專利名稱：具有多個偏振電極的透明電致變色系統(tǒng)的制作方法
具有多個偏振電極的透明電致變色系統(tǒng)本發(fā)明涉及具有多個偏振電極的透明電致變色系統(tǒng)，以及包含這種系統(tǒng)的電致變色裝置。在已知方式下，電致變色系統(tǒng)是ー種透明元件，其光傳輸?shù)墓鈱W特性能夠響應(yīng)于施加系統(tǒng)的兩個供電端之間的電流而變化。為此，電致變色系統(tǒng)通常包括-兩個外壁，用于限定一個封閉容器，系統(tǒng)在穿過外壁以及兩側(cè)之間的封閉容器的注視方向呈透明狀態(tài)；-液體或凝膠體包含在封閉容器中；-第一和第二電活性物質(zhì)分布在液體或凝膠體中且各自具有不同的氧化還原電位數(shù)值，至少ー些第一和第二電活性物質(zhì)具有在這些物質(zhì)的氧化形式和還原形式之間變化的光學效應(yīng)；以及，-ー對透明供電電極，用于分別連接著可變電源的兩個輸出端以向該系統(tǒng)提供電流，從而與至少一部分電活性物質(zhì)交換電子，在系統(tǒng)運行的同一瞬間在第一和第二電活性物質(zhì)之間以逆向模式運轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的框架范圍內(nèi)，透明兀件意味著ー種光學兀件，為處于該兀件一側(cè)的用戶提供可透過該元件觀察處于另ー側(cè)物體或距離元件一段距離物體的清晰視野。換句話說，物體圖像通過在物體和透明元件之間的第一非零距離的光傳輸、然后穿過透明元件并跨越透明元件和用戶眼睛之間的第二非零距離的光傳輸形成于該用戶的視網(wǎng)膜上。為此，由光學元件產(chǎn)生的光漫射和/或衍射必須足夠低，使得在由用戶感知的圖像中，穿過透明元件的物體點的圖像仍是ー個圖像點而不是一個擴散的斑點。這種電致變色系統(tǒng)意欲用于改變穿過該系統(tǒng)的光傳輸數(shù)值，使之在清晰狀態(tài)和黑暗狀態(tài)之間變化，在清晰狀態(tài)下該光傳輸具有較高的數(shù)值，在黑暗狀態(tài)下該光傳輸則具有低低的數(shù)值。為此，當由電源在兩個供電電極之間產(chǎn)生了合適的電壓時，第一和第二電活性物質(zhì)分別在連接著電壓源正端的供電電極和連接著同一電壓源負端的電極上形成ー個物質(zhì)的氧化而同時另ー個物質(zhì)的還原。由此所形成的氧化和還原的物質(zhì)可在封閉容器內(nèi)擴散并當它們相遇時則相互中和。這種中和導(dǎo)致更高的電流消耗。同時，由于這種中和，處于黑暗狀態(tài)的電致變色系統(tǒng)的光傳輸會限制于高于由電活性物質(zhì)濃度所能產(chǎn)生數(shù)值的飽和數(shù)值。換句話說，電活性物質(zhì)的相互中和會減小系統(tǒng)在清晰和黑暗這兩種狀態(tài)之間光傳輸數(shù)值之差，其被稱之為電致變色系統(tǒng)的動態(tài)。此外，一旦ー些電活性物質(zhì)與供電電極中的一個電極接觸而發(fā)生了反應(yīng)，它們就會保持在電極附近從而限制其它還未反應(yīng)的物質(zhì)接近該電扱。導(dǎo)致電致變色系統(tǒng)在其清晰和黑暗狀態(tài)之間的切換變慢。這種變慢對于該系統(tǒng)在大量應(yīng)用中的功能和使用來說是不利的。在這些情況下，本發(fā)明的ー個目的在于提出一種能夠降低電流消耗的電致變色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一目的在于提出ー種能夠提高切換動態(tài)的電致變色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的再一目的在于提出ー種具有較高的切換速度的電致變色系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。、
本發(fā)明的進ー步目的在于提出一種便于制造的電致變色系統(tǒng)。因此，本發(fā)明提出了 g在解決上述技術(shù)問題的兩種電致變色系統(tǒng)。本發(fā)明的各種電致變色系統(tǒng)都是上文所描述的類型。尤其是，它是透明的以便具有穿過該系統(tǒng)的清晰視野。此外，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，兩個供電電極共同由這些系統(tǒng)各自具有的兩個外壁中的單獨一個外壁支撐。本發(fā)明所提出的第一種電致變色系統(tǒng)還包括ー對第一透明偏振電極，它由兩個外壁中不同于支撐供電電極的另ー個外壁支撐，而與該系統(tǒng)內(nèi)部的兩個供電電極相互不接觸。此外，這些第一偏振電極沿著垂直于外壁的方向相對供電電極逐個設(shè)置于封閉容器的任意ー側(cè)。在第ー種系統(tǒng)中,相對設(shè)置的第一偏振電極和供電電極各自還用于分別連接著第ニ可變電源的兩個輸出端，且各自在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間具有相同的極性，對于連接著供電電極中的單獨ー個電極的第一和第二電源的輸出端來說，這些極性分別相對于相應(yīng)電源的另ー輸出端來考慮。本發(fā)明所提出的第二種電致變色系統(tǒng)同樣包括第一偏振電極對，這些第一偏振電極的設(shè)置與上述本發(fā)明的第一種系統(tǒng)的設(shè)置相同。然而，第二種電致變色系統(tǒng)還包括第二透明偏振電極對，設(shè)置于一方面供電電極和另ー方面支撐這些供電電極的外壁之間。此外，第二偏振電極沿著垂直于外壁的方向與供電電極呈線狀逐個設(shè)置，且與該系統(tǒng)內(nèi)部的這些供電電極相互不接觸。在第二種系統(tǒng)中，第一偏振電極的各個電極以及沿著垂直于外壁的方向與該第一偏振電極呈線狀設(shè)置的第二偏振電極中的ー個電極用于分別連接著第二可變電源的兩個輸出端。此外，分別連接著一個供電電極和彼此呈線狀設(shè)置的ー個第二偏振電極的第一和第二電源的輸出端，各自在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間具有相同的極性，這些極性分別相對于相應(yīng)電源的另ー輸出端來考慮。通常，本發(fā)明所介紹的所有偏振電極在電致變色系統(tǒng)內(nèi)部是相互電性能隔離的，并且相對于各個供電電極也是相互隔離的。然而，本發(fā)明所提出的第一種電致變色系統(tǒng)可通過將各個供電電極與沿著垂直于外壁方向且與第二偏振電極對齊的供電電極結(jié)合在一起，由第二種系統(tǒng)推斷出。因此，兩種系統(tǒng)以同樣的方式解決上述相同的技術(shù)問題。在本發(fā)明的兩種電致變色系統(tǒng)中，提供ー個連接著各個第一偏振電極的附加電源。因而，除了專用于為系統(tǒng)提供電流的第一電源外，各個系統(tǒng)通常還都電性能連接著專用于偏振的ー個或兩個電源。不同于第一電源，專用于偏振的各個電源在電致變色系統(tǒng)的兩個電極間施加ー個電壓，并不向這些電極傳輸電流。在這兩種情況下，第二電源各自都在包含電活性物質(zhì)的該系統(tǒng)的封閉容器內(nèi)產(chǎn)生電場。此電場將在ー個電極上已經(jīng)氧化或還原的物質(zhì)吸引至該封閉容器的兩側(cè)，使得它們在相同供電電極上反應(yīng)之前集聚更多相同物質(zhì)。這樣，增強了氧化或還原的電活性物質(zhì)接近于供電電極，提高了系統(tǒng)的切換速度。此外，根據(jù)電致變色系統(tǒng)的當前切換方向，已經(jīng)氧化的第一電活性物質(zhì)和已經(jīng)還原的第二電活性物質(zhì)，或者反之，都被吸引至不同的第一偏振電極。于是，它們彼此間保持、一定距離，從而限制了它們的相互中和。因此可避免或者部分消除由中和所產(chǎn)生的系統(tǒng)電流消耗及其色彩狀態(tài)的飽和。尤其是，可提高電致變色系統(tǒng)的切換動態(tài)。分開在電致變色系統(tǒng)單次切換期間所形成的電活性物質(zhì)的氧化和還原形式，在這些形式各自具有不同的電荷時，都是十分有效的，尤其是在各個電活性物質(zhì)的氧化形式所具有的電荷高于其它電活性物質(zhì)的還原形式所具有的電荷吋。換句話說，處于氧化形式的第一電活性物質(zhì)各自所具有的電荷優(yōu)選高于或等于處于還原形式的第二電活性物質(zhì)各自所具有的電荷。對稱地，處于氧化形式的第二電活性物質(zhì)各自所具有的電荷優(yōu)選高于或等于處于還原形式的第一電活性物質(zhì)各自所具有的電荷。對于這些比較，物質(zhì)的電荷以代數(shù)值的形式考慮進行兩者之間的比較。此時，本發(fā)明可改進這兩種切換，從清晰狀態(tài)至黑暗狀態(tài)或反之亦然。如果兩個電活性物質(zhì)中的一種物質(zhì)的氧化形式的電荷高于另ー種電活性物質(zhì)的還原形式的電荷，僅對于電致變色系統(tǒng)的兩種狀態(tài)中的ー種狀態(tài)而言，本發(fā)明可改進這一狀態(tài)。
然而，將ー些形式的電活性物質(zhì)吸引至其中ー個偏振電極，與其它處于相對形式的電活性物質(zhì)相比，當這些物質(zhì)具有相等的電荷時，就會導(dǎo)致這些物質(zhì)的各自移動行為。然而，當在單次切換期間所形成的電活性物質(zhì)的其中一種氧化形式的電荷顯著高于其它物質(zhì)的還原形式的電荷時，本發(fā)明的作用就會更大。此外，假設(shè)所有的電極，包括供電電極或偏振電極，都由該系統(tǒng)的外壁支撐，那么就便于后者的制造。每個電極都可以沉積在相應(yīng)外壁上的薄層的形式來制造，而無需電致變色系統(tǒng)內(nèi)部的額外支撐元件。此外，單對電極具有相同的圖形，各自設(shè)置在相應(yīng)的外壁上，使得各對電極都可使用單個掩膜來定義這些圖形。在根據(jù)本發(fā)明的電致變色系統(tǒng)的多個實施例中，含有其中分布著電活性物質(zhì)的液體或凝膠體的封閉容器可分隔成平行于外壁的并列單元格。這樣，每個単元格都包含受該單元格內(nèi)各對電極中的一個或兩個電極的電效應(yīng)影響的一部分液體或凝膠體。根據(jù)本發(fā)明的電致變色系統(tǒng)可形成多個光學組件的至少一部分，例如眼鏡、護目鏡、光學鏡片、頭盔面罩、飛機窗ロ、玻璃等。最后，本發(fā)明還提出了電致變色裝置，包括-上述的第一或第二種電致變色系統(tǒng)；-第一可變電源，該第一電源的兩個輸出端各自分別連接著供電電極，并且能夠通過在它的兩個供電電極間施加高于第一和第二電活性物質(zhì)的各自氧化-還原電位數(shù)值之差的電壓向系統(tǒng)提供電流；以及，-至少ー個第二可變電源，該第二電源的第一輸出端連接著至少ー個第一偏振電扱。當使用本發(fā)明所提出的第一種電致變色系統(tǒng)時，第二電源的第二輸出端連接著相對于第一偏振電極所設(shè)置的供電電極，其中第一偏振電極連接著同一第二電源的第一輸出端。此時，第二電源的第一輸出端還可連接著不與第二電源的第二輸出端相連接的其它供電電扱。同時，第二電源的第二輸出端還可連接著不與所述第二電源的所述第一輸出端相連接的其它第一偏振電極。從而在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間，連接著単獨一個供電電極的第一和第二電源的輸出端各自具有相同的極性，這些極性分別相對于相應(yīng)電源的其它輸出端來考慮。從而獲得與兩個電源共同操作的電致變色裝置。
使用本發(fā)明的第一種電致變色系統(tǒng)還可形成具有三個電源的裝置。為此，第二電源的第二輸出端連接著相對于連接著第二電源的第一輸出端的第一偏振電極所設(shè)置的供電電扱。于是，該裝置還包括第三可變電源，其第一輸出端連接著不與第二電源的第二輸出端相連接的其它供電電極，以及第ニ輸出端連接著不與第二電源的第一輸出端相連接的其它第一偏振電極。此時，至少在系統(tǒng)運行的某些瞬間，使得連接著單個供電電極的第一和第ニ或第三電源的輸出端各自具有相同的極性，這些極性分別相對于相應(yīng)電源的其它輸出端來考慮。類似地，具有兩個或三個電源的裝置可由使用本發(fā)明所提出的第二種電致變色系統(tǒng)構(gòu)成。對于第二和/或第三電源的連接，與本發(fā)明第一種系統(tǒng)的上述連接相關(guān)，各個供電電極被沿著垂直于外壁方向與其相對齊的第二偏振電極所替代。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將通過下文對非限制性實施例的描述并參考附圖
而變得更加清晰，附圖包括 -圖Ia和Ib是根據(jù)本發(fā)明的兩個第一種電致變色系統(tǒng)的截面圖；-圖2a和2b展示了包括根據(jù)圖Ia和Ib所示各自具有兩個或三個電源的第一種系統(tǒng)的電致變色裝置；-圖3a和3b是分別對應(yīng)于圖Ia和Ib所示的根據(jù)本發(fā)明的兩個第二種電致變色系統(tǒng)；以及，-圖4a和4b分別對應(yīng)于圖2a和2b的圖3a和3b所示的第二種系統(tǒng)。為了清晰起見，附圖所展示的不同元件的尺寸并不對應(yīng)于真實的尺寸和尺寸關(guān)系。此外，不同附圖中所給出的相同標記表示相同元件或具有相同功能的元件。然而，圖2a、2b、4a和4b并沒有示出內(nèi)壁12，但可理解為它們對于整個發(fā)明來說都是可選的，尤其是能夠依據(jù)圖Ia和3a或圖Ib和3b可選的。此外，籍助于例證，所描述的系統(tǒng)意欲構(gòu)成眼鏡的鏡片，然而應(yīng)當理解的是它們可構(gòu)成其它透明元件，尤其通過適當?shù)卣{(diào)整這些系統(tǒng)的外壁。根據(jù)附圖la、Ib和3a、3b,電致變色系統(tǒng)100包括兩個平行的外壁10和11,用于限定出內(nèi)部容器V。容器V是密閉的，例如通過未示出的邊緣密封。外壁10和11可為柔性薄膜，例如聚對苯ニ甲酸こニ醇酯(PET)薄膜、聚碳酸酯(PC)薄膜或聚酰亞胺薄膜。尤其是，這種薄膜的厚度en為50 μ m(微米)。外壁10還可為眼鏡的鏡片，由在眼科領(lǐng)域中慣用的無機、有機或混合材料制成。下文所列出的所有供電電極和偏振電極在系統(tǒng)100內(nèi)都是彼此間電性能隔離的。它們可由氧化銦錫(ΙΤ0銦錫氧化物)或摻氟的錫氧化物(SnO2 = F)制成。這些電極可以圖形化薄層的形式沉積于相應(yīng)外壁10、11的內(nèi)表面上，其層厚度可介于例如在O. I μ m和3 μ m之間。外壁10支撐標記為I和2的兩個供電電極。這些電極I和2與容器V中所包含的液體或凝膠體相接觸。它們可具有任意各自互補的圖形，同時通過平行于外壁10的間隙I彼此相互間保持分開。該間隙I可確保電極I和2彼此相互間電性能隔離。尤其是，電極I和2可具有梳狀圖形，梳齒以可能介于例如在50μπι和I. 5mm (毫米)之間的交替齒距延伸。間隙I的寬度可為例如18 μ m。外壁11支撐標記為3和4的兩個第一偏振電極。沿著垂直于外壁10和11的方向D，在容器V的各側(cè)，這些電極3和4相對電極I和2逐個設(shè)置。因此，沿著方向D電極3與電極I對齊以及電極4與電極2對齊。在根據(jù)本發(fā)明的所有電致變色系統(tǒng)100中，各個偏振電極3、4可與在容器V中所包含的液體或凝膠體相接觸。作為選擇，至少ー層電隔離薄膜可設(shè)置在偏振電極3和4上，介于后者和容器V之間，以便防止這些偏振電極3、4各自與液體或凝膠體之間的接觸。在所有附圖中，這種隔離薄膜標記為5并僅展示了一部分相對應(yīng)的系統(tǒng)100，以便示出該隔離薄膜而不是有系統(tǒng)的展示。當使用薄膜5吋，它可為ニ氧化硅(SiO2),其厚度e5小于例如O. I μ m0容器V沿著方向D的厚度d可為例如20 μ m。外壁10和11以及電極I至4對于穿過系統(tǒng)100的兩側(cè)之間且尤其是平行于方向D的光束來說都是透明的。根據(jù)其成分，密封在容器V中的流體介質(zhì)是液體或凝膠體。它包含在系統(tǒng)100運行期間意欲在供電電極I和2上氧化或還原的電活性物質(zhì)。還可包含其它添加剤，例如電活性物質(zhì)常用的溶劑、抗紫外線劑、增塑劑等。在容器V中所包含的電活性物質(zhì)可為，通過說明性示例-N, N，N’，N’ -四甲基對苯ニ胺，其相對于飽和甘汞參考電極具有大約O. 2V(伏)的氧化還原電位。其還原形式為無色呈電中性，氧化形式為藍色并具有正電荷；以及，-こ基蒽醌，其相對于飽和甘汞電極具有大約-I.5V的氧化還原電位。其氧化形式為無色，還原形式為紅色。此外，こ基蒽醌分子在氧化形式下為中性，在還原形式下具有負電荷。當兩個供電電極I和2之間的電壓為零時，這兩種物質(zhì)中的第一種物質(zhì)處于其還原形式，并且第二種物質(zhì)則處于其氧化形式，這取決于它們各自的氧化還原電位數(shù)值。因此，電致變色系統(tǒng)處于其清晰狀態(tài)，具有高的光傳輸數(shù)值，例如高于70%，并優(yōu)選為高于80%。當在兩個供電電極I和2之間所施加的電壓高于大約I. 7V時，與這兩個電極I和2中連接著該電致變色系統(tǒng)的供電電源正輸出端的那個電極相接觸的N，N, N’，N’ -四甲基對苯ニ胺被氧化，與連接著相同電源負輸出端的另ー供電電極相接觸的こ基蒽醌被還原。于是，該電致變色系統(tǒng)100變成吸光的藍色。其光傳輸可能會低于20%，例如，甚至會低于10 %，尤其是，其作為電活性粒種濃度的函數(shù)。引入容器V中的這兩種物質(zhì)的各自濃度介于O. 001和Imol. Γ1 (摩爾每升)之間，作為電致變色系統(tǒng)100的吸收狀態(tài)所期望的光吸收等級的函數(shù)。例如，上述的兩種電活性粒種的濃度可等于O. 2mol. Γ1。在本發(fā)明的特定實施例中，可選地，系統(tǒng)100還可進一歩包括內(nèi)壁12的網(wǎng)格，從而將容器V分隔成平行于外壁10和11的并列單元格13。內(nèi)壁12垂直于外壁10和11，并將容器V中所包含的液體或凝膠體分割成単元格13各自所包含的部分液體或凝膠體。壁12的成分和具體實現(xiàn)假定對于所屬領(lǐng)域技術(shù)人員都是已知的并不在此贅述。例如，壁12各自厚度都可大于O. I μ m，優(yōu)選為介于O. 5和8 μ m之間，并且例如每個單元格13的尺寸都可能介于50 μ m和I. 5mm之間，平行于外壁10和11。于是，單元格13形成電致變色系統(tǒng)100的棋盤形布置，平行于壁10和11，其樣式可能為任意規(guī)則的樣式，例如六邊形，或隨機的或偽隨機的。、
根據(jù)圖Ia所示分隔容器V的第一方法，兩個供電電極I和2各自都與各個單元格13中所包含的液體或凝膠體相接觸,并且在各個單元格中所包含的液體或凝膠體也都包含第一和第二電活性物質(zhì)。因此，兩個電極I和2與所有單元格13的液體或凝膠體部分相接觸。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，部分內(nèi)壁12可能在電極I和3之間延伸，而其它內(nèi)壁12在電極2和4之間延伸，電極延伸于各個相對應(yīng)的內(nèi)壁12的各側(cè)且平行于外壁10和11。因此，電極I至4各自都在相鄰的單元格13之間連續(xù)延伸，并且各個單元格13都可由這兩個電極I和2通過該單元格內(nèi)部的相同電極的各自延伸部分來供電。根據(jù)圖Ib所示分隔容器V的第二方法，對于至少部分單元格13，兩個供電電極I和2中的單獨一個電極與各個單元格中所包含的液體或凝膠體相接觸。此時，由供電電極I和2中的一個電極所供電的第一單元格13相鄰于由電極I和2中的另一個電極所供電的第二單元格13。根據(jù)一個可能的實施例，一些內(nèi)壁12可沿著方向D，以電極間分隔間隙I的水平,在兩個外壁10和11之間延伸。在系統(tǒng)100中，離子橋14電性能連接由電極I和電極2分別供電的相鄰的單元格13。這種離子橋可由電化學中常用的方法來形成。例如，離 子橋14可設(shè)置于內(nèi)壁12的末端，例如在外壁11的那一側(cè)。它們還可在內(nèi)壁12中生成，尤 其當后者可由包含在具有電活性物質(zhì)的液體或凝膠體中的小尺寸離子滲透時。在系統(tǒng)100運行中的每一個瞬間，這些離子橋14都提供各個單元格13內(nèi)容的電中性。因此，它們能夠以固定的方式將系統(tǒng)100保持在無論任何狀態(tài)下。當兩個供電電極I和2中僅有一個電極為系統(tǒng)100中的各個單元格13供電時，在由這些供電電極中的一個電極所供電的單元格13內(nèi)，液體或凝膠體可能包含第一電活性物質(zhì)而不含第二電活性物質(zhì)，而在由另一電極所供電的單元格13內(nèi)，液體或凝膠體可能包含第二電活性物質(zhì)而不含第一電活性物質(zhì)。例如，對于圖Ib所示分隔容器V的方法，對于那些由電極I供電的單元格13可能僅包含四甲基對苯二胺分子，而那些由電極2供電的單元格13可能僅包含乙基蒽醌分子。此時，在其制造后，通過將電極I連接著一電源的正輸出端和將電極2連接著此電源的負輸出端，就能對系統(tǒng)100實施首次切換。對于所描述的所有系統(tǒng)100的使用而言，第一可變電源20通過該第一電源的兩個電流輸出端電性能連接著供電電極I和2。電源20能夠在其輸出端之間產(chǎn)生大于或等于第一和第二電活性物質(zhì)的各自氧化還原電位數(shù)值之差的電壓。于是，它在電極I和2之間產(chǎn)生穿過系統(tǒng)100的電流。在系統(tǒng)100從清晰狀態(tài)切換至黑暗狀態(tài)的期間，與供電電極I和2中連接著電源20的正輸出端的供電電極相接觸的四甲基對苯二胺分子被氧化，而與連接著電源20的負輸出端的另一電極I或2相接觸的乙基蒽醌被還原。在圖2a、2b、4a和4b所示的電源20連接后，使得在電極I上的四甲基對苯二胺分子被氧化而在電極2上的乙基蒽醌分子被還原。為了返回清晰狀態(tài)，電源20的極性相對于供電電極I和2被顛倒。從而已經(jīng)被氧化的四甲基對苯二胺分子在電極I上被還原，而之前已經(jīng)還原的乙基蒽醌分子在電極2上被再次氧化。電源20的類型可為直流源或脈沖電流源。根據(jù)圖2a，第二可變電源21可電性能連接在供電電極I和偏振電極3之間。同時，第三可變電源22可電性能連接在供電電極2和偏振電極4之間。電源21或22各自能夠在與其相連接的系統(tǒng)100的兩個電極間產(chǎn)生電壓而不是傳送電流。為此，電源21和22被稱之為偏振電源。因此，它們各自在容器V中介于一個供電電極I或2與相對該供電電極所設(shè)置的偏振電極3或4之間產(chǎn)生一個電場。當切換系統(tǒng)100時，偏振電源21和22的各自極性取決于電源20的極性。因此，當從清洗狀態(tài)切換至黑暗狀態(tài)期間，除了電源20的正輸出端外，供電電極I還連接著電源21的正輸出端。于是，偏振電極3連接著電源21的負輸出端。同時，除了電源20的負輸出端夕卜，供電電極2還連接著電源22的負輸出端，而偏振電極4連接著電源22的正輸出端。在由電源21在電極I和3之間產(chǎn)生電場的作用下，具有正電荷的氧化四甲基對苯二胺分子，從電極I遷移至電極3。該遷移確保提升電極I對還未反應(yīng)的四甲基對苯二胺分子的接近。類似地，在系統(tǒng)100著色期間，在供電電極2上還原的乙基蒽醌分子具有還原的負電荷形式，然后遷移至偏振電極4。因此，在系統(tǒng)切換期間，同時在供電電極I和2上產(chǎn)生的所有電活性物質(zhì)的氧化和還原形式，彼此保持分開。氧化的物質(zhì)保持接近于連接著一個電源21或22的負輸出端的一個偏振電極3或4，而還原的電活性物質(zhì)保持接近于連接著另一電源21或22的正輸出端的另一偏振電極3或4。因此，將容器V的空間分隔為不同的區(qū)域，防止了它們的相互中和。在所有附圖中，在容器V內(nèi)，標記為E的箭頭表示所描述的電 場的方向。因此，根據(jù)電活性物質(zhì)的氧化和還原形式的電荷，根據(jù)本發(fā)明的偏振電極的使用可獲得下述有益效果-吸引至為電致變色系統(tǒng)提供電流的電極，使得這些電活性物質(zhì)呈電荷態(tài)并意欲在系統(tǒng)切換期間在這些電極上進行反應(yīng)；-關(guān)于供電電極的距離，適用于那些已經(jīng)在供電電極上反應(yīng)的電活性物質(zhì)，以便提高還未反應(yīng)的電活性物質(zhì)對這些電極的接近；以及，-將電致變色系統(tǒng)的內(nèi)部容器分隔成不同區(qū)域，分隔了已經(jīng)在供電電極上反應(yīng)的電活性物質(zhì)。前兩種效果導(dǎo)致電致變色系統(tǒng)具有較高的切換速度。此外，后一種效果避免了電活性物質(zhì)在供電電極上氧化或還原后的相互中和。因此，避免了會由此相互中和產(chǎn)生的額外的電流消耗。同樣地，還由于電活性物質(zhì)的相互中和，能夠避免該系統(tǒng)在黑暗狀態(tài)下光傳輸?shù)娘柡投戎荡笥谂c電活性物質(zhì)的濃度相對應(yīng)的數(shù)值?，F(xiàn)在描述的改進使得電活性粒種的所有相互中和能夠完全避免。當容器V分隔成各個都由兩個電極中的單獨一個I或2提供供電的單元格13時，這是可實現(xiàn)的。在系統(tǒng)100的這種配置下，沿著方向D，至少部分內(nèi)壁12可向著支撐偏振電極3和4的外壁11延伸，直到外壁11 一側(cè)的單元格13被封閉。調(diào)整單元格13的這種封閉，使得接近于偏振電極3和4的電活性物質(zhì)不能穿過單元格13而達到相鄰的單元格。然而，同時，小尺寸的離子能夠穿過這些接近于電極3和4的內(nèi)壁12，尤其當在容器V處提供有離子橋14時。雖然對于電致變色系統(tǒng)向其著色方向的切換已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)點，但在本說明書的指導(dǎo)下所屬領(lǐng)域技術(shù)人員可獲知如何將它們倒轉(zhuǎn)至系統(tǒng)切換的相反情況，從黑暗狀態(tài)至清晰狀態(tài)。本發(fā)明提供了相同的優(yōu)點以雙向切換。根據(jù)本發(fā)明所介紹的偏振電極的操作，電活性物質(zhì)在這些電極上并不進行氧化或還原。隔離薄膜5的使用確保了不會有氧化還原反應(yīng)發(fā)生在偏振電極3和4上。達此目的的另一方法包括限制由偏振電源21和22所產(chǎn)生的電壓，使得它們的絕對值小于第一和第二電活性物質(zhì)的各自氧化還原電位數(shù)值之差。
根據(jù)圖2a所示裝置的另一改進，所使用的電致變色系統(tǒng)還可進一步包括附加的透明偏振電極9，設(shè)置于一方面供電電極I和2以及另一方面外壁10之間。此附加的偏振電極9并不與供電電極I和2、在容器V中所包含的液體或凝膠體以及偏振電極3和4相接觸。例如，絕緣材料的中間層8可插入在電極9與電極I和2之間。附加的電極9用于連接著具有電位的參考端。尤其是，電源21和22中的至少一個電源可具有參考電位端。后者且優(yōu)選為，兩個電源21和22各自具有參考電位端，然后通過附加的連接23可電連接著附加的偏振電極9?？蛇x地，供電電源20還可具有由連接23所連接著的參考電位電極。電極9提供在容器V內(nèi)整體電位分布，尤其是在電極間的分隔間隙I水平上的改進控制。圖2b所示的裝置對應(yīng)于圖2a所示的裝置，具有滿足圖2a所示兩個電源21和22
的功能的單個偏振電源。因此，在該裝置運行的某個瞬間，當供電電極I連接著電源20的正輸出端而供電電極2連接著電源20的負輸出端時，標記為21的單個偏振電源通過它的正輸出端連接著電極I和4，并通過它的負輸出端連接著電極2和3。于是，該裝置的操作與相對于圖2a描述的操作相同。圖3a和3b所示的電致變色系統(tǒng)100包括圖Ia和Ib的系統(tǒng)的所有元件。尤其是，它們包括形成一對第一偏振電極的電極3和4。然而,它們還包括一對第二偏振電極,標記為6和7。電極6和7由外壁10支撐，類似于供電電極I和2，支撐于后者和壁10之間。通過絕緣材料的中間薄膜8使得電極6和7相對于電極I和2電性能隔離。此外，第二偏振電極6和7還逐個與供電電極I和2呈線狀設(shè)置，可選地，在外壁10上具有相同的圖形。于是，偏振電極6沿著方向D設(shè)置于供電電極I的下方，而偏振電極7沿著相同方向D設(shè)置于供電電極2的下方。圖3a示出了這種系統(tǒng)100，其將容器V分隔成并列的單元格，使得各個單元格13可同時由兩個電極I和2供電。在圖3b所示的分隔中，各個單元格13由兩個電極I和2中的單獨一個電極供電，這兩個供電電極在相鄰的單元格13間交替出現(xiàn)。圖4a所示的裝置通過將圖3a和3b所示的電致變色系統(tǒng)100中的一個系統(tǒng)與三個可變電源聯(lián)系在一起構(gòu)成。除了偏振電源21和22的連接外，這些電源與上文參考圖2a所述的電源20-22相同?，F(xiàn)在，偏振電源21的輸出端連接著偏振電極3和6。在該裝置運行的某個瞬間，當供電電極I自身連接著電源20的正輸出端時，則電源21的其中一個正輸出端連接著電極6。然后，電源21的負輸出端連接著電極3。同時，偏振電源22的負輸出端連接著偏振電極7，而電源22的正輸出端連接著電極4。隨著供電電源20的極性變化，兩個偏振電源21和22的極性再次反轉(zhuǎn)。于是，獲得在一方面供電電極I和2以及另一方面偏振電極6和7之間的退耦。然而，該裝置的操作與圖2a相關(guān)描述的操作相同。當各個單元13由電極I和2中的單個電極供電時，對于電活性物質(zhì)密閉的內(nèi)壁12的使用、絕緣薄膜5的使用以及電源20，21和22的各自參考電位端的連接都與上文所述的內(nèi)容相同。最后，圖4b示出了根據(jù)圖3a和3b的系統(tǒng)100與兩個電源的使用其中電源20用于提供系統(tǒng)的電流和單個偏振電源21。這一使用可采用圖2a和2b相同的方式從圖4a的使用中推斷出。應(yīng)當理解的是，本發(fā)明可通過調(diào)整籍助于示例所提及的特征而再現(xiàn)，同時保持上述提及的至少部分優(yōu)點。尤其是，對于所考慮的各種應(yīng)用而言，濃度值和/或電致變色系統(tǒng)的元件尺寸都可以修改。另外，離子物質(zhì)也可添加至液體或凝膠體的成分中，尤其用于提高其離子的導(dǎo)電性。
權(quán)利要求
1.透明的電致變色系統(tǒng)(100)，允許清晰的視野通過所述系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 -兩個外壁(10、11)，用于限定一個封閉容器(V)，系統(tǒng)在穿過外壁以及兩側(cè)之間的封閉容器的注視方向呈透明狀態(tài)； -液體或凝膠體包含在封閉容器(V)中； -第一和第二電活性物質(zhì)分布在液體或凝膠體中，且各自具有不同的氧化還原電位數(shù)值，至少一些第一和第二電活性物質(zhì)具有在所述物質(zhì)的氧化形式和還原形式之間變化的光學效應(yīng)； -一對透明的供電電極(1、2)，共同由兩個外壁中的單個外壁(10)支撐，用于分別連接著第一可變電源(20)的兩個輸出端，以向該系統(tǒng)提供電流，從而與至少一部分電活性物質(zhì)交換電子，在系統(tǒng)運行的同一瞬間在所述第一和第二電活性物質(zhì)之間以逆向模式運轉(zhuǎn)； 其特征在于，所述系統(tǒng)還進一步包括一對第一透明偏振電極(3、4)，所述第一偏振電極共同由兩個外壁中的另一個外壁(11)所支撐，不同于支撐供電電極(1、2)的外壁(10)，并且與該系統(tǒng)內(nèi)的所述供電電極相互不接觸，所述第一偏振電極(3、4)沿著垂直于外壁(10、.11)的方向⑶與供電電極(1、2)相對逐個設(shè)置于封閉空間的各側(cè)上， 第一偏振電極(3、4)的各個電極與相對所述第一偏振電極所設(shè)置的供電電極(1、2)的各個電極用于進一步分別連接著第二可變電源(21)的兩個輸出端，在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于連接著供電電極(1、2)中單獨一個電極的所述第一(20)和第二(21)電源的輸出端，所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，還進一步包括附加的透明偏振電極(9)，設(shè)置于一方面供電電極(1、2)和另一方面支撐所述供電電極的外壁(10)之間，所述附加的偏振電極與所述供電電極和在封閉空間(V)中所包含的液體或凝膠體以及所述第一偏振電極(3、4)都相互不接觸，并用于連接著具有電位的參考端。
3.透明的電致變色系統(tǒng)(100)，允許清晰的視野通過所述系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 -兩個外壁(10、11)，用于限定一個封閉容器(V)，系統(tǒng)在穿過外壁以及兩側(cè)之間的封閉容器的注視方向呈透明狀態(tài)； -液體或凝膠體包含在封閉容器(V)中； -第一和第二電活性物質(zhì)分布在液體或凝膠體中且各自具有不同的氧化還原電位數(shù)值，至少一些第一和第二電活性物質(zhì)具有在所述物質(zhì)的氧化形式和還原形式之間變化的光學效應(yīng)； -一對透明的供電電極(1、2)，共同由兩個外壁中的單個外壁(10)支撐，并用于分別連接著第一可變電源(20)的兩個輸出端以向該系統(tǒng)提供電流，從而與至少一部分電活性物質(zhì)交換電子，在系統(tǒng)運行的同一瞬間在所述第一和第二電活性物質(zhì)之間以逆向模式運轉(zhuǎn)； 其特征在于，所述系統(tǒng)還進一步包括一對第一透明偏振電極(3、4),所述第一偏振電極共同由兩個外壁中的另一個外壁(11)支撐，不同于支撐供電電極(1、2)的外壁(10)，并且與該系統(tǒng)內(nèi)的所述偏振電極相互不接觸，所述第一偏振電極(3、4)沿著垂直于外壁(10、.11)的方向⑶相對于供電電極(1、2)逐個設(shè)置于封閉空間的各側(cè)上， 以及在所述系統(tǒng)中還進一步包括一對第二透明偏振電極(6、7)，設(shè)置于一方面供電電極(1、2)和另一方面支撐所述供電電極的外壁(10)之間，所述第二偏振電極(6、7)沿著垂直于外壁(10、11)的方向⑶與供電電極(1、2)呈線狀逐個設(shè)置，與該系統(tǒng)內(nèi)部的所述供電電極相互不接觸， 所述第一偏振電極(3、4)的各個電極和沿著垂直于外壁(10、11)的方向⑶與所述第一偏振電極呈線狀設(shè)置的所述第二透明偏振電極出、7)的各個電極用于分別連接著第二可變電源(21)的兩個輸出端，在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于分別連接著供電電極(1、2)中的一個電極和各自以相互線狀設(shè)置的第二偏振電極(3、4)中的一個電極的所述第一(20)和第二(21)電源的輸出端，所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，處于所述第一電活性物質(zhì)的氧化形式的第一電活性物質(zhì)各自所具有的電荷大于處于所述第二電活性物質(zhì)的還原形式的各個第二電活性物質(zhì)所具有的電荷。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的系統(tǒng)，構(gòu)成眼鏡、護目鏡、光學鏡片、頭盔面罩、飛 機窗口或玻璃窗中的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述第一偏振電極(3、4)各自與在封閉容器(V)中所包含的液體或凝膠體相接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5中任一項所述的系統(tǒng)，包括至少一個電絕緣薄膜(5)，用于防止所述第一偏振電極(3、4)各自與在封閉容器(V)中所包含的液體或凝膠體之間的接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的系統(tǒng)，還進一步包括內(nèi)壁(12)的網(wǎng)格，用于將封閉容器(V)分隔成平行于外壁(10、11)的并列單元格(13)，所述內(nèi)壁垂直于所述外壁，并且其中兩個供電電極(1、2)各自都與在每個單元格中所包含的液體或凝膠體相接觸，以及在所述單元格中所包含的液體或凝膠體都包含第一和第二電活性物質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7中任一項所述的系統(tǒng)，還進一步包括內(nèi)壁(12)的網(wǎng)格，用于將封閉容器(V)分隔成平行于外壁(10、11)的并列單元格(13)，所述內(nèi)壁垂直于所述外壁，并且其中，對于至少一部分單元格，兩個供電電極(1、2)中的單獨一個電極與在每個單元格中所包含的液體或凝膠體相接觸，由一個供電電極(I)所供電的所述單元格的第一個單元相鄰于由供電電極(2)所供電的所述單元格的第二個單元，在所述第一和第二單元格之間具有離子橋(14)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述內(nèi)壁(12)至少一部分沿著垂直于外壁(10、11)的方向⑶向著支撐第一偏振電極(3、4)的那個外壁(11)延伸，直到所述外壁的一側(cè)封閉所述單元格，以避免接近于所述第一偏振電極的電活性物質(zhì)穿過一個單元格(13)到達相鄰的單元格。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述液體或凝膠體在由其中一個供電電極(I)供電的單元格(13)內(nèi)只包含第一電活性物質(zhì)而不包含第二電活性物質(zhì)，而在另一個供電電極(2)供電的單元格(13)內(nèi)只包含第二電活性物質(zhì)而不包含第一電活性物質(zhì)。
12.電致變色裝置，包括 -根據(jù)在前述權(quán)利要求中任一項所述的透明的電致變色系統(tǒng)(100)； -第一可變電源(20)，所述第一電源的兩個輸出端分別連接著供電電極(1、2)，并適用于通過在所述供電電極間施加大于第一和第二電活性物質(zhì)的各自氧化還原電位數(shù)值之差的電壓向系統(tǒng)(100)提供電流；以及， -至少一個第二可變電源(21)，所述第二電源具有第一輸出端連接著第一偏振電極(3)中的至少一個電極。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電致變色裝置，其中 -電致變色系統(tǒng)(100)根據(jù)權(quán)利要求I或2所述； -第二電源(21)的第二輸出端連接著相對連接著所述第二電源的 所述第一輸出端的第一偏振電極(3)所設(shè)置的供電電極(1)， 第二電源(21)的第一輸出端還進一步連接著不同于與所述第二電源的所述第二輸出端相連接的供電電極的另一供電電極(2)， 以及第二電源(21)的第二輸出端還進一步連接著不同于與所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第一偏振電極的另一第一偏振電極(4), 在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于連接著供電電極(1、2)中單獨一個的所述第一(20)和第二(21)電源的輸出端，所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電致變色裝置，其中 -電致變色系統(tǒng)(100)根據(jù)權(quán)利要求I或2所述； -第二電源(21)的第二輸出端連接著相對于所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第一偏振電極(3)所設(shè)置的供電電極(1)， 該裝置還進一步包括第三可變電源(22)，具有第一輸出端，其連接著不同于連接著所述第二電源(21)的所述第二輸出端的供電電極的另一供電電極(2)，以及具有第二輸出端，其連接著不同于連接著所述第二電源(21)的所述第一輸出端的第一偏振電極的另一第一偏振電極(4), 在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于連接著供電電極(1、2)中單獨一個的所述第一(20)和第二(21)或第三(22)電源的輸出端,所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的電致變色裝置，其中，電致變色系統(tǒng)(100)根據(jù)權(quán)利要求2所述，并且其中至少一個電源(20、21、22)具有參考端，其電位不同于所述電源的輸出端，具有電位的所述參考端連接著附加的偏振電極(9)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電致變色裝置，其中 -電致變色系統(tǒng)(100)根據(jù)權(quán)利要求3所述； -第二電源(21)的第二輸出端連接著相對于所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第一偏振電極(3)所設(shè)置的供電電極(6), 第二電源(21)的第一輸出端還進一步連接著不同于與所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第二偏振電極的另一第二偏振電極(X)， 以及第二電源(21)的第二輸出端還進一步連接著不同于與所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第一偏振電極的另一第一偏振電極(4), 在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于分別連接著供電電極(1、2)中的一個電極以及各個設(shè)置于另一個水平上的第二偏振電極出、7)中的一個電極的所述第一 (20)和第二(21)電源的輸出端,所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電致變色裝置，其中 -電致變色系統(tǒng)(100)根據(jù)權(quán)利要求3所述；-第二電源(21)的第二輸出端連接著設(shè)置于所述第二電源的所述第一輸出端相連接的第一偏振電極⑶水平上的第二偏振電極(6), 該裝置還 進一步包括第三可變電源(22)，具有第一輸出端，其連接著不同于連接著所述第二電源(21)的所述第二輸出端的第二偏振電極的另一第二偏振電極(7)，以及具有第二輸出端，其連接著不同于連接著所述第二電源(21)的所述第一輸出端的第一偏振電極的另一第一偏振電極(4), 在系統(tǒng)運行的至少某些瞬間各自具有相同的極性，對于分別連接著供電電極(1、2)中的一個電極以及各個相互呈線狀設(shè)置的第二偏振電極出、7)中的一個電極的所述第一(20)和第二(21)或第三(22)電源的輸出端，所述極性分別相對于相應(yīng)電源的另一輸出端來考慮。
全文摘要
本發(fā)明涉及透明的電致變色系統(tǒng)(100)，該系統(tǒng)各自包括一對供電電極(1、2)以及至少一對偏振電極(3、4)。該偏振電極防止系統(tǒng)的電活性物質(zhì)的相互中和反應(yīng)所導(dǎo)致的不必要的電流消耗。所述電極還防止中和反應(yīng)所限制的系統(tǒng)光傳輸?shù)妮^低數(shù)值。為此，偏振電極在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生電場(E)，它將已經(jīng)與供電電極起反應(yīng)的電活性物質(zhì)吸引至不同的區(qū)域。
文檔編號G02F1/155GK102763032SQ201080054134
公開日2012年10月31日 申請日期2010年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月28日
發(fā)明者克勞丁·比韋, 克里斯汀·博韋, 安松伊·索蓋伊, 桑德里內(nèi)·杜盧阿德, 薩繆爾·阿爾尚博, 金-保爾·卡諾 申請人:依視路國際集團(光學總公司)