專利名稱：透明電活性系統的制作方法
透明電活性系統本發明涉及一種透明電活性系統。更具體的說，其涉及含有具有不同氧化還原電勢的電活性物質的這類系統。這類具有電化學活性的物質，均可以利用在該物質所處位置產生的電勢而在氧化型和還原型之間轉換。這些物質可以是電致變色物質，讀者對該主題可以參考以下文獻P.M. S. Monk， R. J. Mortimer和D. R. Rosseinsky編著的“電致變色和電致變色器件”(劍橋大學出版社 2007年出版)。眾所周知，這類物質可形成具有光透射特性的透明系統，其中光透射特性可利用電信號進行變更。為此，可根據其氧化還原電勢，以及其在氧化型和還原型之間的光吸收率和/或顏色變化來選擇電活性物質。因此，該系統的光透射和/或其顏色可籍助于電子指令進行變更。電子指令是與容納電活性物質的媒質相接觸的兩個電極之間的電勢差或所施加的電流。該媒質是液體和/或凝膠，使得電活性物質可擴散或遷移至其中一個電極。當所述物質中的第一類物質接觸具有較高電勢的電極時，其被氧化。同時，第二類物質接觸具有較低電勢的電極時，其被還原。因而，這兩類物質相對于氧化型和還原型進行相反的轉化， 并且在該系統的光透射和/或顏色方面的整體變化是由各類物質在其氧化型和還原型之間的光吸收和/或顏色的各自變化所導致的。兩個電極都是透明的。它們可基于氧化銦錫(ITO)，或基于摻雜的氧化錫，比如，摻雜氟(FT0氟氧化錫)，或基于足夠薄的金屬薄膜，或基于無形的金屬網格，等等。兩個電極可以放置在容器相對的兩側，該容器內裝有含有電活性物質的媒質。但是，在這樣的系統構造中，通過該系統所透射的特定光線穿過其中一個電極，穿過含有電活性物質的媒質，然后穿過另一個電極。這樣，兩個電極各自吸收的殘余光會進行累積，導致該系統光透射降低。目前，用于電極的材料都具有明顯的光吸收性，使得該系統對于一些應用來說太暗了。根據一種可能的可選電活性系統構造，兩個電極可以并列設置在含有電活性物質的媒質的一側。但是，根據該可選構造所制造出來的系統不是完全透明的。由于電極材料和電極之間間隙材料的系數不同，它們會形成散射或衍射光線。此外，如果分隔開兩個電極的間距過大，則由于形成電極的材料和形成間隙的材料各自具有不同的光吸收率，使得電極之間的間隙變得可見。相反地，如果分隔開兩個電極的間隙過小，則在電極之間會出現條紋，電活性物質會在其中相互中和。這種中和會導致該系統逐漸褪色。這是因為作用于兩個電極之一上的物質會擴散或遷移至另一電極，并與后一個電極上的物質發生反應。因而，本發明的一個目的為提供透明電活性系統且其不存在上述缺陷。為此目的，本發明提供了一種透明電活性系統，使得透過該系統能夠獲得清晰的視野，其包括-限定密閉容器的外壁，該系統在通過外壁和相對兩側之間的密閉容器的視線方向上是透明的；
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-容納在該密閉容器中的液體和/或凝膠；-兩個透明的電極，它們在電子傳遞表面上與液體或凝膠相接觸，并分別連接到可變電源的兩個端點上；-第一和第二電活性物質，它們分散在液體或凝膠中，各自具有不同的氧化還原電勢，至少一些第一和第二電活性物質具有在氧化型和還原型之間可變的光學效應。本發明系統的特征在于兩個電極支承在兩個外壁中的同一個外壁上，且在含有液體或凝膠的密閉容器的同一側上平行于該外壁并列設置，這些電極之間分隔開的間距小于 250μπι( )ο此外，該系統還進一步包括在兩個電極之間的延伸高度為h的隔板，該高度h取決于電活性物質的遷移率、取決于施加到電活性物質上的電場，以及取決于系統的幾何結構。 一般來說，這個高度，從兩個電極的電子傳遞表面的平均高度開始測量，介于1-20 μ m(微米)。因此，根據本發明的系統既是透明的，并且具有這樣的結構兩個電極設置在含有電活性物質的容器的同一側。籍助于這種結構，給定光線僅僅只通過兩個電極中的一個而不是通過兩個電極。因而，該系統呈現出較高的光透射性。在本發明說明書的正文中，術語“透明”應理解為能夠從系統的一側透過系統清晰地看見位于系統另一側上的任何物體或場景。換句話說，透過該系統的光線可不受模糊視線的影響。具體而言，光線不會產生散射或者衍射，使得位于系統一側且距系統一定距離的點光源能夠透過系統在系統的另一側呈現為一個點。此外，兩個電極之間相互靠得足夠近，且平行于支承它們的該同一個外壁，肉眼不能看見這兩個電極之間的間隙。這樣，本發明的系統十分美觀并可應用于很多領域，如光學、眼科以及尤其是建筑領域。優選地，分隔開兩個電極之間的間距可小于100 μ m，甚至在 1-40 μ m之間，從而更加難以察覺。最后，本發明提供了放置在兩個電極之間的、位于分隔開兩個電極之間的間隙中的隔板，該隔板向著含有電活性物質的容器內部延伸。籍助于這個具有足夠高度的隔板，從而可抑制或減少電活性物質從一個電極向另一個電極的擴散或遷移，于是就不會在兩個電極中的任意一個上發生明顯的氧化或還原的電活性物質相互中和。這樣，該系統在兩個電極之間不會出現中間條紋，光學變化不能在這樣的中間條紋中進行自主控制。換句話說，增加了該系統可有效產生光透射和/或顏色變化的有效區域。于是，該系統可具有較高的表觀對比度。較佳的是，隔板的高度可比兩個電極的電子傳遞表面的平均高度要高大于或等于5 μ m。這樣，電活性物質在兩個電極之間的殘余擴散或遷移被進一步減少，而這些殘余擴散或遷移很有可能導致已在電極上發生氧化或還原反應的物質發生殘余中和。本發明的第一個優點得益于媒質的液態或凝膠狀態，電活性物質分散在該媒質中。籍助于媒質的這種狀態，電活性物質可更快速地擴散或者遷移至兩個電極中的一個或者另一個上，使得系統對轉換信號呈現出較短的響應時間，該信號是通過改變電源所傳輸的電壓來施加的。液態或凝膠狀態的媒質還簡化了該系統的制造工藝。本發明的第二個優點得益于僅利用一個外壁支承兩個電極的結構。籍助于這種結構，該系統可更簡單的生產并具有更少的制造步驟。尤其是，兩個電極可采用相同的沉積和刻蝕步驟同時進行生產。此外，在組裝該系統時，不再需要將兩個外壁相互對齊。
根據本發明的一個改進，該系統可進一步包括內壁網絡，其將密閉容器分隔成平行于外壁而并列設置的單元。兩個電極中至少一個與各個單元中所含有的液體或凝膠相接觸。籍助于對兩個外壁之間的封閉容器進行分隔，當打開一個單元時，含有整個系統電活性物質的液體或凝膠就不會流出系統。僅僅只有這個打開的單元中的部分液體或凝膠會流出，這樣，除了打開的那個單元之外，對于所有其他單元來說，保存了系統的完整性和功能性。尤其是，這種分隔使得系統在遭受切割后，除了在切割的路徑上，其他不會損壞。此外，內壁可以起到間隔器的作用，使外壁之間保持恒定的距離。當系統豎直定位時，它們尤其能夠防止外壁在液體或凝膠的靜壓作用下與底部脫離。可選地，內壁還防止了液體或凝膠內部的遷移。內壁的各自高度可高于或等于隔板的高度，優選地介于5 μ m-25 μ m之間，并垂直于外壁。事實上，含有電活性物質的媒質的厚度，使得由施加在兩個電極之間的電壓變化所控制的兩極端轉換狀態之間獲得極大反差。根據本發明的第一優選實施方式，對于至少一些單元來說，兩個電極各自與每個單元中所含有的液體或凝膠相接觸，也與設置在兩個電極之間單元中的部分隔板相接觸。 于是，單元中所含有的液體或凝膠中含有第一和第二電活性物質。這樣，在電控制的轉換期間，相對于系統操作而言，各個單元都是相互獨立的。在這種情況下，各個單元都不滲透地密封起來，使得各個單元相互隔絕，從而防止相鄰單元之間由于滲透而發生化學變化。根據本發明的第二優選實施方式，對于至少一些單元來說，兩個電極中只有一個與各個單元中所含有的液體或凝膠相接觸。這些單元中的第一單元由其中一個電極來提供電源，與該單元相鄰的第二單元由另一個電極來提供電源。于是，該系統包括在兩個單元之間的鹽橋，以確保各個獨立單元的電荷平衡。將兩個分別由各自電極提供電源的相鄰單元分隔開的內壁，從而如本發明所提供的那樣，形成了兩個電極之間的部分隔板。在這種情況下，這一部分隔板從系統的一個外壁向另一個外壁延伸，且具有大于3 μ m的高度，優選為大于5μπι。兩個電極的邊緣分別位于兩個相鄰的單元中，邊緣的間隔至少150μπι，優選為至少100 μ m,更優選地相隔5-40 μ m的距離。當由施加到兩個電極上的電壓所控制的本系統的不同狀態之間需要較高的光學對比度時，第一和第二電活性物質可都具有在這些物質的氧化型和還原型之間變換的光學效果。特別地，第一和第二電活性物質可在氧化型和還原型中的至少一個型式中，具有相對于這些型式互補的各自顏色，這樣當對系統進行操作時，這些顏色同時顯現。這種情況下，兩個電極可有利地以一定節距進行交替，這樣從本系統視線距離觀察無法區分互補顏色。因而，只能看到統一均勻的顏色。根據對本發明的另一個改進，該系統可進一步包括由透明及絕緣材料制成的條帶，其設置在兩個電極之間。該條帶和電極可分別具有光學厚度，這些光學厚度被設計為能產生各自的相位滯后，該相位滯后對于與電極的電子傳遞表面成適宜角度進行傳播的可見光波是相等的。這樣，可能由電極邊緣或者電極間的間隙導致的光的散射或衍射，被減少或防止。從而，該系統的透明度增加了。可選地，同樣旨在增加系統透明度，該系統還可包括一定量的設置在兩個電極之間的，用于吸收至少部分可見光的物質。這一定量的吸收物質優選地由支承電極的相同外
6壁支承，并位于電極的同側。同樣旨在增加本系統的透明度，分隔開電極的間隙的形狀可以是不規則的，從而在空間中平衡了由于電極的規則布置而導致的散射或衍射。“不規則形狀”的表述被理解為指既不是直線也具有由小于四個直線段組成的重復圖案的形式。隔板的形狀可與間隙的形狀相同。有利地，壁的形狀也可以是不規則的，從而進一步減少由壁引起的散射和衍射。這些各種改進增加了本系統的透明度。這些方式還使得分隔開電極的間隙增大了，同時還保持了較高的透明度。根據本發明的透明電活性系統可在不同應用中采用。尤其是，其可以形成窗格玻璃，比如用于建筑正面、眼科眼鏡透鏡、頭盔護目鏡或面罩透鏡。通過以下示意性的非限定性實施方式的說明并參考附圖，本發明的其他特征和優點將更為清晰，其中-
圖1和2為根據本發明系統的截面圖，分別對應于兩種不同的構造；-圖3a和北為根據本發明系統的俯視圖，其示出了對應于圖1中系統的可能的電極輪廓；-圖如和4b為根據本發明系統的俯視圖，其示出了對應于圖2中系統的可能的電極輪廓；-圖如和恥分別為對應于圖1和2的放大視圖，其示出了對本發明進行改進的可選實施方式。為了使這些圖比較清楚，所示的各元件的尺寸既不是按實際尺寸也不是對應于實際尺寸的比例。此外，不同附圖中相同的附圖標記表示相同元件或具有相同功能的元件。此外，本發明中所詳細描述的實施方式適用于眼科領域。但可以理解的是，在這一領域的應用僅作為示例，本發明可同樣適用于不同的應用領域。參考附圖1和2，兩個外壁10和11限定位于它們之間的密閉容器12。壁10和11 相互平行，可以是平面的或者是曲面的，并具有一定面積。比如，壁10可以是透明的有機薄膜、眼鏡透鏡或眼鏡坯料，而壁11可以為透明的有機密封薄膜。這種情況下，壁10可以由任何現今在眼科領域中使用的透明有機或無機材料制成。壁11可以由比如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、環烯烴共聚物(COC)、三乙酰纖維素(TAC)或聚碳酸酯(PC)制成。此外， 壁11可放置在構成壁10的眼鏡透鏡的凹面側。壁11的厚度要和用于將該壁11與透鏡10 進行組裝的方法相適應。比如，該厚度可以為50-200 μ m。此外，壁10和11可各自具有復雜的結構。具體的是，它們可各自包含一基壁元件以及設置在該基壁元件上的一個或多個涂層，該涂層賦予基壁元件附加性能。作為非限制性的示例，這些涂層可具有抗反射功能、 防塵土功能、機械保護功能、UV防護功能或者隔離氣體功能等。當壁10或11為透明有機薄膜時，堆疊可以轉移到有機或無機的基底上。在這種情況下，壁10或可選的壁11可設置為與該基底接觸。壁10在其向著容器12的一側上支承兩個分開的電極2和3。這些電極可以由任何本領域技術人員公知的導電材料制成。比如，它們可以由ITO制成。電極2和3可以具有各自的構型，這兩個構型相對于壁10的區域互補，從而覆蓋住除了隔開這些電極的間隙 IS之外的壁的所有區域。間隙IS使得在壁10上的兩個電極相互絕緣。比如，電極2和3 可分別具有相互交錯的梳子狀的構型。
附圖33/ 和!3b/4b分別示出了電極2和3的兩種可能的構型。這些圖中，附圖標記加和3a表示用來將電極2和3分別連接到電源(未示出)的輸出端的端點，該電源用來控制系統并為其提供電流。圖3a和如中的構型是直線型的。每個電極2，3包括基礎分支，分別標記為2b和 3b，以及連接到相應基礎分支上的各自的延長部2c和3c。延長部2c和3c在平行于基礎分支2b和北的方向上相互交錯，從而除了間隙IS以外完全覆蓋壁10。附圖北和4b中的構型是不規則的。換言之，電極2和3具有平行于外壁10和11 的不規則輪廓。這樣的不規則輪廓防止了在特定方向上，由于電極的輪廓而引起的大量光的衍射。這樣，當系統相對于外部觀察者轉動或當眼鏡配戴者的眼睛通過鏡片看不同的方向時，不會觀察到閃爍。優選地，電極2和3的輪廓可以具有平行于壁10和11的二維不規則形狀。“二維不規則形狀”的表述應被理解為指在平行于壁10和11的所有方向上都呈現為不規則。隔板1相對于電極的不規則型式進行排列。有利的，壁4的形狀也被構造成不規則的，從而進一步減少由于壁而引起的散射或衍射。因而，對于光線穿過系統可經歷的所有偏斜，都減少或防止了閃爍。隔開電極2和3的間隙IS的寬度d可以是介于1和40 μπι之間的恒量。比如，其可以大概等于20 μ m。電極延長部2c和3c的寬度e可以介于10-5000 μ m之間。比如，其可以平均約為 50-500 μ m 之間。電極2和3在垂直于壁10方向上可具有相同的厚度e2，比如是0. 3 μ m。可選地，透明材料制成的條帶7可設置在電極2和3之間的間隙IS中，其垂直于壁10方向上的厚度取決于電極的厚度。這樣，電極2和3與條帶7都可產生相位滯后，該相位滯后在用于光線穿過的整個壁10上都是一致的，該光線通過一個或另一個電極或通過間隙IS來穿過系統10。在圖1和2中，D表示在系統相對的兩側之間穿過本發明系統的光線的路徑。D可以垂直或不垂直于壁10和11。條帶7使得可以降低光線的強度，該光線會由于電極2和3的邊緣而引起散射或衍射。比如，條帶7可由氧化鈦(TiO2)或氧化鋁 (Al2O3)制成，條帶7的厚度e7可利用公式An7Xe7= An2Xii2來確定，其中An7 ^P An2^ 別指條帶7的材料和電極2，3的材料相對于容器12中媒質的折射率之差。可選地，系統還可以包括吸收至少部分可見光的一定量的物質，該物質被放置在電極2和3之間的間隙IS中。這樣的物質同樣減少了由于電極2和3的邊緣而引起散射的光。有利的是，這樣的吸收物質可以是黑色的。根據一種將吸收物質引入系統的經濟的方法，該物質可以是一種或多種染料，該染料優先分散在電極2和3之間的壁10上。在圖 5a和恥中該一定量的吸收物質用附圖標記8表示。裝在密閉容器12中的電活性物質與電極2和3 —起形成了可逆的電化系統。在公知方式中，這些物質必須屬于至少兩個獨立的電化學電偶，它們分別與不同的氧化電勢配合。因此，第一物質屬于第一電化學電偶，且它們每一第一物質都具有氧化型和還原型。 當第一物質與兩個電極2和3中連接到電源正極的電極接觸時，每一第一物質從其還原型轉變為氧化型。當第一物質與連接到電源負極的電極接觸時，它會從其原來的氧化型遭受相反的轉化。當這兩個氧化型和還原型具有不同的光線吸收特性或顏色時，每一次轉換都會導致系統在相應的電極上發生光透射或顏色的變化。
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同樣地，第二物質屬于第二電化學電偶，每一第二物質同樣具有氧化型和還原型。 該第二電偶的特性與第一電偶相同。當施加到電極2和3上的電壓大于兩個電偶之間氧化電勢的差時，具有最低氧化電勢的電偶的氧化物質與在該時刻兩個電極中和電源負極連接的電極發生反應。另一電偶的還原物質與另一個電極發生反應。由此，該系統發生了由電源傳遞的電壓所控制的光學轉換。當施加在電極2和3上的電壓移除后，兩電偶的物質一起作用，并自然的分別回復到其原始的，氧化或還原型，這樣系統恢復其原始光學形式。從而獲得了相反的光學轉換。第一和第二電活性物質可從本領域技術人員公知的電化學電偶中選擇。根據非限定性實例，這些電致變色物質可以為比如紫羅堿、咔唑、基于苯二胺的化合物、基于醌的化合物、基于萘并吡喃的化合物等。它們可以分散于裝在容器12中的液體或凝膠中，該液體或凝膠確保了這些物質能夠遷移，從而這些物質能夠在電極2和3中的一個或另一個上發生電化學反應。這種分散媒質可以是兩種電化學電偶的氧化型及還原型的溶劑。比如，當第一電活性物質為乙基紫高氯酸鹽(0.2M)，第二電活性物質為N，N，N' ,N'-四甲基苯二胺(0.2M)時，分散媒質可以為基于碳酸丙烯酯的物質。兩個電化學電偶的物質可以各自具有在其氧化型和還原型之間不同的光學效果。 這種情況下，系統的光學轉換是兩個電化學電偶的各自光學變化的結合，一個電偶處于氧化趨勢，另一電偶處于還原趨勢。具體的是，其中一個電偶的物質在其氧化型或還原型時是有色的，而另一電偶的物質在其另一氧化或還原型時是有色的。這種情況下，這些顏色同時出現或消失，這取決于通過電極施加到該系統上的電子指令。當它們分別在相應的電極上同時出現時，若電極以足夠微小的節距相互交錯并交替時，可以看到系統顯現出來的顏色是均勻的。具體的是，電極交替的節距可根據觀察者和系統之間的距離進行選擇。所顯現的顏色是每一帶顏色物質的實際顏色的混合。可選地，在各自電極上同時出現和消失顏色的兩電偶的物質可具有基本上相同的顏色。可選地，屬于其中一個電偶的第一或第二電活性物質，可以具有在其氧化型和還原型之間變化的光學效果，而屬于另一電偶的另一物質，在其氧化型和還原型之間不發生光學變化。這種情況下，用于將電子傳輸到不發生光學變化的物質上的電極2或3所具有的電子傳遞表面，比另一個電極的電子傳遞表面小，后者用于與會發生光學變化的物質交換電子。因此，盡管兩電偶中的一個不發生光學變化，壁10的區域上仍然可以用于在轉換狀態之間獲得較高的光學對比度。根據本發明，設置在電極之間的隔板在圖中標記為1。其在電極2和3之間，從壁 10位于系統內部的一側或當條帶7存在時從條帶7開始向著容器12內部延伸。隔板1的高度和厚度分別用h和f表示。厚度f可大于或等于0. 1 μ m，比如介于0. 5和8 μ m之間。電極2和3各自的電子傳遞表面平行于壁10。在圖1和2中，它們分別以S2和 S3表示。通常，它們位于壁10支承兩個電極的一側水平面上，對應于電極的厚度％。這種情況下，隔板1的高度h從兩個電極2和3的電子傳遞表面的共有水平面上開始測量。在一般情況下，尤其是如果電子傳遞表面不是在壁10之上的一共同水平面時，高度h從電極的電子傳遞表面的各自水平面的平均高度開始測量。隔板1增加了液體或凝膠內的電活性物質在電極2和電極3之間的距離，并減少
9了它們的電遷移。通過這一增加，與兩個電極中的一個或另一個反應的各電偶的物質只有在大量增加的擴散或遷移時間后才能與另一電偶的物質接觸。實際上，根據隔板1的高度 h，這一時間比連續指令的間隔時間要長很多，該連續指令用以在該系統的兩個相反轉換狀態之間進行轉換。因此，分別在各自電極上發生氧化或還原反應的兩電偶的物質的相互中和得以防止。因而，該系統不會在兩個電極之間出現顏色與電控制狀態不相應的條紋。此外，該系統的電流損耗也減少了。此外，在此處說明的本發明優選的實施方式中，容器12由內壁4的網格分隔成多個單元5。壁4從外壁10或從由外壁支承的元件上延伸到容器12內部。特別地，壁4可由電極2和3中的一個或另一個支承，或者當系統中存在條帶的情況下由條帶7支承。每一內壁4在垂直于壁10的方向上可具有1-50 μ m的高度，優選地為5-25 μ m，其厚度約為 0. 5μπι。壁4的網格形成了對容器12的分隔，這樣包含電活性物質的液體或凝膠被分散并封閉在單元5中。然后，具有控制組分的適量液體或凝膠，通過比如迭片結構被統一引入到所有單元5中，或通過比如材料注射頭如噴墨頭分別弓I入到每一個單元5中。然后，外壁11 封蓋在單元5與壁10相對的一側上。為此，可在外壁11和內壁4的頂部之間設置膠黏劑薄膜13。薄膜13的厚度選擇為能夠確保良好的粘著力。薄膜13的厚度比如為8-15 μ m， 且可由聚苯乙烯(PS)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 聚亞安酯(PU)等制成。隔板1，和內壁4，可以是基于有機、無機或兩者混合的材料制成。該材料可特別地通過壓花、絲網印刷、噴墨打印、旋涂或噴灑方式，隨后進行刻蝕步驟而設置在外壁10上。 該材料可以為比如二氧化硅(SiO2)或氧化鋁(A1A)。可選地，隔板1和內壁4可由光阻材料制成。然后，該系統的制造是通過在外壁10上依次實施以下的步驟來進行制造電極2 和3，可選擇地制造條帶7或8，制造隔板1和內壁4、以及填充單元5。然后，壁10和11相互組裝，從而密封成完整的系統。根據本發明系統的兩種不同的構造，隔板1可獨立于內壁4，或者與部分內壁4重合。但可以理解的是，總體而言，本發明中對隔板1的使用與對內壁4的使用無關，內壁4 用于將容器12分隔成并列設置的單元。根據第一種構造，隔板1與內壁4相分離，如圖l，3a，;3b和fe中所示。隔板1的高度h可以為，比如5 μ m，壁4的高度可以為20 μ m。在該第一種構造中，每一個單元5都含有一部分電極2和一部分電極3，以及位于兩個電極部分之間的一部分隔板。容納在每一個單元5內的液體同時含有兩種電化學電偶的物質。因此，每一個單元5獨立于其他單元， 所有單元可相應于在兩個電極之間施加的相同電壓而同時工作。因而，每一個單元5被不可滲透地密封起來，這樣相鄰單元之間沒有物質穿過。比如，薄膜13可以由壓敏材料制成， 其通常被稱為PSA即壓敏膠，該膠粘結到外壁11和內壁4的頂部上。在第二種構造中，隔板1與一部分內壁4重合，如圖2，4a，4b*恥中所示。可以注意到，壁4形成了部分隔板1。這種情況下，隔板1的高度h即為壁4的高度。在該第二種構造中，每個單元5中僅包含屬于電極2或電極3中的一個電極部分。此外，各包含一個電極部分的單元，至少相鄰于另一包含了另一個電極部分的單元。當系統進行轉換時，兩單元像電池一樣以互補的方式工作。在這種情況下，各單元5可僅包含兩個電化學電偶中一個電偶的物質，或者包含兩個電化學電偶的物質，具體的是取決于分別施加到兩個電極2 和3上的極性。兩個相鄰的單元，一個由電極2提供電源而另一個由電極3提供電源，然后通過鹽橋6將兩者電連接起來。該鹽橋的電學特性和組成成分對本領域技術人員而言是公知的。鹽橋6可以是對于所有電活性物質和電解液的離子化物質都是可滲透的，或者是對第一和第二電活性物質不可滲透的。在這第二種情況下，各電活性物質可以永久地封裝在相鄰單元的其中一個里面。這樣，對于不是由向其提供電源的電極所驅動的電化學電偶的物質，各單元中可以不含該電化學電偶的物質。從而節省了電活性物質。根據第一種變形，鹽橋6可以由設置在內壁4頂部上的凝膠膜或隔膜構成，位于電極2，3相對的一側上。該構成鹽橋6的薄膜，其厚度具體取決于內壁4的高度。該垂直于壁10和11的厚度可以比如約為ΙΟμπι。可選擇地，該凝膠還可以構成薄膜13，該薄膜13 通過使壁10和11相互固定而確保系統粘合。根據第二種變形，將分別由電極2和電極3提供電源的兩個單元5分隔開的內壁 4，可以構成鹽橋。為此，該壁可以是多孔的且對于離子可滲透的，從而使得離子可以在兩個單元之間傳遞。這種情況下，對壁4上方的密封可以是不可滲透的，這樣電活性物質和電解質的離子物質都不能穿過該密封。鹽橋形成于壁4的上方，以及鹽橋由壁4構成，這兩種變形可同時使用在特定系統中。當至少有三個電化學電偶，它們在氧化型或還原型時具有互補的顏色，該顏色在系統轉換時同時出現，此時第二種構造特別有利，該構造與一組相鄰的單元相配合。這是因為這樣一組單元呈現為系統區域上一個肉眼可見的元素，系統在高光透射狀態和低光線透射狀態之間轉換，該兩種狀態可以具有中和的顏色。每一組單元的尺寸可根據觀察者和電活性系統之間的距離進行選擇。在鹽橋對于第一和第二電活性物質不可滲透的各種情況下，著色后的這些物質發生再結合的情形被完全阻止了。因此，所形成的系統是雙穩態的。通過施加相反的電壓或電流，便可使該系統褪色。可理解的是，本發明可相對于上文詳細描述的具體實施方式
對該系統進行更改， 同時保留至少一些上述優點。特別地，一些元件的尺寸和材料可適于各種應用中，并且圖 3a, 3b, 4a和4b中呈現的電極形狀是可以修改的。此外，本發明可應用于制造除電致變色系統之外的電活性系統。
權利要求
1.一種透明電活性系統，使得可以通過所述系統得到清晰的視線，其包括-限定密閉容器(1 的外壁(10，11)，該系統在穿過外壁和位于兩相對側之間的所述密閉容器的視線方向⑶上是透明的；-裝在該密閉容器(1 中的液體和/或凝膠；-兩個透明電極0，3)，在電子傳遞表面上與所述液體或凝膠接觸，并分別連接到可變電源的兩個端點上；-分布在液體或凝膠中的第一和第二電活性物質，其分別具有不同的氧化還原電勢，至少一些第一和第二電活性物質具有在所述物質的氧化型和還原型之間變化的光學效果，其特征在于，兩個電極(2，3)由兩外壁中的同一個外壁(10)支承，并且在容納液體或凝膠的密閉容器(12)的同一側上，平行于所述外壁并列設置，且所述電極之間的分隔距離 (d)小于 250 μ m，并且，該系統進一步包括位于兩個電極(2，3)之間的，向著密閉容器內部延伸一定高度(h)的隔板(1)，該高度(h)介于1_20μπι之間，所述高度從兩個電極的電子傳遞表面的平均高度開始測量。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，隔板(1)的高度(h)為高于兩個電極(2， 3)的電子傳遞表面的平均高度大于或等于5 μ m。
3.根據前述任一權利要求所述的系統，其特征在于，兩個電極(2，3)之間分隔的距離 (d)小于100 μ m，優選為介于1禾Π 40 μ m之間。
4.根據前述任一權利要求所述的系統，其進一步包括內壁網格，其將密閉容器 (12)分隔成平行于外壁(10，11)且并列排列的單元(5)，其中兩個電極0，3)中的至少一個電極與裝在各單元中的液體或凝膠接觸。
5.根據權利要求4所述的系統，其特征在于，各內壁(4)垂直于外壁(10，11)的高度大于或等于隔板(1)的高度，優選為介于15μπι和25μπι之間。
6.根據權利要求4或5所述的系統，其特征在于，對于至少一些單元(5)，兩個電極(2， 3)均與裝在各單元中的液體或凝膠接觸，所述單元中設置有位于兩個電極之間的部分隔板 (1)，且裝在所述單元中的液體或凝膠含有第一和第二電活性物質。
7.根據權利要求4或5所述的系統，其特征在于，對于至少一些單元(5)，兩個電極(2， 3)中僅有一個與各單元中的液體或凝膠接觸，由其中一個電極( 提供電源的第一單元， 其與第二單元相鄰，該第二單元由另一個電極C3)提供電源，在兩單元之間具有鹽橋(6)， 分隔所述第一和第二單元的內壁(4)形成兩個電極之間的部分隔板(1)。
8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，鹽橋(6)對第一和第二電活性物質是不可滲透的。
9.根據權利要求7或8所述的系統，其特征在于，鹽橋由設置在內壁(4)頂部的凝膠膜或隔膜構成，其位于電極(2，3)的相對側。
10.根據權利要求1至9中任一權利要求所述的系統，其特征在于，第一和第二電活性物質均具有在所述物質的氧化型和還原型之間變化的光學效果。
11.根據權利要求10所述的系統，其特征在于，第一和第二電活性物質至少在其氧化型和還原型中的一種型式時具有各自的顏色，這些顏色相對于所述型式互補，這樣當系統運行時所述顏色同時出現。
12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，兩個電極0，3)以小于Imm的節距相互交替，且平行于支承所述兩個電極的外壁(10)。
13.根據權利要求1至9中任一權利要求所述的系統，其特征在于，第一或第二電活性物質具有在所述物質的氧化型和還原型之間變化的光學效果，所述第一物質和第二物質中的另一物質不具有在所述另一物質的氧化型和還原型之間變化的光學效果，其中一個電極 (2,3)用于向不具有可變光學效果的那些物質傳遞電子，該電極的電子傳遞表面小于用于向具有可變光學效果的那些物質傳遞電子的另一個電極0，3)的電子傳遞表面。
14.根據前述任一權利要求所述的系統，其特征在于，隔板(1)由基于至少一種有機、 無機或兩者混合的材料或基于光阻的材料制成。
15.根據權利要求1至14中任一權利要求所述的系統，進一步包括由透明且絕緣材料制成的條帶(7)，其設置在兩個電極(2，；3)之間，所述電極和所述條帶的各自厚度被設計為可以分別產生相位滯后，該相位滯后對于與電極的電子傳遞表面成適當角度傳播的可見光波是相等的。
16.根據權利要求1至14中任一權利要求所述的系統，進一步包括一定量的吸收至少部分可見光的物質(8)，其位于兩個電極(2，；3)之間。
17.根據權利要求16所述的系統，其特征在于，吸收物質是黑色的。
18.根據權利要求16或17所述的系統，其特征在于，吸收物質包括至少一種染料，其散布在支承兩個電極(2，3)的外壁(10)上，位于所述電極的一側上并位于所述電極之間。
19.根據前述任一項權利要求所述的系統，其特征在于，電極(2，3)具有平行于外壁 (10，11)的不規則輪廓。
20.根據權利要求19所述的系統，其特征在于，電極0，3)的輪廓具有平行于外壁 (10，11)的二維不規則形狀。
21.根據前述任一權利要求所述的系統，其可以構成窗格玻璃、眼科眼鏡透鏡、頭盔護目鏡或面罩透鏡。
全文摘要
本發明涉及一種透明電活性系統，其包括兩個并列設置于含有電活性物質的密閉空間(12)同一側上的電極(2，3)。兩個電極間隙距離小于250μm，以及向著密閉內部延伸的隔板(1)設置在兩個電極之間。因此，在兩個電極之間的間隙是看不見，從而避免電活性物質之間的相互中和。有利的是，在密閉空間內相互分隔開的單元(5)中含有電活性物質。因此，隔板(1)可以獨立于單元之間的分隔壁(4)，或者也可以與部分單元壁重合。
文檔編號G02F1/15GK102216842SQ200980146831
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月7日 優先權日2008年10月9日
發明者克勞丁·比韋, 桑德里內·杜盧阿德, 金-保爾·卡諾 申請人:依視路國際集團(光學總公司)