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Patent Searching and Data


Title:
ELECTROCHROME CELL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/038049
Kind Code:
A1
Abstract:
An electrochrome cell generally consists of two transparent interspaced plates (1,2) which are respectively provided with a surface electrode (3,4) on the mutually inclined faces thereof, whereby said electrodes are respectively linked to an external connection. The plates (1, 2) are sealingly connected to each other by means of an adhesive bead (6) extending in the edge area thereof, leaving open a narrow edge strip (7a,7b,) whereby the electrochrome medium is disposed in between said plates. A laminate (8) made of metal/solid nonconductor/metal layers is circumferentially arranged in the area between both edge strips (7a,7b). The laminate ensures that there is a given space between the two plates that form the walls of the cell and is also used to ensure contact between the surface electrodes (3,4).

Inventors:
HURTZ JOERG (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/000094
Publication Date:
July 29, 1999
Filing Date:
January 09, 1999
Export Citation:
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Assignee:
BAYER AG (DE)
HURTZ JOERG (DE)
International Classes:
B60R1/04; G02F1/155; G02F1/161; (IPC1-7): G02F1/161; B60R1/08
Foreign References:
US4056881A1977-11-08
US5066112A1991-11-19
US5708487A1998-01-13
Attorney, Agent or Firm:
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT (Leverkusen, DE)
BAYER AKTIENGESELLSCHAFT (Leverkusen, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Elektrochrome Zelle, bestehend aus zwei transparenten, und beabstandet zueinander angeordneten Scheiben (1,2), die jeweils auf der einander zugeneigten Seite mit einer sich über die gesamte Scheibenfläche erstreckenden, und elektrisch leitenden Elektrodenschicht (3,4) versehen sind, welche jeweils mit einem äußeren elektrischen Anschluß verbunden sind, die mittels einer im Randbereich der Scheiben (1,2) umlaufenden, jeweils einen schmalen Randstreifen (7a, 7b) freilassenden KleberRaupe (6) dichtend miteinander verbunden sind, und zwischen denen ein elektrochromes Medium (5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Raum zwischen beiden Randstreifen (7a, 7b) umlaufend ein Laminat (8) aus Metall/festem Nichtleiter/Metall Schichten angeordnet ist.
2. Zelle nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat (8) in einem vorgegebenen Abschnitt als Kontaktlasche (11) über den Rand der Scheiben (1,2) der Zelle hinaus ausgebildet ist.
3. Zelle nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Nicht leiter durch einen Kunststoff gebildet ist.
4. Zelle nach einem der Ansprüche l bis 3 mit einem flüssigen elektrochromen Medium (5), dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat (8) und die Kleber Raupe (6) an mindestens einer Stelle einen verschließbaren Durchtritt (9a, 9b) zur Befüllung der Zelle mit dem elektrochromen Medium (5) aufweisen.
5. Zelle nach einem der Ansprüche l bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschichten (8b, 8c) durch eine Metallfolie gebildet sind.
6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (1,2) aus Floatglas bestehen.
Description:
Elektrochrome Zelle Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrochrome Zelle, bestehend aus zwei transpa- renten, und beabstandet zueinander angeordneten Scheiben, -die jeweils auf der einander zugeneigten Seite mit einer sich über die gesamte Scheibenfläche erstreckenden, und elektrisch leitenden Elektrodenschicht versehen sind, welche jeweils mit einem äußeren elektrischen Anschluß verbunden sind, -die mittels einer im Randbereich der Scheiben umlaufenden, jeweils einen schmalen Randstreifen freilassenden Kleber-Raupe dichtend miteinander verbunden sind, und -zwischen denen ein elektrochromes Medium angeordnet ist.

Sogenannte elektrochrome Zellen, auch abgekürzt EC-Zellen genannt, nutzen die umkehrbare Veränderung der Farbe und/oder der optischen Dichte in einem elektro- chromen Medium aus, die durch eine elektrochemische Redox-Reaktion in diesem elektrochromen Medium erhalten wird, bei dem der oxidierte Zustand und der redu- zierte Zustand unterschiedliche Farben und/oder optische Dichten aufweisen. Der- artige elektrochrome Materialien ändern ihre optischen Eigenschaften aufgrund der Wirkung eines elektrischen Feldes ; sie können in ihren Ausgangszustand durch An- legen eines gegenpoligen Feldes gebracht werden.

Die EC-Zellen bestehen typischerweise aus zwei Scheiben, die vorzugsweise aus Glas bestehen, d. h. einem Frontglas und einem Rückglas, die beabstandet und ent- lang ihres Umfanges gegenüber der Umgebung abgedichtet miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Scheiben befindet sich das elektrochrome, d. h. optisch wirksame Medium, insbesondere eine Flüssigkeit mit Viologenen. Jede Scheibe ist

jeweils auf der dem EC-Medium zugewandten Seite mit einer die gesamte Scheibe- fläche überdeckenden, elektrisch leitfähigen Eletrodenschicht versehen, die jeweils mit einem äußeren elektrischen Anschluß verbunden sind. Wird an die elektrischen Anschlüsse der beiden Flächenelektroden eine Spannung angelegt, dann ändert sich die Absorptionstiefe des vor dem Rückglas angeordneten EC-Mediums, d. h. die Zelle verliert an Transparenz.

Diese Zusammenhänge sind Stand der Technik und durch zahlreiche Schriften be- kanntgeworden, z. B. durch die US-A-4.917.477.

Derartige elektrochrome Zellen finden vorzugsweise Anwendung in der Automobil- industrie, insbesondere als automatisch abblendende Innen-sowie Außenspiegel bei Kraftfahrzeugen. Bei einer derartigen Anwendung befindet sich auf dem Rückglas der Zelle, die dann als Spiegelzelle bezeichnet wird, eine Spiegelschicht, die auch durch die zugehörige Elektrodenschicht gebildet werden kann.

Derartige automatisch abblendende Spiegel erhöhen auf augenschonende Weise die Verkehrssicherheit bei Nachtfahrten und helfen Unfälle zu vermeiden. Zu diesem Zweck weisen die abblendbaren Spiegelsysteme fotoelektrische Sensoren zur Erfas- sung des Blendlichtes auf, die am Fahrzeug, ausgerichtet in die Richtung, aus der das Blendlicht auftrifft, angebracht sind. Diese Sensoren erkennen die Blendgefahr blitz- schnell und entschärfen sie durch eine gleitende Verringerung der Spiegelreflexion auf 10 % innerhalb weniger Sekunden augenfreundlich. Ist die Blendgefahr vorüber, dann erhöht sich die Spiegelreflexion sofort wieder auf den Ausgangswert. Dieses selbsttätige Wechselspiel von Verdunkelung und Aufhellung des EC-Spiegels wiederholt sich bei jedem Blendrisiko erneut und ermüdungsfrei während der gesamten Lebensdauer des Fahrzeuges.

EC-Zellen können auch als Sonnen-/Sichtschutzscheiben an Kraftfahrzeugen und Gebäuden Anwendung finden. Bei einer derartigen Anwendung sind beide elektrisch

leitenden Elektrodenschichten transparent ausgebildet und es ist keine Spiegelschicht vorgesehen.

Von entscheidender Bedeutung für die Leistungsfähigkeit der EC-Zelle ist der Ab- stand der beiden Scheiben zueinander, der im Bereich von ca. 0,1 bis 0,2 mm liegt. Dieser geringe Abstand impliziert auch Probleme bei der Verbindung der innenlie- genden elektrisch leitenden Elektrodenschichten.

Es ist bekannt, den Abstand zwischen den Glasplatten durch Glaskugeln mit entspre- chendem Durchmesser als Abstandshalter vorzugeben, die dem Kleber für die um- laufende Kleber-Dichtraupe beigemischt sind. Dieser Kleber muß speziell hergestellt werden und ist damit stark verteuert. Außerdem müßten für unterschiedliche Ab- stände Glaskugeln mit unterschiedlichen Durchmessern als Abstandshalter zur Ver- fügung gestellt werden, was ebenfalls zu einer starken Teuerung beiträgt. Ferner muß beim Herstellungsprozeß der Zelle gewährleistet werden, daß nur die Glaskügelchen den Abstand bestimmen, d. h. sich kein Klebstoff zwischen Glaskugeloberfläche und Scheibe befindet, sowie daß sich keine undichten Kriechwege zwischen nebenein- anderliegenden Glaskugeln ausbilden.

Ein weiteres Problem bei einer derartigen typischen Zelle ist die voneinander iso- lierte Kontaktgebung zwischen den äußeren Anschlüssen und der zugehörigen Flächenelektrode, da die Flächenelektroden deckungsgleich, und nur durch einen sehr schmalen Spalt von ca. 0,1 bis 0,2 mm getrennt, aufeinanderliegen.

Es ist durch die US-A 5 151 824 bekanntgeworden, das Problem in der Weise zu lösen, daß Front-und Rückglas um einen vorgegebenen Betrag gegeneinander ver- setzt angeordnet sind, so daß an jedem Glas eine freiliegende Zone der Flächenelek- trode entsteht, die für Kontaktierungen nutzbar ist. Auf diesen Randzonen ist jeweils eine langestreckte Kontaktklammer mit federnd nachgebenden, das Glas mit den frei- stehenden Randzonen der Flächenelektroden umfassenden Kontaktzungen ange- bracht, an denen der Anschlußdraht jeweils angelötet ist.

Durch den Kantenversatz bei dieser bekannten EC-Zelle vergrößert sich deren Ab- messung, was nicht gewünscht ist, insbesondere nicht bei der Anwendung als EC- Spiegel für Kraftfahrzeuge. Die Forderungen der Automobilindustrie zielen auf EC- Spiegel ab, die sich in den Abmessungen von den konventionellen Spiegeln praktisch nicht unterscheiden. Hinzu kommt, daß die Feder-bzw. Klammerkontaktierung sehr aufwendig sowie umständlich anzubringen ist, und Lötvorgänge notwendig sind, die den Herstellungsprozeß verkomplizieren und nicht zu unterschätzende Herstellungs- kosten implizieren. Ferner wird auch nur im verhältnismäßig schmalen Bereich der Kontakt zur Flächenelektrode hergestellt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Schnelligkeit aus, mit der sich die Absorptionstiefe des EC-Mediums verändert.

Aus der EP 0 434 453 B 1 (= US-A 5 066 112) ist ein EC-Spiegel bekannt geworden, der keinen Versatz der Scheiben der optischen wirksamen Zellen und keine Feder- kontakte in Form von Klammern aufweist, bei dem vielmehr in den Randzonen der Scheiben einschließlich deren Stirnseite eine zusätzliche leitfähige Kontaktschicht auf die Flächenelektrode aufgebracht ist, an der stirnseitig dann der Anschlußdraht angelötet wird. Ein derartiger EC-Spiegel ist einmal sehr aufwendig in der Herstel- lung und zum anderen ist die stirnseitige Kontaktzone zum Anbringen des Anschluß- drahtes sehr schmal, so daß dieser leicht abreißen kann und zum anderen auch nur eine schmale Kontaktfläche erlaubt, was sich ebenfalls negativ auf die Schnelligkeit auswirkt, mit der sich die Absorptionstiefe des EC-Mediums verändert. Ferner sind aufwendige und teure Lötvorgänge notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von der eingangs bezeichneten EC-Zelle dieses so auszubilden, daß auf einfache Weise der Abstand zwischen beiden Zellenscheiben vorgebbar ist und eine lötfreie Verbindung der Elektroden- schichten mit äußeren Anschlüssen möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß in dem Raum zwischen beiden Randstreifen umlaufend ein Laminat aus Metall/festen Nicht- leiter/Metall-Schichten angeordnet ist.

Dieses Laminat, welches mit einer gleichbleibenden Dicke (Stärke) hergestellt werden kann, dient somit auf einfache Weise als Abstandhalter, der einen gleich- mäßigen vorgegebenen Zellenabstand gewährleistet. Die Metallschichten des Lami- nates dienen dabei zusätzlich zur Kontaktierung der Elektrodenschichten der Zellen und bieten die Möglichkeiten einer lötfreien Anschlußtechnik. Das erfindungsge- mäße Laminat ist daher ein Multifunktionslaminat.

Durch das erfindungsgemäße Laminat kann daher die Beimischung von Glaskügel- chen in den Kleber entfallen, wodurch ein handelsüblicher Kleber und nicht mehr ein teurer Spezialkleber mit aufwendig herzustellenden Glaskügelchen verwendet werden kann. Das Laminat bietet auch die einfache Möglichkeit, durch einfache Variation der Dicke der Metallschichten, die durch Metallfolien vorzugsweise reali- siert werden oder der des festen Nichtleiters, in einem weiten Bereich den Abstand der Scheiben der Zellen zu variieren.

Da das umlaufende Laminat mit den umlaufenden Metallschichten die maximal mögliche Kontaktlänge zu den Elektrodenschichten und damit für das Anlegen einer Spannung vorgibt, wird eine hohe Schnelligkeit bei der Änderung der Absorptions- tiefe des EC-Mediums erreicht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist das Laminat in einem vorgegebenen Abschnitt als Kontaktlasche über den Rand der Scheiben der Zellen hinaus ausge- bildet.

Bei einer derartigen Weiterbildung kann die Kontaktlasche mit ihren beiden äußeren flächigen Metallschichten auf einfache Weise lötfrei mit einem äußeren Anschluß verbunden werden, z. B. in einem EC-PKW-Außenspiegel, der eine Heizfolie, die

über eine Stecker mit dem PKW-Bordnetz verbunden ist, aufweist, durch Verkleben mit der Heizfläche nach Umbiegen der Kontaktlasche um die Kante der Zelle.

Bei dem erfindungsgemäßen Laminat entfällt damit der Vorgang des Lötens, was den Herstellungsprozeß deutlich vereinfacht und die Herstellkosten reduziert. Außerdem werden keine zusätzliche Teile, wie Kontaktklammern und Drähte, benötigt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der feste Nichtleiter der Mittelschicht durch einen Kunststoff gebildet. Durch eine geeignete Wahl des Kunst- stoffmaterials kann erreicht werden, daß das Laminat flexibel ist und dennoch hin- sichtlich seiner Dicke nicht verformbar ist.

Liegt ein flüssiges EC-Medium vor, das erst nach der Montage in die Zelle eingefüllt wird, dann weisen gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung das Laminat und die Kleber-Raupe an mindestens einer Stelle einen verschließbaren Durchtritt zur Befüllung der Zelle mit dem elektrochromen Medium auf.

Weitere ausgestaltende Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles in Form eines PKW-Außenspiegels.

Es zeigen : Fig. l eine Draufsicht auf ein Laminat für die erfindungsgemäße ausgebildete EC- Zelle mit einer streifenförmigen, der Spiegelkontur angepaßten Formgebung, und Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer mit dem Laminat nach Fig. l versehenen fertig montierten erfindungsgemäßen EC-Zelle, mit einem Schnittverlauf durch das Laminat gemäß der Linie 11-11 in Fig. 1.

Die EC-Zelle besteht aus zwei, der Spiegelkonfiguration-hier der eines PKW- Außenspiegels-entsprechend geformten transparenten flachen Scheiben, die im Aus- führungsbeispiel aus Glas vorzugsweise aus Floatglas bestehen, nämlich dem Front- glas l, das der Lichteinfallrichtung zugeordenet ist, und dem Rückglas 2. Die Dicke der Scheiben liegt typischerweise im Bereich von l bis 2 mm.

Anstelle von flachen (ebenen) Scheiben können auch asphärisch oder sphärisch aus- gebildete Scheiben Verwendung finden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Scheiben aus einem transparenten Kunststoff- material herzustellen.

Das Frontglas 1 ist auf der dem Lichteinfall abgewandten Seite mit einer elektrisch leitfähigen Flächenelektrode 3 versehen, die sich über die gesamte Fläche des Front- glases 1 erstreckt. Ebenso ist das Rückglas 2 auf der dem Licht zugewandten Seite mit einer elektrisch leitfähigen Flächenelektrode 4 versehen, die sich ebenfalls über die gesamte Fläche des Rückglases 2 erstreckt. Die Stärke der Elektrodenschichten liegt typischerweise im Bereich von 1000 Angström (1/10 llm). Im vorliegenden Beispiel wird die elektrisch leitende Flächenelektrode 3 durch eine ITO-Schicht (Indium-Tin-Oxide) gebildet, die transparent ist, wogegen die Flächenelektrode 4 durch eine Chrom-/Rhodiumschicht gebildet wird, die eine spiegelnde Fläche vorgibt.

Es ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der die Flächenelektrode 4 ebenfalls durch eine ITO-Schicht gebildet wird, wobei dann auf der Rückseite des Rückglases 2 eine zusätzliche Spiegelschicht aufzubringen wäre.

Zwischen den beiden Scheiben 1 bzw. 2 mit ihren zugehörigen Flächenelektroden 3 bzw. 4 befindet sich das elektrochrome Medium 5, vorzugsweise in Form einer elek- trochromen Lösung der eingangs bezeichneten Art. Zu diesem Zweck sind die beiden Scheiben 1,2 mit den Seiten, auf denen sich die Flächenelektroden 3,4 befinden, am

Rand umlaufend miteinander verklebt, um so eine abgeschlossene Zelle zu bilden, in die Flüssigkeit eingefüllt werden kann. Der entsprechende Verbundkleber, der aus einem elektrisch isolierenden Klebstoff bestehen muß, damit kein innerer Kurzschluß der beiden Flächenelektroden entsteht, bildet eine Kleber-Raupe 6 aus. Durch diese Kleber-Raupe 6 wird bei der dem Frontglas l zugeordneten Flächenelektrode ein elektrisch leitfähiger Randstreifen 7a sowie bei der Flächenelektrode 4, die dem Rückglas 2 zugeordnet ist, ein elektrisch leitfähiger Randstreifen 7b gebildet. Die Breite dieser Randstreifen liegt in der Größenordnung von 0,8 mm.

In dem Raum zwischen den Randstreifen 7a und 7b ist umlaufend ein dreischichtiges Laminat 8, mit einer inneren Kernschicht 8a aus einem festen Nichtleiter, insbeson- dere ein biegsamer Kunststoff, und zwei äußeren Metallschichten 8b und 8c, die vor- zugsweise jeweils durch eine Folie gebildet werden, angeordnet. Das Laminat hat daher eine streifenförmige Konfiguration entsprechend der Darstellung in der Fig. 1.

Die Dicke des Laminats 8 liegt im Bereich von 0,2 mm und die Dicke der inneren festen Kunststoffschicht 8a bei ca. 0,1 mm. Die Metallfolien haben eine Stärke von ca. 0,05 mm. Als Metallfolien finden vorzugsweise Anwendung solche aus Alumi- nium, Kupfer, Silber, Gold, wobei die beiden letztgenannten korrosionsfester sind.

Als innerer Kern des Laminats finden vorzugsweise Anwendung die Werkstoffe Polyester, Polypropylen und Polyethylen.

Die angegebenen Dicken 0,1 mm (Kunststoffschicht) und 2 x 0,05 mm (Metall) sind sinnvolle Werte mittlerer Größe. Möglich sind Metallschichten von wenigstens 15 u. die zusammen mit einer Kunststoffschicht von maximal 170 um die angegebene Laminatdicke von ca. 0,2 mm (= üblicher Zellabstand) ergeben. Maximal möglich sind Metallschichten bis jeweils ca. 90 u. m mit einer entsprechend dünnen Kunstoff- schicht.

Um die beiden Elektrodenschichten 3,4 auf einfache Weise lötfrei nach außen mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen zu verbinden, ist ein bestimmter Abschnitt des Laminates 8 als Kontaktlasche 11 über den Rand der Scheiben 1,2 der Zelle hinaus ausgebildet. Diese Kontaktlasche 11, bei der die beiden äußeren Metall- schichten 8b, 8c flächig vorliegen, kann z. B. durch Verkleben mit flächigen Anschlußleitungen oder durch sogenannte Kontaktclipse lötfrei verbunden werden, um einen Anschluß an eine Gleichspannungsquelle vorzusehen.

Wenn typischerweise ein flüssiges EC-Medium verwendet wird, kann dieses erst nach der Montage der Zelle, d. h. nach dem Verkleben der Scheiben mit den Flächen- elektroden und dem angebrachten Laminat, erfolgen. Zu diesem Zweck weisen das Laminat 8 und die Kleber-Raupe 6 vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Stellen verschließbare Durchtrittsöffnungen 9a, 9b zur Befüllung der Zelle mit dem flüssigen EC-Medium auf. In diesen Durchtrittsöffnungen sind Kappilaren lOa, lOb mit einer Dicke im Bereich von 170 Rm eingebettet, wie man insbesondere aus der Aus- schnittsvergrößerung A zur Fig. 1 erkennt. Durch diese Kapillaren 10a, lOb erfolgt die Befüllung unter Ausnutzung der Vakuumtechnik oder durch Befüll-und nicht dargestellte Entlüftungskappilaren. Dadurch wird das Handling der Zellen, egal ob unter Vakuum oder Umgebungsbedingungen deutlich einfacher.

Die Verklebung der Zellen erfolgt in einem Gang, wonach die Kapillaren die einzige Verbindung zwischen Zellinenraum und Umgebung darstellen. Nach der Befüllung mit der EC-Lösung werden die Kapillaren bündig mit dem Rand der Zelle abgebrochen und mit dem gleichen Kleber verschlossen, mit dem die Zelle verklebt wurde. Durch den Schrumpfungsprozeß beim Kleben wird das in den Zwischenraum zwischen beiden Scheiben 1,2 angeordnete Laminat leicht verpreßt, so daß ein genügender Kontaktdruck zwischen den Flächenelektroden 3 und 4 und den zuge- hörigen Metallschichten 8b, 8c gegeben ist.

Neben der Befüllung des Innenraumes der Zelle mit der EC-Lösung 5 mittels der Kapillaren 10a und 10b ist auch eine Befüllung der Zelle über anders ausgebildete Öffnungen möglich, die dann auf übliche Weise verschlossen werden.

Vorzugsweise werden die Metallschichten 8b und 8c des Laminates durch ent- sprechende Metallfolien realisiert, die heute mit einer sehr konstanten Dicke her- stellbar sind, und damit eine konstante Dicke des Laminates und damit den notwen- digen konstanten Abstand der Scheiben der Zellen gewährleisten.

Es ist jedoch auch denkbar, die Metallschichten auf andere Art und Weise aufzu- bringen, z. B. durch Beschichten eines Kunststoffes mit Metall nach dem CVD- Verfahren.

Der Gesamtprozeß der Herstellung der erfindungsgemäßen EC-Zelle wird durch eine Reduzierung der Anzahl, sowie Vereinfachung der Prozeßschritte, wie z. B. durch eine Komplettmontage im Rahmen, sehr viel kostengünstiger. Der Komplexheitsgrad des EC-Systems wird durch die Verringerung der Anzahl der verwendeten Bauteile und Fertigungstechniken stark verringert.