Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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WO 02/06889 PCT/FR01/02283
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DISPOSITIF ELECTROCHIMIQUE DU TYPE ELECTROCHROME
OU DISPOSITIF PHOTOVOLTÅIQUE
ET SES MOYENS DE CONNEXION ELECTRIQUE
La présente invention a pour objet un dispositif électrochimique,
notamment un système électrocommandable du type vitrage et à propriétés
optiques et/ou énergétiques variables ou un dispositif photovoltaïque.
Il y a en effet actuellement une demande accrue pour des vitrages dits
intelligents aptes à s'adapter aux besoins des utilisateurs.
Il existe aussi une demande accrue pour les vitrages photovoltaïques, qui
permettent de convertir l'énergie solaire en énergie électrique.
En ce qui concerne les vitrages intelligents , il peut s'agir du contrôle
de l'apport solaire à travers des vitrages montés en extérieur dans des
bâtiments
ou des véhicules du type automobile, train ou avion. Le but est de pouvoir
limiter un échauffement excessif à l'intérieur des habitacles/locaux, mais
uniquement en cas de fort ensoleillement.
Il peut aussi s'agir du contrôle du degré de vision à travers des vitrages,
notamment afin de les obscurcir, de les rendre diffusant voire d'empêcher
toute
vision quand cela est souhaitable. Cela peut concerner les vitrages montés en
cloisons intérieures dans les locaux, les trains, les avions ou montés en
vitres
latérales d'automobile. Cela concerne aussi les miroirs utilisés comme
rétroviseurs, pour éviter ponctuellement au conducteur d'être ébloui, ou les
panneaux de signalisation, pour que des messages apparaissent quand cela est
nécessaire, ou par intermittence pour mieux attirer l'attention. Des vitrages
que'
l'on peut rendre à volonté diffusants peuvent être utilisés quand on le
souhaite
comme écrans de projection.
Il existe différents systèmes électrocommandables permettant ce genre
de modifications d'aspect/de propriétés thermiques.
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Pour moduler ta transmission lumineuse ou l'absorption lumineuse des
vitrages, il y a les systèmes dits viologènes, comme ceux décrits dans les
brevets
US-5 239 406 et EP-612 826.
Pour moduler ta transmission lumineuse et/ou ta transmission thermique
des vitrages, il y a aussi les systèmes dits électrochromes. Ceux-ci, de
manière
connue, comportent généralement deux couches de matériau électrochrome
séparées par une couche d'électrolyte et encadrées par deux couches
étectroconductrices. Chacune des couches de matériau électrochrome peut
insérer réversiblement des cations et des électrons, la modification de leur
degré d'oxydation suite à ces insertions/désinsertions conduisant à une
modification dans ses propriétés optiques et/ou thermiques.
Il est d'usage de ranger les systèmes électrochromes en trois catégories :
> celte où l'électrolyte est sous forme d'un polymère ou d'un gel ; par
exempte
un polymère à conduction protonique comme ceux décrits dans les brevets EP-
253 713 ou EP-670 346, ou un polymère à conduction d'ions lithium comme ceux
décrits dans les brevets EP-382 623, EP-518 754 et EP-532 408 ; les autres
couches du système étant généralement de nature minérale,
> celte où l'électrolyte est une couche essentiellement minérale. On désigne
souvent cette catégorie sous le terme de système tout-solide , on pourra en
trouver des exemples dans les brevet EP-867 752, EP-831 360, le brevet
FR99/03420 déposé le 19 mars 1999 correspondant au brevet PCT/FROO/00675
déposé le 17 mars 2000, et le brevet FR-2 781 084 correspondant au brevet de
numéro de dépôt WO/FR99/01653, déposé te 08 juillet 1999,
> cette où l'ensemble des couches est à base de polymères, catégorie que l'on
désigne souvent sous le terme de système tout-polymère .
Il existe aussi des systèmes appelés valves optiques . Il s'agit de films
comprenant une matrice de polymère généralement réticulé dans laquelle sont
dispersées des micro-gouttelettes contenant des particules qui sont capables
de
se placer selon une direction privilégiée sous l'action d'un champ magnétique
ou
électrique. Il est ainsi connu du brevet W093/09460 une valve optique
comprenant une matrice en polyorganosilane et des particules du type
polyiodure qui interceptent beaucoup moins la lumière quand le film est mis
sous tension.
On peut aussi citer les systèmes dits à cristaux liquides, d'un mode de
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fonctionnement similaire aux précédents. Ils sont basés sur l'utilisation d'un
film
placé entre deux couches conductrices et à base d'un polymère dans lequel sont
disposées des gouttelettes de cristaux liquides, notamment nématiques à
anisotropie diélectrique positive. Les cristaux liquides, quand le film est
mis sous
tension, s'orientent selon un axe privilégié, ce qui autorise la vision. Hors
tension, en l'absence d'alignement des cristaux, le film devient diffusant et
empêche la vision. Des exemples de tels films sont décrits notamment dans les
brevets européen EP-0 238 164, et américains US-4 435 047, US-4 806 922, US-4
732 456. Ce type de film, une fois feuilleté et incorporé entre deux substrats
en
verre, est commercialisé par la société Saint-Gobain Vitrage sous la
dénomination commerciale Priva-Lite .
On peut en fait utiliser tous les dispositifs à cristaux liquides connus sous
les termes de NCAP (Nematic Curvilinearly Aligned Phases) ou PDLC
(Polymer Dispersed Liquid Cristal).
On peut également utiliser, par exempte, les polymères à cristaux liquides
cholestériques, comme ceux décrits dans le brevet W092/19695.
Tous ces systèmes confondus ont en commun la nécessité d'être équipés
en amenées de courant venant alimenter des électrodes généralement sous
forme de deux couches électroconductrices de part et d'autre de la couche ou
des différentes couches active(s) du système.
Ces amenées de courant sont souvent sous forme de clinquants
métalliques disposés au-dessus et au-dessous de la zone du vitrage munie de la
ou des couches actives. Ils sont perçus comme inesthétiques, d'où la nécessité
de les cacher par différents moyens. Ce masquage de la périphérie des systèmes
étectrocommandables complique leur fabrication et réduit d'autant la surface
active du vitrage exploitable par l'utilisateur.
L'invention a donc pour but de proposer une connectique améliorée pour
les systèmes électrocommandables du type des vitrages qui ont été mentionnés
plus haut. Elle a plus particulièrement pour but de proposer une connectique
qui
soit meilleure sur le plan visuel et/ou sur le plan électrique et qui, de
préférence, reste simple et souple de mise en oeuvre à l'échelle industrielle.
Elle concerne tous les systèmes listés plus haut, et plus spécifiquement les
vitrages électrochromes dits tout-solide .
L'invention a tout d'abord pour objet un dispositif électrochimique du
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type de ceux décrits plus haut, qui comporte au moins un substrat porteur d'un
empilement de couches électroactif disposé entre une électrode dite
inférieure et une électrode dite supérieure , chacune comprenant au
moins une couche électroconductrice. Chacune des électrodes est en connexion
électrique avec au moins une amenée de courant. Selon l'invention, ces
amenées de courant sont disposées en dehors de' la zone du substrat porteur
qui
est recouverte par l'empilement de couches électroactif.
On entend au sens de l'invention par électrode inférieure , l'électrode
qui se trouve la plus proche du substrat porteur pris en référence, sur
laquelle
une partie au moins des couches actives (l'ensemble des couches actives dans
un
système électrochrome tout-solide ) est déposée. L'électrode supérieure
est celle déposée de l'autre côté, par rapport au même substrat de référence.
L'invention s'applique à des vitrages au sens large : le substrat porteur est
généralement rigide et transparent, du type verre ou polymère comme du
polycarbonate ou du polymétacrylate de méthyle (PMMA). L'invention inclut
cependant les substrats qui sont flexibles ou semi-flexibles, à base de
polymère.
Généralement, les électrodes sont transparentes. L'une d'entre elles peut
cependant être opaque si le vitrage ne fonctionne pas en transmission mais en
réflexion (miroir).
Le système actif et l'électrode supérieure sont protégés généralement par
un autre substrat de type rigide, éventuellement par un feuilletage à l'aide
d'une ou plusieurs feuilles en polymère thermoplastique du type EVA
(éthylènevinylacétate), PVB (polyvinylbutyral), PU (polyuréthanne).
L'invention inclut aussi la protection du système par un substrat flexible
ou serai-flexible, notamment à base de polymère.
On peut aussi éviter une opération de feuilletage qui se fait à chaud,
éventuellement sous pression, en substituant la feuille intercalaire
thermoplastique conventionnelle par une feuille adhésive double face, auto-
supportée ou non, qui est disponible commercialement et qui a l'avantage
d'être très fine.
Au sens de l'invention, et par souci de concision, on désigne par le terme
empilement actif ou empilement électroactif la ou les couches actives du
système, c'est-à-dire l'ensemble des couches du système exceptées les couches
appartenant aux électrodes. Pour un système électrochrome, il est donc
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essentiellement constitué d'une couche d'un matériau électrochrome anodique,
d'une couche d'électrolyte et d'une couche d'un matériau électrochrome
cathodique, chacune de ces couches pouvant être constituée d'une mono-couche
ou d'une pluralité de couches superposées concourant à la même fonction.
5 Généralement chaque électrode contient une couche électroconductrice
ou plusieurs couches électroconductrices superposées, que l'on considérera par
la suite comme une couche unique. Pour une alimentation électrique correcte
de la couche électroconductrice, on a généralement besoin de deux amenées de
courant, disposées le long de deux bords opposés de la couche quand elle a les
contours d'un rectangle, d'un carré ou d'une forme géométrique similaire du
type parallélogramme.
Habituellement, ces amenées sont sous forme de clinquants, c'est-à-dire
de bandes métalliques opaques, généralement à base de cuivre souvent étamé.
Les clinquants, notamment en ce qui concerne l'électrode supérieure , sont
disposés sur sa face opposée à celle en contact avec l'empilement actif. Comme
l'empilement et la couche électroconductrice en question ont généralement les
mêmes dimensions, cela signifie que l'on doit cacher 1 ou 2 cm de l'ensemble
une fois le système achevé, pour cacher la zone du vitrage munie des
clinquants.
Selon l'invention, on procède différemment, puisqu'on déporte ces amenées de
courant hors de l'empilement actif. Même si ce masquage peut rester
nécessaire, celui-ci ne va pas cacher une portion importante de la surface
active du vitrage.
Dans l'invention, les dimensions de l'empilement actif sont quasiment les
dimensions de la surface électrocommandable accessible à l'utilisateur, il n'y
a
pas ou peu de perte de surface active, en tout cas beaucoup moins que la perte
de surface occasionnée par la pose habituelle des clinquants sur l'empilement
actif.
Outre cet avantage d'importance, l'invention présente un autre intérêt
on garantit que la pose des clinquants ne risquera pas de blesser
l'empilement actif. Il n'y a pas de surépaisseur locale dans le vitrage due à
la
présence des clinquants dans la zone essentielle, celle où sont présentes les
couches actives du système. Enfin, l'alimentation électrique de ces amenées
ainsi éloignées de la partie sensible du système peut s'en trouver facilitée,
ainsi
que leur pose à proprement dite.
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La présente demande de brevet s'attache tout d'abord à décrire un mode
de réalisation préféré de l'électrode inférieure du système.
Avantageusement, l'électrode inférieure peut comprendre une couche
électroconductrice qui recouvre au moins une zone du substrat porteur non
recouverte par l'empilement actif. L'intérêt de cette configuration est d'une
part qu'elle est facile à obtenir : on peut déposer la couche conductrice par
exemple sur la totalité de la surface du substrat. C'est de fait te cas quand
la
couche étectroconductrice est disposée sur du verre sur la ligne de
fabrication
même du verre, par pyrolyse sur le ruban de verre float notamment. Le reste
des couches du système peut ensuite être déposé sur le verre une fois découpé
aux dimensions voulues, avec un système de masque provisoire.
L'autre intérêt est que ces zones du substrat qui ne sont couvertes que
par la couche électroconductrice inférieure vont pouvoir servir à poser les
amenées de courant déportées selon l'invention.
Un exemple de couche électroconductrice est une couche à base d'oxyde
métallique dopé, notamment de l'oxyde d'indium dopé à l'étain appelé ITO ou
de l'oxyde d'étain dopé au fluor Sn02:F, éventuellement déposée sur une
précouche du type oxyde, oxycarbure ou oxynitrure de silicium, à fonction
optique et/ou à fonction de barrière aux alcalins quand le substrat est en
verre.
Selon une variante, la couche électroconductrice de l'électrode inférieure
recouvre une zone Z, du substrat porteur qui recouvre complètement la zone Z2
qui est recouverte par l'empilement actif, la zone Z1 étant de dimensions
supérieures à ta zone Z2. On peut ainsi avoir deux zones Z1 et Z2
essentiellement
de formes rectangulaires, avec la zone Z1 plus grande que Z2 et
approximativement centrée sur celle-ci.
Alternativement, on peut avoir tes zones Z1 et Z2 toutes les deux
essentiellement rectangulaires, ces deux zones se recouvrent partiellement. On
est alors dans le cas de figure où il existe des zones du substrat qui sont
recouvertes par la couche électroconductrice et pas par l'empilement actif et
réciproquement.
On peut ainsi avoir la zone Z1 rectangulaire, qui dépasse, sur deux de ses
côtés opposés seulement, de la zone Z2.
La zone Z3 recouverte par la couche électroconductrice de L'électrode
supérieure est quant à elle de préférence essentiellement identique à ta zone
Z2
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recouverte par l'empilement actif. Sa configuration sera détaillée par la
suite.
L'intérêt de cette caractéristique est la simplicité de sa fabrication,
notamment
quand on a affaire à un système électrochrome tout-solide où toutes les
couches impliquées sont déposées les unes après les autres sur un unique
substrat porteur. La couche a ainsi les mêmes dimensions et la même
configuration que les couches actives sous-jacentes du système actif. Elle
peut
donc être déposée à la suite de celles-ci, par exemple sur une ligne de dépôt
de
couches sous vide du type pulvérisation cathodique.
On revient maintenant à la configuration de l'électrode inférieure . On
a vu que la couche électroconductrice inférieure a des zones non couvertes par
l'empilement actif. Certaines vont servir à poser les amenées de courant
adhoc.
Il faut aussi éviter tout court-circuit entre ces zones conductrices nues
et les
amenées de courant de l'électrode supérieure. Avec cet objectif, on prévoit
donc avantageusement, selon une variante, de désactiver cette couche
électroconductrice inférieure sur au moins une partie de sa périphérie
correspondant au moins en partie à une zone nue, non couverte par
l'empilement actif. On entend par désactivée une portion de couche
électroconductrice qui ne remplit plus sa fonction de base, qui ne participe
plus
à la conduction électrique du reste de la couche dont elle est isolée
électriquement.
De préférence, ces zones désactivées chevauchent une zone couverte
par l'empilement actif et une zone non couverte par l'empilement actif.
Cette désactivation sera détaillée à l'aide des exemples. Il peut s'agir,
notamment, de faire une incision dans la couche ou un traitement thermique
localisé, comme cela est décrit, par exemple, dans le brevet WO/FR/99/01653
précité.
Selon un mode de réalisation de cette variante, la couche
électroconductrice inférieure recouvre une zone Z1 sensiblement rectangulaire
du substrat, avec deux zones désactivées le long des deux bords opposés de
ladite zone rectangulaire (ces zones pouvant être alors laissées en contact
avec
les amenées de l'électrode supérieure, puisqu'isolées électriquement, tandis
que l'on peut avoir deux autres zones, sur les bords des deux autres bords
opposés, qui sont laissées nues et actives électriquement pour une connexion
avec les amenées de courant de l'électrode inférieure).
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Selon un autre mode de réalisation, c'est sur toute sa périphérie que la
couche électroconductrice inférieure comporte une zone désactivée (Sur deux
de ses bords opposés pour les raisons énoncées précédemment, à savoir éviter
des court-circuits avec tes amenées de courant de l'électrode supérieure. Sur
les deux autres bords, des zones sont néanmoins laissées actives et nues pour
la
connexion avec les amenées de courant de l'électrode inférieure, les zones
désactivées pouvant n'affecter que l'extrême périphérie de la couche sur ces
deux bords là).
Quel que soit le mode de réalisation de la désactivation localisée de ta
couche électroconductrice inférieure, on peut la réaliser, comme évoqué plus
haut, en effectuant une incision de la couche selon une ou plusieurs lignes.
IL
peut s'agir d'une ligne fermée tout autour de sa périphérie (désactivation sur
tout son contour),. L'incision peut aussi être réalisée selon deux lignes
traversant
la couche de part en part (désactivation sur deux de ses bords opposés), ou
selon
deux lignes fermées le long de deux de ses bords opposés (délimitation de deux
zones désactivées, en laissant l'extrême pourtour de la couche actif
électriquement).
L'incision de la couche électroconductrice peut être réalisée avant le
dépôt des autres couches et n'impliquer donc que cette couche-là. L'incision
peut aussi être réalisée après le dépôt des couches du système actif et même
après le dépôt de la couche conductrice supérieure. Dans ce cas, quand la
ligne
d'incision se trouve partiellement sous les couches actives et éventuellement
sous la couche conductrice supérieure, ce sont toutes les couches qui se
trouvent incisées à cet endroit-là. A noter que pour désactiver localement la
couche, on peut opérer une ablation localisée plutôt que de l'inciser,
notamment avant le dépôt des autres couches, ou la déposer avec les masques
nécessaires.
La présente demande de brevet s'attache maintenant à décrire
différentes configurations pour l'empilement actif.
Indépendamment de l'incision éventuelle de la couche conductrice
inférieure pouvant impliquer simultanément celle du système actif, l'invention
prévoit avantageusement de désactiver l'empilement actif sur au moins une
partie de sa périphérie. Ici, le terme désactivé a un sens similaire à
celui de
la couche conductrice précédente. Il signifie que l'empilement ne fonctionne
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pas dans cette zone, qu'il reste passivement à un état donné, quelle que soit
l'alimentation électrique . Cette désactivation est la plus marginale
possible,
afin de garder la plus grande surface active possible.
Selon un mode de réalisation, l'empilement électroactif recouvre une
zone Z2 sensiblement rectangulaire du substrat porteur, avec deux zones
périphériques ainsi désactivées, le long de deux de ses bords opposés.
Alternativement, l'empilement comporte une zone désactivée sur toute sa
périphérie.
Ces zones désactivées peuvent être réalisées de façon similaire aux zones
désactivées de la couche électroconductrice inférieure précédemment décrites,
par incision de l'ensemble de l'empilement, selon deux lignes le traversant de
part en part sur deux de ses bords ou selon une ligne fermée autour de sa
périphérie. (On pourrait ainsi effectuer une véritable ablation de
l'empilement
dans ces zones-là.) On peut effectuer ces incisons après dépôt de la couche
électroconductrice de l'électrode supérieure, et l'inciser/la désactiver elle
aussi
simultanément. De préférence, on n'incise pas en même temps l'électrode
inférieure sous-jacente.
Cette désactivation se superpose donc à la précédente : dans le cas de la
couche conductrice inférieure, sa désactivation locale affectait au moins une
zone non couverte par l'empilement actif (deux bords opposés/ toute sa
périphérie).
Dans le cas de l'empilement actif, elle n'affecte généralement pas la
couche conductrice inférieure, et peut être faite sur les deux autres bords
opposés ou la périphérie de l'empilement.
Cette désactivation de l'empilement actif concourt avec la précédente
pour éviter tout risque de court-circuit entre les deux couches conductrices
inférieure et supérieure , et a été décrite dans certains de ses modes de
réalisation dans le brevet WO/FR99/01653 précité dont l'enseignement est
incorporé dans la présente demande.
Pour plus de détails sur la nature des couches de l'empilement actif, on
pourra se reporter aux brevets précités. Dans le cas des systèmes
électrochromes tout-solide , l'application préférée de l'invention,
l'empilement actif comprend une superposition de couches essentiellement
minérales et que l'on peut déposer successivement par pulvérisation
cathodique.
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Le matériau électrochrome cathodique protonique est de préférence de l'oxyde
de tungstène éventuellement hydraté/hydroxylé. Le matériau électrochrome
anodique protonique est de préférence de l'oxyde d'iridium ou de l'oxyde de
nickel éventuellement hydraté/hydroxylé. L'électrolyte, conformément au
5 brevet EP-867 752, est de préférence une superposition de plusieurs couches,
comprenant par exemple une couche de matériau électrochrome cathodique
protonique du type oxyde de tungstène associée à au moins une autre couche,
afin d'inhiber son caractère électrochrome et de ne lui faire jouer qu'un rôle
de
vecteur.
10 La présente demande de brevet s'attache maintenant à décrire des
configurations préférées de l'électrode supérieure .
Avantageusement, au moins une des deux électrodes, et tout
particulièrement l'électrode supérieure, comporte une couche
électroconductrice associée à un réseau de fils conducteurs ou de bandes
conductrices électriquement.
Comme on l'a vu plus haut, la couche conductrice supérieure est
généralement de mêmes dimensions que l'empilement actif et déposée sur la
même ligne de dépôt (pulvérisation cathodique). Il s'agit généralement de
couches d'oxyde dopé du type ITO ou ZnO dopé, par exemple avec Al, Ga,... ou
de couche de métal du type argent éventuellement associée à une ou des
couches protectrices éventuellement elles aussi conductrices (Ni, Cr, NiCr,
..),
et à une ou des couches protectrices et/ou à rôle optique, en matériau
diélectrique (oxyde métallique, Si3N4). Dans ce cas de figure, la question
était
de savoir comment déporter ces amenées de courant vers l'extérieur. Il a
déjà été décrit dans la demande PCT/FR00/00675 précitée d'associer la couche
conductrice à un matériau plus conducteur qu'elle, par exemple des fils de
métal du type cuivre, afin d'augmenter significativement sa conductivité. Le
but
était d'avoir, dans le cas d'un vitrage électrochrome, un système qui a un
temps
de commutation plus rapide, et qui atténue le phénomène de front de
coloration : le système se colore ou se décolore uniformément sur toute sa
surface active, sans plus avoir de modification de couleur se propageant à
partir
de sa périphérie.
La présente invention, en utilisant ce type de réseau conducteur
additionnel, va conserver ces avantages importants. Mais elle va aussi
exploiter
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une autre possibilité offerte par sa présence : grâce à ces fils ou à ces
bandes,
on va pouvoir déporter les amenées de courant hors de la surface couverte par
la
couche conductrice supérieure, en les mettant en connexion électrique non pas
avec cette couche mais avec les extrémités de ces fils ou bandes, configurés
de
façon à dépasser de la surface de la couche conductrice.
Dans sa mise en oeuvre préférée, le réseau conducteur comporte une
pluralité de fils métalliques, disposés en surface d'une feuille de polymère
du
type thermoplastique : on peut venir apposer cette feuille avec les fils
incrustés
à sa surface sur la couche conductrice supérieure pour assurer leur contact
physique/leur connexion électrique. La feuille thermoplastique peut servir au
feuilletage du premier substrat porteur du type verre avec un autre verre.
Avantageusement, les fils/bandes sont disposés essentiellement
parallèlement les uns aux autres (ils peuvent être rectilignes ou ondulés),
préférentiellement selon une orientation essentiellement parallèle à la
longueur
ou à la largeur de la couche conductrice supérieure. Les extrémités de ces
fils
dépassent de la zone du substrat couverte par la couche conductrice supérieure
sur deux de ses côtés opposés, notamment d'au moins 0,5 mm, par exemple de 3
à 10 mm. Ils peuvent être en cuivre, en tungstène, en tungstène graphité, ou
encore en alliage à base de fer du type fer-nickel.
Il est judicieux d'éviter que les extrémités de ces fils ne se trouvent en,
contact électrique avec la couche conductrice inférieure. On préfère donc que
les extrémités qui dépassent de la couche conductrice supérieure ne soient en
contact avec la couche conductrice inférieure que dans les zones désactivées
de
cette dernière.
Alternativement ou cumulativement, pour éviter tout court-circuit avec la
couche conductrice inférieure, les extrémités des fils peuvent être isolées
électriquement de celle-ci (là où ils sont susceptibles d'être en contact avec
sa
zone active) par interposition de bande(s) de matériau isolant, par exemple à
base de polymère.
Il est à noter que l'on peut alternativement ou cumulativement, utiliser le
même type de réseau conducteur pour l'électrode dite inférieure .
La présente demande de brevet s'attache maintenant à décrire différents
types d'amenées de courant et leurs dispositions dans le système.
En ce qui concerne l'électrode supérieure, selon une variante, les
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extrémités des fils/bandes du réseau conducteur mentionné plus haut peuvent
être connectées électriquement à deux amenées de courant sous forme de
bandes flexibles en polymère isolant recouvertes sur l'une de leur face de
revêtements conducteurs. Ce type d'amenée est parfois désignée sous les
termes anglais de P.F.C. (Flexible Printed Circuit) ou de F.L.C. (Flat
Laminated Cable) et est déjà utilisé dans des systèmes
électriques/électroniques
variés. Sa flexibilité, les différentes variantes de configuration que l'on
peut
obtenir, le fait que l'amenée de courant se trouve isolée électriquement sur
une
de ses faces, rendent son utilisation très attractive dans le cas présent.
Selon une autre variante, tes extrémités de ces fils sont en contact
électrique avec deux zones désactivées de la couche conductrice inférieure, et
ces deux zones désactivées sont en connexion électrique avec les amenées de
courant destinées à l'électrode supérieure. Il peut commodément s'agir de
clips conducteurs venant pincer le substrat porteur dans les zones
précitées.
C'est une solution originale que d'utiliser t'électrode inférieure pour
assurer la
connexion électrique de l'électrode supérieure.
En ce qui concerne les amenées de courant de l'électrode inférieure, on
peut la connecter électriquement le long de deux de ses bords opposés dans des
zones actives et non couvertes par l'empilement actif. Ces amenées peuvent
être les clips précédemment mentionnés.
On peut aussi rassembler les amenées de courant des électrodes
inférieure et supérieure sous forme de bandes flexibles évoquées plus haut. Il
peut ainsi s'agir de deux bandes sensiblement identiques, chacune ayant un
support en polymère isolant électrique et flexible et approximativement sous
forme d'un L (bien sûr, il peut y avoir beaucoup d'autres configurations
envisageables selon la forme géométrique du substrat porteur et des couches
dont il est muni). Sur l'un des côtés de ce L, on a un revêtement conducteur
sur
une face. Sur l'autre côté du L, on a un revêtement conducteur sur la face
opposée à la précédente. Ce système global d'amenées de courant est aussi
constitué de deux de ces L sur support plastique. Associées, elles
fournissent
deux bandes conductrices sur une face pour une des électrodes et deux bandes
conductrices sur leur face opposée pour l'autre électrode. C'est un système
compact, facile à poser. A proximité de la jonction entre tes deux bords de
chaque L, on a une prise électrique reliée électriquement aux revêtements
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conducteurs des amenées.
On peut aussi aller plus loin dans la compacité, en remplaçant ces deux
L par un cadre complet : on utilise alors une bande de polymère isolant de
forme approximativement rectangulaire, avec sur deux de ses bords opposés un
revêtement conducteur sur une face, et ainsi que sur ses deux autres bords
opposés sur l'autre face. On a alors, de préférence, plus qu'une seule prise
électrique extérieure au lieu de deux. Le cadre peut être d'une pièce, ou en
plusieurs parties que l'on vient assembler lors du montage.
Les amenées de courant des électrodes inférieure et/ou supérieure
peuvent aussi être sous forme de clinquants conventionnels, par exemple sous
forme de bandes métalliques du type cuivre éventuellement étamé.
Les amenées de courant des électrodes inférieures et/ou supérieure
peuvent aussi être sous forme d'un fil conducteur (ou de plusieurs fils
conducteurs assemblés). Ces fils peuvent être en cuivre, en tungstène ou en
tungstène graphité et être similaires à ceux utilisés pour constituer le
réseau
conducteur évoqué plus haut. Ils peuvent avoir un diamètre allant de 10 à 600
pm. Ce type de fils suffit en effet à alimenter électriquement de façon
satisfaisante les électrodes, et sont remarquablement discrets : il peut
devenir
inutile de tes masquer lors du montage du dispositif.
La configuration des amenées de courant est très adaptable. On a décrit
plus en détails, précédemment, des systèmes actifs sensiblement
rectangulaires,
mais ils peuvent avoir quantités de formes géométriques différentes, en
suivant
notamment la forme géométrique de leur substrat porteur : cercle, carré, demi-
cercle, ovale, tout polygone, losange, trapèze, carré, tout parallélogramme...
Et
dans ces différents cas de figure, les amenées de courant ne sont plus
nécessairement pour chaque électrode à alimenter des paires d'amenée de
courant se faisant face. Il peut ainsi s'agir, par exemple, d'amenées de
courant
qui font tout le tour de la couche conductrice (ou tout au moins qui longe une
bonne partie de son pourtour). C'est tout-à-fait réalisable quand l'amenée de
courant est un simple fil conducteur. Il peut même s'agir d'amenées de courant
ponctuelles, notamment quand le dispositif est de petite taille.
Le dispositif selon l'invention peut utiliser un ou plusieurs substrats en
verre teinté(s) dans la masse. Avantageusement, s'il s'agit d'un vitrage
feuilleté, le verre teinté dans ta masse est le verre destiné à être tourné
vers
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l'intérieur du local ou de l'habitacle, le verre extérieur étant clair. Le
verre
teinté permet de régler le niveau de transmission lumineuse du vitrage. Placé
du
côté intérieur, on limite son échauffement par absorption. Le ou tes verre(s)
peut (peuvent) aussi être bombé(s), c'est te cas dans tes applications en tant
que toit automobile électrochrome notamment.
Le vitrage selon l'invention peut comporter des fonctionnalités
supplémentaires : il peut par exemple comporter un revêtement réfléchissant
les infrarouges, comme cela est décrit dans te brevet EP-825 478. Il peut
aussi
comporter un revêtement hydrophile, antireflets, hydrophobe, un revêtement
photocatatytique à propriétés anti-salissures comprenant de l'oxyde de titane
sous forme anatase, comme cela est décrit dans le brevet WO 00/03290.
L'invention a pour objet un dispositif électrochimique comportant au
moins un substrat porteur d'un empilement de couches électroactif disposé
entre une électrode dite inférieure et une électrode dite supérieure ,
chacune comprenant au moins une couche électroconductrice en connexion
électrique avec au moins une amenée de courant, caractérisé en ce que
lesdites amenées de courant d'au moins une des électrodes sont disposées en
dehors de la zone du substrat porteur qui est recouverte par l'empilement de
couches électroactif et en ce que la couche électroconductrice de l'électrode
supérieure recouvre une zone Z3 du substrat porteur identique à celle
recouverte par l'empilement électroactif.
L'invention sera détaillée ci-après avec des exemples de réalisation non
limitatifs, à l'aide de figures suivantes :
> Figures 1 à 12 : des représentations en vue de dessus d'un vitrage
électrochrome tout-solide .
Toutes les figures sont schématiques afin d'en faciliter la lecture, et ne
respectent pas nécessairement l'échelle entre les différents éléments qu'elles
représentent.
Elles se rapportent toutes à un vitrage électrochrome tout-solide , dans
une structure feuilletée à deux verres, dans une configuration adaptée par
exemple à une utilisation en tant que vitrage de toit automobile.
Toutes les figures représentent un verre 1, muni d'une couche
conductrice inférieure 2, d'un empilement actif 3, surmonté d'une couche
conductrice supérieure , d'un réseau de fils conducteurs 4 au-dessus de ta
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couche conductrice supérieure et incrustés à la surface d'une feuille
d'éthytènevinytacétate EVA (ou en polyuréthanne) non représentée pour plus de
clarté. Le vitrage comporte aussi un second verre, non représenté pour plus de
clarté, au-dessus de ta feuille d'EVA 5. Les deux verres et ta feuille d'EVA
sont
solidarisés par une technique connue de feuilletage ou de calandrage, par un
chauffage éventuellement sous pression.
La couche conductrice inférieure 2 est un bicouche constitué d'une
première couche SiOC de 50 nm surmontée d'une seconde couche en Sn02 :F de
400 nm (deux couches de préférence déposées successivement par CVD sur le
verre f(oat avant découpe).
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Alternativement, il peut s'agir d'un bicouche constitué d'une première
couche à base de Si02 dopé avec un peu de métal du type Al d'environ 20 nm
surmontée d'une seconde couche d'ITO d'environ 150 à 350 nm (deux couches
de préférence déposées successivement, sous vide, par pulvérisation cathodique
5 assistée par champ magnétique et réactive en présence d'oxygène,
éventuellement à chaud).
L'empilement actif 3 se décompose de la façon suivante :
ie une première couche de matériau électrochrome anodique en oxyde d'iridium
(hydraté) IrOxHy de 40 à 100 nm, (elle peut être remplacée par une couche en
10 oxyde de nickel hydraté),
~- une couche en oxyde de tungstène de 100 nm,
~-- une seconde couche en oxyde de tantale hydraté de 100 nm,
~- une seconde couche de matériau électrochrome cathodique à base d'oxyde de
tungstène HxW03 de 370 nm.
15 Toutes ces couches sont déposées de façon connue par pulvérisation
cathodique réactive assistée par champ magnétique.
La couche conductrice supérieure est une couche d'ITO de 100 à 300 nm,
également déposée par pulvérisation cathodique réactive assistée par champ
magnétique.
Les fils conducteurs 4 sont des fils rectilignes parallèles entre eux en
cuivre, déposés sur ta feuille 5 d'EVA par une technique connue dans te
domaine
de parebrise chauffants à fils, par exempte décrite dans les brevets EP-785
700,
EP-553 025, EP-506 521, EP-496 669. Schématiquement, il s'agit d'utiliser un
galet de pression chauffé qui vient presser le fil à la surface de la feuille
de
polymère, galet de pression alimenté en fil à partir d'une bobine
d'alimentation
grâce à un dispositif guide-fil.
La feuille 5 d'EVA a une épaisseur d'environ 0,8 mm.
Les deux verres sont en verre clair standard silico-sodo-calcique d'environ
2 mm d'épaisseur chacun.
EXEMPLE 1
C'est ta configuration représentée en figure 1
~- la couche conductrice inférieure 2 recouvre toute ta surface du verre. Elle
est
margée selon deux lignes d'incision l1, 12 sur ses deux côtés opposés tes plus
petits (forme globalement rectangulaire de la couche), par laser. Les lignes
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d'incision affectent aussi le système actif et l'électrode supérieure car
elles sont
réalisées après dépôt de l'ensemble des couches. Ces deux lignes délimitent
donc deux zones si et s2 qui sont désactivées pour l'ensemble du système
électrochrome, y compris les deux électrodes.
'-- le système actif et la couche conductrice supérieure 3 sont également
margés
selon deux autres lignes d'incision 13, l4, après dépôt de l'ensemble des
couches.
Ces incisions n'affectent pas la couche conductrice inférieure, et se font sur
les
bords les plus longs du système et de la couche conductrice supérieure. Le
système actif et la couche conductrice supérieure couvrent eux aussi une zone
rectangulaire du substrat, de dimensions inférieures à celle couverte par la
couche conductrice inférieure. Ces deux zones rectangulaires sont centrées
l'une par rapport à l'autre. Les lignes d'incision l1, 12 d'une part et L3i 14
d'autre
part sont donc perpendiculaires les unes aux autres. Les incisions l3i 14
délimitent
deux zones 53i s4 désactivées du système actif 3, donc deux autres zones
passives
du vitrage électrochrome dans son ensemble.
w- les amenées de courant 6 sont symétriques entre elles : il s'agit de deux
bandes 6a, 6b de forme approximativement en L, en polymère isolant. Sur le
côté le plus court des deux L, il y a un revêtement conducteur 7 tourné vers
les
fils 4. Sur le côté le plus long des deux L, il y a un revêtement conducteur 8
représenté en pointillé car présent sur l'autre face, sur la face tournée vers
la
couche conductrice inférieure 2.
Les revêtements conducteurs 7 sont en contact électrique avec les fils 4,
et assurent donc via ces fils 4 l'alimentation électrique de l'électrode
supérieure. L'extrémité de ces fils, hors de la surface couverte par
l'empilement
3, n'est en contact qu'avec le support polymère isolant des amenées 8 ou
qu'avec les zones si, s2 désactivées de l'électrode inférieure : on évite
ainsi tout
risque de court-circuit entre ces fils et l'électrode inférieure.
Les revêtements conducteurs 8 sont en contact avec les zones de la
couche conductrice inférieure 2 qui sont actives et non recouvertes par
l'empilement 3 : ils permettent d'alimenter en électricité la couche
conductrice
inférieure 2. Pour chacune des amenées de courant, il y a une prise électrique
12 disposée approximativement dans l'angle du L de l'amenée de courant, avec
des raccords électriques adéquats pour chacun des revêtements conducteurs 7
et 8.
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EXEMPLE 2
C'est ta configuration représentée en figure 2 et assez similaire à celle de
l'exemple 1.
La différence d'avec l'exemple 1 réside dans la façon dont ta couche
conductrice inférieure 2 est margée : dans l'exemple 2, l'incision est faite
selon
une ligne fermée 15, qui délimite une zone inactivée s5 sur tout le pourtour
de la
couche conductrice inférieure, ainsi que sur deux bords opposés du système
actif
(comme dans le cas précédent).
EXEMPLE 3
C'est ta configuration représentée en figure 3 et qui est une variante des
deux précédentes. Cette fois, le margeage de la couche conductrice inférieure
2
se fait selon deux lignes fermées 16i17 qui ont un contour sensiblement
rectangulaire, en partie sur ta zone couverte par ta couche conductrice 2, en
partie sur la zone également couverte par l'empilement actif 3. Comme à
l'exemple 1, on a aussi deux zones désactivées s6,57 sur tes deux bords
opposés
de la couche 2, délimitées par tes deux lignes l6 et h, et qui ne vont donc
pas
jusqu'au pourtour extrême de la couche.
Ces trois exemples ont donc en commun de désactiver te vitrage
électrochrome sur deux de ses bords opposés, dans des zones chevauchant la
zone couverte que par la couche conductrice inférieure, et la zone couverte à
ta
fois par cette couche et par l'empilement actif 3.
EXEMPLE 4
C'est la configuration représentée en figure 4. Le margeage de la couche
conductrice inférieure 2 est fait comme à l'exemple 1, selon deux lignes
traversant de part en part la couche sur ses deux côtés opposés les plus
petits.
Le margeage de l'empilement actif 3 est également identique à celui réalisé à
l'exemple 1.
C'est le type d'amenée de courant qui change : ici, on utilise des clips
conducteurs 9, 9' pour alimenter la couche conductrice inférieure 2 et des
clips
conducteurs 10, 10' pour alimenter l'électrode supérieure.
Ces clips sont des produits commerciaux qui peuvent venir pincer le verre
rendu conducteur, et disponibles selon des dimensions variables.
Pour la couche conductrice inférieure 2, ces clips 9, 9' viennent se fixer
et recouvrir le chant du verre, de façon à être connectés électriquement aux
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bords de la couche 2 qui sont actifs. Ils sont d'une longueur inférieure à la
longueur séparant les deux lignes d'incision de la couche.
Pour l'électrode supérieure, la figure 4 a montré le second verre 11, qui
est de taille inférieure au verre 1, les clips 10, 10' viennent se clipser
comme les
clips 9, 9', que sur le verre 1, en établissant ainsi une connexion électrique
avec
les zones s1i S2 désactivées de la couche 2. Ces zones désactivées, isolées du
reste de la couche, vont faire la connexion électrique avec les extrémités des
fils 4, et aussi permettent d'alimenter la couche conductrice supérieure. On
exploite ainsi les zones désactivées de l'électrode inférieure pour pouvoir
alimenter en électricité l'électrode supérieure via les fils conducteurs.
EXEMPLE 5
C'est la configuration de la figure 5, qui se rapproche de l'exemple 1
représenté à la figure 1 avec trois différences cependant :
= Ici, le margeage de l'empilement actif se fait sur tout son pourtour, avec
non
pas deux mais quatre lignes d'incision L8, l9, 110, l11 sur chacun des bords
de
l'empilement. Est donc créée une zone inactive s5 qui suit le pourtour de
l'empilement actif 3.
~- En outre, ici, la couche conductrice inférieure 2 n'est pas margée.
~- Pour éviter cependant les court-circuits, cette configuration utilise des
bandes isolantes électriques (du type polymère isolant adhésif sur une de ses
faces). Ces bandes 12, 12' sont interposées entre l'ensemble des couches et
les
amenées de courant, aux deux bords opposés du système, de façon à délimiter
des zones identiques aux zones S6, s7 de l'exemple 3. Ces zones chevauchent en
effet la couche conductrice 2 non revêtue de couches et la couche conductrice
revêtue de l'empilement actif 3, et couvrent toute la zone où les
extrémités
des fils 4 dépassent de l'empilement actif 3.
On remplace ainsi une opération de margeage par l'utilisation de bandes
isolantes supplémentaires.
EXEMPLE 6
C'est la configuration de la figure 6. Elle se rapproche beaucoup de celle
de l'exemple 1 (figure 1).
La seule différence concerne la façon dont on désactive localement la
couche conductrice inférieure 2 : au lieu de pratiquer des lignes d'incision,
on a
complètement retiré la couche dans les zones correspondant aux zones si et s2
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de la figure 1. Soit on la retire effectivement, avant dépôt de l'empilement
actif
3, par ablation laser ou autres techniques de gravure, soit on la dépose
directement aux dimensions voulues sur le verre déjà découpé avec un masque
approprié. Dans les deux cas, on aboutit à une couche 2 de type rectangulaire
surmontée du système actif 3 et de l'électrode supérieure, également de
contours rectangulaires mais dont ta plus grande longueur est perpendiculaire
à
celle de ta couche 2.
EXEMPLE 7
C'est la configuration de ta figure 7. Elle se rapproche beaucoup de celle
de la figure 6. Elle en diffère par le type d'amenées de courant utilisé :
ici, on
utilise en fait des clinquants standards, sous forme de bandes de cuivre étamé
de 3 mm de large :
> des bandes 14a, 14b, 14c pour alimenter la couche conductrice inférieure 2,
> des bandes 15a, 15b, 15c pour alimenter la couche conductrice supérieure via
l'extrémité des fils 4 du réseau conducteur (en fait deux clinquants
superposés
venant prendre en sandwich l'extrémité des fils 4).
Ces bandes sont connectées électriquement à une prise électrique 16
unique. Pour éviter un court-circuit entre tes bandes 14a et 15a, on interpose
par exemple entre les deux bandes une feuille en matériau polymère isolant
électrique 17.
EXEMPLE 8
Cette configuration, représentée en figure 8, se rapproche beaucoup de
celle de la figure 6. Elle en diffère par le type d'amenée de courant utilisé
: ici,
on utilise les mêmes clinquants de cuivre étamé standard que ceux de l'exemple
7. Dans cet exemple 8, on a ainsi deux prises électriques 18, 19, chacune est
reliée électriquement à deux clinquants superposés 20a, 20b destinés à
alimenter la couche conductrice supérieure via t'extrémité des fils 4, et à un
clinquant 21a, 21b destiné à alimenter la couche conductrice inférieure 2. Le
raccordement des clinquants aux prises se fait par soudure.
EXEMPLE 9
Cette configuration représentée en figure 9 se rapproche beaucoup de
celle de la figure 7. Cependant, dans le cas de l'exemple 9, seule une partie
du
substrat porteur est recouverte par la couche conductrice inférieure. Cela
s'obtient soit en enlevant ta couche conductrice inférieure après dépôt par un
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moyen approprié (attaque acide, attaque mécanique ou ablation laser) soit en
masquant une partie du substrat avant te dépôt de celle-ci. Cette dernière
technique est préférée dans le cas de dimensions importantes. L'intérêt de ce
mode de réalisation est de réaliser des zones qui ne sont pas conductrices
5 électriquement et de pouvoir faire circuler des clinquants autour de la zone
active sans risque de court-circuit. Grâce à un positionnement adéquat des
clinquants et à l'isolant électrique, l'ensemble du vitrage est alimenté par
une
seule sortie électrique, avec des gains en coût et en simplicité de montage.
EXEMPLE 10
10 Cette configuration représentée en figure 10 est proche de celle
représentée en figure 9, mais te masquage de la couche conductrice inférieure
est effectué sur trois côtés au lieu de deux. L'isolation électrique est
assurée en
margeant la couche conductrice inférieure avec un laser selon une ligne z.
L'avantage par rapport à la figure 9 est que l'utilisation d'un laser est plus
15 simple que la manipulation de masques.
EXEMPLE11
Cette configuration est représentée en figure 11. La couche conductrice
inférieure est déposée sur toute la surface du substrat porteur. Les
différents
margeages sont réalisés après le dépôt des couches actives. Une ablation
20 périphérique est réalisée par ailleurs sur tout le pourtour du vitrage pour
éviter
les court-circuits qui pourraient se produire par les bords.
EXEMPLE 12
Cette configuration est représentée en figure 12. Pour éviter tout court-
circuit au niveau des fils, on réalise un double margeage y dans la zone CC.
Le
premier est réalisé après le dépôt de la couche conductrice inférieure avec
une
largeur de 1 mm à 50 mm. Le second, plus fin (100 à 500 pm) est effectué sur
la
trace du précédent, après le dépôt des couches actives. Les fils sont séparés
de
la couche conductrice inférieure par l'ensemble de l'empilement et il n'y a
plus
de risque de court-circuit.
En conclusion, l'invention permet beaucoup de variantes dans la façon
d'alimenter électriquement des systèmes du type électrochrome (ou viotogène,
valve optique, cristaux liquides et tout système électrochimique proche) du
type. On peut envisager d'utiliser un réseau de fils conducteurs ou de bandes
conductrices sérigraphiées pour l'électrode inférieure, à la place ou en plus
de
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fils utilisés dans les exemples pour l'électrode supérieure. Différentes
amenées
de courant sont utilisables, dont des clinquants standards ou des bandes de
polymère flexible munies de revêtements conducteurs. Des amenées de courant
particulièrement discrètes sont aussi utilisables, comme de simples fils
conducteurs voire des amenées de courant ponctuelles.
Selon le type de montage, on peut parvenir à n'avoir que deux prises
électriques, et même qu'une seule prise électrique, ce qui rend l'alimentation
électrique du dispositif très facile.
On peut faire des dispositifs du type vitrage électrochrome de géométrie
très diverse, même si les exemples, par souci de simplicité, décrivent des
empilements actifs de surface rectangulaire.
L'invention réside dans le fait d'écarter les amenées électriques voyantes
jusqu'à la périphérie des couches actives délimitant la zone à proprement
parlé
active du vitrage, tout en évitant les court-circuits entre les deux
électrodes par
différents types de margeage. Elle désactive sélectivement l'une ou
l'autre
des électrodes et/ou des couches actives et/ou de tes choisir de dimensions et
positions relatives adéquates pour y parvenir.
L'invention s'applique de la même façon à des dispositifs photovoltaïques,
ainsi que, de façon plus générale, à tout système étectrocom manda blé ou
photovoltaïque qui comporte au moins une électrode conductrice supérieure
(ou inférieure ) au sens de l'invention : en effet, il est aussi dans le
cadre de
l'invention de ne modifier la position par rapport aux couches actives que
de
l'amenée ou des amenées de courant de l'une des électrodes seulement et non
des deux électrodes (soit par choix, soit parce que le dispositif en question
ne
contient qu'une seule électrode du type décrit plus haut, à savoir avec une
couche électroconductrice).
Dans les cas où l'électrode inférieure et le reste de l'empilement de
couches du système actif sont incisées le long d'une même ligne, il peut être
avantageux de prévoir la ligne d'incision de l'électrode inférieure plus large
que
la ligne d'incision du reste des couches, pour des considérations électriques
: les
deux lignes d'incision se superposant et étant centrées l'une par rapport à
l'autre, on évite ainsi que des zones conductrices de l'électrode inférieure
soient laissées à nu (ce sont les autres couches qui débordent au niveau
des
incisions par rapport à l'électrode inférieure).
