DE68907843T2 - Elektrochrome Vorrichtungen mit einem Gradienten der Farbintensitäten. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektrochrome Vorrichtungen.
• Elektrochrome Vorrichtungen sind Vorrichtungen, in denen ein physikalisch-chemischer Wechsel in Reaktion auf das induzierte elektrische Feld zu einem Wechsel bei den Reflektionseigenschaften (bzw. Transmissionseigenschaften) der Vorrichtung in Bezug auf elektromagnetische Strahlungen, wie z.B. UV-Strahlen, Infrarot-Strahlen, sichtbare Strahlung, führt. Diese Vorrichtungen, ein Ausführungsbeispiel davon ist als Punkt 10 in Figur 1 zu sehen, beinhalten im allgemeinen einen Film aus elektrochromem Material 12 und eine Ionen-leitende Isolierschicht 14, die als Elektrolytschicht dient. Film und Elektrolytschicht sind in Oberflächenkontakt miteinander zum Austausch von Ionen zwischen dem elektrochromen Film und der Elektrolytschicht. Zwei leitende Elektrodenschichten, 16 und 18 in Figur 1, wobei mindestens eine von ihnen transparent ist, sind an den gegenüberliegenden Außenflächen des Films und der Elektrodenschicht angeordnet, damit elektrische Spannung durch die gesamte Dicke des elektrochromen Films und der Elektrolytschicht hinweg angelegt werden kann. Die Elektrodenschichten - 16 und 18 in Figur 1 - sind auf Substraten - 20 und 22 in Figur 1 - angebracht, die aus einem Material, wie z. B. Glas, bestehen können. In Abhängigkeit der Ionen-liefernden und Ionen-speichernden Eigenschaft der Ionen-leitenden Schicht 16, kann eine Gegenelektrode, die sich zwischen der Ionen-leitenden Schicht 14 und der Elektrodenschicht 18 befindet, verwendet werden. Die Elektroden sind mit externen elektrischen Leitungen 24 und 26 versehen, die an eine elektrische Spannung erzeugende Quelle 28 angeschlossen sind. Das Anlegen von elektrischer Spannung der richtigen Polung über die Elektroden bewirkt eine Färbung der elektrochromen Schicht. Durch Umkehrung der Polung der verwendeten elektrischen Spannung wird die gefärbte elektrochrome Schicht farblos (gebleicht). Der Wechsel vom gebleichten Zustand zum ungefärbten Zustand oder vom gefärbten Zustand zum gebleichten Zustand wird "Umschlagen" genannt. Elektrochromes Material kann sich in beständiger Weise im gefärbten Zustand oder im ungefärbten Zustand befinden. Unter "beständig" ist die Fähigkeit des Materials zu verstehen, das, nach Entfernen des elektrischen Felds, in dem aufnahmefähigen Zustand verbleibt, in den es umgewandelt wurde, im Unterschied zu einer im wesentlichen unverzögerten Umkehrung in den Anfangszustand. Die Zeitdauer, die ein Material beständig ist, wird "offener Stromkreisspeicher" oder einfach "Speicher" genannt. In einigen Ausführungsbeispielen kann die Färbung einfach durch Kurzschließen der Elektroden durch einen externen Stromkreis zum Verschwinden gebracht werden, da genügend intern gespeicherte Ladung vorhanden ist, um die Umkehrspannung zu versorgen, die für die Färbung in der elektrochromen Schicht benötigt wird. Elektrochrome Vorrichtungen dieser Art wurden für verschiedene Anwendungszwecke beschrieben, wie z. B. für die Bilddarstellung, Lichtfilterung etc.. Vergleiche z. B. US-Patente Nr. 3.708.220, 4.194.812; 4.278.329; 4.645.308; 4.436.769; 4.500.878; 4.150.879; 54.652.090; 4.505.021; und 4.664.934.
• Bei diesen Vorrichtungen umfaßt der elektrochrome Film für gewöhnlich ein Metalloxidmaterial, meistens ein Übergangsmetalloxid, insbesondere Wolframoxid. Stellt Wolframoxid das elektrochrome Material dar, wird die Elektrolytschicht so angepaßt, daß ein positiv geladenes Lichtkation, vorzugsweise ein Proton- oder Lithiumion, zur Verfügung steht. Die Elektrolytschicht besteht im allgemeinen aus einer flüssigen Elektrolytlösung, die Polymere oder Kopolymere umfaßt, die Säuregruppen, wie Polystyrol-Sulfonsäure oder eine feste Verbindung wie Lithiumchlorid, enthalten. Die Elektrolytschicht kann auch aus einem Gel, wie z.B. Polyvinyl-Butyralmethanol dotiert mit LiCl, bestehen.
• In bestimmten Situationen wäre es wünschenswert, eine elektrochrome Anzeigevorrichtung zu haben, die die Gradabstufungen der Farbintensität in verschiedenen Bereichen der Vorrichtung während des Betriebs der Vorrichtung anzeigt, um z.B. ein monochromes "Bild" auf der Grundlage der gleichen Farbe, aber mit verschiedenen Farbintensitäten daraus zu erstellen. Weiterhin wäre es wünschenswert, eine elektrochrome Vorrichtung mit einem Farbspektrumgradienten zu erstellen, wie z.B. eine intensivere Färbung in einem unteren Bereich im Vergleich zum jeweiligen oberen Bereich. Solch eine Vorrichtung könnte als Bürowand Anwendung finden, die vom farblosen Zustand in einen Zustand mit nach Belieben abgestuften Farbtönungen umgewandelt werden kann, um ungestörtes Arbeiten und eine gewisse Intimsphäre zu ermöglichen. Sie könnte die heute in Büros oft verwendeten kombinierten Glas/Jalousie-Kombinationen ersetzen. Hinzu käme noch der Vorteil, daß sie leichter zu reinigen ist. Weiterhin wäre es wünschenswert, wenn eine elektrochrome Vorrichtung vorliegen würde, die ein Gradientenspek trum umfaßt, bei dem der obere Anteil stärker gefärbt ist als der untere Bereich. Solch eine Vorrichtung würde Verwendung finden für Autowindschutzscheiben, Fenster, Gebäude oder für Sonnenbrillen. Im US-Patent 4.529.275 beschreibt Ballmer, daß normale Brillen als Sonnenbrillen verwendet werden können, indem diese Gläser als elektrochrome Vorrichtungen hergestellt werden, die die Brillenlinse stärker im oberen Bereich als in den unteren Bereichen färben. Dieses Verfahren würde laut Ballmer sogenannte Autofahrer- Sonnenbrillen hervorbringen, mit denen die Instrumententafel durch den geringer getönten Teil der Linsen besser überwacht werden kann.
• Es ist nicht genau festzustellen, auf welche Art und Weise Ballmer den Farbgradienten erstellen will, aber nach seiner Beschreibung ist es damit verbunden, daß Kontakt mit den Elektroden hergestellt wird. Es geht der Vorschlag hervor, einen Gradienten für das elektrische Feld herzustellen, der durch die Begrenzung der Oberflächenleitfähigkeit der Elektroden induziert wird. Diese Methode wäre komplex und wenig wünschenswert. Vorliegendes Patent gibt weder eine Beschreibung noch einen Hinweis auf die darin erläuterte Erfindung.
• Im US-Patent 3.578.843, das sich auf reflektierende elektrochrome Vorrichtungen bezieht, erläutert Castellion, daß die Farbtiefe abhängig ist von der Dicke der persistenten elektrochromen Schicht. Er erläutert ferner, daß es theoretisch den Anschein hat, daß, je dicker die Schicht ist, um so mehr Farbzentren bilden sich bei Anwendung des elektrischen Felds, und demzufolge kann eine tiefere Einfärbung erwartet werden. Er faßt jedoch zusammen, daß, da sich dünne Schichten in einigen Fällen erwartungsgemäß schneller färben, die Beziehung zwischen Schichtdicke und Farbintensität nicht einfach ist. Er gibt keinen Hinweis darauf noch eine Beschreibung dazu, daß eine Vorrichtung erstellt wird, die elektrochromes Material in einem Dickegradienten in mindestens einem Bereich hat, um eine Vorrichtung mit verschiedenen Farbintensitäten zu versehen, wie dies in dieser Erfindung geschieht.
• Es wäre wünschenswert, eine Methode zu finden, die einen Farbgradienten in einer elektrochromen Vorrichtung in einer weniger komplexen und somit wirtschaftlich vorteilhafteren Art und Weise als die von Ballmer beschriebene erstellt. Diese Erfindung erläutert auf durchführbare Art und Weise die Erstellung einer elektrochromen Vorrichtung mit einem Farbgradienten in verschiedenen Bereichen der Vorrichtung, wie zum Beispiel als Gradientenband auf einer Windschutzscheibe.
• Gemäß dieser Erfindung wird eine Methode zur Bildung von Bereichen innerhalb einer elektrochromen Vorrichtung erstellt, die so beschaffen ist, daß sie einen Farbintensitätsgradienten während des Betriebs der genannten elektrochromen Vorrichtung hervorbringt wie im folgenden in Anspruch 1 beschrieben.
• Weiterhin wird erfindungsgemäß eine elektrochrome Vorrichtung erstellt, wie im folgenden in Anspruch 5 dargelegt.
• Vorteilhafterweise wurde herausgefunden, daß gemäß den Ausführungsbeispielen der Methode dieser Erfindung eine Vorrichtung hergestellt werden kann, die fähig ist, verschiedene Strahlungsverringerungen in Prozent in verschiedenen Bereichen der Vorrichtung herbeizuführen, und so in entsprechender Weise einen Gradienten für die Farbintensität in verschiedenen Bereichen zu erhalten.
• Die Erfindung wird nun genauer mittels Beispielen, unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei
• Figur 1 eine schematische Darstellung einer elektrochromen Vorrichtung im Querschnitt gemaß dem Stand der Technik ist;
• Figuren 2 und 3 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels einer elektrochromen Vorrichtung im Querschnitt gemäß dieser Erfindung sind. In diesen Figuren werden die gleichen Zahlen verwendet, um auf ähnliche Bestandteile daraus zu verweisen;
• Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für das Farbmuster der Vorrichtungen von Figur 2 während des Betriebs darstellt;
• Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für das Farbmuster der Vorrichtung von Figur 3 während des Betriebs darstellt.
• Elektrochrome Vorrichtungen umfassen normalerweise zwei Substrate und dazwischen eine Elektrodenschicht, eine elektrochrome Schicht, eine Ionen-leitende Schicht und eine weitere Elektrodenschicht. Vorrichtungen dieses allgemeinen Typs sind in der Technik hinreichend bekannt und werden zum Beispiel in den obengenannten US-Patenten offengelegt.
• Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine Methode zur Bildung von Bereichen innerhalb einer elektrochromen Vorrichtung, die weiter oben erläutert ist, die während des Betriebs der elektrochromen Vorrichtung verschiedene Farbintensitäten annehmen können. Wie weiter oben erläutert, umfaßt die Methode elektrochromes Material mit einem Dickegradienten in mindestens einem Bereich, wenn zur Normalen der Fläche einer Elektrodenschicht gemessen wird. Die dickeren Bereiche des elektrochromen Materials sind entsprechend mit den Bereichen der intensiveren Färbung während des Betriebs der Vorrichtung verbunden.
• Weiterhin nimmt die Erfindung Bezug auf die Ausführungsbeispiele von elektrochromen Vorrichtungen gemäß dieser in den Figuren dargestellten Erfindung. Die als Vorrichtung 30 und Vorrichtung 60 der Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführung dieser Erfindung beinhaltet jeweils Glassubstrat 3 in Kontakt mit der Elektrodenschicht 34 und dem Glassubstrat 36 in Kontakt mit der transparenten Elektrodenschicht 38. Die Vorrichtungen 30 und 60 umfassen weiterhin jeweils elektrochromes Material 40 in Kontakt mit Ionen-leitendem Material 42.
• Während des Betriebs dieser Vorrichtungen wird eine elektrische Spannung über die Elektroden mittels Leitungen 44 und 46 angelegt, die an eine elektrische Spannung erzeugende Quelle 48 angeschlossen sind. Wenn die elektrochrome Schicht 40 ein kathodisches elektrochromes Material wie Wolframoxid umfaßt, dann würde eine an Elektrodenschicht 34 angelegte elektrische Spannung mit negativer Polung dazu führen, daß das elektrochrome Material vom farblosen in den blauen Zustand wechselt, d.h. vom gebleichten Zustand in den gefärbten Zustand übergeht. In den Bereichen (a) und (b) von Vorrichtung 30 breitet sich dann blaue Farbe im gesamten elektrochromen Material aus. Die Farbintensität, die beim Betrachten der Vorrichtung durch eine der beiden Glassubstrate zu sehen ist, wäre dann eine blaue Farbe mit einer im wesentlichen gleichmäßigen Intensität im Bereich "a", da die Dicke des elektrochromen Materials von im wesentlichen gleichförmiger Dicke in diesem Bereich ist. Bereich "b" würde eine Farbe mit abgestufter Intensität aufzeigen, wobei die Farbintensität in Bereich "b" mit der abnehmenden Dicke des elektrochromen Materials abnehmen würde. Das heißt, daß die Farbintensität am stärksten in der Nähe von Bereich "a" wäre und am schwächsten am unteren (dünnsten) Ende des elektrochromen Materials (d.h. am Verbindungspunkt von "b" und "a"). Am Verbindungspunkt von b und c wäre der Zustand fast farblos. Im "c"-Bereich wäre er farblos. Da sich im "c"-Bereich kein elektrochromes Material befindet, würde dieser Bereich immer farblos erscheinen. Das heißt, daß Bereich "c" einen nicht wechselbaren Bereich darstellt. Diese Abweichung in der Färbung in bezug auf die Vorrichtung in Figur 2 ist in Figur 4 zu sehen. Die mit a, b und c bezeichneten Bereiche in der Vorrichtung von Figur 2 würden, bei Betrachtung der Vorrichtung durch eines der Glassubstrate, die relative Farbintensität aufweisen, die für diese Bereiche in Figur 4 angegeben ist.
• Die in Figur 2 dargestellte Vorrichtung könnte als Autowindschutzscheibe zur Verringerung der Lichtdurchlässigkeit verwendet werden. Durch Anbringen des elektrochromen Materials nach dem in Figur 2 angegebenen Muster über den oberen Rand der Windschutzscheibe (oder allen Fenstern des Autos) hinweg, könnte ein Fahrer die Intensität des Lichts, das in das Auto dringt, regulieren. An einem sehr sonnigen Tag könnte der Fahrer so lange elektrische Spannung an die Vorrichtung abgeben, bis die Vorrichtung die Färbung in der gewünschten Intensität erreicht hat. An einem weniger sonnigen Tag könnte die Färbung geringer ausfallen. Der gleiche Typ an Vorrichtung könnte dazu verwendet werden, die Strahlungsdurchlässigkeit zu verringern, die auf die Fenster eines Gebäudes, Privathauses wie auch Geschäftsgebäudes, auftrifft. Profil des Gradientenbereichs und Dicke können eingestellt werden, z. B. in Abhängigkeit von der Geographie, damit ein maximal wirksamer Schutz vor Sonneneinstrahlung erreicht wird.
• Eine solche Vorrichtung, wie die in den Figuren 2 und 3 gezeigte, könnte "antiparallel" mit einer zweiten elektrochromen Vorrichtung eines Typs verwendet werden, der eine gleichmäßige Farbintensität der gesamten Vorrichtung aufweist. Bei der zweiten Vorrichtung würde das elektrochrome Material ganz und gar mit einer im wesentlichen gleichförmigen Schicht versehen werden. Verwendet man diese Vorrichtungen als Kombination, z.B. als Windschutzscheibe im Auto, so wäre es möglich, beim Fahren die Durchlässigkeit von Sonnenlicht auf einen gewünschten Wert durch Färbung eines Gradientenbandes über den oberen Teil der Windschutzscheibe hinweg bis zur gewünschten Farbintensität zu verringern, und es wäre auch möglich, durch Verwendung der zweiten Vorrichtung die gesamte Windschutzscheibe so dunkel zu färben, daß ein Maximum an Dunkelheit nach Abstellen des Wagens erreicht wird, damit eine größtmögliche Strahlenmenge reflektiert wird und somit das Innere des Wagens kühl bleibt bzw. eine Abschirmung des Wageninneren gegenüber der Außenwelt erreicht wird. Diese Kombination könnte nicht nur für die Windschutzscheibe verwendet werden, sondern auch für alle Autofenster und das Heckfenster. Weiterhin wäre es vorteilhaft, eine solche Kombination als Fenster eines Privathauses oder Bürogebäudes zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit für diese Vorrichtung umfaßt die Verwendung einer der Elektrodenschichten zur Beheizung der Vorrichtung, so daß, wie im Falle der Windschutzscheibe, eine Windschutzscheibe mit Selbstauftau-Vorrichtung entsteht.
• Wie sich für den Fachmann in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung ergibt, kann elektrochromes Material in jedem der zahlreichen Muster vorhanden sein, solange es eine variable Dicke in mindestens einigen Bereichen davon umfaßt. Die Dicke des elektrochromen Materials im gesamten elektrochromen Material kann, wie in Figur 3 zu sehen ist, variieren. In dieser Figur beinhaltet die Vorrichtung 60 elektrochromes Material 40, das von maximaler Dicke am unteren Ende der Vorrichtung bis zu minimaler Dicke am oberen Ende der Vorrichtung variiert. Wenn gefärbt, würde diese Vorrichtung eine Abweichung in der Farbintensität vorweisen, die am oberen Ende, wo das elektrochrome Material am dicksten ist, ihr Maximum erreichen würde, und am unteren Ende, wo das elektrochrome Material am dünnsten ist, ihr Minimum erreichen würde. Diese relative Farbintensität wird in Figur 5 dargestellt und veranschaulicht die Einfärbung bei Ansicht der Vorrichtung in Figur 3 über normal zu einem der Substrate. Diese Vorrichtung könnte als Wand in Büros verwendet werden, damit z.B. ein geschäftliches Treffen ungestört abgehalten werden kann. Für den Fachmann ergeben sich in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung noch weitere Anwendungszwecke und Konfigurationen der Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung.
• Das in der Vorrichtung verwendete Substrat kann jedes Material umfassen, das bei den Temperaturen und unter den Herstellungs- und Verwendungsbedingungen der Vorrichtung beständig ist. Die im allgemeinen verwendeten Materialien für die Substrate solcher Vorrichtungen umfassen z.B. Glas, Polykarbonat, Quarz, Plastik und ähnliches, sowie geeignete Kombinationen aus jedem dieser Materialien. Mindestens eines der Substrate soll mindestens lichtdurchlässig, vorzugsweise transparent, sein. Die Auswahl des optimalen Materials für ein Substrat oder für beide Substrate der Vorrichtung ergibt sich für den Fachmann in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung.
• Die in der elektrochromen Vorrichtung dieser Erfindung verwendeten Elektroden können aus jedem Material sein, das hinsichtlich des elektrochromen Films elektrische Leitfähigkeit besitzt. Mindestens eine der Elektroden-Substrat-Kombinationen ist transparent, obwohl es auch beide sein können. Falls die Elektrode eine Lichtdurchlässigkeitselektrode sein soll, kann ein Lichtdurchlässigkeitsfilm aus einem elektrisch leitenden Metalloxid, wie dotiertes oder undotiertes Zinnoxid, Indiumoxid, Zinkoxid, oder ähnliches verwendet werden. Im allgemeinen beträgt die Dicke der transparenten Elektrodenschicht zwischen 200 nm und mehreren Mikrometern mit den entsprechenden Schwankungen in Transparenz und Widerstand.
• Die transparente Elektrodenschicht kann auf dem Substrat durch jede bekannte Technik gebildet werden, einschließlich Vakuumverdampfung, chemisches Aufdampfen, Sol-Gel-Beschichten, Ionenbeschichtung, Kathodenzerstäubung etc.. Die transparente Elektrodenschicht kann durch sogenannte Dickfilmverfahren, wie Siebdruck oder Beschichtung, gebildet werden. Bei Verwendung des Dickfilmverfahrens (1) wird eine Paste mit Mikropartikeln eines Metallgemisches, oder (2) eine Lösung eines organischen Metallgemisches, wie Metall-Alkoxid oder sein Oligomer, beschichtet und gesintert, damit eine transparente Elektrodenschicht entsteht. Die transparente Elektrodenschicht ist vorzugsweise mit Fluor dotiertes Zinnoxid. Das nicht transparente Elektrodenmaterial wird unter lichtreflektierenden Elektrodenmaterialien (z.B. Al, Ag, Pt oder Ni), oder anderen Elektrodenmaterialien (z.B. Au, Pd, Cr, Ir, Ru, Rh oder C) ausgewählt.
• Die elektrochromen Schichten können unter jedem elektrochromen Material ausgewählt werden, von denen viele dem Fachmann bekannt sind und auf dem Markt erhältlich sind. Kathodische elektrochrome Materialien beinhalten nichtstöchiometrische (d.h. sauerstoffarme) Metalloxide, in denen das Metall veränderliche Oxidationsstadien hat. Als für die Erfindung nützliche Beispiele für solche kathodischen elektrochromen Materialien gelten die, die aus der Gruppe mit Wolframoxid, Molybdänoxid, Vanadiumoxid, Titanoxid, Eisenoxid, Wismutoxid und kompatible Mischungen aus diesen Stoffen ausgewählt werden. Anodische elektrochrome Materialien, die in dieser Erfindung verwendet werden können, beinhalten vollständig oxidierte Verbindungen, die Metall enthalten, in denen das Metall veränderliche Oxidationsstadien hat. Als für die Erfindung nützliche Beispiele für solche anodischen elektrochromen Materialien sind Iridiumoxid, Nickelhydroxid und kompatible Mischungen aus diesen Stoffen. Bevorzugte elektrochrome Materialien für die Verwendung in elektrochromen Vorrichtungen gemäß dieser Erfindung sind nichtstöchiometrisches, sauerstoffarmes Wolframoxid als kathodisches elektrochromes Material, und vollständig oxidiertes Iridiumoxid als anodisches elektrochromes Material.
• Wie oben erläutert umfaßt das elektrochrome Material der Vorrichtung einen Dickegradienten, damit ein Farbintensitätsgradient entstehen kann. Gemäß dieser Erfindung zeigt gefärbtes elektrochromes Material Metall wie optische Eigenschaften an, in der Weise, daß die übertragene Lichtintensität exponentiell mit der Filmdicke abnimmt. Somit wird der Transmissionsgradient (Farbintensitätsgradient) über die Regelung des Dickegradienten des elektrochromen Materials gesteuert. Elektrochromes Material kann mit jeder geeigneten Technik auf geeigneter Oberfläche in der Vorrichtung angebracht werden, z.B. bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 auf der Elektrodenschicht. Elektrochromes Material kann zum Beispiel mittels Vakuumbeschichten, chemischem Aufdampfen, Wärmeverdampfung, Beschichtung durch Vakuumzerstäubung, Sol-Gel-Beschichtung etc. hergestellt werden. Die Anwendung eines abgestuften elektrochromen Films, d.h. unter Beinhaltung eines Dickegradienten, kann auf verschiedene Art und Weise gesteuert werden. Er kann zum Beispiel durch Anderung der Entfernung der Beschichtungsvorrichtung zum Substrat, auf dem sich elektrochromes Material befindet, oder durch Kippen des Substrats gesteuert werden, denn je näher sich das Substrat zur Quelle befindet, um so dicker ist der verwendete Film. Eine weitere einfache Technik zur Erreichung einer abgestuften Dicke des elektrochromen Materials ist die Verwendung eines Substrats, das sich mit wechselnder Geschwindigkeit bewegt, oder einer Maske, die sich im Verhältnis zum Substrat bewegt. Für den Fachmann ergeben sich in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung noch weitere Techniken zur Beschichtung eines Films mit veränderlicher Dicke. Im allgemeinen liegt die Dicke von elektrochromem Material zwischen ca. 0.1 und 100 Mikrometer. Die optimale Dicke wird auch vom Filmmaterial beeinflußt. Die Auswahl des optimalen elektrochromen Materials und der Beschichtungsmethode ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung.
• Die Ionen-leitende Schicht soll eine Ionenquelle beinhalten, die bei Anlegen von elektrischer Spannung über die Elektrodenschichten die Ionen in das elektrochrome Material einbringt. Die Ionen-leitende Schicht (oft "Elektrolyt" genannt) kann unter einer Anzahl von Materialien ausgewählt werden. Als Beispiele für dielektrische Materialien, die für Ionen- leitende Schichten geeignet sind, gelten Tantaloxid (Ta&sub2;O&sub5;), Nioboxid (Nb&sub2;O&sub5;), Zirkoniumoxid (ZrO&sub2;), Titanoxid (TiO&sub2;), Hafniumdioxid (HfO&sub2;), Aluminiumoxid (Al&sub2;O&sub3;), Yttriumoxid (Y&sub2;O&sub3;), Lanthanoxid (La&sub2;O&sub3;), Silikonoxid (SiO&sub2;), Magnesiumflourid, Zirkoniumphosphat, oder eine Mischung aus diesen Stoffen (ein dünner Film dieser dielektrischen Materialien dient als Isoliermaterial für Elektronen und als Stromleiter für Protonen (H&spplus;) und Hydroxyionen (OH&supmin;)). Es ist bekannt, daß die Ionen-leitende Schicht so beschaffen ist, daß sie Ionen enthält, oder eine Ionenquelle zum Emittieren von Ionen bei Anlegen von elektrischer Spannung beinhaltet. Als Beispiele für feste Elektrolyte, die für Ionen-leitende Schichten verwendet werden können, gelten Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Natriumbromid, Kaliumbromid, Na&sub3;Zr&sub2;Si&sub2;PO&sub1;&sub2;, Na&sub1;+xZrSixP3-xO&sub1;&sub2;, Na&sub5;YSi&sub4;O&sub1;&sub2;, und RbAg&sub4;I&sub5;. Die Ionen-leitende Schicht kann auch eine Wasser- oder Protonenquelle sein, die synthetisches Harz-Kopolymerisat aus b-Hydroxyäthylmethakrylat mit 2-Acrylamid- 2-Methylpropan-Sulfonsäure, ein Hydrat-Vinyl-Kopolymer (z.B. Hydratmethylmethakrylat-Kopolymer) oder Hydratpolyester enthält. Die Ionen-leitende Schicht kann auch eine Elektrolytlösung einer Säure sein (z.B. Schwefelsäure, Hydrochloridsäure, Phosphorsäure, Essigsäure, Buttersäure, Oxalsäure) oder eine wassrige Lösung daraus, eine wässrige Lösung eines Alkali (z.B. Natriumhydroxid oder Lithiumhydroxid), oder eine wässrige Lösung eines festen starken Elektrolyts (z.B. Natriumhydroxid, Lithiumchlorid, Kaliumchlorid, Lithiumsulfid). Beispiele für halbfeste Gel-Elektrolyte, die als Ionen-leitende Schicht geeignet sind, sind zum Beispiel die, die man durch Gelatinierung einer elektrolytischen wässrigen Lösung mit einem Geliermittel erhält (z.B. Polyvinylalkohol, CMC, Agar-Agar, Gelatine). Vorzugsweise wird die Ionen-leitende Schicht unter einem Material ausgewählt, das Alkalimetallverbindungen enthält. Diese Verbindungen werden vorzugsweise unter Nitratsalzen und Chloridsalzen von Alkalimetallverbindungen ausgewählt. Alkalimetall in diesen Verbindungen wird vorzugsweise unter Lithium, Kalium und Natrium ausgewählt. Die Auswahl des optimalen Ionen-leitenden Materials ergibt sich für den Fachmann in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung. Wie dem Fachmann bekannt ist, kann die Dicke der Ionen-leitenden Schicht variieren, da die optimale Dicke von solchen Überlegungen wie gewünschte maximale Farbintensität, Art des Ionen-leitenden Materials, Konfiguration der Vorrichtung etc. abhängt.
• In den Ausführungsbeispielen der Vorrichtungen von Figur 2 und 3 könnten Vorrichtungen gebildet werden, indem die Elektrode 34 auf dem Substrat 32 angebracht wird, auf dem ein Überzug von elektrochromer Schicht 40 angebracht wird. In dieser Situation könnte elektrochromes Material 40 mit jeder beliebigen Technik auf die elektrochrome Schicht 34 aufgebracht werden, wobei die Dicke des elektrochromen Materials in verschiedenen Bereichen davon so hergestellt wird wie oben beschrieben. Danach könnte Ionen-leitendes Material 42, in fester oder Gelform, angebracht werden wie in Figur 2 und 3 beschrieben, und zwar in solch einer Dicke, daß die Gesamtdicke (wenn zur Normalen der Fläche von Elektrodenschicht 34 gemessen wird) des elektrochromen Materials und Ionen-leitenden Materials im wesentlichen gleich ist. Sollte andererseits jedoch gewünscht werden, daß ein flüssiges Ionen-leitendes Material verwendet wird, dann sollte die Vorrichtung, wie in Figur 2 und 3 gezeigt, durch Versiegeln von drei Ecken der Vorrichtung mit einem Material wie Silikon oder Epoxidharz erstellt werden. Die auf diese Weise in der Vorrichtung erhaltene Kavität könnte dann mit einem flüssigen Ionen-leitenden Material gefüllt werden.
• Wie sich für den Fachmann in naheliegender Weise aus der vorliegenden Erläuterung ergibt, kann die Methode dieser Erfindung auf jede elektrochrome Vorrichtung angewandt werden. Solche Vorrichtungen können andere Komponenten umfassen, z.B. Gegenelektroden, eine zweite elektrochrome Schicht, etc.. Gegenelektroden werden im allgemeinen zwischen der Ionen-leitenden Schicht und einer Elektrode der Vorrichtung (d.h. zwischen dem Ionen-leitendem Material 42 und der Elektrodenschicht 46 der Vorrichtung der Figuren 2 und 3) eingesetzt, um den Betrieb der Vorrichtung zu verbessern. Eine Gegenelektrode kann z.B. aus WO&sub3; dotiert mit Alkalimetallionen gebildet werden. Dieses Material wird im allgemeinen nicht als elektrochrom bezeichnet.

Claims (10)

1. Verfahren zur Bildung von Bereichen innerhalb einer elektrochromen Vorrichtung, wobei während des Betriebs der elektrochromen Vorrichtung ein Farbintensitätsgradient entsteht, wobei diese Vorrichtung aus zwei Substraten (32, 36) einer Elektrodenschicht (38), einem elektrochromen Material (40), einem Ionen-leitenden Material (42), sowie einer weiteren Elektrodenschicht (34), angeordnet zwischen den zwei Substraten in der vorgegebenen Anordnung, besteht, wobei mindestens eine der einen genannten Elektrodenschicht und der anderen genannten Elektrodenschicht transparent ist, und jede Elektrodenschicht Kontakt mit jeweils einem der genannten Substrate hat, und wobei die genannte Ionen-leitende Schicht (42) so beschaffen ist, daß die Ionen zwischen dem genannten elektrochromen Material bei Anlegen von elektrischer Spannung über die genannten Elektrodenschichten hin und her wandern können, welches Verfahren das Versehen des genannten elektrochromen Materials (40) mit einem Dickegradienten in mindestens einem Bereich, wenn zur Normalen der Fläche einer Elektrodenschicht gemessen wird, umfaßt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das genannte elektrochrome Material unter Wolframoxid, Molybdänoxid, Kupferoxid, Kobaltoxid, Bleioxid, Wismutoxid, Iridiumoxid und Nickelhydroxid ausgewählt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. 2, in dem die besagte Elektrodenschicht und die besagte andere Elektrodenschicht einzeln vom Elektrodenmaterial abgetrennt wird, das aus dotiertem oder undotiertem (a) Zinnoxid, (b) Indiumoxid, (c) Indiumzinnoxid, (d) Zinkoxid, oder (e) Mischungen aus diesen Stoffen besteht.

4. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, in dem die Gesamtdicke des elektrochromen Materials zusammen mit dem Ionen-leitenden Material, mit dem es in Kontakt kommt, im wesentlichen gleichförmig ist.

5. Elektrochrome Vorrichtung, die aus zwei Substraten (32, 36) einer Elektrodenschicht (38), einem elektrochromen Material (40), einem Ionen-leitenden Material (42), und einer weiteren Elektrodenschicht (34), angeordnet zwischen den zwei Substraten in der vorgegebenen Anordnung, besteht, wobei mindestens eine der einen genannten Elektrodenschicht und der anderen genannten Elektrodenschicht transparent ist, und jede Elektrodenschicht mit jeweils einem der genannten Substrate in Berührung kommt, wobei die genannte Ionen-leitende Schicht (42) so beschaffen ist, daß die Ionen zwischen dem genannten elektrochromen Material (40) bei Anlegen von elektrischer Spannung über die genannten Elektrodenschichten hin und her wandern können, dadurch gekennzeichnet, daß genanntes elektrochromes Material (40) einen Dickegradienten in mindestens einem Bereich vorweist, wenn zur Normalen der Fläche einer Elektrodenschicht gemessen wird.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, in der das genannte elektrochrome Material unter Wolframoxid, Molybdänoxid, Kupferoxid, Kobaltoxid, Bleioxid, Wismuthoxid, Iridiumoxid und Nickelhydroxid ausgewählt wird.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 5 bzw. 6, in der die eine genannte Elektrodenschichte und die andere genannte Elektrodenschicht einzeln unter Elektrodenmaterial ausgewählt werden, das hauptsächlich aus dotiertem oder undotiertem (a) Zinnoxid, (b) indiumoxid, (c) Indiumzinnoxid, (d) Zinkoxid, oder (e) aus Mischungen aus diesen Stoffen besteht.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das genannte Ionen-leitende Material unter Materialien ausgewählt wird, die Wasserstoffionen enthalten, sowie aus Materialien, die Alkalimetall-Verbindungen enthalten.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der die genannten Alkalimetall-Verbindungen unter Verbindungen ausgewählt werden, die Nitrate und Chloride von Alkalimetallen enthalten.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, bei der die Gesamtdicke des genannten elektrochromen Materials zusammen mit dem genannten Ionen-leitenden Material, mit dem es in Berührung kommt, im wesentlichen gleichförmig ist.