Электрохромное устройство

 

Применение: электрохромное устройство может использоваться при изготовлении светомодуляторов, дисплеев пассивного типа. Сущность: на одну из диэлектрических пластин, образующих ячейку, которая заполнена электролитом, нанесен рабочий электрод, на другую - противоэлектрод. Хотя бы одна из пар электрод - пластина выполнена прозрачной. На рабочий электрод нанесен слой триоксида вольфрама. Использован электролит состава, %: серная кислота 5 - 10, вода 5 - 40, изопропиловый спирт - остальное. 1 ил.

Изобретение относится к приборам с переменным пропусканием и/или отражением света и может быть использовано при изготовлении светомодуляторов, дисплеев пассивного типа.

Известен электрохромный дисплей, работающий на основе изменения поглощения света слоем аморфного триоксида вольфрама, состоящий из двух раздельных подложек, на которых содержатся прозрачные электроды, на один из которых нанесен электрохромный слой триоксида вольфрама, сепаратора и электролита [1] Для увеличения долговечности прибора в электролите, представляющем собой слабый водный раствор серной кислоты, растворены до насыщения по крайней мере два или более соединения вольфрама (WO₂, WO₃, HWO_x), растворимые в воде в диапазоне ожидаемых рабочих температур.

Однако деградация аморфных пленок триоксида вольфрама обусловлена разрывом слабых водородных связей между тримерами W₃O₉, поэтому насыщение электролита различными соединениями вплоть до выпадения в осадок мало меняет скорость растворения триоксида вольфрама. Поэтому приборы на основе таких электролитов не обладают достаточной долговечностью.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является прибор с переменным пропусканием света, состоящий из двух электродов, на один из которых нанесен слой электрохромного вещества аморфного триоксида вольфрама, причем между этими электродами расположен электролит, состоящий из водного раствора серной кислоты, в который введены гелеобразующие добавки [2] В качестве таких добавок предлагаются поливиниловый спирт, глицерин, полиакриламид и т.п. Они увеличивают вязкость электролита, что уменьшает скорость растворения триоксида вольфрама и повышает долговечность прибора.

Для изменения пропускания света этим прибором необходимо к электроду с нанесенным на него слоем триоксида вольфрама приложить отрицательное напряжение относительно другого электрода, а для восстановления исходного пропускания света изменить полярность напряжения на противоположную.

При заданном содержании серной кислоты по сравнению с водным гелеобразные электролиты вследствие высокой вязкости характеризуются меньшей электропроводностью, что обуславливает низкую скорость окрашивания обесцвечивания электрохромного материала и соответственно изменения светопропускания. Так, для смеси глицерина и серной кислоты (10:1) окрашивание происходит за 10-15 с.

Вследствие этого для повышения электропроводности в таких электролитах увеличивают концентрацию серной кислоты и воды. Так, описываемый в [2] электролит состоит из смеси 5 г поливинилового спирта марки Elvanol и 20 мл 3М водного раствора H₂SO₄. Это соответствует содержанию приблизительно 20 об. серной кислоты и 60 об. воды. Использование электролита с такой высокой концентрацией серной кислоты повышает скорость разрушения отдельных узлов прибора, таких как проводящие слои, обеспечивающие гальваническую связь электрохромного материала с источником питания, противоэлектрод и т.п. что снижает срок службы прибора.

Кроме того, все предлагаемые гелеобразующие вещества обладают значениями поверхностного натяжения σ, близкими к таковому для воды. Так, для воды σ= 72,6 мН/м, для глицерина σ= 70,6 мН/м, для поливиниловых спиртов около 50-62 мН/м. По этой причине вода не вытесняется с границ раздела триоксид вольфрама электролит, что ведет к повышению скорости растворения электрохромного вещества. Так, при циклическом окpашивании обесцвечивании скорость растворения триоксида вольфрама в электролите глицерин серная кислота (10:1) составляет около 4 нМ/дн. Тогда, исходя из максимальной толщины слоя триоксида вольфрама 0,8 мкм (при большей толщине он отслаивается от подложки), можно определить, что срок службы не превышает 200 дн.

Введение гелеобразующих добавок в электролит на основе водного раствора серной кислоты не обеспечивает большого срока службы прибора вследствие травления различных узлов прибора и растворения электрохромного слоя аморфного триоксида вольфрама.

Целью изобретения является увеличение долговечности устройства за счет повышения устойчивости электрохромного материала.

Цель достигается тем, что в электрохромном устройстве, содержащем ячейку, образованную двумя диэлектрическими пластинами, разделенными диэлектрической прокладкой, заполненную электролитом в виде смеси водного раствора серной кислоты и спирта, на внутренние поверхности диэлектрических пластин нанесены рабочий электрод и противоэлектрод, при этом по крайней мере одна из пар электрод пластина выполнена прозрачной, а на рабочем электроде размещен слой электрохромного материала из триоксида вольфрама, в качестве электролита использована смесь водного раствора серной кислоты и изопропилового спирта в соотношении, Серная кислота 5-10 Вода 5-40 Изопропиловый спирт Остальное На чертеже показано электрохромное устройство. Оно содержит две диэлектрические пластины 1 и 2, из которых по крайней мере одна 1 прозрачная. Две диэлектрические пластины соединены между собой с помощью герметика. Рабочий электрод 4 нанесен на диэлектрическую пластину 1, выполнен из прозрачного электропроводящего материала, например из SnO₂, поверх которого нанесен электрохромный слой 5 из аморфного триоксида вольфрама. Противоэлектрод 6 выполнен из слоя прозрачного электропроводящего материала, например из SnO₂, и нанесен на диэлектрическую пластину 2. Пространство между электродами, задаваемое диэлектрической прокладкой 7, заполнено электролитом 8. В качестве электролита использована смесь водного раствора серной кислоты и изопропилового спирта.

Работает устройство следующим образом.

При подаче на электроды напряжения так, что на рабочий электрод 4 подается "минус", а на противоэлектрод 6 "плюс", прозрачный слой электрохромного материала 5 меняет свои оптические свойства: при протекании тока через прозрачный электрохромный материал появляется полоса наведенного током поглощения в определенной области длин волн и слой электрохромного материала 5 приобретает окраску. При смене полярности напряжения происходит обесцвечивание слоя электрохромного материала. При работе в режиме переменного пропускания света обе диэлектрические пластины 1 и 2 выполняются прозрачными. При работе в режиме переменного отражения света одна из диэлектрических пластин 2 выполняется отражающей свет.

Использование именно изопропилового спирта для электролита обусловлено следующими его характеристиками.

В отличие от высших спиртов (бутилового, амилового) изопропиловый спирт смешивается с водой, что позволяет регулировать электропроводность электролита добавлением воды. Введение изопропилового спирта не должно существенно снижать устойчивость триоксида вольфрама к растворению в электролите, поскольку, как отмечалось выше, изопропиловый спирт вследствие низкого поверхностного натяжения должен вытеснять воду с границы раздела триоксид вольфрама электролит. От спиртов с меньшей молекулярной массой изопропиловый спирт отличается большей температурой кипения, что увеличивает рабочий интервал температур.

Повышение устойчивости к воздействию электролита отдельных узлов, таких как электропроводящие слои, электрохромный слой аморфного триоксида вольфрама увеличивает срок службы прибора.

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность прибора, долговечность и увеличить срок его службы путем повышения устойчивости электрохромного материала триоксида вольфрама к растворению в электролите.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОХРОМНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее ячейку, образованную двумя диэлектрическими пластинами, разделенными диэлектрической прокладкой, заполненную электролитом в виде смеси водного раствора серной кислоты и спирта, на внутренние поверхности диэлектрических пластин нанесены рабочий электрод и противоэлектрод, по крайней мере одна пара электрод-пластина выполнена прозрачной, а на рабочем электроде размещен слой электрохромного материала из триоксида вольфрама, отличающееся тем, что, с целью увеличения долговечности за счет повышения устойчивости электрохромного материала, в качестве электролита использована смесь водного раствора серной кислоты и изопропилового спирта в соотношении, Серная кислота 5 ^oC 10 Вода 5 40 Изопропиловый спирт Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1