VITRAGE A PROPRIETES OPTIQUES ET/OU ENERGETIQUES ELECTROCOMMANDABLES
La présente invention concerne les vitrages à propriétés optiques et/ou énergétiques électrocommandables.
Elle se rapporte ainsi à des vitrages dont certaines caractéristiques peuvent être modifiées sous l'effet d'une alimentation électrique appropriée, tout particulièrement la transmission, l'absorption, la réflexion dans certaines longueurs d'ondes du rayonnement électromagnétique, notamment dans le visible et/ou dans l'infrarouge, ou encore la diffusion lumineuse.
Il existe en effet une demande de plus en plus accrue pour des vitrages dits " intelligents " dont on peut moduler les propriétés.
Ainsi, sur le plan thermique, les vitrages dont on peut moduler la transmission/absorption dans au moins une partie du spectre solaire permettent de contrôler l'apport solaire à l'intérieur des pièces ou habitacles/compartiments quand ils sont montés en vitrages extérieurs de bâtiment ou fenêtres de moyens de transport du type voiture, train, avion, ... , et d'éviter ainsi un échauffement excessif de ceux-ci en cas de fort ensoleillement.
Sur le plan optique, ils permettent un contrôle du degré de vision, ce qui permet d'éviter l'éblouissement quand ils sont montés en vitrages extérieurs en cas de fort ensoleillement. Ils peuvent aussi avoir un effet
de volet particulièrement intéressant, aussi bien en tant que vitrages extérieurs que s'ils sont utilisés en vitrages intérieurs, par exemple pour équiper des cloisons intérieures entre des pièces (bureaux dans un bâtiment), ou pour isoler des compartiments dans des trains ou des avions par exemple.
Beaucoup d'autres applications existent : on peut par exemple utiliser les vitrages à transmission/réflexion lumineuse variable pour faire des rétroviseurs, pouvant s'obscurcir en cas de besoin pour éviter d'éblouir le conducteur de la voiture. On peut aussi les utiliser pour des panneaux de signalisation routiers, pour tout panneau d'affichage, par exemple afin de ne faire apparaître le dessin/le message que par intermittence pour mieux attirer l'attention.
Une application particulièrement intéressante des systèmes à absorption lumineuse variable concerne les écrans de visualisation, notamment tous ceux équipant les télévisions et les matériels informatiques. En effet, ce type de vitrage permet d'améliorer le contraste de l'image, notamment en prenant en compte la luminosité ambiante.
L'intérêt que peuvent susciter de tels vitrages justifie que beaucoup de systèmes aient déjà été étudiés.
Ainsi, des systèmes connus permettant de moduler la transmission ou l'absorption lumineuse de vitrages sont notamment les systèmes dits viologènes, comme ceux décrits dans le brevet US-5 239 406 ou dans le brevet EP-A-0 61 2 826. Ceux-ci permettent d'obtenir une absorption variable essentiellement dans le domaine du visible.
Dans le même but, il existe également des systèmes dits électrochromes dont on rappelle brièvement le principe de fonctionnement : ceux-ci, de manière connue, comportent une couche d'un matériau électrochrome capable d'insérer réversiblement et simultanément des ions et des électrons et dont les états d'oxydation correspondant aux états insérés et désinsérés sont de coloration distincte, un des états présentant une transmission lumineuse plus élevée
que l'autre. La réaction d'insertion ou de désinsertion est commandée par une alimentation électrique adéquate à l'aide d'un générateur de courant ou d'un générateur de tension. Le matériau électrochrome, usuellement à base d'oxyde de tungstène, doit ainsi être mis au contact d'une source d'électrons telle qu'une couche électroconductrice transparente et d'une source d'ions (des cations) telle qu'un électrolyte conducteur ionique.
Par ailleurs, il est connu que pour assurer au moins une centaine de commutations, il doit être associé à la couche de matériau électrochrome une contre-électrode capable elle aussi d'insérer de façon réversible des cations, symétriquement par rapport à la couche de matériau électrochrome, de sorte que, macroscopiquement, l'électrolyte apparaît comme un simple médium des ions.
La contre-électrode doit être constituée ou d'une couche neutre en coloration, ou du moins transparente ou peu colorée quand la couche électrochrome est à l'état décoloré. L'oxyde de tungstène étant un matériau électrochrome cathodique, c'est-à-dire que son état coloré correspond à l'état le plus réduit, un matériau électrochrome anodique à base d'oxyde de nickel ou d'oxyde d'iridium est généralement utilisé pour la contre-électrode. Il a également été proposé d'utiliser un matériau optiquement neutre dans les états d'oxydation concernés, comme par exemple l'oxyde de cérium ou des matériaux organiques comme les polymères conducteurs électroniques (polyaniline...) ou le bleu de prusse.
On trouvera la description de tels systèmes par exemple dans les brevets européens EP-0 338 876, EP-0 408 427, EP-0 575 207 et EP-0 628 849.
Actuellement, on peut ranger ces systèmes dans deux catégories, selon le type d'électrolyte qu'ils utilisent :
*-* soit l'électrolyte se présente sous la forme d'un polymère ou d'un gel, par exemple un polymère à conduction protonique tel que ceux décrits dans les brevets européens EP-0 253 71 3 et EP-0 670 346, ou un polymère à conduction d'ions lithium tels que ceux décrits dans les brevets EP-0 382 623, EP-0 51 8 754 ou EP-0 532 408,
"→- soit l'électrolyte est une couche minérale, conducteur ionique mais isolant électroniquement, on parle alors de systèmes électrochromes " tout-solide ". Pour la description d'un système électrochrome " tout- solides ", on pourra se reporter aux demandes de brevets européens EP- 97/400702.3 (déposée le 27 mars 1 997) et EP-0 831 360.
D'autres systèmes utilisent un peu différemment les matériaux d'insertion réversible d'ions du type électrochrome. Il s'agit par exemple des systèmes dits gazochromes, où le matériau électrochrome est muni d'une couche mince catalytique apte à décomposer l'hydrogène et monté dans un double vitrage côté lame de gaz intercalaire : en envoyant de l'hydrogène dans l'espace intercalaire du double vitrage, l'oxyde de tungstène se colore. Il revient à l'état décoloré en injectant dans l'espace intercalaire de l'oxygène à la place de l'hydrogène.
Ces systèmes à matériau(x) d'insertion réversible sont particulièrement intéressants en ce sens qu'ils permettent de moduler l'absorption dans un domaine de longueurs d'onde plus large que les systèmes viologènes : ils peuvent absorber de manière variable non seulement dans le visible, mais aussi, notamment, dans l'infrarouge, ce qui peut leur conférer un rôle optique et/ou thermique efficace.
Les systèmes viologènes ou électrochromes, déposés ou associés à des substrats transparents constituent des vitrages dont l'absorption et la transmission lumineuse (ainsi que la transmission énergétique) peuvent varier dans des plages données, plages déterminées notamment par le choix des matériaux électrochromes utilisés et/ou par le choix de leurs épaisseurs.
Un autre type de vitrage " intelligent " est constitué par ce qu'on désigne sous le terme de valve optique : il s'agit d'un film comprenant une matrice de polymère généralement réticulé dans laquelle sont dispersées des micro-gouttelettes contenant des particules qui présentent la propriété de se placer selon une direction privilégiée sous l'action d'un champ électrique ou magnétique. En fonction notamment du potentiel appliqué aux bornes des couches conductrices placées de part et d'autre
du film, et de la concentration et de la nature des particules orientables, le film présente des propriétés optiques variables. Ainsi, on connait du brevet WO-93/09460 une valve optique à base d'un film comprenant une matrice en polyorganosilane réticulable et des particules orientables minérales ou organiques, plus particulièrement des particules absorbant la lumière telles que des particules de polyiodures. Quand le film est mis sous tension, les particules interceptent beaucoup moins la lumière que lorsqu'il est hors tension.
Un vitrage à diffusion lumineuse variable dont le principe de fonctionnement est similaire est également connu sous le terme de vitrage à cristaux liquides. Il est basé sur l'utilisation d'un film placé entre deux couches conductrices et à base d'une matière polymérique dans laquelle sont dispersées des gouttelettes de cristaux liquides, notamment nématiques à anisotropie diélectrique positive. Les cristaux liquides, quand le film est mis sous tension, s'orientent selon un axe privilégié, ce qui autorise la vision. Hors tension, en l'absence d'alignement des cristaux, le film devient diffusant et empêche la vision. Des exemples de tels films sont décrits notamment dans les brevets européen EP-0 238 1 64, et américains US-4 435 047, US-4 806 922, US-4 732 456. Ce type de film, une fois feuilleté et incorporé entre deux substrats en verre, est commercialisé par la société SAINT-GOBAIN VITRAGE sous le dénomination commerciale « Priva-lite ». On peut en fait utiliser tous les dispositifs à cristaux liquides connus sous les termes de « NCAP » (Nematic Curvilinearly Aligned Phases) ou « PDLC » (Polymer Dispersed Liquid Cristal) ou CLC (Cholesteric Liquid Cristal) . Ceux-ci peuvent en outre contenir des colorants dichroïques, notamment en solution dans les gouttelettes de cristaux liquides. On peut alors conjointement moduler la diffusion lumineuse et l'absoprtion lumineuse des systèmes.
On peut également utiliser, par exemple, les gels à base de cristaux liquides cholestériques contenant une faible quantité de polymère réticulé, comme ceux décrits dans le brevet WO-92/1 9695.
Tous ces différents systèmes/vitrages présentent cependant des limites qui leur sont intrinsèques, limites qui concernent notamment leur aspect optique.
Ainsi, dans le cas d'un vitrage de type électrochrome, on peut moduler la plage des valeurs de transmission lumineuse (TL) accessibles en ajustant par exemple l'épaisseur de la couche (ou des couches) à base de matériau d'insertion réversible. Cependant, pour un système donné, on ne peut que dans une certaine mesure déplacer la gamme de TL vers des valeurs plus basses ou plus hautes, et on ne peut pas facilement l'élargir. En outre, le choix du matériau d'insertion réversible va conditionner l'aspect colorimétrique en transmission et en réflexion du vitrage.
L'invention a alors pour objet de pallier ces inconvénients, en proposant notamment de nouveaux vitrages électrocommandables à propriétés optiques et/ou énergétiques variables, dont on puisse davantage moduler l'aspect optique.
L'invention a pour objet un vitrage incorporant au moins un système électrocommandable à propriétés optiques et/ou énergétiques variables, du type système à transmission/absorption lumineuse et/ou énergétique variable et/ou à diffusion lumineuse variable. Ce vitrage comporte en outre au moins un moyen d'ajustement de l'aspect optique conféré par le système électrocommandable au vitrage. Ce moyen se présente avantageusement sous la forme d'au moins un revêtement à propriétés anti-réfléchissantes dans le visible ou dans l'infrarouge proche.
Pour plus de simplicité, on désignera par la suite ce revêtement sous le terme de " revêtement anti-reflets " et le système électrocommandable sous le terme de " système fonctionnel ".
Combiner au système fonctionnel un revêtement anti-reflets dont on peut ajuster précisément les caractéristiques permet effectivement de modifier les performances optiques ou thermiques du vitrage. Ainsi, le revêtement anti-reflets peut influer sur la plage de transmissions lumineuses ou solaires que le vitrage peut avoir avec une alimentation électrique adhoc : il peut notamment décaler de façon contrôlée cette
plage vers des valeurs de TL ou de TE (transmission énergétique) plus hautes. Concrètement, cela signifie que pour un système fonctionnel donné, l'ajout du revêtement anti-reflets va pouvoir modifier sa plage de TL ou de TE en fonction de l'application visée, sans avoir à modifier le système fonctionnel lui-même. Sur le plan de la fabrication des vitrages, cela permet une production beaucoup plus souple et rationnelle que si l'on avait à fabriquer autant de systèmes fonctionnels différents que d'applications envisagées.
En effet, pour certaines applications, on vise un effet fortement colorant/absorbant à l'état sous tension, en s'accommodant d'une certaine coloration résiduelle à l'état hors tension (par exemple si l'on veut tendre vers un vitrage à effet de volet à l'état coloré) .
Au contraire, pour d'autres applications, il sera nécessaire que le vitrage ait, à l'état hors tension, peu ou même aucune coloration résiduelle. Cela peut être le cas, par exemple, des systèmes fonctionnels pour écrans de visualisation. Et il est beaucoup plus simple de ne garder qu'un nombre aussi restreint que possible de systèmes fonctionnels " standards ", et de les adapter grâce au revêtement anti-reflets adhoc, revêtement généralement de fabrication beaucoup moins complexe que les systèmes fonctionnels.
Le revêtement anti-reflet peut également permettre d'élargir la gamme de TL ou de TE accessibles. C'est un avantage très important quelle que soit l'application visée, avantage notamment essentiel quand on utilise le vitrage pour renforcer le contraste d'écrans de visualisation. Cela est tout particulièrement vrai avec des nouvelles télévisions ayant recours à la technologie du plasma, à écrans plats, dits également émissifs, qui tendent à avoir une luminosité plus faible que les télévisions standards à tube cathodique.
Un mode de réalisation avantageux du revêtement anti-reflets consiste à le déposer sur au moins une des faces extérieures du vitrage, c'est-à-dire les faces exposées directement à l'atmosphère ambiante du vitrage. Ces deux faces peuvent être traitées, ou, dans le cas du vitrage
d'écran de visualisation seulement, la face tournée vers l'extérieur de l'appareil. De façon connue, ce revêtement peut comporter un empilement de couches minces d'indices de réfraction alternativement forts et faibles, et qui, par effet interférentiel, va tendre à abaisser la réflexion lumineuse du vitrage au profit d'une augmentation de sa transmission lumineuse. Des exemples d'empilements anti-reflets sont par exemple connus des brevets EP-0 728 71 2, EP-0 71 2 81 5, EP-0 791 562.
Ces couches sont généralement en matériau diélectrique du type oxyde (SiO2, AI2O3 pour les couches à bas indice inférieur à 1 ,7, SnO2, TiO2, Nb2O5 pour les couches à indice plus élevé d'au moins 1 ,9), ou encore de type fluorure (MgF2 en tant que couche à bas indice) ou en de type nitrure comme Si3N4 ou des dérivés de silicium du type SiOxNz, SiOxCy.
Cependant, on peut aussi conférer au revêtement anti-reflets une fonction anti-statique, en incorporant dans le revêtement en tant que couche à bas ou haut indice une couche en un matériau au moins légèrement conducteur sur le plan électrique. On peut notamment choisir une couche d'oxyde métallique dopé comme SnO2 :F ou ITO (oxyde d'indium dopé à l'étain) qui sont d'indice d'au moins 1 ,9 à 2,0 ou une couche en polymère conducteur.
Le revêtement anti-reflets peut également n'être constitué que d'une seule couche présentant un gradient d'indice de réfraction dans son épaisseur, par exemple obtenue par une technique de dépôt de type pyrolyse. Cette technique de dépôt à chaud permet l'obtention de couches particulièrement durables sur le plan mécanique, ce qui peut être très important selon l'application envisagée du système, notamment pour que le revêtement résiste au toucher, aux nettoyages répétitifs, ... Cette couche à gradient d'indice a en fait une composition chimique qui varie dans son épaisseur, par exemple du type SiOC ou SiON se rapprochant progressivement d'une composition de type SiO2.
Le vitrage selon l'invention peut également comporter un moyen pour ajuster l'aspect optique conféré par le système fonctionnel audit vitrage, comprenant au moins un revêtement atténuant/modifiant la couleur en réflexion du vitrage (cumulativement ou alternativement au revêtement anti-reflets précédent). En effet, dans certaines applications, par exemple dans le cas de vitrages pour écrans de visualisation en tous genres, il est préférable que la couleur en réflexion du vitrage soit la plus neutre possible, notamment de manière à ce qu'à l'état complètement décoloré le vitrage ne paraisse pas teinté du tout, et qu'il soit d'une teinte modifiant le moins possible la couleur de l'image apparaissant à l'écran. Le revêtement anti-reflets permettant d'abaisser globalement l'intensité de réflexion lumineuse du vitrage, cet autre revêtement va donc compléter son rôle optique en permettant d'atténuer sa coloration en réflexion, pratiquement en abaissant les valeurs de saturation C * en réflexion dans le système de colorimétrie (L, a * , b *) des vitrages.
Ce revêtement est avantageusement au contact du système fonctionnel, sous forme d'une couche mince au moins d'indice de réfraction intermédiaire entre ceux des matériaux avec qui elle se trouve en contact sur chacune de ses faces. Il peut notamment s'agir d'une couche mince d'indice de réfraction compris entre 1 ,6 et 1 , 9, notamment à base d'oxyde d'aluminium AI2O3, d'oxynitrure d'aluminium AIN ou d'Yttrium Y2O3, d'oxynitrure et/ou d'oxycarbure de silicium SiOC, SiON, ou d'un mélange d'au moins deux de ces matériaux, qui peuvent être déposés par des technologies utilisant le vide, du type pulvérisation cathodique, ou par des technologies du type pyrolyse, ces dernières étant tout particulièrement indiquées pour déposer des couches de dérivés de silicium.
Ce revêtement peut comporter non pas une couche, mais plusieurs, notamment être sous forme d'au moins deux couches superposées dont l'indice moyen est par exemple entre 1 ,6 et 1 ,9, par exemple un empilement SnO2/SiO2 ou SnO2/SiO2/SnO2.
Ce revêtement peut aussi être une couche présentant un gradient d'indice dans son épaisseur, de façon à optimiser son ajustement par rapport aux indices des matériaux qui l'entourent. L'obtention d'une telle couche à gradient par une technique de pyprolyse en phase vapeur (appelée aussi CVD pour « Chemical Vapor Déposition ») est par exemple décrite dans le brevet WO-97/03029 (auquel on pourra également se reporter pour la couche à gradient du revêtement anti-reflets précédent) .
Le vitrage selon l'invention peut également comporter un revêtement de primage/d'accrochage du système fonctionnel vis-à-vis de son substrat porteur, ce qui peut s'avérer particulièrement avantageux si le substrat est de nature polymère/plastique et non minéral du type verre. Le revêtement peut comporter une fine couche métallique, une couche de dérivé de silicium du type SiO2 ou en oxyde métallique approprié du type AI2O3. Il peut aussi s'agir d'un vernis d'accrochage. Avantageusement, on peut également faire jouer à ce revêtement d'accrochage un rôle d'atténuation de la coloration du vitrage en réflexion, comme le revêtement spécifique évoqué plus haut, notamment s'il a un indice de réfraction en adéquation avec celui du substrat plastique et celui de la couche du système fonctionnel avec qui il est en contact.
Le vitrage selon l'invention peut également comporter un revêtement hydrophile à propriétés anti-buée, ou hydrophobe à propriétés anti-pluie, sur au moins une de ses faces extérieures. Comme revêtement hydrophobe adapté, on peut se reporter par exemple aux brevets EP-799 873 ou EP-692 463. Il peut s'agir notamment d'au moins une couche constituée à partir d'une composition comportant au moins un alkoxysilane fluoré dont les fonctions alkoxy sont directement liées à l'atome de silicium, un système de solvant(s) aqueux et au moins un catalyseur choisi parmi un acide et/ou une base de Brônsted. Le revêtement peut aussi comporter une couche de primage facilitant l'adhérence de la couche hydrophobe au verre, par exemple à base de silanes.
Le vitrage selon l'invention peut également comporter un revêtement à propriétés photocatalytiques lui conférant des propriétés anti-salissures, notamment sur au moins une de ses faces extérieures. Il peut notamment s'agir de revêtement comprenant des matériaux semiconducteurs, du type oxyde ou sulfure cristallisé, présentant ce type de propriétés, notamment des oxydes cristallisés du type ZnO, WO3, SnO2 et plus particulièrement de l'oxyde de titane au moins partiellement cristallisé sous forme anatase. Ce type de revêtement et leurs différents modes d'obtention sont notamment décrits dans les brevets WO- 97/1 01 86 et WO-97/1 01 85. Ces revêtements permettent de dégrader les salissures de nature organique. Ils peuvent en outre être hydrophiles, et ainsi faciliter l'évacuation des salissures minérales également.
Le vitrage selon l'invention peut également comporter au moins un revêtement à propriétés de blindage électromagnétique, notamment à propriétés d'écran vis-à-vis des rayonnements émis par des écrans émissifs du type écran plasma. Ce type de revêtement comporte par exemple au moins une couche mince essentiellement métallique, ou d'oxyde métallique conducteur, et/ou un ou plusieurs réseaux superposés de fils conducteurs métalliques et/ou une grille métallique.
Le système fonctionnel du vitrage se présente, comme on l'a vu précédemment, généralement sous forme d'une superposition de couches fonctionnelles disposées entre deux substrats porteurs/protecteurs pouvant être rigides, semi-rigides ou souples. Il peut avantageusement utiliser comme substrat porteur au moins un des substrats rigides constitutifs du vitrage et/ou au moins un substrat porteur souple que l'on peut associer par feuilletage à un des substrats rigides constitutifs du vitrage. On peut également disposer le système fonctionnel sur un substrat approprié, puis simplement le protéger/l'encapsuler par un revêtement protecteur étanche en lui assurant une certaine protection mécanique. Il peut s'agir d'une couche minérale du type Si02 ou Si3N4. Il peut aussi s'agir d'un matériau plutôt de type polymère(s) , notamment sous forme d'un vernis (époxy, polyparaxylylène), ou d'une laque
(polyuréthane, polyacrylique) . Il peut s'agir, de préférence, d'une monocouche de polymère déposée sous vide.
L'invention a également pour objet l'utilisation des vitrages précédemment décrits en tant que vitrages pour le bâtiment, notamment en tant que vitrages extérieurs, vitrages de cloisons intérieures ou portes vitrées (par exemple des vitrages de toiture du type vélux), et en tant que vitrages équipant des moyens de transport, notamment des vitrages automobiles (toits-autos, vitres latérales avant et arrière), des vitrages ferroviaires ou des vitrages d'avion, notamment en tant que pare-brise, bandeaux anti-solaires de pare-brise ou hublots. Ces vitrages sont aussi indiqués pour équiper des écrans de visualisation pour renforcer le contraste des images, notamment des écrans de télévision ou d'ordinateur. Ces vitrages peuvent également être utilisés en tant que protection de panneaux solaires (satellites), pour des objectifs d'appareil photographique, pour des lunettes de pilote d'avion, des lunettes de soleil ou ophtalmiques, ou encore en tant que vitrages aptes à protéger de la chaleur ou de la lumière violente des objets/végétaux qui y sont sensibles, par exemple pour équiper des serres ou des vitrines.
Comme évoqué plus haut, l'invention s'applique ainsi à différents types de vitrages électrochimiquement commandables. Il peut s'agir, comme on l'a vu, de vitrages à transmission/absorption lumineuse variable, notamment à système viologène ou électrochrome, notamment du type de ceux décrits dans les brevets précités EP-0 338 876, EP-0 408 427, EP-0 575 203, EP-0 628 849. Il se présente de préférence sous la forme d'un empilement de couches fonctionnelles comprenant successivement une couche électroconductrice de préférence transparente, une couche électrochrome dite cathodique susceptible d'insérer réversiblement des cations tels que H + , Li + , Na + , Ag + , une couche d'électrolyte, éventuellement une contre-électrode sous la forme d'une seconde couche électrochrome dite anodique également susceptible d'insérer réversiblement des cations et enfin une seconde couche électroconductrice.
En ce qui concerne la nature des couches électroconductrices du dispositif, il y a deux variantes possibles : on peut avoir recours à des matériaux à base d'oxydes métalliques dopés tels que de l'oxyde d'étain dopé au fluor SnO2:F ou l'oxyde d'indium dopé à l'étain ITO. On peut aussi utiliser des couches de métaux ou en alliages métalliques, par exemple à partir d'or Au, d'argent Ag ou d'aluminium Al. Le dispositif possédant généralement deux couches électroconductrices, elles peuvent être soit toutes les deux métalliques, soit toutes les deux à base d'oxydes dopés, soit l'une à base de métaux et l'autre à base d'oxydes dopés. On peut également superposer plusieurs couches électroconductrices de natures différentes, par exemple une couche d'oxydes dopés associée à au moins une couche métallique dans un empilement du type ITO/Ag ou Au/ITO par exemple.
Ces couches (ou au moins l'une d'entre elles) peuvent aussi être en polymère(s) conducteur(s) .
Pour constituer la couche de matériau électrochrome cathodique, on peut choisir un matériau ou un mélange de matériaux choisi dans le groupe comprenant l'oxyde de tungstène WO3, l'oxyde de molybdène MoO3, l'oxyde de vanadium V2O5, l'oxyde de niobium Nb205, l'oxyde de titane TiO2, un matériau « cermet » (association de matériau métallique et céramique, notamment sous la forme de particules métalliques dans une matrice céramique) tel que WO3/Au ou WO3/Ag, un mélange d'oxydes de tungstène et de rhénium WO3/ReO3. Ces matériaux conviennent notamment en cas d'insertion réversible d'ions lithium. Dans le cas où le dispositif fonctionne par insertion réversible de protons, on peut utiliser les mêmes matériaux, mais hydratés cette fois.
Pour constituer la couche de matériau électrochrome anodique, on peut choisir un matériau qui répond à la formule MxAyUz, avec M un métal de transition, A l'ion utilisé pour l'insertion réversible, par exemple un alcalin ou un proton, et U un chalcogène tel que l'oxygène ou le soufre.
Il peut s'agir, notamment dans le cas d'une insertion d'ions protons H + , d'un composé ou d'un mélange de composés appartenant au groupe
comprenant LiNiOx, lrOxHy, lrOxHyNz, NiOx, NiOxHyNz, RhOx, CoOx, MnOx, RuOx. Dans le cas d'une insertion réversible d'ions lithium Li " , on choisit plutôt un composé ou un mélange de composés appartenant au groupe comprenant LiNiOx, LiMn2O4, LixSnOy, lrOx, LixlrOy, LixSnOy, NiOx, CeOx, TiOx, CeOx-TiOx, RhOx, CoOx, CrOx, MnOx.
En ce qui concerne le choix du matériau électrolyte, il y en a en fait de deux types comme cela a été évoqué précédemment.
Il peut s'agir d'une couche de liquide aqueux, tel que de l'eau additionnée d'acide sulfurique ou phosphorique dans le cas d'une insertion réversible de protons, d'une couche de liquide anhydre tel que du carbonate de propylene contenant un sel de lithium dans le cas d'une insertion réversible d'ions lithium. Il peut aussi s'agir d'une couche de gel ou de polymère, notamment des polymères conducteurs protoniques du type solution solide de polyoxyéthylène et d'acide phosphorique POE- H3PO4.
Mais il peut aussi s'agir d'un électrolyte sous la forme d'un matériau solide, notamment à base d'oxyde métallique. Selon une variante de l'invention, le système est choisi tel qu'il ne contient que des couches en matériaux solides. Dans le contexte de l'invention, on entend par « matériau solide » tout matériau ayant la tenue mécanique d'un solide, en particulier tout matériau essentiellement minéral ou organique ou tout matériau hybride, c'est-à-dire partiellement minéral et partiellement organique, comme les matériaux que l'on peut obtenir par dépôt sol-gel à partir de précurseurs organo-minéraux. On a alors une configuration de système dit « tout-solide » qui présente un avantage en termes de facilité de fabrication. En effet, quand le système contient un électrolyte sous forme de polymère qui n'a pas la tenue mécanique d'un solide, par exemple, cela contraint à fabriquer en fait, en parallèle, deux « demi- cellules » constituées chacune d'un substrat porteur revêtu d'une première couche électroconductrice puis d'une seconde couche électrochimiquement active, ces deux demi-cellules étant ensuite assemblées en insérant entre elles l'électrolyte. Avec une configuration
« tout-solide », la fabrication est simplifiée, puisque l'on peut déposer l'ensemble des couches du système, l'une après l'autre, sur un unique substrat porteur. On allège ainsi l'ensemble des opérations de fabrication du vitrage puisqu'il n'y a plus qu'un seul substrat destiné à recevoir des couches au lieu de deux.
En outre, que l'électrolyte soit « solide » ou non, il peut comprendre une couche en un matériau conducteur ionique susceptible d'insérer de manière réversible les ions mais dont le degré d'oxydation est maintenu essentiellement constant. Il peut s'agir notamment d'un matériau à propriétés électrochromes, comme décrit dans le brevet EP-97/400702.3 précité.
Le système fonctionnel de l'élément selon l'invention peut donc se trouver disposé soit entre deux substrats, soit sur un seul substrat, plus particulièrement dans le cas d'un système « tout-solides » . Les substrats porteurs rigides sont de préférence en verre, en polymère acrylique, en polycarbonate ou en certains polyuréthanes. Les substrats porteurs peuvent aussi être souples, flexibles et destinés à être feuilletés à des substrats rigides, il peut s'agir de polycarbonate souple, de polyéthylène téréphtalate (PET) ... Le feuilletage peut être réalisé avec des feuilles de polymère intercalaires de type thermoplastique tel que le polyvinylbutyral (PVB), l'éthylènevinylacétate (EVA) ou certains polyuréthanes. Sans opérer de feuilletage, on peut aussi munir le système d'un vernis ou film protecteur, comme évoqué plus haut.
Ces vitrages peuvent ainsi présenter une structure « monolithique », c'est-à-dire avec un seul substrat rigide, ou une pluralité de substrats rigides, avoir une structure feuilletée et/ou de vitrage multiple, ou encore une structure dite de vitrage asymétrique à couche plastique extérieure, notamment à base de polyuréthane, structure notamment décrite dans les brevets EP-1 91 666, EP-1 90 953, EP-241 337, EP-344 045, EP-402 21 2, EP-430 769 et EP-676 757.
A titre d'exemple, les vitrages selon l'invention peuvent ainsi présenter une structure, une séquence du type :
Revêtement anti-reflets/verre 1 /revêtement atténuant ou modifiant la couleur en réflexion/système fonctionnel/feuille de polymère intercalaire du type PU/verre 2
Ce système peut encore être associé à un autre verre pour constituer un double vitrage. Entre le verre 1 et le revêtement atténuant la couleur en réflexion, on peut aussi prévoir une feuille de polymère intercalaire du type PU et un autre verre : on peut ainsi apposer une structure (revêtement anti-reflets/verre 1 ) à une structure (système fonctionnel / revêtement atténuant la couleur/verre) feuilletées par une feuille de polymère.
D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent de la description faite ci-après de différents modes de réalisation non limitatifs, en référence au dessin annexé qui représente :
O figure 1 : un vitrage électrochrome à structure feuilletée en coupe,
Cette figure est extrêmement schématique et ne respecte pas les proportions entre les différents éléments représentés, ceci afin d'en faciliter la lecture. Ne sont pas représentées, notamment, toutes les connexions électriques qui sont connues en soi.
Les substrats rigides utilisés pour tous les exemples suivants sont des substrats en verre silico-sodo-calcique de 4 mm d'épaisseur, (leur épaisseur peut en fait être choisie notamment dans la gamme des 0,7 à 6 mm) .
Ce sont des substrats dits en verre « clair » commercialisés par SAINT-GOBAIN VITRAGE sous la dénomination Planilux.
EXEMPLE 1
La figure 1 représente un vitrage électrochrome à structure feuilletée à deux verres, dans une configuration adaptée par exemple à une utilisation en tant qu'écran de visualisation d'une télévision, à écran plat : sont représentés deux verres clairs 1 , un système fonctionnel électrochrome 3 de type « tout-solide » constitué de l'empilement de couches fonctionnelles suivant et une feuille de polyuréthane 1 3 :
D une première couche électroconductrice 4 en SnO2:F de 500 nm,
D une première couche 5 de matériau électrochrome anodique en oxyde d'iridium (hydraté) lrOx de 30 nm, (elle pourrait être remplacée par une couche en oxyde de nickel hydraté), O une couche 6 en oxyde de tantale hydraté Ta2O5. Hx de 5 nm à fonction d'accrochage,
D une couche 7 en oxyde de tungstène de 200 nm, D une seconde couche 8 en oxyde de tantale hydraté de 200 nm, D une seconde couche 9 de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde de tungstène HxWO3 de 380 nm, O une seconde couche 1 0 d'ITO de 280 nm.
Entre la couche électroconductrice 4 et le verre 2, se trouve un revêtement 1 1 dont la fonction est d'atténuer la couleur en réflexion du vitrage : il s'agit d'une couche d'oxycarbure de silicium SiOC d'indice environ 1 ,7 et d'épaisseur géométrique environ 50 à 55 nm (déposée de façon connue par CVD sur le verre 2) . Son indice se trouve ainsi intermédiaire entre ceux des matériaux qui l'entourent, à savoir celui du verre 1 (environ 1 ,5) et de la couche 4 en SnO2 :F (environ 2) .
Sur la face extérieure du verre 2, est disposé un revêtement antireflets 1 2 se décomposant en la succession de couches suivantes (en partant de la surface du verre 2) :
SnO2 ( 1 9nm) / SiO2 (33nm) / Nb2O5 ( 1 1 5 nm) / SiO2 ( 88nm) Il a été déposé de façon connue sur le verre 2 par pulvérisation cathodique assistée par champ magnétique et réactive en présence d'oxygène à partir de cibles appropriées en métal/silicium.
L'ensemble revêtement 1 2/verre 2/revêtement 1 1 /système fonctionnel 3 est ensuite feuilleté au verre 1 par l'intermédiaire d'une feuille 1 3 en polymère organique du type polyuréthane d'épaisseur 1 ,24 mm au moins.
Le vitrage est monté de façon à ce que le verre 2 soit le verre tourné vers l'extérieur de l'écran.
On s'aperçoit qu'en combinant au système fonctionnel 3, les deux types de revêtements optiques 1 1 et 1 2, on parvenait à décaler vers des
valeurs plus élevées la plage de TL accessible, et à diminuer l'intensité de la couleur résiduelle en réflexion à l'état décoloré et à l'état coloré. EXEMPLE 2
Un exemple 2 a été réalisé en utilisant les mêmes revêtements 1 1 et 1 2 et le même système fonctionnel 3 sur le même verre 2. Seule diffère ensuite la façon dont le verre est monté : ici, on a simplement surmonté la dernière couche 1 0 d'ITO du système fonctionnel d'une couche de vernis déposée sous vide en polyparaxylylène. On a ainsi une structure mono-verre du type : revêtement 1 2 / verre 1 / revêtement 1 1 / système fonctionnel 3 / vernis. EXEMPLE 3
Un exemple 3 a été réalisé, de façon similaire à l'exemple 1 . Seules diffèrent un peu certaines des épaisseurs des couches du système électrochrome. En outre, la couche 6 en oxyde de tantale hydraté a été supprimée. L'empilement du système électrochrome de cet exemple 3 est donc le suivant :
D une première couche électroconductrice 4' en SnO2: F de 500 nm, O une première couche 5' de matériau électrochrome anodique en oxyde d'iridium (hydraté) lrOx de 37 nm, (elle pourrait être remplacée par une couche en oxyde de nickel hydraté), D une couche 7' en oxyde de tungstène de 1 00 nm, H une seconde couche 8' en oxyde de tantale hydraté de 1 00 nm, D une seconde couche 9' de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde de tungstène HxWO3 de 280 nm, H une seconde couche 1 0' d'ITO de 270 nm.
Par contre, pour le revêtement 1 1 et le revêtement 1 2, le montage du système électrochrome sont identiques à celui de l'exemple 1 . EXEMPLE 4 Un exemple 4 a été réalisé comme l'exemple 3, à la différence près que dans cet exemple il n'y a pas de revêtement 1 2 anti-reflet.
Il a été confirmé que les performances optiques des vitrages étaient améliorées quand au moins un revêtement atténuant la couleur
(revêtement 1 1 ) ou un revêtement anti-reflet (revêtement 1 2) était prévu, l'amélioration maximale était obtenue en utilisant conjointement les deux types de revêtement. On peut prévoir un second revêtement anti-reflet (de façon à ce que chacune des faces extérieures des substrats extérieurs 1 et 2 soit traitée).
On a comparé les performances optiques des exemples 3 et 4 a l'état décoloré (alimentation + 1 ,2v) et à l'état coloré (alimentation - 1 ,6v) . - la transmission lumineuse TL (%),
>- les valeurs de aTL* et bTL* en transmission dans le système L*, a * , b*, - la réflexion lumineuse RL1 « côté intérieur », et les valeurs a * et b * correspondantes, - la réflexion lumineuse RL2 « côté extérieur », et les valeurs de a * et b * correspondantes.
Ces données sont regroupées dans le tableau 1 ci-dessous.
TABLEAU 1
Le tableau 2 ci-dessous regroupe des données sur les performances énergétiques de ces deux mêmes exemples, à savoir la transmission énergétique TE (%), la réflexion énergétique RE1 (côté extérieur) et RE2 (côté intérieur)
TABLEAU 2
On a également mesuré leurs facteurs solaires FS (le facteur solaire est le rapport entre l'énergie totale entrant dans le local à travers le vitrage et l'énergie solaire incidente) :
>- pour l'exemple 3 : le FS est de 33% à l'état coloré (-1 ,6v) et de 73% à l'état décoloré ( + 1 ,2v),
>• pour l'exemple 4 : le FS est de 32% à l'état coloré et de 67% à l'état décoloré.
On peut voir de ces données qu'avec l'exemple 3 selon l'invention, on peut atteindre une gamme plus large de transmission lumineuse, et atteindre notamment quasiment 80% de TL à l'état décoloré. La transmission énergétique à l'état décoloré de l'exemple 3 est également plus faible que celle de l'exemple 4, et les réflexions énergétiques plus élevées, que l'on soit à l'état coloré ou à l'état décoloré. L'exemple 4 qui n'a que le revêtement anti-couleur présente déjà une amélioration par rapport à un vitrage électrochrome standard, notamment en ce qui concerne la colorimétrie en réflexion RL1 et RL2. Mais l'exemple 3 qui ajoute un revêtement anti-réfléchissant permet d'élargir la gamme de TL vers des valeurs plus élevées, et de rendre le vitrage plus efficace sur le pian de la filtration des rayonnements thermiques notamment solaires .