Brevet FR2986625A1 — publié le 20130809

DISPOSITIF ELECTROCOMMANDABLE La présente demande concerne un dispositif électrocommandable, de 5 préférence électrochrome, avec un joint périphérique et un système d'électrodes permettant le rattachement électrique du dispositif en dehors du joint et de la zone active. Les vitrages et miroirs électrocommandables ou électroactifs sont formés d'un système actif, par exemple un système électrochrome, un 10 système à cristaux liquides ou un système émetteur de lumière, pris en sandwich entre deux électrodes supportées formées d'un revêtement conducteur sur un substrat non conducteur. De tels dispositifs électroactifs peuvent être très sensibles à la moindre trace d'eau et se dégrader avec le temps si leur étanchéité à l'eau, y compris à 15 la vapeur d'eau, n'est pas parfaitement assurée. L'étanchéité à la vapeur d'eau de tels dispositifs électrocommandables peut être assurée par différents types de joints. Pour être efficace, ce joint doit non seulement être intrinsèquement étanche à la vapeur d'eau, mais il doit également bien adhérer aux substrats, présenter une bonne compatibilité 20 chimique avec le système actif auquel il est associé et, enfin, il doit être bon isolant électrique afin d'éviter une mise en court-circuit du système. Le polyisobutylène, qu'il soit thermoplastique ou réticulé grâce à la présence d'un comonomère réticulant (caoutchouc butyle), figure parmi les meilleurs polymères dans ce domaine. Il présente en effet une grande 25 imperméabilité aux gaz et une excellente résistance au vieillissement et aux produits chimiques corrosifs. Il est largement utilisé en tant que joint dans des doubles vitrages et panneaux photovoltaïques. Il contient généralement du noir de carbone qui lui confère sa couleur noire caractéristique, mais également une faible conductivité. La résistivité volumique des joints butyle 30 disponibles sur le marché est de l'ordre de 108 à 1012 Q.cm. Cette résistivité est suffisamment grande pour ne pas être gênante dans des systèmes électroactifs relativement épais où la distance entre les deux couches conductrices des électrodes est d'au moins quelques centaines de micromètres, voire de quelques millimètres. Ce n'est qu'à très faible épaisseur, c'est-à-dire en dessous d'environ 500 grn, que la résistance du joint butyle devient trop faible pour isoler efficacement les deux électrodes l'une de l'autre. Une solution à ce problème pourrait consister à mettre en place le joint de façon à ce qu'il ne soit plus en contact avec les électrodes, c'est-à-dire en dehors des zones du substrat couvertes par celles-ci. Ceci nécessiterait toutefois un raccordement des électrodes du dispositif électrocommandable dans le vitrage, c'est-à-dire dans la zone électroactive enfermée de manière étanche par le joint. Un tel raccordement est compliqué pour des systèmes relativement épais, mais devient presque impossible à réaliser pour des systèmes minces comme ceux de la présente invention où l'épaisseur des fils de raccordement est souvent supérieure à la distance entre les deux substrats. La Demanderesse a donc essayé de mettre au point un système permettant un raccordement électrique en dehors de la zone limitée par le joint périphérique. Ce système devait en outre permettre l'utilisation d'un joint périphérique présentant une certaine conductivité électronique, tel que le joint butyle chargé de noire de carbone, même à faible épaisseur (inférieure à 500 grn), sans risque de court-circuit entre les deux électrodes. La présente invention est basée sur l'idée d'éloigner suffisamment, au niveau des zones de contact du joint périphérique avec les électrodes supportées, la ou les zones conductrices de la première électrode de la ou des zones conductrices de la deuxième électrode. L'éloignement « suffisant » est bien entendu fonction de la conductivité électronique du joint. Plus celle-ci est importante, plus la ou les zones conductrices d'une électrode doivent être éloignées de celle(s) l'autre. La Demanderesse a constaté que, pour des joints butyle chargés de noir de carbone, couramment disponibles sur le marché et que la Demanderesse souhaite pouvoir utiliser, la conductivité électronique des joints n'était pas à l'origine de court-circuits du moment où les zones conductrices respectives des deux électrodes ne se faisaient pas face l'une de l'autre. La présente invention a par conséquent pour objet un dispositif électrocommandable comportant : (a) deux électrodes supportées, dont au moins une est transparente, formées chacune d'un substrat non conducteur revêtu, sur une de ses faces, d'un revêtement conducteur, les deux électrodes supportées étant positionnées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les revêtements conducteurs se fassent face et soient en contact avec le système électroactif (b), (b) un système électroactif, de préférence un système électrochrome, pris en sandwich entre les deux électrodes supportées, ledit système électroactif ayant une étendue inférieure à celle de chacune des électrodes supportées de manière à définir une rainure périphérique sur tout le pourtour du système électroactif, et (c) un joint périphérique en un polymère organique imperméable à la vapeur d'eau, ledit joint remplissant ladite rainure périphérique sur tout le pourtour du système électroactif et étant en tous points en contact à la fois avec la première et la deuxième électrode supportée, ledit dispositif étant caractérisé par le fait que la zone de contact entre le joint polymère et la première électrode supportée et la zone de contact entre le joint polymère et la deuxième électrode supportée comportent chacune - une ou plusieurs parties conductrices, où le revêtement conducteur est présent et - une ou plusieurs parties non conductrices, dépourvues de revêtement conducteur ou pourvues d'un revêtement conducteur électriquement isolé du revêtement conducteur en contact avec le système électroactif, et avec la condition supplémentaire qu'aucune partie conductrice de la zone de contact entre le joint polymère et la première électrode ne soit jamais en regard d'une partie conductrice de la zone de contact entre le joint polymère et la deuxième électrode supportée. Cette condition essentielle selon laquelle une partie conductrice ne doit jamais être « en regard » d'une autre partie conductrice signifie qu'aucune droite perpendiculaire au plan des électrodes - lesquelles sont bien entendu parallèles l'une à l'autre - ne coupe deux parties conductrices. Il n'est en revanche aucunement gênant qu'une partie non conductrice d'une zone de contact soit en regard d'une partie non conductrice de l'autre zone de contact. Le terme « partie conductrice » utilisé en relation avec les zones de contact entre le joint et les électrodes, désigne dans la présente invention des zones où le revêtement conducteur de l'électrode est présent et est en contact de conduction électronique avec la zone principale du revêtement conducteur. Autrement dit, lorsque le dispositif de la présente invention est sous tension, les parties conductrices sont traversées de courant. Le terme « partie non conductrice » utilisé en relation avec les zones de contacte entre le joint et les électrodes, désigne dans la présente demande soit des zones où le revêtement conducteur est absent et où le joint est directement en contact avec le support non conducteur, soit des zones où un revêtement conducteur est présent mais est électriquement isolé de la zone principale du revêtement conducteur, c'est-à-dire de la zone du revêtement conducteur en contact avec le système électroactif. Autrement dit, lorsque le dispositif de la présente invention est sous tension, les parties non conductrices de la zone de contact ne sont pas traversées de courant, en dépit de l'éventuelle présence d'un revêtement intrinsèquement conducteur mais électriquement isolé. Le dispositif selon l'invention comporte deux électrodes supportées dont l'une au moins est transparente. Dans un mode de réalisation, les deux électrodes supportées sont transparentes. Le dispositif selon l'invention est alors un vitrage, de préférence un vitrage électrochrome. Lorsqu'une seule des électrodes supportées est transparente, l'autre électrode est de préférence une électrode réfléchissante. Le dispositif selon l'invention est alors un miroir, de préférence un miroir électrochrome. La ou les électrodes supportées transparentes sont formées d'un support non conducteur transparent, en verre minéral ou organique, revêtu sur une de ses faces d'un revêtement conducteur transparent. Le verre minéral est par exemple le verre float et le verre organique peut être à base d'un polymère choisi dans le groupe formé par le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), le polycarbonate (PC), le poly(éthylène téréphtalate) (PET), le poly(éthylène naphtanoate) (PEN) et les copolymères de cyclooléfines (COC). Les revêtements conducteurs transparents sont connus dans la technique. Il s'agit par exemple d'empilements transparents de couches minces comprenant des couches métalliques, telles que des couches d'argent, d'or, de platine et de cuivre. Ou bien, le revêtement conducteur peut être formé d'un oxyde conducteur transparent (TCO) couramment utilisé en tant qu'électrode transparente dans des dispositifs électrocommandables. On peut citer parmi ces TCO, l'oxyde d'indium dopé à l'étain (In203:Sn ou ITO), l'oxyde d'indium dopé à l'antimoine (In203:Sb), l'oxyde d'étain dopé au fluor (Sn02:F) et l'oxyde de zinc dopé, par exemple à l'aluminium ou au gallium (AZO ou GZO). Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, les deux électrodes supportées ont essentiellement la même forme et la même taille. Elles peuvent être superposées l'une à l'autre avec une recouvrance parfaite, c'est-à-dire avec leurs bords respectifs parfaitement alignés. Cette superposition parfaite ne correspond toutefois pas à un mode de réalisation préféré du dispositif de la présente invention. En effet, lorsque le système électroactif (b), pris en sandwich entre les deux électrodes (a), est particulièrement mince, l'écartement entre les deux électrodes peut être insuffisant pour y insérer une amenée de courant. Il est alors intéressant de décaler les deux électrodes l'une part rapport à l'autre de manière à rendre un bord conducteur de chaque électrode facilement accessible en vue d'un raccordement électrique. Par conséquent, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention, les deux électrodes supportées du dispositif sont superposées de façon décalée l'une par rapport à l'autre de manière à ce qu'une zone conductrice de la première électrode supportée et une zone conductrice de la deuxième électrode supportée dépassent de la zone de recouvrement des deux électrodes. Dans le dispositif final, chacune de ces zones conductrices est raccordée à un connecteur électrique. Ce mode de réalisation particulièrement intéressant où les électrodes sont en recouvrance partielle pour permettre une bonne accessibilité des contacts de raccordement sera décrit ci-après en référence à la figure 5. Le système électroactif est de préférence un système à base de cristaux liquides, ou un système électrochrome formé par deux couches électroactives dont au moins une est une couche électrochrome, les deux couches électroactives étant séparées par une couche d'un électrolyte, de préférence un électrolyte à base de polymère organique. La présente invention est toutefois potentiellement utile dans tout système électroactif où une anode et une cathode planes sont placées à faible distance (inférieure à 500 grn) l'une de l'autre. Les couches électroactives sont de préférence constituées de matériaux minéraux. On peut citer à titre d'exemples de composés minéraux électrochromes préférés ceux choisis dans le groupe formé par l'oxyde de tungstène, l'oxyde de nickel, l'oxyde d'iridium, l'oxyde de niobium, l'oxyde d'étain, l'oxyde de bismuth, l'oxyde d'antimoine et l'oxyde de tantale. Dans un mode de réalisation, les deux matériaux électroactifs sont des matériaux électrochromes. Dans ce cas, ils sont généralement choisis de façon à être colorés en même temps, autrement dit l'un des matériaux est à coloration anodique et l'autre à coloration cathodique. Dans un autre mode de réalisation, un seul des matériaux minéraux électrochimiquement actifs présente des propriétés électrochromes, l'autre présentant des propriétés de transmission indépendantes de son degré d'oxydation et jouant simplement le rôle de contre-électrode pour le matériau électrochrome. Bien entendu, les matériaux électrochromes peuvent être utilisés en 20 mélange entre eux ou, le cas échéant, en mélange avec au moins un métal tel que le titane, le tantale ou le rhénium. On utilisera de préférence en tant que matériau électrochrome à coloration cathodique l'oxyde de tungstène, qui présente une coloration bleue à l'état réduit et qui est décoloré à l'état oxydé. L'oxyde de tungstène est 25 utilisé souvent en combinaison avec, en tant que matériau électrochrome à coloration anodique, l'oxyde de nickel ou l'oxyde d'iridium. On peut citer à titre d'exemple de matériau électrochimiquement actif non électrochrome l'oxyde de cérium. On peut citer à titre d'exemples d'électrolytes à base de polymères 30 organiques les électrolytes à base de poly(oxyde d'éthylène) (POE) dopé à l'acide phosphorique (H3PO4), les électrolytes à base de poly(vinylbutyral) dopé avec un sel de lithium dissous dans un solvant organique polaire, ou encore des ionomères, c'est-à-dire des polyélectrolytes portant suffisamment de charges négatives liées de façon covalente pour que leur conductivité cationique, assurée par les contre-ions H+ ou alcalins, soit satisfaisante même en l'absence de tout agent dopant. On peut citer à titre d'exemple de tels ionomères les copolymères de tetrafluoroéthylène et d'acide perfluorosulfonique commercialisés sous la dénomination Nafion®. Bien que l'épaisseur de l'électrolyte polymère, des couches électroactives et du dispositif de la présente invention ne soient en principe pas limitée, il a été expliqué ci-avant pourquoi le système d'étanchéification de la présente invention, avec sa géométrie particulière des zones conductrices et non conductrices, est particulièrement intéressant pour des dispositifs fonctionnant avec un système électroactif très mince. En effet, c'est lorsque l'écartement entre les deux électrodes supportées est très faible que se posent les problèmes de risque de court-circuits et d'insertion des amenées de courant. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif de la présente invention, le système électroactif, formé par les deux couches électroactives et l'électrolyte, a par conséquent une épaisseur globale comprise entre 50 grn et 500 grn, en particulier entre 70 grn et 300 grn, de manière particulièrement préféré entre 80 et 200 grn. Il est difficile d'indiquer, pour le joint, un seuil de conductivité au-delà duquel la présente invention est utile. En effet, ce seuil varie en fonction de l'épaisseur du joint. Plus le joint est épais, plus il peut être conducteur sans que cela ne présente un problème. A titre indicatif, la Demanderesse a trouvé que la présente invention était utile pour des joints présentant une résistivité inférieure à 1011 Q.cm, de préférence inférieure à 108 Q.cm, et en particulier inférieure à 105 Q.cm. Le joint périphérique du dispositif de la présente invention est de préférence en polyisobutylène chargé de noir de carbone (joint butyle). Lorsqu'on utilise un joint butyle très mince (épaisseur inférieure à 200 grn), l'écartement entre les deux électrodes peut, dans certains cas, être insuffisant pour prévenir tout risque de court-circuits. Ces risques sont d'autant plus élevés que le joint est mince et que sa conductivité est importante. Il est alors recommandé d'éloigner davantage la ou les parties conductrices de la zone de contact entre le joint et la première électrode de la ou des parties conductrices de la zone de contact du joint avec la deuxième électrode. Autrement dit, il ne suffira pas dans tous les cas que ces zones ne soient pas en regard les unes des autres et il sera nécessaire de prévoir un décalage supplémentaire « horizontal », c'est-a-dire un décalage dans le sens du plan des électrodes. Ce décalage « horizontal » est de préférence d'au moins 100 grn, en particulier au moins égal à 200 grn et idéalement au moins égal à 500 grn. Dans un mode de réalisation particulièrement préféré, on veillera à poser le joint de manière à ce qu'il ne vienne pas en contact avec l'électrolyte. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif selon la présente invention. Ce procédé comprend la mise à disposition de deux électrodes supportées, dont au moins une est transparente, formées chacune d'un substrat non conducteur revêtu, sur une de ses faces, d'un revêtement conducteur. Chacune de ces électrodes supportées doit comporter à la périphérie d'une de ses faces principales à la fois des zones conductrices et des zones non conductrices. Les zones conductrices sont les zones où le substrat non conducteur est couvert du revêtement conducteur qui s'étend depuis le centre le l'électrode de préférence jusqu'au bord de celle-ci. Les zones non conductrices sont les zones dépourvues de revêtement conducteur ou des zones où une partie du revêtement conducteur a été isolée du reste du revêtement conducteur couvrant la partie centrale de l'électrode supportée. Les figures la-d et 2a-d illustrent ces deux modes de réalisation des zones non conductrices. La figure la montre deux électrodes de forme rectangulaire (cotés a, b, c, d) constituées chacune d'un substrat 1 couvert, sur une partie de sa surface principale, d'un revêtement conducteur 2. Le revêtement conducteur 2 ne recouvre pas toute la surface du substrat et laisse ainsi libre une zone 3 en bordure du substrat s'étendant sur deux côtés du rectangle. Cette zone 3 correspond à ce qui est appelé dans la présente demande une « zone non conductrice » ou « partie non conductrice ». Elle peut être obtenue par exemple par ablation laser du revêtement conducteur 2. Lorsqu'on superpose les deux électrodes dans le sens de la flèche en faisant correspondre les côtés portant la même lettre, les zones non conductrices 3 d'une électrode se trouvent en regard des zones périphériques conductrices de l'autre électrode qui fait face à la première, et inversement. La figure lb est une section transversale d'un dispositif inachevé où un système électroactif 4 est pris en sandwich entre deux électrodes superposées de la façon décrite ci-dessus. L'électrolyte a une étendue moins importante que chacune des électrodes et une rainure périphérique est ainsi définie sur son pourtour par les bords des électrodes supportées. La figure lc montre le dispositif de la figure lb complété par un cordon de joint butyle 5 qui remplit partiellement la rainure périphérique. Le joint butyle 5 est placé de manière à ne pas être en contact avec l'électrolyte 4 et avec l'un des deux revêtements conducteurs 2. Enfin la figure id montre un agrandissement d'un bord du dispositif de la figure lc. Le joint butyle 5 est en contact, d'un côté, avec une zone non conductrice 3 d'une électrode et, de l'autre côté, avec une zone conductrice 6 de l'électrode en vis-à-vis de la première. Une amenée de courant 7 est raccordée au revêtement conducteur 2 dépassant de la zone délimitée par le joint butyle. Les figures 2 a-d diffèrent des figures 1 a-d uniquement par le fait que la zone non conductrice 3 est recouverte, en partie, d'un revêtement intrinsèquement électroconducteur 8 mais qui est isolé du reste du revêtement conducteur 2. Lorsque le dispositif de l'invention est mis sous tension, seuls les revêtements conducteurs 2 sont traversés par un courant, mais non pas les revêtements 8. La présence du revêtement 8 ne crée par conséquent pas une zone conductrice susceptible de générer des problèmes de court-circuits. Les figures 3 et 4 montrent deux autres géométries de revêtements conducteurs 2 et de zones non conductrices 3 sur des substrats non conducteurs. Dans tous les modes de réalisation, il est important que le revêtement conducteur s'étende au moins dans une petite zone jusqu'au bord, ou presque jusqu'au bord, du substrat non conducteur, de façon à dépasser, après assemblage du dispositif, la zone active (ou électroactive) délimitée par le joint d'étanchéité 5. C'est au niveau de cette zone conductrice que se fera le raccordement électrique des électrodes supportées. La figure 5 montre en coupe transversale un mode de réalisation particulièrement préféré du dispositif selon l'invention où les deux électrodes, de forme et taille identiques, sont superposées en recouvrance imparfaite, laissant sans vis-à-vis une zone conductrice 9,9' en bordure de chaque électrode. Cette zone conductrice 9,9' pourra servir à un raccordement électrique avec une amenée de courant ayant une épaisseur supérieur à celle du joint 5, raccordement qui est impossible sur des dispositifs représentés aux figures lb-d et 2b-d. REVENDICATIONS1. Dispositif électrocommandable comportant : (a) deux électrodes supportées, dont au moins une est transparente, formées chacune d'un substrat non conducteur (1) revêtu, sur une de ses faces, d'un revêtement conducteur (2), les deux électrodes supportées étant positionnées l'une par rapport à l'autre de manière à ce que les revêtements conducteurs se fassent face et soient en contact avec le système électroactif (b), (b) un système électroactif (4), de préférence un système électrochrome, pris en sandwich entre les deux électrodes supportées, ledit système électroactif ayant une étendue inférieure à celle de chacune des électrodes supportées de manière à définir une rainure périphérique sur tout le pourtour du système électroactif, (c) un joint périphérique (5) en un polymère organique imperméable à la vapeur d'eau, ledit joint remplissant ladite rainure périphérique sur tout le pourtour du système électroactif et étant en tous points en contact à la fois avec la première et la deuxième électrode supportée caractérisé par le fait que la zone de contact entre le joint polymère et la première électrode supportée et la zone de contact entre le joint polymère et la deuxième électrode supportée comportent chacune une ou plusieurs parties conductrices (6) et une ou plusieurs parties non conductrices (3), et avec la condition supplémentaire qu'aucune partie conductrice (6) de la zone de contact entre le joint polymère et la première électrode ne soit jamais en regard d'une partie conductrice (3) de la zone de contact entre le joint polymère et la deuxième électrode supportée. 2. Dispositif électroactif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les deux électrodes supportées sont transparentes. 3. Dispositif électroactif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'une des deux électrodes supportées est transparente et l'autre est réfléchissante. 4. Dispositif électroactif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la ou les électrodes supportées transparentes sont formées d'un support non conducteur transparent, depréférence en verre minéral ou organique, revêtu sur une de ses faces d'un revêtement conducteur transparent. 5. Dispositif électroactif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le revêtement conducteur transparent est un oxyde conducteur transparent (TCO) ou un empilement transparent de couches minces contenant des couches métalliques. 6. Dispositif électroactif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux électrodes supportées ont essentiellement les mêmes dimensions. 7. Dispositif électroactif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les deux électrodes supportées sont superposées de façon décalée l'une par rapport à l'autre de manière à ce qu'une zone conductrice (9) de la première électrode supportée et une zone conductrice (9') de la deuxième électrode supportée dépassent de la zone de recouvrement des deux électrodes, chacune de ces zones étant en contact avec un connecteur électrique (7). 8. Dispositif électroactif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système électroactif est un système à cristaux liquides ou un système électrochrome formé par deux couches électroactives dont au moins une est une couche électrochrome, séparées par une couche d'un électrolyte, de préférence un électrolyte à base de polymère organique. 9. Dispositif électrocommandable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le système électroactif, formé par les deux couches électroactives et l'électrolyte, a une épaisseur globale comprise 50 grn et 500 grn, de préférence entre 70 grn et 300 grn, et en particulier entre 80 et 200 grn. 10. Dispositif électrocommandable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le joint présente une résistivité inférieure à 1011 Q.cm, de préférence inférieure à 108 Q.cm, et en particulier inférieure à 105 Q.cm. 11. Dispositif électrocommandable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le joint est en polyisobutylène, de préférence chargé de noir de carbone.