Elektrochromer Spiegel und Verfahren zum Herstellen eines elektrochromen Spiegels Electrochromic mirror and method for producing an electrochromic mirror
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft einen elektrochromen Spiegel, bestehend aus mindestens den folgenden festen dünnen Schichten: einem transparenten Träger, insbesondere einem Glasträger; einer transparenten Elektrodenschicht; einer lonenspeicherschicht; einer transparenten Ionenleitschicht aus einem anorganischen Material; einer kathodischen elektrochromen Schicht und einer Reflexionsschicht, wobei die den Färbe-/Entfärbevorgang bewirkenden Ionen Protonen (H+) sind.
Die Reihenfolge der lonenspeicherschicht und der kathodischen elektrochromen Schicht ist dabei vertauschbar. Die lonenspeicherschicht kann als reine Speicherschicht ohne nennenswerte Einfärbung bei der Einlagerung der Ionen oder deren Extraktion wirken. Sie kann aber auch eine anodisch einfärbende elektro- chrome Schicht sein. Es versteht sich, daß weitere Hilfsschichten zur Modifikation der optischen oder elektrischen Eigenschaften, Haftschichten etc. vorhanden sein können, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Es versteht sich, daß zur Fertigstellung des Spiegels eine Kontaktierung erfolgen muß. Für eine verbesserte Haltbarkeit sollte eine Randversiegelung sowie eine flächige Schutzbeschichtung auf der Reflexionsschicht vorgesehen werden. Der Begriff "feste dünne Schichten" umfaßt mittels chemischer oder physikalischer Beschichtungsverfahren aufgebrachte dünne Schichten im festen Aggregatzustand.The invention relates to an electrochromic mirror, consisting of at least the following solid thin layers: a transparent support, in particular a glass support; a transparent electrode layer; an ion storage layer; a transparent ion conducting layer made of an inorganic material; a cathodic electrochromic layer and a reflection layer, the ions causing the coloring / decoloring process being protons (H + ). The order of the ion storage layer and the cathodic electrochromic layer is interchangeable. The ion storage layer can act as a pure storage layer without any noteworthy coloring when the ions are stored or extracted. However, it can also be an anodically coloring electro-chrome layer. It is understood that further auxiliary layers for modifying the optical or electrical properties, adhesive layers, etc., as are known to the person skilled in the art, can be present. It is understood that contact must be made to complete the mirror. For improved durability, an edge seal and a flat protective coating should be provided on the reflective layer. The term "solid thin layers" encompasses thin layers applied by chemical or physical coating processes in the solid state.
Gattungsgemäße elektrochrome Spiegel sind beispielsweise aus der EP 356 099 Bl bekannt. Für die kathodisch einfärbende Schicht wird in der Regel WOx (x « 3) verwendet. Die anorganische Ionenleitschicht ist elektronisch isolierend, weist jedoch eine gute Leitf higkeit für die den Färbe- bzw. Entfärbevorgang bewirkenden Ionen auf. Solche Ionen sind insbesondere Lithiumionen (Li+) und Protonen (H+) . Neben anderen anorganischen Materialien hat sich bei den festen Materialien Siliziumdioxid (Si02) als besonders geeignet für Ionenleitschichten erwiesen. Die Reflexionsschicht besteht typischerweise aus Aluminium, es werden aber auch andere Metalle, wie Gold oder Silber, genannt. Die elektrischen Anschlüsse sind an die Reflexionsschicht und an die transparente Elektrodenschicht gelegt. Es wird unter anderem in der JP-A 61-241 733 vorgeschlagen, als Material für die lonenspeicherschicht das Oxid oder Hydroxid eines Übergangsmetalls, beispielsweise Ir, Ni , Cr, V, Ru, Rh, zu verwenden. Mit solchen Schichten sollen insbesondere eine hohe Ansprechgeschwindigkeit erreicht werden und un-
erwünschte Seitenreaktionen verhindert werden. Auch die US-A 4,878,743 erkennt die Übergangsmetalle als vorteilhaft und bevorzugt Cr203, NiO oder Ir02 als anodisch einfärbende Materialien. Die dort beschriebenen elektrochromen Elemente finden ihre Anwendung als Rückspiegel für Kraftfahrzeuge.Generic electrochromic mirrors are known for example from EP 356 099 B1. WO x (x 3) is generally used for the cathodically coloring layer. The inorganic ion-conducting layer is electronically insulating, but has good conductivity for the ions causing the coloring or decolorization process. Such ions are in particular lithium ions (Li + ) and protons (H + ). In addition to other inorganic materials, silicon dioxide (Si0 2 ) has proven to be particularly suitable for ion-conducting layers in the solid materials. The reflection layer typically consists of aluminum, but other metals such as gold or silver are also mentioned. The electrical connections are made to the reflection layer and to the transparent electrode layer. It is proposed, inter alia, in JP-A 61-241 733 to use the oxide or hydroxide of a transition metal, for example Ir, Ni, Cr, V, Ru, Rh, as the material for the ion storage layer. Such layers are particularly intended to achieve a high response speed and desired side reactions can be prevented. US Pat. No. 4,878,743 also recognizes the transition metals as advantageous and preferably Cr 2 0 3 , NiO or Ir0 2 as anodically coloring materials. The electrochromic elements described there are used as rear-view mirrors for motor vehicles.
Ein weiteres, ein abweichendes Funktionsprinzip aufweisendes elektrochromes Element ist in der US-A 5,111,328 offenbart. Hier werden Lithiumionen als die die Übergänge zwischen den Zuständen des elektrochromen Elementes vermittelnden Ionen verwendet. Ein Cer-Titan-Mischoxid wird in einer lonenspeicherschicht für Lithiumionen, deren Transparenz sich durch die Befüllung mit diesen Ionen nicht nennenswert ändert, verwendet.Another electrochromic element having a different functional principle is disclosed in US Pat. No. 5,111,328. Here lithium ions are used as the ions mediating the transitions between the states of the electrochromic element. A cerium-titanium mixed oxide is used in an ion storage layer for lithium ions, the transparency of which does not change appreciably when filled with these ions.
Ein elektrochromes Element, das für verschiedene Typen von Dimmern und Anzeigen verwendet werden kann, ist in der US-A 4,664,934 offenbart. Als typische Materialien für die anodisch einfärbende Schicht werden wieder Cr203, IrO, NiOx und RhO genannt, außerdem elementares Nickel.An electrochromic element that can be used for various types of dimmers and displays is disclosed in US-A 4,664,934. Cr 2 0 3 , IrO, NiO x and RhO are again mentioned as typical materials for the anodically coloring layer, and elemental nickel.
Eine andere Klasse elektrochromer Elemente verwendet flüssige, gelartige oder polymere Ionenleitschichten. Insbesondere offenbart die WO 91/02282 ein elektrochromes Element, das mit einer lonenspeicherschicht auf Ceroxidbasis arbeitet . Dabei sind die Ceratome teilweise durch solche mit geringerem Ionenradius ersetzt, zum Beispiel durch Titan-Atome, Zinn-Atome und Germanium-Atome, wodurch die Diffusionskinematik der dort ausschließlich verwendeten Lithiumionen verbessert werden soll. Als ein Beispiel ist (Ce05Ti05)O2 angegeben. In bevorzugten Ausführungsformen wird ein weiteres Element als Zusatz verwendet, beispielsweise Niob oder Tantal, das die elektronische Leitung durch Induktion von Valenzen erhöhen soll. Als kathodisch einfärbende Schicht können W03, Mo03, Ti02 und andere
Verbindungen verwendet werden. Die transparente Elektrodenschicht besteht beispielsweise aus mit Zinn dotiertem ln203 oder mit Fluor dotiertem Sn02 oder ZnO. Als geeignetes Verfahren zum Herstellen der lonenspeicherschicht wird das Sputtern oder die Vakuumverdampfung aus dem entsprechenden Oxid angegeben. Ein ähnliches, ebenfalls mit Lithiumionen arbeitendes System mit einer (CexTiy) Oz-Schicht ist aus der DE 41 16 059 AI bekannt. Mit Ionenleitschichten auf Polymerbasis arbeitende elektrochrome Spiegel sind aufwendig in der Herstellung und häufig nicht ausreichend UV-beständig.Another class of electrochromic elements uses liquid, gel-like or polymeric ion conducting layers. In particular, WO 91/02282 discloses an electrochromic element which works with an ion storage layer based on cerium oxide. The cerium atoms are partially replaced by those with a smaller ion radius, for example titanium atoms, tin atoms and germanium atoms, which is intended to improve the diffusion kinematics of the lithium ions used exclusively there. As an example, (Ce 05 Ti 05 ) O 2 is given. In preferred embodiments, a further element is used as an additive, for example niobium or tantalum, which is intended to increase the electronic line by inducing valences. W0 3 , Mo0 3 , Ti0 2 and others can be used as the cathodically coloring layer Connections are used. The transparent electrode layer consists, for example, of tin-doped In 2 0 3 or fluorine-doped Sn0 2 or ZnO. Sputtering or vacuum evaporation from the corresponding oxide is specified as a suitable method for producing the ion storage layer. A similar system, also working with lithium ions, with a (Ce x Ti y ) O z layer is known from DE 41 16 059 AI. Electrochromic mirrors working with polymer-based ion guide layers are complex to manufacture and often not sufficiently UV-resistant.
Wenn ein elektrochromes Element für Spiegel verwendet werden soll, die insbesondere als blendfreie Rückspiegel in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, muß es schnell und gleichmäßig über seine Fläche seinen Reflexionsgrad ändern können, um den gewünschten Schutz vor Blendung durch Scheinwerfer anderer Fahrzeuge bei ansonsten hoher Lichtreflexion bieten zu können. Dabei soll der Reflexionshub, nämlich die Differenz zwischen dem Reflexionsmaximum und dem Reflexionsminimum, möglichst hoch sein. Der Spiegel muß eine Vielzahl von Schaltzyklen überstehen und in einem großen Temperaturbereich und über viele Jahre einwandfrei funktionieren. Außerdem soll er möglichst kostengünstig herstellbar sein.If an electrochromic element is to be used for mirrors, which are used in particular as glare-free rear-view mirrors in motor vehicles, it must be able to change its reflectivity quickly and uniformly over its surface in order to be able to offer the desired protection against glare from headlights of other vehicles with otherwise high light reflection . The reflection stroke, namely the difference between the reflection maximum and the reflection minimum, should be as high as possible. The mirror must survive a large number of switching cycles and function properly in a wide temperature range and for many years. In addition, it should be possible to manufacture it as inexpensively as possible.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen auf den Anwendungszweck als Rückspiegel in Kraftfahrzeugen optimierten elektrochromen Spiegel bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an electrochromic mirror which is optimized for use as a rear-view mirror in motor vehicles.
Diese Aufgabe wird durch einen elektrochromen Spiegel nach Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Spiegels ist in Anspruch 16 angegeben.This object is achieved by an electrochromic mirror according to claim 1. A method for producing such a mirror is specified in claim 16.
Erfindungsgemäß ist bei einem elektrochromen Spiegel der eingangs genannten Gattung vorgesehen, daß die anodische elektro-
chrome Schicht entweder aus (CexTiy)Oz besteht, wobei x = 0,3 bis 0,7; y = 0,7 bis 0,3; z = 1,5 bis 2, oder aus (NixMey) Oz besteht, wobei Me mindestens ein aus Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co ausgewähltes Übergangsmetall ist und x = 0,95 bis 0,60, y = 0,05 bis 0,40 und z abhängig von der Wertigkeit von Ni und derjenigen des Übergangsmetalles Me eingestellt ist.According to the invention, in the case of an electrochromic mirror of the type mentioned in the introduction, it is provided that the anodic electro- chrome layer either consists of (Ce x Ti y ) O z , where x = 0.3 to 0.7; y = 0.7 to 0.3; z = 1.5 to 2, or consists of (Ni x Me y ) O z , where Me is at least one transition metal selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co and x = 0.95 to 0.60, y = 0.05 to 0.40 and z is set depending on the valence of Ni and that of the transition metal Me.
Überraschenderweise ist mit dem erfindungsgemäßen Schichtaufbau ein hinreichend schnell schaltbarer elektrochromer Spiegel herstellbar, der keine aufwendige Vorkonditionierung oder Dotierung mit Ionen benötigt, und der einen hohen Reflexionshub aufweist. Der erfindungsgemäße Spiegel kann kostengünstig mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung hergestellt werden. Die die Schaltf higkeit des Systems verursachenden Protonen werden im Zuge der Beschichtung in das Schichtsystem eingebaut, so daß unmittelbar nach der Herstellung und nach wenigen Startschalt- zyklen ein funktionstüchtiger elektrochromer Spiegel zur Verfügung steht .Surprisingly, the layer structure according to the invention can be used to produce an electrochromic mirror which can be switched sufficiently quickly, which does not require any expensive preconditioning or doping with ions, and which has a high reflection stroke. The mirror according to the invention can be produced inexpensively by means of magnetron sputtering. The protons causing the system's switching ability are built into the layer system in the course of the coating, so that a functional electrochromic mirror is available immediately after manufacture and after a few start switching cycles.
Als Legierungsmaterial, das heißt als Komponente Me im Material für die lonenspeicherschicht aus (NixMey)Oz, werden bevorzugt Vanadium und/oder Chrom verwendet. Die erfindungsgemäßen Ni-Me-Mischoxide zeichnen sich gegenüber dem unlegierten Nikkeioxid durch eine höhere Stabilität des Spiegels, eine homogenere Einfärbung und eine höhere Speicherkapazität aus, als sie bei einer arithmetischen Mittelung der entsprechenden Werte der einzelnen Oxide zu erwarten wäre. Außerdem sind sie wesentlich einfacher als NiO mittels Magnetron-Kathodenverstärkung herstellbar.Vanadium and / or chromium are preferably used as the alloy material, that is to say as component Me in the material for the ion storage layer made of (Ni x Me y ) O z . The Ni-Me mixed oxides according to the invention are distinguished from the unalloyed nickel oxide by a higher stability of the mirror, a more homogeneous coloring and a higher storage capacity than would be expected with an arithmetic averaging of the corresponding values of the individual oxides. In addition, they are much easier to produce than NiO using magnetron cathode reinforcement.
Vorteilhaft ist der Anteil an Vanadium so eingestellt, daß 0,05 <. y <_ 0,35 und bevorzugt y ungefähr 0,07 ist. Bei Verwendung von Chrom sollte dessen Anteil so eingestellt sein, daß 0,10 <_ y <_ 0,30 und bevorzugt y ungefähr 0,20 ist.
Bevorzugt beträgt die Dicke der lonenspeicherschicht ungefähr 40 bis 300 nm, wobei die aus (CexTiy)Oz bestehende Schicht eine Dicke von ungefähr 100 bis 300 nm und die aus (NixMey) Oz bestehende Schicht eine Dicke von ungefähr 40 bis 150 nm hat.The proportion of vanadium is advantageously set so that 0.05 < . y <_ 0.35 and preferably y is approximately 0.07. If chromium is used, its proportion should be set so that 0.10 <_ y <_ 0.30 and preferably y is approximately 0.20. The thickness of the ion storage layer is preferably approximately 40 to 300 nm, the layer consisting of (Ce x Ti y ) O z having a thickness of approximately 100 to 300 nm and the layer consisting of (Ni x Me y ) O z having a thickness of approximately 40 to 150 nm.
Für die kathodische elektrochrome Schicht haben sich WOx oder MoOx mit x = 3 oder TiOx mit x ~ 2 bewährt .For the cathodic electrochromic layer, WO x or MoO x with x = 3 or TiO x with x ~ 2 have proven effective.
Die kathodische elektrochrome Schicht aus W0X kann typischerweise 50 bis 250 nm, vorzugsweise etwa 110 nm dick sein.The cathodic electrochromic layer of W0 X can typically be 50 to 250 nm, preferably about 110 nm thick.
Bevorzugt ist, daß die transparente Elektrodenschicht aus einem transparenten Metalloxid, insbesondere aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid oder aus ITO, besteht und so hergestellt ist, daß ein Flächenwiderstand von maximal 20 Ohm erreicht wird.It is preferred that the transparent electrode layer consists of a transparent metal oxide, in particular of fluorine-doped tin oxide or ITO, and is produced in such a way that a surface resistance of at most 20 ohms is achieved.
Besonders bevorzugt ist, daß die transparente lonenleitschicht aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tantaloxid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Titanoxid und/oder Magnesiumfluorid besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle einer einlagigen homogenen Schicht aus einem der angegebenen Materialien Mischungen dieser Materialien zu verwenden oder die lonenleitschicht mehrlagig aus diesen Materialien oder ihren Mischungen aufzubauen .It is particularly preferred that the transparent ion conducting layer consists of silicon oxide, silicon nitride, tantalum oxide, aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide and / or magnesium fluoride. It is within the scope of the invention to use mixtures of these materials instead of a single-layer homogeneous layer made of one of the specified materials, or to construct the ion-conducting layer in multiple layers from these materials or their mixtures.
Siliziumnitrid hat den Vorteil eines höheren Brechungsindex gegenüber dem Siliziumoxid, was störende Interferenzeffekte vermeidet oder zumindest verringert .Silicon nitride has the advantage of a higher refractive index than silicon oxide, which avoids or at least reduces disruptive interference effects.
Die transparente lonenleitschicht sollte eine Dicke von ungefähr 150 bis 450 nm haben und zur Reduzierung von Leckströmen so fehlerfrei wie möglich hergestellt werden.The transparent ion-conducting layer should have a thickness of approximately 150 to 450 nm and should be produced as error-free as possible to reduce leakage currents.
Weiter bevorzugt ist, daß die Reflexionsschicht aus Aluminium
oder einer Aluminiumlegierung besteht. Obwohl Silber, Gold und NiCr grundsätzlich ebenfalls als Materialien für die Reflexionsschicht geeignet sind, ergab sich in Versuchen gelegentlich eine leichte Verschlechterung der Eigenschaften, insbesondere durch höhere Leckströme, vermutlich durch eine höhere Diffusion von Metallatomen in das Schichtsystem. Die besten Resultate wurden mit Aluminium oder hoch aluminium-haltigen Legierungen für die Reflexionsschicht erzielt . Diese sollte eine Dicke von ungefähr 70 bis 300 nm haben.It is further preferred that the reflection layer made of aluminum or an aluminum alloy. Although silver, gold and NiCr are fundamentally also suitable as materials for the reflection layer, tests have occasionally shown a slight deterioration in properties, in particular due to higher leakage currents, presumably due to a higher diffusion of metal atoms into the layer system. The best results were achieved with aluminum or high-aluminum alloys for the reflective layer. This should have a thickness of approximately 70 to 300 nm.
Der erfindungsgemäße Spiegel wird bevorzugt mittels (Magnetron- ) Kathodenzerstäubung (Sputtern) beschichtet, wobei es von Vorteil sein kann, die transparente Elektrodenschicht auf andere Weise herzustellen. Beim Sputtern der erfindungsgemäßen lonenspeicherschicht kommt als besonderer Vorteil zum Tragen, daß die benötigten Targetmaterialien nicht ferromagnetisch sind. Es kann somit mit üblichen Anlagen und mit hoher Be- schichtungsrate gearbeitet werden, was die Herstellkosten des Spiegels reduzieren hilft.The mirror according to the invention is preferably coated by means of (magnetron) cathode sputtering (sputtering), it being advantageous to produce the transparent electrode layer in another way. A particular advantage of sputtering the ion storage layer according to the invention is that the required target materials are not ferromagnetic. It is therefore possible to work with conventional systems and with a high coating rate, which helps to reduce the production costs of the mirror.
Ein besonders bevorzugtes Verfahren zum Herstellen eines elektrochromen Spiegels des zuvor beschriebenen Aufbaus weist folgende Schritte auf:A particularly preferred method for producing an electrochromic mirror of the construction described above has the following steps:
(a) Aufbringen einer transparenten Elektrodenschicht auf einen transparenten Träger;(a) applying a transparent electrode layer on a transparent support;
(b) Aufbringen der kathodischen elektrochromen Schicht oder der lonenspeicherschicht auf die transparente Elektrodenschicht durch Sputtern;(b) applying the cathodic electrochromic layer or the ion storage layer to the transparent electrode layer by sputtering;
(c) Aufbringen einer transparenten lonenleitschicht aus anorganischem Material auf die zuvor aufgebrachte Schicht durch Sputtern,
(d) Aufbringen der lonenspeicherschicht oder der kathodischen elektrochromen Schicht auf die transparente lonenleitschicht durch Sputtern;(c) applying a transparent ion-conducting layer made of inorganic material to the previously applied layer by sputtering, (d) applying the ion storage layer or the cathodic electrochromic layer to the transparent ion-conducting layer by sputtering;
(e) Aufbringen einer Reflexionsschicht auf die vorhergehende Schicht durch Sputtern;(e) applying a reflective layer to the previous layer by sputtering;
(f) Anbringen elektrischer Kontakte an die transparente Elektrodenschicht und an die Reflexionsschicht,(f) attaching electrical contacts to the transparent electrode layer and to the reflection layer,
wobei das Restgas während der Schritte (b) bis (d) Wasserdampf mit einem Partialdruck von 10"6 bis 10"5 mbar enthält und wobei das Verfahren von Schritt (b) bis einschließlich Schritt (e) ohne Belüften geführt wird.wherein the residual gas during steps (b) to (d) contains water vapor with a partial pressure of 10 "6 to 10 " 5 mbar and the process from step (b) to step (e) is carried out without ventilation.
Es werden somit mindestens vier Schichten aufeinanderfolgend und ohne zwischenzeitliche Belüftung im Vakuum aufgebracht. Aus dem Restgas wird der Wasserstoff, der zum Einfärben benötigt wird, in das Schichtsystem eingebaut. Der Spiegel ist überraschenderweise nach dem Beschichten und einigen wenigen Schaltzyklen mit hohen Spannungen funktionsfertig und braucht nicht langwierig und aufwendig konditioniert zu werden.At least four layers are thus applied in succession and without intermediate ventilation in a vacuum. The hydrogen from the residual gas, which is required for coloring, is built into the layer system. The mirror is surprisingly functional after coating and a few switching cycles with high voltages and does not need to be conditioned in a lengthy and complex manner.
Die lonenleitschicht aus Si02 oder dergleichen wird bevorzugt mittels Doppelmagnetron nach dem Mittelfrequenz-Sputterverfah- ren hergestellt, wenn besonders geringe Leckströme erreicht werden sollen. So hergestellte Schichten zeichnen sich überraschenderweise trotz ihrer relativ hohen Dichte durch eine besonders hohe Leitfähigkeit für Protonen bei extrem niedriger elektronischer Leitfähigkeit aus.The ion conducting layer made of SiO 2 or the like is preferably produced by means of a double magnetron using the medium-frequency sputtering method if particularly low leakage currents are to be achieved. Layers produced in this way are surprisingly distinguished, despite their relatively high density, by a particularly high conductivity for protons with extremely low electronic conductivity.
Ein Problem bei den meisten Spiegeln des Standes der Technik ist nämlich der hohe Leckstrom durch das System, der etwa 0,1 A pro Volt angelegter Spannung im Bereich von 1 V bis 10 V
beträgt, was 0,1 bis 1 A Strom durch das System entspricht. Dieses Problem kann durch Defekte in der lonenleitschicht, für die im Regelfall Si02 verwendet wird, verursacht werden. Bei dem erfindungsgemäß hergestellten System, das bevorzugt ebenfalls Siliziumdioxid, aber auch Siliziumnitrid oder Mischungen der beiden als Material für die lonenleitschicht verwendet, zeigen sich diese Leckströme nicht .A problem with most prior art mirrors is the high leakage current through the system, which is approximately 0.1 A per volt of applied voltage in the range of 1 V to 10 V. is what corresponds to 0.1 to 1 A current through the system. This problem can be caused by defects in the ion-conducting layer, for which Si0 2 is generally used. In the system produced according to the invention, which preferably also uses silicon dioxide, but also silicon nitride or mixtures of the two as material for the ion-conducting layer, these leakage currents do not appear.
Der elektrische Kontakt wird über die transparente Elektrodenschicht und über die Reflexionsschicht hergestellt. Zur Kon- taktierung kann beispielsweise eine die Kante des elektrochromen Spiegels umgreifende, federnde Kontaktleiste verwendet werden. Andere Verfahren zur Kontaktierung sind möglich.The electrical contact is made via the transparent electrode layer and the reflection layer. For example, a resilient contact strip encompassing the edge of the electrochromic mirror can be used for contacting. Other methods of contacting are possible.
Das gesamte System wird zum Abschluß, wie an sich bekannt, durch eine Schutzbeschichtung, z.B. einen Schutzlack, und eine Randversiegelung gegen Umwelteinflüsse geschützt.The entire system is closed, as is known per se, by a protective coating, e.g. a protective varnish, and an edge seal against environmental influences.
Im folgenden soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnungsfigur zeigt in einer schematischen, perspektivischen Ansicht den grundsätzlichen Aufbau eines elektrochromen Spiegels nach der Erfindung.The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. The drawing figure shows a schematic, perspective view of the basic structure of an electrochromic mirror according to the invention.
Auf einen transparenten Träger 10, üblicherweise einen Glasträger, ist eine transparente Elektrodenschicht 12 aufgebracht, die aus Indium-Zinnoxid, mit Fluor dotiertem Zinnoxid oder dergleichen besteht . Diese transparente Elektrodenschicht 12 steht in Verbindung mit einer elektrischen Kontaktleiste 24, die sich entlang einer der Seiten des Spiegels auf der transparenten Elektrodenschicht 12 erstreckt. Die Schichten 14 und 18 sind die beiden elektrochromen Funktionsschichten des elektrochromen Spiegels. Die Schicht 18 besteht aus einem kathodisch einfärbenden Material, beispielsweise aus WOx, MoOx, TiOx oder deren Mischungen. Die Schichten 14 und 18 sind durch
eine transparente lonenleitschicht 16 getrennt, die bevorzugt aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid oder dergleichen besteht. Diese transparente lonenleitschicht 16 ist elektronisch nicht leitfähig, zeigt aber einen geringen Widerstand für Protonen, die als Ladungsträger beim Färbe-/Entfärbeprozeß dienen. Die lonenspeicherschicht 14, die anodisch elektrochrom oder nicht einfärbend sein mag, besteht aus einem der erfindungsgemäßen Cer-Titan- oder Nickel -Übergangsmetall (Me) -Mischoxide; auf sie ist eine Reflexionsschicht 20 aufgebracht, die bevorzugt aus Aluminium besteht. Diese Reflexionsschicht 20 trägt auch den zweiten der elektrischen Kontakte 26, der sich wieder über eine Längsseite des elektrochromen Spiegels erstreckt, und zwar diametral dem ersten elektrischen Kontakt 24 gegenüberliegend.A transparent electrode layer 12, which consists of indium tin oxide, tin oxide doped with fluorine or the like, is applied to a transparent carrier 10, usually a glass carrier. This transparent electrode layer 12 is connected to an electrical contact strip 24 which extends along one of the sides of the mirror on the transparent electrode layer 12. The layers 14 and 18 are the two electrochromic functional layers of the electrochromic mirror. The layer 18 consists of a cathodically coloring material, for example WO x , MoO x , TiO x or mixtures thereof. Layers 14 and 18 are through a transparent ion conducting layer 16 is separated, which preferably consists of silicon oxide and / or silicon nitride or the like. This transparent ion-conducting layer 16 is not electronically conductive, but shows a low resistance for protons, which serve as charge carriers in the dyeing / decolorization process. The ion storage layer 14, which may be anodically electrochromic or non-coloring, consists of one of the cerium-titanium or nickel-transition metal (Me) mixed oxides according to the invention; a reflection layer 20 is applied to it, which preferably consists of aluminum. This reflection layer 20 also carries the second of the electrical contacts 26, which again extends over a long side of the electrochromic mirror, diametrically opposite the first electrical contact 24.
Dieser elektrochrome Spiegel wird nach einem bevorzugten Verfahren folgendermaßen hergestellt:This electrochromic mirror is produced according to a preferred method as follows:
Auf einen Glasträger 10 wird zunächst die transparente Elektrodenschicht 12 aufgetragen, zum Beispiel durch Pyrolyse, Hydrolyse, Sol-Gel-Technik, Sputtern oder andere übliche Be- schichtungsverfahren. Auf den so leitfähig beschichteten Glasträger wird unter Vakuum mittels Magnetron-Kathodenzerstäubung die lonenspeicherschicht 14 aufgebracht, daraufhin die transparente lonenleitschicht 16, die kathodische elektrochrome Schicht 18 sowie die Reflexionsschicht 20, ohne daß zwischen den einzelnen Auftragschritten belüftet würde. Schließlich wird das System mit Kontakten und einer Schutzbeschichtung aus einem geeigneten Lack versehen.The transparent electrode layer 12 is first applied to a glass carrier 10, for example by pyrolysis, hydrolysis, sol-gel technology, sputtering or other customary coating processes. The ion storage layer 14 is applied to the glass substrate coated in such a conductive manner under vacuum by means of magnetron sputtering, then the transparent ion conducting layer 16, the cathodic electrochromic layer 18 and the reflection layer 20, without venting between the individual application steps. Finally, the system is provided with contacts and a protective coating made of a suitable paint.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Reihenfolge der Schichten 14 und 18 zu vertauschen, also die kathodische elektrochrome Schicht 18 als erste Schicht auf die transparente Elektrodenschicht aufzubringen und die lonenspeicherschicht 14 im
Anschluß an die lonenleitschicht 16.It is within the scope of the invention to interchange the order of the layers 14 and 18, that is to say to apply the cathodic electrochromic layer 18 as the first layer to the transparent electrode layer and the ion storage layer 14 in the Connection to the ion conducting layer 16.
Bei der Wahl der Schichtdicken für das Ce-Ti-System bzw. für das Ni-Me-System müssen drei wichtige Randbedingungen erfüllt werden:When choosing the layer thicknesses for the Ce-Ti system or for the Ni-Me system, three important boundary conditions must be met:
1. Die lonenspeicherschicht und die kathodische elektrochrome Schicht müssen eine ausreichende Dicke aufweisen, um den gewünschten Reflexionshub zu erreichen.1. The ion storage layer and the cathodic electrochromic layer must have a sufficient thickness in order to achieve the desired reflection stroke.
2. Die Schichtdicken der kathodischen elektrochromen Schicht, der lonenspeicherschicht, der transparenten lonenleitschicht sowie der transparenten Elektrodenschicht müssen so aufeinander abgestimmt werden, daß im entfärbten Zustand eine möglichst hohe Reflexion erreicht werden kann. Hierzu können Interferenzeffekte ausgenutzt werden.2. The layer thicknesses of the cathodic electrochromic layer, the ion storage layer, the transparent ion-conducting layer and the transparent electrode layer must be coordinated with one another in such a way that the highest possible reflection can be achieved in the decolored state. Interference effects can be used for this.
3. Die Dicken der lonenspeicherschicht und der kathodischen elektrochromen Schicht müssen aufeinander abgestimmt sein, so daß sie entsprechende Kapazitäten zur Aufnahme der den Färbe-/Entfärbevorgang bewirkenden Protonen aufweisen.3. The thicknesses of the ion storage layer and the cathodic electrochromic layer must be matched to one another, so that they have appropriate capacities to accommodate the protons which effect the coloring / decolorization process.
Unter Berücksichtigung der genannten Bedingungen haben sich folgende Schichtdicken als vorteilhaft erwiesen:Taking into account the conditions mentioned, the following layer thicknesses have proven to be advantageous:
(NixMey)Oz: 40 bis 150 nm(Ni x Me y ) O z : 40 to 150 nm
SiOx: 200 bis 450 nmSiO x : 200 to 450 nm
W0X: 50 bis 75 nmW0 X : 50 to 75 nm
AI: 100 bis 200 nmAI: 100 to 200 nm
bzw.
(CexTiy)Oz: 100 bis 300 nmrespectively. (Ce x Ti y ) O z : 100 to 300 nm
SiOx: 200 bis 450 nmSiO x : 200 to 450 nm
WOx: 100 bis 200 nmWO x : 100 to 200 nm
AI: 100 bis 200 nmAI: 100 to 200 nm
BeispieleExamples
Für die im folgenden beschriebenen Beispiele wurde als Träger Glas verwendet, beschichtet mit ITO als Elektrodenschicht, deren Flächenwiderstand 10 Ohm betrug. Die Abmessungen des Trägers waren 10 cm x 10 cm oder 20 cm x 5 cm. Das so erhaltene Substrat wurde im Ultraschallbad gereinigt. Ein Randstreifen zum späteren Kontaktieren der ITO-Schicht (nach der Beschichtung) wurde mit vakuumtauglichem Klebeband maskiert. Das Substrat wurde dann dem Prozeß zur Beschichtung durch Magnetron-Kathodenzerstäubung (Sputtern) zugeführt. Die Be- schichtungsanlage wurde so evakuiert, daß sich ein Wasserdampf-Partialdruck von 106 - 105 mbar einstellte.For the examples described below, glass was used as the support, coated with ITO as the electrode layer, the surface resistance of which was 10 ohms. The dimensions of the carrier were 10 cm x 10 cm or 20 cm x 5 cm. The substrate thus obtained was cleaned in an ultrasonic bath. An edge strip for later contacting the ITO layer (after the coating) was masked with vacuum-compatible adhesive tape. The substrate was then fed to the coating process by magnetron sputtering. The coating system was evacuated so that a water vapor partial pressure of 10 6 - 10 5 mbar was established.
Beispiel 1 (Ce Ti O,-System]Example 1 (Ce Ti O, system)
Zum Aufbringen einer (Ce05Ti05) Oz-Schicht (z « 1,75) als lonenspeicherschicht 14 wurde als Target für den Sputterprozeß eine Ce (50) Ti (50) -Legierung verwendet. Als Sputtergas wurde Argon mit einem Fluß von 300 ml/min, als Reaktivgas Sauerstoff mit einem Fluß von 33 ml/min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 15,2 A bei einer Kathodenspannung von U = 330 V eingestellt. Es wurde eine (Ce05Ti05) Oz-Schicht mit 125 nm Dicke erzeugt .A Ce (50) Ti (50) alloy was used as the target for the sputtering process to apply a (Ce 05 Ti 05 ) O z layer (z <1.75) as the ion storage layer 14. Argon was set at a flow of 300 ml / min as sputter gas and oxygen at a flow of 33 ml / min as reactive gas. The cathode current was set to I = 15.2 A at a cathode voltage of U = 330 V. A (Ce 05 Ti 05 ) O z layer with a thickness of 125 nm was produced.
Anschließend wurde auf die (Ce05Ti05) Oz-Schicht eine Si02- Schicht als transparente lonenleitschicht 16 aufgebracht. Die Targets der mit Mittelfrequenz betriebenen Doppelkathode bestanden aus Silizium. Als Sputtergas wurde Argon mit einem
Fluß von 380 ml/min, als Reaktivgas Sauerstoff mit einem Fluß von 47 ml/min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 8 A bei einer Kathodenspannung von U = 750 V eingestellt. Es wurde eine Si02-Schicht mit 220 nm Dicke erzeugt.An Si0 2 layer was then applied to the (Ce 05 Ti 05 ) O z layer as a transparent ion-conducting layer 16. The targets of the double cathode operated with medium frequency consisted of silicon. Argon was used as sputtering gas with Flow of 380 ml / min, oxygen set as a reactive gas with a flow of 47 ml / min. The cathode current was set to I = 8 A at a cathode voltage of U = 750 V. An Si0 2 layer with a thickness of 220 nm was produced.
Zum Aufbringen einer W03-Schicht als kathodischer elektrochromer Schicht 18 wurde Wolfram als Target für den Sputterprozeß verwendet. Als Sputtergas wurde Argon mit einem Fluß von 190 ml/min, als Reaktivgas Sauerstoff mit einem Fluß von 200 ml/- min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 8 A bei einer Kathodenspannung von U = 666 V eingestellt. Es wurde eine W03- Schicht mit 110 nm Dicke erzeugt.Tungsten was used as a target for the sputtering process to apply a W0 3 layer as the cathodic electrochromic layer 18. Argon was set at a flow of 190 ml / min as sputtering gas and oxygen at a flow of 200 ml / min as reactive gas. The cathode current was set to I = 8 A at a cathode voltage of U = 666 V. A W0 3 layer with a thickness of 110 nm was produced.
Schließlich wurde eine Reflexionsschicht 20 mit Aluminium als Target aufgebracht. Als Sputtergas wurde Argon mit einem Fluß von 60 ml/min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 6 A bei einer Kathodenspannung von U = 527 V eingestellt. Es wurde eine Aluminiumschicht mit 200 nm Dicke erzeugt.Finally, a reflection layer 20 with aluminum as a target was applied. Argon was set as the sputtering gas at a flow of 60 ml / min. The cathode current was set to I = 6 A at a cathode voltage of U = 527 V. An aluminum layer with a thickness of 200 nm was produced.
Nach dem Entfernen des maskierenden Klebebandes von der ITO- Schicht wurden Kontaktfedern auf die ITO-Schicht und die Aluminiumschicht geklemmt. Nach erfolgter Kontaktierung wurde das elektrochrome reflektierende Schichtsystem mit verschiedenen Spannungen geschaltet. Seine Reflexion und seine Schaltzeit wurden gemessen.After removing the masking tape from the ITO layer, contact springs were clamped onto the ITO layer and the aluminum layer. After contacting, the electrochromic reflective layer system was switched with different voltages. Its reflection and switching time were measured.
Schaltspannung Reflexionsänderung Schaltzeit (s) (V) (Hub) für 90% HubSwitching voltage reflection change switching time (s) (V) (stroke) for 90% stroke
5 64 % auf 12% 95 64% to 12% 9
(hell -dunkel)(light-dark)
-5 12 % auf 64% 9-5 12% to 64% 9
(dunkel-hell)
Beispiel 2 (NiXr O.-Systeml(dark bright) Example 2 (NiXr O.-Systeml
Zum Aufbringen einer (Ni0 8Cr02) Oz-Schicht als lonenspeicherschicht 14 wurde als Target für den Sputterprozeß eine Ni (80) Cr (20) -Legierung verwendet. Als Sputtergas wurde ein Argon-Wasserstoffgemisch aus 90 Vol-% Argon und 10 Vol.-% Wasserstoff (H2) und mit einem Fluß von 200 ml/min, als Reaktivgas Sauerstoff mit einem Fluß von 120 ml/min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 10 A bei einer Kathodenspannung von U = 427 V eingestellt. Es wurde eine (Ni0 8Cr0 2) Oz-Schicht mit 100 nm Dicke erzeugt.To apply a (Ni 0 8 Cr 02 ) O z layer as the ion storage layer 14, a Ni (80) Cr (20) alloy was used as the target for the sputtering process. An argon-hydrogen mixture of 90% by volume argon and 10% by volume hydrogen (H 2 ) and with a flow of 200 ml / min was set as sputtering gas, and oxygen as a reactive gas with a flow of 120 ml / min. The cathode current was set to I = 10 A at a cathode voltage of U = 427 V. A (Ni 0 8 Cr 0 2 ) O z layer with a thickness of 100 nm was produced.
Anschließend wurden mit den Verfahrensparametern wie im Beispiel 1 auf der (Ni0 8Cr0 2) Oz-Schicht eine Si02-Schicht mit 220 nm Dicke, eine W03- Schicht mit 50 nm Dicke sowie eine Alumini¬ umschicht mit 100 nm Dicke erzeugt.A Si0 were then incubated with the process parameters as in Example 1 on the z (Ni Cr 0 8 0 2) O layer 2 layer of 220 nm thickness, a W0 3 - layer 50 nm thick and a Alumini ¬ umschicht with 100 nm Thickness generated.
Kontaktiert wurde ebenfalls gemäß Beispiel 1.Contact was also made according to Example 1.
Mit dem Schichtsystem wurden folgende Ergebnisse erzielt :The following results were achieved with the layer system:
SchaltSpannung Reflexionsänderung Schaltzeit (s) (V) (Hub) für 90% HubSwitching voltage reflection change switching time (s) (V) (stroke) for 90% stroke
5 65 % auf 15% 115 65% to 15% 11
(hell -dunkel)(light-dark)
-5 15 % auf 65% 10-5 15% to 65% 10
(dunkel -hell)(dark bright)
Beispiel 3 [ (Ni„Vy) 0,-System]Example 3 [(Ni „V y ) 0, system]
Auf das Substrat wurde zunächst die kathodische elektrochrome Schicht 18 aufgebracht, und zwar eine W03-Schicht mit einer Dicke von 50 nm. Die Verfahrensparameter entsprachen denen des
Beispiels 1. Anschließend wurde, wieder entsprechend dem Beispiel 1, eine Si02- Schicht mit einer Dicke von 225 nm erzeugt.The cathodic electrochromic layer 18 was first applied to the substrate, specifically a WO 3 layer with a thickness of 50 nm. The process parameters corresponded to those of the Example 1. Then, again according to example 1, an SiO 2 layer with a thickness of 225 nm was produced.
Zum Aufbringen einer (Ni0 93V0 07) Oz-Schicht als lonenspeicherschicht 14 wurde als Target für den Sputterprozeß eine Ni (93 ) V (7) -Legierung verwendet. Als Sputtergas wurde ein Ar- gon-Wasserstoffgemisch aus 90 Vol-% Argon und 10 Vol.-% Wasserstoff (H2) und mit einem Fluß von 200 ml/min, als Reaktivgas Sauerstoff mit einem Fluß von 100 ml/min eingestellt. Der Kathodenstrom wurde auf I = 10 A bei einer Kathodenspannung von U = 386 V eingestellt. Es wurde eine (Ni0 93Cr0 07) Oz-Schicht mit 70 nm Dicke erzeugt.To apply a (Ni 0 93 V 0 07 ) O z layer as the ion storage layer 14, a Ni (93) V (7) alloy was used as the target for the sputtering process. An argon-hydrogen mixture of 90% by volume argon and 10% by volume hydrogen (H 2 ) and with a flow of 200 ml / min was set as the sputter gas, and oxygen as the reactive gas with a flow of 100 ml / min. The cathode current was set to I = 10 A at a cathode voltage of U = 386 V. A (Ni 0 93 Cr 0 07 ) O z layer with a thickness of 70 nm was produced.
Schließlich wurde mit den Verfahrensparametern aus Beispiel 1 eine Aluminiumschicht mit 100 nm Dicke erzeugt.Finally, using the process parameters from Example 1, an aluminum layer with a thickness of 100 nm was produced.
Kontaktiert wurde ebenfalls gemäß Beispiel 1.Contact was also made according to Example 1.
Mit dem Schichtsystem wurden folgende Ergebnisse erzielt :The following results were achieved with the layer system:
SchaltSpannung Reflexionsänderung Schaltzeit (s) (V) (Hub) für 90% HubSwitching voltage reflection change switching time (s) (V) (stroke) for 90% stroke
5 79 % auf 12% 115 79% to 12% 11
(hell -dunkel)(light-dark)
-5 12 % auf 79% 15-5 12% to 79% 15
(dunkel -hell)(dark bright)
Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
The features of the invention disclosed in the above description, in the drawing and in the claims can be essential for realizing the invention both individually and in any combination.