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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf elektrochrome Fenster, wie beispielsweise die Außenfenster eines Gebäudes. Die vorliegende Erfindung ist auch für andere Zwecke anwendbar, wie beispielsweise bei Fenstern in Kraftfahrzeugen, wie auch bei verschiedenartigen anderweitigen Strukturen und/oder Vorrichtungen mit Fenstern. Näherhin betrifft die vorliegende Erfindung elektrochrome Fenster, bei welchen Änderungen der Farbe eines in diesen Gebilden enthaltenen elektrochromen Mediums bei Betrachtung aus einer vorgegebenen Richtung entweder verstärkt oder verdeckt werden kann, und bei welchen Änderungen der Lichtdurchlässigkeit eines in derartigen Gebilden angeordneten elektrochromen Mediums bei Betrachtung von gleich gut beleuchteten gegenüberliegenden Seiten des elektrochromen her Gebildes eines unterschiedliche Abgeschiedenheit bzw. Abgeschlossenheit (,privacy') ergeben.
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Hintergrundstand der Technik
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Es wurden bereits teilweise lichtdurchlässige Spiegel, die manchmal als Einwegspiegel bezeichnet werden, geschaffen, mittels welcher eine private Absonderung (Abgeschiedenheit, Abgeschlossenheit, 'privacy') durch Anwendung unterschiedlicher Lichtpegel auf gegenüberliegenden Seiten eines teilweise lichtdurchlässigen, mit Reflexionsüberzug versehenen Fensters erreicht werden kann. Eine andere bekannte Technik für Zwecke privater Absonderung bzw. Abgeschiedenheit (privacy) ist ein Fenster aus in einem Polymer dispergierten flüssigen Kristallmaterial, welches Licht streut, um Abgeschlossenheit zu schaffen. Mit noch anderen bekannten Techniken wurden elektro-optische Fenster mit variabler Durchlässigkeit geschaffen, bei welchen die Sichtbarkeit durch ein Fenster hindurch mittels Verringerung der Lichtdurchlässigkeit durch ein elektro-optisches Medium hindurch reduziert wurde, wobei das Niveau an Abgeschlossenheit, des hier als Verhältnis von Reflexionsvermögen zu Durchlaßvermögen definiert ist, bei Betrachtung von beiden Seiten des Fensters unter gleichen Beleuchtungssituationen annähernd gleich ist. Um mit diesem Typ elektro-optischer Vorrichtungen für Beleuchtungsniveaus, wie sie in den meisten Gebäuden üblich sind, vernünftige Niveaus an Absonderung bzw. Abgeschlossenheit zu erzielen, ist eine niedrige Durchlässigkeit von weniger als oder gleich 5% erforderlich. Typischerweise ist die Herstellung einer elektro-optischen Vorrichtung mit niedriger Lichtdurchlässigkeit im abgedunkelten Zustand teurer und schwieriger. Auch ist es häufig erwünscht, einen höheren Grad an privater Absonderung bei Betrachtung von einer Seite eines elektro-optischen Fensters als von der anderen Seite des Fensters her zu haben. Dies läßt sich mit bekannten elektro-optischen Vorrichtungen variabler Lichtdurchlässigkeit nicht erreichen.
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Es wurden bisher auch schon verschiedene elektrochrome Vorrichtungen vorgeschlagen, bei welchen die Lichtdurchlässigkeit von sie durchsetzendem oder von ihnen reflektiertem Licht als Funktion von Änderungen in der Lichtabsorption eines in den Vorrichtungen enthaltenen elektrochromen Mediums veränderlich ist, wobei die Lichtabsorption des elektrochromen Mediums ihrerseits in Abhängigkeit von einem an das elektrochrome Medium angelegten elektrischen Potential variiert. So wurden Vorrichtungen mit reversibel veränderbarer Lichtdurchlässigkeit für Anwendungen wie beispielsweise Lichtfilter, variabel reflektierende Spiegel und Display-Vorrichtungen vorgeschlagen. Zu Lichtfiltern mit Variabler Lichtdurchlässigkeit gehören unter anderem Fenster und Tafeln bzw. Platten, bei welchen die Lichtdurchlässigkeit bzw. Lichtreflektivität durch thermochrome, photochrome oder elektro-optische Mittel, wie beispielsweise Flüssigkristalle, dipolare Suspensionen, elektrophoretische und elektrochrome Mittel, entweder in Lösungsphase oder im festen Zustand oder in Hybridform, variierbar ist, und bei welchen die Eigenschaften variables Durchlässigkeit wenigstens im sichtbaren Lichtspektrum vorliegen, d. h. für Licht mit Wellenlängen von etwa 3800 Angström bis etwa 7600 Angström. Vorgeschlagene Steuersysteme für Fenster und Tafeln bzw. Platten mit veränderlicher Durchlässigkeit gestatten entweder die manuelle Steuerung der Lichtdurchlässigkeit der Fenster bzw. Platten durch Anlegen von elektrischem Potential an ein elektro-optisches Medium zur Abdunkelung der Fenster und Platten, oder die Fenster und Platten können automatisch mittels beispielsweise Photozellen oder photo-voltaischer Vorrichtungen oder anderer Vorrichtungen abgedunkelt werden, welche das Anlegen von elektrischem Potential an das elektro-optische Medium bewirken. Zahlreiche bekannte elektrochrome Vorrichtungen sind in dem am 8. September 1998 erteilten
US-Patent 5 805 330 A betreffend 'Electro-optic Window Incorporating a Discrete Photovoltaic Device' angegeben. Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung ist Inhaberin des US-Patents 5 805 330 A.
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Die
US 5 780 160 A offenbart elektrochrome Vorrichtungen und Verfahren zu deren Herstellung, die keinen separaten Verfahrensschritt zur Ioneninterkalation erforderen, indem ein elektrochromer Hinsicht inerter reduzierender oder oxidierender Zusatz in dem elektrochrom aktiven Material oder dem Elektrolyt der elektrochromen Vorrichtungen verwendet wird.
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Die
US 5 725 809 A betrifft ein Verfahren zum Füllen einer großflächigen elektrochromen Vorrichtung mit einer elektrochrom aktiven Fläche von mindestens etwa 110 cm
2, die zwei voneinander beabstandete Platten umfasst, wobei jede Platte eine nach innen gerichtete leitfähige Oberfläche besitzt, die voneinander beabstandeten Platten an ihrem Umfang durch eine Umfangsdichtung voneinander getrennt sind und die Umfangsdichtung einen Bereich der jeweiligen Platte umschließt, um einen Hohlraum in der Vorrichtung zu bilden, wobei das Füllverfahren das Anbringen eines kleinen Spalts in dieser Dichtung, Anordnen der Vorrichtung in einer Kammer zusammen mit einem Behälter mit einem flüssigen elektrochromen Medium und Evakuieren der Kammer, Absenken dieser Zelle in dem Behälter mit dem flüssigen elektrochromen Medium, so dass sich der kleine Spalt unterhalb der Oberfläche des flüssigen elektrochromen Mediums befindet, wobei das elektrochrome Medium ein organisches Lösungsmittel mit einem Dampfdruck von weniger als 3,2 mm Quecksilber bei 25°C enthält, Aussetzen des elektrochromen Mediums einer Quelle eines Inertgases mit einem Druck, der höher als derjenige in dem Hohlraum der Vorrichtung ist, wodurch das Fließen dieses Mediums in den Hohlraum der Vorrichtung bewirkt wird, und Versiegeln des Spalts in der Umfangsdichtung der Vorrichtung umfasst.
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In der Literaturstelle Andersson, A. M. et al.: „Electrochromic LixWO3/polymer laminate/LiyV2O5 device: toward an all-solid-state smart window”, Applied Optics Vol. 28, No. 15, S. 3295–S. 3302 (1989) wird ein Zweischichtlaminatansatz zur Herstellung elektrochromer intelligenter Fenster beschrieben. Dieser Ansatz umfasst zwei Glasscheiben, die jeweils eine zweischichtige Beschichtung aufweisen und mit einem transparenten, adhäsiven, festen Polymerelektrolyt laminiert sind. Jede Beschichtung hat eine transparente leitfähige Grundschicht (In2O3:Sn) und eine Deckschicht einer Ioneninsertionsverbindung (basierend auf WO3 oder V2O5).
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden elektrochrome Fenster geschaffen, bei welchen eine unterschiedliche Absonderung bzw. Abschließung bei Betrachtung aus einer vorgegebenen Richtung verstärkt werden kann oder bei welchen Änderungen in der Farbe eines in den Gebilden enthaltenen elektrochromen Mediums bei Betrachtung aus einer vorgegebenen Richtung, wie beispielsweise bei Betrachtung von der Außenseite eines Gebäudes her oder bei Betrachtung von einer Seite einer durchsichtigen Innenwandung in einem Gebäude her, verstärkt oder maskiert werden kann.
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Die vorliegende Erfindung eignet sich beispielsweise für Fenster an der Außenseite eines Gebäude und ist auch in durchsichtigen Tafeln bzw. Paneelen oder Platten oder Trennwandungen im Inneren eines Gebäudes anwendbar, wie beispielsweise durchsichtigen Trennwänden oder Paneelen, welche einen Raum definieren, wobei diese Unterteilungs- bzw. Trennwände oder Platten nach Wunsch für Zwecke der privaten Absonderung bzw. Abgeschiedenheit (privacy) abgedunkelt werden können. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit die private Absonderung bzw. Abschließung auf einer Seite eines elektrochromen Fensters dadurch erhöht werden, daß man das Reflexionsvermögen auf einer der Oberflächen des in dem Fenster oder Paneel enthaltenen gegenüberliegenden Substrats erhöht. Des weiteren können teilweise lichtreflektierende Überzüge in die Fenster in einer vorgegebenen Weise eingebaut werden, derart, daß jegliche Änderungen im Aussehen eines Gebäude in Folge von Änderungen der Farbe des elektrochromen Mediums für Betrachtung von der Außenseite des Gebäudes her maskiert werden können, oder alternativ können partiell lichtreflektierende Überzüge in die Fenster oder Paneele in einer vorgegebenen Weise eingebaut werden, derart daß Änderungen im Aussehen eines Gebäudes in Folge von Änderungen der Farbe des elektrochromen Mediums bei Betrachtung von außerhalb des Gebäudes her verstärkt werden können.
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Somit ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster, welche verbesserte Mittel zur Variierung des durch die Gebilde durchgelassenen Lichts aufweisen und bei welchen die private Abgeschiedenheit bzw. Abgeschlossenheit (privacy) durch Erhöhung der Reflexionseigenschaften eines Substrats relativ bezüglich einem anderen in dem elektrochromen Gebilde eingebauten Substrat erhöht werden kann.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung von Nachteilen in bekannten elektro-optischen Fenstern der bezeichneten Art und die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster, bei welchen Änderungen in ihrer sichtbaren Farbe bei Betrachtung aus einer vorgegebenen Richtung entweder verstärkt oder maskiert werden können.
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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster, bei welchen die Durchlässigkeit für sie durchsetzendes Licht oder das Reflexionsvermögen von Licht an ihnen von Hand oder automatisch zur Erzielung eines ästhetisch gefälligen Aussehens, oder funktionell, d. h. zur Anzeige eines Musters oder Textes auf einer Gebäudeaußenfläche, gesteuert werden kann.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster mit verbesserten Mitteln zur Schaffung eines höheren Grads an privater Absonderung bzw. Abgeschlossenheit, d. h. des Verhältnisses von Lichtreflexion zu Lichtdurchlässigkeit, als bei nach dem Stande der Technik bekannten elektro-optischen Fenstern und Platten bzw. Tafeln mit variabler Durchlässigkeit.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster, welche die Verwendung einer teilweise lichtreflektierenden und einer teilweise lichtdurchlässigen Komponente als Elektrode für das elektrochrome Medium gestatten.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung verbesserter elektrochromer Fenster, welche bei Betrachtung der Fenster aus einer Richtung, verglichen mit Betrachtung aus einer anderen Richtung, unterschiedliche Grade an privater Abgeschiedenheit bzw. Absonderung (privacy) ergeben.
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Diese und weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Merkmale der Erfindung und ihre technischen Vorteile lassen sich aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersehen; in diesen zeigen:
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1 eine vereinfachte Schnittansicht einer Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine vereinfachte Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine vereinfachte Schnittansicht einer weiteren anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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In der Zeichnung und näherhin in
1 ist schematisch ein elektrochromes Gebilde in Form eines als Ganzes mit
10 bezeichneten Fensters, welches die vorliegende Erfindung verkörpert, veranschaulicht. Das elektrochrome Gebilde kann in Form eines Außenfensters an einem Gebäude vorliegen, und die vorliegende Erfindung eignet sich auch zur Anwendung für andere Zwecke wie beispielsweise als Fenster in Kraftfahrzeugen, und verschiedenen anderen Gebilden oder Bauwerken mit Fenstern. Elektrochrome Fenster gemäß der vorliegenden Erfindung weisen allgemein einen Rahmen
12 auf, der als Träger bzw. Halterung für die anderen Bestandteile des elektrochromen Fensters dient und auch für elektrische Leitungszwecke verwendet werden kann. Der Rahmen
12 trägt somit durchsichtige Glas- oder Kunststoffsubstrate und elektrochrome Mittel, wie sie im folgenden im einzelnen beschrieben werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Fenster
10 eine dünne Schicht
14 aus einem elektrochromen Medium, die zwischen zwei durchsichtigen, insbesondere optisch durchsichtigen Substraten
16 und
18 angeordnet ist. Bei Anlegen eines elektrischen Potentials an das elektrochrome Medium
14 verdunkelt sich dieses und beginnt, Licht zu absorbieren. Je höher die Spannung, um so dunkler wird das Fenster. Wird die elektrische Spannung auf Null verringert, kehrt das Fenster in seinen klar-durchsichtigen Zustand zurück. Die elektrochromen Bauteile eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Fensters können beispielsweise von dem Typ sein, wie er in dem für die Anmelderin der vorliegenden Erfindung am 20. Februar 1990 erteilten
US-Patent 4 902 108 A betreffend 'Single-Compartment, Self-Erasing, Solution-Phase Electrochromic Devices, Solutions For Use Therein, and Uses Thereof' beschrieben ist. Und ebenso können gegebenenfalls auch andere Arten und Typen elektrochromer Materialien für die Ausübung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. So beschreibt und beansprucht beispielsweise das erteilte
US-Patent 6 020 987 A mit dem Titel 'An Improved Electrochromic Medium Capable of Producing a Preselected Color' ein elektrochromes Medium, das in löslicher Phase, auf eine Oberfläche begrenzt, in Hybridform oder elektrisch abgeschieden vorliegen kann und eine vorgegebene Farbe hervorzurufen vermag. Falls ein elektrochromes Medium in Lösungsphase verwendet wird, sollte es vorzugsweise eine vernetzte Polymermatrix zur Verringerung des hydrostatischen Drucks enthalten. In der internationalen Patentanmeldung
WO 97/34186 A1 betreffend 'Improved Electrochromic Layer and Devices Comprising Same' werden bevorzugte vernetzte Polymermatrixmaterialien beschrieben und beansprucht.
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Das die vorliegende Erfindung verkörpernde Fenster 10 ist in 1 der Zeichnung in schematischer vereinfachter Querschnittsansicht wiedergegeben, und da einige der Schichten des Fensters sehr dünn sind, ist der Maßstab aus Gründen der besseren zeichnerischen Darstellung verzerrt. Gemäß 1 weist das Fenster 10 eine dicht verschlossene Kammer 20 auf. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung sei angenommen, daß das durchsichtige Element 16 zur Außenseite eines Gebäudes gerichtet ist, während das durchsichtige Element 18 zur Innenseite eines Gebäudes gerichtet ist. Das durchlässige bzw. durchsichtige Element 15 ist mit einem teilweise lichtreflektierenden und einem teilweise lichtdurchlässigen Überzug 22 beschichtet, wobei die Schicht 22 auch elektrisch leitend ist. Die Schicht 22 kann eine Kombination einer Mehrzahl oder Vielzahl von Schichten sein, wobei die einzelnen Schichten entweder elektrisch leitend oder nichtleitend sein können, jedoch muß die mit der Flüssigkeit in Kontakt stehende Schicht elektrisch leitend sein. Das andere durchsichtige Element 18 ist mit einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Überzug 24 beschichtet. Die Kammer 20 wird somit durch die elektrisch leitende, teilweise lichtreflektierende und teilweise lichtdurchlässige Schicht 22, die Dichtung 26 und die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 24 begrenzt. Das elektrochrome Medium 14 mit den gewünschten elektrochromen Eigenschaften ist in der Kammer 20 angeordnet.
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Wie in 1 schematisch veranschaulicht, ist eine elektrische Potentialquelle zum Anlegen eines elektrischen Potentials an das elektrochrome Medium vorgesehen, um Änderungen der Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Mediums hervorzurufen; diese elektrische Potentialquelle umfasst eine elektrische Stromquelle 28, deren Anschlüsse 30 und 32 elektrisch mit den Schichten 22 bzw. 24 mittels Leitern 34 bzw. 36 verbunden sind, und einen herkömmlichen Schalter 38. Vorzugsweise ist eine zur leichteren Einstellung der dem elektrochromen Medium zugeführten elektrischen Leistung auch ein herkömmlicher, durch einen Regelwiderstand gesteuerter Pufferverstärker 40 vorgesehen. Selbstverständlich können beliebige gewünschte oder herkömmliche elektrische Potentialquellen zum Anlegen und zur Steuerung eines elektrischen Potentials an die Schichten 22 und 24 vorgesehen werden.
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Lichtstrahlen von außerhalb eines Gebäudes treten durch das durchsichtige Element
16, die elektrisch leitende, teilweise lichtreflektierende und teilweise lichtdurchlässige Schicht
22 und das elektrochrome Medium
14 ein und werden sodann durch die elektrisch leitende Schicht
24 und das durchsichtige Element
18 zur Innenseite des Gebäudes durchgelassen. Somit werden die einfallenden Lichtstrahlen nicht nur in herkömmlicher Weise durch die durchsichtigen Elemente
16 und
18 und die Schicht
24 geschwächt, sondern auch sowohl durch die elektrisch leitende, teils lichtreflektierende und teils lichtdurchlässige Schicht
22 als auch durch das Ausmaß, mit welchem das elektrochrome Medium
14 Licht absorbiert. Wenn das elektrochrome Medium stark lichtabsorbierend ist, wird die die Gebäudeinnenseite erreichende Intensität der einfallenden Lichtstrahlen verringert. Somit gehören bei dieser Ausführungsform der Erfindung zu den grundlegenden strukturellen Elementen des elektrochromen Gebildes die beiden durchsichtigen Elemente
15 und
18, das Dichtungsteil
26, welches die durchsichtigen Elemente
16 und
18 in einem zusammengebauten Fenster in im wesentlichen parallelem Abstand voneinander hält und die Kammer
20 umgibt, welche im zusammengesetzten Zustand des Fensters durch die Schichten
22 und
24 sowie durch die Umfangsinnenwandungen des Abstands- und Dichtungsteils
25 begrenzt wird. Das Volumen der Kammer
20 kann beispielsweise mit irgendeiner der in der
US-Patentschrift 4 902 108 A oder in dem
US-Patent 6 020 987 A beschriebenen Lösungen gefüllt sein, welche im Betriebszustand des Fensters eine reversibel veränderliche Lichtdurchlässigkeit besitzen, wobei die Lösung in der Kammer in Berührung mit beiden Schichten
22 und
24 steht.
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Wie in 1 veranschaulicht, umgibt der Rahmen 12 das elektrochrome Aggregat an seinem Umfang; der Rahmen 12 weist Flansche 42 und 44 auf, die durch ein Stegteil 46 einstückig miteinander verbunden sind. Der Rahmen 12 umhüllt die Rand- und Kantenbereiche der durchsichtigen Elemente 16 und 18 und des Dichtungsteils 26, wobei der Rahmen 12 sich um den gesamten Umfang des elektrochromen Fensters 10 herum erstreckt.
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Unter näherer Bezugnahme auf die Zeichnung umfaßt das elektrochrome Fenster 10 gemäß der vorliegenden Erfindung das durchsichtige Element 16 mit einer Vorderseite 48 und einer Rückseite 50, und das durchsichtige Element 18 mit einer Vorderseite 52 und einer Rückseite 54. Das durchsichtige Element 16 und das durchsichtige Element 18 können aus irgendeinem aus einer Anzahl von Materialien bestehen, die im sichtbaren Teil des Lichtspektrums durchlässig sind und genügende Dicke und Festigkeit besitzen, um den auf das Material ausgeübten Kräften, die beispielsweise infolge unterschiedlicher Temperaturen und/oder herkömmlicherweise auf Fenster ausgeübter Prall- bzw. Schlagkräfte variieren können, zu widerstehen. Die Elemente 16 und 18 können aus verschiedenen Arten von Fensterglas oder von Polymer- oder Kunststoff-Folien bzw. Tafelmaterialien und dergleichen hergestellt sein. Beispielsweise können die Elemente 16 und 18 aus Polyolefinen, wie beispielsweise zyklischen Olefin-Copolymeren nach Art des von der Firma Höchst in Frankkfurt, Deutschland, vertriebenen Materials Topas, oder Polycarbonaten wie CR-39 der Firma PPG, Pittsburgh, Pennsylvanien, oder Acrylwerkstoffen wie Lucite der Firma Dow Chemical in Midland, Michigan, oder Polyestermaterial wie dem von der Firma DuPont in Wilmington, Delaware, vertriebenen Mylar, oder kommerziell erhältlichem durchsichtigem Polyvinylchlorid- oder Polystyrol-Polymer hergestellt sein. Topas besitzt bedeutende Vorteile, wie beispielsweise seine Beständigkeit gegenüber Lösungsmitteln wie beispielsweise Propylencarbonat.
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Selbstverständlich können die Elemente 16 und 18 gegebenenfalls aus anderweitigem geeignetem Glas oder Kunststoff hergestellt sein und UV-Blockiereigenschaften zum Schutz des elektrochromen Materials besitzen. Wie weiter oben erwähnt, ist auf der Rückseite 50 des Elements 16 eine Schicht 22 aus teils lichtreflektierendem und teils lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material als Elektrode aufgebracht und eine andere Schicht 24 aus durchsichtigem elektrisch leitendem Material auf der Vorderseite 52 des durchsichtigen Elements 18. Eine der Schichten 22 und 24 oder beide können die gesamten Oberflächen der Elements 10 bzw. 18, auf welchen sie aufgebracht sind, bedecken, oder sie können die Oberflächen der Elemente 16 und/oder 18 innerhalb der Innenumfangswandung des Dichtungsteils 26 bedecken. Dies kann mittels Maskierung oder durch Entfernen der Schichten 22 und 24 mittels Laser-Schrappen erfolgen. Für den Fachmann ist klar, daß selbstverständlich etwas leitendes Material bis an den Rand herausgeführt sein muß, zum Anlegen des elektrischen Potentials. Die Schichten 22 und 24 können aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, das an den erwähnten Oberflächen der Elemente 16 und 18 ausreichend haftet, beständig gegen schädliche Wechselwirkung mit anderen Stoffen innerhalb des elektrochromen Fensters ist, mit welchen die Schichten 15 und 18 in Berührung gelangen können, beständig gegenüber nachteiliger Wechselwirkung mit dem elektrochromen Medium ist sowie brauchbare Lichtdurchlässigkeit und gute elektrische Leitfähigkeit besitzt.
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Für die Schicht 22 aus teils Licht reflektierendem und teils lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material kann ein beliebiges Material dienen, das auf das elektrochrome Medium nicht nachteilig einwirkt und des weiteren für einen Teil des elektromagnetischen Spektrums durchlässig ist, bei gleichzeitiger Reflexion eines Teils des elektromagnetischen Spektrums. Vorzugsweise sollen die durchgelassenen und reflektierten Anteile breitbandige Teile des Spektrums sein, derart daß das reflektierte Licht in der Betrachtung nicht farbig erscheint. Jedoch ist für den Fachmann klar, daß, falls erwünscht, auch farbig reflektiertes Licht vorgesehen werden kann.
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Die Schicht
22 aus teils lichtreflektierendem und teils lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material kann aus Aluminium, Silber oder Silberlegierungen, darunter Silber/Gold-, Silber/Platin-, Silber/Palladium- oder Silber/Titan-Legierungen, bestehen. Die Dicke der Schicht
22 kann einen Wert im Bereich von etwa 30 Angström bis etwa 500 Angström aufweisen und vorzugsweise zwischen etwa 50 Angström und etwa 150 Angström betragen. Das am 6. Oktober 1998 erteilte
US-Patent 5 818 625 A betreffend 'Electrochromic Rearview Mirror Incorporating a Surface Metal Reflector' offenbart und beansprucht Reflexionsmaterialien, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
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Die Schicht 24 aus durchsichtigem, elektrisch leitendem Material kann aus mit Zinnoxid dotiertem Iridium (ITO) oder aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid (FTO) bestehen, wobei in beiden Fällen in bekannter Waise die Eigenfarbe unterdrückt werden kann.
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Beispielsweise kann bei dieser Ausführungsform der Erfindung das Element
16 aus Floatglas bestehen, das auf seiner Oberfläche
50 mit einer Schicht
22 aus einer Legierung von 3 Palladium und 97% Silber überzogen ist und eine Lichtdurchlässigkeit von 59%, eine Lichtreflexion von 30 und einen Schicht- bzw. Folienwiderstand von 10 Ohm pro Flächeneinheit besitzt. Das Element
18 kann ebenfalls aus Floatglas bestehen, das an seiner Oberfläche
52 mit einer Schicht
24 aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid überzogen ist und einen Schicht- bzw. Folienwiderstand von 12 bis 13 Ohm pro Flächeneinheit besitzt und von der Firma LOF in Toledo, Ohio, als TEC-Glas vertrieben wird. Wie weiter oben erwähnt, kann die Kammer
20 mit einer der in dem
US-Patent 4 902 103 A beschriebenen elektrochromen Lösungen gefüllt sein. Bei der oben erwähnten Konstruktion werden für die Durchlässigkeit und Lichtreflexion von sichtbaren Licht von der Seite A und der Seite B für den jeweils klarsichtigen und den voll abgedunkelten Zustand des elektrochromen Mediums die folgenden Werte gemessen:
Zustand | Seite | % Durchlässigkeit | % Reflexionsvermögen |
klarsichtig | A | 57,3 | 22,9 |
klarsichtig | B | 57,3 | 21,6 |
dunkel | A | 3,8 | 20,3 |
dunkel | B | 3,8 | 8,3 |
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Unter gleichartigen, aber insgesamt gut beleuchteten Bedingungen ist das Sichtvermögen von der Seite A zur Seite B schlecht, wenn das Fenster abgedunkelt ist, wegen der durch die Schicht 22 bewirkten Reflexion, während die Sichtbarkeit von der Seite B zur Seite A durch den von der Schicht 22, die auch als Elektrode für das Fenster dient, gebildeten teilweise reflektierenden Überzug nicht nennenswert verändert wird. Da die Sichtbarkeit bzw. das Sichtvermögen von der Seite A her wegen dem vorstehend erwähnten Reflexionsvermögen in Kombination mit der Abnahme der Durchlässigkeit schlecht ist, während die Sichtbarkeit bzw. das Sichtvermögen von der Seite B zur Seite A durch eine Abnahme sowohl der Durchlässigkeit und des Reflexionsvermögens verändert wird, ergibt sich ein unterschiedliches Niveau an Abgeschiedenheit bzw. Abgeschlossenheit bei Betrachtung des Fensters von der einen Richtung (Seite A) verglichen mit der anderen Richtung (Seite B). Außerdem verdeckt die teils lichtreflektierende und teils lichtdurchlässige Schicht 22 Änderungen in der Farbe des elektrochromen Mediums bei Betrachtung von der Seite A her und verstärkt Änderungen in der Farbe des elektrochromen Mediums bei Betrachtung von der Seite B her. Außerdem werden bei Abscheidung der Schicht 22 auf der Oberfläche 50 des Elements 16 die Reflexions- und zugeordneten Materialien gegen Abrieb, Kratzbeeinträchtigung, Verwitterung und dergleichen geschützt. Auch wird bei Aufbringung der Schicht 24 auf der Oberfläche 52 der Schicht 24 diese Schicht 24 ebenfalls gegen Abrieb, Kratzerscheinungen, Verwitterung und dergleichen geschützt.
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Auch kann selbstverständlich, falls gewünscht, auf die freiliegenden Oberflächen 48 und 54 der Elemente 16 bzw. 18 herkömmliches Antikratzmaterial aufgebracht werden. Auch könnte auf der Oberfläche 54 zur weiteren Verringerung der Reflexion bei Betrachtung von der Seite B her ein Antireflexionsüberzug aufgebracht werden.
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Gemäß
1 ist das Element
16 mit dem Element
18 durch das zwischen den Schichten
22 und
24 und in Haftung mit diesen angeordnete Dichtungsteil
25 in parallelem Abstand dichtschließend verbunden. Das Dichtungsteil
26 ist insgesamt um den gesamten Umfang der Elemente
16 und
18 herum vorgesehen, und es kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, das einen Klebverbund mit den Schichten
22 und
24 gestattet und nach der Herstellung des Verbunds einen insgesamt konstanten Abstand zwischen den Schichten
22 und
24 aufrechterhalten kann. Das Dichtungsteil
26 soll auch keine nennenswerte Durchlässigkeit für Wasser oder Sauerstoff besitzen und allgemein inert bezüglich dem in der Kammer
20 angeordneten elektrochromen Material sein. Beispielsweise kann das Dichtungsteil
25 aus einem Streifen oder Ring aus Polymermaterial wie beispielsweise Gummi, Urethan, Acrylat, Epoxy und dergleichen bestehen. Im erteilten
US-Patent 6 157 480 A betreffend 'Seal for Electrochromic Devices' wird ein verbessertes Epoxymaterial zum Verbund mit einer reflektierenden Schicht beschrieben und beansprucht.
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Die durch die Schichten
22 und
24 und die Innenumfangswandung des Dichtungsteils
26 begrenzte Kammer
20 wird mit dem elektrochromen Medium
14 gefüllt. Das elektrochrome Medium vermag seine Eigenschaften so zu ändern, daß hindurchgehendes Licht bei Anlegen einer veränderlichen Spannung an das elektrochrome Medium variabel geschwächt wird. Somit gewährleistet das elektrochrome Medium eine kontinuierlich variable Lichtdurchlässigkeit und ist gemäß einer Grauskala steuerbar. Die in der oben erwähnten
US-Patentschrift 4 902 108 A beschriebenen und beanspruchten elektrochromen Medien genügen diesen Kriterien und sind vorzuziehen, obwohl selbstverständlich, falls erwünscht, auch andere elektrochrome Medien mit den erforderlichen Eigenschaften verwendet werden können. Selbstverständlich können die elektrochromen Medien durch eine oder mehrere (nicht dargestellte) abdichtbare Füllöffnungen und nach bekannten Verfahren wie beispielsweise durch Injektion, Vakuumhinterfüllung und dergleichen in die Kammer
20 eingebracht werden.
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Das elektrochrome Medium kann selbst-löschend sein. Bei einem derartigen System wird die Intensität des Lichts beim Durchgang durch das mit den elektrisch leitenden Schichten 22 und 24 in Kontakt stehende elektrochrome Medium moduliert oder geschwächt. Typischerweise umfaßt das elektrochrome Medium 14 wenigstens eine anodische Verbindung und wenigstens eine kathodische Verbindung. Bei Einprägen eines elektrischen Gleichspannungspotentials über dem elektrochromen Medium wird die anodische Verbindung elektrochemisch oxidiert und die kathodische Verbindung elektrochemisch reduziert. Die Eigenschaft der Selbst-Löschung bedeutet, daß nach Verringern oder Eliminieren einer Potentialdifferenz zwischen den Schichten 22 und 24 die Durchlässigkeit der elektrochromen Lösung 14 in der Kammer 20 spontan auf einen für die neue Potentialdifferenz charakteristischen Wert zunimmt, ohne daß hierfür eine Umkehr der Polarität der Elektroden erforderlich wäre. Das Merkmal der Selbst-Löschung kommt durch die spontanen, anscheinend diffusionsbegrenzten Reaktionen oxidierter anodischer Verbindungen mit reduzierten kathodischen Verbindungen, welche anodische Verbindungen und kathodische Verbindungen in ihren jeweiligen Gleichgewichtszuständen bei Potential Null ergeben, zustande.
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In Fenstern und Tafeln bzw. Platten gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels der Stromquelle 23 den Schichten 22 und 24 elektrischer Strom zugeführt werden und so ein elektrisches Potential über dem elektrochromen Medium eingeprägt werden und dieses abdunkeln. Für eine selbst-löschende elektrochrome Vorrichtung in löslicher Phase mit einem einzelnen Abteil wird bei für einen Stromfluß durch das in löslicher Phase vorliegende elektrochrome Medium ausreichendem Potential das anodische Material kontinuierlich oxidiert und das kathodische Material reduziert, zum Ersatz der anodischen und kathodischen Verbindungen, welche von den Schichten 22 und 24 weg diffundieren und spontan miteinander unter Bildung der nicht-gefärbten Materialart in der Hauptmenge des elektrochromen Mediums reagieren. In dem Maße, in dem mehr elektrische Leistung dem elektrochromen Medium aufgeprägt wird, verdunkelt sich das elektrochrome Medium weiter. Bei Zufuhr von weniger elektrischer Leistung an das elektrochrome Medium nimmt die Lichtdurchlässigkeit durch das elektrochrome Medium spontan auf einen neuen Wert zu, da die Anzahl der elektrochemisch gefärbten Teilchen kleiner als zuvor ist. Vermittels des herkömmlichen Pufferverstärkers 40 mit Regelwiderstandssteuerung läßt sich ohne Notwendigkeit komplizierter Schaltungen eine genaue Einstellung erzielen. Wenn daher die jeweils gewählte eingestellte Spannung zwischen den Schichten 22 und 24 angelegt wird, so bewirkt der elektrische Potentialunterschied zwischen den Schichten, daß die elektrochrome Teilchenart innerhalb des elektrochromen Materials entweder reduziert oder oxidiert wird, wodurch ein Stromfluß durch das elektrochrome Medium zustande kommt. Als Folge hiervon wird das Fenster abgedunkelt, d. h. das Fenster durchsetzendes Licht wird geschwächt. Bei Verringerung oder Abschaltung des elektrischen Potentialunterschieds wird das Fenster weniger dunkel, oder es wird wieder vollständig durchsichtig, wenn das elektrische Potential vollständig abgeschaltet wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist schematisch in 2 der Zeichnung dargestellt. Diese Ausführungsform der Erfindung weist viele der Bauteile der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung auf, sie umfaßt ein als Ganzes mit 110 bezeichnetes Fenster, welches den Rahmen 12 aufweist, welcher die beiden durchsichtigen Elemente 16 und 18 trägt, das Dichtungsteil 26, welches die durchsichtigen Elemente 16 und 18 in im wesentlichen parallelem Abstand in einem zusammengebauten Fenster haltert und welches eine Kammer 120 umgibt, die mit einem der weiter oben erwähnten elektrochromen Medien gefüllt werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das durchsichtige Element 16 auf seiner Außenoberfläche 48 mit einer teils lichtreflektierenden und teils lichtdurchlässigen Schicht 122 überzogen und das durchsichtige Element 15 auf seiner Innenseite 50 ebenfalls mit einem durchsichtigen elektrisch leitenden Überzug 123 beschichtet. Das durchsichtige Element 18 trägt, wie weiter oben beschrieben, auf seiner Innenoberfläche 52 die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 24. Somit wird. bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Kammer 120 durch die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 123, das Dichtungsteil 25 und die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 24 begrenzt, und das elektrochrome Medium 14 ist in dieser Kammer angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist, wie in 2 veranschaulicht, wiederum eine elektrische Potentialquelle zum Anlegen eines elektrischen Potentials an das elektrochrome Medium vorgesehen, um Änderungen der Lichtdurchlässigkeit des elektrochromen Mediums zu bewirken; diese elektrische Potentialquelle umfasst die zuvor beschriebene elektrische Stromquelle 28, deren Anschlüsse 30 und 32 über die Leitungen 34 bzw. 36 und den Schalter 38 mit den Schichten 123 bzw. 24 verbunden sind. Der weiter oben beschriebene, mit einem Regelwiderstand gesteuerte Pufferverstäker 40 gestattet die Einstellung der dem elektrochromen Medium zugeführten elektrischen Leistung; selbstverständlich könnten jegliche anderweitigen gewünschten oder herkömmlichen elektrischen Potentialquellen zur Steuerung von Anlegung von elektrischem Potential an die Schichten 123 und 24 vorgesehen werden.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung fallen Lichtstrahlen von außerhalb des Gebäudes durch die teils lichtreflektierende und teils lichtdurchlässige Schicht 122, das durchsichtige Element 16 und die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 123 ein, bevor sie durch das elektrochrome Medium 14, die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 24 und das durchsichtige Element 18 zur Innenseite des Gebäudes durchgelassen werden. Somit werden die einfallenden Lichtstrahlen sowohl durch die teils Licht reflektierende und teils lichtdurchlässige Schicht 122 als auch durch das Ausmaß, in welchem des elektrochrome Medium 14 Licht absorbiert, geschwächt. Ist das elektrochrome Medium stark Licht absorbierend, so wird die Intensität der die Innenseite des Gebäudes erreichenden einfallenden Lichtstrahlen verringert.
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Selbstverständlich kann in dieser Ausführungsform der Erfindung die Schicht 122 eine beliebige von den weiter oben beschriebenen sein, wie beispielsweise eine Legierung aus 3% Palladium und 97% Silber, darart daß sie, wie in Verbindung mit der Ausführungsform der Erfindung gemäß 1 beschrieben, 59% Lichtdurchlässigkeit und 30% Lichtreflexion besitzt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Schicht 123 und die Schicht 24 jeweils aus mit Fluor dotiertem Zinnoxid bestehen und beispielsweise einen Folien- bzw. Flächenwiderstand von 12 bis 13 Ohm pro Flächeneinheit besitzen.
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Typische Werte von Lichtdurchlässigkeit und Lichtreflexion von der Seite A und der Seit B für die voll durchsichtigen und voll abgedunkelten Zustände des elektrochromen Mediums wären im wesentlichen dieselben wie die weiter oben in Verbindung mit der in 1 veranschaulichten Ausführungsform der Erfindung beschriebenen Werte. Somit ist unter ähnlichen Belichtungsbedingungen die Sichtbarkeit bzw. das Einsichtvermögen von der Seite A zur Seite B wegen der durch die Schicht 122 bedingten reflektierten Bilder schlecht, während die Sichtbarkeit bzw. das Sichtvermögen von der Seite B zur Seite A durch den von der Schicht 122 gebildeten teilweise reflektierenden Überzug zwischen dem dunklen und dem vollständig durchsichtigen Zustand nicht nennenswert geändert wird, außer der von der Abdunklung des elektrochromen Mediums herrührenden Abnahme der Durchlässigkeit. Außerdem ergibt sich, da das Sichtvermögen von der Seite A her wegen der reflektierten Bilder schlecht ist, während das Sichtvermögen von der Seite B zur Seite A durch die teils reflektierende Schicht 122 nicht nennenswert verändert wird, ein unterschiedliches Niveau an Abgeschiedenheit bzw. Abgeschlossenheit bei Betrachtung des Fensters aus der einen Richtung im Vergleich zur Betrachtung aus der anderen Richtung. Außerdem verdeckt die teils Licht reflektierende und teils lichtdurchlässige Schicht 122 Änderungen der Farbe des elektrochromen Mediums bei Betrachtung von der Seite A her und verstärkt die Änderungen der Farbe des elektrochromen Mediums bei Betrachtung von der Seite B her.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in 3 der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Diese Ausführungsform der Erfindung weist ebenfalls viele der Teile der in den 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung auf; sie besteht aus einem als Ganzes mit 210 bezeichneten Fenster mit einem Rahmen 12, welcher die beiden durchsichtigen Elemente 16 und 18 trägt und haltert, aus dem Dichtungsteil 26, welches die durchsichtigen Elemente 15 und 18 in einem zusammengebauten Fenster in im wesentlichen parallelem Abstand voneinander hält und haltert, und das eine Kammer 220 umgibt, die mit einem der weiter oben mit näheren Einzelheiten beschriebenen elektrochromen Medien gefüllt werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung besitzt das durchsichtige Element 15 auf seiner Innenoberfläche 50 eine durchsichtige elektrisch leitende Überzugsschicht 222, während das durchsichtige Element 18 auf seiner Innenseite 52 eine teils lichtreflektierende und teils lichtdurchlässige Überzugsschicht 224 trägt, wobei die Schicht 224 auch elektrisch leitend ist. Somit wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung die Kammer 223 durch die durchsichtige elektrisch leitende Schicht 222, die Randdichtung 26 sowie die teils lichtreflektierende, teils lichtdurchlässige elektrisch leitende Schicht 224 begrenzt. Das elektrochrome Medium ist in der weiter oben beschriebenen Weise innerhalb der Kammer 220 enthalten.
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Es wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben, wobei jedoch selbstverständlich verschiedene Änderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.