Brevet FR2531300A1 — publié le 19840203

B 4749 F 2531300- EC/jl Juil 83 -1- Procédé de chauffage d'un élément électrooptique et/ou électrochimique L'invention concerne un procédé pour chauffer un élément électrooptique et/ou électrochimique comprenant un système de couches minces constitué par plusieurs couches partielles et déposé sur un support, au moins une couche partielle se présentant sous la forme d'une électrode de surface pour l'application d'une tension continue nécessaire au fonctionnement de l'élément De tels éléments sont par exemple des systèmes de couches électrochromes, dans lesquels, entre des électrodes super- ficielles (transparentes) conductrices du point de vue électrique, est encastrée une couche d'un matériau élec- trochrome qui, sous l'action d'une tension continue appliquée aux électrodes superficielles, modifie sa trans- mission optique (absorption) Des systèmes à couches élec- trochromes transparents ont été proposés par exemple pour des verres de lunettes présentant une absorption qui peut varier de façon réglable On connait aussi de tels systèmes pour des miroirs, dans lesquels le pouvoir de ré- flexion peut être réglé de façon souhaitée grâce à l'absorption variable d'un système de couches élec- trochrome disposé devant une surface réfléchisante. D'autres systèmes analogues de couches connus sont des détecteurs dans lesquels, entre des électrodes, est encastrée une couche d'une substance qui réagit chi- miquement dans l'atmosphère avec une autre substance, par exemple une substance nocive, qui doit être décelée et qui traverse une des électrodes (poreuse) ou qui est absorbée, la résistance électrique de la couche détectrice variant de ce fait; le courant continu qui circule par l'intermédiaire de l'électrode à travers la couche lors de l'application d'une tension continue peut alors être utilisé comme mesure de l'action de la substance qui doit B 4749 F 2531300 EC/jl Juil 83 2 être décelée D'autres détecteurs produisent de nouveau eux-mêmes une tension continue qui varie sous l'action d'une substance qui doit être décelée, tension continue qui peut être prélevée par l'intermédiaire des électrodes de surface du système D'autres exemples de systèmes de couches électrooptiques du type mentionné en t Ute du pré- sent mémoire sont différents dispositifs d'affichage, par exemple des dispositifs d'affichage dans lesquels une couche d'un cristal dit liquide est disposée entre des électrodes de surface transparentes, les molécules allongées du cristal liquide étant orientées suivant une direction préférentielle sous l'effet du champ électrique produit par les électrodes, et présentent ce faisant un pouvoir de dispersion de la lumière plus faible que dans l'état désordonné La différence du pouvoir de dispersion de la lumière à des endroits différents, au niveau desquels des tensions différentes sont appliquées à des électrodes partielles de forme correspondante, sert à représenter des caractères souhaités, par exemple des chiffres et des lettres. Dans la plupart des applications de couches élec- trooptiques et électrochimiques, la température joue un rôle important, étant donné que dans presque tous les cas les propriétés du système, par exemple la conductivité électrique d'une couche détectrice ou le pouvoir d'absorp- tion optique d'une couche de verre de lunettes élecchrome, sont fortement influencées par la température, de sorte qu'on ne peut atteindre un fonctionnement satisfaisant que lorsque la température est commandée de façon corres- pondante. Il est connu de chauffer des surfaces, par passage d'un courant, au moyen de feuilles ou de couches minces conductrices du point de vue électrique qui y sont appliquées; on connaît par exemple des lunettes de ski et des rétroviseurs pour des véhicules automobiles qui sont chauffés au moyen de couches déposées par évaporation. Habituellement, des électrodes d'application de courant B 4749 F 2531300 EC/jl Juil 83 3 sont disposées des deux côtés opposés d'un champ de chauffage formé par une couche mince conductrice, et le courant-de chauffage appliqué par l'intermédiaire de ces électrodes circule dans la couche parallèlement à sa surface Cependant, dans le cas d'éléments électrooptiques et électrochimiques, le chauffage du système de couches pose souvent des difficultés, étant donné que le courant de chauffage peut perturber le fonctionnement de l'élément Par conséquent, on doit fréquemment renoncer au chauffage. Le problème à la base -de l'invention est de réaliser un procédé pour chauffer et par conséquent pour régler la température d'éléments électrooptiques et électrochimiques, qui permet de chauffer ces éléments sars perturber leur fonctionnement Ce problème est résolu grâce au fait qu'à l'électrode de surface est appliqué simultanément, en tant que courant de chauffage, un courant alternatif qui possède une fréquence ne perturbant pas le fonctionnement de l'élément. Ceci permet une séparation complète de la fonction de chauffage vis-à-vis des autres fonctions; comme il est- connu, le courant de chauffage peut être appliqué et prélevé de la façon la plus simple sur des extrémités latérales opposées d'une électrode de surface Le procédé suivant l'invention convient particulièrement bien pour chauffer des éléments électrooptiques et électrochimiques dont le système de couches minces comporte deux couches partielles ou plus se présentant sous la forme d'électrodes de surface et des couches diélectriques disposées entre celles-ci, le courant alternatif de chauffage étant alors de préférence appliqué d'un côté d'une première électrode de surface et prélevé du côté opposé d'une seconde électrode de surface Grâce à l'épaisseur très faible des couches minces, le condensateur formé par les deux électrodes de surface et par le diélectrique qui se trouve entre elles possède à vrai-dire B 4749 F 2531300 EC/jil Juil 83 -4 une capacité relativement élevée, -de sorte que déjà avec des fréquences relativement basses de quelques k Hz il résulte une résistance capacitive, en courant alternatif, très faible par rapport à la résistance électrique en courant continu de la couche diélectrique qui se trouve entre les électrodes, de sorte que les deux électrodes de surface sont pratiquement court-circuitées pour le courant alternatif Comme il s'est avéré, cet agencement décrit plus en détails ci-dessous à l'aide d'un exemple de réalisation, fournit un chauffage particulièremer t uniforme, le champ alternatif étant pratiquement nul entre les électrodes de surface et par conséquent le fonc- tionnement électrooptique et/ou électrochimicue n'étar t pas non plus perturbé. La présente invention sera maintenant illustrée à l'aide de la description suivante d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif représenté au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente schématiquement, en tant que premier exemple de réalisation, la constitution d'un élément électrooptique dont la transparence à la lumière peut être réglée au moyen d'une tension électrique continue; la figure 2 représente un autre exemple d'un tel élément, dans lequel la réflexion peut être réglée au moyen d'une tension continue. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un support transparent (par exemple un verre de lunettes), sur lequel est déposée, en tant que première électrode de surface, une couche 2 d'un alliage d'oxyde d'indium et d'oxyde d'étain possédant une épaisseur d'environ 280 nm. Cette électrode de surface possède une résistance dite superficielle de 20 ohms par carré, c'est-à-dire qu'entre deux côtés opposés d'un carré (de dimensions arbitraires) d'une telle couche il apparaît une résistance électrique de 20 ohms (pour un carré de dimensions importantes la largeur de la voie de courant entre les deux côtés étant B 4749 F 2531300 EC/ijl Juil 83 5 à vrai-dire plus importante, mais cela est le cas également simultanément pour la distance, de sorte qu'au total il er. résulte toujours la même résistance) Le système de couches comporte une seconde couche 3 identique qui constitue également une électrode de surface transparente conductrice du point de vue électrique Dans l'exemple de réalisation représenté, entre les deux électrodes de surface 2 et 3 sont disposées deux autres couches partielles, à savoir une première couche partielle 4 non métallique de 500 nm d'épaisseur en oxyde de tungstène, et une seconde couche 5 non métallique de 150 nm d'épaisseur en oxyde de silicium Ces deux couches partielles forment, conjointement avec les électrodes de surface 2 et 3, un système de couches dit électrochrome dont le pouvoir Je transmission optique varie lors de l'action d'une tension électrique continue appliquée aux électrodes de surface, c'est-à-dire suivant que la polarité est augmentée ou réduite; on peut trouver d'autres détails sur des systèmes de couches électrochromes dans la littérature. Comme on le voit d'après le dessin, les deux bornes 7 et 8 sont utilisées pour l'application de la tension continue provenant d'une sourse de tension 6 Dans l'exemple de réalisation représenté, avec une tension continue de + 2,5 V (p 8 le positif sur l'électrode de surface supérieure 3 sur la figure 1), on peut augmenter l'absorption, tandis qu'avec une tension de -1,5 V sur la même électrode on peut réduire l'absorption des couches intermédiaires élecchromes Cependant, cet effet dépend passablement de la température, de sorte que lors de l'utilisation de telles couches il est souvent nécessaire de' prévoir un chauffage commandé pour une température correspondante Comme cela est en outre représenté sur la figure 1, dans ce but il est prévu sur l'électrode de surface 3, du côté opposé à la borne 8, une autre borne 9 et, par l'intermédiaire de ces deux bornes, peut être appliqué un courant alternatif de chauffage qui provient de la source 10 et qui traverse l'électrode de surface 3 suivant une direction parallèle à B 4749 F 2531300 EC/jl Juil 83 -6- celle-ci et chauffe ce faisant de façon correspondante la résistance ohmique de ce trajet de courant La puissance de chauffage peut être commandée par la valeur de la source de tension alternative 10, et, comme on l'a déjà dit, la fré- quence doit être choisie de manière à éviter de façon sûre une détérioration du fonctionnement du système de couches électrochrome Il s'est avéré que ceci est toujours possible, alors qu'au contraire dans le cas d'un chauffage par courant continu on a observé des perturbations du fonctionnement, même si le courant de chauffage ne circule pas véritablement dans les couches électrochromes du système comme sur la figure-1 -. L'exemple de réalisation de la figure 2 concerne un système semblable de couches électrochrome, mais dans ce cas la couche 12, constituant la première électrode et voisine du substrat 11, se présente sous la forme d'un miroir en aluminium dont le pouvoir de réflexion est modifié par le pouvoir d'absorption plus ou moins important du système de couches électrochrome qui se trouve dessus. La référence 13 désigne une couche d'or transparente servant de seconde électrode et entre les couches d'électrodes 12 et 13 se trouvent d'autres couches partielles, à savoir une couche 14 de W 03 de 500 nm d'épaisseur et une couche 15 d'oxyde de zirconium de 150 nm d'épaisseur. Pour l'utilisation du procédé suivant l'invention pour chauffer le système de couches suivant la figure 2, une tension continue est appliquée, en tant que tension de service pour les couches électrochromes, sur les bornes 17 et 18, et simultanément une tension alternative de fréquence appropriée est encore superposée en tant que tension de chauffage. Par mesure on pourrait déterminer que cet exemple de réalisation pour le condensateur formé par les deux électrodes de surface 12 et 13 et les couches intermédiaires 14 et 15, on obtient une capacité de 0,1 microfarad par cm 2, de sorte que déjà pour une fréquence B 4749 F 2531300 EC/Jl Juil 83 7 de 1000 Hz la résistance en courant alternatif n'entre pratiquement pas en compte par rapport à la résistance ohmique du diélectrique; en pratique on peut parler d'un court-circuit capacitif entre les électrodes de surface Les caractéristiques de fonctionnement techniques de ce système sont similaires à celles du premier exemple de réalisation, à savoir + 2,8 V pour une coloration maximale du système de couches électrochrome (minimum du pouvoir de réflexion du miroir) et 1,5 V pour une absorption aussi faible que possible (maximum de réflexion). Dans cet exemple, comme mentionné, pour chauffer le système de couches on utilise une tension de service qui est constituée par la superposition de la tension continue nécessaire pour le fonctionnement et de la tension alternative servant au chauffage A cet effet, on peut utiliser le circuit représenté sur la figure 2, à l'aide duquel la source de te-nsion continue 16 présentant respec- tivement la polarité souhaitée peut être reliée aux bornes 17 et 18, et simultanément une source de tension alternative 20 peut être reliée aux électrodes de surface 12 et 13, par l'intermédiaire du commutateur 22 Dans le circuit représenté, un condensateur 19 est prévu dans le circuit de courant alternatif et une bobine d'arrêt 21 est prévue dans le circuit de courant continu pour bloquer les circuits concernés pour le courant alternatif et respectivement le courant continu Naturellement, il sera évident pour les électrotechniciens qu'il existe encore d'autres possibilités de montage pour la superposition d'une tension continue et d'une tension alternative, possibilités qui peuvent être utilisées dans le cadre de l'invention le circuit de superposition en lui-même ne fait pas l'objet de l'invention. Avec une telle superposition de la tension continue nécessairement pour le fonctionnement d'un élément et de la tension alternative servant au chauffage, dans le cas d'éléments comportant deux électrodes de surface, on obtient un chauffage particulièrement uniforme et une borne B 4749 F 2531300 EC/jl Juil 83 -8- est en outre supprimée par rapport au dispositif suivant la figure 1 Comme l'a montré l'expérience, dans le cas de systèmes de couches électrochromes on peut obtenir, sans mesures particulières, des puissances de chauffage allant jusqu'à quelques watts par cm 2, sans perturber le fonc- tionnement électrochimique Par conséquent, par un réglage correspondant de la puissance de chauffage, la température de l'élément peut être maintenue à une valeur souhaitée indépendamment de la température ambiante, dans de larges limites. B 4749 F 2531300 EC/jl Juil 83 9 REVENDICATIONS 1 Procédé pour chauffer un élément électroôptique et / ou électrochimique comprenant un système de couches minces constitué par plusieurs couches partielles et déposé sur un support, au moins une couche partielle se présentant sous la forme d'une électrode de surface pour l'application d'une tension continue nécessaire au fonctionnement de l'élément, caractérisé par le fait qu'à l'électrode de surface ( 3, 12, 13) est appliquée simultanément, en tant que courant de chauffage, un courant alternatif qui possède une fréquence ne perturbant pas le fonctionnement de l'élément. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le courant de chauffage est appliqué et prélevé sur des côtés ( 8, 9) de l'électrode de surface. 3 Procédé suivant la revendication 1 pour chauffer un élément électrooptique dont le système de couches minces comporte au moins deux couches partielles se présentant sous la forme d'électrodes de surface, avec au moins une couche diélectrique disposée entre les deux électrodes de surface, caractérisé -par le fait que le courant alternatif de chauffage est" appliqué sur un côté ( 17) d'une des électrodes de surface ( 13) et est prélevé sur le côté opposé ( 18) de la seconde électrode de surface ( 12). 4 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le courant de chauffage possède une fréquence d'au moins 1 k Hz. Elément électrooptique se présentant sous la forme d'un système de couches électrochrome comportant deux électrodes de surface et une couche électrochrome disposée entre celles-ci, caractérisé par le fait que les deux électrodes de surface ( 12, 13) comportent respectivement une électrode ( 17, 18) d'application de courant de chauffage disposée sur des côtés opposés.