透明电致变色系统的制作方法
专利名称：透明电致变色系统的制作方法
透明电致变色系统本发明涉及一种透明电致变色系统，以及一种使用这种系统的方法。很多透明电致变色系统已经得到使用，其中与供电电极接触时电活性物质被同时氧化和还原。至少一部分这些电活性物质的颜色在它们的氧化形式和还原形式之间不同。 从而当施加在供电电极之间的电命令自身发生改变时，该系统改变颜色和/或具有可变的光吸收。在本说明书的上下文中，电致变色系统包括在该系统运行期间能够被氧化或还原的物质，该电致变色系统的供电电极是指这样的电极，它们意图将电子传输至那些将被还原的物质，或者意图从将被氧化的物质中接收电子。因此，电流在供电电极中流动。该电致变色系统的电命令可能直接是这一电流。作为选择的，该电命令可能是施加在两个供电电极之间的电压。在任一情况下，当该供电电极的极性颠倒时，便可获得该电致变色系统的反向运行。以一种本身就已知的方式，这种透明电致变色系统可能被纳入在玻璃制品、眼镜镜片、遮掩玻璃或头盔遮阳板中。通常，透明系统是指允许透过清晰视野的系统，也就是说， 它使得位于该系统一侧的观察者能够清晰地看到位于该系统另一侧一段距离的物体或情景。换句话说，在不考虑该系统的电状态的情况下，该系统不会引起穿过该系统的光线的散射或衍射，这对于该观察者是可以察觉的并且能够模糊其视觉。还已知如何来制造如此的呈一组彼此并置且平行于电致变色系统外壁的格状物形式的电致变色系统。这种配置具有多个优点，包括减少包含电活性物质的液体介质泄露至该系统外部的发生，提高该系统的耐压强度等。在这种情况下，该透明电致变色系统包括-两个平行外壁，对于在两个相对侧之间透过这些外壁的视线方向来说该系统是透明的；-内壁网络，放在两个外壁之间，并且它定义了这组格状物，内壁垂直于外壁延伸；-液液体和/或凝胶体部分，分别包含在该格状物中；-第一和第二电活性物质，它们分布在液液体和/或凝胶体部分中，各自具有不同的氧化还原电位，这些电活性物质的至少一部分在它们的氧化形式和还原形式之间具有可变的光学效果；以及-两个透明的供电电极，它们意图分别连接至可变电源单元的两个供电端，这些供电电极的每个都与该液液体和/或凝胶体部分直接电性接触，液体和/或凝胶体包含在至少一部分格状物中，在某个指定时刻，在第一和第二电活性物质之间以相反方式将电子传输至至少一部分电活性物质或从其中传输出电子。最后，对于这种格状透明电致变色系统，还已知的是如何将两个供电电极放在这两个外壁中的单个外壁上，同时它们不会彼此直接电接触。这两个供电电极从而并置在此外壁的转向包含该电活性物质的介质的那侧上，这两个电极通过电绝缘带彼此分隔。在不考虑其电致变色状态的情况下，供电电极的这种安排特别用于从中减少对该系统的光吸收的贡献。从而该电致变色系统能够在命令运行期间具有更高的对比度。此外，将两个供电电极放在同一外壁上的这种安排用于获得薄的电致变色系统，特别是其中包含电活性物质的介质的厚度低于50 μ m(微米)，例如大约20 μ m。然而，在这种格状透明电致变色系统的运行期间，已经观察到下述困难和缺点-虽然两个供电电极间的电位差被控制，但是每个电极上的电位值并不被独立控制。这能够造成电活性物质的不可逆退化，最终致使电致变色系统损坏；-在位于两个供电电极之间的某个区域中，在供电电极的一个或另一个上已经在氧化和还原形式之间转换的电活性物质被互相中和。这导致与该电致变色系统的光学效果相关的无用的电流消耗；-已经在供电电极的一个或另一个上起反应的电活性物质的相互中和在这两个电极之间形成某个波段，其中该系统的着色难以控制；以及-在施加在供电电极之间以命令该电致变色系统发生颜色改变的电压改变和该颜色改变实际出现之间可能发生时间的延时。换句话说，该系统的响应时间对于某些应用来说可能过长。因此，本发明的一个目的是消除这些缺点中的至少一个缺点。为此，本发明提出一种如上文所述的格状透明电致变色系统，其中，该供电电极由该系统的两个外壁中的单独一个壁承载，并且它还包括至少一个额外的透明电极。此额外的电极并不与该电致变色系统内部的供电电极直接电接触。此外，它平行于至少一部分格状物内部的供电电极。根据额外电极的第一应用，它可能用于设置供电电极外部的液体和/或凝胶体部分中的电位值。因此这是一个参考电极，它防止格状物内部的电位局部呈现为过高并易于损坏电活性物质的绝对值。在这种情况下，额外电极与液体和/或凝胶体部分接触，并且它的电位被保持在电致变色系统的电化学稳定范围内。根据额外电极的第二应用，它还可能被用于减少已经与供电电极起反应的电活性物质的相互中和。例如，能够将一电位施加至额外电极，当这些物质已经在其中一个供电电极上生成的氧化或还原形式具有电荷时，该电位使得一部分这些物质位于一旁。这样，能够避免无用的电功率消耗。相似地，其中电活性物质相互中和的区域因此可能更加不可见。最后，根据第三应用，额外电极还可能被用于吸引一个处于氧化或还原形式的电活性物质，当它被充电时，将它吸引至该物质意欲在其上起反应的供电电极。因此，该额外电极的适当极化用于缩短该电致变色系统的响应时间。对于额外电极的第二和第三应用，对额外电极施加的电位可能在分别施加至两个供电电极的电位所限制的区间内或该区间外。该电致变色系统从而还可能包括电绝缘薄膜，它位于额外电极和包含在每个格状物中的液体和/或凝胶体部分之间。这样，防止了液体和/或凝胶体部分和额外电极之间的电接触。那么，在系统的运行过程中，额外电极不会引导任何电流，并且它的作用被限制为该系统内的电容效应。当施加至额外电极的电位位于分别施加至两个供电电极的电位所限制出的区间外时，则推荐这种电绝缘薄膜。从而它防止一些电活性粒种与额外电极接触时被氧化和还原，或者防止由这种接触产生的不可逆损坏。本发明引入的额外电极可由该系统两个外壁中不是承载两个供电电极的另一外壁承载。作为替代的，它可能由承载两个供电电极的同一外壁承载。在这种情况下，额外电极可被放在两个供电电极之间，沿着平行于外壁的方向。它还可被放在外壁和两个供电电极之间，沿着垂直于外壁的方向，并使绝缘薄膜放在额外电极和每个供电电极之间。在后面那种配置下，并且如果额外电极不与液体和/或凝胶体部分接触，那么它的功能被限制为
上述第二或第三应用。可选地，该系统还可进一步包括另一额外电极，它由不是承载第一额外电极的另
一外壁承载。根据本发明的电致变色系统还可进一步包括具有三个输出端的电源单元，，其中这些输出端中的两个分别电性连接至两个供电电极以产生在该系统中流动的电流。该电源单元的第三输出端连接至额外电极。因此，该电源单元适于可变地控制在一个供电电极和额外电极之间出现的至少一个电压。当该系统包括两个额外电极时，一方面，供电电极供应电流，以及另一方面，在两个额外电极之间施加的偏置电压，可由两个独立的电源单元分别提供。根据本发明的电致变色系统特别适于形成玻璃制品、飞行器窗、眼镜镜片、头盔遮阳板、遮掩玻璃、或意图应用至眼镜镜片、头盔遮阳板或遮掩玻璃的晶片。本发明还提出了一种使用根据本发明的透明电致变色系统的方法，其中，在额外电极和至少一个供电电极之间施加一电压，从而额外电极的电位在供电电极的各自电位限制出的区间之外，所有电位都相对于共用的参考终端测量。参考下述附图，本发明的其他特征和优点将在下文对非限制示例性实施例的说明中显现，其中
图1至6示出了根据本发明、符合各种实施例的电致变色系统的横截面。为了这些附图的清晰起见，示出的元件的尺寸并不正比于真实尺寸，也不正比于真实的尺寸比。此外，不同附图中使用的相同附图标记表示同一元件或具有相同功能的元件。根据本发明的电致变色系统100包括两个外壁10和11，它们是透明的并且彼此平行。壁10和11可由玻璃或任何其他对可见光透明的有机材料制成。在图中，壁10和11 是平坦的，不过可以理解的是，根据每个电致变色系统的特定应用，它们可能被替代为弯曲的、凹的或凸的。此外，它们的长和宽可具有任何尺寸。例如，两个外壁10或11之一可能是眼镜片而另一外壁可能是贴至该镜片的透明薄膜。例如，对于这种应用，形成一个外壁的镜片可由在眼科领域中使用的任何透明有机材料制成，并且该薄膜可由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。外壁10和11彼此间保持间距，以便定义它们密封起来的内部容积V。容积V可由外部封条闭合，这未示出。例如，容积V可具有20 μ m的垂直于外壁10和11的厚度e。在所有图中，D表示穿过该电致变色系统100的两个相对侧之间的光线方向。例如，该方向D可基本上垂直于壁10和11。特别地，该系统100对于沿着方向D穿过该系统观看的某个观察员来说是透明的。例如，壁10承载两个透明电极1和2。这些电极可由任意导电材料组成，当它的厚度很小时这些电极是透明的，或者其本质上就是透明的。例如，电极1和2可由锡掺杂的氧化铟(氧化铟锡，简称ΙΤ0)或氟掺杂的氧化锡(Sn02:F)制成。电极1和2放置在壁10位于系统内部的那侧上，以便基本覆盖这一整侧同时彼此之间不会直接接触。例如，电极1和 2可具有交错的梳状样式，从而这些电极在图中交替出现，在垂直于梳齿的横截面中。其他样式能够等价地使用。为了彼此间电性隔离，电极1和2由一个带状物隔离开，该带状物至少部分缺少导电材料。此带状物的宽度例如可约为18 μ m。根据所涉及的实施例，电极1和2意图被电连接至标记为20或21的可变电源。本领域技术人员知道如何设计并建立必需的电性连接，从而本文不再对其进行说明。在容积V中密封着流体介质。该介质可能是液体或凝胶体，这取决于它的成分。 它包含电活性物质，在系统100运行期间这些物质在供电电极1和2上意图被氧化或还原。 它还可包含其他添加剂，例如电活性物质共用的溶剂、抗紫外线剂、可塑剂等。在容积V中包含的电活性物质如说明性示例所述可能是-N, N, N', N'-四甲基对苯二胺，相比于饱和甘汞参考电极，其具有大约0. 2V的氧化还原电位。其还原形式为无色，氧化形式为蓝色；以及-乙基紫罗碱氯酸盐，或N，N’- 二乙基_4，4’ -双吡啶氯酸盐，相比于饱和甘汞电极，具有大约-0. 7V的氧化还原电位。其氧化形式为无色，还原形式为蓝色。当两个供电电极1和2之间的电压为零时，这两个物质中的第一个处于其还原形式，并且第二个处于其氧化形式，这归因于它们各自的氧化还原电位值。因此该电致变色系统处于其清晰状态，具有高度透光率，例如高于70%。当在电极1和2之间施加的电压高于约0. 9V时，与电极1和2中连接至电源正输出端的电极接触的N，N，N’，N’ -四甲基对苯二胺被氧化，与连接至电源负端的另一电极接触的乙基紫罗碱被还原。该电致变色系统100 从而变成有趣的蓝色，并且其透光率可能会低于40 %，例如，或者甚至低于10 %，这具体取决于电活性粒种的浓度。这两个物质可被引入容积V内，每个都具有介于0.001至0.5mol/l(摩尔每升) 的浓度，这取决于电致变色系统100的吸收剂状态期望的光吸收等级。例如，上述的两个电活性粒种的浓度可能为0. 2mol/l。外壁10和11之间包含的容积V被分割成隔开的格状物，标记为13。其中分布着电活性物质的介质因此其本身也被分割成多个部分，分别被包含在格状物13中。为此，内壁12被添加至该电致变色系统，用于将格状物13彼此间分隔开。内壁12垂直于外壁10 和11，并形成平行于所述外壁的网络以定义格状物13。壁12的成分和具体实施例假定对于本领域技术人员是已知的并不在此处赘述。例如，壁12每个的厚度都可能大于0. 1 μ m， 优选为介于0.5和8μπι之间，并且例如每个格状物13的尺寸都可能介于50μπι和1.5mm 之间，平行于外壁10和11。从而格状物13形成电致变色系统100的铺砌面，平行于壁10 和11，其样式可能为任意样式，规则的，例如六边形，或随机的或伪随机的。不考虑对由本发明引入到电致变色系统中的额外电极的安排，内壁12的网络可具有两种不同的与供电电极相关的配置。根据内壁12的第一配置，其在图1和图2示出的本发明实施例中采用，包含在至少一部分格状物13中的液体和/或凝胶体部分每个都与相应格状物内部的两个供电电极1 和2直接接触。在这种情况下，两个电极1和2各自的延伸可能由相邻的格状物13共用， 并且一些内壁12位于这些延伸上。这种壁12比其所在的电极1和2的延伸窄，从而电极1 和2充分延伸至格状物13中。每个格状物13从而由两个电极1和2供电，并且格状物13中的液体和/或凝胶体部分都可能具有相同的化学组分。在这些条件下，使用指定总量的液体和/或凝胶体，格状物13可能被全体填充。在这些实施例中，每个格状物13都形成一个自主式电致变色子系统，并且所有的格状物被并行地电命令以产生透光率的同步变化。根据内壁12的第二配置，其在图3至6的实施例中采用，包含在至少一部分格状物13中的液体和/或凝胶体部分每个都仅与相应格状物内的两个供电电极1或2中的一个直接接触。在这种情况下，其中液体和/或凝胶体部分仅与两个供电电极1或2之一直接接触的格状物13，相邻于其中液体和/或凝胶体部分仅与另一供电电极直接电接触的至少一个另一格状物13。该系统从而还包括离子桥14，它连接相邻格状物的这些液体和/或凝胶体部分。如果它们是多孔的并包括离子种群，那么这种离子桥可由内壁12组成，或者位于内壁12的末端和其中一个外壁10或11之间。在内壁12相对于供电电极1和2的这种配置中，，每个格状物13都形成一半的电池，它电耦合至至少一个另一互补和相邻的一半电池，此时它们每个都由不同的电极供电。对于壁12的该第二配置，并特别当每个电极1或2 —直连接至电源20的正输出端或负输出端之一时，对于包含在格状物13中的所有液体和/或凝胶体部分来说不必具有相同的化学组分。特别地，其中的液体和/或凝胶体部分接触电极1和2中连接至正端的那个电极的格状物13，可能仅包含具有正氧化还原电位的电活性物质。相反地，其中的液体和/或凝胶体部分接触连接至电源20的负输出端的那个电极的格状物13，可能仅包含具有负氧化还原电位的电活性物质。从而能够避免对电活性物质的无用消耗。此外，在每个格状物内活性粒种的浓度能够被有利地提升，以获得更高的光吸收变化幅值。在这种情况下， 两种类型的格状物必须通过不同的初始组分填充。本说明书上文所述的浓度从而必须被认为是整个电致变色系统100的所有格状物13的平均值。在图1示出的本发明实施例中，每个格状物13由外壁10承载的两个透明电极1 和2供电。电致变色系统100还包括由壁11承载的额外电极3。该额外电极3可选地可由绝缘薄膜4覆盖，它从而确保电极3和包含在格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间的电性隔离。额外电极3以及绝缘薄膜4是透明的。例如，额外电极3可由锡掺杂的氧化铟制成，并且薄膜4可基于聚乙烯二甲苯(polyparaxylylene)。例如，电极3和薄膜4各自的厚度可分别为0. 3 μ m (微米)和1 μ m。额外电极3可具有多种配置。特别地它可在两个相邻的格状物13之间沿着平行于外壁10和11的方向连续延伸。在这种情况下，它可在所有格状物13的至少一部分的对面不间断地延伸。换句话说，额外电极3可没有任何开口以便基本覆盖系统100的整个壁 11。作为替代的，额外电极3可能具有多个开口 0，分别与至少一部分格状物13的中心部分对齐，并沿着垂直于外壁10和11的方向。在图1中，这种开口 0可能仅通过它们边界的位置示出，以指示它们的可选属性。通过部分地消除可能由额外电极3在开口 0处引起的光吸收，这种开口 0用于提高系统100的透光率。系统100从而可由可变电源20提供电流，该可变电源20具有3个输出端两个分别连接至供电电极1和2的电流输出端，以及一个连接至额外电极3的参考端。从而像通常那样，与供电电极1和2接触的电活性物质被同时氧化和还原。当额外电极3与格状物13 中的液体和/或凝胶体部分接触时，也就是说，在没有绝缘薄膜4的情况下，额外电极3用于固定整个容积V内部的电位。实际上，一方面它用于固定存在于至少一个电极1或2和远离电极1和2并位于每个格状物13内部的液体和/或凝胶体部分之间的电压。这样，在任意时刻都可控制遍及或几乎遍及容积V的电位。特别地，这确保了在容积V不同点之间的电位的悬殊差异不会在任意时刻发生，这种电位的悬殊差异可能引起一些电活性物质的不可逆损坏。电致变色系统100的寿命从而被延长。当它具有这种功能时，额外电极3通常被称为参考电极。然而，额外电极3的的电位绝不能够超过限值，相关于两个供电电极1 和2的各自电位，以防止一些电活性粒种与电极3接触时被不可逆地损坏。换句话说，额外电极3的电位值被选择以确保所有的包含在一个格状物13中的每个液体和/或凝胶体部分都保持在该系统的电化学稳定范围内。该稳定范围通常比对应于电致变色系统切换的电位值区间宽，从而额外电极3的电位不必介于两个供电电极1和2的电位中间。额外电极3的一个额外功能可以是在已经在一个或另一个供电电极上起反应之后，吸引或排斥某些被充电的电活性物质，。从而被氧化和还原的电活性物质彼此间保持被部分隔离。这样，处于系统吸收状态的电活性物质的相互中和可被减少。因此，能够获得电致变色系统100的持久着色，同时更为均勻且消耗更少电流。通过阅读本说明书，本领域技术人员将知道如何调节额外电极3的电位以获得这一额外功能，特别是根据电活性粒种的充电，它们在电致变色系统100运行的指定时刻被吸引或排斥。额外电极3的该电位可能被调节至介于两个供电电极1和2的各自电位值之间的某值，或调节至由后两个值限制出的区间之外的某个值。在后种情况下，绝缘薄膜4是必需的，同样用于防止一些电活性粒种在与电极3接触时起反应或者被不可逆地损坏。图3中的电致变色系统对应于图1中的电致变色系统，而该配置的每个格状物13 都具有一个单独的供电电极。该额外电极3的操作和使用，作为参考电极或者一些电活性粒种的静电吸引/排斥电极，是相同的。图4和5中的电致变色系统对应于图3中的电致变色系统，例外之处是，额外电极 3由与供电电极1和2的相同外壁承载，也就是壁10。如这两幅图中所示，如果额外电极3 与格状物13中包含的液体和/或凝胶体部分电性隔离开，则额外电极3被限制为某些电活性粒种的静电吸引/排斥功能。在图4的实施例中，额外电极3被放在两个供电电极1和2之间，平行于外壁10。 为此，导电材料形成的连续层可能首先被沉积在涉及的外壁10的整个表面上。然后它被选择性地蚀刻以便相互隔离意图形成供电电极1的该层的第一部分、意图形成供电电极2的该层的第二部分、以及介于电极1和2部分中间意图形成额外电极3的第三部分。电极3 从而可能位于电极1和2的交错梳齿之间，并具有连续的来回的线性形状，也就是说，一种蜿蜒的形状。其中该层已经被蚀刻的间隔将电极3与电极1和2电性隔离开。这样，额外电极3和供电电极1，2具有相同的构成材料，并且能够在沉积导电材料的单个步骤中制成。某些内壁12可位于额外电极3上。从而额外电极3在两个相邻的格状物13之间连续延伸，平行于壁10。此外，它位于分隔这些相邻格状物的内壁12和外壁10之间，沿着方向D。为了在每个格状物13中形成显著的电效应，额外电极3可在分隔相邻格状物13的内壁12的每侧上都具有突起31、32，超出该壁12之外。这些突起的延伸大于2 μ m，优选为大于3μπι，垂直于内壁12。在本发明的这一实施例中，由电绝缘和透明材料形成的部分5可形成于额外电极 3和每个电极1和2之间的隔离间隔中。这些部分5，具有位于电极3上的薄膜4部分，每个都防止额外电极3和包含在格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间的电接触的发生。现在描述图4实施例的两个替代改进，以降低电极3和每个电极1和2之间间隔的可见度。在这些改进的第一个中，由壁10承载的部分5，供电电极1和2，以及额外电极 3，在沿着垂直于外壁的方向D上基本具有相同常见的光学厚度。位于额外电极3上的绝缘薄膜4的任何部分的厚度都包含在额外电极3的光学厚度中。换句话说，沿着方向D，横贯部分5、电极1和2以及电极3，系统10基本上具有与可选薄膜4相同的光学厚度。对部分 5的光学厚度的这种调整减少了由位于电极3每侧上的电极间的隔离间隔引起的光散射和衍射。作为替代的，大量吸收材料可由壁10承载，介于额外电极3和每个供电电极1和2 之间。通过减少或消除透过这些间隔的光线，这些大量吸收材料还可能降低电极3和两个电极1和2之间间隔的可见度。部分5自身可由大量吸收材料组成，或者该吸收材料可以是在与电极间的隔离间隔相对的在壁10中局部扩散的墨水。在图5的实施例中，额外电极3同样由壁10承载，与供电电极1和2相同，但是被放在一方面壁10和另一方面电极1和2之间，沿着方向D。从而薄膜4位于额外电极3和每个供电电极1和2之间。当这样安排时电极3的功能同样是吸引或排斥一些电活性粒种， 根据电荷和指定时刻电致变色系统的运行状态而定。在这种情况下，部分5可由单个部分代替，也被标记为5，它在供电电极1和2的边缘之间连续延伸。通常，根据本发明的电致变色系统100还可包括另一额外电极，它由外壁10和11 中不是承载额外电极3的另一个外壁承载。该另一个额外电极在图2和6中标记为3a。这样，两个额外电极3和3a形成包括容积V的电容器。该电容器在容积V中生成静电场，它也用于吸引或排斥一些电活性物质。图2和6分别对应于图1和3，只不过添加了电极3a。 在本发明的这些特定实施例中，电极3a由壁10承载。在这种情况下，系统100还包括另一电绝缘膜4a，它被放在所述另一额外电极3a 和包含在每个格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间。这样，防止了电极3a和每个电极1和2之间的电接触，同样，防止了电极3a和液体和/或凝胶体部分之间的电接触。该系统从而可包括具有两个电流输出端的电源单元21。这两个电流输出端分别连接至两个供电电极1和2。它们提供负责系统100可逆着色的电活性物质氧化和还原所需的电流。此外，电极化单元22被添加至系统100。单元22具有两个电压输出端，分别连接至额外电极 3和3a。单元22用于在容积V中生成额外电场，以造成至少部分被充电的电活性物质的迁移，所述迁移向着供电电极1和2，或者相反地，向着壁11。在系统100从清晰状态至吸收状态的转变期间，或者相反地，从吸收状态至清洗状态的转变期间，对电极3和3a极性的适当选择，以及对由单元22发出的偏置电压的适当选择，都用于加快这一转变。从而系统100 的响应时间能够被缩短。如果在电致变色系统运行的某个时刻，电极3的电位在供电电极 1和2的各自电位值限制出的区间之外，则同样需要覆盖电极3的绝缘薄膜4。 通过在电极3和3a之间施加适当的电压，还可能减少在吸收状态下、在供电电极1 和2上氧化和还原的电活性物质之间的相互中和。例如，一些已经在供电电极1和2上氧化或还原的电活性物质当被充电时，可被额外电极3和3a产生的电场分离地保持在这些供电电极附近。 通常并可选的，为了改进系统100的暂态运行，可能在一方面额外电极3或3a之一和另一方面至少一个供电电极1和2之间施加电压，从而涉及的电极3或3a的电位在供电电极1和2的各自电位限制出的区间之外。从而至少一个电活性物质被静电地吸引至电极3或3a。当供电电极1，2中仅有一个与包含在每个格状物13中的液体和/或凝胶体部分接触时，并且当额外电极3由不是承载供电电极(图3和6)的另一外壁10、11承载时，对于至少一部分内壁12来说可能有利的是沿着方向D向上延伸至额外电极3。这样，壁12防止位于额外电极3附近的电活性粒种从一个格状物穿至相邻的格状物。因此，这些不同格状物13中的被额外电极3吸引的电活性粒种并不被相互中和。在这种情况下，离子桥14 能够跨越内壁12制成，或者由位于那些位于承载供电电极1和2的外壁10、11那侧的壁12 的末端的通道制成。对于电活性物质来说，当绝缘薄膜4出现在额外电极3上时，内壁12 向上延伸至此薄膜4以类似地闭合位于外壁11该侧的格状物13。可以理解的是，本发明可通过改适作为示例提出的特征来复制，同时保留提及的至少一部分优点。特别地，本领域技术人员将理解的是，本发明引入的额外电极的位置，相对于系统的外壁，可与相对于供电电极的内壁的安排随意合并。此外，对于每个涉及的应用来说，可修改电致变色系统的元件的浓度和/或尺寸值。因此，额外的离子物质可被添加至液体和/或凝胶体的组分中，特别是用于提升其离子导电性。
权利要求
1.透明电致变色系统(100)，允许横贯所述系统获得清晰视野，并包括-两个平行外壁(10，11)，对于两个相对侧之间穿过外壁的观察方向来说，该系统是透明的；-内壁(12)网络，置于两个外壁之间，所述内壁垂直于所述外壁延伸并定义一组平行所述外壁并置的格状物(13)；-液体和/或凝胶体部分，分别包含在格状物(1 中；-第一和第二电活性物质，分布在液体和/或凝胶体部分中，具有各自不同的氧化还原电位，至少一部分第一和第二电活性物质在所述物质的氧化形式和还原形式之间具有可变的光学效果；-两个透明供电电极(1，2)，一起由两个外壁中的单独一个外壁(10)承载，并意图分别连接至可变电源单元O0，21)的两个供电端，所述供电电极中的每个都与包含在至少一部分格状物(1 中的液体和/或凝胶体部分直接电接触，以将电子发送至至少一部分电活性物质或从至少一部分电活性物质中发出电子，在指定时刻在所述第一和第二电活性物质之间以相反方式操作；其特征在于该系统还包括至少一个额外透明电极(3)，它不与该电致变色系统内的所述供电电极(1，幻直接电接触，所述额外电极平行于至少一部分格状物(1 内部的所述供电电极。
2.根据权利要求1所述的系统，对于至少一部分格状物(13)来说，进一步包括电绝缘薄膜G)，位于额外电极C3)和包含在每个所述格状物中的液体和/或凝胶体部分之间，以便防止所述液体和/或凝胶体部分和额外电极之间的接触。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该额外电极(3)由两个外壁中不是承载供电电极(1，2)的另一个外壁(11)承载。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，额外电极(3)沿着平行于外壁(10，11)的方向在两个相邻格状物(1 之间连续延伸。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，额外电极(3)在所有格状物(13)的至少一部分对面不间断地延伸。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，额外电极(3)具有开口(0)，其与至少一部分格状物(π)的中心部分对齐，沿着垂直于外壁(10，11)的方向(D)。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，额外电极(3)由两个外壁中承载供电电极(1，幻的同一外壁(10)承载，并且额外电极C3)沿着平行于所述外壁的方向被放在所述两个供电电极之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，额外电极(3)和供电电极(1，2)具有相同的构成材料。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，额外电极C3)在两个相邻格状物(13) 之间连续延伸，并被放在分隔所述相邻格状物的内壁(1 和承载供电电极(1, 和额外电极(3)的外壁(10)之间。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，额外电极(3)在分隔所述相邻格状物 (13)的内壁(12)的每侧上都具有突起(31，32)，所述突起的延伸大于2 4!11，优选为大于 3 μ m，垂直于所述内壁。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，进一步包括绝缘和透明材料部分(5)， 由承载供电电极(1，2)和额外电极(3)的那些外壁(10)承载，介于额外电极和每个供电电极之间，从而沿着垂直于外壁的方向(D)，系统(100)基本具有相同的光学厚度，穿过所述绝缘材料部分，所述供电电极和所述额外电极可选地覆盖着电绝缘薄膜的一部分。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，进一步包括由承载供电电极(1，2)和额外电极C3)的那些外壁(10)承载的大量吸收材料，所述大量吸收材料位于所述额外电极和每个供电电极之间。
13.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，额外电极(3)由两个外壁中与承载供电电极(1，2)同一的外壁(10)承载，并被放在所述外壁和所述两个供电电极之间，沿着垂直于外壁的方向(D)，绝缘薄膜(4)进一步被放在所述额外电极和每个所述供电电极之间。
14.根据前述权利要求任一项所述的系统，进一步包括另一额外电极(3a)，其由外壁 (10，11)中不是承载所述额外电极(3)的另一外壁承载。
15.根据权利要求14所述的系统，对于至少一部分格状物(13)，进一步包括另一电绝缘薄膜( )，放在另一额外电极(3a)和包含在每个所述格状物中的液体和/或凝胶体部分之间，以便防止所述液体和/或凝胶体部分和所述另一额外电极之间的接触。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其特征在于，包含在至少一部分格状物(1 中的液体和/或凝胶体部分每个都与相应格状物内的两个供电电极(1，幻直接电接触。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其特征在于，放置两个供电电极(1， 2)从而包含在格状物(1 中的每个液体和/或凝胶体部分仅与所述供电电极的其中一个直接电接触，并且从而由两个供电电极中的一个供电的每个格状物与至少一个由另一供电电极供电的另一格状物相邻，并且系统(100)进一步包括连接所述相邻格状物的离子桥 (14)。
18.根据权利要求17以及权利要求3至6中任一项所述的系统，其特征在于，至少一部分内壁(12)延伸至额外电极(3)，沿着垂直于外壁(10，11)的方向(D)，从而所述内壁防止位于所述额外电极附近的电活性粒种从格状物(13)穿至相邻格状物。
19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括电源单元(20)，它具有三个输出端，所述输出端中的两个分别电连接至两个供电电极(1, 以产生在系统(100)中流动的电流，电源单元的另一输出端连接至额外电极(3)，并且电源单元适于可变地控制出现在其中一个所述供电电极与额外电极之间的至少一个电压。
20.根据权利要求14或15所述的系统，进一步包括电源单元(21)，它具有两个电流输出端，分别连接至系统(100)的两个供电电极(1，2)，并进一步包括电极化单元(22)，它具有两个电压输出端，分别连接至额外电极⑶以及所述另一额外电极(3a)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的系统，形成一种玻璃制品、飞行器窗、眼镜镜片、 头盔遮阳板、遮掩玻璃、或意图应用至眼镜镜片、头盔遮阳板或遮掩玻璃的晶片。
22.使用根据前述权利要求中任一项所述的透明电致变色系统的方法，其中在额外电极(3)和至少一个供电电极(1, 之间施加一电压，从而所述额外电极的电位在所述供电电极的各自电位限制出的区间之外，所述电位相对于共同的参考终端进行测量。
全文摘要
本发明涉及一种透明电致变色系统(100)，包括格状结构(13)、共同支撑在单个壁(10)上的两个供电电极(1，2)、以及至少一个额外电极(3)。所述额外电极能够用作参考电极或者极化电极。所述额外电极还能够与添加至该系统的第四电极形成电容器，以便控制某些电活性物质的迁移，这些电活性物质负责为该系统着色或脱色。从而能够改进该系统的操作。
文档编号G02F1/155GK102576177SQ201080044382
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月19日 优先权日2009年7月28日
发明者克劳丁·比韦, 安松伊·索盖伊, 桑德里内·杜卢阿德, 金-保尔·卡诺 申请人:依视路国际集团(光学总公司)
透明电致变色系统本发明涉及一种透明电致变色系统，以及一种使用这种系统的方法。很多透明电致变色系统已经得到使用，其中与供电电极接触时电活性物质被同时氧化和还原。至少一部分这些电活性物质的颜色在它们的氧化形式和还原形式之间不同。 从而当施加在供电电极之间的电命令自身发生改变时，该系统改变颜色和/或具有可变的光吸收。在本说明书的上下文中，电致变色系统包括在该系统运行期间能够被氧化或还原的物质，该电致变色系统的供电电极是指这样的电极，它们意图将电子传输至那些将被还原的物质，或者意图从将被氧化的物质中接收电子。因此，电流在供电电极中流动。该电致变色系统的电命令可能直接是这一电流。作为选择的，该电命令可能是施加在两个供电电极之间的电压。在任一情况下，当该供电电极的极性颠倒时，便可获得该电致变色系统的反向运行。以一种本身就已知的方式，这种透明电致变色系统可能被纳入在玻璃制品、眼镜镜片、遮掩玻璃或头盔遮阳板中。通常，透明系统是指允许透过清晰视野的系统，也就是说， 它使得位于该系统一侧的观察者能够清晰地看到位于该系统另一侧一段距离的物体或情景。换句话说，在不考虑该系统的电状态的情况下，该系统不会引起穿过该系统的光线的散射或衍射，这对于该观察者是可以察觉的并且能够模糊其视觉。还已知如何来制造如此的呈一组彼此并置且平行于电致变色系统外壁的格状物形式的电致变色系统。这种配置具有多个优点，包括减少包含电活性物质的液体介质泄露至该系统外部的发生，提高该系统的耐压强度等。在这种情况下，该透明电致变色系统包括-两个平行外壁，对于在两个相对侧之间透过这些外壁的视线方向来说该系统是透明的；-内壁网络，放在两个外壁之间，并且它定义了这组格状物，内壁垂直于外壁延伸；-液液体和/或凝胶体部分，分别包含在该格状物中；-第一和第二电活性物质，它们分布在液液体和/或凝胶体部分中，各自具有不同的氧化还原电位，这些电活性物质的至少一部分在它们的氧化形式和还原形式之间具有可变的光学效果；以及-两个透明的供电电极，它们意图分别连接至可变电源单元的两个供电端，这些供电电极的每个都与该液液体和/或凝胶体部分直接电性接触，液体和/或凝胶体包含在至少一部分格状物中，在某个指定时刻，在第一和第二电活性物质之间以相反方式将电子传输至至少一部分电活性物质或从其中传输出电子。最后，对于这种格状透明电致变色系统，还已知的是如何将两个供电电极放在这两个外壁中的单个外壁上，同时它们不会彼此直接电接触。这两个供电电极从而并置在此外壁的转向包含该电活性物质的介质的那侧上，这两个电极通过电绝缘带彼此分隔。在不考虑其电致变色状态的情况下，供电电极的这种安排特别用于从中减少对该系统的光吸收的贡献。从而该电致变色系统能够在命令运行期间具有更高的对比度。此外，将两个供电电极放在同一外壁上的这种安排用于获得薄的电致变色系统，特别是其中包含电活性物质的介质的厚度低于50 μ m(微米)，例如大约20 μ m。然而，在这种格状透明电致变色系统的运行期间，已经观察到下述困难和缺点-虽然两个供电电极间的电位差被控制，但是每个电极上的电位值并不被独立控制。这能够造成电活性物质的不可逆退化，最终致使电致变色系统损坏；-在位于两个供电电极之间的某个区域中，在供电电极的一个或另一个上已经在氧化和还原形式之间转换的电活性物质被互相中和。这导致与该电致变色系统的光学效果相关的无用的电流消耗；-已经在供电电极的一个或另一个上起反应的电活性物质的相互中和在这两个电极之间形成某个波段，其中该系统的着色难以控制；以及-在施加在供电电极之间以命令该电致变色系统发生颜色改变的电压改变和该颜色改变实际出现之间可能发生时间的延时。换句话说，该系统的响应时间对于某些应用来说可能过长。因此，本发明的一个目的是消除这些缺点中的至少一个缺点。为此，本发明提出一种如上文所述的格状透明电致变色系统，其中，该供电电极由该系统的两个外壁中的单独一个壁承载，并且它还包括至少一个额外的透明电极。此额外的电极并不与该电致变色系统内部的供电电极直接电接触。此外，它平行于至少一部分格状物内部的供电电极。根据额外电极的第一应用，它可能用于设置供电电极外部的液体和/或凝胶体部分中的电位值。因此这是一个参考电极，它防止格状物内部的电位局部呈现为过高并易于损坏电活性物质的绝对值。在这种情况下，额外电极与液体和/或凝胶体部分接触，并且它的电位被保持在电致变色系统的电化学稳定范围内。根据额外电极的第二应用，它还可能被用于减少已经与供电电极起反应的电活性物质的相互中和。例如，能够将一电位施加至额外电极，当这些物质已经在其中一个供电电极上生成的氧化或还原形式具有电荷时，该电位使得一部分这些物质位于一旁。这样，能够避免无用的电功率消耗。相似地，其中电活性物质相互中和的区域因此可能更加不可见。最后，根据第三应用，额外电极还可能被用于吸引一个处于氧化或还原形式的电活性物质，当它被充电时，将它吸引至该物质意欲在其上起反应的供电电极。因此，该额外电极的适当极化用于缩短该电致变色系统的响应时间。对于额外电极的第二和第三应用，对额外电极施加的电位可能在分别施加至两个供电电极的电位所限制的区间内或该区间外。该电致变色系统从而还可能包括电绝缘薄膜，它位于额外电极和包含在每个格状物中的液体和/或凝胶体部分之间。这样，防止了液体和/或凝胶体部分和额外电极之间的电接触。那么，在系统的运行过程中，额外电极不会引导任何电流，并且它的作用被限制为该系统内的电容效应。当施加至额外电极的电位位于分别施加至两个供电电极的电位所限制出的区间外时，则推荐这种电绝缘薄膜。从而它防止一些电活性粒种与额外电极接触时被氧化和还原，或者防止由这种接触产生的不可逆损坏。本发明引入的额外电极可由该系统两个外壁中不是承载两个供电电极的另一外壁承载。作为替代的，它可能由承载两个供电电极的同一外壁承载。在这种情况下，额外电极可被放在两个供电电极之间，沿着平行于外壁的方向。它还可被放在外壁和两个供电电极之间，沿着垂直于外壁的方向，并使绝缘薄膜放在额外电极和每个供电电极之间。在后面那种配置下，并且如果额外电极不与液体和/或凝胶体部分接触，那么它的功能被限制为
上述第二或第三应用。可选地，该系统还可进一步包括另一额外电极，它由不是承载第一额外电极的另
一外壁承载。根据本发明的电致变色系统还可进一步包括具有三个输出端的电源单元，，其中这些输出端中的两个分别电性连接至两个供电电极以产生在该系统中流动的电流。该电源单元的第三输出端连接至额外电极。因此，该电源单元适于可变地控制在一个供电电极和额外电极之间出现的至少一个电压。当该系统包括两个额外电极时，一方面，供电电极供应电流，以及另一方面，在两个额外电极之间施加的偏置电压，可由两个独立的电源单元分别提供。根据本发明的电致变色系统特别适于形成玻璃制品、飞行器窗、眼镜镜片、头盔遮阳板、遮掩玻璃、或意图应用至眼镜镜片、头盔遮阳板或遮掩玻璃的晶片。本发明还提出了一种使用根据本发明的透明电致变色系统的方法，其中，在额外电极和至少一个供电电极之间施加一电压，从而额外电极的电位在供电电极的各自电位限制出的区间之外，所有电位都相对于共用的参考终端测量。参考下述附图，本发明的其他特征和优点将在下文对非限制示例性实施例的说明中显现，其中
图1至6示出了根据本发明、符合各种实施例的电致变色系统的横截面。为了这些附图的清晰起见，示出的元件的尺寸并不正比于真实尺寸，也不正比于真实的尺寸比。此外，不同附图中使用的相同附图标记表示同一元件或具有相同功能的元件。根据本发明的电致变色系统100包括两个外壁10和11，它们是透明的并且彼此平行。壁10和11可由玻璃或任何其他对可见光透明的有机材料制成。在图中，壁10和11 是平坦的，不过可以理解的是，根据每个电致变色系统的特定应用，它们可能被替代为弯曲的、凹的或凸的。此外，它们的长和宽可具有任何尺寸。例如，两个外壁10或11之一可能是眼镜片而另一外壁可能是贴至该镜片的透明薄膜。例如，对于这种应用，形成一个外壁的镜片可由在眼科领域中使用的任何透明有机材料制成，并且该薄膜可由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成。外壁10和11彼此间保持间距，以便定义它们密封起来的内部容积V。容积V可由外部封条闭合，这未示出。例如，容积V可具有20 μ m的垂直于外壁10和11的厚度e。在所有图中，D表示穿过该电致变色系统100的两个相对侧之间的光线方向。例如，该方向D可基本上垂直于壁10和11。特别地，该系统100对于沿着方向D穿过该系统观看的某个观察员来说是透明的。例如，壁10承载两个透明电极1和2。这些电极可由任意导电材料组成，当它的厚度很小时这些电极是透明的，或者其本质上就是透明的。例如，电极1和2可由锡掺杂的氧化铟(氧化铟锡，简称ΙΤ0)或氟掺杂的氧化锡(Sn02:F)制成。电极1和2放置在壁10位于系统内部的那侧上，以便基本覆盖这一整侧同时彼此之间不会直接接触。例如，电极1和 2可具有交错的梳状样式，从而这些电极在图中交替出现，在垂直于梳齿的横截面中。其他样式能够等价地使用。为了彼此间电性隔离，电极1和2由一个带状物隔离开，该带状物至少部分缺少导电材料。此带状物的宽度例如可约为18 μ m。根据所涉及的实施例，电极1和2意图被电连接至标记为20或21的可变电源。本领域技术人员知道如何设计并建立必需的电性连接，从而本文不再对其进行说明。在容积V中密封着流体介质。该介质可能是液体或凝胶体，这取决于它的成分。 它包含电活性物质，在系统100运行期间这些物质在供电电极1和2上意图被氧化或还原。 它还可包含其他添加剂，例如电活性物质共用的溶剂、抗紫外线剂、可塑剂等。在容积V中包含的电活性物质如说明性示例所述可能是-N, N, N', N'-四甲基对苯二胺，相比于饱和甘汞参考电极，其具有大约0. 2V的氧化还原电位。其还原形式为无色，氧化形式为蓝色；以及-乙基紫罗碱氯酸盐，或N，N’- 二乙基_4，4’ -双吡啶氯酸盐，相比于饱和甘汞电极，具有大约-0. 7V的氧化还原电位。其氧化形式为无色，还原形式为蓝色。当两个供电电极1和2之间的电压为零时，这两个物质中的第一个处于其还原形式，并且第二个处于其氧化形式，这归因于它们各自的氧化还原电位值。因此该电致变色系统处于其清晰状态，具有高度透光率，例如高于70%。当在电极1和2之间施加的电压高于约0. 9V时，与电极1和2中连接至电源正输出端的电极接触的N，N，N’，N’ -四甲基对苯二胺被氧化，与连接至电源负端的另一电极接触的乙基紫罗碱被还原。该电致变色系统100 从而变成有趣的蓝色，并且其透光率可能会低于40 %，例如，或者甚至低于10 %，这具体取决于电活性粒种的浓度。这两个物质可被引入容积V内，每个都具有介于0.001至0.5mol/l(摩尔每升) 的浓度，这取决于电致变色系统100的吸收剂状态期望的光吸收等级。例如，上述的两个电活性粒种的浓度可能为0. 2mol/l。外壁10和11之间包含的容积V被分割成隔开的格状物，标记为13。其中分布着电活性物质的介质因此其本身也被分割成多个部分，分别被包含在格状物13中。为此，内壁12被添加至该电致变色系统，用于将格状物13彼此间分隔开。内壁12垂直于外壁10 和11，并形成平行于所述外壁的网络以定义格状物13。壁12的成分和具体实施例假定对于本领域技术人员是已知的并不在此处赘述。例如，壁12每个的厚度都可能大于0. 1 μ m， 优选为介于0.5和8μπι之间，并且例如每个格状物13的尺寸都可能介于50μπι和1.5mm 之间，平行于外壁10和11。从而格状物13形成电致变色系统100的铺砌面，平行于壁10 和11，其样式可能为任意样式，规则的，例如六边形，或随机的或伪随机的。不考虑对由本发明引入到电致变色系统中的额外电极的安排，内壁12的网络可具有两种不同的与供电电极相关的配置。根据内壁12的第一配置，其在图1和图2示出的本发明实施例中采用，包含在至少一部分格状物13中的液体和/或凝胶体部分每个都与相应格状物内部的两个供电电极1 和2直接接触。在这种情况下，两个电极1和2各自的延伸可能由相邻的格状物13共用， 并且一些内壁12位于这些延伸上。这种壁12比其所在的电极1和2的延伸窄，从而电极1 和2充分延伸至格状物13中。每个格状物13从而由两个电极1和2供电，并且格状物13中的液体和/或凝胶体部分都可能具有相同的化学组分。在这些条件下，使用指定总量的液体和/或凝胶体，格状物13可能被全体填充。在这些实施例中，每个格状物13都形成一个自主式电致变色子系统，并且所有的格状物被并行地电命令以产生透光率的同步变化。根据内壁12的第二配置，其在图3至6的实施例中采用，包含在至少一部分格状物13中的液体和/或凝胶体部分每个都仅与相应格状物内的两个供电电极1或2中的一个直接接触。在这种情况下，其中液体和/或凝胶体部分仅与两个供电电极1或2之一直接接触的格状物13，相邻于其中液体和/或凝胶体部分仅与另一供电电极直接电接触的至少一个另一格状物13。该系统从而还包括离子桥14，它连接相邻格状物的这些液体和/或凝胶体部分。如果它们是多孔的并包括离子种群，那么这种离子桥可由内壁12组成，或者位于内壁12的末端和其中一个外壁10或11之间。在内壁12相对于供电电极1和2的这种配置中，，每个格状物13都形成一半的电池，它电耦合至至少一个另一互补和相邻的一半电池，此时它们每个都由不同的电极供电。对于壁12的该第二配置，并特别当每个电极1或2 —直连接至电源20的正输出端或负输出端之一时，对于包含在格状物13中的所有液体和/或凝胶体部分来说不必具有相同的化学组分。特别地，其中的液体和/或凝胶体部分接触电极1和2中连接至正端的那个电极的格状物13，可能仅包含具有正氧化还原电位的电活性物质。相反地，其中的液体和/或凝胶体部分接触连接至电源20的负输出端的那个电极的格状物13，可能仅包含具有负氧化还原电位的电活性物质。从而能够避免对电活性物质的无用消耗。此外，在每个格状物内活性粒种的浓度能够被有利地提升，以获得更高的光吸收变化幅值。在这种情况下， 两种类型的格状物必须通过不同的初始组分填充。本说明书上文所述的浓度从而必须被认为是整个电致变色系统100的所有格状物13的平均值。在图1示出的本发明实施例中，每个格状物13由外壁10承载的两个透明电极1 和2供电。电致变色系统100还包括由壁11承载的额外电极3。该额外电极3可选地可由绝缘薄膜4覆盖，它从而确保电极3和包含在格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间的电性隔离。额外电极3以及绝缘薄膜4是透明的。例如，额外电极3可由锡掺杂的氧化铟制成，并且薄膜4可基于聚乙烯二甲苯(polyparaxylylene)。例如，电极3和薄膜4各自的厚度可分别为0. 3 μ m (微米)和1 μ m。额外电极3可具有多种配置。特别地它可在两个相邻的格状物13之间沿着平行于外壁10和11的方向连续延伸。在这种情况下，它可在所有格状物13的至少一部分的对面不间断地延伸。换句话说，额外电极3可没有任何开口以便基本覆盖系统100的整个壁 11。作为替代的，额外电极3可能具有多个开口 0，分别与至少一部分格状物13的中心部分对齐，并沿着垂直于外壁10和11的方向。在图1中，这种开口 0可能仅通过它们边界的位置示出，以指示它们的可选属性。通过部分地消除可能由额外电极3在开口 0处引起的光吸收，这种开口 0用于提高系统100的透光率。系统100从而可由可变电源20提供电流，该可变电源20具有3个输出端两个分别连接至供电电极1和2的电流输出端，以及一个连接至额外电极3的参考端。从而像通常那样，与供电电极1和2接触的电活性物质被同时氧化和还原。当额外电极3与格状物13 中的液体和/或凝胶体部分接触时，也就是说，在没有绝缘薄膜4的情况下，额外电极3用于固定整个容积V内部的电位。实际上，一方面它用于固定存在于至少一个电极1或2和远离电极1和2并位于每个格状物13内部的液体和/或凝胶体部分之间的电压。这样，在任意时刻都可控制遍及或几乎遍及容积V的电位。特别地，这确保了在容积V不同点之间的电位的悬殊差异不会在任意时刻发生，这种电位的悬殊差异可能引起一些电活性物质的不可逆损坏。电致变色系统100的寿命从而被延长。当它具有这种功能时，额外电极3通常被称为参考电极。然而，额外电极3的的电位绝不能够超过限值，相关于两个供电电极1 和2的各自电位，以防止一些电活性粒种与电极3接触时被不可逆地损坏。换句话说，额外电极3的电位值被选择以确保所有的包含在一个格状物13中的每个液体和/或凝胶体部分都保持在该系统的电化学稳定范围内。该稳定范围通常比对应于电致变色系统切换的电位值区间宽，从而额外电极3的电位不必介于两个供电电极1和2的电位中间。额外电极3的一个额外功能可以是在已经在一个或另一个供电电极上起反应之后，吸引或排斥某些被充电的电活性物质，。从而被氧化和还原的电活性物质彼此间保持被部分隔离。这样，处于系统吸收状态的电活性物质的相互中和可被减少。因此，能够获得电致变色系统100的持久着色，同时更为均勻且消耗更少电流。通过阅读本说明书，本领域技术人员将知道如何调节额外电极3的电位以获得这一额外功能，特别是根据电活性粒种的充电，它们在电致变色系统100运行的指定时刻被吸引或排斥。额外电极3的该电位可能被调节至介于两个供电电极1和2的各自电位值之间的某值，或调节至由后两个值限制出的区间之外的某个值。在后种情况下，绝缘薄膜4是必需的，同样用于防止一些电活性粒种在与电极3接触时起反应或者被不可逆地损坏。图3中的电致变色系统对应于图1中的电致变色系统，而该配置的每个格状物13 都具有一个单独的供电电极。该额外电极3的操作和使用，作为参考电极或者一些电活性粒种的静电吸引/排斥电极，是相同的。图4和5中的电致变色系统对应于图3中的电致变色系统，例外之处是，额外电极 3由与供电电极1和2的相同外壁承载，也就是壁10。如这两幅图中所示，如果额外电极3 与格状物13中包含的液体和/或凝胶体部分电性隔离开，则额外电极3被限制为某些电活性粒种的静电吸引/排斥功能。在图4的实施例中，额外电极3被放在两个供电电极1和2之间，平行于外壁10。 为此，导电材料形成的连续层可能首先被沉积在涉及的外壁10的整个表面上。然后它被选择性地蚀刻以便相互隔离意图形成供电电极1的该层的第一部分、意图形成供电电极2的该层的第二部分、以及介于电极1和2部分中间意图形成额外电极3的第三部分。电极3 从而可能位于电极1和2的交错梳齿之间，并具有连续的来回的线性形状，也就是说，一种蜿蜒的形状。其中该层已经被蚀刻的间隔将电极3与电极1和2电性隔离开。这样，额外电极3和供电电极1，2具有相同的构成材料，并且能够在沉积导电材料的单个步骤中制成。某些内壁12可位于额外电极3上。从而额外电极3在两个相邻的格状物13之间连续延伸，平行于壁10。此外，它位于分隔这些相邻格状物的内壁12和外壁10之间，沿着方向D。为了在每个格状物13中形成显著的电效应，额外电极3可在分隔相邻格状物13的内壁12的每侧上都具有突起31、32，超出该壁12之外。这些突起的延伸大于2 μ m，优选为大于3μπι，垂直于内壁12。在本发明的这一实施例中，由电绝缘和透明材料形成的部分5可形成于额外电极 3和每个电极1和2之间的隔离间隔中。这些部分5，具有位于电极3上的薄膜4部分，每个都防止额外电极3和包含在格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间的电接触的发生。现在描述图4实施例的两个替代改进，以降低电极3和每个电极1和2之间间隔的可见度。在这些改进的第一个中，由壁10承载的部分5，供电电极1和2，以及额外电极 3，在沿着垂直于外壁的方向D上基本具有相同常见的光学厚度。位于额外电极3上的绝缘薄膜4的任何部分的厚度都包含在额外电极3的光学厚度中。换句话说，沿着方向D，横贯部分5、电极1和2以及电极3，系统10基本上具有与可选薄膜4相同的光学厚度。对部分 5的光学厚度的这种调整减少了由位于电极3每侧上的电极间的隔离间隔引起的光散射和衍射。作为替代的，大量吸收材料可由壁10承载，介于额外电极3和每个供电电极1和2 之间。通过减少或消除透过这些间隔的光线，这些大量吸收材料还可能降低电极3和两个电极1和2之间间隔的可见度。部分5自身可由大量吸收材料组成，或者该吸收材料可以是在与电极间的隔离间隔相对的在壁10中局部扩散的墨水。在图5的实施例中，额外电极3同样由壁10承载，与供电电极1和2相同，但是被放在一方面壁10和另一方面电极1和2之间，沿着方向D。从而薄膜4位于额外电极3和每个供电电极1和2之间。当这样安排时电极3的功能同样是吸引或排斥一些电活性粒种， 根据电荷和指定时刻电致变色系统的运行状态而定。在这种情况下，部分5可由单个部分代替，也被标记为5，它在供电电极1和2的边缘之间连续延伸。通常，根据本发明的电致变色系统100还可包括另一额外电极，它由外壁10和11 中不是承载额外电极3的另一个外壁承载。该另一个额外电极在图2和6中标记为3a。这样，两个额外电极3和3a形成包括容积V的电容器。该电容器在容积V中生成静电场，它也用于吸引或排斥一些电活性物质。图2和6分别对应于图1和3，只不过添加了电极3a。 在本发明的这些特定实施例中，电极3a由壁10承载。在这种情况下，系统100还包括另一电绝缘膜4a，它被放在所述另一额外电极3a 和包含在每个格状物13中的液体和/或凝胶体部分之间。这样，防止了电极3a和每个电极1和2之间的电接触，同样，防止了电极3a和液体和/或凝胶体部分之间的电接触。该系统从而可包括具有两个电流输出端的电源单元21。这两个电流输出端分别连接至两个供电电极1和2。它们提供负责系统100可逆着色的电活性物质氧化和还原所需的电流。此外，电极化单元22被添加至系统100。单元22具有两个电压输出端，分别连接至额外电极 3和3a。单元22用于在容积V中生成额外电场，以造成至少部分被充电的电活性物质的迁移，所述迁移向着供电电极1和2，或者相反地，向着壁11。在系统100从清晰状态至吸收状态的转变期间，或者相反地，从吸收状态至清洗状态的转变期间，对电极3和3a极性的适当选择，以及对由单元22发出的偏置电压的适当选择，都用于加快这一转变。从而系统100 的响应时间能够被缩短。如果在电致变色系统运行的某个时刻，电极3的电位在供电电极 1和2的各自电位值限制出的区间之外，则同样需要覆盖电极3的绝缘薄膜4。 通过在电极3和3a之间施加适当的电压，还可能减少在吸收状态下、在供电电极1 和2上氧化和还原的电活性物质之间的相互中和。例如，一些已经在供电电极1和2上氧化或还原的电活性物质当被充电时，可被额外电极3和3a产生的电场分离地保持在这些供电电极附近。 通常并可选的，为了改进系统100的暂态运行，可能在一方面额外电极3或3a之一和另一方面至少一个供电电极1和2之间施加电压，从而涉及的电极3或3a的电位在供电电极1和2的各自电位限制出的区间之外。从而至少一个电活性物质被静电地吸引至电极3或3a。当供电电极1，2中仅有一个与包含在每个格状物13中的液体和/或凝胶体部分接触时，并且当额外电极3由不是承载供电电极(图3和6)的另一外壁10、11承载时，对于至少一部分内壁12来说可能有利的是沿着方向D向上延伸至额外电极3。这样，壁12防止位于额外电极3附近的电活性粒种从一个格状物穿至相邻的格状物。因此，这些不同格状物13中的被额外电极3吸引的电活性粒种并不被相互中和。在这种情况下，离子桥14 能够跨越内壁12制成，或者由位于那些位于承载供电电极1和2的外壁10、11那侧的壁12 的末端的通道制成。对于电活性物质来说，当绝缘薄膜4出现在额外电极3上时，内壁12 向上延伸至此薄膜4以类似地闭合位于外壁11该侧的格状物13。可以理解的是，本发明可通过改适作为示例提出的特征来复制，同时保留提及的至少一部分优点。特别地，本领域技术人员将理解的是，本发明引入的额外电极的位置，相对于系统的外壁，可与相对于供电电极的内壁的安排随意合并。此外，对于每个涉及的应用来说，可修改电致变色系统的元件的浓度和/或尺寸值。因此，额外的离子物质可被添加至液体和/或凝胶体的组分中，特别是用于提升其离子导电性。
权利要求
1.透明电致变色系统(100)，允许横贯所述系统获得清晰视野，并包括-两个平行外壁(10，11)，对于两个相对侧之间穿过外壁的观察方向来说，该系统是透明的；-内壁(12)网络，置于两个外壁之间，所述内壁垂直于所述外壁延伸并定义一组平行所述外壁并置的格状物(13)；-液体和/或凝胶体部分，分别包含在格状物(1 中；-第一和第二电活性物质，分布在液体和/或凝胶体部分中，具有各自不同的氧化还原电位，至少一部分第一和第二电活性物质在所述物质的氧化形式和还原形式之间具有可变的光学效果；-两个透明供电电极(1，2)，一起由两个外壁中的单独一个外壁(10)承载，并意图分别连接至可变电源单元O0，21)的两个供电端，所述供电电极中的每个都与包含在至少一部分格状物(1 中的液体和/或凝胶体部分直接电接触，以将电子发送至至少一部分电活性物质或从至少一部分电活性物质中发出电子，在指定时刻在所述第一和第二电活性物质之间以相反方式操作；其特征在于该系统还包括至少一个额外透明电极(3)，它不与该电致变色系统内的所述供电电极(1，幻直接电接触，所述额外电极平行于至少一部分格状物(1 内部的所述供电电极。
2.根据权利要求1所述的系统，对于至少一部分格状物(13)来说，进一步包括电绝缘薄膜G)，位于额外电极C3)和包含在每个所述格状物中的液体和/或凝胶体部分之间，以便防止所述液体和/或凝胶体部分和额外电极之间的接触。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，该额外电极(3)由两个外壁中不是承载供电电极(1，2)的另一个外壁(11)承载。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，额外电极(3)沿着平行于外壁(10，11)的方向在两个相邻格状物(1 之间连续延伸。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，额外电极(3)在所有格状物(13)的至少一部分对面不间断地延伸。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，额外电极(3)具有开口(0)，其与至少一部分格状物(π)的中心部分对齐，沿着垂直于外壁(10，11)的方向(D)。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，额外电极(3)由两个外壁中承载供电电极(1，幻的同一外壁(10)承载，并且额外电极C3)沿着平行于所述外壁的方向被放在所述两个供电电极之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，额外电极(3)和供电电极(1，2)具有相同的构成材料。
9.根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，额外电极C3)在两个相邻格状物(13) 之间连续延伸，并被放在分隔所述相邻格状物的内壁(1 和承载供电电极(1, 和额外电极(3)的外壁(10)之间。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，额外电极(3)在分隔所述相邻格状物 (13)的内壁(12)的每侧上都具有突起(31，32)，所述突起的延伸大于2 4!11，优选为大于 3 μ m，垂直于所述内壁。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，进一步包括绝缘和透明材料部分(5)， 由承载供电电极(1，2)和额外电极(3)的那些外壁(10)承载，介于额外电极和每个供电电极之间，从而沿着垂直于外壁的方向(D)，系统(100)基本具有相同的光学厚度，穿过所述绝缘材料部分，所述供电电极和所述额外电极可选地覆盖着电绝缘薄膜的一部分。
12.根据权利要求7至10中任一项所述的系统，进一步包括由承载供电电极(1，2)和额外电极C3)的那些外壁(10)承载的大量吸收材料，所述大量吸收材料位于所述额外电极和每个供电电极之间。
13.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，额外电极(3)由两个外壁中与承载供电电极(1，2)同一的外壁(10)承载，并被放在所述外壁和所述两个供电电极之间，沿着垂直于外壁的方向(D)，绝缘薄膜(4)进一步被放在所述额外电极和每个所述供电电极之间。
14.根据前述权利要求任一项所述的系统，进一步包括另一额外电极(3a)，其由外壁 (10，11)中不是承载所述额外电极(3)的另一外壁承载。
15.根据权利要求14所述的系统，对于至少一部分格状物(13)，进一步包括另一电绝缘薄膜( )，放在另一额外电极(3a)和包含在每个所述格状物中的液体和/或凝胶体部分之间，以便防止所述液体和/或凝胶体部分和所述另一额外电极之间的接触。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其特征在于，包含在至少一部分格状物(1 中的液体和/或凝胶体部分每个都与相应格状物内的两个供电电极(1，幻直接电接触。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其特征在于，放置两个供电电极(1， 2)从而包含在格状物(1 中的每个液体和/或凝胶体部分仅与所述供电电极的其中一个直接电接触，并且从而由两个供电电极中的一个供电的每个格状物与至少一个由另一供电电极供电的另一格状物相邻，并且系统(100)进一步包括连接所述相邻格状物的离子桥 (14)。
18.根据权利要求17以及权利要求3至6中任一项所述的系统，其特征在于，至少一部分内壁(12)延伸至额外电极(3)，沿着垂直于外壁(10，11)的方向(D)，从而所述内壁防止位于所述额外电极附近的电活性粒种从格状物(13)穿至相邻格状物。
19.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括电源单元(20)，它具有三个输出端，所述输出端中的两个分别电连接至两个供电电极(1, 以产生在系统(100)中流动的电流，电源单元的另一输出端连接至额外电极(3)，并且电源单元适于可变地控制出现在其中一个所述供电电极与额外电极之间的至少一个电压。
20.根据权利要求14或15所述的系统，进一步包括电源单元(21)，它具有两个电流输出端，分别连接至系统(100)的两个供电电极(1，2)，并进一步包括电极化单元(22)，它具有两个电压输出端，分别连接至额外电极⑶以及所述另一额外电极(3a)。
21.根据前述权利要求中任一项所述的系统，形成一种玻璃制品、飞行器窗、眼镜镜片、 头盔遮阳板、遮掩玻璃、或意图应用至眼镜镜片、头盔遮阳板或遮掩玻璃的晶片。
22.使用根据前述权利要求中任一项所述的透明电致变色系统的方法，其中在额外电极(3)和至少一个供电电极(1, 之间施加一电压，从而所述额外电极的电位在所述供电电极的各自电位限制出的区间之外，所述电位相对于共同的参考终端进行测量。
全文摘要
本发明涉及一种透明电致变色系统(100)，包括格状结构(13)、共同支撑在单个壁(10)上的两个供电电极(1，2)、以及至少一个额外电极(3)。所述额外电极能够用作参考电极或者极化电极。所述额外电极还能够与添加至该系统的第四电极形成电容器，以便控制某些电活性物质的迁移，这些电活性物质负责为该系统着色或脱色。从而能够改进该系统的操作。
文档编号G02F1/155GK102576177SQ201080044382
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月19日 优先权日2009年7月28日
发明者克劳丁·比韦, 安松伊·索盖伊, 桑德里内·杜卢阿德, 金-保尔·卡诺 申请人:依视路国际集团(光学总公司)
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