ЭЛЕКТРОХРОМНАЯ ПАНЕЛЬ С НЕСКОЛЬКИМИ СОЕДИНИТЕЛЬНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
ELECTROCHROME PANEL WITH SEVERAL CONNECTING DEVICES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к переключаемым электрохромным устройствам, которые способны равномерно переключаться по всей структуре. Более конкретно, настоящее изобретение относится к переключаемым электрохромным устройствам, в частности остеклению окон воздушных судов, которые могут равномерно переключаться между активированным и неактивированным состоянием.
Технические соображения
Промышленные электрохромные устройства известны в технике, и они используются для остекления, например автомобильные стекла, автомобильные зеркала, авиационные оконные устройства, люки в крыше, застекленные крыши и окна зданий. Обычно такие электрохромные устройства содержат герметичную камеру, ограниченную двумя листами стекла, между которыми имеется зазор или пространство, содержащее электрохромную среду. Электрохромная среда обычно содержит анодные составы и катодные составы в растворе. Стеклянные подложки обычно содержат прозрачные электропроводящие слои, нанесенные на лицевые поверхности стекла и контактирующие с электрохромной средой. Проводящие слои на обеих стеклянных подложках соединены с электрической цепью. Когда на проводящие слои подано электрическое питание, приложенный потенциал действует на камеру устройства, что электрически питает электрохромную среду и приводит к изменению цвета среды. Например, когда на электрохромную среду подано питание, она может потемнеть и начать поглощать свет.
С другой стороны, автомобильные стекла, окна зданий и некоторые окна воздушных судов довольно велики. В результате переключение между светлым и темным состояниями в этих больших электрохромных устройствах может быть медленным и неравномерным. Постепенное, неравномерное окрашивание является обычной проблемой, связанной с большими электрохромными оконными устройствами и называемой обычно «эффект ириса». Этот эффект, как правило, вызван падением потенциала по поверхности прозрачных проводящих покрытий, расположенных на поверхностях подложек, что приводит к тому, что приложенный потенциал принимает наибольшее значение рядом с шинами вдоль края покрытия поверхности и принимает наименьшее значение в центре ячейки, так как электрический ток проходит через электрохромный раствор. Соответственно электрохромная среда обычно неравномерно окрашена, так как сначала окрашивается периметр ячейки, где расположены шины, то есть наиболее близко к точке, где приложенный потенциал входит в контакт с электрохромной средой, и затем окрашивание происходит по направлению к центру ячейки. Более того, в обычных электрохромных устройствах все устройство затемняется при приложении электрического потенциала.
Таким образом, имеется необходимость в легких, сравнительно недорогих и надежных электрохромных устройствах.
Раскрытие изобретения
Электрохромное окно содержит первую прозрачную подложку, по меньшей мере, на часть которой нанесено первое электропроводящее покрытие, и вторую прозрачную пластиковую подложку, по меньшей мере, на часть которой нанесено второе электропроводящее покрытие. Электрохромная среда расположена между первым и вторым электропроводящими покрытиями. Второе электропроводящее покрытие содержит металлический слой, расположенный между первым и вторым слоями оксида металла. Многослойная грунтовка расположена между второй подложкой и вторым проводящим покрытием. Множество первых средств, расположенных на расстоянии друг от друга, контактируют с первым электропроводящим покрытием и обеспечивают подачу электрического тока к первому электропроводящему покрытию. Множество вторых средств, расположенных на расстоянии друг от друга, контактируют со вторым электропроводящим покрытием и обеспечивают подачу электрического тока ко второму электропроводящему покрытию с целью создания электрического потенциала в электрохромной среде. Имеется первое множество соединительных проводов, каждый из которых соединен с одним соответствующим средством из множества первых, расположенных на расстоянии, средств для подачи электрического тока в одно соответствующее средство 3 из множества первых, расположенных на расстоянии средств. Имеется второе множество соединительных проводов, каждый из которых соединен с одним соответствующим средством из множества вторых, расположенных на расстоянии средств для подачи электрического тока в одно соответствующее средство 3 из множества вторых, расположенных на расстоянии средств.
Другое электрохромное оконное устройство содержит первую прозрачную пластиковую подложку, которая содержит первый слой грунтовки, нанесенный, по меньшей мере, на часть указанной подложки, и содержит первое электропроводящее покрытие, нанесенное, по меньшей мере, на часть первого слоя грунтовки. Первый слой грунтовки содержит первый пленочный слой, расположенный наиболее близко к первой подложке, и второй пленочный слой над первым пленочным слоем. Коэффициент расширения первого пленочного слоя меньше коэффициента расширения первой подложки, и коэффициент расширения второй пленки меньше коэффициента расширения первого пленочного слоя. Первое электропроводящее покрытие содержит, по меньшей мере, один слой серебра, расположенный между двумя слоями оксида металла. Вторая прозрачная пластиковая подложка содержит второй слой грунтовки, который нанесен, по меньшей мере, на часть указанной подложки, и содержит второе электропроводящее покрытие, которое нанесено, по меньшей мере, на часть второго слоя грунтовки. Второй слой грунтовки содержит первый пленочный слой, расположенный наиболее близко к первой подложке, и второй пленочный слой, расположенный на первом пленочным слое. Коэффициент расширения первого пленочного слоя меньше коэффициента расширения второй подложки и коэффициент расширения второй пленки меньше коэффициента расширения первого пленочного слоя. Второе электропроводящее покрытие содержит, по меньшей мере, один слой серебра, расположенный между двумя слоями оксида металла. Электрохромная среда расположена между первым и вторым электропроводящими покрытиями и содержит краситель-виологен и краситель-диметилфеназин. Множество первых средств, расположенных на расстоянии друг от друга, контактирует с первым проводящим покрытием и обеспечивает подачу электрического тока к первому электропроводящему покрытию. Множество вторых средств, расположенных на расстоянии друг от друга, контактирует со вторым проводящим покрытием и обеспечивает подачу электрического тока ко второму электропроводящему покрытию для создания электрического потенциала в электрохромной среде. Имеется первое множество соединительных проводов, каждый из которых соединен с одним соответствующим средством из множества первых, расположенных на расстоянии средств для подачи электрического тока в одно соответствующее средство 3 из множества первых, расположенных на расстоянии средств. Имеется второе множество соединительных проводов, каждый из которых соединен с одним соответствующим средством из множества вторых, расположенных на расстоянии средств для подачи электрического тока в одно соответствующее средство 3 из множества вторых, расположенных на расстоянии средств.
Краткое описание чертежей
Приведенное выше раскрытие изобретения, а также последующее подробное описание вариантов осуществления изобретения будут лучше понятны совместно с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены одинаковые детали. На чертежах:
фиг.1 - вид в изометрии одного варианта осуществления электрохромного оконного устройства, содержащего признаки настоящего изобретения;
фиг.2 - вид спереди электрохромного оконного устройства с фиг.1, часть которого опущена для ясности;
фиг.3 - разрез по линии 3-3 на фиг.2, показывающий электрохромное оконное устройство;
фиг.4 - разрез, аналогичный фиг.3, альтернативного варианта осуществления электрохромного оконного устройства с разделенными на части шинами;
фиг.5 - разрез по линии 5-5 на фиг.3, показывающий электрохромное оконное устройство;
фиг.6 - разрез, аналогичный фиг.5, альтернативного варианта осуществления электрохромного оконного устройства, в котором слой грунтовки содержит несколько пленочных слоев; и
фиг.7 - разрез еще одного альтернативного варианта осуществления электрохромного оконного устройства, содержащего пылезащитный чехол.
Подробное описание изобретения
В настоящем описании, если не оговорено иное, ко всем числам, выражающим размеры, величины напряжений, коэффициенты пропускания света, числа, выражающие измерения эффективности и так далее, которые используются в описании и формуле изобретения, можно во всех случаях добавить слово «примерно». Соответственно, если не сказано обратное, числовые значения, установленные в последующем описании и формуле изобретения, являются приблизительными величинами и могут изменяться в зависимости от требуемых свойств, которые должны быть получены с помощью настоящего изобретения. Как минимум, не пытаясь ограничить применение принципа эквивалентности к объему изобретения, каждый числовой параметр должен, по меньшей мере, истолковываться в свете числа значащих цифр, а при округлении должна применяться стандартная процедура округления. Далее, используемый термин «пленка» относится к области с покрытием требуемого или выбранного состава. Состав покрытия может быть, по существу, равномерным или неравномерным. «Слой» может содержать одну или несколько «пленок», а «покрытие» или «набор покрытий» может содержать один или несколько «слоев». Более того, все диапазоны, описанные здесь, необходимо понимать как диапазоны, содержащие любые свои поддиапазоны. Например, установленный диапазон «от 1 до 10» надо рассматривать как диапазон, содержащий все поддиапазоны между (и включая) минимальным значением 1 и максимальным значением 10, то есть все поддиапазоны, начинающиеся с минимального значения 1 или большего значения и заканчивающиеся максимальным значением 10 или меньшим значением, например, от 1 до 6,1, от 3,5 до 7,8, от 5,5 до 10 и так далее.
В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления настоящее изобретение относится к переключаемому электрохромному оконному устройству, по существу, с равномерным переключением или окрашиванием по всей структуре и которое способно ступенчато затемняться (то есть постепенно затемняться) или предпочтительно затемнять выбранные области. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения электрохромное оконное устройство содержит первую прозрачную подложку, на которую нанесено первое электропроводящее покрытие, и вторую прозрачную подложку, на которую нанесено второе электропроводящее покрытие. Первая и вторая прозрачные подложки расположены на расстоянии друг от друга и первое и второе электропроводящие покрытия направлены друг к другу. Электрохромная среда, способная уменьшать коэффициент пропускания света при приложении к среде электрического потенциала, расположена между указанными электропроводящими покрытиями и находится с ними в электрическом контакте. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения первая и вторая прозрачные подложки расположены на расстоянии друг от друга для образования камеры, в которой расположена упомянутая среда. В другом, не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения множество расположенных на расстоянии друг от друга первых средств электрического соединения контактирует с первым проводящим покрытием, например, вдоль противоположных концов первой подложки для подвода к ней электрического тока, а множество расположенных на расстоянии друг от друга вторых средств электрического соединения контактирует со вторым проводящим покрытием, например, вдоль противоположных концов второй подложки для подвода к ней электрического тока. Когда ток от источника постоянного тока подается на множество первых средств и на множество вторых средств, между покрытиями устанавливается электрический потенциал, и он прикладывается к электрохромной среде, так что состояние электрохромной среды изменяется быстро и равномерно, например, из активированного состояния в неактивированное состояние, например, изменяется от нежелательного цвета в требуемый цвет благодаря размещению указанным средствам. Более того, ток может быть подведен к выбранным средствам из множеств первых и вторых средств и они могут быть замкнуты «накоротко» с другими средствами из множеств первых и вторых средств, таким образом, в выбранной части оконного устройства создается затемненная область.
На фиг.1-7 показано электрохромное оконное устройство 10, включающее в себя признаки настоящего изобретения. Хотя не обязательно, но в одном конкретном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромное оконное устройство 10 имеет в целом симметричную форму. Например, электрохромное оконное устройство 10 может иметь форму квадрата или прямоугольника. Такие симметричные оконные устройства особенно полезны как окна воздушных судов, например, как иллюминаторы салона или остекление кабины экипажа, хотя это не обязательно. Размеры и форма электрохромного оконного устройства 10 могут выбираться в соответствии с конкретным требуемым вариантом использования этого устройства.
Как показано, в частности, на фиг.1 и 2, электрохромное оконное устройство 10 содержит первую прозрачную подложку 20 и вторую прозрачную подложку 30. Такие подложки могут быть изготовлены из любого материала, используемого в технике для электрохромных устройств, такого как, например, полимерные материалы, стекло и подобные материалы и сочетания таких материалов. В не ограничивающих изобретение вариантах осуществления, по меньшей мере, одна или обе подложки 20 и 30 изготовлены из пластика, например поликарбонат, акрил, уретан и подобные материалы, а также сочетаний таких материалов. Как первая подложка 20, так и вторая подложка 30 выполнены прозрачными. Кроме того, но не обязательно, одна или обе подложки 20 и 30 могут быть цветными или иметь небольшой оттенок. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления коэффициент пропускания света оконного устройства 10 равен, по меньшей мере, 70%, когда оно находится в бесцветном или «обесцвеченном» состоянии, что будет подробно рассмотрено ниже. Под терминами «коэффициент пропускания света» и «светопропускание» понимается мера общего количество видимого света, пропускаемого через остекление. Под термином «видимый свет» понимается электромагнитное излучение, длина волны которого находится в пределах от 360 нм до 800 нм. Данные по коэффициенту пропускания света, упомянутые в этом описании, измерены для стандартного источника света А Международной комиссии по освещению и обозначаются LTA.
Как показано на фиг.3, первая подложка 20 и вторая подложка 30 расположены на расстоянии друг от друга, по существу, параллельно и направлены друг к другу, при этом между ними образована камера 41. Такого расположения можно добиться благодаря разделительному элементу 45. Разделительный элемент 45 может быть расположен любым способом, при котором обеспечивается поддержание требуемого расстояния между первой подложкой 20 и второй подложкой 30. Как показано на фиг.5, первая подложка 20 и вторая подложка 30 могут содержать слои 22, 22' грунтовки, которые расположены на лицевой основной поверхности 21 и лицевой основной поверхности 31 соответственно. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления разделительный элемент 45 герметичным известным в технике образом расположен по периметру электрохромного оконного устройства 10, рядом с внешними краями первой подложки 20 и второй подложки 30. Хотя не обязательно, но разделительный элемент 45 может быть расположен немного внутри от внешних краев первой подложки 20 и второй подложки 30. Такое расположение обеспечивает небольшое нависание первой и второй подложек, что открывает часть первого и второго покрытий 29 и 39, что будет описано ниже и служит для улучшения электрического контакта. Разделительный элемент 45 может быть выполнен из любого неэлектропроводящего материала. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления элемент 45 выполнен из полимерного материала, например, отверждаемых органических полимерных материалов, таких как, например, термопластичный материал, термореактивный материал, отверждаемый под воздействием ультрафиолета полимерный материал и их сочетания. В качестве герметизирующего элемента 45 полезно использовать органические герметизирующие материалы на основе эпоксидной смолы.
Как показано на фиг.1 и 2, периметр первой подложки 20 определяет противоположные концы 20а и 20с, расположенные напротив друг друга, а также противоположные концы 20b и 20d, расположенные напротив друг друга. Аналогично вторая подложка 30 содержит противоположные концы 30а и 30с, а также противоположные концы 30b и 30d.
Как показано на фиг.3, как первая подложка 30, так и вторая подложка 30 снабжена электродом 28 и 38 соответственно для подачи питания на электрохромную ячейку, что будет подробно описано позже. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления, показанном на фиг.2 и 3, электрод 28 содержит слой прозрачного электропроводящего материала в виде первого проводящего покрытия 29, нанесенного на лицевую основную поверхность 21 подложки 20, а электрод 38 содержит слой прозрачного электропроводящего материала в виде второго проводящего покрытия 39, нанесенного на лицевую основную поверхность 31 подложки 30. Первое и второе проводящие покрытия 29 и 39 могут быть выполнены из любого материала, который, по существу, прозрачен для видимого света, устойчив к коррозии под действием любого материала из электрохромного устройства, а также из окружающей среды и имеет хорошую электропроводность. Хотя не обязательно, но покрытия 29 и 39 обычно содержат одно или несколько покрытий из металлов или оксидов металлов, таких как, например, серебро, золото, оксид олова, оксид индий-олова (ОИО), оксид олова, легированный фтором (ООЛФ), оксид олова, легированный сурьмой, ОИО/металл/ОИО (ИМИ), а также из любого другого материала, известного в технике. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления проводящие покрытия 29 и 39 представляют собой многослойные покрытия, содержащие структуру ОИО/серебро/ОИО. Проводящие покрытия 29 и 39 могут наноситься любым из нескольких хорошо известных способов, в том числе пиролизом, химическим осаждением из паровой фазы и магнетронным распылением. Первое и второе проводящие покрытия 29 и 39 могут быть выполнены из одного и того же или разных материалов.
В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления поверхностное сопротивление слоя первого и второго проводящих покрытий 29 и 39 составляет от 1 до 10 Ом на единицу площади, например, от 2 до 5 Ом на единицу площади. Далее, толщина первого и второго проводящих покрытий 29 и 39 может быть одинаковой или различной и толщина покрытия может быть равномерной, то есть везде одинаковая толщина, или не равномерной, то есть толщина покрытия может изменяться. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления в целом толщина покрытий одинакова и составляет от 5000 Å до 50000 Å, например, от 13000 Å до 26000 Å.
Как показано на фиг.3, электрохромная среда 40 размещена в камере 41, сформированной между первой подложкой 20 и второй подложкой 30. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления толщина камеры 41 составляет от 15 мм до 20 мм. Электрохромная среда 40 может являться любым известным в технике материалом и иметь любую известную форму, такую как, например, электрохромные растворы, гели, полутвердые материалы и тому подобное. Электрохромная среда 40 содержит, по меньшей мере, один электрохромный состав или краситель, определяющий цвет. Такие материалы хорошо известны в технике и они последовательно изменяют цвет на более темный или затемненный при приложении большего электрического потенциала. При снятии потенциала или изменении потенциала на противоположный окрашивание исчезает, благодаря чему свет проходит через электрохромную среду 40 так же, как и до приложения разности потенциалов. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда содержит краситель-виологен и краситель-диметилфеназин.
В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда 40 представляет собой электрохромную среду в виде фазы в растворе, где материал, содержащийся в растворе в ионопроводящем электролите, остается в растворе в электролите при электрохимическом восстановлении или окислении (включая гель). В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда 40 представляет собой ограниченную поверхностью электрохромную среду, где материал, непосредственно прикрепленный к электропроводящему электроду или ограниченный близко с ним, остается прикрепленным или ограниченным при электрохимическом восстановлении или окислении. В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда 40 представляет собой электроосажденную электрохромную среду 40, где материал, содержащийся в растворе в ионопроводящем электролите, образует при электрохимическом восстановлении или окислении слой на электропроводящем электроде.
Хотя не обязательно, но в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда 40 содержит, по меньшей мере, одно анодное электрохромное соединение и, по меньшей мере, одно катодное электрохромное соединение, при этом анодное соединение представляет собой окисляемый материал, а катодное соединение представляет собой восстанавливаемый материал. При приложении электрического потенциала к электрохромной среде 40 анодное электрохромное соединение окисляется, а катодное электрохромное соединение одновременно восстанавливается. Такое одновременное окисление и восстановление приводит к изменению коэффициента поглощения излучения видимого спектра, по меньшей мере, на одной длине волны. Сочетание таких анодного и катодного электрохромных соединений в электрохромной среде 40 определяет цвет, связанный с ними при приложении электрического потенциала. Такие катодные электрохромные соединения обычно называются красителем-виологеном, а такие анодные электрохромные соединения обычно называются красителем-диметилфеназином.
Также электрохромная среда 40 содержит другие материалы, такие как растворители, светопоглотители (например, поглотители ультрафиолетового излучения), светостабилизаторы, термостабилизаторы, антиоксиданты, загустители, модификаторы вязкости и подобные материалы.
На фиг.5 показан один конкретный, не ограничивающий изобретение вариант осуществления. Первая подложка 20 снабжена слоем 22 грунтовки на лицевой основной поверхности 21, а вторая подложка 30 снабжена слоем 22' грунтовки на лицевой основной поверхности 31 (в дальнейшем они также называются «первый слой 22 грунтовки» и «второй слой 22' грунтовки»). Первая подложка 20 и вторая подложка 30 предпочтительно выполнены из пластика, и их толщина составляет от 0,02 до 2 дюймов (от 0,05 до 5,08 см), например, от 0,08 до 1 дюйма (от 0,20 до 2,54 см). В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления первый и второй слои 22, 22' грунтовки выполнены из силана на основе эпоксидной смолы и их коэффициент расширения меньше соответствующих коэффициентов расширения первой подложки 20 и второй подложки 30 соответственно. Не ограничивая изобретение, смола на основе эпоксидной смолы может представлять собой эпокси-силановую или эпоксидную смолу. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления смола на основе эпоксидной смолы представляет собой бифенол А эпоксидную смолу. Так как оконное устройство постоянно расширяется и/или сжимается при работе из-за изменений давления и/или температуры, первый и второй слои 22, 22' грунтовки помогают уменьшить напряжение между подложками 20, 30 и покрытиями 29, 39 с целью предотвращения расслоения покрытий. Первый и второй слои 22, 22' грунтовки также могут содержать светопоглотители, например, поглотители ультрафиолетового излучения, для уменьшения ущерба оконному устройству от падения ультрафиолетового излучения. Хотя и не обязательно, но каждый слой 22, 22' грунтовки может быть нанесен на лицевые основные поверхности 21 и 31 методом струйного обливания, известным специалистам в рассматриваемой области. После нанесения первый и второй слои 22, 22' грунтовки отверждаются при нагревании в течение примерно от 1 до 5 часов в вакуумной камере. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления толщина каждого из слоев 22, 22' грунтовки составляет не больше 25 мкм, при этом каждый слой может содержать одну или несколько пленок.
На фиг.6 показан один конкретный, не ограничивающий изобретение вариант осуществления, в котором первый и второй слои 22, 22' грунтовки включают в себя набор с изменяющимся тепловым расширением, определяемый первым пленочным слоем 22а, вторым пленочным слоем 22b, примыкающим к первому пленочному слою 22а, и третьим пленочный слой 22с, примыкающим ко второму пленочному слою 22b. Третий пленочный слой 22с первого и второго слоев 22, 22' грунтовки расположен наиболее близко к электрохромной среде 40. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления коэффициент расширения первого пленочного слоя 22а меньше коэффициента расширения пластиковой подложки 20, 30. Коэффициент расширения второго пленочного слоя 22b меньше коэффициента расширения первого пленочного слоя 22а, а коэффициент расширения третьего пленочного слоя 22с меньше коэффициента расширения второго пленочного слоя 22b. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления каждый из пленочных слоев 22а, 22b и 22с выполнен из силана на основе эпоксидной смолы, при этом коэффициент расширения можно уменьшить путем увеличения доли силана в пленке из силана на основе эпоксидной смолы. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления силан на основе эпоксидной смолы представляет собой бифенол А эпоксидную смолу. Толщина первого пленочного слоя 22а, второго пленочного слоя 22b и третьего пленочного слоя 22с может изменяться или индивидуально, или равномерно. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления общая толщина каждого из первого и второго слоев 22, 22' грунтовки не превосходит 25 мкм. Следует понимать, что изобретение не ограничивается слоем из трех пленок грунтовки. В качестве альтернативы слои грунтовки включают в себя две пленки грунтовки или четыре или более пленок грунтовки. В широком понимании изобретения при наличии нескольких пленок грунтовки, по меньшей мере, одна пленка грунтовки имеет коэффициент расширения меньший, чем коэффициент расширения подложки, на которой она расположена. В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления при наличии только одной пленки грунтовки коэффициент расширения пленки грунтовки меньше коэффициент расширения подложки, на которой она расположена.
Первое проводящее покрытие 29 и второе проводящее покрытие 39 наносятся поверх соответствующих слоев 22, 22' грунтовки. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления первое и второе проводящие покрытия 29 и 39 состоят из набора ОИО/серебро/ОИО, сопротивление которого равно 2 Ом на единицу площади, как показано на фиг.5 и 6. Первое проводящее покрытие 29 содержит серебряную пленку 29b, толщина которой не превышает 150 Å и которая расположена между пленками 29а и 29с из ОИО. Второе проводящее покрытие 39 содержит серебряную пленку 39b, толщина которой не превышает 150 Å и которая расположена между пленками 39а и 39с из ОИО. Набор ОИО/серебро/ОИО первого и второго покрытий 29 и 39 может повторяться как блок, например, от 1 до 6 раз, по желанию. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления имеются три серебряных слоя. Кроме того, пленки 29а, 29с, 39а, 39с из ОИО могут быть заменены пленкой из оксида цинка, легированной или нелегированной проводящей пленкой из станната цинка или обеими. Как показано на фиг.5 и 6, между камерой 41 электрохромной среды и первым и вторым проводящими покрытиями 29 и 39 может быть расположен кислородонепроницаемый слой 24. Тем не менее, как ясно специалисту в рассматриваемой области, кислородонепроницаемый слой 24 может быть расположен между слоями 22, 22' грунтовки и каждым соответствующим первым и вторым проводящими покрытиями 29 и 39. Кислородонепроницаемый слой 24 предотвращает окисление красителей, содержащихся в электрохромной среде 40. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромная среда 40 расположена в камере 41, ширина которой в этом не ограничивающем изобретение варианте осуществления примерно равна 0,02 дюйма (0,0508 см). Электрохромная среда 40 содержит от 95% до 98% пропиленкарбоната в качестве растворителя для объединенных 1/10% по массе красителя-виологена и красителя-диметилфеназина. В качестве солевого раствора, способствующего электропроводимости, в электрохромной среде 40 присутствует тетрабутил аммоний тетрафторборат. Далее, для образования геля в электрохромной среде 40 присутствует от 2,0% до 5% по массе полимер полиуретан или полиуретан-акрилат. В этом не ограничивающем изобретение варианте осуществления краситель-виологен является катодным электрохромным соединением и краситель-диметилфеназин является анодным электрохромным соединением. При приложении электрического потенциала к электрохромной среде 40 краситель-диметилфеназин окисляется, а краситель-виологен одновременно восстанавливается. Как описано выше, одновременное окисление и восстановление приводит к изменению коэффициента поглощения излучения видимого спектра, по меньшей мере, для одной длины волны. Сочетание этих анодного и катодного электрохромных составов в электрохромной среде 40 определяет цвет, связанный с ними при приложении электрического потенциала, в этом конкретном варианте осуществления - краситель-виологен изменяет цвет на синий, а краситель-диметилфеназин изменяет цвет на светло-желтый. Таким образом, при приложении электрического потенциала электрохромная среда 40 на вид становится аквамариновой. Далее, наличие образующего гель полиуретанового или полиуретанакрилатного полимера предотвращает перемещение и разделение красителей. Специалисту в рассматриваемой области ясно, что для придания другого цвета или цветов электрохромной среде 40 указанные красители могут быть заменены другими красителями или в указанные красители можно добавить другие красители. Далее увеличение электрического потенциала, например увеличение напряжения, затемняет цвет электрохромной среды. Таким образом, когда электрохромное оконное устройство 10 установлено, например, на воздушном судне, обеспечиваемое затемнение может быть «индивидуальным», то есть напряжение или электрический потенциал можно увеличить или уменьшить для обеспечения пропускания света от 0,1% до 70% и более. Светопропускание в 70% и более трансформируется в чистое или обесцвеченное состояние электрохромной среды 40. Чем темнее электрохромная среда 40, тем меньше процент светопропускания. Кроме того, в этом конкретном варианте осуществления изобретения, если убрать электрический потенциал, например при перерыве подачи электропитания, электрохромное оконное устройство 10 само обесцветится и перейдет в чистое состояние. Величина электрического потенциала может регулироваться конечным пользователем устройства 10 с помощью кнопок или дискового устройства, которые регулируют величину тока, направляемого в устройство 10.
Следует понимать, что в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электроды 28 и 38 могут включать в себя множество электропроводящих слоев, отделенных друг от друга диэлектрическими слоями. Множество слоев может быть расположено так, чтобы придавать дополнительные функции электрохромному окну. Например, при конфигурации электрода, которая предполагает два электропроводящих слоя, например слои серебра, отделенные друг от друга слоем диэлектрика, например, станнатом цинка, слой серебра, расположенный наиболее близко к подложке, может быть использован для нагревания внешней поверхности подложки, а слой серебра, расположенный наиболее близко к электрохромной среде, может быть использован для активирования электрохромной ячейки окна. Многослойные электроды описанного выше типа, описаны в заявке на патент США, озаглавленной «Transparent Electrode for an Electrochromic Switchable Cell», которая включена во всей полноте в настоящую заявку посредством ссылки.
Хотя не обязательно, но в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления, по меньшей мере, один край покрытия 29 и/или 39 проходит, по меньшей мере, близко к краю подложки 20 и/или 30 соответственно, то есть к краю 11 периметра устройства 10, например, в пределах 2 дюймов или 1 дюйма или 0,5 дюйма (5,08 см или 2,54 см или 1,27 см) от края 11 периметра. В конкретном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1-6, все края покрытий 29 и 39 расположены, по меньшей мере, рядом с краем 11 периметра устройства 10 и в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения все края покрытий 29 и 39 доходят до края соответствующей подложки и, таким образом, до края 11 периметра устройства 10.
Как показано на фиг.1-6 в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления множество первых средств контактирует с первым проводящим покрытием 29, а множество вторых средств контактирует со вторым проводящим покрытием 39. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления множество первых средств представляет собой множество шин 60, а множество вторых средств представляет собой множество шин 80. Не ограничивая настоящее изобретение в одном конкретном варианте осуществления шины 60 являются анодными шинами, а шины 80 являются катодными шинами. Такие шины 60 и 80 обеспечивают электрическое соединение источника постоянного тока (не показан на фиг.1-7) и первого и второго электропроводящих покрытий 29 и 39 соответственно. Такое электрическое соединение может быть установлено любым известным способом. Например, как показано на фиг.3 и 4, каждая анодная шина 60 может быть соединена с анодным проводящим проводом 65 с помощью паяного соединения 64, а каждая катодная шина 80 может быть соединена с катодным проводящим проводом 85 с помощью паяного соединения 84. Таким образом, положительный ток приложен к анодным шинам 60 и покрытию 29, а отрицательный ток приложен к катодным шинам 80 и покрытию 39, что создает разность потенциалов между покрытиями в электрохромной ячейке. Далее, внешний кожух или изолятор (не показан) может быть предусмотрен вокруг края 11 по периметру электрохромного оконного устройства 10 для защиты разделительных средств 45, проводов 65 и 85 и/или соединений 64 и 84. В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления изобретения к первому проводящему покрытию 29 может быть присоединена одна шина, а ко второму проводящему покрытию 39 может быть присоединена другая шина.
В одном конкретном не ограничивающем изобретение варианте осуществления показанном на фиг.1-6, края покрытия 29 проходят до края 11 устройства 10 и анодные шины 60, которые контактируют с первым проводящим покрытием 29, расположены вдоль противоположных концов 20b и 20d первой подложки 20. Таким образом, электрический ток от источника тока подается на противоположные края первого проводящего покрытия 29 вдоль противоположных концов 20b и 20d первой подложки 20. Аналогично, края покрытия 39 проходят до края 11 устройства 10 и катодные шины 80, которые контактируют со вторым проводящим покрытием 39, расположены вдоль противоположных концов 30b и 30d второй подложки 30. Таким образом, электрический ток от источника тока подается на противоположные края второго проводящего покрытия 39 вдоль противоположных концов 30b и 30d второй подложки 30. С чередованием или одновременно шины 60 могут быть расположены вдоль противоположных концов 20а и 20с первой подложки 20, и с чередованием или одновременно шины 80 могут быть расположены вдоль противоположных концов 30а и 30с второй подложки 30.
В не ограничивающем изобретение варианте осуществления аналогичном тому, который показан на фиг.1-6, края покрытия 29 доходят до края 11 устройства 10 и анодные шины 60, которые контактируют с первым проводящим покрытием 29, расположены вдоль противоположных концов 20а и 20с первой подложки 20. Таким образом, электрический ток от источника тока подается на противоположные края первого проводящего покрытия 29 вдоль противоположных концов 20а и 20с первой подложки 20. Аналогично, края покрытия 39 доходят до края 11 устройства 10 и катодные шины 80, которые контактируют со вторым проводящим покрытием 39, расположены вдоль противоположных концов 30b и 30d второй подложки 30. Таким образом, электрический ток от источника тока подается на противоположные края второго проводящего покрытия 39 вдоль противоположных концов 30b и 30d второй подложки 30. Более того, указанные противоположные края первого и второго покрытия 29 и 39, к которым подается электрический ток, расположены на расстоянии друг от друга. Не привязываясь к какой-либо конкретной теории, считается, что приложение электрического тока к противоположным концам покрытий и пространственное разнесение концов первого покрытия, которые запитываются положительным током, от концов второго покрытия, которые запитываются отрицательным током, приводит к равномерной подаче электрического напряжения по всей электрохромной ячейке, что приводит к равномерному окрашиванию электрохромной среды и уменьшению эффекта ириса (постепенное окрашивание от краев ячейки по направлению к центру). Под «равномерным окрашиванием» понимается то, что все части электрохромной среды, которые изменяют цвет благодаря приложению электрического потенциала, изменяют цвет в целом одинаково, например, в целом в одно и то же время и/или в целом с одинаковой скоростью.
В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления шины 60 расположены вдоль противоположных краев 20а и 20с, а также вдоль противоположных краев 20b и 20d, а шины 80 расположены вдоль противоположных краев 30b и 30d, а также вдоль противоположных краев 30а и 30с. Таким образом, анодные шины 60 расположены по периметру всей первой подложки 20, а катодные шины 80 расположены по периметру всей второй подложки 30, то есть шины 60 и 80 расположены вдоль всего периметра 11 устройства 10. В одном конкретном не ограничивающем изобретение варианте осуществления, показанном на фиг.4, шины 60 и шины 80 расположены чередующимся образом, то есть каждая шина 60 расположена между шинами 80 вдоль периметра 11 оконного устройства 10. Такое расположение обеспечивает равномерное приложение электрического напряжения через все электрохромное оконное устройство 10. Хотя не обязательно, но в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления каждая анодная шина 60 пространственно разнесена от каждой катодной шины 80 вдоль периметра 11 оконного устройства 10 на расстояние, по меньшей мере, 0,5 дюйма (1,27 см). Такое расстояние гарантирует, чтобы ток между шинами не замыкался накоротко и обеспечивает равномерное распределение электрического потенциала по всему электрохромному устройству. Кроме того, эта конструкция шин обеспечивает то, что даже в случае длительного приложения электрического потенциала минимизируется разделение красителя. Разделение красителя представляет собой тенденцию красителей перемещаться и концентрироваться в части устройства с наибольшим электрическим потенциалом, обычно вдоль шин.
Шины 60 и 80 могут быть выполнены из любого хорошо проводящего материала, обычно используемого для шин и хорошо известного в технике. Не ограничивающие изобретение примеры типовых материалов для шин включают в себя металлическую фольгу, например, медную фольгу, металлическое покрытие, например, покрытия из золота, и проводящую керамическую краску, содержащую металл, например, серебряную керамическую краску.
Размеры и форма шин 60 и 80 могут быть изготовлены под конкретную геометрию электрохромного оконного устройства. В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления длина каждой шины 60 и 80 составляет, по меньшей мере, 0,5 дюймов (1,27 см). Далее длина шин 60 и 80 может совпадать с длиной всего края подложек 20 и 30.
Как показано, электрохромная среда 40 способна изменять цвет и, таким образом, свое светопропускание при приложении к среде разности электрических потенциалов. Приложение электрического потенциала может быть выборочным, то есть электрохромное оконное устройство можно переключать между одним уровнем пропускания, когда вообще не приложен электрический потенциал, и вторым уровнем пропускания, когда электрический потенциал приложен для изменения цвета красителей и уменьшения пропускания света электрохромной среды 40. Этот признак можно осуществить легче всего, если предусмотреть переключатель для подачи по выбору электрического тока к оконному устройству.
В одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления окрашивание электрохромной среды между состояниями, когда подается электропитание и когда оно не подается, стирается автоматически, то есть окрашивание электрохромной среды в электрохимически активированном состоянии при приложении электрического потенциала автоматически возвращается к первоначальному состоянию, то есть бесцветному состоянию, или стирается, когда электрический потенциал снимается. Следует понимать, что первоначальное состояние может быть бесцветным состоянием или может иметь цвет или оттенок.
В еще одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромное оконное устройство является переключаемым и не стирается автоматически, то есть приложение электрического потенциала приводит к окрашиванию электрохромной среды и электрохромная среда остается в цветном состоянии до тех пор, пока электрический потенциал не изменится или не уменьшится.
Более того, цвет красителя может иметь постоянную темноту при приложении электрического потенциала или степень темноты или затенения может зависеть от величины разности потенциалов, установленной через электрохромную среду. Например, без ограничения настоящего изобретения, конкретная окраска или затенение окраски может изменяться при изменении напряжений и удельной мощности питания. При приложении малой удельной мощности к электрохромной среде краситель может начать изменять цвет. Увеличение напряжения может привести к потемнению цвета до более темного оттенка или интенсивности. Таким образом, оконное устройство может предполагать изменяющиеся степени пропускания света при изменении электрического потенциала. Следовательно, оконное устройство может быть отрегулировано до требуемого уровня темноты или затенения на основе величины приложенного к нему электрического потенциала. Этого легко достичь, например, если расположить переключатель или другой регулятор между источником электропитания и оконным устройством, как описано ранее и будет подробно рассмотрено далее. Хотя не обязательно, но в одном не ограничивающем изобретение варианте осуществления электрохромное оконное устройство способно переключаться между минимальным значением LTA, находящемся в пределах от 1 до 20%, и максимальным значением LTA, находящемся в пределах от 60 до 70%. По существу, электрохромное оконное устройство может эффективно функционировать в виде мутной тени для окна, например, автомобильного или авиационного остекления, при желании.
Величина тока, поданного в электрохромное оконное устройство, может быть выбрана исходя из конкретного устройства и конкретной используемой электрохромной среды. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления величина поданного тока находится в пределах от 0,4 В до 1,2 В, например, от 0,5 В до 1,0 В.
На фиг.7 показан другой, не ограничивающий изобретение вариант осуществления. Электрохромное оконное устройство 10 встроено в авиационное оконное устройство 88, которое содержит пылезащитный чехол 90, электрохромное оконное устройство 10 и иллюминатор 92 кабины. Пылезащитный чехол 90 расположен на внутренней стороне авиационного оконного устройства 88 и отделен пространством 94 от электрохромного оконного устройства 10. Пылезащитный чехол 90 предназначен для защиты электрохромного оконного устройства 10 от физического контакта с пылью и другими частицами из воздуха, а также от прикосновений людей к электрохромному оконному устройству 10. Пылезащитный чехол 90 выполнен из пластикового или стеклянного материала. В одном, не ограничивающем изобретение варианте осуществления пылезащитный чехол 90 выполнен из пластика Lexan. Иллюминатор 92 кабины расположен снаружи авиационного оконного устройства 88 и отделен пространством 96 от электрохромного оконного устройства 10. Иллюминатор 92 кабины герметизирует оконное отверстие воздушного судна.
Далее будет описано использование электрохромного оконного устройства со ссылкой на фиг.3 как типового варианта осуществления настоящего изобретения. Электрохромное оконное устройство, описанное выше, в целом является прозрачным устройством, когда к нему не приложен электрический потенциал. По существу, электрохромное оконное устройство 10 находится в светлом состоянии и возможно хорошее пропускание света. Когда нужно затемнить оконное устройство, активируется электрохромное оконное устройство, например, с помощью переключателя, который пользователь может привести в действие. Приведение в действие переключателя приводит к тому, что источник электропитания подает ток на шины 60 и 80 любым удобным образом, например, по прикрепленным к ним проводам, и на первое и второе проводящие покрытия 29 и 39. Такой ток приводит к созданию электрического потенциала в электрохромной среде, что в свою очередь приводит к окислению, по меньшей мере, одного анодного электрохромного состава и восстановлению, по меньшей мере, одного катодного состава. Эта реакция приводит к изменению цвета электрохромной среды, так что электрохромная среда начинает поглощать свет и темнеть. Так как электрический потенциал между покрытиями 29 и 39 приложен через систему шин, что описано ранее, окрашивание электрохромной среды происходит быстро и равномерно по всему электрохромному оконному устройству.
Деактивирование устройства 10 производится благодаря прерыванию подачи электропитания на шины 60 и 80. По существу, к электрохромной среде больше не прикладывается электрический потенциал. Такое деактивирование может быть осуществлено с использованием такого же переключательного устройства, которое упоминалось выше при описании активирования устройства 10. Как описано выше, в случае стирающейся автоматически электрохромной среды оконное устройство 10 возвратится к первоначальному состоянию. В случае не стирающейся автоматически электрохромной среды цвет сохраняется до тех пор, пока не будет подан противоположный электрический потенциал.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения только часть электрохромного оконного устройства может быть окрашена с целью получения частично затемненного окна. Такое частичное затемнение может быть достигнуто путем выборочного приложения тока к выбранному количеству анодных шин 60 и катодных шин 80, таким образом, электрический потенциал создается только в части электрохромного оконного устройства. Такое затемнение отдельной области можно осуществить, например, путем выборочной подачи тока в некоторые заранее заданные анодные и катодные шины 60 и 80. Такая выборочная подача тока создает электрический потенциал только в выбранной части электрохромного оконного устройства 10. По существу, только часть электрохромной среды между этими областями приложения тока изменит цвет, что приводит к частичному затемнению, то есть пропускание света частью электрохромной среды, в которой был создан электрический потенциал благодаря участкам покрытий, к которым была подана электроэнергия (благодаря выборочной подачи тока в шины), изменится по сравнению с теми частями электрохромной среды, которые не расположены между участками покрытий, к которым подана электроэнергия и к которым не приложен электрический потенциал.
Заметим, что длительная подача электрического тока к выбранному количеству средств, как описано выше, может привести к «размыванию» электрохромной среды, при этом электрохромная среда в областях электрохромного оконного устройства, к которым не подан электрический ток, начинает окрашиваться до затемненного состояния. Считается, что это происходит из-за протекания тока по всему проводящему слою даже тогда, когда электрический ток подан только в часть проводящего слоя, таким образом, увеличивается область электрохромной среды, к которой приложен электрический потенциал. Величина размывания зависит от конкретного поверхностного сопротивления проводящих покрытий. Например, встроенные проводящие покрытия с большим поверхностным сопротивлением отчасти уменьшают этот эффект размывания. Тем не менее, при увеличенном поверхностном сопротивлении потребляется большее количество энергии при переключении цвета устройства и подразумевается больший период времени для достижения полного окрашивания и переключения устройства.
Для того чтобы избежать этого эффекта размывания, в частности, при малом поверхностном сопротивлении проводящих покрытий, можно заземлять или накоротко замыкать те средства, в которые не подается электрический ток для получения затемненной области. Например, частично затемненные оконные устройства можно получить при выборочной подаче тока к выбранным анодным шинам 60 и выбранным катодным шинам 80. Благодаря заземлению или замыканию накоротко оставшихся шин к этой части оконного устройства 10 не прикладывается электрический потенциал. Таким образом, электрохромная среда 40 в оставшейся части устройства 10 в целом поддерживается в светлом состоянии и уменьшается эффект размывания при окрашивании от верхней части, которая окрашивается благодаря приложению электрического потенциала.
Более того, электрохромное оконное устройство может иметь перепад затемнения по поверхности устройства, так что электрохромное оконное устройство постепенно изменяется от светлого состояния, через последовательно более темные, затемненные участки до темного состояния. Этого можно достичь аналогично тому, как описано выше относительно предпочтительной затемненной области, путем приложения изменяющегося напряжения к различным средствам с целью получения различных степеней затемнения электрохромной среды. По существу, электрохромное оконное устройство 10 может быть постепенно затемнено от темного состояния в верхней части, через немного затемненное состояние в средней части до светлого состояния в нижней части.
В другом не ограничивающем изобретение варианте осуществления можно получать перепад затенения электрохромного оконного устройства таким образом, что часть электрохромного оконного устройства полностью окрашена, а отдельная часть электрохромного оконного устройства окрашена только частично. По существу, электрохромное оконное устройство 10 будет содержать перепад затемнения от полностью затемненного состояния в верхней части до немного затемненного состояния в нижней части.
Следует понимать, что благодаря расположению множества анодных и катодных шин вдоль периметра 11 оконного устройства 10, как показано на фиг.4 и подробно описано выше, этот вариант осуществления изобретения может работать так, что в нем затемняются одна или несколько выбранных частей устройства 10 и/или создается перепад затемнения в одной или более выбранных частях устройства 10.
Для регулирования картины затемнения электрохромных оконных устройств описанного выше типа может быть использован контроллер (не показан), который управляет распределением подачи питания на проводящие покрытия. Контроллер может быть использован для управления подачей электроэнергии источником постоянного тока к каждой шине устройства 10. Более конкретно, контроллер может управлять подачей или не подачей питания на конкретную шину (то есть подавать ли ток к этой шине) или замыканием накоротко. Кроме того, контроллер может управлять величиной тока, подаваемого в конкретную шину. Управляя величиной тока, подаваемого на покрытия, контроллер может устанавливать электрический потенциал только в выбранной части электрохромной среды, так что пропускание света через выбранную часть электрохромной среды будет отличаться от пропускания света через другие части. В результате контроллер может быть использован для получения требуемого изменения пропускания света устройства, например, затемнения выбранной части устройства или создания перепада затемнения, как описано выше. Также контроллер может по необходимости управлять током с целью компенсации несимметричностей устройства, например, формы, длины шин, толщины покрытий и так далее.
Таким образом, описано несколько вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что эти варианты осуществления только иллюстрируют изобретение. Специалист в рассматриваемой области может предложить многочисленные изменения и модификации изобретения, которые, однако, не будут выходить за пределы объема изобретения, изложенного далее в формуле изобретения.