WO2025133133A1 - Improved electrochromic multilayer electroactive reflective module, and associated system and method - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to the field of electroactive reflective multilayer modules. It finds particularly advantageous application in the field of motor vehicle cladding or signaling, in particular for front parts of vehicles or for the interior of such vehicles.
- modules configured to reflect part of the visible spectrum and thus return a particular color.
- Modules exploiting the effect of Fabry-Pérot cavities are particularly well known.
- a reflected color called "structural color” appears when light is confined in a nanometric cavity delimited by two substantially parallel surfaces.
- These modules comprise a substrate, on which is formed a stack comprising at least one layer of reflective mirror and a layer of Fabry-Pérot absorber, for example a layer of conductive polymer.
- the thickness of the absorber layer determines the wavelengths of the reflected light beam that will exit the polymer layer by the interference phenomenon. These specific wavelengths correspond to a color in the visible spectrum and arrive at the eyes of an observer. The latter therefore has the impression that the layer of material has changed color.
- modules incorporating a liquid electrolyte reservoir.
- the thickness of the conductive polymer layer can be modulated using a reversible redox process in the presence of an ion source, when the conductive polymer layer is subjected to a potential difference.
- An object of the present invention is therefore to propose a solution improving an electroactive reflective multilayer module compared to existing solutions, and in particular to make it better compatible with an application in automotive parts.
- the reflective module as proposed may also be referred to as an electroactive reflective unit with a multi-layer structure, with a first substrate topped by a multi-layer stack.
- module is used to denote a modular element that is independent and self-sufficient to achieve the desired effects, including structural reflection, i.e., the return of specific wavelengths resulting from the structure of the modular element depending on stimuli applied to this element.
- the term “molecule” means an entity that is capable of existing in the free state regardless of the stimuli applied to the multilayer stack.
- the electrochromic molecule may designate a monomer, or a monomer molecule, which, by definition, consists of molecules of low molecular weight. The monomer molecules remain separate and do not polymerize with the presence of a voltage applied to the multilayer stack.
- the electrochromic layer has a nanometric thickness, forming a Fabry-Pérot cavity.
- the properties of the electrochromic layer are modulated by the electrochromic molecule which, depending on the applied potential difference, is in a redox form with an absorption peak.
- the electrochromic molecule thus changes the absorption of the electrochromic layer according to the wavelength, and more particularly in the visible range.
- the electrical stimulation caused by the potential difference therefore modifies the absorption coefficient according to the applied potential difference.
- the unabsorbed wavelengths resulting from the constructive interference of the Fabry-Pérot layer will form the light beam which is reflected on the reflecting mirror.
- the reflective module therefore makes it possible to modify the wavelength of the reflected beam, and therefore the color perceived by a user.
- This solution therefore differs from existing solutions in which only the thickness of the Fabry-Pérot layer is varied to modulate the wavelength of a beam. It is also possible to overcome the mechanical constraints resulting from this change in thickness. A wide variety of colors can be obtained depending on the electrochromic molecule(s) used.
- the electrochromic bilayer deposited on the electrochromic layer also forms a broadband absorber that absorbs part of the visible light spectrum. This absorbed radiation will therefore not be reflected by the reflective module, and therefore will not contribute to the perceived color.
- the reflected radiation, synergistically with the electrochromic layer, will have a reduced wavelength range in the visible range. The perceived color will therefore be more vivid and more pronounced.
- the electrochromic layer comprising a solid polymer electrolyte provides the ions required by the electrochromic molecule during the oxidation-reduction reactions induced by the potential difference.
- the redox form of the electrochromic molecule can thus be changed to modulate the reflected wavelength.
- the electrochemical layer comprises the solid polymer electrolyte and the electrochromic molecule, the reflective module is simplified and therefore easier to manufacture. This module thus distinguishes itself from solutions that could implement a multilayer assembly comprising an electrochromic layer and a separate electrolyte layer.
- the solid polymer electrolyte also improves the stabilization of the chemical species involved in the oxidation-reduction processes of the electrochromic molecule, which improves the reversibility of color changes and expands the range of electrochromic colors that can be obtained.
- the stack is also in solid or semi-solid form, which prevents leaks and reduces the size and weight of the reflective module compared to existing solutions using liquid electrolytes.
- Solid polymer electrolytes also have better thermal stability.
- Solid polymer electrolytes have better flexibility.
- the reflective module can therefore have flexibility that facilitates its integration into an automotive application, for example on a curved surface, as well as good mechanical strength.
- solid polymer electrolytes especially in the form of a gel or semi-solid material, facilitate the assembly of the electrochromic layer with the substrate. This facilitates electronic contact between the electrode substrates and the electrochromic layer, minimizing the risk of colorless areas appearing in the electrochromic layer, even when a potential difference is applied. This is especially advantageous in the case of large-area reflective modules.
- the first metal layer is based on or made of gold and the second metal layer is based on or made of chromium.
- the use of these two metals in the metal bilayer makes it possible to achieve the broadband absorber function in a distributed manner over the visible spectrum.
- the first metal layer based on or made of gold overcomes the electrochromic layer and the second metal layer based on or made of chromium overcomes the first metal layer.
- the chemical stability of the materials in the stack is thus improved.
- the metal bilayer has a non-zero thickness substantially less than or equal to 10 nm.
- the first metal layer has a non-zero thickness substantially less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm. According to one example, the first metal layer has a non-zero thickness substantially greater than or equal to 3 nm, preferably a thickness substantially equal to 3 nm.
- the second metal layer has a non-zero thickness substantially less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm. According to one example, the second metal layer has a non-zero thickness substantially greater than or equal to 3 nm, preferably a thickness substantially equal to 3 nm.
- the metal bilayer in the metal bilayer, at least one of the first and second metal layers has a plurality of nanometric holes along the main extension plane of the metal bilayer.
- the module has these nanometric holes near the surface receiving and re-emitting the light. The extraction of the reflected light is therefore improved, which increases the efficiency of light reflection by the module.
- each of the first and second metal layers has the plurality of nanometer-sized holes along the main extension plane of the metal bilayer. In one example, the holes are continuous between the first metal layer and the second metal layer of the bilayer.
- the solid polymer electrolyte thus exhibits good ionic conductivity and allows for improved charge transfer for redox compositions of the electrochromic molecule. This makes it easier to modify the wavelength of the reflected beam.
- Ionogels and solid polymer electrolytes based on one or more polymeric ionic liquids exhibit good chemical and mechanical stability. They are also sufficiently deformable to facilitate their incorporation into an automotive part, for example, on a curved surface. This increases the lifespan of the reflective module. These examples are therefore particularly suitable for automotive applications.
- the solid polymer electrolyte can be in gel form. Gel electrolytes overcome the disadvantages of liquid and solid electrolytes, such as the poor chemical stability of liquids and the risk of leakage, and the slow switching speed and lack of transparency of solids. They are also easier to process and are better suited to flexible substrates. The improved stabilization of the chemical species involved in the redox processes is further enhanced, which allows for improved reversibility of the color change and opens up vast possibilities for expanding the electrochromic color palette.
- the solid polymer electrolyte comprises a polymeric ionic liquid in admixture with a polymer matrix and/or the polymeric ionic liquid is crosslinked.
- the electrochromic layer and preferably the solid polymer electrolyte, has an ionic conductivity substantially less than or equal to 10 -4 S/cm, at room temperature (substantially 25°C). This range of values can more particularly be achieved when the solid polymer electrolyte comprises a polymeric ionic liquid.
- the solid polymer electrolyte is based on at least one polymer chosen from the group consisting of polyethers, polycarbonates, polyesters, polynitriles, polyalcohols, polyamines, polysiloxanes, fluoropolymers, biopolymers and their derivatives.
- the electrochromic molecule is an organic molecule. This makes the deposition process easier and reduces manufacturing costs. A wide variety of colors can also be obtained. Indeed, organic electrochromic molecules, particularly viologens, have many redox forms with different colors.
- the electrochromic molecule has a molar mass less than or equal to 600 g/mol.
- the solubility of the electrochromic molecule in the solid polymer electrolyte can thus be improved, particularly for an organic molecule.
- a low potential difference typically of the order of ⁇ 2 V, is sufficient to modulate the redox form of the electrochromic molecule and change the reflected color, and more particularly in the visible range.
- the response time of the electrochromic molecule following the application of a potential difference is also rapid, for example of the order of a second or a few seconds.
- the electrochromic molecule is chosen from the group consisting of: viologens, spiropyrans, bipyridines, carbazoles, methoxyphenyls, quinones, tetrathiafulvalene, phenylenediamine, pyrazoline, porphyrinoids, and in particular thiophene-porphyrinoids, furan-porphyrinoids, triphenylamines, and their derivatives.
- These molecules are particularly suitable for modulation of the wavelength of the reflected beam in the visible range, in a reliable and repeatable manner over time.
- These molecules indeed have good chemical stability and a reversible transition between different redox forms, for a large number of successive cycles. The lifetime of the reflective module is thus improved.
- the electrochromic layer comprises several different electrochromic molecules.
- the electrochromic layer comprises several different electrochromic molecules.
- the electrochromic molecule is in a colorless form without applying a potential difference.
- a potential difference without applying a potential difference, only the Fabry-Pérot effect can contribute to the wavelengths of the reflected beam.
- Applying the potential difference allows the redox form of the electrochromic molecule to be modified.
- the transmission of the electrochromic layer is maximal without applying a potential difference. This is particularly the case for small electrochromic molecules (whose molar mass is, for example, less than or equal to 600 g/mol), and in particular small organic electrochromic molecules.
- the electrochromic molecule has at least one colorless form and at least one colored form.
- the electrochromic layer is in a colorless form without application of a potential difference, in which the electrochromic layer does not exhibit an absorption peak in the visible range.
- the electrochromic molecule preferably exhibits at least one absorption peak in the visible range.
- the electrochromic layer has a transmittance greater than or equal to 80%, preferably at least without application of a potential difference. This transmittance makes it possible to further improve the transmission of the incident light beam to the electrochromic layer and, following its reflection from the mirror, the transmission of the beam reflected out of the module.
- the electrochromic layer has a thickness substantially greater than or equal to 50 nm. According to one example, the electrochromic layer has a thickness substantially less than or equal to 300 nm. According to one example, the electrochromic layer has a thickness substantially between 50 nm and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm. This thickness range allows the construction by constructive interference by the Fabry-Pérot effect of a beam reflected in the visible range, by the electrochromic layer. These thickness ranges are also particularly suitable for modulating the wavelength in a synergistic manner between the Fabry-Pérot effect and the electrochromic molecule.
- the multi-layer stack is topped by a second substrate.
- the reflective module is protected by this substrate, which is particularly advantageous for applications in the automotive sector.
- the first, and where appropriate the second, substrate are flexible substrates. This further minimizes the risk of poor electronic contact between the electrode substrates and the electrochromic layer, and therefore limits the risk of colorless areas appearing in the electrochromic layer, even under the application of a potential difference.
- the first and, where appropriate, the second substrate are based on polyethylene terephthalate or its derivatives.
- the first and second electrodes each form a layer, the first electrode and the second electrode being arranged on either side of the multilayer stack.
- the system includes an electrical source configured to apply the applied potential difference to the stack.
- the system comprises a plurality of said reflective modules juxtaposed in at least one direction parallel to, and preferably coincident with, a main extension direction of said reflective modules.
- the plurality of modules thus forms a plurality of pixels whose reflected wavelength can be modulated according to the potential difference applied to each reflective module. It is therefore understood that the system allows a dynamic module-by-module display of the reflected wavelength. Due to the presence of a solid polymer electrolyte in the electrochromic layer, the system makes it possible to dispense with complex fluid connections, especially since the system comprises a plurality of reflective modules.
- the system is configured to apply a potential difference independently between each reflective module.
- the system further comprises a lateral light source and a waveguide surmounting the at least one reflective module, the waveguide being configured to transmit a light beam from the light source to the at least one reflective module.
- the system is thus provided with its own light source to inject a beam into the reflective module and emit a reflected beam of the desired wavelength.
- the system has reduced consumption compared to existing systems using active lighting modules, while allowing good visibility at night.
- the waveguide is equipped with decoupling elements, such as prisms or suspended particles, making it possible to return the light rays propagating within it to at least one of the reflective modules.
- decoupling elements such as prisms or suspended particles
- the multilayer stack consists of the at least one layer forming the metal mirror, the electrochromic layer, or a plurality of electrochromic layers, and the metal bilayer.
- the multilayer stack is in direct contact with the first substrate and, where appropriate, the second substrate. According to one example, the multilayer stack is in direct contact with the first and second electrodes.
- the reflective module is thus manufactured in two sub-modules that can be more easily assembled. This allows for parallel manufacturing of the two sub-modules, which reduces manufacturing time.
- the formation of the electrochromic layer is thus decoupled from the formation of a layer above it. The risk of damage to the electrochromic layer by depositing another layer above it is thus avoided.
- the method includes providing a second substrate, the second substrate including the second electrode.
- the method further comprises, after deposition of the electrochromic layer on one of the metal mirror and the metal bilayer, assembling the first and second substrates by the electrochromic layer and the other of the metal mirror and the metal bilayer, to form the multilayer stack.
- a substrate or layer “based on” a species A means a substrate or layer comprising this species A only or this species A and possibly other species.
- step means the carrying out of a part of the process, and can designate a set of sub-steps.
- step does not necessarily mean that the actions carried out during a step are simultaneous or immediately successive. Certain actions of a first step may in particular be followed by actions linked to a different step, and other actions of the first step may be repeated subsequently. Thus, the term “step” does not necessarily mean unitary and inseparable actions in time and in the sequence of the phases of the process.
- the thickness of a layer or a substrate is measured in a direction perpendicular to the surface along which this layer or this substrate has its maximum extension. The thickness is thus taken in a direction perpendicular to the main faces of the substrate on which the different layers rest.
- the terms “on”, “overcomes”, “covers”, “underlying”, “facing” and their equivalents do not necessarily mean “in contact with”.
- the deposition, transfer, bonding, assembly or application of a first layer on a second layer does not necessarily mean that the two layers are in direct contact with each other, but means that the first layer at least partially covers the second layer by being either directly in contact with it, or by being separated from it by at least one other layer or at least one other element.
- in contact it is meant that a fine interface may exist, for example caused by manufacturing variability.
- lateral or transverse dimension is understood as a dimension in a plane parallel or coincident with the main extension plane of the layers of the stack.
- juxtaposed elements we mean here that these elements are arranged side by side according to their main extension plane or arranged one above the other according to the direction of stacking, this direction being perpendicular to the main extension plane.
- a parameter that is "substantially equal to/greater than/less than” a given value means that this parameter is equal to/greater than/less than the given value, within plus or minus 10% of this value.
- a parameter that is "substantially between” two given values means that this parameter is at least equal to the smallest given value, within plus or minus 10% of this value, and at most equal to the largest given value, within plus or minus 10% of this value.
- nanometric and more particularly “nanometric thickness” or “nanometric size”, we mean a dimension, for example a thickness, greater than or equal to 1 nm and strictly less than 1 ⁇ m.
- the visible range corresponds to the wavelength range between 350 and 900 nm, and preferably between 400 and 800 nm.
- a and/or B means (A), (B), or (A and B).
- A, B and/or C means (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B and C).
- the multilayer electroactive reflective module 1 and the reflective system 3 comprising it are now described according to several exemplary embodiments.
- the reflective module 1 comprises a first substrate 10, on which a multilayer stack 18 is deposited.
- the substrate has a lower surface 10a and an upper surface 10b.
- the stack 18 can be arranged on the upper surface 10b, if necessary on the electrode 12 itself arranged on the upper surface 10b.
- the multilayer stack 18 is configured to receive an incident light beam 2 and reflect a reflected light beam 2'.
- the incident light beam 2 has a wavelength spectrum. By Fabry-Pérot effect, a part of this wavelength spectrum will be transmitted by constructive interference then reflected on a metal mirror 14 to form the reflected beam 2'.
- the multilayer stack 18 is configured to modulate the wavelengths of the reflected beam 2' with a modification of the optical properties of the multilayer stack 18 under the application of a potential difference. It is therefore understood that the wavelength spectrum of the reflected light beam 2' is at least distinct, and can be reduced in wavelength, compared to the spectrum of the incident beam 2.
- the multilayer stack 18 comprises at least one reflective metal mirror 14 and an electrochromic layer 15.
- This layer 15 is configured to let out a wavelength determined by the Fabry-Pérot effect by constructive interference, and is configured to have optical properties modulated according to the applied potential difference. More particularly, the absorbance spectrum of the electrochromic layer 15 can be modified according to the applied potential difference.
- a wavelength for the reflected beam 2’ is not limited to an isolated wavelength but can designate a range of wavelengths.
- the Fabry-Pérot effect is first presented.
- the electrochromic layer 15 comprising at least one electrochromic molecule 17, the electrochromic layer 15 can exhibit absorption of certain wavelengths as when pigments or dyes are used.
- the electrochromic molecule(s) 17 are molecules forming part of at least one redox couple, which can pass from one redox form to another under the application of a potential difference in a conductive medium.
- At least one redox form of an electrochromic molecule 17 is said to be “colored,” that is, the absorbance spectrum of the molecule in this redox form has an absorption peak in the visible range. The absorbed wavelength is thus removed from the spectrum of the light beam, which modifies the constructive interference by the Fabry-Pérot effect and the spectrum of the reflected beam 2’ at the output of the module 1.
- An electrochromic molecule 17 may have several colored forms, as seen in more detail later with reference to particular examples.
- At least one redox form of an electrochromic molecule 17 may be “colorless,” that is, the absorbance spectrum of the molecule in this redox form does not have an absorption peak in the visible range.
- the electrochromic molecule(s) 17 may be in one redox form or another, and thus modulate the optical properties of the layer 15. Once the electrochromic molecule 17 has passed into a redox form after application of a potential difference, the electrochromic molecule 17 may remain in this form. Electrochromism may also benefit from a certain “memory effect”. It is therefore not necessary to maintain a potential difference to obtain a particular color rendering, even if it is possible, or even advantageous, to apply the potential difference at regular intervals to improve the maintenance of the color of the module. The consumption of the reflective module may therefore be reduced.
- the module 1 comprises two electrodes 12, 13 configured to apply a potential difference to the stack 18, and more particularly to the electrochromic layer 15.
- a first electrode 12 and a second electrode 13 electrically connect the multilayer stack 18 on either side.
- These two electrodes 12, 13 can each form a layer arranged on either side of the stack 18, as illustrated in FIGS. 1A, 1B.
- the reflective system 3 may comprise an electrical source 30 electrically connected to the first 12 and second 13 electrodes, for example an electronic controller.
- the potential difference applied by the source 30 is in absolute value between 0 V excluded and 2 V, preferably between 0 V excluded and 1 V.
- An electrochromic molecule 17 is capable of being modified by an oxidation-reduction reaction under application of a potential difference. During this reaction, for example illustrated by the , the redox form of the electrochromic molecule 17 is modified.
- the redox form of the molecule without application of a potential difference for example its neutral form, is colorless.
- An electrolyte 16 comprises ions 160 to form an ionic conductive medium. Under the application of a potential difference, the electrochromic molecule can be oxidized and pass into a colored redox form.
- the electrochromic layer 15 may have a small or even no variation in its thickness d15, unlike existing solutions implementing a variation in the thickness to modify the wavelength transmitted by interference by the Fabry-Pérot effect.
- the thickness d15 of the electrochromic layer 15 has a variation of less than 1% of its initial thickness, preferably the thickness of the electrochromic layer 15 remains constant.
- the electrochromic layer 15 comprises a solid polymer electrolyte 16.
- the solid polymer electrolyte has good ionic conductivity for this purpose.
- the electrochromic layer 15 is therefore in the solid or semi-solid state, for example in the form of a gel or semi-solid material. This prevents leaks and reduces the size and weight of the reflective module 1.
- the architecture of the reflective module 1 is also simplified. The reflective module 1 is thus more easily incorporated into existing assemblies, for example in car parts in the context of an automotive application, as described in more detail later. Many solid polymer electrolytes can be manufactured from commercially available products, facilitating the manufacture of the module 1 and reducing its manufacturing cost.
- the module further comprises a partially transparent metal bilayer 19.
- the metal bilayer 19 surmounts the electrochromic layer 15.
- the metal bilayer 19 can therefore be arranged between the electrochromic layer 15 and the second electrode 13.
- the metal bilayer acts as a broadband absorber in order to absorb a portion of the incident light radiation 2 to carry out a first selection of the wavelengths reaching the electrochromic layer.
- the wavelengths in the visible range are selected to reduce the wavelength range of the reflected beam.
- the resulting perceived color is therefore more vivid and appears more intense.
- the reflective module 1, or the system 3 comprising it can be incorporated into parts such as car parts. illustrates by way of example a front part of a car front hood comprising in the center the reflective system 3. It is possible to provide for the reflective module or the reflective system 3 to be incorporated into other parts for example inside the passenger compartment or on other parts of the bodywork.
- the ionogels and solid polymer electrolytes based on the polymeric ionic liquids are sufficiently deformable and stretchable to accommodate deformations of the module and mechanical stresses during use, which is particularly advantageous for automotive applications.
- the Young's modulus of the solid polymer electrolyte is substantially between 0.2 and 4 MPa.
- the elongation at break may be substantially greater than or equal to 100%, for example substantially between 150% and 160%.
- the reflective module 1 thus has a long service life despite the stresses that may be exerted on the module.
- the ionogels and solid polymer electrolytes based on the polymeric ionic liquids also allow the production of patterns, for example by photolithography. Patterns may in particular be used to manufacture decorative films.
- the electrochromic layer 15 has a transmittance greater than or equal to 80%.
- the electrochromic layer 15 may further have an ionic conductivity greater than or equal to 1.10 -4 S/cm at room temperature.
- the ionic conductivity may be substantially between 10 -4 S/cm and 10 -2 S/cm at room temperature.
- the ionic conductivity may be of the order of 1.10 -3 S/cm. These ionic conductivities are notably achievable due to the use of an ionogel.
- the solid polymer electrolyte layer may further have an ionic conductivity less than or equal to 1.10 -4 S/cm at room temperature.
- the solid polymer electrolyte 16 may be based on at least one polymer chosen from polyethers, polycarbonates (for example polybutylene glutarate abbreviated PBG), polyesters (for example polymethylmethacrylate, abbreviated PMMA), polynitriles (for example polyacrylonitrile, abbreviated PAN), polyalcohols (for example polyvinyl alcohol, abbreviated PVA), polyamines (for example polyethyleneimine, abbreviated PEI), polysiloxanes (for example polydimethylsiloxane, abbreviated PDMS), fluoropolymers (for example polyvinylidene fluoride, abbreviated PVDF, and poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), abbreviated P(VDF-co-HFP)), biopolymers (for example lignin, chitosan and cellulose) and their derivatives.
- the solid polymer electrolyte may,
- the cations that can be used are, for example, 1,3-dialkylimidazolium, N-alkylpyridinium, tetraalkylammonium, tetraalkylphosphonium and N-alkylpyrrolidinium.
- the anions that can be used are, for example, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, trifluoromethanesulfonate, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion, acetate.
- ions can have different hydrophobic or hydrophilic properties. Depending on the nature of the polymer matrix, for example, or the desired hydrophobic or hydrophilic properties, it is understood that the ions used to form an ionic liquid, whether polymeric or not, can be adapted.
- the electrochromic layer 15 preferably has a thickness of between 50 and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm. Since the electrochromic molecules are distributed in the matrix formed by the solid polymer electrolyte 16, it is not necessary to have a greater thickness of the electrochromic layer 15. The compactness of the reflective module 1 is therefore improved. Limiting the thickness d15 of the electrochromic layer 15 also promotes high transmittance, and therefore the transmission of the incident 2 and reflected 2' beams. Preferably, the electrochromic molecules 17 are distributed homogeneously in the solid polymer electrolyte 16.
- the electrochromic molecule is an organic molecule, for example a polymer molecule or macromolecule.
- the electrochromic molecule has a molar mass less than or equal to 600 g/mol.
- the electrochromic molecule 17 can be chosen from: viologens, spiropyrans, bipyridines, carbazoles, methoxyphenyls, quinones, tetrathiafulvalene, phenylenediamine, pyrazoline, porphyrinoids, and in particular thiopheneporphyrinoids, furanporphyrinoids, triphenylamines, and their derivatives.
- viologens result from the quaternization of bipyridine.
- a person skilled in the art is perfectly capable of identifying derivatives of these molecules that may have electrochromic properties, as described for example in Stolar, Monika. " Organic electrochromic molecules: synthesis, properties, applications and impact” Pure and Applied Chemistry , vol. 92, no. 5, 2020, pp. 717-731. https:/doi.org/10.1515/pac-2018-1208.
- a derived molecule may, for example, be a molecule having a substituent group, for example a group or a carbon chain carrying or not at least one heteroatom.
- Viologen can typically exhibit 3 different redox forms: colorless, blue/purple, orange/red.
- the electrochromic layer 15 may further comprise other chemical compounds, and in particular to participate in the redox reactions of the electrochromic molecule 17.
- the electrochromic layer 15 comprises a redox mediator.
- the redox mediator may for example be the potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide pair, and/or the TEMPO radical (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl or (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl).
- the metal bilayer 19 is now described in more detail, for example with reference to Figures 1A and 1B.
- the metal bilayer 19 comprises a first metal layer 190 and a second metal layer 191.
- the first 190 and second 191 layers are preferably in contact with each other.
- the first layer 190 is preferably in contact with the electrochromic layer 15.
- the second metal layer 19 is preferably in contact with the second electrode 13.
- the first metal layer 190 is based on or made of gold and the second metal layer 191 is based on or made of chromium or vice versa.
- Chromium has an absorption peak mainly in the blue and little in the red
- gold has an absorption peak mainly in the red and little in the blue.
- Other metals can be considered, such as silver for example.
- the first metal layer 190 is based on or made of gold. Gold in fact has better chemical compatibility with the electrochromic layer 15.
- the thickness of the metal layers 190 and 191 is chosen so as to partially absorb the incident light radiation 2 while being sufficiently transparent to allow good reflection by the reflective module 1.
- the metal bilayer 19 preferably has a transmittance greater than or equal to 75%, preferably substantially equal to 80%.
- the first 190 and second 191 metal layers have a non-zero thickness, preferably greater than or equal to 3 nm.
- the first 190 and second 191 metal layers may each have a thickness d 190 , d 191 preferably less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm, and preferably substantially equal to 3 nm.
- the metal bilayer 19 may have a total thickness substantially less than or equal to 20 nm, preferably substantially less than or equal to 10 nm.
- the metal bilayer 19 is free of nano-sized holes 192.
- the metal bilayer 19 can be continuous without interruption.
- the metal bilayer 19 may alternatively comprise holes of nanometric size. This makes it possible to improve the extraction of the radiation reflected by the module 1, this radiation passing through fewer layers at the level of these holes 192.
- their largest dimension in the main extension plane of the metal bilayer 19 is nanometric. This dimension may be their diameter d 192 .
- At least one of, and preferably each of, the first 190 and the second 191 metal layers have these holes 192.
- These holes 192 can pass through at least 90%, and preferably substantially 100%, of the layer 190, 191 in question, and preferably both layers 190, 191, in a direction substantially perpendicular to the main extension plane of the bilayer 19.
- the holes 192 represent, in projection onto the surface of the layer considered, 20% to 40% of the surface of the corresponding layer(s).
- these holes 192 may have a circular section, this section being more particularly taken in the main extension plane of the metal bilayer 19.
- the distribution of these holes 192 in the corresponding layer(s) is preferably carried out regularly in the center and at the four corners of squares subdividing these layers.
- Each of the squares has for example a side with a length L 192 of 600 nm.
- the diameter d 192 of each of the holes 192 may be substantially equal to 200 nm.
- the method for manufacturing the reflective module 1 is now described according to several exemplary embodiments with reference to figures 6 to 12. Note that the method can comprise any step allowing the characteristics of the reflective module 1 described above to be obtained. Particular examples of manufacturing recipes are also given. The deposition parameters and techniques can be configured to obtain the thicknesses described previously.
- the method comprises providing the first substrate 10 comprising the first electrode 12.
- the method may comprise a step of depositing the first electrode 12 on the first substrate 10, and more particularly on its upper face 10b, for example by depositing a layer of ITO on the first substrate 10.
- the method then comprises forming the multilayer stack 18 as introduced above.
- the method may comprise the deposition of the metal mirror 14 on the first substrate 10, and more particularly on the first electrode 12, as illustrated in FIGS. 6 to 7C.
- the mirror 14 may comprise several successive layers of metals. These layers 140, 141, 142 may be formed by any physical deposition technique, for example by cathode sputtering, by electron beam evaporation, by flash evaporation or by induction evaporation.
- the method can comprise the deposition of the electrochromic layer 15.
- numerous deposition techniques can be envisaged, depending in particular on the nature of the solid polymer electrolyte 16.
- the electrochromic layer 15 is deposited on the second electrode 13, and in particular on the metal bilayer 19.
- the deposition of the electrochromic layer can comprise the deposition of a precursor solution to form a layer 15'.
- the precursor solution comprises between 1% and 10% by mass, preferably substantially 5% of electrochromic molecule.
- This deposited layer 15' can then form the electrochromic layer 15 by heat treatment and/or by UV radiation and/or by drying.
- the invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all embodiments covered by the invention.
- the present invention is not limited to the examples previously described. Many other variant embodiments are possible, for example by combining previously described characteristics, without departing from the scope of the invention.
- the reflective module may comprise a plurality of mirrors and substrates, for example alternating with each other.
- Other deposition techniques may also be envisaged by those skilled in the art depending on the nature of the deposited layer.
- the characteristics described in relation to one aspect of the invention may be combined with another aspect of the invention.
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Abstract
Description
La présente invention concerne le domaine des modules multicouches réfléchissants électroactifs. Elle trouve pour application particulièrement avantageuse le domaine de l’habillage ou de la signalisation de véhicule automobile, notamment pour des pièces frontales de véhicules ou encore pour l’habitacle intérieur de tels véhicules.The present invention relates to the field of electroactive reflective multilayer modules. It finds particularly advantageous application in the field of motor vehicle cladding or signaling, in particular for front parts of vehicles or for the interior of such vehicles.
Il est courant de présenter un motif ou un élément visuel sur une pièce de véhicule automobile, pour sa décoration ou bien à des fins de signalisation. Pour cela, on utilise généralement des sources lumineuses permettant d’afficher un tel motif de jour comme de nuit. Afin de limiter la consommation électrique de ce type de module, on peut chercher à se tourner vers des solutions plus économes, qui utilisent la lumière ambiante au moins de jour.It is common to present a pattern or visual element on a motor vehicle part, for its decoration or for signaling purposes. For this, light sources are generally used that allow such a pattern to be displayed day and night. To limit the power consumption of this type of module, we can look towards more economical solutions, which use ambient light at least during the day.
Pour cela, il existe des modules multicouches réfléchissants électroactifs, configurés pour réfléchir une partie du spectre visible et ainsi renvoyer une couleur particulière. Il est notamment connu des modules exploitant l’effet des cavités Fabry-Pérot. Dans une cavité Fabry-Pérot, une couleur réfléchie appelée « couleur structurelle » apparaît lorsque la lumière est confinée dans une cavité nanométrique délimitée par deux surfaces sensiblement parallèles. Ces modules comprennent un substrat, sur lequel est formé un empilement comprenant au moins une couche de miroir réfléchissant et une couche d’absorbeur Fabry Pérot, par exemple une couche de polymère conducteur. Dans les solutions existantes, l’épaisseur de la couche d’absorbeur détermine les longueurs d’onde du faisceau lumineux réfléchi qui sortira de la couche de polymère par le phénomène d’interférence. Ces longueurs d’onde spécifiques correspondent à une couleur dans le spectre visible et arrive aux yeux d’un observateur. Celui-ci a donc l’impression que la couche de matériau a changé de couleur.For this purpose, there are electroactive reflective multilayer modules, configured to reflect part of the visible spectrum and thus return a particular color. Modules exploiting the effect of Fabry-Pérot cavities are particularly well known. In a Fabry-Pérot cavity, a reflected color called "structural color" appears when light is confined in a nanometric cavity delimited by two substantially parallel surfaces. These modules comprise a substrate, on which is formed a stack comprising at least one layer of reflective mirror and a layer of Fabry-Pérot absorber, for example a layer of conductive polymer. In existing solutions, the thickness of the absorber layer determines the wavelengths of the reflected light beam that will exit the polymer layer by the interference phenomenon. These specific wavelengths correspond to a color in the visible spectrum and arrive at the eyes of an observer. The latter therefore has the impression that the layer of material has changed color.
Afin de pouvoir moduler l’épaisseur de la couche de polymère conducteur, il existe des modules incorporant un réservoir d’électrolyte liquide. L'épaisseur de la couche de polymère conducteur peut être modulée grâce à un processus d'oxydoréduction réversible en présence d'une source ionique, lorsque la couche de polymère conducteur est soumise à une différence de potentiel. In order to modulate the thickness of the conductive polymer layer, there are modules incorporating a liquid electrolyte reservoir. The thickness of the conductive polymer layer can be modulated using a reversible redox process in the presence of an ion source, when the conductive polymer layer is subjected to a potential difference.
En pratique, ces systèmes restent limités, notamment du fait de l’utilisation d’un réservoir d’électrolytes liquides peut engendrer des fuites et des problèmes de raccord au réservoir. En outre, ces systèmes présentent généralement une réflexion étendues en termes de longueur d’onde réfléchie. La couleur perçue par l’utilisateur est donc terne et peu marquée. Cela freine leur intégration pour certaines applications comme pour l’automobile.In practice, these systems remain limited, particularly because the use of a liquid electrolyte reservoir can cause leaks and problems connecting to the reservoir. In addition, these systems generally have a broad reflection in terms of reflected wavelength. The color perceived by the user is therefore dull and not very pronounced. This hinders their integration in certain applications, such as automotive.
Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution améliorant un module multicouche réfléchissant électroactif par rapport aux solutions existantes, et notamment pour le rendre mieux compatible avec une application dans des pièces automobiles.An object of the present invention is therefore to propose a solution improving an electroactive reflective multilayer module compared to existing solutions, and in particular to make it better compatible with an application in automotive parts.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.Other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following description and accompanying drawings. It is understood that other advantages may be incorporated.
Pour atteindre cet objectif, selon un premier aspect on prévoit un module réfléchissant électroactif multicouche pour une pièce automobile comprenant :
- un premier substrat,
- un empilement multicouche disposé sur le premier substrat et configuré pour recevoir un faisceau lumineux incident et réfléchir un faisceau lumineux réfléchi présentant une longueur d’onde déterminée, ladite longueur d’onde dépendant d’une différence de potentiel appliquée à l’empilement, l’empilement multicouche comprenant au moins une couche formant un miroir métallique,
- une première électrode et une deuxième électrode, reliant électriquement de part et d’autre l’empilement multicouche, et configurées pour appliquer ladite différence de potentiel.
- a first substrate,
- a multilayer stack arranged on the first substrate and configured to receive an incident light beam and reflect a reflected light beam having a determined wavelength, said wavelength depending on a potential difference applied to the stack, the multilayer stack comprising at least one layer forming a metal mirror,
- a first electrode and a second electrode, electrically connecting the multilayer stack on either side, and configured to apply said potential difference.
Avantageusement, l’empilement multicouche comprend en outre :
- une couche électrochromique présentant une épaisseur nanométrique et surmontant le miroir métallique, la couche électrochromique comprenant :
- au moins un électrolyte polymère solide,
- au moins une molécule électrochromique distincte de l’au moins un polymère électrolyte solide de façon à modifier l’absorption de la couche électrochromique, selon la différence de potentiel appliquée à l’empilement,
- une bicouche métallique partiellement transparente comprenant une première couche métallique à base ou faite d’un premier métal, et une deuxième couche métallique à base ou faite d’un deuxième métal distinct du premier métal, la bicouche métallique surmontant la couche électrochromique.
- an electrochromic layer having a nanometric thickness and surmounting the metal mirror, the electrochromic layer comprising:
- at least one solid polymer electrolyte,
- at least one electrochromic molecule distinct from the at least one solid electrolyte polymer so as to modify the absorption of the electrochromic layer, depending on the potential difference applied to the stack,
- a partially transparent metal bilayer comprising a first metal layer based on or made of a first metal, and a second metal layer based on or made of a second metal distinct from the first metal, the metal bilayer overlying the electrochromic layer.
Dans le présent document, le module réfléchissant tel que proposé peut être encore appelé unité réfléchissante électroactive à structure multicouches, avec un premier substrat surmonté par un empilement multicouche. Le terme « module » est utilisé pour désigner un élément modulaire qui est indépendant et autosuffisant pour réaliser les effets souhaités, notamment la réflexion structurelle, c’est-à-dire le renvoi des longueurs d’onde spécifiques résultant de la structure de l’élément modulaire en fonction de stimuli appliqués à cet élément.In this document, the reflective module as proposed may also be referred to as an electroactive reflective unit with a multi-layer structure, with a first substrate topped by a multi-layer stack. The term "module" is used to denote a modular element that is independent and self-sufficient to achieve the desired effects, including structural reflection, i.e., the return of specific wavelengths resulting from the structure of the modular element depending on stimuli applied to this element.
Ici, on entend par « molécule » une entité qui est capable d’exister à l’état libre quel que soit les stimuli appliqués à l’empilement multicouche. Selon un exemple de réalisation, la molécule électrochromique peut désigner un monomère, ou une molécule monomère, qui, par définition, est constitué de molécules de faible poids moléculaire. Les molécules monomères restent séparées et ne se polymérisent pas avec la présence d’une tension appliquée à l’empilement multicouche. Here, the term “molecule” means an entity that is capable of existing in the free state regardless of the stimuli applied to the multilayer stack. According to an exemplary embodiment, the electrochromic molecule may designate a monomer, or a monomer molecule, which, by definition, consists of molecules of low molecular weight. The monomer molecules remain separate and do not polymerize with the presence of a voltage applied to the multilayer stack.
La couche électrochromique présentant une épaisseur nanométrique, elle forme une cavité Fabry-Pérot. La bicouche métallique déposée sur la couche électrochromique permet, avec le miroir, de fermer la cavité Fabry-Pérot formée. Les propriétés de la couche électrochromique sont modulées par la molécule électrochromique qui, selon la différence de potentiel appliqué, se présente sous une forme redox présentant un pic d’absorption. La molécule électrochromique change ainsi l’absorption de la couche électrochromique selon la longueur d’onde, et plus particulièrement dans le domaine du visible. La stimulation électrique entraînée par la différence de potentiel modifie donc le coefficient d'absorption en fonction de la différence de potentiel appliquée. Les longueurs d’onde non absorbées et résultantes de l’interférence constructive de la couche Fabry-Pérot vont former le faisceau lumineux qui est réfléchi sur le miroir réfléchissant. Le module réfléchissant permet donc de modifier la longueur d’onde du faisceau réfléchi, et donc la couleur perçue par un utilisateur. The electrochromic layer has a nanometric thickness, forming a Fabry-Pérot cavity. The metallic bilayer deposited on the electrochromic layer, together with the mirror, closes the formed Fabry-Pérot cavity. The properties of the electrochromic layer are modulated by the electrochromic molecule which, depending on the applied potential difference, is in a redox form with an absorption peak. The electrochromic molecule thus changes the absorption of the electrochromic layer according to the wavelength, and more particularly in the visible range. The electrical stimulation caused by the potential difference therefore modifies the absorption coefficient according to the applied potential difference. The unabsorbed wavelengths resulting from the constructive interference of the Fabry-Pérot layer will form the light beam which is reflected on the reflecting mirror. The reflective module therefore makes it possible to modify the wavelength of the reflected beam, and therefore the color perceived by a user.
Cette solution se distingue par conséquent des solutions existantes pour lesquelles on fait uniquement varier l’épaisseur de la couche Fabry-Pérot pour moduler la longueur d’onde d’un faisceau. Il est en outre possible de s’affranchir des contraintes mécaniques qui découlent de ce changement d’épaisseur. Une grande diversité de couleur peut être obtenue selon la ou les molécule(s) électrochromique utilisées.This solution therefore differs from existing solutions in which only the thickness of the Fabry-Pérot layer is varied to modulate the wavelength of a beam. It is also possible to overcome the mechanical constraints resulting from this change in thickness. A wide variety of colors can be obtained depending on the electrochromic molecule(s) used.
La bicouche électrochromique déposée sur la couche électrochromique forme en outre un absorbeur large bande qui permet d’absorber une partie du spectre lumineux visible. Ce rayonnement absorbé se sera donc pas réfléchi par le module réfléchissant, et donc ne participera pas à la couleur perçue. Le rayonnement réfléchi, synergiquement avec la couche électrochromique, va présenter une plage de longueur réduite dans le domaine du visible. La couleur perçue sera donc plus vive et plus marquée.The electrochromic bilayer deposited on the electrochromic layer also forms a broadband absorber that absorbs part of the visible light spectrum. This absorbed radiation will therefore not be reflected by the reflective module, and therefore will not contribute to the perceived color. The reflected radiation, synergistically with the electrochromic layer, will have a reduced wavelength range in the visible range. The perceived color will therefore be more vivid and more pronounced.
La couche électrochromique comprenant un électrolyte polymère solide permet de fournir les ions nécessaires à la molécule électrochromique lors des réactions d’oxydoréduction induites par la différence de potentiel. La forme redox de la molécule électrochromique peut être ainsi changée pour moduler la longueur d’onde réfléchie. La couche électrochimique comprenant l’électrolyte polymère solide et la molécule électrochromique, le module réfléchissant est simplifié, et donc sa fabrication est facilitée. Ce module se distingue ainsi des solutions qui pourraient mettre en œuvre un assemblage multicouche comprenant une couche électrochromique et une couche d’électrolyte distincte. L’électrolyte polymère solide améliore en outre la stabilisation des espèces chimiques impliquées dans les processus d'oxydoréduction de la molécule électrochromique, ce qui permet d'améliorer la réversibilité des changements de couleur et d'élargir la palette de couleurs électrochromes pouvant être obtenues.The electrochromic layer comprising a solid polymer electrolyte provides the ions required by the electrochromic molecule during the oxidation-reduction reactions induced by the potential difference. The redox form of the electrochromic molecule can thus be changed to modulate the reflected wavelength. Since the electrochemical layer comprises the solid polymer electrolyte and the electrochromic molecule, the reflective module is simplified and therefore easier to manufacture. This module thus distinguishes itself from solutions that could implement a multilayer assembly comprising an electrochromic layer and a separate electrolyte layer. The solid polymer electrolyte also improves the stabilization of the chemical species involved in the oxidation-reduction processes of the electrochromic molecule, which improves the reversibility of color changes and expands the range of electrochromic colors that can be obtained.
L’empilement est de plus sous forme solide, ou semi-solide, ce qui permet d’éviter des fuites et réduit l’encombrement et le poids du module réfléchissant par rapport aux solutions existantes mettant en œuvre des électrolytes liquides. Les électrolytes polymères solides présentent en outre une meilleure stabilité thermique. Les électrolytes polymères solides présentent une meilleure flexibilité. Le module réfléchissant peut ainsi présenter une souplesse facilitant son intégration dans une application automobile, par exemple sur une surface courbe, ainsi qu’une bonne résistance mécanique. The stack is also in solid or semi-solid form, which prevents leaks and reduces the size and weight of the reflective module compared to existing solutions using liquid electrolytes. Solid polymer electrolytes also have better thermal stability. Solid polymer electrolytes have better flexibility. The reflective module can therefore have flexibility that facilitates its integration into an automotive application, for example on a curved surface, as well as good mechanical strength.
L'utilisation d’un électrolyte polymère solide, et notamment sous la forme d’un gel ou d’un matériau semi-solide, permet en outre d'éviter certaines difficultés d'assemblage liées à l'utilisation d'électrolytes liquides. Les électrolytes liquides sont généralement introduits par capillarité de surface dans une cellule fonctionnelle préalablement assemblée, typiquement avec des ouvertures placées dans des coins opposés. Une fois que l'électrolyte liquide est mis en contact avec l'une des ouvertures, il monte à travers la cavité interne de la cellule. Cependant, comme la remontée devient plus difficile au fur et à mesure du remplissage, en raison de l'énergie potentielle croissante de l'électrolyte, cette méthode limite la taille du dispositif et augmente le risque de bulles.The use of a solid polymer electrolyte, particularly in the form of a gel or semi-solid material, also avoids some of the assembly difficulties associated with the use of liquid electrolytes. Liquid electrolytes are generally introduced by surface capillary action into a previously assembled functional cell, typically with openings placed in opposite corners. Once the liquid electrolyte is brought into contact with one of the openings, it rises through the internal cavity of the cell. However, since the rise becomes more difficult as filling progresses, due to the increasing potential energy of the electrolyte, this method limits the size of the device and increases the risk of bubbles.
En outre, les électrolytes polymères solides, et notamment sous la forme d’un gel ou d’un matériau semi-solide, permettent de faciliter l'assemblage de la couche électrochromique avec le substrat. Cela facilite le contact électronique entre les substrats d'électrodes et la couche électrochromique, ce qui minimise le risque d’apparition de zone incolore dans la couche électrochromique, même sous l’application d’une différence de potentiel. Ceci est d’autant plus avantageux dans le cas des modules réfléchissants de grande surface.In addition, solid polymer electrolytes, especially in the form of a gel or semi-solid material, facilitate the assembly of the electrochromic layer with the substrate. This facilitates electronic contact between the electrode substrates and the electrochromic layer, minimizing the risk of colorless areas appearing in the electrochromic layer, even when a potential difference is applied. This is especially advantageous in the case of large-area reflective modules.
Un électrolyte polymère solide, et notamment sous la forme d’un gel ou d’un matériau semi-solide, est donc plus facile à manipuler que les électrolytes liquides et offre une meilleure interaction avec le substrat et le cas échéant l’électrode, et ce notamment en raison de leur caractère collant et/ou de leur adhérence. Cela facilite donc la fabrication à l’échelle industrielle du module réfléchissant.A solid polymer electrolyte, particularly in the form of a gel or semi-solid material, is therefore easier to handle than liquid electrolytes and offers better interaction with the substrate and, where applicable, the electrode, particularly due to their stickiness and/or adhesion. This therefore facilitates the industrial-scale manufacture of the reflective module.
L’architecture du module réfléchissant est en outre simplifiée. Une seule couche électrochromique peut être suffisante, sans nécessiter l’ajout d’autres couches et notamment d’une couche de polymère conducteur et d’une contre-électrode, comme ce serait le cas pour un module présentant une couche Fabry-Pérot d’épaisseur variable avec la différence de potentiel appliqué. The architecture of the reflective module is also simplified. A single electrochromic layer may be sufficient, without requiring the addition of other layers, including a conductive polymer layer and a counter-electrode, as would be the case for a module with a Fabry-Pérot layer of variable thickness depending on the applied potential difference.
Par ailleurs, le module réfléchissant présente une consommation d’énergie réduite. En effet, une différence de potentiel faible, typiquement de l’ordre de ± 2 V, est suffisante pour moduler la forme redox de la molécule électrochromique et changer la couleur réfléchie, et plus particulièrement dans le domaine du visible. Le module réfléchissant est rendu plus versatile. Le module réfléchissant est par conséquent particulièrement adapté à des applications automobiles.Furthermore, the reflective module has reduced energy consumption. Indeed, a low potential difference, typically of the order of ± 2 V, is sufficient to modulate the redox form of the electrochromic molecule and change the reflected color, particularly in the visible range. The reflective module is made more versatile. The reflective module is therefore particularly suitable for automotive applications.
Un deuxième aspect concerne un système réfléchissant électroactif pour une pièce automobile comprenant au moins un module réfléchissant selon le premier aspect. Le système comprend les effets et avantages du module réfléchissant, et est ainsi particulièrement adapté aux applications automobiles.A second aspect relates to an electroactive reflective system for an automotive part comprising at least one reflective module according to the first aspect. The system comprises the effects and advantages of the reflective module, and is thus particularly suitable for automotive applications.
Un troisième aspect concerne un procédé de fabrication du module réfléchissant selon le premier aspect ou du système réfléchissant selon le deuxième aspect, comprenant :
- Une fourniture du premier substrat comprenant la première électrode, et une fourniture de la deuxième électrode,
- Une formation de l’empilement multicouche comprenant :
- Un dépôt de la bicouche métallique,
- Un dépôt de la couche électrochromique,
- Un dépôt de l’au moins une couche formant le miroir métallique,
- Un assemblage du premier substrat et de la deuxième électrode, de sorte que l’empilement multicouche soit relié de part et d’autre aux première et deuxième électrodes.
- A supply of the first substrate comprising the first electrode, and a supply of the second electrode,
- A formation of the multi-layer stack comprising:
- A deposit of the metallic bilayer,
- A deposit of the electrochromic layer,
- A deposit of at least one layer forming the metallic mirror,
- An assembly of the first substrate and the second electrode, such that the multilayer stack is connected on either side to the first and second electrodes.
Un quatrième aspect concerne une pièce de véhicule automobile comprenant un module réfléchissant selon le premier aspect ou un système réfléchissant selon le deuxième aspect.A fourth aspect relates to a motor vehicle part comprising a reflective module according to the first aspect or a reflective system according to the second aspect.
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :The aims, objects, as well as the characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the detailed description of an embodiment thereof which is illustrated by the following accompanying drawings in which:
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier, les dimensions relatives des substrats et des couches, l’épaisseur d’une couche ou d’un substrat par rapport à ses autres dimensions, ne sont pas nécessairement représentatives de la réalité.The drawings are given as examples and are not limiting of the invention. They constitute schematic representations of principle intended to facilitate the understanding of the invention and are not necessarily to the scale of practical applications. In particular, the relative dimensions of the substrates and layers, the thickness of a layer or a substrate in relation to its other dimensions, are not necessarily representative of reality.
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.Before commencing a detailed review of embodiments of the invention, optional features are set out below which may optionally be used in combination or alternatively.
Selon un exemple, dans la bicouche métallique, la première couche métallique est à base ou faite d’or et la deuxième couche métallique est à base ou faite de chrome. L’utilisation de ces deux métaux dans la bicouche métallique permet d’obtenir la fonction d’absorbeur large bande de façon répartie sur le spectre visible.In one example, in the metal bilayer, the first metal layer is based on or made of gold and the second metal layer is based on or made of chromium. The use of these two metals in the metal bilayer makes it possible to achieve the broadband absorber function in a distributed manner over the visible spectrum.
Selon un exemple, dans la bicouche métallique, la première couche métallique à base ou faite d’or surmonte la couche électrochromique et la deuxième couche métallique à base ou faite de chrome surmonte la première couche métallique. La stabilité chimique des matériaux de l’empilement est ainsi améliorée.According to one example, in the metal bilayer, the first metal layer based on or made of gold overcomes the electrochromic layer and the second metal layer based on or made of chromium overcomes the first metal layer. The chemical stability of the materials in the stack is thus improved.
Selon un exemple, la bicouche métallique présente une épaisseur non nulle sensiblement inférieure ou égale à 10 nm.According to one example, the metal bilayer has a non-zero thickness substantially less than or equal to 10 nm.
Selon un exemple, dans la bicouche métallique, la première couche métallique présente une épaisseur non nulle sensiblement inférieure à 10 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 7 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 5 nm. Selon un exemple, la première couche métallique présente une épaisseur non nulle sensiblement supérieure ou égale à 3 nm, de préférence une épaisseur sensiblement égale à 3 nm.According to one example, in the metal bilayer, the first metal layer has a non-zero thickness substantially less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm. According to one example, the first metal layer has a non-zero thickness substantially greater than or equal to 3 nm, preferably a thickness substantially equal to 3 nm.
Selon un exemple, dans la bicouche métallique, la deuxième couche métallique présente une épaisseur non nulle sensiblement inférieure à 10 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 7 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 5 nm. Selon un exemple, la deuxième couche métallique présente une épaisseur non nulle sensiblement supérieure ou égale à 3 nm, de préférence une épaisseur sensiblement égale à 3 nm.According to one example, in the metal bilayer, the second metal layer has a non-zero thickness substantially less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm. According to one example, the second metal layer has a non-zero thickness substantially greater than or equal to 3 nm, preferably a thickness substantially equal to 3 nm.
Selon un exemple, dans la bicouche métallique, au moins l’une parmi la première et la deuxième couches métalliques présente une pluralité de trous de taille nanométrique selon le plan d’extension principale de la bicouche métallique. Ainsi, le module présente ces trous nanométriques à proximité de la surface recevant et réémettant la lumière. L’extraction de la lumière réfléchie est donc améliorée, ce qui augmente l’efficacité de la réflexion lumineuse par le module.According to one example, in the metal bilayer, at least one of the first and second metal layers has a plurality of nanometric holes along the main extension plane of the metal bilayer. Thus, the module has these nanometric holes near the surface receiving and re-emitting the light. The extraction of the reflected light is therefore improved, which increases the efficiency of light reflection by the module.
Selon un exemple, chacune parmi la première et la deuxième couches métalliques présente la pluralité de trous de taille nanométrique selon le plan d’extension principale de la bicouche métallique. Selon un exemple, les trous sont continus entre la première couche métallique et la deuxième couche métallique de la bicouche.In one example, each of the first and second metal layers has the plurality of nanometer-sized holes along the main extension plane of the metal bilayer. In one example, the holes are continuous between the first metal layer and the second metal layer of the bilayer.
Selon un exemple, l’électrolyte polymère solide comprend :
- Un ionogel comprenant une matrice polymère et un liquide ionique, et/ou
- Un liquide ionique polymérique.
- An ionogel comprising a polymer matrix and an ionic liquid, and/or
- A polymeric ionic liquid.
L’électrolyte polymère solide présente ainsi une bonne conductivité ionique et permet un transfert de charge amélioré pour les rédactions d’oxydo-réduction de la molécule électrochromique. La modification de la longueur d’onde du faisceau réfléchi est donc facilitée. Les ionogels et les électrolytes polymères solides basés sur un ou des liquides ioniques polymériques présentent une bonne stabilité chimique et mécanique. Ils sont en outre suffisamment déformables pour faciliter leur incorporation sur une pièce automobile, par exemple sur une surface courbe. La durée de vie du module réfléchissant est donc augmentée. Ces exemples sont ainsi particulièrement adaptés pour une application automobile. En outre, l’électrolyte polymère solide peut ainsi être sous forme de gel. Les électrolytes sous forme de gel permettent de surmonter les inconvénients des électrolytes liquides et solides, tels que la faible stabilité chimique des liquides et le risque de fuite, et la lenteur de commutation et le manque de transparence des solides. Ils sont en outre plus faciles à mettre en œuvre, et s’adaptent mieux à des substrats flexibles. La stabilisation améliorée des espèces chimiques impliquées dans les processus d'oxydoréduction est en outre encore améliorée, ce qui permet d'améliorer la réversibilité du changement de couleur et ouvre de vastes possibilités d'extension de la palette de couleurs électrochromes.The solid polymer electrolyte thus exhibits good ionic conductivity and allows for improved charge transfer for redox compositions of the electrochromic molecule. This makes it easier to modify the wavelength of the reflected beam. Ionogels and solid polymer electrolytes based on one or more polymeric ionic liquids exhibit good chemical and mechanical stability. They are also sufficiently deformable to facilitate their incorporation into an automotive part, for example, on a curved surface. This increases the lifespan of the reflective module. These examples are therefore particularly suitable for automotive applications. Furthermore, the solid polymer electrolyte can be in gel form. Gel electrolytes overcome the disadvantages of liquid and solid electrolytes, such as the poor chemical stability of liquids and the risk of leakage, and the slow switching speed and lack of transparency of solids. They are also easier to process and are better suited to flexible substrates. The improved stabilization of the chemical species involved in the redox processes is further enhanced, which allows for improved reversibility of the color change and opens up vast possibilities for expanding the electrochromic color palette.
Selon un exemple, l’électrolyte polymère solide comprend un liquide ionique polymérique en mélange avec une matrice polymère et/ou le liquide ionique polymérique est réticulé.In one example, the solid polymer electrolyte comprises a polymeric ionic liquid in admixture with a polymer matrix and/or the polymeric ionic liquid is crosslinked.
Selon un exemple, la couche électrochromique, et de préférence l’électrolyte polymère solide, présente une conductivité ionique sensiblement supérieure ou égale à 10-4 S/cm à température ambiante (sensiblement 25 °C), par exemple sensiblement compris entre 10-4 S/cm et 10-2 S/cm. Ces gammes de valeurs peuvent plus particulièrement être atteintes lorsque l’électrolyte polymère solide comprend un ionogel. According to one example, the electrochromic layer, and preferably the solid polymer electrolyte, has an ionic conductivity substantially greater than or equal to 10 -4 S/cm at room temperature (substantially 25°C), for example substantially between 10 -4 S/cm and 10 -2 S/cm. These ranges of values can more particularly be achieved when the solid polymer electrolyte comprises an ionogel.
Selon un exemple, la couche électrochromique, et de préférence l’électrolyte polymère solide, présente une conductivité ionique sensiblement inférieure ou égale à 10-4 S/cm, à température ambiante (sensiblement 25 °C). Cette gamme de valeurs peut plus particulièrement être atteinte lorsque l’électrolyte polymère solide comprend un liquide ionique polymérique.According to one example, the electrochromic layer, and preferably the solid polymer electrolyte, has an ionic conductivity substantially less than or equal to 10 -4 S/cm, at room temperature (substantially 25°C). This range of values can more particularly be achieved when the solid polymer electrolyte comprises a polymeric ionic liquid.
Selon un exemple, l’électrolyte polymère solide est à base d’au moins un polymère choisi parmi le groupe constitué des polyéthers, polycarbonates, polyesters, polynitriles, polyalcools, polyamines, polysiloxanes, fluoropolymères, biopolymères et leurs dérivés.According to one example, the solid polymer electrolyte is based on at least one polymer chosen from the group consisting of polyethers, polycarbonates, polyesters, polynitriles, polyalcohols, polyamines, polysiloxanes, fluoropolymers, biopolymers and their derivatives.
Selon un exemple, la molécule électrochromique est une molécule organique. Le procédé de dépôt est ainsi facilité et le coût de fabrication est réduit. Une grande variété de couleurs peut en outre être obtenue. En effet, les molécules électrochromiques organiques, et notamment les viologènes, présentent de nombreuses formes redox présentant des couleurs différentes.For example, the electrochromic molecule is an organic molecule. This makes the deposition process easier and reduces manufacturing costs. A wide variety of colors can also be obtained. Indeed, organic electrochromic molecules, particularly viologens, have many redox forms with different colors.
Selon un exemple, la molécule électrochromique présente une masse molaire inférieure ou égale à 600 g/mol. La solubilité de la molécule électrochromique dans l’électrolyte polymère solide peut ainsi être améliorée, notamment pour une molécule organique. En outre, une différence de potentiel faible, typiquement de l’ordre de ± 2 V, est suffisante pour moduler la forme redox de la molécule électrochromique et changer la couleur réfléchie, et plus particulièrement dans le domaine du visible Le temps de réponse de la molécule électrochromique suite à l’application d’une différence de potentiel est en outre rapide, par exemple de l’ordre de la seconde ou de quelques secondes. According to one example, the electrochromic molecule has a molar mass less than or equal to 600 g/mol. The solubility of the electrochromic molecule in the solid polymer electrolyte can thus be improved, particularly for an organic molecule. In addition, a low potential difference, typically of the order of ± 2 V, is sufficient to modulate the redox form of the electrochromic molecule and change the reflected color, and more particularly in the visible range. The response time of the electrochromic molecule following the application of a potential difference is also rapid, for example of the order of a second or a few seconds.
Selon un exemple, la molécule électrochromique est choisie parmi le groupe constitué de : les viologènes, les spiropyranes, les bipyridines, les carbazoles, les méthoxyphenyls, les quinones, le tétrathiafulvalène, le phenylène diamine, la pyrazoline, les porphyrinoïdes, et notamment les thiophene-porphyrinoïdes, les furane-porphyrinoïdes, les triphénylamines, et leurs dérivés. Ces molécules sont particulièrement adaptées pour une modulation de la longueur d’onde du faisceau réfléchie dans le domaine du visible, et ce de manière fiable et répétable dans le temps. Ces molécules présentent en effet une bonne stabilité chimique et un passage réversible entre différentes formes redox, pour un grand nombre de cycles se succédant. La durée de vie du module réfléchissant est ainsi améliorée. According to one example, the electrochromic molecule is chosen from the group consisting of: viologens, spiropyrans, bipyridines, carbazoles, methoxyphenyls, quinones, tetrathiafulvalene, phenylenediamine, pyrazoline, porphyrinoids, and in particular thiophene-porphyrinoids, furan-porphyrinoids, triphenylamines, and their derivatives. These molecules are particularly suitable for modulation of the wavelength of the reflected beam in the visible range, in a reliable and repeatable manner over time. These molecules indeed have good chemical stability and a reversible transition between different redox forms, for a large number of successive cycles. The lifetime of the reflective module is thus improved.
Selon un exemple, la couche électrochromique comprend plusieurs molécules électrochromiques différentes. Ainsi, selon les pics d’absorption des différentes formes redox de chaque molécule électrochromique, une grande variété de nuances de couleur peuvent être obtenue lors de la perception du faisceau réfléchi. In one example, the electrochromic layer comprises several different electrochromic molecules. Thus, depending on the absorption peaks of the different redox forms of each electrochromic molecule, a wide variety of color shades can be obtained when perceiving the reflected beam.
Selon un exemple, la molécule électrochromique est sous une forme incolore sans application d’une différence de potentiel. Ainsi, sans l’application d’une différence de potentiel, seul l’effet Fabry-Pérot peut contribuer aux longueurs d’onde du faisceau réfléchi. L’application de la différence de potentiel permet de modifier la forme redox de la molécule électrochromique. Ainsi la transmission de la couche électrochromique est maximale sans application d’une différence de potentiel. C’est notamment le cas de petites molécules électrochromiques (dont la masse molaire est par exemple inférieure ou égale à 600 g/mol), et notamment des de petites molécules électrochromiques organiques.In one example, the electrochromic molecule is in a colorless form without applying a potential difference. Thus, without applying a potential difference, only the Fabry-Pérot effect can contribute to the wavelengths of the reflected beam. Applying the potential difference allows the redox form of the electrochromic molecule to be modified. Thus, the transmission of the electrochromic layer is maximal without applying a potential difference. This is particularly the case for small electrochromic molecules (whose molar mass is, for example, less than or equal to 600 g/mol), and in particular small organic electrochromic molecules.
Selon un exemple, la molécule électrochromique présente au moins une forme incolore et au moins une forme colorée.According to one example, the electrochromic molecule has at least one colorless form and at least one colored form.
Selon un exemple, la couche électrochromique est sous une forme incolore sans application d’une différence de potentiel, dans laquelle la couche électrochromique ne présente pas de pic d’absorption dans le domaine du visible. Dans la forme colorée, la molécule électrochromique présente de préférence au moins un pic d’absorption dans le domaine du visible.According to one example, the electrochromic layer is in a colorless form without application of a potential difference, in which the electrochromic layer does not exhibit an absorption peak in the visible range. In the colored form, the electrochromic molecule preferably exhibits at least one absorption peak in the visible range.
Selon un exemple, la couche électrochromique présente une transmittance supérieure ou égale à 80 %, de préférence au moins sans application d’une différence de potentiel. Cette transmittance permet d’améliorer encore la transmission du faisceau lumineux incident jusqu’à la couche électrochromique et, suite à sa réflexion du miroir, la transmission du faisceau réfléchie hors du module.According to one example, the electrochromic layer has a transmittance greater than or equal to 80%, preferably at least without application of a potential difference. This transmittance makes it possible to further improve the transmission of the incident light beam to the electrochromic layer and, following its reflection from the mirror, the transmission of the beam reflected out of the module.
Selon un exemple, la couche électrochromique présente une épaisseur sensiblement supérieure ou égale à 50 nm. Selon un exemple, la couche électrochromique présente une épaisseur sensiblement inférieure ou égale à 300 nm. Selon un exemple, la couche électrochromique présente une épaisseur sensiblement comprise entre 50 nm et 300 nm, de préférence entre 100 nm et 200 nm. Cette gamme d’épaisseur permet la construction par interférence constructive par effet Fabry-Pérot d’un faisceau réfléchi dans le domaine du visible, par la couche électrochromique. Ces gammes d’épaisseurs sont en outre particulièrement adaptées pour moduler la longueur d’onde de façon synergique entre l’effet Fabry-Pérot et la molécule électrochromique.According to one example, the electrochromic layer has a thickness substantially greater than or equal to 50 nm. According to one example, the electrochromic layer has a thickness substantially less than or equal to 300 nm. According to one example, the electrochromic layer has a thickness substantially between 50 nm and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm. This thickness range allows the construction by constructive interference by the Fabry-Pérot effect of a beam reflected in the visible range, by the electrochromic layer. These thickness ranges are also particularly suitable for modulating the wavelength in a synergistic manner between the Fabry-Pérot effect and the electrochromic molecule.
Selon un exemple, le module réfléchissant et plus particulièrement l’empilement multicouche ne comprend pas de couche d’électrolyte additionnelle à la couche électrochromique. Selon un exemple, l’au moins un électrolyte polymère solide et l’au moins une molécule électrochromique sont mélangés dans la couche électrochromique. According to one example, the reflective module and more particularly the multilayer stack does not comprise an electrolyte layer additional to the electrochromic layer. According to one example, the at least one solid polymer electrolyte and the at least one electrochromic molecule are mixed in the electrochromic layer.
Selon un exemple, le module réfléchissant et plus particulièrement l’empilement multicouche comprend une seule couche électrochromique.According to one example, the reflective module and more particularly the multilayer stack comprises a single electrochromic layer.
Selon un exemple, l’empilement multicouche est surmonté par un deuxième substrat. Ainsi, le module réfléchissant est protégé par ce substrat, ce qui est particulièrement avantageux pour des applications dans le domaine de l’automobile.In one example, the multi-layer stack is topped by a second substrate. Thus, the reflective module is protected by this substrate, which is particularly advantageous for applications in the automotive sector.
De préférence, le premier, et le cas échéant le deuxième substrat, sont des substrats flexibles. Cela minimise encore le risque d’un mauvais contact électronique entre les substrats d'électrodes et la couche électrochromique, et donc limite le risque d’apparition de zones incolores dans la couche électrochromique, même sous l’application d’une différence de potentiel.Preferably, the first, and where appropriate the second, substrate are flexible substrates. This further minimizes the risk of poor electronic contact between the electrode substrates and the electrochromic layer, and therefore limits the risk of colorless areas appearing in the electrochromic layer, even under the application of a potential difference.
De préférence, le premier et le cas échéant le deuxième substrat sont à base de polytéréphtalate d'éthylène ou ses dérivés. Preferably, the first and, where appropriate, the second substrate are based on polyethylene terephthalate or its derivatives.
Selon un exemple, les première et deuxième électrodes forment chacune une couche, la première électrode et la deuxième électrode étant disposées de part et d’autre de l’empilement multicouche.According to one example, the first and second electrodes each form a layer, the first electrode and the second electrode being arranged on either side of the multilayer stack.
Selon un exemple, le système comprend une source électrique configurée pour appliquer la différence de potentiel appliquée à l’empilement.In one example, the system includes an electrical source configured to apply the applied potential difference to the stack.
Selon un exemple, le système comprend une pluralité desdits modules réfléchissants juxtaposés selon au moins une direction parallèle à, et de préférence confondue avec, une direction d’extension principale desdits modules réfléchissants. La pluralité de module forme ainsi une pluralité de pixels dont la longueur d’onde réfléchie peut être modulée selon la différence de potentiel appliquée à chaque module réfléchissant. On comprend donc que le système permet un affichage dynamique module par module de la longueur d’onde réfléchie. Du fait de la présence d’un électrolyte polymère solide dans la couche électrochromique, le système permet de s’affranchir de raccords fluidiques complexes, d’autant plus que le système comprend une pluralité de modules réfléchissants. Pour s’affranchir de ces raccords, l’homme du métier aurait plutôt cherché à moduler l’épaisseur d’une même couche de polymère conducteur dans un même module réfléchissant, afin de modifier la longueur d’onde réfléchie à partir des solutions existantes. Cela ne permet toutefois pas une modulation dynamique de la longueur d’onde pixel à pixel.According to one example, the system comprises a plurality of said reflective modules juxtaposed in at least one direction parallel to, and preferably coincident with, a main extension direction of said reflective modules. The plurality of modules thus forms a plurality of pixels whose reflected wavelength can be modulated according to the potential difference applied to each reflective module. It is therefore understood that the system allows a dynamic module-by-module display of the reflected wavelength. Due to the presence of a solid polymer electrolyte in the electrochromic layer, the system makes it possible to dispense with complex fluid connections, especially since the system comprises a plurality of reflective modules. To dispense with these connections, the skilled person would rather have sought to modulate the thickness of the same layer of conductive polymer in the same reflective module, in order to modify the reflected wavelength from existing solutions. However, this does not allow dynamic modulation of the wavelength pixel by pixel.
Selon un exemple, le système est configuré pour appliquer une différence de potentiel de façon indépendante entre chaque module réfléchissant.In one example, the system is configured to apply a potential difference independently between each reflective module.
Selon un exemple, le système comprend en outre une source lumineuse latérale et un guide d’onde surmontant l’au moins un module réfléchissant, le guide d’onde étant configuré pour transmettre un faisceau lumineux issu de la source lumineuse à l’au moins un module réfléchissant. Lorsque la lumière ambiante n’est pas suffisante obtenir une réflexion visible de la longueur d’onde souhaitée, par exemple la nuit, le système est ainsi doté de sa propre source lumineuse pour injecter un faisceau dans le module réfléchissant et émettre un faisceau réfléchi de la longueur d’onde souhaitée. Ainsi, le système présente une consommation réduite par rapport aux systèmes existants mettant en jeu des modules d’éclairage actifs, tout en permettant une bonne visibilité de nuit. According to one example, the system further comprises a lateral light source and a waveguide surmounting the at least one reflective module, the waveguide being configured to transmit a light beam from the light source to the at least one reflective module. When the ambient light is not sufficient to obtain a visible reflection of the desired wavelength, for example at night, the system is thus provided with its own light source to inject a beam into the reflective module and emit a reflected beam of the desired wavelength. Thus, the system has reduced consumption compared to existing systems using active lighting modules, while allowing good visibility at night.
A titre d’exemple, le guide d’onde est doté d’éléments de découplage, tels que des prismes ou des particules en suspension, permettant de renvoyer les rayons lumineux qui se propagent en son sein vers au moins un des modules réfléchissants. For example, the waveguide is equipped with decoupling elements, such as prisms or suspended particles, making it possible to return the light rays propagating within it to at least one of the reflective modules.
Selon un exemple, l’empilement multicouche est constitué de l’au moins une couche formant le miroir métallique, de la couche électrochromique, ou d’une pluralité de couches électrochromiques, et de la bicouche métallique.According to one example, the multilayer stack consists of the at least one layer forming the metal mirror, the electrochromic layer, or a plurality of electrochromic layers, and the metal bilayer.
Selon un exemple, l’empilement multicouche est directement au contact du premier substrat et le cas échéant du deuxième substrat. Selon un exemple, l’empilement multicouche est directement au contact des première et deuxième électrodes.According to one example, the multilayer stack is in direct contact with the first substrate and, where appropriate, the second substrate. According to one example, the multilayer stack is in direct contact with the first and second electrodes.
Selon un exemple du procédé :
- le dépôt de l’au moins une couche formant le miroir métallique est réalisé sur le premier substrat,
- le dépôt de la bicouche métallique est réalisé sur la deuxième électrode,
- le dépôt de la couche électrochromique est effectué sur l’un parmi le miroir métallique et la bicouche métallique,
- l’assemblage du premier substrat et de la deuxième électrode comprend une mise en contact de la couche électrochromique avec l’autre parmi le miroir métallique et la bicouche métallique.
- the deposition of at least one layer forming the metal mirror is carried out on the first substrate,
- the deposition of the metallic bilayer is carried out on the second electrode,
- the deposition of the electrochromic layer is carried out on one of the metal mirror and the metal bilayer,
- the assembly of the first substrate and the second electrode comprises contacting the electrochromic layer with the other of the metal mirror and the metal bilayer.
Le module réfléchissant est ainsi fabriqué en deux sous-modules qui peuvent être plus facilement assemblées. Cela permet une parallélisation de la fabrication des deux sous-modules, ce qui réduit le temps de fabrication. En outre, la formation de la couche électrochromique est ainsi découplée de la formation d’une couche la surmontant. Le risque d’une détérioration de la couche électrochromique par un dépôt d’une autre couche la surmontant est ainsi évité. The reflective module is thus manufactured in two sub-modules that can be more easily assembled. This allows for parallel manufacturing of the two sub-modules, which reduces manufacturing time. In addition, the formation of the electrochromic layer is thus decoupled from the formation of a layer above it. The risk of damage to the electrochromic layer by depositing another layer above it is thus avoided.
Selon un exemple, le procédé comprend la fourniture d’un deuxième substrat, le deuxième substrat comprenant la deuxième électrode.In one example, the method includes providing a second substrate, the second substrate including the second electrode.
Selon un exemple, le procédé comprend en outre, après un dépôt de la couche électrochromique sur l’un parmi le miroir métallique et la bicouche métallique, un assemblage des premier et deuxième substrats par la couche électrochromique et l’autre parmi le miroir métallique et la bicouche métallique, pour former l’empilement multicouche.According to one example, the method further comprises, after deposition of the electrochromic layer on one of the metal mirror and the metal bilayer, assembling the first and second substrates by the electrochromic layer and the other of the metal mirror and the metal bilayer, to form the multilayer stack.
On entend par un substrat ou une couche « à base » d’une espèce A, un substrat ou une couche, comprenant cette espèce A uniquement ou cette espèce A et éventuellement d’autres espèces. A substrate or layer “based on” a species A means a substrate or layer comprising this species A only or this species A and possibly other species.
Plusieurs modes de réalisation de l’invention mettant en œuvre des étapes successives du procédé de fabrication sont décrits ci-après. Sauf mention explicite, l’adjectif « successif » n’implique pas nécessairement, même si cela est généralement préféré, que les étapes se suivent immédiatement, des étapes intermédiaires pouvant les séparer.Several embodiments of the invention implementing successive steps of the manufacturing process are described below. Unless explicitly stated, the adjective “successive” does not necessarily imply, even if this is generally preferred, that the steps follow one another immediately, intermediate steps being able to separate them.
Par ailleurs, le terme « étape » s’entend de la réalisation d’une partie du procédé, et peut désigner un ensemble de sous-étapes.Furthermore, the term “step” means the carrying out of a part of the process, and can designate a set of sub-steps.
Par ailleurs, le terme « étape » ne signifie pas obligatoirement que les actions menées durant une étape soient simultanées ou immédiatement successives. Certaines actions d’une première étape peuvent notamment être suivies d’actions liées à une étape différente, et d’autres actions de la première étape peuvent être reprises ensuite. Ainsi, le terme étape ne s’entend pas forcément d’actions unitaires et inséparables dans le temps et dans l’enchaînement des phases du procédé.Furthermore, the term "step" does not necessarily mean that the actions carried out during a step are simultaneous or immediately successive. Certain actions of a first step may in particular be followed by actions linked to a different step, and other actions of the first step may be repeated subsequently. Thus, the term "step" does not necessarily mean unitary and inseparable actions in time and in the sequence of the phases of the process.
Il est précisé que dans le cadre de la présente invention, l’épaisseur d’une couche ou d’un substrat se mesure selon une direction perpendiculaire à la surface selon laquelle cette couche ou ce substrat présente son extension maximale. L’épaisseur est ainsi prise selon une direction perpendiculaire aux faces principales du substrat sur lequel repose les différentes couches.It is specified that in the context of the present invention, the thickness of a layer or a substrate is measured in a direction perpendicular to the surface along which this layer or this substrate has its maximum extension. The thickness is thus taken in a direction perpendicular to the main faces of the substrate on which the different layers rest.
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, les termes « sur », « surmonte », « recouvre », « sous-jacent », en « vis-à-vis » et leurs équivalents ne signifient pas forcément « au contact de ». Ainsi par exemple, le dépôt, le report, le collage, l’assemblage ou l’application d’une première couche sur une deuxième couche, ne signifie pas obligatoirement que les deux couches sont directement au contact l’une de l’autre, mais signifie que la première couche recouvre au moins partiellement la deuxième couche en étant soit directement à son contact, soit en étant séparée d’elle par au moins une autre couche ou au moins un autre élément. Par « en contact », on entend qu’une fine interface puisse exister, par exemple causée par la variabilité de fabrication.It is specified that, in the context of the present invention, the terms “on”, “overcomes”, “covers”, “underlying”, “facing” and their equivalents do not necessarily mean “in contact with”. Thus, for example, the deposition, transfer, bonding, assembly or application of a first layer on a second layer does not necessarily mean that the two layers are in direct contact with each other, but means that the first layer at least partially covers the second layer by being either directly in contact with it, or by being separated from it by at least one other layer or at least one other element. By “in contact”, it is meant that a fine interface may exist, for example caused by manufacturing variability.
Dans la description détaillée qui suit, il pourra être fait usage de termes tels que, « longitudinal », « transversal », « supérieur », « inférieur », Ces termes doivent être interprétés de façon relative en relation avec la position des éléments du module réfléchissant ou du système une fois assemblé, en assimilant la direction normale au plan d’extension principale des couches de l’empilement, à la direction verticale. Une dimension latérale ou transversale s’entend comme une dimension dans un plan parallèle ou confondu au plan d’extension principale des couches de l’empilement.In the following detailed description, terms such as "longitudinal", "transverse", "upper", "lower" may be used. These terms must be interpreted relatively in relation to the position of the elements of the reflective module or of the system once assembled, by assimilating the direction normal to the main extension plane of the layers of the stack, to the vertical direction. A lateral or transverse dimension is understood as a dimension in a plane parallel or coincident with the main extension plane of the layers of the stack.
Par des éléments « juxtaposés » on entend ici que ces éléments sont disposés côte à côte selon leur plan d’extension principale ou disposées les uns au-dessus des autres selon la direction de l’empilement, cette direction étant perpendiculaire au plan d’extension principale. By “juxtaposed” elements we mean here that these elements are arranged side by side according to their main extension plane or arranged one above the other according to the direction of stacking, this direction being perpendicular to the main extension plane.
On entend par un paramètre « sensiblement égal/supérieur/inférieur à » une valeur donnée, que ce paramètre est égal/supérieur/inférieur à la valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur. On entend par un paramètre « sensiblement compris entre » deux valeurs données que ce paramètre est au minimum égal à la plus petite valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur, et au maximum égal à la plus grande valeur donnée, à plus ou moins 10 %, près de cette valeur.A parameter that is "substantially equal to/greater than/less than" a given value means that this parameter is equal to/greater than/less than the given value, within plus or minus 10% of this value. A parameter that is "substantially between" two given values means that this parameter is at least equal to the smallest given value, within plus or minus 10% of this value, and at most equal to the largest given value, within plus or minus 10% of this value.
Par « nanométrique », et plus particulièrement « épaisseur nanométrique » ou « taille nanométrique », on entend une dimension, par exemple une épaisseur, supérieure ou égale à 1 nm et inférieure strictement à 1 µm.By "nanometric", and more particularly "nanometric thickness" or "nanometric size", we mean a dimension, for example a thickness, greater than or equal to 1 nm and strictly less than 1 µm.
Dans le cadre de l’invention, le domaine, ou encore spectre, du visible correspond au domaine de longueurs d’onde compris entre 350 et 900 nm, et de préférence entre 400 et 800 nm.In the context of the invention, the visible range, or spectrum, corresponds to the wavelength range between 350 and 900 nm, and preferably between 400 and 800 nm.
L'expression "A et/ou B" signifie (A), (B), ou (A et B). L'expression "A, B et/ou C" signifie (A), (B), (C), (A et B), (A et C), (B et C), ou (A, B et C).The expression "A and/or B" means (A), (B), or (A and B). The expression "A, B and/or C" means (A), (B), (C), (A and B), (A and C), (B and C), or (A, B and C).
Le module réfléchissant électroactif multicouche 1 et le système réfléchissant 3 le comprenant sont maintenant décrits selon plusieurs exemples de réalisation.The multilayer electroactive reflective module 1 and the reflective system 3 comprising it are now described according to several exemplary embodiments.
Comme l’illustre par exemple les figures 1A et 1B, le module réfléchissant 1 comprend un premier substrat 10, sur lequel est déposé un empilement multicouche 18. Le substrat présente une surface inférieure 10a et une surface supérieure 10b. L’empilement 18 peut être disposé sur la surface supérieure 10b, le cas échéant sur l’électrode 12 elle-même disposée sur la surface supérieure 10b. L’empilement multicouche 18 est configuré pour recevoir un faisceau lumineux incident 2 et réfléchir un faisceau lumineux réfléchi 2’. Le faisceau lumineux incident 2 présente un spectre en longueur d’onde. Par effet Fabry-Pérot, une partie de ce spectre en longueur d’onde sera transmise par interférence constructive puis réfléchie sur un miroir métallique 14 pour former le faisceau réfléchi 2’. En outre, l’empilement multicouche 18 est configuré de façon à moduler les longueurs d’onde du faisceau réfléchi 2’ avec une modification des propriétés optiques de l’empilement multicouche 18 sous l’application d’une différence de potentiel. On comprend donc que le spectre en longueur d’onde du faisceau lumineux réfléchi 2’ est au moins distinct, et peut être réduit en longueur d’onde, par rapport au spectre du faisceau incident 2.As illustrated for example in Figures 1A and 1B, the reflective module 1 comprises a first substrate 10, on which a multilayer stack 18 is deposited. The substrate has a lower surface 10a and an upper surface 10b. The stack 18 can be arranged on the upper surface 10b, if necessary on the electrode 12 itself arranged on the upper surface 10b. The multilayer stack 18 is configured to receive an incident light beam 2 and reflect a reflected light beam 2'. The incident light beam 2 has a wavelength spectrum. By Fabry-Pérot effect, a part of this wavelength spectrum will be transmitted by constructive interference then reflected on a metal mirror 14 to form the reflected beam 2'. Furthermore, the multilayer stack 18 is configured to modulate the wavelengths of the reflected beam 2' with a modification of the optical properties of the multilayer stack 18 under the application of a potential difference. It is therefore understood that the wavelength spectrum of the reflected light beam 2' is at least distinct, and can be reduced in wavelength, compared to the spectrum of the incident beam 2.
Pour permettre cette réflexion, l’empilement multicouche 18 comprend au moins un miroir métallique 14 réfléchissant et une couche électrochromique 15. Cette couche 15 est configurée pour laisser sortir une longueur d’onde déterminée par effet Fabry Pérot par des interférences constructives, et est configurée pour présenter des propriétés optiques modulées selon la différence de potentiel appliqué. Plus particulièrement, le spectre d’absorbance de la couche électrochromique 15 peut être modifié selon la différence de potentiel appliqué. Notons que le terme « une longueur d’onde » pour le faisceau réfléchi 2’ ne se limite pas à une longueur d’onde isolée mais peut désigner un domaine de longueurs d’onde. To enable this reflection, the multilayer stack 18 comprises at least one reflective metal mirror 14 and an electrochromic layer 15. This layer 15 is configured to let out a wavelength determined by the Fabry-Pérot effect by constructive interference, and is configured to have optical properties modulated according to the applied potential difference. More particularly, the absorbance spectrum of the electrochromic layer 15 can be modified according to the applied potential difference. Note that the term “a wavelength” for the reflected beam 2’ is not limited to an isolated wavelength but can designate a range of wavelengths.
L’effet Fabry Pérot est tout d’abord présenté. La couche électrochromique 15, d’épaisseur nanométrique et typiquement de l’ordre d’une ou plusieurs centaines de nm, forme une cavité Fabry-Pérot dans laquelle le faisceau incident 2 est confiné. Cette cavité produit, à partir de la lumière qu’elle reçoit, des interférences de longueur d’onde déterminée. Ces interférences se traduisent par des réflexions multiples de rayons d’une longueur d’onde donnée se propageant à l’intérieur de la cavité. The Fabry-Pérot effect is first presented. The electrochromic layer 15, of nanometric thickness and typically of the order of one or several hundred nm, forms a Fabry-Pérot cavity in which the incident beam 2 is confined. This cavity produces, from the light it receives, interferences of a determined wavelength. These interferences result in multiple reflections of rays of a given wavelength propagating inside the cavity.
En addition et de façon synergique avec ce phénomène d’interférence constructive, la couche électrochromique 15 comprenant au moins une molécule électrochromique 17, la couche électrochromique 15 peut présenter une absorption de certaines longueurs d’onde comme lorsque des pigments ou des colorants sont utilisés. La ou les molécules électrochromiques 17 sont des molécules faisant partie d’au moins un couple redox, qui peuvent passer d’une forme redox à une autre sous l’application d’une différence de potentiel dans un milieu conducteur. In addition and synergistically with this constructive interference phenomenon, the electrochromic layer 15 comprising at least one electrochromic molecule 17, the electrochromic layer 15 can exhibit absorption of certain wavelengths as when pigments or dyes are used. The electrochromic molecule(s) 17 are molecules forming part of at least one redox couple, which can pass from one redox form to another under the application of a potential difference in a conductive medium.
Au moins une forme redox d’une molécule électrochromique 17 est dite « colorée », c’est-à-dire que le spectre d’absorbance de la molécule dans cette forme redox présente un pic d’absorption dans le domaine du visible. La longueur d’onde absorbée est ainsi retirée du spectre du faisceau lumineux, ce qui modifie les interférences constructives par l’effet Fabry-Pérot et le spectre du faisceau réfléchi 2’ en sortie du module 1. Une molécule électrochromique 17 peut présenter plusieurs formes colorées, comme vu plus en détail ultérieurement en référence à des exemples particuliers. Au moins une forme redox d’une molécule électrochromique 17 peut être « incolore », c’est-à-dire que le spectre d’absorbance de la molécule dans cette forme redox ne présente pas de pic d’absorption dans le domaine du visible. At least one redox form of an electrochromic molecule 17 is said to be “colored,” that is, the absorbance spectrum of the molecule in this redox form has an absorption peak in the visible range. The absorbed wavelength is thus removed from the spectrum of the light beam, which modifies the constructive interference by the Fabry-Pérot effect and the spectrum of the reflected beam 2’ at the output of the module 1. An electrochromic molecule 17 may have several colored forms, as seen in more detail later with reference to particular examples. At least one redox form of an electrochromic molecule 17 may be “colorless,” that is, the absorbance spectrum of the molecule in this redox form does not have an absorption peak in the visible range.
Selon la différence de potentiel appliquée à la couche électrochromique 15, on comprend que la ou les molécules électrochromiques 17 peuvent se présenter sous une forme redox ou une autre, et ainsi moduler les propriétés optiques de la couche 15. Une fois la molécule électrochromique 17 passée sous une forme redox après application d’une différence de potentiel, la molécule électrochromique 17 peut rester sous cette forme. L’électrochromisme peut en outre bénéficier en effet d’un certain « effet mémoire ». Il n’est donc pas nécessaire de maintenir une différence de potentiel pour obtenir un rendu de couleur particulier, même s’il est possible, voire avantageux, d’appliquer la différence de potentiel à intervalle régulier pour améliorer le maintien de la couleur du module. La consommation du module réfléchissant peut donc être réduite. Depending on the potential difference applied to the electrochromic layer 15, it is understood that the electrochromic molecule(s) 17 may be in one redox form or another, and thus modulate the optical properties of the layer 15. Once the electrochromic molecule 17 has passed into a redox form after application of a potential difference, the electrochromic molecule 17 may remain in this form. Electrochromism may also benefit from a certain “memory effect”. It is therefore not necessary to maintain a potential difference to obtain a particular color rendering, even if it is possible, or even advantageous, to apply the potential difference at regular intervals to improve the maintenance of the color of the module. The consumption of the reflective module may therefore be reduced.
Afin de modifier les propriétés optiques de la couche électrochromique 15, le module 1 comprend deux électrodes 12, 13 configurées pour appliquer une différence de potentiel à l’empilement 18, et plus particulièrement à la couche électrochromique 15. Une première électrode 12 et une deuxième électrode 13 relient électriquement de part et d’autre l’empilement multicouche 18. Ces deux électrodes 12, 13 peuvent former chacune une couche disposée de part et d’autre de l’empilement 18, comme illustré en figures 1A, 1B. En alternative, on peut prévoir que ces électrodes soient reliées à l’empilement 18 sans former chacune une couche, par exemple étant formées sur le bord de l’empilement 18 et reliant électriquement des parties électriquement conductrices de l’empilement. In order to modify the optical properties of the electrochromic layer 15, the module 1 comprises two electrodes 12, 13 configured to apply a potential difference to the stack 18, and more particularly to the electrochromic layer 15. A first electrode 12 and a second electrode 13 electrically connect the multilayer stack 18 on either side. These two electrodes 12, 13 can each form a layer arranged on either side of the stack 18, as illustrated in FIGS. 1A, 1B. Alternatively, it can be provided that these electrodes are connected to the stack 18 without each forming a layer, for example being formed on the edge of the stack 18 and electrically connecting electrically conductive parts of the stack.
Pour appliquer cette différence de potentiel, le système réfléchissant 3 peut comprendre une source électrique 30 reliée électriquement aux première 12 et deuxième 13 électrodes, par exemple un contrôleur électronique. Selon un exemple, la différence de potentiel appliquée par la source 30 est comprise en valeur absolue entre 0 V exclu et 2 V, de préférence entre 0 V exclu et 1 V.To apply this potential difference, the reflective system 3 may comprise an electrical source 30 electrically connected to the first 12 and second 13 electrodes, for example an electronic controller. According to one example, the potential difference applied by the source 30 is in absolute value between 0 V excluded and 2 V, preferably between 0 V excluded and 1 V.
Une molécule électrochromique 17 est apte à être modifiée par une réaction d’oxydoréduction sous application d’une différence de potentiel. Lors de cette réaction, par exemple illustrée par la
Lors de l’application de cette différence de potentiel, la couche électrochromique 15 peut présenter une faible voire pas de variation de son épaisseur d15, a contrario des solutions existantes mettant en œuvre une variation de l’épaisseur pour modifier la longueur d’onde transmise par interférence par l’effet Fabry-Pérot. Par exemple, lors de l’application de cette différence de potentiel, l’épaisseur d15 de la couche électrochromique 15 présente une variation inférieure à 1 % de son épaisseur initiale, de préférence l’épaisseur de la couche électrochromique 15 reste constante.When applying this potential difference, the electrochromic layer 15 may have a small or even no variation in its thickness d15, unlike existing solutions implementing a variation in the thickness to modify the wavelength transmitted by interference by the Fabry-Pérot effect. For example, when applying this potential difference, the thickness d15 of the electrochromic layer 15 has a variation of less than 1% of its initial thickness, preferably the thickness of the electrochromic layer 15 remains constant.
Afin de former un milieu conducteur ionique dans lequel les réactions d’oxydo-réduction vont se dérouler, et donc pour assurer le transport ionique entre les deux électrodes et équilibrer les charges issues des processus d'oxydoréduction, la couche électrochromique 15 comprend un électrolyte polymère solide 16. L’électrolyte polymère solide présente pour cela une bonne conductivité ionique. La couche électrochromique 15 est donc à l’état solide ou semi-solide, par exemple sous forme de gel ou de matériau semi-solide. Cela permet d’éviter des fuites et réduit l’encombrement et le poids du module réfléchissant 1. L’architecture du module réfléchissant 1 est en outre simplifiée. Le module réfléchissant 1 est ainsi plus facilement incorporable dans des ensembles existants, par exemple dans des pièces de voiture dans le cadre d’une application automobile, comme décrit plus en détail ultérieurement. De nombreux électrolytes polymères solides peuvent être fabriqués à partir de produits disponibles commercialement, facilitant la fabrication du module 1 et réduisant son coût de fabrication.In order to form an ionic conductive medium in which the redox reactions will take place, and therefore to ensure ionic transport between the two electrodes and balance the charges resulting from the redox processes, the electrochromic layer 15 comprises a solid polymer electrolyte 16. The solid polymer electrolyte has good ionic conductivity for this purpose. The electrochromic layer 15 is therefore in the solid or semi-solid state, for example in the form of a gel or semi-solid material. This prevents leaks and reduces the size and weight of the reflective module 1. The architecture of the reflective module 1 is also simplified. The reflective module 1 is thus more easily incorporated into existing assemblies, for example in car parts in the context of an automotive application, as described in more detail later. Many solid polymer electrolytes can be manufactured from commercially available products, facilitating the manufacture of the module 1 and reducing its manufacturing cost.
Afin d’améliorer les propriétés de réflexion du module réfléchissant 1, le module comprend en outre une bicouche métallique 19 partiellement transparente. La bicouche métallique 19 surmonte la couche électrochromique 15. La bicouche métallique 19 peut donc être donc disposée entre la couche électrochromique 15 et la deuxième électrode 13 La bicouche métallique joue le rôle d’un absorbeur large bande afin d’absorber une partie du rayonnement lumineux incident 2 pour effectuer une première sélection des longueur d’onde parvenant à la couche électrochromique. In order to improve the reflection properties of the reflective module 1, the module further comprises a partially transparent metal bilayer 19. The metal bilayer 19 surmounts the electrochromic layer 15. The metal bilayer 19 can therefore be arranged between the electrochromic layer 15 and the second electrode 13. The metal bilayer acts as a broadband absorber in order to absorb a portion of the incident light radiation 2 to carry out a first selection of the wavelengths reaching the electrochromic layer.
Synergiquement entre l’effet Fabry-Pérot, l’électrochromisme et l’absorption large bande de la bicouche métallique, les longueurs d’onde du domaine visible sont sélectionnées pour réduire la gamme de longueurs d’onde du faisceau réfléchi. La couleur perçue résultante est donc plus vive et apparaît plus intense.Synergistically between the Fabry-Pérot effect, electrochromism and broadband absorption of the metal bilayer, the wavelengths in the visible range are selected to reduce the wavelength range of the reflected beam. The resulting perceived color is therefore more vivid and appears more intense.
Les figures 2A et 2B illustrent cela. Dans ces figures, la réflectivité R d’une couche de polymère conducteur, et plus particulièrement de polyméthylméthacrylate PMMA, entre 400 et 800 nm est mesurée, selon l’épaisseur 5 de la couche de polymère (en nm). La
Le module réfléchissant 1 peut en outre comprendre un deuxième substrat 11 surmontant l’empilement multicouche 18, et le cas échéant surmontant la deuxième électrode 13. Le deuxième substrat 11 présente une surface inférieure 11a et une surface supérieure 11b. L’empilement 18 peut être disposé sur la surface inférieure 11a, le cas échéant sur l’électrode 13 elle-même disposée sur la surface inférieure 11a. L’empilement multicouche 18 et les électrodes 12, 13 peuvent donc être enserrés par les premier 10 et deuxième 11 substrats. Le deuxième substrat 11 peut former un dioptre d’entrée du faisceau lumineux incident 2, et un dioptre de sortie du faisceau réfléchi 2’. Le deuxième substrat 11 est donc de préférence configuré pour laisser passer ces faisceaux 2, 2’. Le substrat 11 présente de préférence une transmittance supérieure ou égale à 75 %, de préférence sensiblement égale à 80 %. The reflective module 1 may further comprise a second substrate 11 surmounting the multilayer stack 18, and where appropriate surmounting the second electrode 13. The second substrate 11 has a lower surface 11a and an upper surface 11b. The stack 18 may be arranged on the lower surface 11a, where appropriate on the electrode 13 itself arranged on the lower surface 11a. The multilayer stack 18 and the electrodes 12, 13 may therefore be enclosed by the first 10 and second 11 substrates. The second substrate 11 may form an entry diopter for the incident light beam 2, and an exit diopter for the reflected beam 2'. The second substrate 11 is therefore preferably configured to allow these beams 2, 2' to pass. The substrate 11 preferably has a transmittance greater than or equal to 75%, preferably substantially equal to 80%.
Le module réfléchissant 1, ou le système 3 le comprenant, peut être incorporé dans des pièces telles que des pièces de voiture. La
De préférence, le module réfléchissant 1 présente un temps de réaction de l’ordre de la seconde, de préférence inférieur ou égal à quelques secondes, de préférence inférieur ou égal à 1 seconde, et plus préférentiellement inférieur ou égale à 200 ms. Cela est notamment lié à la nature de la molécule électrochromique 17, et à la conductivité ionique de l’électrolyte polymère solide 16, ainsi qu’à l’épaisseur de la couche électrochromique 15.Preferably, the reflective module 1 has a reaction time of the order of a second, preferably less than or equal to a few seconds, preferably less than or equal to 1 second, and more preferably less than or equal to 200 ms. This is notably linked to the nature of the electrochromic molecule 17, and to the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte 16, as well as to the thickness of the electrochromic layer 15.
Selon un exemple, le module réfléchissant 1 présente un taux de réflexion d’un faisceau lumineux incident 2, supérieur à 50%, par exemple compris entre 50 % et 95 %. According to one example, the reflective module 1 has a reflection rate of an incident light beam 2, greater than 50%, for example between 50% and 95%.
Des exemples particuliers du système 3 sont maintenant décrits en référence aux figures 4 et 5. Particular examples of system 3 are now described with reference to Figures 4 and 5.
Le système 3 peut comprendre au moins un module réfléchissant 1, et de préférences plusieurs modules réfléchissants 1. Comme l’illustre la
Selon un exemple, le système 3 peut comprendre une pluralité de modules réfléchissants 1 juxtaposés selon au moins une direction dite « de juxtaposition », parallèle à ou confondue avec une direction d’extension principale de ces modules 1. De préférence, les modules réfléchissant 1 sont juxtaposés selon au moins deux directions dites « de juxtaposition » d’un plan parallèle ou confondu avec un plan d’extension principale de ces modules 1. Le système 3 forme ainsi une matrice de pixels, chaque module réfléchissant 1 pouvant former un pixel. Le système 3 permet un affichage dynamique module par module de la longueur d’onde réfléchie. According to one example, the system 3 may comprise a plurality of reflective modules 1 juxtaposed along at least one so-called “juxtaposition” direction, parallel to or coincident with a main extension direction of these modules 1. Preferably, the reflective modules 1 are juxtaposed along at least two so-called “juxtaposition” directions of a plane parallel to or coincident with a main extension plane of these modules 1. The system 3 thus forms a matrix of pixels, each reflective module 1 being able to form a pixel. The system 3 allows a dynamic module-by-module display of the reflected wavelength.
Le fait que l’électrolyte soit sous forme solide ou semi-solide permet d’obtenir des architectures plus complexes avec une pluralité de modules réfléchissants 1. Cela permet en effet de s’affranchir d’une réserve d’électrolyte liquide accompagnant chaque pixel, et donc limitant le facteur de remplissage de la matrice de pixels formée. Cela simplifie en outre le système par rapport à l’utilisation d’une réserve d’électrolyte liquide déportée, dont les raccords fluidiques à chaque module réfléchissant 1 seraient complexes. The fact that the electrolyte is in solid or semi-solid form makes it possible to obtain more complex architectures with a plurality of reflective modules 1. This in fact makes it possible to do without a reserve of liquid electrolyte accompanying each pixel, and therefore limiting the filling factor of the pixel matrix formed. This also simplifies the system compared to the use of a remote reserve of liquid electrolyte, the fluid connections of which to each reflective module 1 would be complex.
Le système 3 peut par exemple comprendre au moins cinq modules réfléchissants 1 juxtaposés, de préférence au moins cinq modules réfléchissants 1 juxtaposés par direction de juxtaposition. The system 3 may for example comprise at least five juxtaposed reflective modules 1, preferably at least five juxtaposed reflective modules 1 per direction of juxtaposition.
Afin de pouvoir moduler la longueur d’onde du faisceau lumineux 2’ sortant du module, et ce module par module, la source électrique 30, ou de façon équivalente source de tension 30, peut être configurée pour appliquer une différence de potentiel à chaque module réfléchissant 1, indépendamment les uns des autres. Il peut y avoir une source électrique 30 par module réfléchissant 1. Ainsi, les modules 1 peuvent être pilotés indépendamment des uns des autres pour une animation pixélisée. On peut en alternative prévoir qu’il y ait une seule source électrique 30, par exemple qui applique la même tension à tous les modules réfléchissants pour simplifier le circuit de pilotage. In order to be able to modulate the wavelength of the light beam 2' leaving the module, and this module by module, the electrical source 30, or equivalently voltage source 30, can be configured to apply a potential difference to each reflective module 1, independently of each other. There can be one electrical source 30 per reflective module 1. Thus, the modules 1 can be controlled independently of each other for a pixelated animation. Alternatively, it is possible to provide for there to be a single electrical source 30, for example which applies the same voltage to all the reflective modules to simplify the control circuit.
De la description qui précède, on comprend que le module réfléchissant 1 peut réfléchir un faisceau incident 2 provenant de l’environnement extérieur au module réfléchissant 1, par exemple la lumière ambiante. Dans un environnement faiblement éclairé, par exemple de nuit, il peut être avantageux de conserver une fonction d’affichage par le ou les modules réfléchissants 1. Pour cela, et comme illustré en
Par exemple, le guide d’onde 32 peut comprendre des prismes 320 configurés pour modifier le trajet optique d’une partie du faisceau 2’’ issu de la source 31 pour l’envoyer vers le module réfléchissant 1 correspondant. L’homme du métier est à même de réaliser un guide d’onde en adéquation avec la disposition d’un ou plusieurs modules réfléchissants 1. Les prismes 320 peuvent par exemple être disposés à intervalles réguliers le long du guide d’onde 32, en accord avec la juxtaposition des modules réfléchissants 1. D’autres structures peuvent être prévues en alternative ou en complément aux prismes 320 par l’homme du métier, par exemple des particules en suspension.For example, the waveguide 32 may comprise prisms 320 configured to modify the optical path of a portion of the beam 2'' coming from the source 31 to send it to the corresponding reflecting module 1. A person skilled in the art is able to produce a waveguide in accordance with the arrangement of one or more reflecting modules 1. The prisms 320 may for example be arranged at regular intervals along the waveguide 32, in accordance with the juxtaposition of the reflecting modules 1. Other structures may be provided as an alternative or in addition to the prisms 320 by a person skilled in the art, for example suspended particles.
Comme par exemple illustré en
Des exemples de dimensions du module réfléchissant 1 sont maintenant donnés. Chaque module 1 peut s’étendre dans le plan d’extension principale des couches de l’empilement 18. Chaque module réfléchissant 1 peut dans ce plan présenter des dimensions latérales, selon des directions perpendiculaires l’une à l’autre, dans les gammes de valeurs de l’ordre de quelques millimètres pour des petites surfaces, voire de quelques mètres pour des grandes surfaces. L’épaisseur de l’empilement multicouche 18 peut-être sensiblement supérieure ou égale à 50 nanomètres (nm), et sensiblement inférieure ou égale à 350 nanomètres (nm). On comprend donc que le module réfléchissant est compact et donc plus facilement intégrable dans des pièces existantes, par exemple des pièces automobiles, notamment par rapport aux solutions existantes mettant en œuvre des électrolytes liquides.Examples of dimensions of the reflective module 1 are now given. Each module 1 can extend in the main extension plane of the layers of the stack 18. Each reflective module 1 can in this plane have lateral dimensions, in directions perpendicular to each other, in the ranges of values of the order of a few millimeters for small surfaces, or even a few meters for large surfaces. The thickness of the multilayer stack 18 can be substantially greater than or equal to 50 nanometers (nm), and substantially less than or equal to 350 nanometers (nm). It is therefore understood that the reflective module is compact and therefore more easily integrated into existing parts, for example automobile parts, in particular compared to existing solutions using liquid electrolytes.
Comme illustré par les figures 7B et 7C, le premier 10 et/ou le deuxième 11 substrats, peuvent s’étendre selon au moins une direction du plan d’extension principale des couches de l’empilement 18, sur une distance d1 inférieure ou égale à 5 mm, de préférence à 3 mm, par rapport aux couches de l’empilements 18.As illustrated by figures 7B and 7C, the first 10 and/or the second 11 substrates can extend in at least one direction of the main extension plane of the layers of the stack 18, over a distance d1 less than or equal to 5 mm, preferably 3 mm, relative to the layers of the stack 18.
Le module réfléchissant 1 est maintenant écrit plus en détail élément par élément.Reflective module 1 is now written in more detail element by element.
Le premier substrat 10 et/ou le deuxième substrat 11 sont de préférence des substrats flexibles. Cela facilite l’incorporation des modules réfléchissants dans des pièces existantes, et augmente la résistance mécanique du module réfléchissant 1. On considère qu’un matériau ou une couche est dite flexible si les propriétés mécaniques et électriques du film restent inchangées même sous une contrainte importante de 2,5 % avec un rayon de courbure concave et convexe de 0,5 mm. On peut évaluer la déformation (flexibilité) du module réfléchissant 1 à l'aide de l'équation suivante : déformation = (ts - tp - tf ) / (2.rc), où :
- ts est l'épaisseur de la couche du ou des substrats 10, 11 ;
- tp est l'épaisseur totale des couches de l’empilement 18
- tf est l'épaisseur totale des couches d’électrodes 12, 13,
- rc est le rayon de courbure.
- ts is the thickness of the layer of the substrate(s) 10, 11;
- tp is the total thickness of the layers in the stack 18
- tf is the total thickness of the electrode layers 12, 13,
- rc is the radius of curvature.
Selon un exemple, le substrat 10 et/ou le deuxième substrat 11 sont déformables manuellement sans outil. Comme vu précédemment, au moins le deuxième substrat 11 peut présenter une transmittance supérieure ou égale à 75% dans le spectre visible. Selon un exemple, le premier substrat 10 et/ou le deuxième substrat 11 sont à base ou faits de polymère. Plus particulièrement, le premier substrat 10 et/ou le deuxième substrat 11 sont à base ou faits de polytéréphtalate d'éthylène (PET), de PMMA ou leurs dérivés. Notons que d’autres polymères peuvent être envisagés.According to one example, the substrate 10 and/or the second substrate 11 are manually deformable without tools. As seen previously, at least the second substrate 11 may have a transmittance greater than or equal to 75% in the visible spectrum. According to one example, the first substrate 10 and/or the second substrate 11 are based on or made of polymer. More particularly, the first substrate 10 and/or the second substrate 11 are based on or made of polyethylene terephthalate (PET), PMMA or their derivatives. Note that other polymers can be envisaged.
Dans le cas d’une pluralité de modules réfléchissants 1 juxtaposés, le premier 10 et/ou le deuxième 11 substrats peuvent être communs à une pluralité de modules 1. En alternative, on peut prévoir que chaque module comprend son ou ses propres substrats, distincts entre différents modules 1. Cela permet de faciliter la fabrication de chaque module réfléchissant 1, qui seront ensuite assemblés ensemble par exemple sur un support commun 33, comme l’illustre la
Les électrodes 12, 13 peuvent être sous la forme d’une couche déposée sur respectivement les premiers 10 et deuxième 11 substrats. Par exemple, les électrodes 12, 13 sont à base ou faites d’oxyde d’indium et d’étain (ITO, de l’anglais Indium Tin Oxide). The electrodes 12, 13 may be in the form of a layer deposited on the first 10 and second 11 substrates respectively. For example, the electrodes 12, 13 are based on or made of indium tin oxide (ITO).
Le miroir métallique 14 peut être formé d’au moins une couche métallique 140, par exemple à base ou faite d’aluminium. Une bonne réflexion du faisceau incident 2 est ainsi obtenue. Le miroir métallique 14 peut en outre comprendre des couches permettant une meilleure compatibilité chimique avec la couche électrochromique 15. Pour cela, le miroir métallique 14 peut comprendre une couche à base ou faite d’or 142. La couche d’or 142 peut ainsi être au contact de la couche électrochromique 15 sans risquer une dégradation de cette couche ou du miroir métallique 14. Notons que plusieurs miroirs métalliques 14 peuvent être utilisés dans l’empilement 18, voire dans le module réfléchissant 1. On peut par exemple prévoir une superposition d’un ou plusieurs substrat(s) 10 et d’un ou plusieurs miroir(s) 14. Afin d’accrocher la couche d’or 142 sur la couche d’aluminium 140, le miroir 14 peut comprendre une couche d’accrochage à base ou faite de chrome 141 entre ces couches 140, 142. Le miroir métallique est de préférence d’épaisseur nanométrique, c’est-à-dire d’épaisseur inférieure à 1 µm. Par exemple, la couche d’aluminium 140 peut présenter une épaisseur d140 sensiblement comprise entre 40 nm et 80 nm, par exemple entre 50 nm et 70 nm, et préférentiellement sensiblement égale à 50 nm. La couche de chrome peut présenter une épaisseur d141 sensiblement égale à 5 nm. La couche d’or peut présenter une épaisseur d142 sensiblement égale à 7 nm.The metal mirror 14 may be formed from at least one metal layer 140, for example based on or made of aluminum. Good reflection of the incident beam 2 is thus obtained. The metal mirror 14 may further comprise layers allowing better chemical compatibility with the electrochromic layer 15. For this, the metal mirror 14 may comprise a layer based on or made of gold 142. The gold layer 142 may thus be in contact with the electrochromic layer 15 without risking degradation of this layer or of the metal mirror 14. Note that several metal mirrors 14 may be used in the stack 18, or even in the reflective module 1. For example, it is possible to provide a superposition of one or more substrate(s) 10 and one or more mirror(s) 14. In order to attach the gold layer 142 to the aluminum layer 140, the mirror 14 may comprise a bonding layer based on or made of chromium 141 between these layers 140, 142. The metal mirror is preferably of nanometric thickness, that is to say of thickness less than 1 µm. For example, the aluminum layer 140 may have a thickness d140 substantially between 40 nm and 80 nm, for example between 50 nm and 70 nm, and preferably substantially equal to 50 nm. The chromium layer may have a thickness d141 substantially equal to 5 nm. The gold layer may have a thickness d142 substantially equal to 7 nm.
Dans la couche électrochromique 15, l’électrolyte polymère solide 16 peut comprendre un ionogel comprenant une matrice polymère et un liquide ionique, et/ou un liquide ionique polymérique, par exemple avec une matrice polymère. In the electrochromic layer 15, the solid polymer electrolyte 16 may comprise an ionogel comprising a polymer matrix and an ionic liquid, and/or a polymeric ionic liquid, for example with a polymer matrix.
Dans l’exemple de l’ionogel, la matrice de polymère peut être choisi parmi des poly(alcool vinylique) (abrégé PVA) ; des polyéthers- par exemple des polyéthylène glycol (abrégé PEG) et des poly thio-éther. Le liquide ionique peut être choisi parmi les composants suivants :
- Chlorure de 1-éthyl-3-méthylimidazolium ;
- 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (abrégé EMIM TFSI) ;
- 1-Ethyl-3-methylimidazolium triflate (abrégé EMIM Triflate) ;
- Liquide ionique (IL) bio-compatible à base de choline.
- 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride;
- 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (abbreviated EMIM TFSI);
- 1-Ethyl-3-methylimidazolium triflate (abbreviated EMIM Triflate);
- Biocompatible choline-based ionic liquid (IL).
De façon connue pour l’homme du métier, un liquide ionique polymérique (en anglais polymeric ionic liquid) est un polymère conducteur ionique obtenu à partir de la polymérisation de monomères liquide ionique. Selon certains exemple, et de façon connu pour l’homme du métier, les liquides ioniques polymériques peuvent être solides et présenter une tenue mécanique suffisante pour former la couche 15. Selon d’autres exemples, les liquides ioniques polymériques peuvent présenter une tenue insuffisante pour former à eux seuls la couche 15, ils sont alors typiquement solubles lorsqu’ils sont exposés à un solvant organique. Afin de doter les liquides ioniques polymériques de propriétés mécaniques, l’électrolyte peut comprendre un liquide ionique polymérique et une matrice polymère formant un support mécanique. Il est possible en alternative ou en complément de réticuler un liquide polymère solide avec des liaisons chimiques réticulables (par exemple des liaisons C=C). Après la réticulation, le réseau de polymère formé est insoluble.As known to those skilled in the art, a polymeric ionic liquid (in English polymeric ionic liquid ) is an ionic conductive polymer obtained from the polymerization of ionic liquid monomers. According to some examples, and in a manner known to those skilled in the art, the polymeric ionic liquids may be solid and have sufficient mechanical strength to form the layer 15. According to other examples, the polymeric ionic liquids may have insufficient strength to form the layer 15 on their own, they are then typically soluble when exposed to an organic solvent. In order to provide the polymeric ionic liquids with mechanical properties, the electrolyte may comprise a polymeric ionic liquid and a polymer matrix forming a mechanical support. It is possible, as an alternative or in addition, to crosslink a solid polymer liquid with crosslinkable chemical bonds (for example C=C bonds). After crosslinking, the polymer network formed is insoluble.
L’électrolyte polymère solide présente ainsi une bonne conductivité ionique, permet les réactions d’oxydo-réduction dans la couche électrochromique 15 et améliore la stabilisation des espèces chimiques impliquées dans les processus redox. Les ionogels et les électrolytes polymères solides basés sur les liquides ioniques polymériques présentent une bonne stabilité chimique et mécanique. Notamment, ils présentent une large fenêtre de stabilité électrochimique. Par exemple l’électrolyte polymère solide présente une fenêtre de stabilité électrochimique supérieure ou égale à 3 V, par exemple sensiblement égale à 3,2 V. The solid polymer electrolyte thus exhibits good ionic conductivity, allows redox reactions in the electrochromic layer 15 and improves the stabilization of the chemical species involved in redox processes. Ionogels and solid polymer electrolytes based on polymeric ionic liquids exhibit good chemical and mechanical stability. In particular, they exhibit a wide electrochemical stability window. For example, the solid polymer electrolyte exhibits an electrochemical stability window greater than or equal to 3 V, for example substantially equal to 3.2 V.
En outre, les ionogels et les électrolytes polymères solides basés sur les liquides ioniques polymériques sont suffisamment déformables et étirables pour accommoder des déformations du module et des contraintes mécaniques lors de son utilisation, ce qui est particulièrement avantageux pour des applications automobiles. Selon un exemple, le module de Young de l’électrolyte polymère solide et sensiblement compris entre 0,2 et 4 MPa. L’allongement à la rupture peut être sensiblement supérieur ou égal à 100 %, par exemple sensiblement compris entre 150 % et 160 %. Le module réfléchissant 1 présente ainsi une durée de vie élevée malgré les contraintes pouvant s’exercer sur le module. Les ionogels et les électrolytes polymères solides basés sur les liquides ioniques polymériques permettent en outre la réalisation de motifs, par exemple par photolithographie. Des motifs peuvent notamment être utilisés pour fabriquer des films décoratifs. De préférence, la couche électrochromique 15 présente une transmittance supérieure ou égale à 80 %. Furthermore, the ionogels and solid polymer electrolytes based on the polymeric ionic liquids are sufficiently deformable and stretchable to accommodate deformations of the module and mechanical stresses during use, which is particularly advantageous for automotive applications. According to one example, the Young's modulus of the solid polymer electrolyte is substantially between 0.2 and 4 MPa. The elongation at break may be substantially greater than or equal to 100%, for example substantially between 150% and 160%. The reflective module 1 thus has a long service life despite the stresses that may be exerted on the module. The ionogels and solid polymer electrolytes based on the polymeric ionic liquids also allow the production of patterns, for example by photolithography. Patterns may in particular be used to manufacture decorative films. Preferably, the electrochromic layer 15 has a transmittance greater than or equal to 80%.
Selon un exemple, la couche électrochromique 15 peut en outre présenter une conductivité ionique supérieure ou égale à 1.10-4 S/cm à température ambiante. La conductivité ionique peut être sensiblement comprise entre 10-4 S/cm et 10-2 S/cm à température ambiante. La conductivité ionique peut être de l’ordre de 1.10-3 S/cm. Ces conductivités ioniques sont notamment atteignables du fait de l’utilisation d’un ionogel. Dans le cas d’un liquide ionique polymérique, la couche d’électrolyte polymère solide peut en outre présenter une conductivité ionique inférieure ou égale à 1.10-4 S/cm à température ambiante.According to one example, the electrochromic layer 15 may further have an ionic conductivity greater than or equal to 1.10 -4 S/cm at room temperature. The ionic conductivity may be substantially between 10 -4 S/cm and 10 -2 S/cm at room temperature. The ionic conductivity may be of the order of 1.10 -3 S/cm. These ionic conductivities are notably achievable due to the use of an ionogel. In the case of a polymeric ionic liquid, the solid polymer electrolyte layer may further have an ionic conductivity less than or equal to 1.10 -4 S/cm at room temperature.
L’électrolyte polymère solide 16 peut être à base d’au moins un polymère choisi parmi des polyéthers, polycarbonates (par exemple le polybutylene glutarate abrégé PBG), polyesters (par exemple le polyméthylméthacrylate, abrégé PMMA), polynitriles (par exemple le polyacrylonitrile, abrégé PAN), polyalcools (par exemple le polyvinyl alcool, abrégé PVA), polyamines (par exemple le polyéthylèneimine, abrégé PEI), polysiloxanes (par exemple le polydiméthylsiloxane, abrégé PDMS), fluoropolymères (par exemple le polyfluorure de vinylidène, abrégé PVDF, et le poly(fluorure de vinylidène -co-hexafluoropropylène), abrégé P(VDF-co-HFP)), biopolymères (par exemple la lignine, le chitosan et la cellulose) et leurs dérivés. L’électrolyte polymère solide peut par exemple comprendre un copolymère dont au moins l’un des motifs monomères correspond aux polymères cités ci-dessus. The solid polymer electrolyte 16 may be based on at least one polymer chosen from polyethers, polycarbonates (for example polybutylene glutarate abbreviated PBG), polyesters (for example polymethylmethacrylate, abbreviated PMMA), polynitriles (for example polyacrylonitrile, abbreviated PAN), polyalcohols (for example polyvinyl alcohol, abbreviated PVA), polyamines (for example polyethyleneimine, abbreviated PEI), polysiloxanes (for example polydimethylsiloxane, abbreviated PDMS), fluoropolymers (for example polyvinylidene fluoride, abbreviated PVDF, and poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene), abbreviated P(VDF-co-HFP)), biopolymers (for example lignin, chitosan and cellulose) and their derivatives. The solid polymer electrolyte may, for example, comprise a copolymer of which at least one of the monomer units corresponds to the polymers cited above.
Pour la formation de liquides ioniques, et de façon connue pour l’homme du métier, les cations pouvant être utilisés sont par exemple le 1,3-dialkyl-imidazolium, le N-alkyl-pyridinium, le tetra-alkyl-ammonium, le tetra-alkyl-phosphonium et le N-alkyl-pyrrolidinium. Les anions pouvant être utilisés sont par exemple le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, l’hexafluorophosphate, le tétrafluoroborate, le trifluorométhanesulfonate, l’ion chlorure, l’ion bromure, l’ion iodure, l’ion nitrate, l’acétate. Ces ions peuvent présenter différentes propriétés hydrophobes ou hydrophiles. Selon la nature de la matrice polymère par exemple, ou des propriétés hydrophobes ou hydrophiles recherchées, on comprend que les ions utilisés pour former un liquide ionique, polymérique ou non, peuvent être adaptés. For the formation of ionic liquids, and in a manner known to those skilled in the art, the cations that can be used are, for example, 1,3-dialkylimidazolium, N-alkylpyridinium, tetraalkylammonium, tetraalkylphosphonium and N-alkylpyrrolidinium. The anions that can be used are, for example, bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, hexafluorophosphate, tetrafluoroborate, trifluoromethanesulfonate, chloride ion, bromide ion, iodide ion, nitrate ion, acetate. These ions can have different hydrophobic or hydrophilic properties. Depending on the nature of the polymer matrix, for example, or the desired hydrophobic or hydrophilic properties, it is understood that the ions used to form an ionic liquid, whether polymeric or not, can be adapted.
La couche électrochromique 15 présente de préférence une épaisseur comprise entre 50 et 300 nm, de préférence entre 100 nm et 200 nm. Les molécules électrochromiques étant réparties dans la matrice formée par l’électrolyte polymère solide 16, il n’est en effet pas nécessaire d’avoir une épaisseur de la couche électrochromique 15 plus importante. La compacité du module réfléchissant 1 est donc améliorée. La limitation de l’épaisseur d15 de la couche électrochromique 15 favorise en outre une transmittance élevée, et donc la transmission des faisceaux incident 2 et réfléchi 2’. De préférence, les molécules électrochromiques 17 sont réparties de façon homogène dans l’électrolyte polymère solide 16.The electrochromic layer 15 preferably has a thickness of between 50 and 300 nm, preferably between 100 nm and 200 nm. Since the electrochromic molecules are distributed in the matrix formed by the solid polymer electrolyte 16, it is not necessary to have a greater thickness of the electrochromic layer 15. The compactness of the reflective module 1 is therefore improved. Limiting the thickness d15 of the electrochromic layer 15 also promotes high transmittance, and therefore the transmission of the incident 2 and reflected 2' beams. Preferably, the electrochromic molecules 17 are distributed homogeneously in the solid polymer electrolyte 16.
Selon un exemple, la molécule électrochromique est une molécule organique, par exemple une molécule ou une macromolécule polymère. De préférence, la molécule électrochromique présente une masse molaire inférieure ou égale à 600 g/mol. De nombreuses molécules sont ainsi disponibles commercialement pour réduire le coût de fabrication du module 1. A titre d’exemple, la molécule électrochromique 17 peut être choisie parmi: les viologènes, les spiropyranes, , les bipyridines, , les carbazoles, les méthoxyphenyl, les quinones, le tétrathiafulvalène, le phenylène diamine, la pyrazoline, les porphyrinoïdes, et notamment les thiophene- porphyrinoïdes, les furane-porphyrinoïdes, les triphénylamines, et leurs dérivés. Par exemple, les viologènes résultent de la quaternisation de bipyridine. According to one example, the electrochromic molecule is an organic molecule, for example a polymer molecule or macromolecule. Preferably, the electrochromic molecule has a molar mass less than or equal to 600 g/mol. Many molecules are thus commercially available to reduce the manufacturing cost of the module 1. By way of example, the electrochromic molecule 17 can be chosen from: viologens, spiropyrans, bipyridines, carbazoles, methoxyphenyls, quinones, tetrathiafulvalene, phenylenediamine, pyrazoline, porphyrinoids, and in particular thiopheneporphyrinoids, furanporphyrinoids, triphenylamines, and their derivatives. For example, viologens result from the quaternization of bipyridine.
Des exemples de formules chimiques de ces composés sont donnés ci-dessous à titre d’exemple. Examples of chemical formulas of these compounds are given below for illustration.
L’homme du métier est tout à fait à même d’identifier les dérivés de ces molécules pouvant avoir des propriétés électrochromiques, comme par exemple décrit dans Stolar, Monika. "Organic electrochromic molecules: synthesis, properties, applications and impact" Pure and Applied Chemistry, vol. 92, no. 5, 2020, pp. 717-731. https:/doi.org/10.1515/pac-2018-1208. Une molécule dérivée peut par exemple être une molécule présentant un groupement substituant, par exemple un groupement ou une chaîne carboné(e) portant ou non au moins un hétéroatome.A person skilled in the art is perfectly capable of identifying derivatives of these molecules that may have electrochromic properties, as described for example in Stolar, Monika. " Organic electrochromic molecules: synthesis, properties, applications and impact" Pure and Applied Chemistry , vol. 92, no. 5, 2020, pp. 717-731. https:/doi.org/10.1515/pac-2018-1208. A derived molecule may, for example, be a molecule having a substituent group, for example a group or a carbon chain carrying or not at least one heteroatom.
Les équilibres d’oxydoréduction ci-dessous illustre à titre d’exemple des formes redox d’un viologène au cours de réactions d’oxydoréduction successives :The redox equilibria below illustrate as examples redox forms of a viologen during successive redox reactions:
Le viologène peut typiquement présenter 3 formes redox différentes: incolore, bleu/violet, orange/rouge.Viologen can typically exhibit 3 different redox forms: colorless, blue/purple, orange/red.
L’équilibre d’oxydoréduction ci-dessous illustre à titre d’exemple deux formes redox d’un spiropyrane :The redox equilibrium below illustrates as an example two redox forms of a spiropyran:
Un spiropyrane peut typiquement présenter deux formes redox différentes aux différences de potentiel suivantes : incolore (0 V), orange-rose quand ΔV = 2 V (à-1.2 V et 0.8 V par exemple).A spiropyran can typically exhibit two different redox forms at the following potential differences: colorless (0 V), orange-pink when ΔV = 2 V (at -1.2 V and 0.8 V for example).
La couche électrochromique 15 peut en outre comprendre d’autres composés chimiques, et notamment pour participer aux réactions d’oxydoréduction de la molécule électrochromique 17. Par exemple, la couche électrochromique 15 comprend un médiateur d’oxydoréduction. Le médiateur d’oxydo-réduction peut par exemple être le couple ferrocyanure de potassium et ferricyanure de potassium, et/ou le radical TEMPO (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl or (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl).The electrochromic layer 15 may further comprise other chemical compounds, and in particular to participate in the redox reactions of the electrochromic molecule 17. For example, the electrochromic layer 15 comprises a redox mediator. The redox mediator may for example be the potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide pair, and/or the TEMPO radical (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl or (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl).
La bicouche métallique 19 est maintenant décrite plus en détail, par exemple en référence aux figures 1A et 1B. La bicouche métallique 19 comprend une première couche métallique 190 et une deuxième couche métallique 191. Les première 190 et deuxième 191 couches sont de préférence en contact l’une de l’autre. La première couche 190 est de préférence en contact avec la couche électrochromique 15. La deuxième couche métallique 19 est de préférence en contact avec la deuxième électrode 13. The metal bilayer 19 is now described in more detail, for example with reference to Figures 1A and 1B. The metal bilayer 19 comprises a first metal layer 190 and a second metal layer 191. The first 190 and second 191 layers are preferably in contact with each other. The first layer 190 is preferably in contact with the electrochromic layer 15. The second metal layer 19 is preferably in contact with the second electrode 13.
Selon un exemple, la première couche métallique 190 est à base ou faite d’or et la deuxième couche métallique 191 est à base ou faite de chrome ou inversement. Le chrome présente en effet un pic d’absorption plutôt dans le bleu et peu dans le rouge, alors que l’or présente un pic d’absorption plutôt dans le rouge et peu dans le bleu. L’utilisation de ces deux métaux dans la bicouche métallique 19 permet d’obtenir la fonction d’absorbeur large bande de façon répartie sur le spectre visible. D’autres métaux peuvent être envisagés, tels que l’argent par exemple.According to one example, the first metal layer 190 is based on or made of gold and the second metal layer 191 is based on or made of chromium or vice versa. Chromium has an absorption peak mainly in the blue and little in the red, whereas gold has an absorption peak mainly in the red and little in the blue. The use of these two metals in the metal bilayer 19 makes it possible to obtain the broadband absorber function in a manner distributed over the visible spectrum. Other metals can be considered, such as silver for example.
De préférence, la première couche métallique 190 est à base ou faite d’or. L’or présente en effet une meilleure compatibilité chimique avec la couche électrochromique 15.Preferably, the first metal layer 190 is based on or made of gold. Gold in fact has better chemical compatibility with the electrochromic layer 15.
L’épaisseur des couches métalliques 190 et 191 est choisie de façon à absorber partiellement le rayonnement lumineux incident 2 tout en étant suffisamment transparent pour permettre une bonne réflexion par le module réfléchissant 1. Afin de laisser passer la partie du rayonnement incident 2 non absorbé, la bicouche métallique 19 présente de préférence une transmittance supérieure ou égale à 75 %, de préférence sensiblement égale à 80 %.The thickness of the metal layers 190 and 191 is chosen so as to partially absorb the incident light radiation 2 while being sufficiently transparent to allow good reflection by the reflective module 1. In order to allow the part of the incident radiation 2 not absorbed to pass through, the metal bilayer 19 preferably has a transmittance greater than or equal to 75%, preferably substantially equal to 80%.
Pour cela, les première 190 et deuxième 191 couches métalliques présentent une épaisseur non nulle, de préférence supérieure ou égale à 3 nm. Pour conserver une bonne transparence, comme par exemple illustré par les figures 1A et 1B, les première 190 et deuxième 191 couches métalliques peuvent l’une et/ou l’autre présenter une épaisseur d190, d191 de préférence inférieure à 10 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 7 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 5 nm, et de préférence sensiblement égale à 3 nm. La bicouche métallique 19 peut présenter une épaisseur totale sensiblement inférieure ou égale à 20 nm, de préférence sensiblement inférieure ou égale à 10 nm.For this, the first 190 and second 191 metal layers have a non-zero thickness, preferably greater than or equal to 3 nm. To maintain good transparency, as for example illustrated by FIGS. 1A and 1B, the first 190 and second 191 metal layers may each have a thickness d 190 , d 191 preferably less than 10 nm, preferably substantially less than or equal to 7 nm, preferably substantially less than or equal to 5 nm, and preferably substantially equal to 3 nm. The metal bilayer 19 may have a total thickness substantially less than or equal to 20 nm, preferably substantially less than or equal to 10 nm.
Selon un exemple, illustré par la
Comme l’illustre par exemple la
Au moins l’une parmi, et de préférence chacune parmi, la première 190 et la deuxième 191 couches métalliques présentent ces trous 192. Ces trous 192 peuvent traverser au moins 90 %, et de préférence sensiblement 100%, de la couche 190, 191 en question, et de préférence les deux couches 190, 191, selon une direction sensiblement perpendiculaire au plan d’extension principale de la bicouche 19.At least one of, and preferably each of, the first 190 and the second 191 metal layers have these holes 192. These holes 192 can pass through at least 90%, and preferably substantially 100%, of the layer 190, 191 in question, and preferably both layers 190, 191, in a direction substantially perpendicular to the main extension plane of the bilayer 19.
Selon un exemple, les trous 192 représentent, en projection sur la surface de la couche considérée, 20 % à 40% de la surface de la ou des couche(s) correspondante(s).According to one example, the holes 192 represent, in projection onto the surface of the layer considered, 20% to 40% of the surface of the corresponding layer(s).
Comme l’illustrent la
Le procédé de fabrication du module réfléchissant 1 est maintenant décrit selon plusieurs exemples de réalisation en référence aux figures 6 à 12. Notons que le procédé peut comprendre toute étape permettant l’obtention des caractéristiques du module réfléchissant 1 décrites ci-dessus. Des exemples particuliers de recette de fabrication sont en outre donnés. Les paramètres et techniques de dépôt peuvent être configurés pour obtenir les épaisseurs décrites précédemment.The method for manufacturing the reflective module 1 is now described according to several exemplary embodiments with reference to figures 6 to 12. Note that the method can comprise any step allowing the characteristics of the reflective module 1 described above to be obtained. Particular examples of manufacturing recipes are also given. The deposition parameters and techniques can be configured to obtain the thicknesses described previously.
Comme illustré par la
Le procédé comprend ensuite une formation de l’empilement multicouche 18 tel qu’introduit ci-dessus. The method then comprises forming the multilayer stack 18 as introduced above.
Pour cela, le procédé peut comprendre le dépôt du miroir métallique 14 sur le premier substrat 10, et plus particulièrement sur la première électrode 12, comme l’illustre les figures 6 à 7C. Comme vu précédemment, le miroir 14 peut comprendre plusieurs couches successives de métaux. Ces couches 140,141,142 peuvent être formées par toute technique de dépôt physique, par exemple par pulvérisation cathodique, par évaporation à faisceaux d’électrons, par évaporation flash ou encore par évaporation par induction. For this, the method may comprise the deposition of the metal mirror 14 on the first substrate 10, and more particularly on the first electrode 12, as illustrated in FIGS. 6 to 7C. As seen previously, the mirror 14 may comprise several successive layers of metals. These layers 140, 141, 142 may be formed by any physical deposition technique, for example by cathode sputtering, by electron beam evaporation, by flash evaporation or by induction evaporation.
Sur le miroir métallique 14 formé, le procédé peut comprendre le dépôt de la couche électrochromique 15. Pour cela, de nombreuses techniques de dépôt peuvent être envisagées, selon notamment la nature de l’électrolyte polymère solide 16. Notons qu’en alternative ou en combinaison, selon une variante non illustrée, on peut prévoir que la couche électrochromique 15 soit déposée sur la deuxième électrode 13, et notamment sur la bicouche métallique 19.On the metal mirror 14 formed, the method can comprise the deposition of the electrochromic layer 15. For this, numerous deposition techniques can be envisaged, depending in particular on the nature of the solid polymer electrolyte 16. Note that as an alternative or in combination, according to a variant not illustrated, it can be provided that the electrochromic layer 15 is deposited on the second electrode 13, and in particular on the metal bilayer 19.
Pour cela, de nombreuses techniques de dépôt peuvent être envisagées, selon notamment la nature de l’électrolyte polymère solide 16. On dépose par goutte à goutte, à la lame, par centrifugation (généralement désigné par le terme anglais spin-coating). Par exemple et comme illustré par les figures 8A et 8B, le dépôt de la couche électrochromique peut comprendre le dépôt d’une solution de précurseur pour former une couche 15’. Selon un exemple, la solution de précurseur comprend entre 1 % et 10 % en masse, de préférence sensiblement 5 % de molécule électrochromique. Cette couche déposée 15’ peut ensuite former la couche électrochromique 15 par un traitement thermique et/ou par rayonnement UV et/ou par séchage.For this, numerous deposition techniques can be envisaged, depending in particular on the nature of the solid polymer electrolyte 16. Deposition is carried out drop by drop, with a blade, by centrifugation (generally referred to as spin-coating). For example and as illustrated by FIGS. 8A and 8B, the deposition of the electrochromic layer can comprise the deposition of a precursor solution to form a layer 15'. According to one example, the precursor solution comprises between 1% and 10% by mass, preferably substantially 5% of electrochromic molecule. This deposited layer 15' can then form the electrochromic layer 15 by heat treatment and/or by UV radiation and/or by drying.
Selon un premier exemple particulier, le dépôt de la couche électrochromique 15 peut comprendre :
- la préparation d’une solution aqueuse de 4 % de PVA, de viologène et d’un mélange de ratio molaire 1 :1 de ferrocyanure de potassium et de ferricyanure de potassium,
- le mélange de la solution aqueuse à un ratio volumique 4 :1 avec une solution aqueuse de borax jusqu’à obtenir un gel,
- le dépôt du mélange sur le miroir métallique 14,
- le séchage à température ambiante pour obtenir la couche 15 sans bulle.
- the preparation of a 4% aqueous solution of PVA, viologen and a mixture of potassium ferrocyanide and potassium ferricyanide with a molar ratio of 1:1,
- mixing the aqueous solution at a volume ratio of 4:1 with an aqueous borax solution until a gel is obtained,
- the deposition of the mixture on the metal mirror 14,
- drying at room temperature to obtain layer 15 without bubbles.
Selon un deuxième exemple particulier, le dépôt de la couche électrochromique 15 peut comprendre :
- une préparation d’une solution de spiropyrane à 2 mM et de TEMPO ((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl ou (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl)) à 4 mM, dans du BMIM-TFSI (1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide),
- le mélange de la solution préparée avec une solution de P(VDF-co-HFP), la solution de P(VDF-co-HFP) étant à 1 :20 en ratio massique avec de l’acétone, pour obtenir un ratio de 83, 3 % en masse de BMIM-TFSI,
- le dépôt du mélange sur le miroir métallique 14,
- le séchage à température ambiante pendant 24h pour obtenir la couche 15.
- a preparation of a solution of 2 mM spiropyran and 4 mM TEMPO ((2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl)oxyl or (2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-yl)oxidanyl)) in BMIM-TFSI (1-Butyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide),
- mixing the prepared solution with a P(VDF-co-HFP) solution, the P(VDF-co-HFP) solution being at 1:20 in mass ratio with acetone, to obtain a ratio of 83.3% by mass of BMIM-TFSI,
- the deposition of the mixture on the metal mirror 14,
- drying at room temperature for 24 hours to obtain layer 15.
Selon cet exemple, la couche d’électrolyte polymère solide présente une transmittance de 83 %.In this example, the solid polymer electrolyte layer has a transmittance of 83%.
De préférence, le module réfléchissant 1 est fabriqué en deux sous-modules 1’ et 1’’ qui peuvent être plus facilement assemblés. La formation de la couche électrochromique 15 est ainsi découplée de la formation soit du miroir 14 soit de la formation de la bicouche métallique 19, selon sur quelle couche la couche 15 est déposée. Selon cet exemple, suite au dépôt de la couche électrochromique 15, un premier sous-module 1’ est obtenu. Un deuxième sous substrat 1’’ est ensuite fabriqué pour leur assemblage ultérieur. Preferably, the reflective module 1 is manufactured in two sub-modules 1' and 1'' which can be more easily assembled. The formation of the electrochromic layer 15 is thus decoupled from the formation of either the mirror 14 or the formation of the metal bilayer 19, depending on which layer the layer 15 is deposited. According to this example, following the deposition of the electrochromic layer 15, a first sub-module 1' is obtained. A second sub-substrate 1'' is then manufactured for their subsequent assembly.
Notons qu’on peut prévoir en alternative que le module réfléchissant 1 soit formé couche par couche en partant du premier substrat 10 en empilant successivement les couches à déposer pour former le module réfléchissant 1, selon les mêmes techniques décrites. Toutefois, cela risque d’endommager la couche électrochromique 15 lors du dépôt du miroir 14 ou de la bicouche métallique 19 et de la deuxième électrode 13 qui surmonterait alors la couche électrochromique 15. Note that it is possible to provide as an alternative that the reflective module 1 is formed layer by layer starting from the first substrate 10 by successively stacking the layers to be deposited to form the reflective module 1, according to the same techniques described. However, this risks damaging the electrochromic layer 15 during the deposition of the mirror 14 or the metal bilayer 19 and the second electrode 13 which would then surmount the electrochromic layer 15.
La fabrication du deuxième sous-module 1’’ est maintenant décrite. Le deuxième substrat 11 peut être fourni, comprenant la deuxième électrode 13 déposée sur la surface inférieure 11a, comme illustré par la
La bicouche métallique 19 peut être déposée sur la deuxième électrode 13, selon les mêmes techniques que celles décrites pour le dépôt du miroir 14, comme illustré par la
Comme l’illustre la
Le module réfléchissant 1 peut ensuite être obtenu par un assemblage ou de façon équivalente un report, des sous-modules 1’ et 1’’. Par exemple et comme illustré par la
Le procédé de fabrication du système réfléchissant 3 peut comprendre pour chaque module les étapes de fabrication précédemment énoncées. Le procédé de fabrication du substrat réfléchissant 3 peut en outre comprendre le raccordement électrique de la source électrique 30 à la première 12 et la deuxième 13 électrodes. Ce procédé peut comprendre en outre des étapes de montage de la pluralité de module réfléchissant 1, par exemple sur un support commun 33, comme l’illustre la
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention. La présente invention ne se limite pas aux exemples précédemment décrits. Bien d’autres variantes de réalisation sont possibles, par exemple par combinaison de caractéristiques précédemment décrites, sans sortir du cadre de l’invention. Par exemple, on peut prévoir que le module réfléchissant comprenne une pluralité de miroirs et de substrats, par exemple alternés entre eux. D’autres techniques de dépôt peuvent par ailleurs être envisagées par l’homme du métier selon la nature de la couche déposée. En outre, les caractéristiques décrites relativement à un aspect de l’invention peuvent être combinées à un autre aspect de l’invention.The invention is not limited to the embodiments previously described and extends to all embodiments covered by the invention. The present invention is not limited to the examples previously described. Many other variant embodiments are possible, for example by combining previously described characteristics, without departing from the scope of the invention. For example, it is possible for the reflective module to comprise a plurality of mirrors and substrates, for example alternating with each other. Other deposition techniques may also be envisaged by those skilled in the art depending on the nature of the deposited layer. In addition, the characteristics described in relation to one aspect of the invention may be combined with another aspect of the invention.
Claims (18)
- un premier substrat (10),
- un empilement multicouche (18) disposé sur le premier substrat (10) et configuré pour recevoir un faisceau lumineux incident (2) et réfléchir un faisceau lumineux réfléchi (2’) présentant une longueur d’onde déterminée, ladite longueur d’onde dépendant d’une différence de potentiel appliquée à l’empilement (18), l’empilement multicouche (18) comprenant au moins une couche formant un miroir métallique (14),
- une première électrode (12) et une deuxième électrode (13), reliant électriquement de part et d’autre l’empilement multicouche (18), et configurées pour appliquer ladite différence de potentiel,
- une couche électrochromique (15) présentant une épaisseur nanométrique (d15) et surmontant le miroir métallique (14), la couche électrochromique comprenant :
- au moins un électrolyte polymère solide (16),
- au moins une molécule électrochromique (17) distincte de l’au moins un polymère électrolyte solide (16) de façon à modifier l’absorption de la couche électrochromique (15), selon la différence de potentiel appliquée à l’empilement (18),
- une bicouche métallique (19) partiellement transparente comprenant une première couche métallique (190) à base d’un premier métal, et une deuxième couche métallique (191) à base d’un deuxième métal distinct du premier métal, la bicouche métallique (19) surmontant la couche électrochromique (15).
- a first substrate (10),
- a multilayer stack (18) arranged on the first substrate (10) and configured to receive an incident light beam (2) and reflect a reflected light beam (2') having a determined wavelength, said wavelength depending on a potential difference applied to the stack (18), the multilayer stack (18) comprising at least one layer forming a metal mirror (14),
- a first electrode (12) and a second electrode (13), electrically connecting the multilayer stack (18) on either side, and configured to apply said potential difference,
- an electrochromic layer (15) having a nanometric thickness (d15) and surmounting the metal mirror (14), the electrochromic layer comprising:
- at least one solid polymer electrolyte (16),
- at least one electrochromic molecule (17) distinct from the at least one solid electrolyte polymer (16) so as to modify the absorption of the electrochromic layer (15), according to the potential difference applied to the stack (18),
- a partially transparent metallic bilayer (19) comprising a first metallic layer (190) based on a first metal, and a second metallic layer (191) based on a second metal distinct from the first metal, the metallic bilayer (19) overlying the electrochromic layer (15).
- Un ionogel comprenant une matrice polymère et un liquide ionique, et/ou
- Un liquide ionique polymérique.
- An ionogel comprising a polymer matrix and an ionic liquid, and/or
- A polymeric ionic liquid.
- Une fourniture du premier substrat (10) comprenant la première électrode (12), et une fourniture de la deuxième électrode (13),
- Une formation de l’empilement multicouche (18) comprenant :
- Un dépôt de la bicouche métallique (19),
- Un dépôt de la couche électrochromique (15),
- Un dépôt de l’au moins une couche formant le miroir métallique (14),
- Un assemblage du premier substrat (10) et de la deuxième électrode (13), de sorte que l’empilement multicouche (18) soit relié de part et d’autre aux première (12) et deuxième (13) électrodes.
- A provision of the first substrate (10) comprising the first electrode (12), and a provision of the second electrode (13),
- A formation of the multilayer stack (18) comprising:
- A deposit of the metallic bilayer (19),
- A deposit of the electrochromic layer (15),
- A deposition of at least one layer forming the metallic mirror (14),
- An assembly of the first substrate (10) and the second electrode (13), such that the multilayer stack (18) is connected on either side to the first (12) and second (13) electrodes.
- le dépôt de l’au moins une couche formant le miroir métallique (14) est réalisé sur le premier substrat (10),
- le dépôt de la bicouche métallique (19) est réalisé sur la deuxième électrode,
- le dépôt de la couche électrochromique (15) est effectué sur l’un parmi le miroir métallique (14) et la bicouche métallique (19),
- l’assemblage du premier substrat (10) et de la deuxième électrode (13) comprend une mise en contact de la couche électrochromique (15) avec l’autre parmi le miroir métallique (14) et la bicouche métallique (19).
- the deposition of at least one layer forming the metal mirror (14) is carried out on the first substrate (10),
- the deposition of the metallic bilayer (19) is carried out on the second electrode,
- the deposition of the electrochromic layer (15) is carried out on one of the metal mirror (14) and the metal bilayer (19),
- the assembly of the first substrate (10) and the second electrode (13) comprises bringing the electrochromic layer (15) into contact with the other of the metal mirror (14) and the metal bilayer (19).
Applications Claiming Priority (2)
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-
2024
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Also Published As
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