение и обращение должны происходить в предпочтительно свободных от влаги и воздуха средах. Один путь защитить EC-слой состоит в экструдировании его на защитную прокладку, например, такую как тонкая силицированная PET-пленка. Такая прокладка может служить как имеющая двойное назначение для создания барьера против влаги и газа и предотвращения налипания EC-слоя на самого себя, когда его наматывают на рулон. Затем рулоны могут быть помещены в герметично закупоренные мешки, которые по существу непроницаемы для воздуха и влаги. Мешки могут быть перед закупориванием продуты и заполнены инертным газом, например, аргоном. В альтернативном варианте, мешки могут быть вакуумированы и запечатаны.

[0284] В одном аспекте настоящего изобретения электрохромный слой, размещенный между первой оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой, может быть получен с использованием предварительно сформированного EC-слоя для изготовления EC-устройства. Во время сборки предварительно сформированный EC-слой на пленке, например, на прокладке, может быть смотан с рулона и размещен на первой оптически прозрачной подложке, которая может представлять собой стекло, толстый пластик или пленку. Клейкость предварительно сформированного EC-слоя может быть обеспечена начальной адгезией предварительно сформированного EC-слоя к подложке. Затем прокладка может быть удалена с предварительно сформированного EC-слоя. Затем вторая оптически прозрачная подложка может быть помещена на предварительно сформированный EC-слой, размещенный на первой подложке. Этим путем может быть сформирован электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачной подложкой. Подложки также могут включать электрод(-ды), токопроводящую(-ие) шину(-ны), пассивирующий(-ие) слой(слои), и т.д., как это описано в других местах. Сборный узел из предварительно сформированного EC-слоя и подложек затем может быть отвержден, если необходимо, любым или более способами из времени, температуры, давления, УФ-облучения, или другими химическими или физическими агентами. Конкретный вариант отверждения зависит от типа химической структуры используемого предварительно сформированного EC-слоя. Чтобы минимизировать воздействие на предварительно сформированный EC-слой воздуха во время операций сборки, предпочтительно проводит операции сборки в инертной атмосфере. Например, зона, где объединяют подложки с предварительно сформированным EC-слоем, может быть в условиях непрерывной продувки азотом (N₂) или Ar.

[0285] Типичная процедура сборки пакета из подложки/предварительно сформированного EC-слоя/подложки включает помещение предварительно сформированного EC-слоя на нижнюю оптически прозрачную подложку. Эта подложка уже может иметь OTE и одну или более токопроводящие шины на поверхности, обращенной к размещенному на ней предварительно сформированному EC-слою. Может быть более удобным, чтобы опорная поверхность предварительно сформированного EC-слоя была равной подложке или превышала ее. В этом случае, после добавления второй подложки в пакет краевой избыток предварительно сформированного EC-слоя может быть срезан вокруг периметра пакета. Полученная опорная поверхность предварительно сформированного EC-слоя должна покрывать по существу всю опорную поверхность подложки с OTE, в том числе токопроводящие шины. Кроме того, предпочтительно, чтобы токопроводящие шины были электрически изолированы от электрически проводящего предварительно сформированного EC-слоя. В противном случае, если токопроводящие шины не изолированы должным образом, существует потенциальная возможность короткого замыкания от токопроводящей шины через EC-слой и/или коррозии токопроводящей шины под действием EC-слоя, как обсуждается со ссылкой на ФИГ. 5А и 5В.

[0286] Электрохромные устройства, как известно, проявляют ореольный или диафрагменный эффект, при которых распределение окрашивания в пределах электрохромного слоя между электродами или слоем с переменным коэффициентом пропускания отклоняется от равномерного согласно определенному закону, в зависимости от расстояния от ближайшей точки соединения с внешней схемой. В случаях симметричного соединения центр EC-слоя устройства может иметь иное окрашивание или другую динамику просветления сравнительно с периферией EC-слоя, например, центральная область EC-слоя запаздывает с переходом из одного состояния светопропускания в другое состояние. Диафрагменный эффект обычно является более выраженным при большой площади EC-слоев вследствие более длинного среднего пути тока. Диафрагменный эффект нежелателен с точки зрения потребителя, и обычно изготовители стремятся минимизировать или устранять его.

[0287] Как предполагают, происхождение диафрагменного эффекта обусловлено боковым распределением потенциала поверхностного проводящего слоя, вызванным омическим падением напряжения вдоль пути тока. Скорости электрохимических реакций различаются в различных точках поверхности раздела между EC-слоем и электродами, будучи более высокими в зонах с более высокими потенциалами. Для распределения потенциала имеет значение геометрическая конфигурация соединения электрода с внешней схемой. Диафрагменный эффект является более выраженным при более интенсивных режимах работы. Наиболее интенсивный режим работы, который соответствует обеднению реагентов скоростьопределяющей поверхности раздела по всей площади, характеризуется параболическим (или близким к этому) распределением потенциала вследствие того, что плотность тока по всему слою с переменным коэффициентом пропускания является одинаковой. Это значит, что, если плотность тока является слишком высокой относительно поверхностной проводимости OTE, используемого в устройстве, разница в степени окрашивания между периферией и центром может достигать полного динамического диапазона EC-устройства. При промежуточных режимах работы диафрагменный эффект менее выражен вследствие более низких токов.

[0288] В одном аспекте настоящего изобретения одним путем уменьшения диафрагменного эффекта является применение слоя с переменным коэффициентом пропускания (VTL), имеющего анизотропные электрические свойства в боковом направлении. Такие анизотропные электрические свойства могут иметь результатом один или более электроды VTL, имеющие анизотропные электрические свойства в боковом направлении, и/или EC-слой, имеющий анизотропные электрические свойства в боковом направлении между первым и вторым электродами, определяющими VTL.

[0289] Например, один способ уменьшения диафрагменного эффекта состоит в пространственном модулировании поверхностного сопротивления одного или более электродов, например, OTE, в контакте с EC-композицией или слоем в VTL в EC-устройстве. Например, VTL может включать OTE, в котором OTE имеет пространственно неоднородное сопротивление так, что поверхностное сопротивление является более высоким вокруг периферии OTE и более низким в сторону центральной области OTE.

[0290] Еще один дополнительный путь сокращения диафрагменного эффекта состоит в пространственном модулировании удельного электрического сопротивления и/или концентрации электрохимически активного EC-материала в плоскости EC-слоя EC-устройства. ФИГ. 10С иллюстрирует такой EC-слой. Как показано в фигуре, EC-слой имеет электрические свойства, которые значительно различаются в различных областях слоя. В частности, EC-слой имеет центральную область 10110 с относительно более высоким удельным сопротивлением, чем периферийная область 10112. Такая анизотропия компенсирует повышение скоростей реакций в зонах высокого перенапряжения со сниженной активностью, вызванной низкими концентрациями реагентов. Более конкретно, если концентрация является более высокой в центральной области, чем вокруг периферии EC-слоя, тогда центральная область будет иметь иные кинетические характеристики более быстрых реакций, чем периферия. Регулированием концентрационного градиента между периферийными и центральными областями можно подавлять или устранять диафрагменный эффект. Такие градиенты концентрации в боковом направлении могут быть созданы изменением химического состава EC-слоя во время процесса распределения. В альтернативном варианте, могут быть применены многочисленные дозирующие сопла для распределения ECC с различными составами в различных областях подложки с образованием EC-слоя, имеющего зоны с различными концентрациями в боковом направлении. Пространственное модулирование удельного сопротивления и/или концентрации может быть выполнено поэтапно, с по меньшей мере двумя различными областями, имеющими более низкую проводимость ближе к периферии устройства и более высокую проводимость в сторону центра. В альтернативном варианте, такая вариация может быть осуществлена в форме постепенного изменения, с проводимостью, более или менее непрерывно возрастающей от периферии к центру.

[0291] Для такого способа, наиболее эффективного в долговременных операциях, может понадобиться минимизация боковой диффузии EC-материалов во избежание выравнивания концентраций и исчезновения способности подавлять диафрагменный эффект. Такая диффузия может происходить в жидкостной фазе EC-слоя в форме геля, через поры внутри полимерной матрицы. Один путь уменьшения или предотвращения боковой диффузии состоит в создании непористых боковых барьеров с матрицей. Диффузия все еще будет способна протекать по направлению, нормальному к плоскости подложек на одной из сторон EC-слоя; однако в зоне с более высокой и более низкой концентрацией EC-материалов не будет существенно предотвращено взаимное перемешивание. Этот подход может быть обобщен приданием гелю анизотропных диффузионных характеристик - наличием относительно беспрепятственной диффузии в нормальном направлении и подавленной диффузии в боковом направлении. В дополнение, анизотропный гель может иметь результатом усиленную общую диффузию в нормальном направлении, приводя к повышенной скорости переключения устройства.

[0292] Такая анизотропия может быть создана с использованием анизотропного процесса сборки, например, с использованием направленного давления, или приложением электростатического или магнитного поля во время отверждения EC-слоя между подложками, или комбинацией этих факторов, и формированием полимерной матрицы, которая ответственна за такие факторы.

[0293] Один другой способ, который может быть использован для подавления диафрагменного эффекта, заключается в применении так называемой слабоподдерживаемой матрицы, имеющей относительно низкую ионную проводимость. Эффект достигается тем, что скорости электрохимических реакций являются более зависимыми от ионной проводимости матрицы (которая является однородной в этом случае и независимой от напряжения), чем от поверхностного распределения потенциала. Поэтому скорости электрохимических реакций имеют отрицательную обратную связь благодаря эффекту Фрумкина: управляющее перенапряжение снижается с возрастанием концентрации продукта реакции при OHP. Недостатком этого способа является то, что значение PTR (реакции переноса протона) такого устройства может быть значительно более низким, чем для подобного устройства с сильноподдерживаемой матрицей.

[0294] Для уменьшения диафрагменного эффекта могут быть применены некоторые способы с использованием неоднородных OTE. Электроды могут быть изготовлены или обработаны (облучением, озоном/коронным разрядом, химикатом/раствором, термически, и т.д.) с образованием зон, имеющих различные величины поверхностного сопротивления, концентрации носителей заряда, работы выхода, подвижности носителей, и т.д. например, в отношении анода зоны с более высокой работой выхода проявляют кинетические характеристики более быстрых реакций, чем с более низкой работой выхода, если используются конкретные электрохромные материалы. Профилирование поверхностного сопротивления может сглаживать скачки переходного тока, но оказывает несущественное влияние на работу в стационарном состоянии.

[0295] Во многих случаях, когда применяют гелевый электролит, ограничение скорости ионного переноса поддерживают на электроде, который не является лимитирующим скорость, так, что распределение плотности тока на электроде согласуется с лимитирующим скорость электродом, более выраженным для более широких устройств. Это значит, что, если модификацию электрода рассматривают в общем случае, может быть достаточной модификация лимитирующего скорость электрода.

[0296] Для устройств Типов I-III лимитирующий скорость электрод может быть переключен вариацией свойств матрицы и/или концентраций электрохимически активных реагентов.

[0297] Еще один способ создания боковой анизотропии электрохимической реакции состоит в выгодном использовании мембранного сепаратора в устройстве Типа III. Когда проницаемость мембраны не является равномерной в пределах ее площади в EC-устройстве, тогда такая мембрана может обусловливать анизотропные процессы светопропускания. В областях, где мембрана имеет высокую проницаемость, процесс будет протекать быстрее (то есть, скорость переключения является более высокой), чем в областях с более низкой проницаемостью, причем все остальные параметры остаются одинаковыми. Этот эффект может быть использован для минимизации диафрагменного эффекта, которому содействует боковой градиент напряжения. Более конкретно, если мембрана имеет более высокую проницаемость в центральной области по сравнению с областью ближе к периферии или краям мембраны, тогда пространственный градиент окрашенных компонентов будет сокращен или даже устранен.

[0298] Вариация проницаемости в пределах EC-слоя EC-устройства может быть постепенной или поэтапной с двумя или более градиентами. Например, EC-слой может включать мембрану с различной проницаемостью вдоль бокового направления мембраны. Такая мембрана может быть предварительно изготовленной с концентрической конфигурацией проницаемости, с более высокой проницаемостью в центральной области сравнительно с периферийной областью мембраны. Такая предварительно изготовленная неоднородная мембрана должна совпадать с центральной областью устройства во время сборки. Преимущество подхода с такой предварительно изготовленной мембраной состоит в разобщении процесса сборки устройства с процессом, в котором мембрану делают неоднородной. Недостатком такого подхода с предварительным изготовлением является тот факт, что для устройств с различными размерами потребуются мембраны с различной величиной и с различной конфигурацией неоднородности.

[0299] В альтернативном варианте, сконфигурирование мембраны может быть создано специально для каждого устройства. Например, проницаемость мембраны может быть сделана переменной в стадии обработки, например, воздействием УФ-излучения, или ИК-излучения, или другого внешнего воздействия, или комбинацией таких эффектов. Если экспонирование будет варьировать в пределах площади мембраны, тогда достигнутая неоднородность проницаемости будет отражаться в пространственной неоднородности технологических стадий. Например, если технологическая стадия включает применение УФ-излучения, и проницаемость мембраны является более высокой в областях с более интенсивным облучением, тогда потребуется более высокая экспозиция к центральной области мембраны и более низкая экспозиция ближе к краям. Такое неравномерное экспонирование может быть достигнуто с использованием стационарного источника неравномерного излучения, или растрированием источника в пределах мембраны и вариацией продолжительности и/или интенсивности облучения по площади устройства. Такая обработка мембраны может быть проведена на автономной мембране, или же когда она размещена в устройстве - при условии, что стадия обработки не окажет вредного влияния на остальное устройство.

[0300] В альтернативном варианте, проницаемость может быть модулирована с использованием мембраны с различной толщиной на различных участках мембраны. Изменение толщины может быть постепенным (например, концентрическим) или поэтапным. Поэтапное изменение может быть осуществлено с использованием однослойной мембраны с определенной проницаемостью в центральной области устройства, и двухслойной мембраной (с удвоением толщины и сокращением проницаемости) ближе к кромкам.

[0301] ДЕЙСТВИЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ

[0302] Способы управления EC-устройством нацелены на эффективное и надежное регулирование характеристик пропускания во всей области слоя с переменным коэффициентом пропускания. Алгоритм контроля должен обеспечивать достаточно равномерные характеристики пропускания по всей площади слоя с переменным коэффициентом пропускания как в стационарном состоянии, так и при переходах. Алгоритмы управления для EC-устройств различных типов коренным образом различаются.

[0303] Физические принципы:

[0304] Процессы изменения рабочего состояния EC-устройства инициируют вариацией электрических напряжений смещения на поверхностях раздела электрода и электролита. Смещение на поверхности раздела от равновесия вызывает перенос электронов между электродом и электролитом, и варьирует редокс-уровень Ферми электролита. Поскольку уровень Ферми электрода достигает редокс-уровня Ферми электролита в равновесном состоянии, состояние EC-устройства может быть затем определено измерением разности уровней Ферми двух различных электродов (анода/катода, или анода/электрода сравнения, или катода/электрода сравнения), приведением в контакт с таким же EC-слоем, то есть, измерением напряжения холостого хода (V_oc) EC-устройства.

[0305] Для планарных ячеек с противоположно смещенными оптически прозрачными электродами управляющие сигналы, которые изменяют рабочее состояние EC-устройства, подают на поверхностные проводящие слои электродных пакетов, или через один или более вспомогательные слои (припоя, проводящих адгезивов, и т.д.) при границах/кромках сборного узла слоя с переменным коэффициентом пропускания. Для EC-устройств с одной функцией электрода(-ов) слоя с переменным коэффициентом пропускания управляющие сигналы подают между слоями с поверхностной проводимостью электродных пакетов и отдельным противоэлектродом.

[0306] Характеристическим свойством EC-устройств является гистерезис. После приложения определенного электрического управляющего воздействия распределения активностей компонентов, плотностей тока, распределений потенциалов и других параметров не принимают свои стабильные значения сразу же, но проявляют переходно состояние. Значения и распределения развиваются с течением времени, и к некоторому моменту времени достигают значений стационарного состояния, которые характеризуются как имеющие первые производные по времени, равные нулю, и специфичны для электрических условий поверхностей раздела.

[0307] Моностабильные устройства (Типа I)

[0308] Вследствие гистерезиса путь достижения стационарного состояния EC-устройством Типа I весьма зависит от пути, как напряжение прилагают во время перехода. Согласно законам электрохимической кинетики (уравнения Батлера-Фольмера/Фрумкина как простейшая модель), скорость зависит от межфазной концентрации реактанта. Поскольку кинетические характеристики электронного переноса, как правило, являются гораздо более быстрыми, чем скорость массопереноса, общий процесс рассматривают как контролируемый массопереносом. В устройствах Типа I главным образом используют нетекучие гелевые электролиты, так что конвекция может быть пренебрежимо малой, и процесс тогда контролируется диффузией/миграцией. Полезно различать два номинальных режима работы устройства: первый режим допускает, что в каждый момент времени вдоль пути к желательному стационарному состоянию диффузия является достаточно быстрой для профилей активности, близких к стационарному состоянию (первые производные по времени ≈ 0); во втором режиме диффузия является медленной, и профили активности не близки к стационарному состоянию, то есть, первые производные по времени значительно отличаются от нуля, пока не достигается стационарное состояние.

[0309] Форма вольт-амперных (I-V) кривых EC-устройства определяется самой медленной стадией всей последовательности переноса заряда, внутри как ионных, так и электронных проводников. Так, если допускается диффузионный контроль, форма I-V-кривой определяется скоростью самого медленного массопереноса реагента к соответствующему электроду. Поэтому во время работы скоростьопределяющей является только поверхность раздела электрода и электролита.

[0310] I-V-кривая в режиме стационарного состояния идеального (не имеющего никаких омических падений напряжения на электродах) EC-устройства Типа I с двумя редокс-парами, следует кривой скоростьопределяющей межфазной характеристики, и имеет форму «гиперболического тангенса». Эта кривая может быть условно подразделена на три области: область нулевого тока, область линейной I-V-зависимости, и область обеднения, внутри которой ток элемента является постоянным и не зависит от приложенного напряжения. Внутри области нулевого тока приложенное напряжение является недостаточным для создания измеримых скоростей электрохимических реакций вследствие низких перенапряжений, тогда как внутри линейной области ток зависит от приложенного напряжения почти линейно, поскольку это обеспечивает межфазный градиент стационарного состояния активности реагента скоростьопределяющей стадии. Работа внутри области обеднения сопровождается близким к нулю межфазными (при лимитирующей скорость поверхности раздела) концентрациями реагирующих в стационарном состоянии компонентов (обеднение реагентов), так что скорости реакций и ток элемента не способны расти с повышением перенапряжений.

[0311] Если выполняют работу не в стационарном состоянии, относительно низкая скорость массопереноса приводит к быстрому падению межфазной концентрации (или активности, в общем случае) реагента, что повышает его межфазный градиент. Когда возникает обеднение, межфазный градиент является более высоким, и вне этой точки снижается, пока не достигается стационарное состояние. Это поведение приводит к возникновению пика тока на I-V-кривой. Пик тока является более высоким, чем в режиме стационарного состояния, поскольку во время перехода градиент активности реагента является более высоким, чем наивысший возможный при стационарном состоянии (при обеднении).

[0312] Когда рассматривают слой с переменным коэффициентом пропускания конечного размера, на поверхности проводящих слоев возникает омическое падение напряжения. Поэтому перенапряжение на электроде в произвольной точке слоя с переменным коэффициентом пропускания зависит не только от приложенного напряжения элемента, но также от интегрального омического падения напряжения вдоль пути тока. Таким образом, скорости электрохимических реакций могут различаться в различных точках слоя с переменным коэффициентом пропускания. Поскольку должны быть равны только полные катодные и анодные токи, распределение тока по каждому из электродов слоя с переменным коэффициентом пропускания может различаться, приводя к неравномерному распределению продуктов анодных и катодных реакций, что вызывает неоднородности светопропускания. Цель алгоритма управления состоит в обеспечении возможности корректирования характеристик пропускания слоя с переменным коэффициентом пропускания внутри его динамического диапазона, и создания требуемой степени однородности оптических свойств по всей площади слоя с переменным коэффициентом пропускания. Как обсуждается здесь в разных местах, коэффициент пропускания видимого света (VLT) малой области слоя с переменным коэффициентом пропускания конечного размера зависит от интегральных концентраций окрашенных компонентов вдоль пути распространения света внутри EC-слоя.

[0313] Распределение скоростей реакций на втором нелимитирующем электроде следует лимитирующему электроду вследствие эффекта Фрумкина. В самом деле, скорость диффузии компонентов, реагирующих на нелимитирующем электроде, является более высокой, и если не имеется дополнительный контроль скорости, распределение токов на нелимитирующем электроде было бы таким, что омические падения напряжения являются минимальными. Это значит, что токи, утекающие через точки, ближайшие к точке соединения с внешней схемой, были бы настолько высокими, насколько возможно. Поскольку токи ограничиваются скоростями диффузии, максимальный удельный ток стационарного состояния ограничен межфазным обеднением. Так, часть поверхности раздела, которая способна действовать в условиях обеднения, работала бы, обусловливая неравномерное распределение токов второго электрода. Однако в этом случае, вследствие распределения токов по скоростьопределяющему электроду, пути ионного переноса были бы слишком длинными. С учетом фактических скоростей ионного переноса в гелевых электролитах, в такой ситуации был бы недостаточным ионный противоток, возникал бы избыточный заряд на активной части второй поверхности раздела, и тем самым значение OHP-потенциала возрастало бы до значений, которые минимизируют плотность тока до соответствующих скоростей ионного переноса (отрицательная обратная связь). Таким образом, характер контроля скоростей нелимитирующей поверхности раздела может быть описан как контролируемый ионным переносом.

[0314] Таким образом, в дальнейшем обсуждении рабочие режимы нелимитирующей поверхности раздела рассматриваются как определяющие режим, и вся имеющая конечный размер площадь EC-слоя может быть условно подразделена на последовательно-параллельно соединенные отдельные по-разному малоразмерные EC-устройства, внутри которых не имеются омические падения напряжения. Описание алгоритмов главным образом основано на этом допущении. Для ясности, I-V-кривые дополнительно рассматриваются в терминах приложенного напряжения, но не в плане перенапряжений нелимитирующей поверхности раздела.

[0315] Для простоты, в последующем описании рассматривается устройство с прямоугольной формой. Наиболее эффективный путь подсоединения EC-устройства подразумевает приложение напряжения к периметрам обоих электродов. В таком устройстве омические падения напряжения будут более высокими вдоль длинной стороны прямоугольника, так что эффективную оценку приложенных напряжений, и тем самым состояние устройства, проводят по направлению вдоль короткой стороны. Чтобы сделать систему в сущности уплощенной до одномерной, можно предположить, что напряжение возбуждения прилагают только к длинным сторонам EC-устройства. Это симметричное присоединение показывает зеркальное распределение напряжений и токов, и может быть проанализировано как два зеркальных полуустройства, где оба электрода соединены на одной стороне.

[0316] Также может рассматриваться другое, диагональное соединение. Предполагается, что каждый электрод присоединен только с одной стороны. Например, верхний электрод присоединен с левой стороны, и нижний электрод присоединен с правой стороны. Это соединение проявляет более высокие омические падения напряжения, и поэтому не является энергосберегающим.

[0317] Как здесь обсуждается в разных местах, стационарные I-V-характеристики поверхности раздела показывают, что область поверхности раздела может действовать в 3 режимах, так что конкретный слой с переменным коэффициентом пропускания может содержать области, действующие в различных режимах вдоль толщины слоя в одно и то же время. Возможны следующие комбинации:

[0318] Режим обеднения

[0319] Режим обеднения и линейный режим

Все линейные режимы

Обеднение, линейный режимы и режим нулевого тока

Линейный режим и режим нулевого тока

Все режимы нулевого тока

[0320] Практически нет обстоятельств, где некоторые части могут быть в режиме нулевого тока, некоторые в режиме обеднения, тогда как ни одна в линейном режиме. Другими словами, часть слоя в линейном I-V-режиме всегда разделяет режим нулевого тока и режим обеднения.

[0321] Первый режим работы соответствует максимально возможному току стационарного элемента и равенству скоростей межфазного переноса заряда по всей площади каждого электрода. Это значит, что скорости электрохимических реакций постоянны по всей площади слоя с переменным коэффициентом пропускания, и тем самым распределения продуктов электрохимических реакций однородны по всей области внутри EC-слоя, которая является равноудаленной от электрода. Таким образом, цвет и VLT, воспринимаемые наблюдателем EC-устройства, также являются равномерными для каждой пары углов падения света и наблюдения. Однако в этом режиме работы, вследствие омических падений напряжения в OTE и других элементах системы, и вследствие необходимости в нахождении перенапряжений скоростьопределяющего электрода в зоне ослабления даже в точке, наиболее отдаленной от токопроводящей шины, перенапряжения в каждом месте будут более высокими, чем в наиболее отдаленной точке. В зависимости от плотности тока в стационарном состоянии и поверхностного сопротивления поверхностных проводящих слоев, минимальные значения подводимых управляющих напряжений могли бы быть настолько высокими, что перенапряжения в некоторых областях слоя с переменным коэффициентом пропускания являются достаточными для протекания различных фатальных процессов, приводящих к неправильному срабатыванию EC-устройства и/или разрушению. Таким образом, чтобы работать в этом режиме, слой с переменным коэффициентом пропускания должен иметь поверхностные проводящие слои, согласованные с межфазными плотностями тока так, что в каждой точке слоя с переменным коэффициентом пропускания, действующего во всем режиме ослабления, перенапряжение не превышает безопасного значения. Работа во всем режиме ослабления может быть осуществлена приложением постоянного напряжения между поверхностными проводящими слоями анода и катода.

[0322] Последний, весь режим нулевого тока характеризуется отсутствием любых токов и потоков растворенных компонентов внутри EC-слоя. Как было упомянуто ранее, в моностабильном устройстве этот режим соответствует состоянию максимального светопропускания.

[0323] Объединенные режимы стационарной работы обсуждаются совместно. В малом участке слоя с переменным коэффициентом пропускания, в том числе EC-слоя, анода и катода, как было сказано ранее, в условиях стационарного состояния значение VLT зависит от скоростей формирования и расходования окрашенных растворенных компонентов, которые являются взаимозависимыми посредством концентрационных градиентов. Поэтому, если ток (и тем самым скорости формирования окрашенных растворенных компонентов) является более низким, чем значение ослабления, коэффициент пропускания возрастает. Поэтому, если омические падения напряжения в слое с переменным коэффициентом пропускания являются такими, что в некоторых областях перенапряжения становятся более низкими, чем значения, необходимые для ослабления, величина VLT таких областей будет более высокой, чем минимальное значение. Если где-нибудь в слое с переменным коэффициентом пропускания перенапряжения находятся в зоне нулевого тока, эта область будет иметь максимальное значение VLT, которое соответствует выключенному состоянию.

[0324] Согласно вышеизложенному, режимы стационарного состояния работы позволяют обеспечивать пространственную однородность пропускания только в полностью прозрачных или полностью затемненных состояниях. Все промежуточные стационарные состояния проявляют неравномерности пропускания, хотя они могут быть незаметными для наблюдателя, поскольку в промежуточных состояниях полный ток и омические падения напряжения являются меньшими, чем в стационарном состоянии с ненулевым током.

[0325] При работе в стационарном режиме приложенное напряжение и полный ток представляют собой достаточные параметры, которые могут быть использованы для того, чтобы сделать вывод о состоянии EC-устройства

[0326] Работа в переходном режиме:

[0327] Если EC-устройство должно быть переключено между состояниями, также должны быть изменены подаваемые управляющие сигналы. Если скорость вариации напряжения превышает предел режима стационарности (в плане характеристик поверхности раздела, не смешивать со стационарным режимом работы EC-устройства), возникают эффекты гистерезиса. В фактическом варианте применения критическая скорость вариации напряжения может быть настолько низкой, что невозможно избежать применения нестационарных режимов. Таким образом, если скорости вариации напряжения управляющих сигналов, приложенных к имеющему конечный размер слою с переменным коэффициентом пропускания, превышают критическое значение, высокие пусковые токи будут утекать в соответствии с нестационарными вольт-амперными характеристиками. Наибольшие перенапряжения вознкиают в зонах, смежных с точками приложения управляющих сигналов, то есть, близко к границам/кромкам электродных пакетов. Высокие межфазные токи в этих зонах вызывают повышенные омические падения напряжения на поверхностных проводящих слоях, и тем самым снижают перенапряжения (по сравнению со стационарным состоянием) в зонах, которые наиболее отдалены от точек приложения управляющих сигналов. Тем самым при переходах могут возникать интенсивные неоднородности пропускания слоя с переменным коэффициентом пропускания, если подведенный управляющий сигнал имеет слишком высокую скорость изменения напряжения. Однако такой переход заканчивается при стационарном состоянии, так что описываемые неоднородности является временными.

[0328] Интервальная (многофазная) работа

[0329] Компромиссом между медленной, но скорее равномерной стационарностью, и быстрыми, но неравномерными переходными режимами переключения, является постепенная вариация режима в соответствии с фактическим коэффициентом пропускания EC-устройства, чувствительностью человеческого глаза и освещенностью окружающей среды. Рассмотрим переключение по всему динамическому диапазону, от полностью прозрачного стационарного состояния до полностью затемненного состояния. При старте освещенность вследствие пропускаемого света является наиболее высокой, и чувствительность глаза человека достаточна для различения даже низкого уровня неравномерности пропускания. С другой стороны, полностью разряженное EC-устройство имеет минимальное полное сопротивление, так что пусковые токи будут относительно высокими, что усиливало бы диафрагменный эффект. Поэтому на начальной стадии скорости вариаций напряжения должны быть близкими к стационарному режиму, пока коэффициент пропускания не достигнет значения, при котором глаз человека не станет настолько чувствительным, и возможные пусковые токи не являются столь высокими. Тем не менее, в промежуточных состояниях, даже в стационарном режиме, существует определенная минимальная неравномерность коэффициента пропускания (описанная выше). Чтобы обеспечить возможность работы EC-устройства на промежуточных уровнях коэффициента пропускания с минимизацией неравномерностей, используют параметры характеристик работы в режиме разомкнутой цепи.

[0330] Если EC-устройство работало в стационарном режиме при промежуточном уровне коэффициента пропускания, и затем было переведено в незамкнутое состояние, процессы бокового массопереноса и выравнивания потенциала по всему электроду (смотри выше) будут сокращать неравномерности. Таким образом, EC-устройством можно управлять последовательностью активных и разомкнутых (релаксационных) фаз, учитывая паразитные эффекты неоднородности пропускания, такие как диафрагменный эффект, при условии, что флуктуации коэффициента пропускания невелики. Одним наиболее важным признаком релаксационного состояния является то, что оно позволяет измерять величину V_oc, и тем самым определять фактическое собственное состояние EC-устройства. Если значение V_oc измеряют в конце релаксационной фазы, оно дает усредненное значение, которое может быть использовано для определения состояния прозрачности всего слоя с переменным коэффициентом пропускания. Значение V_oc позволяет однозначно определить состояние прозрачности EC-устройства без визуального обследования его оптических свойств, и тем самым может быть использовано как сигнал обратной связи для системы автоматического контроля коэффициента пропускания.

[0331] ФИГ. 11 представляет технологическую блок-схему, изображающую алгоритм управления для регулирования EC-устройства в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Неограничивающей целью алгоритма тогда является удерживание величины V_oc в желательном диапазоне. Для этой цели используют пропорционально-интегрально дифференцирующий регулятор (ПИД-регулятор, PID). Поскольку значение обратной связи может быть получено только в условиях разомкнутой цепи, и в то же время может не подаваться сигнал зарядки, алгоритм должен подразумевать по меньшей мере две фазы периодического переключения: заряд и обратная связь.

[0332] PID-цикл может начинаться, только если существует начальное значение обратной связи. Процессы, происходящие в условиях разомкнутой цепи, выравнивают распределение потенциалов на электродах, так что каждое измерение V_oc (PV) выполняют, при S104, после определенного временнóго перерыва, при S102, который конкретно рассчитывают, при S122, для каждых формы и химического состава управляемого EC-устройства. Заданное значение, SV, автоматически рассчитывается согласно желательному режиму работы при S132. Значение SV сравнивается с текущим PV, получается значение рассогласования, при S106, и затем рассчитываются значения P, I и D, при S108, с использованием PID-коэффициентов S124 и предварительно полученных данных. После того, как были рассчитаны значения P, I и D, алгоритм генерирует форму кривой заряда при S110. Эта стадия нужна для сокращения диафрагменного эффекта и для адаптивного расчета лучшего пути от текущего состояния к желательному состоянию. Очередность заряда может содержать постоянный ток (гальваностатический) с контролем перенапряжения, постоянное напряжение (потенциостатическое) с контролем перегрузки по току, стадии функции тока (I(t,и т.д.)) и функции напряжения (V(t,и т.д.)). Во время стадий регулирования тока приложенное напряжение может быть измерено и сравнено с вышеуказанными физико-химическими константами для выяснения, наcколько близко к стационарному состоянию находится устройство. В этом режиме работы продолжительность временнóго перерыва может быть настроена на нуль, если релаксация не требуется (например, когда переключение в полностью затемненное состояние является быстрым, насколько возможно). Во время переходов основная цель состоит в подавлении бросков пускового тока, приводящих к диафрагменным эффектам, в то же время допуская минимально возможное количество времени для выполнения желательного перехода. Например, если желателен переход от полностью разряженного состояния в полностью затемненное состояние, действие алгоритма начиналось бы с первоначально очень низкого, но возрастающего тока, и затем переключения на постоянное напряжение, что является наиболее удобным путем для поддерживания устройства во всем режиме ослабления. Напротив, если требуется промежуточное состояние окрашивания, вследствие того, что коэффициент пропускания в промежуточных стационарных состояниях неравномерен, алгоритм использовал бы комбинацию конкретной формы кривой напряжения заряда и продолжительность временнóго перерыва для получения динамических характеристик устройства, где неравномерности коэффициента пропускания незаметны.

[0333] Как правило, цели алгоритма управления варьируют в зависимости от варианта применения и от специфических условий использования. В вариантах применения, где люди занимают внутреннее пространство (например, в зданиях, транспортных средствах, самолетах), две существенно различных цели представляют собой:

[0334] (а) улучшение комфорта освещения для находящихся в помещении людей; и (b) оптимизация тепловой нагрузки на строение для сокращения затрат на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), капитальных затрат (CAPEX) и эксплуатационных расходов.

[0335] Химия как функция географии

[0336] Комфортное освещение для находящихся в помещении людей весьма зависит от географического положения здания, и в основном обусловливается психологией человека. Однако оптимизация тепловой нагрузки на строение в значительной мере варьирует как функция местоположения здания.

[0337] В местах с жарким климатом предпочтительно минимизировать тепловую нагрузку на строение, тем самым сокращая нагрузку на систему охлаждения в здании. Поэтому предпочтительно химическое строение EC, которое ограничивает ИК-часть спектра.

[0338] В местах с холодным климатом предпочтительно максимизировать тепловую нагрузку, сокращая тем самым нагрузку на систему обогревания здания. В таких вариантах применения предпочтительно химическое строение EC, которое не влияет на ИК-пропускание, поскольку ИК-излучение содержит значительную часть тепловой энергии.

[0339] В дополнение к вариациям химической природы как функции географии, другие элементы стеклопакета должны быть скорректированы для оптимизации тепловой нагрузки как функции местоположения. Такие элементы включают наличие или отсутствие энергосберегающих (low-e) покрытий на стекле, добавление специальных пленок, которые модифицируют спектральное пропускание, или исполняют другие действия по регулированию спектра.

[0340] Эффективность использования энергии относительно регулирования освещения

[0341] Если система работает в энергосберегающем режиме, тогда основной параметр оптимизации состоит в объединении энергопотребления в здании (или транспортном средстве). Система управления будет отслеживать общее энергопотребление в здании, в том числе энергию, используемую для управления светопропусканием оконного стекла, HVAC и внутреннего освещения помещений. Тогда система оптимизировала бы действие этих трех элементов для минимизации общей энергии, в то же время поддерживая минимально допустимые условия внутри здания (например, не позволяя внутренней температуре изменяться выше или ниже определенных пределов).

[0342] Если система действует в режиме регулирования освещения, тогда основной параметр оптимизации состоит в качестве освещения во внутреннем пространстве. Этот параметр может быть выведен из показаний датчика(-ков) освещенности, размещенных в занимаемом помещении. Может присутствовать единственный датчик, который представляет совокупный контрольный параметр, или могли бы быть многочисленные датчики, распределенные в пределах помещения и выдающие локализованные контрольные параметры. Характеристики действия таких локализованных контрольных точек могут быть дополнительно персонифицированы индивидуальными пользователями, с корректированием сообразно предпочтениям в отношении регулирования освещения.

[0343] Важно отметить, что поведение систем управления и регулируемых ими EC-устройств в окнах может значительно различаться между режимами энергосбережения и контроля освещения. Например, интерьер помещения в здании при работе в энергосберегающем режиме в солнечный день в теплом климате может быть слишком темным и слишком теплым для занимающих помещение людей.

[0344] ЗДАНИЯ

[0345] Как здесь описано в разных местах, могли бы быть два существенно различных режима для строений, отличающихся друг от друга двумя целями управления - эффективность использования энергии и регулирование освещения. С позиции календарных условий, здания будут эксплуатироваться в одном из этих режимов в зависимости от дня и времени. Например, во время рабочих часов, к примеру, от 8 часов утра до 6 часов вечера, строение находилось бы в режиме регулирования освещения. В течение остального дня, на протяжении выходных и праздников, строение было бы переключено на энергосберегающий режим. Пользователи могут иметь возможность выбора важнейшего для них режима управления в здании.

[0346] ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА

[0347] Возрастающая электрификация транспортных средств позволяет оптимизировать световые и тепловые условия подобно этому в зданиях. Если транспортное средство оборудовано EC-устройством для окон и/или крыши, можно динамически регулировать прозрачность. Когда транспортное средство занято, тогда, как правило, пользователи имели бы возможность регулировать условия внутри. Когда транспортное средство припарковано, и может быть задействован режим автоматического контроля. Например, в солнечный холодный зимний день EC-устройство может переходить в прозрачное состояние с высоким светопропусканием, чтобы максимизировать согревание автомобиля путем максимизации парникового нагревания. В альтернативном варианте, в жаркий летний день тепловая нагрузка должна быть минимизирована, и EC-устройство может переходить в состояние низкого светопропускания, например, затемненное состояние с низким значением VLT. Снижение внутренней температуры, обусловленной солнечным теплом, имеет результатом более быстрое достижение комфорта, тогда как AC обеспечивает повышенную экономию топлива и сокращение выбросов СО2, так как меньше энергии тратится на охлаждение кабины. Это сокращение тепловой нагрузки сделало бы необходимым переключение EC-устройства автоматически в режим затемнения, когда транспортное средство припарковано в солнечный и жаркий день. Поддерживание затемненного состояния EC-устройства использует энергию и может истощить аккумулятор. Поэтому динамическим регулированием EC-устройства в транспортном средстве благоприятным образом управляют, когда транспортное средство присоединено к сети.

[0348] EC-КОМПОЗИЦИИ И СЛОИ

[0349] Светопоглощающие соединения EC-композиции или слоя обеспечивают настраиваемое ослабление потока электромагнитного излучения в видимой, УФ- и/или ИК-областях, тем самым (1) создавая желательное визуальное ощущение для человека, смотрящего через EC-устройство, и/или для области, где оно смонтировано, и (2) придавая EC-устройству способность регулировать количество поступающей энергии электромагнитного излучения в видимой, УФ- и/или ИК-областях.

[0350] Электрохромные композиции согласно настоящему изобретению включают один или более электрохромные материалы. Такие композиции также могут включать один или более из растворителя, полимерного материала, вспомогательного соединения, модификатора, дополнительного элемента, или любой их комбинации. Такие композиции могут быть сформованы в слои для применения в определенных EC-устройствах. В определенных аспектах EC-слой обычно включает матрицу.

[0351] EC-композиции и слои согласно настоящему изобретению могут быть по существу или полностью прозрачными, бесцветными или окрашенными, незамутненными, незатуманенными. Электрохромные композиции и слои согласно настоящему изобретению могут изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал, например, подведенное напряжение, электрический ток, электрическое поле, и т.д. Изменение пропускания света может происходить в областях длин волн видимых, УФ- и/или ИК-диапазонов. Изменение пропускания света может происходить из состояния с высоким светопропусканием, например, с коэффициентом пропускания по меньшей мере около 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, и т.д., в состояние с низким светопропусканием, с пропусканием менее 1%, например, менее, чем около 0,8%, 0,6%, 0,4%, 0,2%, и даже менее 0,1%. Это состояние с высоким и низким пропусканием может возникать в областях длин волн видимых, УФ- и/или ИК-диапазонов, но для определенных вариантов применения изменение высокого светопропускания происходит в видимой области спектра. В определенных аспектах электрохромный слой может непрерывно изменять светопропускание из одного состояния в одно или более других состояний в ответ на один или более входные сигналы.

[0352] Электрохромная композиция или слой могут иметь предварительно определенный цвет в одном состоянии пропускания видимого света. Для оконных стекол являются предпочтительными определенные цвета, такие как синий, зеленый, серый, и т.д. Цвет EC-композиции или слоя может быть настроен выбором подходящего электрохромного материала для композиции или слоя. В дополнение, более чем один электрохромный материал может быть включен в композицию, в которой спектральные характеристики поглощения или отражения индивидуальных материалов согласуются с генерируемым предварительно заданным цветом, например, соответствуют пропусканию или отражению видимого света в серой шкале. Это может быть сделано в соответствии с системой координат CIELAB. То есть, если в композиции или слое присутствует пара поглощающих в видимой области соединений, воспринимаемый человеком результирующий цвет был бы описан суммой значений a* и b* отдельных компонентов с одинаковой концентрацией, оцененных в соответствии с их L*-значениями. Например, электрохромная композиция может включать электрохромные материалы, которые спектрально согласованы для создания по существу цвета серой шкалы пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света так, что, когда отклонения цвета пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света составляют менее 10 единиц, например, менее 5 единиц, по a*- и b*-осям цветового пространства CIELAB.

[0353] Такой предварительно заданный цвет может быть определен с использованием стандартного спектрофотометра. Определения цвета для настоящего изобретения должны относиться к спектрофотометру HunterLab UltraScan PRO, в котором используют источник D65 освещения и действует с 10-градусным стандартным наблюдателем.

[0354] Кроме того, электрохромные композиции и слои согласно настоящему изобретению могут иметь низкую мутность в состоянии высокого пропускания. Глаз человека обычно может выявлять мутность при значении около 4% или больше. Поэтому для определенных вариантов применения предпочтительно, чтобы электрохромная композиция или слой имели мутность менее, чем около 10% в состоянии высокого пропускания, например, менее 8%, 6%, 4%, 3%, 2% и 1%. В EC-устройстве могут содействовать помутнению иные компоненты, нежели EC-слой, такие как оптически прозрачная подложка и покрытия на ней, включающие электрически проводящие покрытия, такие как OTE. Поэтому мутность, как видимая с оптического пути EC-устройства, также должна иметь такую же или более низкую величину помутнения, как изложено для мутности EC-слоя согласно настоящему изобретению, например, мутность менее, чем около 10% в состоянии высокого пропускания, например, менее 8%, 6%, 4%, 3%, 2% и 1%.

[0355] Помутнение, или «мутность», может быть измерено стандартным мутномером, который измеряет количество света, которое рассеивается в широких пределах, когда проходит через прозрачный материал. Та процентная доля света, которая, проходя через него, отклоняется от направления падающего пучка больше, чем в среднем на 2,5 градуса, определяется как мутность. Например, смотри соответствие определению мутности согласно стандарту ASTM D1003, раздел 8, процедура В спектрофотометра.

[0356] В дополнение, электрохромные композиции и слои согласно настоящему изобретению благоприятным образом могут изменить светопропускание из одного состояния в другое состояние (например, из одного состояния видимого света в другое состояние видимого света) быстро, например, менее, чем за около 30 секунд, и равномерно. В одном аспекте настоящего изобретения электрохромная композиция и слой могут изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние равномерно в течение секунд. Как используемая здесь, равномерность светопропускания определяется как вариабельность светопропускания, например, VLT, менее, чем на 20%, то есть, для любой точки поверхности вариация VLT составляет менее 20% в одно и то же время.

[0357] Кроме того, электрохромный слой может иметь предварительно определенные электрическое свойство или эксплуатационное свойство. Например, электрохромные слои согласно настоящему изобретению могут иметь одно или более предварительно заданные значения для одного или более электрических свойств, таких как электрическая проводимость, диапазон рабочих напряжений менее, чем около 1,5 В, например, менее, чем около 1,3 В, 1,2 В, диапазон токов и энергопотребления в стационарном и переходном состояниях, таких как непрерывное энергопотребление в состоянии низкого светопропускания (например, в затемненном состоянии) ниже 0,25 Вт/м², предпочтительно ниже 0,1 Вт/м², и наиболее предпочтительно ниже 0,05 Вт/м².

[0358] В определенных аспектах настоящего изобретения электрохромное устройство может включать электрохромную композицию, которая сконфигурирована для создания значения коэффициента удельного увеличения солнечного тепла для электрохромного устройства в окрашенном состоянии и/или в прозрачном состоянии. Коэффициент удельного увеличения солнечного тепла (SHGC) представляет собой долю падающего солнечного излучения, принятую через окно, как непосредственно пропущенного, так и поглощенного и затем выделившегося внутрь. SHGC выражают как число между 0 и 1. Чем ниже значение коэффициента увеличения солнечного тепла, тем меньшее количество солнечного тепла пропускается через электрохромное устройство. В некоторых аспектах настоящего изобретения электрохромная композиция, содержащаяся в электрохромном устройстве, предназначена для обеспечения значения коэффициента удельного увеличения солнечного тепла, которое составляет менее 1, например, менее 0,9, и т.д., для электрохромного устройства в окрашенном состоянии и/или в прозрачном состоянии.

[0359] Примеры электрохромных материалов, которые могут быть включены в электрохромную композицию или слой согласно настоящему изобретению, включают, но без ограничения этим, электроактивные поглощающие видимый свет соединения (в конкретных состояниях окисления), такие как соли 4,4’-бипиридиния (например, виологены), соли 2,2’-бипиридиния, третичные амины, ферроцианиды, гетероциклические соединения (например, феназины, феноксазины, фенотиазины, хиноксалины, и т.д.), проводящие полимеры (например, PEDOT-PSS, полианилины (PANI), PT, полиацетилены, и т.д.), хиноны, металлоорганические соединения, или их комбинации; и кислоты и основания Льюиса/Бренстеда как светопоглощающие соединения, такие как рН-индикаторы, комплексы с переносом заряда (CT) (например, гидрохинон/хингидрон, металлокомплексы), или их комбинации. Соли бипиридиния предпочтительно включают слабокоординированные анионы, такие как соли поддерживающих электролитов.

[0360] В определенных аспектах настоящего изобретения электрохромный материал может включать одно или более соединения формулы (I)

[0361] в которой R₁ и R₂ являются одинаковыми или различными, и индивидуально представляют замещенную или незамещенную алкильную, бензильную, замещенную или незамещенную фенильную группу, и Х^- представляет анион.

[0362] В определенных аспектах настоящего изобретения R₁ и R₂ индивидуально представляют алкил, такой как C_1-7-алкил, например, метил, бутил, трет-бутил, незамещенные или замещенные одним или более из фенильной группы, атома галогена, такого как один или более атомы фтора, например, перфторметил, 4,4’-бипиридиний, который сам может быть замещен алкильной группой, такой как C_1-7-алкил, например, метил, бутил, трет-бутил; бензил (-CH₂-Ph); фенил, или фенил, замещенный одним или более из алкила, такого как C_1-7-алкил, например, метил, бутил, трет-бутил, галоалкила, такого как C_1-4-перфторалкил, атома галогена, такого как атомы фтора; алкоксигруппу, например, C_1-4-алкоксигруппу, метоксигруппу, галогенированную алкоксигруппу, например, C_1-4-перфторалкоксигруппу, перфторметоксигруппу; пентафторсульфанильную группу, цианогруппу, NR’₂, где R’ представляет алкил или замещенный алкил и т.д. X⁻ представляет анион, такой как гексафторфосфат, тетрафторборат, перхлорат, или органический анион, такой как трифторметансульфонилимид (CF₃SO₂)₂N^-).

[0363] В некоторых вариантах исполнения изобретения R₁ и R₂ индивидуально представляют замещенный фенил, в котором заместители могут быть размещены в различных положениях фенильного цикла с показанной ниже нумерацией.

[0364] Например, R₁ и R₂ индивидуально представляют замещенный фенил, имеющий один или более заместители в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила, такие как один, два или три C_1-7-алкильных заместителя в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила, например, толил, 4-трет-бутилфенил, 3,4-диалкилфенил, 3,4-диметилфенил, 3,5-диалкилфенил, 3,5-ди-трет-бутилфенил, в качестве заместителей в фенильных группах.

[0365] В других вариантах исполнения R₁ представляет C_1-7-алкил, и R₂ представляет фенил или фенил, имеющий один или более заместители в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила.

[0366] Фиг. 12 иллюстрирует конкретные виологены, применимые как электрохромные материалы, которые могут быть включены в электрохромные композиции, слои и устройства согласно настоящему изобретению. Такие виологены включают, например, один или более из бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-фенил-4,4’-бипиридиния (соединения 19), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(4-трет-бутилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 21), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(3,5-ди-трет-бутилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 48), бис(трифторметансульфонилимида) 1-бензил-1’-фенил-4,4’-бипиридиния (соединения 20), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(4-фторфенил)-4,4'-бипиридиния (соединения 22), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(3,4-диметилфенил)-4,4'-бипиридиния (соединения 29), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(3,5-диметилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 31), бис(трифторметансульфонилимида) 1-метил-1’-(3,4,5-триметилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 33), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-диметил-4,4’-бипиридиния (соединения 5), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-дигептил-4,4’-бипиридиния (соединения 8), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-бис(4-фторфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 12), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-бис(4-бутилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 13), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-бис(4-трет-бутилфенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 14), бис(трифторметансульфонилимида) 1,1’-бис(4-трифторметоксифенил)-4,4’-бипиридиния (соединения 25).

[0367] В других аспектах настоящего изобретения электрохромная композиция или слой может включать чувствительный к электровосстановлению материал, например, катодный материал, включающий одно или более соединения формулы (I), чувствительный к электроокислению материал, например, анодный материал, такой как ферроцен, 5,10-дигидрофеназин, полиариламин, тритолиламин, фенотиазин, метилфенилтиазин, или бензидин, и растворитель, и, необязательно, полимерный материал, или, необязательно, компоненты, которые образуют полимерный материал.

[0368] Вспомогательные соединения в реакционных последовательностях обеспечивают то, что ведут от начальных электрохимических процессов к образованию или расходованию светопоглощающих компонентов, и включают, например, редокс-челноки (электрокатализаторы); челноки на основе кислот/оснований Льюиса/Бренстеда (например, H⁺); pH-регуляторы (pH-буферы); или их комбинации.

[0369] Модификаторы представляют собой второстепенные соединения, введенные для корректирования совокупной надежности и условий формирования электрохромного слоя, и включают соединения, например, такие как радиационные фильтры (УФ-блокаторы, такие как частицы оксида титана); акцепторы (например, ловушки О₂, воды); антиоксиданты; поверхностно-активные вещества (например, стабилизаторы дисперсий, пеногасители, усилители смачиваемости); модификаторы реологии; или их комбинации. В определенных вариантах исполнения один или более из растворителя, радиационного фильтра, добавки, вспомогательного соединения, модификатора, или электролита включают органический материал, или состоят исключительно из него.

[0370] Полимерный материал может представлять собой полимер с сетчатой структурой (например, сшитый), или полимер без сетчатой структуры. Полимеры, применимые для настоящего изобретения, без ограничения, гомо- и сополимеры (регулярные или блок-сополимеры), представляют собой производные: акриловых, алкилакриловых кислот, и их солей, сложных эфиров акриловых кислот, таких как метакрилаты, акриламидов и их солей; виниловый спирт, ацетаты, такие как этиленвинилацетат, и ацетали; акрилонитрил; алкены (например, этилен, пропилен, стирол, амилен, нонборнен, изобутилен); диены (например, бутадиен, изопрен, хлоропрен, мирцен, и т.д.); галоалкены (например, гексафторпропилен, фторэтилены/пропилены, и т.д.); галодиены (например, хлоропрен); силоксаны, силаны; карбогидраты; или их комбинации. Конкретные пригодные полимеры включают метакрилатный полимер или его сополимер, или полиакрилонитрил, стандартный межслойный полимер, такие как PVB или EVA. Полимеры, применимые в электрохромной композиции, могут быть добавлены к EC-композиции, или образованы in situ во время процессов отверждения из мономерных или олигомерных прекурсоров (которые инициируют термически или фотохимически с использованием специальных инициаторов). Полимеры, включенные в EC-композицию, предпочтительно являются химически и электрохимически инертными, или их реакции с другими компонентами EC-композиции должны быть обратимыми.

[0371] Дополнительные элементы, например, такие как фазы, которые не растворяются в EC-композиции, могут быть включены в композицию, и могут действовать, например, как прокладки; ионселективные или пористые мембраны (показатель преломления согласован с матрицей); электроды сравнения (например, Ag-, Pt-проволоки), вспомогательные электроды (например, Li-аноды и катоды); или их комбинации.

[0372] Растворитель может включать жидкостную фазу EC-композиции или слоя, и могут включать по меньшей мере одно из следующих: апротонных растворителей, то есть, диалкиламидов (например, диметилформамида (DMF), диметилацетамида (DMAc), N-метилпирролидона (NMP), тетраметилмочевины, N, N’-диметилпропиленмочевины (DMPU), диметилизосорбида (DMI)), лактонов (например, гамма-бутиролактона (GBL), гамма-валеролактона (GVL)), карбонатов (таких как пропиленкарбонат (PC), этиленкарбонат (EC), диметилкарбонат (DMC), диэтилкарбонат (DEC), этилметилкарбонат (EMC), и т.д.), простых эфиров, сложных эфиров, гликолей, полиэтиленгликолей с концевыми группами), фосфатов (PO(OR)₃), нитрилов (например, ацетонитрил, бензонитрил, сукцинонитрил, глутаронитрил, адипонитрил, 3-алкоксипропионитрилы), фосфоамидов (например, гексаметилфосфоамид HMPA)), силиконов; ионных жидкостей (например, поддерживающий электролит); протонных растворителей: воды, спиртов, полиэтиленгликолей, амидов; или глубокие эвтектические растворители (могут действовать как вспомогательные соединения и/или поддерживающие электролиты).

[0373] Композиция растворителя вносит вклад в реологические характеристики EC-композиции или слоя, как при формировании, так и в конечном, собранном состоянии, хотя он может быть изменен во время формирования в результате удаления или химической конверсии модифицирующих формирование сорастворителей. Примеры сорастворителей включают, без ограничений, разбавители (например, модификаторы вязкости, усилители растворимости); или мономеры/олигомеры, которые могут быть полимеризованы во время изготовления.

[0374] Вязкость композиций растворителей может влиять на характеристики массопереноса EC-композиции или слоя, соответственно чему полярность и диэлектрическая проницаемость влияют на межфазный перенос заряда.

[0375] Поскольку скорости ионного переноса (выраженные как ионная проводимость) определяют интенсивности эффектов Фрумкина, и тем самым должны быть настроены для оптимизации рабочих напряжений, серьезности «диафрагменного» эффекта, скорости переключения, потребления энергии, цветовых свойств, и тем самым общей работоспособности EC-устройства, EC-композиция или слой может содержать одну или более растворимые электрохимически инертные (в пределах диапазона используемых напряжений) соли как поддерживающие электролиты. Такие поддерживающие электролиты включают, но не ограничиваются этим, соли щелочных и щелочноземельных металлов, аммония (например, NR₄ ⁺, 1-этил-3-метилимидазолия (emim⁺), 1-бутил-3-метилимидазолия (bmim⁺), бутилметилпирролидона, пиридиния), фосфония (например, PR₄ ⁺, PAr₄ ⁺), арсония (AsR₄ ⁺, AsAr₄ ⁺), сульфония (SR₃ ⁺, SAr₃ ⁺), с анионами AcO^-, ClO₄ ^-, BF₄ ^-, PF₆ ^-, PF_n(C_xF_2x+1)_5-n, B(Ar)₄ ^-, B(Ar^F)₄ ^-, Al(OR)₄ ^-, Al(OR^F)₄ ^-, комплексные бораты (например, циано-, оксалато-, и т.д.), дицианамид, алкил-, арил-, перфторарилсульфонаты (например, OTf^-, OMs^-, OTs^-), и/или симметричные/несимметричные сульфонимиды (например, FTFSI^-, TFSI^-, FSI^-) как анионы. В органических растворителях предпочтительны соли слабокоординированных анионов, тем не менее композиция должна быть выбрана для оптимизации характеристик ионной ассоциации и величин растворимости второстепенных ионных компонентов EC-композиции или слоя. В дополнение, в воде также могут быть использованы неорганические кислоты (например, серная, хлорная), нитраты, сульфаты, галогениды. Соли или более сложные ионные системы (например, глубокие эвтектические растворители), которые являются жидкостями в эксплуатационных условиях EC-устройства, ионные жидкости могут действовать как растворители, тем самым будучи только жидкими компонентами электролита. Ионная сила электролита может определять реологию EC-слоя при формированиеи, оказывая влияние на вязкость, срок годности, и т.д.

[0376] Параметры массопереноса EC-композиции или слоя, в том числе диффузия, конвекция/адвекция, и миграция зависят от реологических характеристик EC-композиции или слоя. Введение полимерных соединений в EC-композицию или слой (в жидкостную фазу) может сокращать текучесть и скорости массопереноса в результате гелеобразования (то есть, загущения) жидкостной фазы. Более того, на межфазную адгезию электрода-электролита также влияют введенные полимеры.

[0377] EC-ГЕЛИ

[0378] Электрохромные композиции и слои согласно настоящему изобретению могут быть в форме геля. Этот гель включает твердую фазу, например, нетекучую коллоидную сетчатую структуру или полимерную сетчатую структуру, которая распространяется по всему объему текучей среды, например, жидкостной фазы. Гель может иметь все из оптических и электрических свойств описанных выше электрохромной композиции или слоя, в том числе изменяемое светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал.

[0379] В дополнение, степень развития сетчатой структуры, например, степень сшивания полимерного материала, придает гелю свою структуру и механические свойства, и тем самым выбор полимера и степень развития сетчатой структуры может иметь результатом электрохромную композицию или слой в форме геля с предварительно заданными механическими свойствами. В одном аспекте настоящего изобретения электрохромные композиции или слои в форме геля могут иметь одно или более предварительно определенные значения одной или более механических характеристик. Определенные гели согласно настоящему изобретению проявляют эффективное отсутствие текучести в стационарном состоянии при атмосферном давлении и температуре 20ºС. В одном аспекте настоящего изобретения электрохромная композиция или слой в форме геля является достаточно пластичной, чтобы легко адаптироваться к изогнутой поверхности, такой как изогнутая поверхность несущей подложки.

[0380] Электрохромный слой в форме геля может быть получен формированием фазы полимерной сетчатой структуры внутри жидкостной фазы. Жидкостная фаза или твердая сетчатая фаза включает один или более EC-материалы, которые могут изменять пропускание света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. В дополнение, и как описано для электрохромной композиции или слоя, жидкостная фаза может включать один или более из растворителя, вспомогательного соединения, модификатора, электролита, дополнительного элемента, или любой комбинации их. Твердая сетчатая фаза может включать, или образована из него, полимер, такой как описано для электрохромной композиции или слоя. В одном аспекте настоящего изобретения твердую сетчатую фазу формируют in situ сшиванием композиции, включающей компоненты, которые образуют сшитый полимер, такой как полимеры, описанные для EC-композиции или слоя. Например, твердая сетчатая фаза может быть сформирована из УФ- или термически отверждаемых органических соединений и/или отверждаемых алкоксисилановых компонентов прекурсора электрохромной композиции с образованием геля. С использованием прекурсорных компонентов в электрохромной композиции для образования геля он может быть сформирован на гибкой подложке, например, пленке, такой как пленка, включающая пластик, осаждением слоя прекурсора EC-композиции на гибкую подложку и отверждением композиции с образованием композита, включающего EC-гель и подложку. Такой композит может быть использован как самостоятельный компонент для изготовления EC-устройства.

[0381] EC-композиция или слой, будучи в форме геля, может иметь физическое соединение с соседними компонентами EC-устройства. Гель по своей природе является липким, и создает связь с сопряженными поверхностями. В дополнение, для упрочнения этой связи поверхность раздела между электрохромной композицией или слоем в форме геля и соседним компонентом EC-устройства может быть усилена созданием химической связи между композицией или слоем и соседним компонентом. То есть, сетчатая фаза электрохромного слоя в форме геля может включать группы, которые могут реагировать с поверхностью электрода для приклеивания геля к поверхности.

[0382] В одном аспекте настоящего изобретения электрохромное устройство может включать электрохромный слой, размещенный между первой и второй оптически прозрачной подложкой EC-устройства, причем электрохромный слой связан, например, химически связан, с одной из первой или второй подложки, или с обеими. В одном аспекте настоящего изобретения полимер в EC-слое может быть рассчитан на создание химической связи с одной или более подложками EC-устройства, включающего любые электроды и/или межфазный слой на подложке, и в непосредственном контакте с EC-слоем. Например, один вариант представляет полимер, модифицированный алкоксисиланами, которые могут быть гидролизованы до гидроксисилановых групп, с последующим ковалентным связыванием с поверхностью подложки или ее функциональными поверхностями (электрода, межфазного слоя, и т.д.) посредством образования простых эфирных связей. Полимер может быть сформирован из УФ- или термически отверждаемых мономеров, таких как акрилаты, акриловые кислоты, акрилонитрилы, винилацетаты, этилен, и т.д., которые включают один или более алкоксисиланы, такие как алкенилтриалкоксисиланы, где алкенил может представлять собой С₂-С₆-алкенильную группу, и алкоксигруппы могут быть составлены меньшим (С₁-С₄) алкоксильным остатком. Еще один вариант предусматривает УФ- или термически отверждаемый полимер, модифицированный акрилатами, содержащими триалкоксисилановые боковые группы, например, полимер, образованный из УФ- или термически отверждаемых мономеров, который включают один и/или более акрилтриалкоксисиланы как алкоксисиланы. Такие алкоксисиланы, которые введены в полимер, пригодны для последующего связывания с поверхностью электрода. В альтернативном варианте или в комбинации, поверхность подложки (или ее функциональные слои на ней) может быть предварительно модифицирована контактом с функционализированными силанами, например, 3-аминопропилтриэтоксисиланом, с образованием монослоя функционализированного силана на поверхности электрода. Активные группы, например, аминогруппы, такого функционализированного силана пригодны для связывания с полимером, таким как полимер, включающий, например, нитрильные, простые эфирные или сложноэфирные группы. Тем самым EC-композиция или слой могут быть химически связаны с EC-устройством (оптически прозрачными подложками или их функциональными поверхностями (электрода, межфазного слоя)) подложкой, модифицированной функциональными группами в контакте с EC-композицией или слоем, и/или посредством полимера, модифицированного функциональными группами, как составной части EC-композиции или слоя.

[0383] Будучи включенным в EC-устройство, электрохромный слой, такой как в форме геля, может стабильно действовать в течение длительных периодов времени. Как используемый здесь, стабильный электрохромный слой, такой как в форме геля, представляет собой слой, который может быть циклически изменяться между состояниями от высокого до низкого пропускания, с менее, чем 10%-ным ослаблением пропускания видимого света при 620 нм на протяжении 1000 циклов. В определенных аспектах электрохромные слои и/или гели согласно настоящему изобретению могут быть работоспособными в пределах температурного диапазона от -40ºС до 110ºС.

[0384] EC-устройство, включающее электрохромный слой в форме геля, благоприятным образом может ослаблять звук, проходящий через устройство. Это может быть благоприятным для EC-устройств, применяемых в качестве оконных стекол в здании или на автотранспортных средствах, например, автомобилях, автобусах, поездах, и т.д. Например, дорожное движение может создавать шум на уровне 80 децибел (dB) или выше. Подложки EC-устройства до некоторой степени уменьшают шум, который может проходить через EC-устройство. Однако включение EC-слоя в форме геля может снижать звук по меньшей мере на 10, 20, 30, 40, 50% или более, по сравнению с таким же устройством, не содержащим гелевый EC-слой.

[0385] Как описано со ссылкой на ФИГ. 6-10, и в других местах, электрохромные композиции согласно настоящему изобретению могут быть нанесены на межфазный слой электрода различными путями. Такие электрохромные композиции могут быть получены и размещены на первой оптически прозрачной подложке, имеющей OTE на поверхности, обращенной к композиции, или между полостью, образованной первой и второй оптически прозрачными подложками с OTE или без него на поверхности, обращенной к каждому иному из следующих:

[0386] (а) Жидкий раствор с мономером(-ами) одного или более типов, включающий мономеры, имеющие более чем одну способную к полимеризации группу, и термически активируемый радикальный инициатор. По меньшей мере одно электрохромное соединение, и по меньшей мере один полимеробразующий мономер и термический радикальный инициатор растворяют в растворителе в любом порядке с образованием раствора. Раствор также может включать один или более из поддерживающего электролита, модификатора, вспомогательного соединения, и т.д. Полученным раствором предпочтительно заполняют полость между двумя электродными пакетами. При термической обработке инициатор разлагается с образованием радикалов, и инициирует радикальную полимеризацию мономеров. Полимеризация может иметь результатом формирование взаимопроникающей полимерной сетчатой структуры и гелеобразование EC-слоя.

[0387] (b) Жидкий раствор с мономером(-ами) одного или более типов, включающий мономеры, имеющие более чем одну способную к полимеризации группу, и фотохимически активируемый радикальный инициатор. Электроактивные соединения, поддерживающий электролит, модификаторы (например, УФ-фильтр, антиоксидант, термостабилизатор, поверхностно-активное вещество, и т.д.), мономеры и фотохимический радикальный инициатор могут быть растворены в растворителе в любом порядке. Полученный раствор может быть дозирован в полость между двумя электродными пакетами (также известный как подход «отливка на месте»). При освещении инициатор разлагается с образованием радикалов, и инициирует радикальную полимеризацию мономеров. Полимеризация мономеров может иметь результатом формирование взаимопроникающей полимерной сетчатой структуры и гелеобразование EC-слоя.

[0388] (с) Жидкий раствор с мономером(-ами) одного или более типов, включающий мономеры, имеющие более чем одну способную к полимеризации группу, которые могут быть вовлечены в катионную полимеризацию, и фотохимически активируемый катионный инициатор. Электроактивные соединения, поддерживающий электролит, модификаторы (например, УФ-фильтр, антиоксидант, термостабилизатор, поверхностно-активное вещество, и т.д.), мономер(-ры) и фотохимический катионный инициатор могут быть растворены в растворителе в любом порядке. Растворение компонентов может быть проведено при комнатной температуре или иным образом при нагревании, вплоть до температуры кипения растворителя. Полученный раствор может быть дозирован в полость между двумя электродными пакетами. При освещении происходит ионизация инициатора с образованием реакционноспособных катионов, и инициируется катионная полимеризация мономера. Полимеризация мономеров может иметь результатом формирование взаимопроникающей полимерной сетчатой структуры и гелеобразование EC-слоя.

[0389] (d) Жидкий раствор с дополнительным летучим сорастворителем. Электроактивные соединения, поддерживающий электролит, модификаторы (например, УФ-фильтр, антиоксидант, термостабилизатор, поверхностно-активное вещество, и т.д.), полимерный загуститель могут быть растворены в основном высококипящем растворителе. Растворение компонентов может быть проведено при комнатной температуре или при нагревании до температуры кипения растворителя. Иным образом, электроактивные соединения, поддерживающий электролит, модификаторы (например, УФ-фильтр, антиоксидант, термостабилизатор, поверхностно-активное вещество, и т.д.), растворяют в основном высокикипящем растворителе в любом порядке. Полимерный загуститель растворяют в летучем сорастворителе при комнатной температуре или при нагревании до температуры кипения сорастворителя. Два раствора объединяют с образованием конечного рабочего раствора. Другие варианты предусматривают системы, где растворение компонентов в высококипящем основном растворителе или в летучем сорастворителе может быть выполнено в любой комбинации. Полученный раствор может быть нанесен на поверхность одного электрода (то есть, анода или катода), или на поверхности обоих электродов любым из способов нанесения. Способ нанесения представляет капельное литье, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия ракелем, нанесение покрытия из щелевой фильеры, трафаретную печать, струйную печать, или заливку ванны. После выпаривания летучего сорастворителя на поверхности электрода образуется EC-слой.

[0390] (d.1) В качестве одного примера вышеуказанной процедуры (d), электрохромный раствор получили растворением 5 вес.% полиметилметакрилатного порошка (d99=25 мкм) в ацетоне при быстром и энергичном перемешивании лопастной мешалкой. Получили раствор катодного материала в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1,1’-диметил-4,4’-бипиридиния с молярной концентрацией 0,1 М и анодного материала в форме ферроцена с молярной концентрацией 0,1 М в пропиленкарбонате, и смешали с раствором полимера в ацетоне. Конечный раствор нанесли на носитель из полимерной пленки и высушили с образованием предварительно сформированного EC-слоя на полимерной пленке.

[0391] (е) Может быть сформирована жидкостная коллоидная система в форме полимерного золя, содержащая коллоидную полимерную матрицу в растворе электроактивного(-ных) соединения(-ний), сшивающего(-щих) агента(-ов) и инициатора(-ров).

[0392] (е.1) В качестве одного примера вышеуказанной процедуры (е), электрохромный золь получили растворением 13 вес.% полиметилметакрилатного порошка (d99=25 мкм) в растворе электрохромных соединений, поддерживающего электролита, сшивающего агента и инициатора в смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната с образованием вязкого полимерного золя. Вышеуказанный раствор получили растворением катодного материала в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1,1’-диметил-4,4’-бипиридиния с молярной концентрацией 0,1 М, анодного материала в форме ферроцена с молярной концентрацией 0,1 М, и поддерживающего электролита в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-этил-3-метилимидазолия с молярной концентрацией 0,3 М, диметакрилата этиленгликоля с 10 вес.%, и инициатора в форме дибензоилпероксида в количестве 0,5 вес.%, в 1:1-смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната. Полученный золь залили в пространство между анодным и катодным пакетами и отвердили нагреванием в течение 15 минут при 120ºС.

[0393] (f) Жидкостная дисперсия крупных полимерных частиц. Электрохромные соединения, поддерживающий электролит, модификаторы, по меньшей мере один мономер и термический радикальный инициатор растворили в растворителе в любом порядке. В полученный раствор ввели полимерный загуститель и тщательно диспергировали при перемешивании и ультразвуковой обработке или в механическом гомогенизаторе. Полученная дисперсия может быть размещена внутри EC-устройства, уплотнена и преобразована в гель в результате набухания полимера в растворителе при нагревании, тем самым образуя EC-слой. Скорость набухания полимера может быть отрегулирована настройкой температуры обработки, что позволяет контролировать вязкость дисперсии.

[0394] (f.1) В качестве одного примера вышеуказанной процедуры (f), электрохромную дисперсию получили интенсивным диспергированием 18 вес.% порошка полиакрилонитрила (d99=100 мкм) в растворе электрохромных соединений и поддерживающего электролита в смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната с использованием ротор-статорного высокоскоростного гомогенизатора. Вышеуказанный раствор получили растворением катодного материала в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-метил-1’-фенил-4,4’-бипиридиния с молярной концентрацией 0,03 М, анодного материала в форме 10-метилфенотиазина с молярной концентрацией 0,03 М, и поддерживающего электролита в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-этил-3-метилимидазолия с молярной концентрацией 0,65 М, в 2,45:1-смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната. Полученную дисперсию залили внутрь EC-устройства и отвердили нагреванием в течение 15 минут при 120ºС.

[0395] (f.2) В качестве другого примера вышеуказанной процедуры (f), электрохромную дисперсию получили интенсивным диспергированием 18 вес.% порошка полиакрилонитрила (d99=100 мкм) в растворе электрохромных соединений и поддерживающего электролита в смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната с использованием ротор-статорного высокоскоростного гомогенизатора. Вышеуказанный раствор получили растворением катодного материала в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-метил-1’-фенил-4,4’-бипиридиния с молярной концентрацией 0,03 М, анодного материала в форме 10-метилфенотиазина с молярной концентрацией 0,03 М, и поддерживающего электролита в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-этил-3-метилимидазолия с молярной концентрацией 0,3 М, в 1:1-смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната. Полученную дисперсию наслоили между двумя PET-пленками с толщиной 100 мкм с использованием двух нагретых валиков. Зазор между валиками регулировали на 700 мкм, с формированием тем самым однородного предварительно сформированного EC-слоя с фиксированной толщиной 500 мкм.

[0396] (f.3) В качестве другого примера вышеуказанной процедуры (f), электрохромную дисперсию получили интенсивным диспергированием 18 вес.% порошка полиакрилонитрила (d99=100 мкм) в растворе электрохромных соединений и поддерживающего электролита в смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната с использованием ротор-статорного высокоскоростного гомогенизатора. Вышеуказанный раствор получили растворением катодного материала в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-метил-1’-фенил-4,4’-бипиридиния с молярной концентрацией 0,03 М, анодного материала в форме 10-метилфенотиазина с молярной концентрацией 0,03 М, и поддерживающего электролита в форме бис(трифторметансульфонил)имида 1-этил-3-метилимидазолия с молярной концентрацией 0,3 М, в 1:1-смеси этиленкарбоната и пропиленкарбоната. Полученную дисперсию отлили на предварительно обработаную (коронным разрядом) PET-пленку с использованием способа нанесения покрытий ракелем с образованием равномерного слоя дисперсии. PET-пленку с нанесенной дисперсией нагревали в конвекционной печи для облегчения набухания и формирования предварительно сформированного EC-слоя, пригодного для последующего ламинирования.

[0397] Примеры электрохромных композиций

[0398] Пример 1 (синий)

[0399] Матрица: PMMA-co-PMAA (сополимер полиметилметакрилата и полиметакриловой кислоты), 30-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0400] Разбавители: хлороформ, метиленхлорид.

[0401] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, перхлорат/тетрафторборат дибензилвиологена/диметилвиологена, 0,05 M.

[0402] Поддерживающий электролит: нет.

[0403] Формирование: накатывание, каландрирование.

[0404] Дополнительные элементы: стеклянные микросферы как разделители.

[0405] Модификаторы: нет.

[0406]

[0407] Пример 2 (фиолетовый)

[0408]

[0409] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 40-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0410] Разбавители: ацетон, метилендихлорид, хлороформ.

[0411] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, 0,1 M, тетрафторборат C4-бисвиологена, 0,025 M, тетрафторборат диметилвиологена, 0,05 M.

[0412] Поддерживающий электролит: нет.

[0413] Формирование: накатывание.

[0414] Дополнительные элементы: нет.

[0415] Модификаторы: нет.

[0416] Пример 3 (коричневый)

[0417] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 40-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0418] Разбавители: ацетон, метилендихлорид, хлороформ.

[0419] Прекурсоры светопоглощающих соединений: 5,10-диметил-5,10-дигидрофеназин, 0,1 M, тетрафторборат C4-бисвиологена, 0,05 M.

[0420] Поддерживающий электролит: нет.

[0421] Формирование: накатывание.

[0422] Дополнительные элементы: нет.

[0423] Модификаторы: нет.

[0424] Пример 4 (черный)

[0425] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 40-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0426] Разбавители: ацетон, метилендихлорид, хлороформ.

[0427] Прекурсоры светопоглощающих соединений: 5,10-диметил-5,10-дигидрофеназин, 0,1 M, тетрафторборат C4-бисвиологена, 0,025 M, тетрафторборат диметилвиологена, 0,05 M.

[0428] Поддерживающий электролит: нет.

[0429] Формирование: накатывание.

[0430] Дополнительные элементы: нет.

[0431] Модификаторы: нет.

[0432] Пример 5 (зеленый)

[0433] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 40-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0434] Разбавители: ацетон, метилендихлорид, хлороформ.

[0435] Прекурсоры светопоглощающих соединений: 5,10-диметил-5,10-дигидрофеназин, 0,1 M, тетрафторборат диметилвиологена, 0,05 M.

[0436] Поддерживающий электролит: нет.

[0437] Формирование: накатывание.

[0438] Дополнительные элементы: нет.

[0439] Модификаторы: нет.

[0440] Пример 6 (синий)

[0441] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 40-45 вес.%, пропиленкарбонат.

[0442] Разбавители: ацетон, метилендихлорид, хлороформ.

[0443] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, тетрафторборат диметилвиологена, 0,05 M.

[0444] Поддерживающий электролит: нет.

[0445] Формирование: накатывание.

[0446] Дополнительные элементы: нет.

[0447] Модификаторы: нет.

[0448] Пример 7 (синий)

[0449] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 35 вес.%, пропиленкарбонат, полиэтиленгликоль-400.

[0450] Разбавитель: ацетон.

[0451] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, тетрафторборат диметилвиологена, 0,05 M.

[0452] Поддерживающий электролит: нет.

[0453] Формирование: нанесение покрытия из щелевой фильеры на электроды из PET/металлической сетки/углеродных нанотрубок (CNT), высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0454] Дополнительные элементы: нет.

[0455] Модификаторы: Agidol-1 (антиоксидант), Milestab 9 (УФ-стабилизатор).

[0456] Пример 8 (синий)

[0457] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 30 вес.%, пропиленкарбонат, полиэтиленгликоль-400.

[0458] Разбавитель: ацетон.

[0459] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, трифторметансульфонилимид (TFSI) диметилвиологена, 0,09 M.

[0460] Поддерживающий электролит: нет.

[0461] Формирование: нанесение покрытия из щелевой фильеры на электроды из PET/металлической сетки/CNT, высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0462] Дополнительные элементы: нет.

[0463] Модификаторы: Agidol-1 (антиоксидант), Milestab 9 (УФ-стабилизатор).

[0464] Пример 9 (синий)

[0465] Матрица: сополимер метилметакрилата, метакриловой кислоты и кальциевой соли метакриловой кислоты (VITAN-OS), 23 вес.%, пропиленкарбонат, полиэтиленгликоль-400.

[0466] Разбавитель: нет.

[0467] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, диметилвиологен-TFSI, 0,08 M.

[0468] Поддерживающий электролит: нет.

[0469] Формирование: нанесение покрытия из полимерной дисперсии ракелем на электроды из PET/металлической сетки/CNT, высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0470] Дополнительные элементы: нет.

[0471] Модификаторы: Agidol-1 (антиоксидант), Milestab 9 (УФ-стабилизатор).

[0472] Пример 10 (синий)

[0473] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 35 вес.%, просеянный, фракция <15 мкм, пропиленкарбонат.

[0474] Разбавитель: нет.

[0475] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, диметилвиологен-TFSI, 0,03 M.

[0476] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,1 M.

[0477] Формирование: нанесение покрытия из полимерной дисперсии ракелем на электроды из PET/металлической сетки/CNT, высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0478] Дополнительные элементы: нет.

[0479] Модификаторы: нет.

[0480] Пример 11 (черный)

[0481] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 35 вес.%, просеянный, фракция <15 мкм, пропиленкарбонат.

[0482] Разбавитель: нет.

[0483] Прекурсоры светопоглощающих соединений: C4-бисвиологен-TFSI, 0,013 M, диметилвиологен-TFSI, 0,025 M, 5,10-диметил-5,10-дигидрофеназин, 0,054 M.

[0484] Поддерживающий электролит: нет.

[0485] Формирование: нанесение покрытия из полимерной дисперсии ракелем на электроды из PET/металлической сетки/CNT, высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0486] Дополнительные элементы: нет.

[0487] Модификаторы: нет.

[0488] Пример 12 (синий)

[0489] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 22 вес.%, просеянный, фракция <15 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 1:2,45 (молей).

[0490] Разбавитель: нет.

[0491] Прекурсоры светопоглощающих соединений: ферроцен, диметилвиологен-TFSI, 0,04 M.

[0492] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,5 M.

[0493] Формирование: нанесение покрытия из полимерной дисперсии ракелем на электроды из PET/металлической сетки/CNT, высушивание горячим воздухом, ламинирование.

[0494] Дополнительные элементы: нет.

[0495] Модификаторы: нет.

[0496] Пример 13 (черный)

[0497] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 22 вес.%, просеянный, фракция <15 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 1:2,45 (молей).

[0498] Разбавитель: нет.

[0499] Прекурсоры светопоглощающих соединений: дифенилвиологен-TFSI, 0,003 M, диметилвиологен-TFSI, 0,015 M, 10-метилфенотиазин, 0,03 M.

[0500] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,4 M.

[0501] Формирование: отливка на месте, заполнение стеклопакета (IGU) (стекло с покрытием из легированного фтором оксида олова (FTO)/оксида индия-олова (ITO)).

[0502] Дополнительные элементы: нет.

[0503] Модификаторы: нет.

[0504] Пример 14 (черный)

[0505] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 22 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 1:2,45 (молей).

[0506] Разбавитель: нет.

[0507] Прекурсоры светопоглощающих соединений: диметилвиологен-TFSI, 0,009 M, тритолиламин, 0,006 M, N, N’-бис(4-метокси-2-метилфенил)-N, N’-дифенилбензидин, 0,003 M.

[0508] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,4 M.

[0509] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0510] Дополнительные элементы: нет.

[0511] Модификаторы: нет.

[0512] Пример 15 (синий)

[0513] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 22 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 1:2,45 (молей).

[0514] Разбавитель: нет.

[0515] Прекурсоры светопоглощающих соединений: диметилвиологен-TFSI, 0,005 M, тритолиламин, 0,005 M.

[0516] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,4 M.

[0517] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0518] Дополнительные элементы: нет.

[0519] Модификаторы: нет.

[0520] Пример 16 (черный)

[0521] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 18 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 35:65 (молей).

[0522] Разбавитель: нет.

[0523] Прекурсоры светопоглощающих соединений: метилфенилвиологен-TFSI, 0,03 M, 10-метилфенотиазин, 0,03 M.

[0524] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,65 M.

[0525] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0526] Дополнительные элементы: нет.

[0527] Модификаторы: нет.

[0528] Пример 17 (фиолетовый)

[0529] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 18 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 35:65 (молей).

[0530] Разбавитель: нет.

[0531] Прекурсоры светопоглощающих соединений: диметилвиологен-TFSI, 0,03 M, 10-метилфенотиазин, 0,03 M.

[0532] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,65 M.

[0533] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0534] Дополнительные элементы: нет.

[0535] Модификаторы: нет.

[0536] Пример 18 (голубовато-зеленый)

[0537] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 18 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 35:65 (молей).

[0538] Разбавитель: нет.

[0539] Прекурсоры светопоглощающих соединений: N, N,N’,N’-тетрафенилфенилендиамин, 0,005 M, диметилвиологен-TFSI, 0,005 M.

[0540] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,4 M.

[0541] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0542] Дополнительные элементы: нет.

[0543] Модификаторы: нет.

[0544] Пример 19 (коричневый)

[0545] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 18 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 35:65 (молей).

[0546] Разбавитель: нет.

[0547] Прекурсоры светопоглощающих соединений: диметилвиологен-TFSI, 0,004 M, N, N’-бис(4-метокси-2-метилфенил)-N, N’-дифенилбензидин, 0,004 M.

[0548] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,4 M.

[0549] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0550] Дополнительные элементы: нет.

[0551] Модификаторы: нет.

[0552] Пример 20 (красный)

[0553] Матрица: полиакрилонитрил (PAN), Mw=150 кДа, 18 вес.%, непросеянный, фракция <100 мкм, пропиленкарбонат:этиленкарбонат, 35:65 (молей).

[0554] Разбавитель: нет.

[0555] Прекурсоры светопоглощающих соединений: C4-бисвиологен-TFSI, 0,015 M, 10-метилфенотиазин, 0,015 M.

[0556] Поддерживающий электролит: emimTFSI, 0,65 M.

[0557] Формирование: отливка на месте, заполнение IGU (стекло с покрытием из FTO/ITO).

[0558] Дополнительные элементы: нет.

[0559] Модификаторы: нет.

[0560] Образец электрохромной композиции количественно проанализировали в отношении цвета и мутности с использованием спектрофотометра HunterLab UltraScan PRO, имеющего источник освещения D65, и действующего с 10-градусным стандартным наблюдателем. Результаты приведены в нижеследующей таблице.

ID (598)	L*	a*	b*	Мутность, %, D65/10	Общий Y, D65/10	Диффузный Y, D65/10
Осветленное состояние	86,84	1,26	6,48	7,94	69,68	5,53
Черный при 1,2 В	49,91	-15,65	24,75	7,56	18,34	1,39
Черный при 1,3 В, 0,09 А	0,15	0,2	0	Нет данных - слишком темный	0,02	0,01

[0561] Были описаны электрохромные устройства, их компоненты и системы, и способы управления электрохромными устройствами, а также электрохромные материалы, композиции, слои, гели, и формирование вышеуказанных. Ниже приведены определенные аспекты настоящего изобретения, которые включают:

[0562] А. Электрохромное устройство, включающее: первый электрод, второй электрод (например, анод и катод) и электрохромную композицию, включающую один или более электрохромные материалы; причем по меньшей мере один из одного или более электрохромных материалов испытывает перенос электрона только на либо на первом электроде, либо на втором электроде. Любой или оба из первого электрода или второго электрода включает полупроводниковый материал на поверхности раздела с электрохромной композицией. Кроме того, первый электрод включает материал, который является иным, нежели материал второго электрода. В некоторых вариантах исполнения электрохромная композиция размещена между первым электродом и вторым электродом и в контакте с ними, и сконфигурирована для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал между электродами, например, изменение пропускания видимого света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Первый электрод, второй электрод и электрохромная композиция могут определять слой с переменным коэффициентом пропускания (VTL), и VTL может иметь электрические свойства, которые в центральной области VTL отличаются от свойств на периферии VTL. В других вариантах исполнения электрохромная композиция включает катодное соединение и анодное соединение как один или более электрохромные материалы, и причем любой или оба из первого электрода или второго электрода избирательно обеспечивают возможность восстановления и окисления по существу только катодного соединения и/или его восстановленных форм, в то же время по существу предотвращая восстановление и окисление анодного соединения. В дополнительнных вариантах исполнения электрохромная композиция включает катодное соединение и анодное соединение как один или более электрохромные материалы, и причем любой или оба из первого электрода или второго электрода избирательно обеспечивают возможность восстановления и окисления по существу только анодного соединения и/или его окисленных форм, в то же время по существу предотвращая восстановление и окисление катодного соединения.

[0563] В. Электрохромное устройство, включающее: первый электрод, второй электрод, электрохромную композицию между ними (например, катод, анод и электрохромную композицию между ними), и селективно проницаемую мембрану внутри электрохромной композиции, и размещенную между двумя электродами. Мембрана может по существу обеспечивать проникновение мелких молекул, например, мелких ионов, но по существу подавляет проникновение крупных молекул, например, крупных ионов. Например, мембрана может по существу допускать проникновение протонов, но по существу подавляет проникновение более крупных ионов, чем протоны. В некоторых вариантах исполнения мембрана может иметь центральную область и периферийную область, причем центральная область имеет более высокую проницаемость, чем периферийная область. В других вариантах исполнения катодный электрод, анодный электрод, электрохромная композиция определяют слой с переменным коэффициентом пропускания (VTL), причем VTL имеет электрические свойства, которые являются по существу иными в центре VTL, нежели в периферии VTL.

[0564] С. Электрохромное устройство, включающее: первую оптически прозрачную подложку; вторую оптически прозрачную подложку; электрохромную композицию, размещенную между первой и второй оптически прозрачными подложками, причем первая оптически прозрачная подложка, вторая оптически прозрачная подложка и электрохромная композиция между ними определяют оптический путь для пропускания света; первый электрод на одной или обеих из первой и второй оптически прозрачных подложек; второй электрод, размещенный снаружи оптического пути; и причем электрохромная композиция сконфигурирована для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал между первым и вторым электродами. Первый электрод может представлять собой анодный электрод, и второй электрод может быть катодным электродом; и/или первый электрод может быть на обеих из первой и второй из оптически прозрачных подложек; и/или первый электрод может представлять собой оптически прозрачную подложку; и/или второй электрод не является оптически прозрачным.

[0565] D. Электрохромное устройство, включающее кромку, причем кромка открыта к инертной атмосфере. Электрохромное устройство может дополнительно включать подложку, имеющую кромку, открытую к инертной атмосфере, и вторую оптически прозрачную подложку, которая не открыта к инертной атмосфере; и/или электрохромное устройство может дополнительно включать первую оптически прозрачную подложку с первым оптически прозрачным электродом, размещенным на ней и имеющим кромку, открытую к инертной атмосфере; вторую подложку с размещенным на ней вторым оптически прозрачным электродом; и электрохромную композицию, размещенную между первой и второй подложками; и/или первая оптически прозрачная подложка может быть в форме гибкой пленки. Электрохромное устройство, включающее кромку, может быть частью стеклопакета с изоляцией (IGU). Такой стеклопакет с изоляцией может включать первую стеклянную подложку и вторую стеклянную подложку, которые определяют объем между ними, и каковой объем может включать инертную атмосферу и электрохромное устройство, включающее кромку, причем по меньшей мере одна из первой стеклянной подложки или второй стеклянной подложки не находится в электрическом сообщении с электрохромным устройством. IGU может дополнительно включать третью стеклянную подложку, отдаленную от второй стеклянной подложки и определяющую второй объем.

[0566] Е. Оптически прозрачная подложка, включающая: первую основную поверхность с оптически прозрачным электродом; вторую основную поверхность; кромку между первой и второй основными поверхностями; и электрически проводящую планку в электрическом контакте с оптически прозрачным электродом, и размещенную поверх кромки. В некоторых вариантах исполнения электрически проводящая планка находится в электрическом контакте с оптически прозрачным электродом и размещена поверх кромки и на второй поверхности подложки. Оптически прозрачная подложка может дополнительно включать второй электрически проводящий элемент в электрическом контакте с электрически проводящей планкой на второй поверхности подложки; и/или второй электрически проводящий элемент в электрическом контакте с электрически проводящей планкой и, необязательно, на второй поверхности подложки. Второй электрически проводящий элемент может включать металл, например, медь или медный сплав, или алюминий или алюминиевый сплав. Поверх электрически проводящей планки, кромки и/или второго электрически проводящего элемента может быть размещен изоляционный слой. Второй электрически проводящий элемент может иметь толщину свыше 50 микрон (мкм). В некоторых вариантах исполнения кромке может быть придана гладкая, скругленная форма. Оптически прозрачная подложка согласно аспекту Е может быть включена как оптически прозрачная подложка в EC-устройство, такое как любое из EC-устройств согласно настоящему изобретению. В некоторых вариантах исполнения электрохромное устройство, имеющее оптически прозрачную подложку согласно аспекту Е, может дополнительно включать вторую оптически прозрачную подложку и электрохромный слой между оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой. Такой электрохромный слой может иметь толщину, и второй проводящий элемент может иметь толщину, которая является большей, чем толщина электрохромного слоя.

[0567] F. Электрохромное устройство, включающее: первую оптически прозрачную подложку с первым электродом на ее поверхности; вторую оптически прозрачную подложку; электрохромную композицию, размещенную между первой и второй подложками и в контакте с первым электродом, и сконфигурированную для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал; уплотнительный элемент для герметизации электрохромной композиции между первой и второй подложками; и пассивирующий слой, размещенный между первым электродом и уплотнительным элементом, причем пассивирующий слой непосредственно контактирует с первым электродом и уплотнительным элементом. В некоторых вариантах исполнения пассивирующий слой находится в непосредственном контакте с первым электродом, уплотнительным элементом и электрохромной композицией. Пассивирующий слой может предотвращать одновременный контакт уплотнительного элемента в любом одном месте первого электрода и электрохромной композиции. Вторая оптически прозрачная подложка может иметь второй электрод на ее поверхности, и электрохромное устройство может дополнительно включать второй пассивирующий слой, размещенный между вторым электродом и уплотнительным элементом; второй пассивирующий слой может быть в непосредственном контакте со вторым электродом и уплотнительным элементом, и, необязательно, электрохромной композицией. Второй пассивирующий слой может препятствовать уплотнительному элементу одновременно контактировать в любом одном месте второго электрода и электрохромной композиции. Устройство может дополнительно включать электрически проводящую планку в непосредственном и электрическом контакте с первым и/или вторым электродом, причем пассивирующий слой может быть протяженным поверх электрически проводящей планки. Первая оптически прозрачная подложка может иметь поверхность, противоположную поверхности с первым электродом, и кромку между поверхностями, и электрически проводящая планка может быть размещена поверх кромки и, необязательно, на второй поверхности первой подложки. Вторая оптически прозрачная подложка может иметь поверхность, противоположную поверхности со вторым электродом, и кромку между поверхностями, и вторая электрически проводящая планка может быть размещена поверх кромки и, необязательно, на второй поверхности второй подложки. Пассивирующий слой может включать оксид кремния. Уплотнительный элемент включает эластомер, фторполимер, силикон, полиамид, бутилкаучук, полисульфид, эпоксидную смолу, или их комбинации. Устройство может включать вторичное уплотнение между первой оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой, и/или размещенное вокруг по меньшей мере части периметра первой и второй подложек, причем вторичное уплотнение не контактирует с электрохромной композицией.

[0568] G. Система управления электрохромным устройством, включающим первую подложку, имеющую первый электрод, вторую подложку, имеющую второй электрод, и электрохромную композицию, размещенную между первой и второй подложками, причем система включает: управляющее устройство, функционально соединенное с первым и вторым электродами электрохромного устройства; и терминалы считывания напряжения, размещенные на каждой из первой и второй подложек, причем терминалы считывания напряжения функционально соединены с управляющим устройством. Управляющее устройство может дополнительно включать процессор, сконфигурированный для определения электрического сигнала, подаваемого нв электроды, с использованием алгоритма обратной связи, причем такой алгоритм использует разность между желательным напряжением в разомкнутой цепи среди терминалов считывания напряжения и напряжением в разомкнутой цепи, измеренным на терминалах считывания напряжения, в качестве контрольной переменной величины. В некоторых вариантах исполнения алгоритм обратной связи представляет собой пропорционально-интегрально-дифференцирующий (PID) алгоритм обратной связи, и значения пропорционального (P), интегрального (I) и дифференцирующего (D) коэффициента, используемые в PID- алгоритме, зависят от физических и химических характеристик электрохромной композиции. В других вариантах исполнения алгоритм обратной связи представляет собой пропорционально-интегрально-дифференцирующий (PID) алгоритм обратной связи, и значения пропорционального (P), интегрального (I) и дифференцирующего (D) коэффициента, используемые в PID-алгоритме, зависят от физических и химических характеристик первого и второго электродов. Электрический сигнал может быть выбран из постоянного тока, постоянного напряжения, функции тока, функции напряжения, или их комбинации. Желательное напряжение разомкнутой цепи может быть определено на основе желательного оптического состояния электрохромной композиции. Желательное напряжение разомкнутой цепи может быть определено на основе выбранного диапазона длин волн внутри оптического спектра. Например, желательное оптическое состояние электрохромной композиции может быть определено на основе желательного диапазона длин волн в пределах инфракрасного спектра. В еще одних дополнительнных вариантах исполнения такие системы могут дополнительно включать датчик, предназначенный для измерения энергопотребления в конструкции, в которой размещено электрохромное устройство, причем процессор дополнительно сконфигурирован для определения желательного напряжения разомкнутой цепи на основе измеренного энергопотребления. В альтернативном варианте или в комбинации, такие системы могут дополнительно включать датчик, предназначенный для измерения освещенности во внутреннем пространстве конструкции, в которой размещено электрохромное устройство, причем процессор дополнительно сконфигурирован для определения желательного напряжения разомкнутой цепи на основе измеренной освещенности. В других вариантах исполнения желательное напряжение разомкнутой цепи может быть определено на основе освещенности светом из окружающей среды или температуры окружающей среды в географическом местоположении, в котором находится электрохромное устройство. Кроме того, электрический сигнал может включать очередность заряда, включающую одно, выбранное из постоянного тока с контролем перенапряжения, постоянного напряжения и контролем избыточного тока, функции тока и функции напряжения.

[0569] H. Способ управления электрохромным устройством, включающим первую подложку, имеющую первый электрод, вторую подложку, имеющую второй электрод, и электрохромную композицию, размещенную между первой и второй подложками, причем способ включает:

подачу электрического сигнала на электрохромную композицию с использованием первого и второго электродов; измерение напряжения разомкнутой цепи на электрохромной композиции; определение сигнала рассогласования на основе разности между измеренным напряжением разомкнутой цепи и желательным напряжением разомкнутой цепи, причем желательное напряжение разомкнутой цепи предварительно определено на основе желательного оптического состояния электрохромной композиции; использование алгоритма обратной связи, определяющего скорректированный электрический сигнал, подаваемый на электрохромную композицию, на основе сигнала рассогласования, пока сигнал рассогласования не достигнет порогового значения. Напряжение разомкнутой цепи может быть измерено на терминалах считывания напряжения, размещенных на каждой из первой и второй подложек, причем, например, терминалы считывания напряжения функционально соединены с управляющим устройством. Алгоритм обратной связи может включать пропорционально-интегрально-дифференцирующий (PID) алгоритм обратной связи, и значения пропорционального (P), интегрального (I) и дифференцирующего (D) коэффициента, используемые в PID-алгоритме, зависят от физических и химических характеристик электрохромной композиции. Альтернативно или в комбинации, алгоритм обратной связи может представлять собой пропорционально-интегрально-дифференцирующий (PID) алгоритм обратной связи, и значения пропорционального (P), интегрального (I) и дифференцирующего (D) коэффициента, используемые в PID-алгоритме, зависят от физических и химических характеристик первого и второго электродов. Заданное значение алгоритма обратной связи может быть определено, например, на основе желательного оптического состояния электрохромной композиции или выбранного диапазона длин волн в пределах оптического или инфракрасного спектра электрохромной композиции. В альтернативном варианте, заданное значение алгоритма обратной связи может быть определено на основе освещенности светом из окружающей среды или температуры окружающей среды в географическом местоположении, в котором находится электрохромное устройство. Электрический сигнал может включать очередность заряда, включающую одно, выбранное из постоянного тока с контролем перенапряжения, постоянного напряжения и контролем избыточного тока, функции тока и функции напряжения. В другом варианте исполнения заданное значение алгоритма обратной связи может быть определено на основе энергопотребления в конструкции, в которой размещено электрохромное устройство. В другом дополнительном варианте исполнения заданное значение алгоритма обратной связи может быть определено на основе измеренной освещенности во внутреннем пространстве конструкции, в которой размещено электрохромное устройство. В другом дополнительном варианте исполнения электрохромная композиция сконфигурирована для изменения пропускания видимого света и/или инфракрасного излучения из одного состояния в другое состояние в ответ на электрический сигнал.

[0570] I. Электрохромный материал, включающий соединение с формулой (I):

[0571] в которой R₁ и R₂ являются одинаковыми, и представляют С_1-7-алкил, бензил, фенил, или фенил, имеющий один или более заместители, причем один или более заместители представляют собой С_1-4-алкил, С_1-4-перфторалкоксигруппу, трифторметоксигруппу или атом галогена, и Х^- представляет органический анион. В некоторых вариантах исполнения R₁ и R₂ представляют С_1-7-алкил. В других вариантах исполнения R₁ и R₂ представляют фенил, имеющий один или более заместители в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила. Например, R₁ и R₂ могут представлять фенил, имеющий два или более заместителей, например, два или более С_1-7-алкильных заместителей, в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила; R₁ и R₂ могут представлять фенил, имеющий заместитель в 4-ом положении фенила, например, R₁ и R₂ могут представлять фенил, имеющий С_1-4-алкил, С_1-4-перфторалкоксигруппу, трифторметоксигруппу или атом галогена, в качестве заместителя в 4-ом положении фенила. Х^- может представлять или включает органический анион (CF₃SO₂)₂N^-. Такие электрохромные материалы могут быть включены в электрохромное устройство.

[0572] J. Электрохромный материал, включающий соединение с формулой (I)

[0573] в которой R₁ и R₂ являются различными, и индивидуально представляют алкил, незамещенный или замещенный одним или более из фенила, атома галогена, 4,4’-бипиридиний, который может быть замещен алкилом, бензилом, фенилом, или фенилом, замещенным одним или более из алкила, галоалкила, атома галогена, алкоксигруппы, галогенированной алкоксигруппы, пентафторсульфанильной или цианогруппы, и X⁻ представляет анион. В некоторых вариантах исполнения R₁ может представлять C_1-7-алкил, и R₂ представляет фенил, или фенил, замещенный одним или более из алкила, галоалкила, атома галогена, алкоксигруппы, галогенированной алкоксигруппы, пентафторсульфанильной или цианогруппы. В других вариантах исполнения R₁ может представлять C_1-7-алкил, и R₂ может представлять фенил, или фенил, имеющий один или более заместители в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила. Например, R₂ может представлять фенил, имеющий два или более заместителей 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила; R₂ может представлять фенил, имеющий два заместителя, например, два C_1-7-алкильных заместителя в 3- и 5-ом положении; R₂ может представлять фенил, имеющий заместитель в 4-ом положении фенила. Такие электрохромные материалы могут быть включены в электрохромное устройство.

[0574] K. Электрохромная композиция, включающая: катодный материал, включающий одно или более соединения с формулой (I)

[0575] в которой R₁ и R₂ являются одинаковыми или различными, и индивидуально представляют замещенный или незамещенный алкил, бензил, замещенный или незамещенный фенил, и X⁻ представляет анион; растворитель; и, необязательно, полимерный материал. Катодный материал может включать два или более соединений, которые согласованы для создания серой шкалы видимого света. В некоторых вариантах исполнения R₁ может представлять C_1-7-алкил, и R₂ представляет фенил, или фенил, замещенный одним или более из алкила, галоалкила, фенила, или фенила, замещенного одним или более из алкила, галоалкила, атома галогена, алкоксигруппы, галогенированной алкоксигруппы, пентафторсульфанильной или цианогруппы. В других вариантах исполнения R₁ может представлять C_1-7-алкил, и R₂ может представлять фенил, или фенил, имеющий один или более заместители в 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила. Например, R₂ может представлять фенил, имеющий два или более заместителей 3-, 4- и/или 5-ом положении фенила; R₂ может представлять фенил, имеющий два заместителя, например, два C_1-7-алкильных заместителя в 3- и 5-ом положении; R₂ может представлять фенил, имеющий заместитель в 4-ом положении фенила. X⁻ может представлять трифторметансульфонилимид (CF₃SO₂)₂N^-. Композиция может дополнительно включать анодный материал, включающий один или более из ферроцена, 5,10-дигидрофеназина, полиариламида, тритолиламина, фенотиазина, метилфенилтиазина, или бензидина. Такие электрохромные материалы могут быть включены в электрохромное устройство.

[0576] L. Электрохромная композиция в форме геля, включающая твердую сетчатую фазу и жидкостную фазу, причем электрохромная композиция может изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Гель может быть по существу пластичным, чтобы легко адаптироваться к изогнутой поверхности. В определенных аспектах гель по существу не проявляет текучести в стационарном состоянии при атмосферном давлениия и температуре 20ºС. В некоторых вариантах исполнения гель может иметь коэффициент пропускания менее 1% в одном состоянии, и коэффициент пропускания по меньшей мере 50% в другом состоянии, в области видимого спектра. В других вариантах исполнения электрохромная композиция может непрерывно изменять светопропускание из одного состояния в одно или более другие состояния в ответ на один или более входные сигналы. В дополнительных вариантах исполнения изменение светопропускания происходит в УФ- или ИК-диапазонах длин волн. В еще других дополнительных вариантах исполнения электрохромная композиция может включать один или более компоненты, которые могут изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал, и один или более из радиационного фильтра, добавочного элемента, поддерживающего электролита, или их комбинацию. В определенных аспектах один или более из радиационного фильтра, добавки или электролита включают органический материал. В других вариантах исполнения гель может быть работоспособным в пределах температурного диапазона от -40ºС до 110ºС; или может поглощать не менее, чем около 50% излучения в УФ- или ИК-диапазонах длин волн; или может ослаблять звук по меньшей мере на 50%; или может иметь низкую мутность.

[0577] Гель может иметь электрическую характеристику, настроенную на предварительно заданное значение. Например, гель изменяет светопропускание из одного состояния в другое состояние с потреблением тока с плотностью менее, чем около 50 мкА/см², или с потреблением энергии менее, чем около 0,25Вт/м². В других вариантах исполнения гель может изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал как напряжение менее, чем около 1,5 В. Гель может быть по существу бистабильным. Гель может изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал при одном или более из значений тока, напряжения или мощности ниже предварительно определенного значения во время перехода из одного состояния в другое состояние.

[0578] В других вариантах исполнения электрохромная композиция может изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние за меньшее время, чем 30 секунд, или равное этому. В некоторых вариантах исполнения твердая сетчатая фаза включает группы, которые могут реагировать с поверхностью электрода для приклеивания геля к поверхности. В других вариантах исполнения твердая сетчатая фаза может включать группы, которые могут реагировать с поверхностью электрода для приклеивания геля к поверхности. В еще других дополнительных вариантах исполнения гель сформирован из композиции, включающей жидкостную фазу и прекурсоры для формирования твердой сетчатой фазы. В определенных аспектах прекурсоры могут включать УФ- или термически отверждаемые органические соединения или отверждаемые алкоксисиланы. Гель может представлять собой предварительно сформированный EC-слой, такой как EC-слой в форме геля, размещенного на одной или более пленках, например, оптически прозрачной пленке, и/или размещенного между двумя или более пленками. Такие электрохромные гели могут быть включены в электрохромное устройство.

[0579] M. Способ получения электрохромного геля, причем способ включает: формирование твердой сетчатой фазы внутри жидкостной фазы; причем жидкостная фаза или твердая сетчатая фаза включает один или более компоненты, которые могут изменять светопропускание из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Формирование твердой сетчатой фазы может включать сшивание включающей компоненты композиции с образованием твердой сетчатой фазы. Такие компоненты могут включать УФ- или термически отверждаемые органические соединения или отверждаемые алкоксисиланы. В некоторых вариантах исполнения электрохромный гель может быть сформирован в слое, имеющем электрические свойства, которые существенно различаются в различных областях слоя. Например, сформированный слой может иметь электрические свойства, значения которых являются значительно более высокими в центральной области, чем в периферийной области слоя. Изменение электрической проводимости от центральной области к периферийной области может быть резким или постепенным. Дополнительные варианты исполнения включают формирование геля как преформы слоя, например, введением электрохромной композиции, которая включает образующие полимерную сетчатую структуру компоненты в растворителе, на одной или более гибких подложках с образованием предварительно сформированного слоя на гибкой подложке или между многими гибкими подложками. Предварительно сформированный слой может быть размещен между первой оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой. В других вариантах исполнения предварительно сформированный слой может быть отвержден с образованием геля, таким образом, как воздействие на преформу одного или более факторов из времени, температуры, давления, УФ-излучения, воздействия химических или физических агентов, и т.д., или их комбинаций.

[0580] N. Электрохромное устройство, включающее: первую оптически прозрачную подложку с первым электродом; вторую оптически прозрачную подложку; электрохромную композицию в форме геля или слоя, размещенного между первой и второй подложками и сконфигурированную для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Электрохромная композиция может включать компоненты и признаки, описанные в аспекте I, J и/или K, в любой комбинации. В некоторых вариантах исполнения электрохромная композиция может быть в форме геля. Гель или слой может включать все из элементов и признаков согласно аспекту L в любой комбинации. В некоторых вариантах исполнения электрохромный гель или слой может быть химически связан с одной из первой или второй подложки, или с обеими. В других вариантах исполнения по меньшей мере одна из первой подложки или второй подложки может быть химически функционализирована для стимулирования связывания электрохромного геля или слоя с нею. В еще других дополнительных вариантах исполнения электрохромный гель или слой может быть может быть химически функционализирован для содействия связыванию по меньшей мере с одной первой подложкой или второй подложкой. Кроме того, электрохромная композиция в форме геля или слоя в электрохромном устройстве может иметь обусловленные составом свойства, например, электрическую проводимость, которые различаются в различных областях геля или слоя по боковому направлению геля или слоя. Обусловленные составом свойства, например, электрическая проводимость, могут поэтапно изменяться в различных областях, и/или могут изменяться непрерывно в различных областях. В дополнение, электрохромная композиция может включать электрохромные материалы, которые спектрально согласованы с создаваемым согласно серой шкале цветом пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света, так, что когда отклонения цвета пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света составляют менее 10 единиц, например, менее 5 единиц, a*- и b*-координат цветового пространства CIELAB.

[0581] O. Способ формирования электрохромного устройства, включающий: размещение электрохромного слоя между первой оптически прозрачной подложкой и второй оптически прозрачной подложкой, причем электрохромный слой сконфигурирован для изменения светопропускания из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал; и связывание электрохромного слоя с одной из первой или второй подложки, или обеими. Электрохромная композиция может включать компоненты и признаки, описанные для аспекта I, J и/или K, в любой комбинации. В некоторых вариантах исполнения электрохромная композиция может быть в форме геля. Гель или слой может включать все из элементов и признаков аспекта L в любой комбинации. В некоторых вариантах исполнения электрохромный гель или слой может быть химически связан с одной из первой или второй подложки, или с обеими. В других вариантах исполнения по меньшей мере одна из первой подложки или второй подложки может быть химически функционализирована для содействия связыванию электрохромного геля или слоя с ними. В еще других дополнительных вариантах исполнения электрохромный гель или слой может быть химически функционализирован для стимулирования связывания с меньшей мере одной из первой подложки или второй подложки. В других вариантах исполнения размещение электрохромного слоя между первой и второй оптически прозрачными подложками может включать распределение отмеренного количества электрохромной композиции на первой оптически прозрачной подложке, которая включает перемычку на ней по существу вокруг ее периметра, размещение второй оптически прозрачной подложки на электрохромной композиции, и отверждение электрохромной композиции с образованием электрохромного слоя. В некоторых вариантах исполнения размещение электрохромного слоя между первой и второй оптически прозрачными подложками может включать дозирование отмеренного количества электрохромной композиции, имеющей площадь на первой оптически прозрачной подложке, размещение второй оптически прозрачной подложки на электрохромной композиции, и принуждение электрохромной композиции к растеканию поверх первой оптически прозрачной подложки с образованием электрохромного слоя, занимающего площадь, которая является значительно большей, чем площадь дозированной электрохромной композиции. В еще других дополнительнных вариантах исполнения размещение электрохромного слоя между первой и второй оптически прозрачными подложками может включать размещение предварительно сформированного EC-слоя на первой оптически прозрачной подложке, размещение второй оптически прозрачной подложки на предварительно сформированном EC-слое.

[0582] Каждый из приведенных выше аспектов может включать один или более из следующих дополнительнных элементов в любой комбинации.

[0583] Элемент 1: в котором один или оба из первого или второго электрода, например, катодный или анодный электрод, включают полупроводниковый материал на поверхности раздела с электрохромной композицией. Элемент 2: в котором один или более электрохромные материалы испытывают обмен электронами только либо на первом электроде, либо на втором электроде. Элемент 3: в котором электрохромная композиция может быть размещена между первым и вторым электродом и/или в контакте с ним. Элемент 4: в котором электрохромная композиция сконфигурирована для изменения пропускания видимого света и/или инфракрасного излучения из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал. Элемент 5: EC-устройство может включать селективно проницаемую мембрану внутри электрохромной композиции, и размещенную между первым и вторым электродом, например, катодным электродом и анодным электродом. Элемент 6: в котором мембрана по существу обеспечивает проникновение мелких молекул, например, мелких ионов, но по существу препятствует проникновению крупных молекул, например, ионов. Элемент 7: в котором мембрана по существу обеспечивает проникновение протонов, но по существу предотвращает проникновение более крупных ионов, чем протоны. Элемент 8: в котором мембрана имеет центральную область и периферийную область, и причем центральная область имеет более высокую проницаемость, чем периферийная область. Элемент 9: электрохромный слой или гель имеет электрические свойства, которые в центральной области слоя или геля значительно отличаются от свойств в периферийной области слоя или геля. В определенных аспектах изменение электрической проводимости может быть резким, например, изменение поэтапным образом, или непрерывным. Такой электрохромный слой или гель может быть включен в EC-устройство. Элемент 10: в котором EC-устройство включает первый и второй электрод, например, катодный электрод, анодный электрод, и электрохромную композицию, слой или гель, определяя слой с переменным коэффициентом пропускания (VTL), и причем VTL имеет электрические свойства, которые являются по существу иными в центре VTL, нежели в периферии VTL. В определенных аспектах изменение электрической проводимости VTL может быть резким, например, изменение в поэтапном режиме, или непрерывным.

[0584] Элемент 11: в котором электрохромная композиция находится в форме слоя и/или геля. Этот элемент также может включать все из компонентов и признаков, изложенных в аспектах I, J, K, L, и/или могут быть включены в EC-устройство Элемент 12: в котором один или более оптически прозрачные электроды имеют поверхностное сопротивление ниже 100 Ом/квадрат, такое как ниже, чем около 50 Ом/квадрат, и ниже, чем около 20 Ом/квадрат, например, ниже, чем около 5 Ом/квадрат. Элемент 13: в котором первая или вторая оптически прозрачная подложка, или электрохромная композиция, слой или гель, имеет низкую мутность. Элемент 14: в котором электрохромное устройство дополнительно включает нагревательный элемент для удаления запотевания подложки. Элемент 15: в котором электрохромное устройство дополнительно включает управляющее устройство для подачи входного сигнала для побуждения электрохромной композиции к изменению светопропускания из одного состояния в другое состояние. Управляющее устройство может быть электрически соединено с электродами EC-устройства распределенными многоточечными электрическими соединениями, чтобы минимизировать омические падения напряжения на концах электродов, и/или управляющее устройство может быть сконфигурировано для работы обоих электродов в условиях ограничения ионного переноса в электрохромной композиции. Элемент 16: в котором первая и/или вторая оптически прозрачная подложка может быть в форме гибкой пленки. Элемент 17: в котором первая и/или вторая оптически прозрачная подложка включает первое закаленное или термически обработанное листовое стекло, наслоенное на второе закаленное или термически обработанное листовое стекло, с выступами листов первого закаленного или термически обработанного стекла, в основном согласованными с впадинами на листах второго закаленного или термически обработанного стекла. Элемент 18: в котором первая и/или вторая оптически прозрачная подложка поляризует свет, или включает слой на ней, который поляризует свет. Элемент 19: в котором толщина электрохромного слоя в EC-устройстве составляет более 50 микрон (мкм).

[0585] Элемент 20: в котором управляющее устройство сконфигурировано для работы в режиме ограничения массопереноса реагентов. Элемент 21: в котором первый и/или второй электрод имеют многослойную конфигурацию. Элемент 22: в котором первый и/или второй оптически прозрачный электрод сконфигурирован для отражения ИК-излучения. Элемент 23: в котором первая или вторая подложка включает протяженную поверх кромки токопроводящую шину, например, электрически проводящую планку, в электрическом контакте с оптически прозрачным электродом, и размещенную поверх кромки и, необязательно, на второй поверхности подложки. Элемент 24: в котором входной сигнал может включать, например, определенное напряжение, например, меньшее, чем около 1,5 В, предпочтительно ниже, чем около 1,3 В, и более предпочтительно ниже, чем около 1,2 В, так, что светопропускание электрохромного слоя изменяется из одного состояния (например, состояния с высоким светопропусканием) в другое состояние (например, состояние с низким светопропусканием). Элемент 25: в котором электрохромная композиция сконфигурирована для создания значения коэффициента удельного увеличения солнечного тепла для электрохромного устройства в окрашенном состоянии или в прозрачном состоянии. Элемент 26: в котором электрохромная композиция может включать электрохромные материалы, которые спектрально согласованы для создания по существу серой шкалы цвета пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света, так, что когда отклонения цвета пропущенного через электрохромную композицию или отраженного от нее света составляют менее 10 единиц, например, менее 5 единиц, a*- и b*-координат цветового пространства CIELAB. Элемент 27: в котором электрохромное устройство дополнительно включает компоненты и признаки аспекта A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, и/или O, в любой комбинации.

[0586] В настоящем изобретении показаны и описаны только предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения и примеры его универсальности. Должно быть понятно, что настоящее изобретение пригодно к осуществлению в различных иных комбинациях и средах, и способно к изменениям или модификациям в пределах области соответствующей изобретению концепции, как здесь выраженной. Так, например, квалифицированным специалистам в этой области технологии будет понятно, или они будут способны выяснить, с использованием не более чем общеизвестных экспериментов, многообразные эквиваленты для конкретных веществ, методик и конфигураций, описанных здесь. Такие эквиваленты рассматриваются входящими в пределы этого изобретения, и охвачены пунктами нижеследующей формулы изобретения.

Claims (25)

1. Электрохромное устройство, содержащее:

первую оптически прозрачную подложку, имеющую внутреннюю поверхность, и вторую оптически прозрачную подложку, имеющую внутреннюю поверхность, при этом упомянутая внутренняя поверхность упомянутой первой оптически прозрачной подложки и упомянутая внутренняя поверхность упомянутой второй оптически прозрачной подложки расположены напротив друг друга и отделены друг от друга;

электрохромную композицию, содержащую один или более электрохромных материалов, при этом упомянутая электрохромная композиция находится между упомянутой первой оптически прозрачной подложкой и упомянутой второй оптически прозрачной подложкой, при этом упомянутая первая оптически прозрачная подложка, упомянутая электрохромная композиция и упомянутая вторая оптически прозрачная подложка определяют оптический путь для пропускания света через упомянутое электрохромное устройство;

первый электрод, расположенный на по меньшей мере одной из упомянутой внутренней поверхности упомянутой первой оптически прозрачной подложки или упомянутой внутренней поверхности упомянутой второй оптически прозрачной подложки, при этом упомянутый первый электрод находится внутри упомянутого оптического пути для пропускания света через упомянутое электрохромное устройство; и

второй электрод, при этом упомянутый второй электрод расположен снаружи от упомянутого оптического пути для пропускания света через упомянутое электрохромное устройство, и при этом упомянутый второй электрод ионно соединен с упомянутой электрохромной композицией.

2. Электрохромное устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один из одного или более электрохромных материалов подвергается обмену электронами только либо на первом электроде, либо на втором электроде.

3. Электрохромное устройство по п. 2, в котором один или оба из первого или второго электрода содержат полупроводниковый материал на поверхности раздела с электрохромной композицией.

4. Электрохромное устройство по п. 1, в котором первый электрод включает в себя материал, который отличается от материала второго электрода.

5. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция находится в контакте с первым электродом и вторым электродом, и сконфигурирована для изменения пропускания света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал между электродами.

6. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция сконфигурирована для изменения пропускания света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал.

7. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция сконфигурирована для изменения пропускания видимого света из одного состояния в другое состояние в ответ на входной сигнал.

8. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция включает в себя катодное соединение и анодное соединение как один или более электрохромных материалов, и в котором один или оба из первого электрода или второго электрода селективно обеспечивают возможность восстановления и окисления по существу только катодного соединения и/или его восстановленных форм, в то же время по существу предотвращая восстановление и окисление анодного соединения.

9. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция включает в себя катодное соединение и анодное соединение в качестве одного или более электрохромных материалов, и в котором один или оба из первого электрода или второго электрода селективно обеспечивают возможность восстановления и окисления по существу только анодного соединения и/или его окисленных форм, в то же время по существу предотвращая восстановление и окисление катодного соединения.

10. Электрохромное устройство по п. 1, дополнительно содержащее селективно проницаемую мембрану внутри электрохромной композиции, и размещенную между упомянутым первым электродом и упомянутым вторым электродом.

11. Электрохромное устройство по п. 10, в котором мембрана имеет центральную область и периферийную область, и причем центральная область имеет проницаемость, отличающуюся от проницаемости периферийной области.

12. Электрохромное устройство по п. 10, в котором мембрана имеет центральную область и периферийную область, и причем центральная область имеет более высокую проницаемость, чем проницаемость периферийной области.

13. Электрохромное устройство по п. 1, в котором электрохромная композиция находится в форме геля.

14. Электрохромное устройство по п. 13, в котором электрохромный слой в форме геля имеет электрические свойства, которые значительно различаются в различных областях геля в боковом направлении геля.

15. Электрохромное устройство по п. 1, дополнительно содержащее управляющее устройство для подачи входного сигнала, причем управляющее устройство электрически соединено с первым и вторым электродами посредством распределенных, многоточечных электрических соединений для минимизации омических падений напряжения на концах электродов, и/или причем управляющее устройство сконфигурировано для работы обоих электродов в условиях ограничения ионного переноса в электрохромной композиции.

16. Электрохромное устройство по п. 1, в котором упомянутый второй электрод расположен внутри вспомогательного объема, а упомянутый второй электрод и упомянутый вторичный объем оба находятся снаружи упомянутого оптического пути для пропускания света через упомянутое электрохромное устройство.

17. Электрохромное устройство по п. 1, в котором упомянутый первый электрод представляет собой анод, а упомянутый второй электрод представляет собой катод.

18. Электрохромное устройство по п. 1, в котором упомянутый первый электрод представляет собой катод, а упомянутый второй электрод представляет собой анод.

19. Электрохромное устройство по п. 1, в котором упомянутый первый электрод является оптически прозрачным.

20. Электрохромное устройство по п. 19, в котором упомянутый второй электрод не является оптически прозрачным.

21. Электрохромное устройство по п. 1, в котором упомянутый первый электрод расположен на упомянутой внутренней поверхности упомянутой первой оптически прозрачной подложки и на упомянутой внутренней поверхности упомянутой второй оптически прозрачной подложки.

Images