ITRM20110536A1 - ELECTROCROMIC DEVICE. - Google Patents
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Description
DISPOSITIVO ELETTROCROMICO ELECTROCHROMIC DEVICE
La presente invenzione riguarda un dispositivo elettrocromico che permette di ricoprire ampie superfici come finestre di edifici per applicazioni di risparmio energetico. Inoltre, il dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione può essere utilizzato quale elemento aggiuntivo e nonstrutturale in molte applicazioni industriali, quali specchi retrovisori interni di veicoli, parti superiori di parabrezza di veicoli, tetti parasole di veicoli, finestrini di veicoli (auto, bus, treni, navi, aeromobili, ecc.), applicazioni per la privacy, applicazioni decorative, dispositivi di segnalazione per il traffico, memorie ottiche, e visualizzatori o display. The present invention relates to an electrochromic device which allows to cover large surfaces such as windows of buildings for energy saving applications. Furthermore, the electrochromic device according to the invention can be used as an additional and non-structural element in many industrial applications, such as interior rear-view mirrors of vehicles, upper parts of vehicle windscreens, sunshades of vehicles, windows of vehicles (cars, buses, trains , ships, aircraft, etc.), privacy applications, decorative applications, traffic signaling devices, optical memories, and displays or displays.
Negli ultimi venti anni, la tecnologia dei dispositivi elettrocromici ha avuto un continuo sviluppo, come attestato dal significativo numero di domande di brevetto depositate a riguardo. Un dispositivo elettrocromico può essere classificato secondo varie tipologie in base ai materiali usati per fabbricarlo. In particolare, ci sono almeno tre tipi di configurazioni di dispositivi elettrocromici: un primo tipo, nel seguito indicato anche come “tipo 1", in cui i materiali elettrocromici sono sempre in soluzione; un secondo tipo, nel seguito indicato anche come “tipo 2†, in cui i materiali elettrocromici sono inizialmente in soluzione ed incolori e, in seguito ad una reazione di trasferimento elettronico, formano una pellicola o film solido sulla superficie di un elettrodo; ed un terzo tipo, nel seguito indicato anche come “tipo 3†, in cui i materiali elettrocromici sono depositati sugli elettrodi come film sottili. In the last twenty years, the technology of electrochromic devices has had a continuous development, as evidenced by the significant number of patent applications filed in this regard. An electrochromic device can be classified according to various types based on the materials used to manufacture it. In particular, there are at least three types of electrochromic device configurations: a first type, hereinafter also referred to as â € œtype 1 ", in which the electrochromic materials are always in solution; a second type, hereinafter also referred to as â € œtype 2â €, in which the electrochromic materials are initially in solution and colorless and, following an electron transfer reaction, form a film or solid film on the surface of an electrode; and a third type, hereinafter also referred to as â € type 3, in which electrochromic materials are deposited on the electrodes as thin films.
I primi due tipi sono i cosiddetti dispositivi elettrocromici “selferasing†(che si auto-cancellano), poiché le specie elettrocromiche sono dissolte in un elettrolita liquido o sottoforma di gel, e quindi possono facilmente diffondere; essi non mostrano alcuna memoria a circuito aperto, i.e. alcuna memoria ottica. I materiali elettrocromici sono posti tra due supporti di vetro (o plastica) ricoperti da uno conduttore elettronico trasparente, ad esempio ossido di indio-stagno - noto anche come ITO (Indium Tin Oxide). The first two types are the so-called â € œselferasingâ € (self-canceling) electrochromic devices, since electrochromic species are dissolved in a liquid electrolyte or in the form of a gel, and therefore can easily diffuse; they show no open circuit memory, i.e. no optical memory. Electrochromic materials are placed between two glass (or plastic) supports covered with a transparent electronic conductor, such as indium tin oxide - also known as ITO (Indium Tin Oxide).
Nei dispositivi di tipo 3, un substrato à ̈ ricoperto con il materiale elettrocromico attivo (elettrodo di lavoro), mentre sull’altro substrato à ̈ depositato un materiale che funge da serbatoio di ioni (controelettrodo), che può anche essere un materiale elettrocromico complementare. L’elettrodo di lavoro ed il controelettrodo sono separati da un conduttore ionico (strato) che può essere: liquido, polimerico o gel (i.e. polimero con un'aliquota di solvente ed un sale). Le proprietà tecnologiche di un dispositivo elettrocromico dipendono sia dai materiali elettrocromici che dal tipo di conduttore ionico. La configurazione di tipo 3 può essere utilizzata per ottenere dispositivi elettrocromici con estese memorie a circuito aperto (memoria ottica). In type 3 devices, one substrate is coated with the active electrochromic material (working electrode), while on the other substrate a material is deposited which acts as an ion reservoir (counter electrode), which can also be an electrochromic material. complementary. The working electrode and the counter electrode are separated by an ionic conductor (layer) which can be: liquid, polymeric or gel (i.e. polymer with an aliquot of solvent and a salt). The technological properties of an electrochromic device depend on both the electrochromic materials and the type of ion conductor. The type 3 configuration can be used to obtain electrochromic devices with extended open circuit memories (optical memory).
L'elettrochimica coinvolta nei processi elettrocromici à ̈ sostanzialmente una reazione redox reversibile in cui due specie red _1 ed ox_2, inizialmente nello stato trasparente, dopo l’applicazione agli elettrodi dell’opportuno voltaggio, diventano ox_1 e red_2, passando così allo stato colorato: nei dispositivi con una configurazione di tipo 1 e 2 la reazione inversa avviene spontaneamente dopo che il voltaggio applicato viene rimosso (configurazioni “self-erasing†) . Nei dispositivi di tipo 3 deve essere applicato un voltaggio opposto per far avvenire la reazione in senso inverso dallo stato colorato allo stato incolore. The electrochemistry involved in electrochromic processes is essentially a reversible redox reaction in which two species red _1 and ox_2, initially in the transparent state, after applying the appropriate voltage to the electrodes, become ox_1 and red_2, thus passing to colored state: in devices with a type 1 and 2 configuration the reverse reaction occurs spontaneously after the applied voltage is removed (â € œself-erasingâ € configurations). In type 3 devices, an opposite voltage must be applied to cause the reaction to occur in the reverse direction from the colored state to the colorless state.
I materiali elettrocromici sono classificati come anodici o catodici a seconda che essi passino dallo stato incolore a quello colorato durante l’ossidazione o durante la riduzione, rispettivamente. In particolare, i dispositivi elettrocromici sono costituiti da una struttura a sandwich in cui le specie elettrocromiche sono poste tra due elettrodi trasparenti connessi al generatore di tensione. La Figura 1 mostra una vista schematica esplosa di un tipico dispositivo elettrocromico di tipo 3, che comprende due substrati trasparenti esterni 1 , adiacenti a due rispettivi strati 2 di conduttore elettronico trasparente, uno strato elettrocromico attivo 3 (elettrodo di lavoro) adiacente allo strato posteriore 2 di conduttore elettronico trasparente, un conduttore ionico 4 adiacente allo strato elettrocromico attivo 3, ed uno strato 5 che costituisce la riserva ionica (controelettrodo) interposto tra il conduttore ionico 4 e lo strato frontale 2 di conduttore elettronico trasparente; il dispositivo di Figura 1 comprende altresì un generatore 6 di tensione. Gli strati del dispositivo di Figura 1 sono tra loro accoppiati. I substrati trasparenti 1 possono essere lastre di vetro che vengono ricoperte con un film sottile trasparente di conduttori elettronici 2, quali ad esempio, come descritto nel Brevetto US 6,587,250 B2: ITO, ossido di stagno o di fluoro e stagno. Come descitto dal Brevetto US 4,194,812, lo strato elettrocromico attivo 3 (elettrodo di lavoro) e lo strato 5 con proprietà di riserva ionica (controelettrodo) sono preferibilmente ottenuti da ossidi di metalli pesanti come, ad esempio, il tungsteno triossido W03, che à ̈ un materiale elettrocromico catodico usato come elettrodo di lavoro 3, ed il vanadio pentossido V205, materiale elettrocromico anodico usato come controelettrodo 5. Lo strato relativo al conduttore ionico 4 può essere fatto in vari modi; come descritto dalla domanda US 2009/0078917 A1 , esso può essere costituito da elettroliti polimerici quali, ad esempio, ossido di polietilene contenente sali di litio (e.g. litio triflato). Come descritto in J. Chem. Phys. (2002), 117, 7373, in J. Phys. Chem. A (2005), 109, 92, in lonics (2005), 11 , 220, ed in Solid State lonics (2006), 177, 581 , per migliorare la resistenza agli sforzi di compressione e di piegamento e la conduttività degli elettroliti polimerici (e quindi le prestazioni del dispositivo elettrocromico), sono state studiate varie possibilità , quali ad esempio: miscele di polimeri elettrolitici con polimeri termoplastici o elastomerici, il nano confinamento di polimeri elettrolitici, aggiunta in elettroliti polimerici di liquidi ionici quali ad esempio (N-metil-N-propilpirrolidinio,bis(trifluorometansulfonil)immide. Electrochromic materials are classified as anodic or cathodic depending on whether they change from colorless to colored during oxidation or reduction, respectively. In particular, the electrochromic devices consist of a sandwich structure in which the electrochromic species are placed between two transparent electrodes connected to the voltage generator. Figure 1 shows an exploded schematic view of a typical type 3 electrochromic device, which comprises two outer transparent substrates 1, adjacent to two respective layers 2 of transparent electronic conductor, an active electrochromic layer 3 (working electrode) adjacent to the back layer 2 of transparent electronic conductor, an ionic conductor 4 adjacent to the active electrochromic layer 3, and a layer 5 which constitutes the ionic reserve (counterelectrode) interposed between the ionic conductor 4 and the frontal layer 2 of transparent electronic conductor; the device of Figure 1 also comprises a voltage generator 6. The layers of the device of Figure 1 are coupled together. The transparent substrates 1 can be glass plates which are covered with a thin transparent film of electronic conductors 2, such as, for example, as described in US Patent 6,587,250 B2: ITO, tin oxide or fluorine and tin. As described in US Patent 4,194,812, the active electrochromic layer 3 (working electrode) and the layer 5 with ionic reserve properties (counter electrode) are preferably obtained from heavy metal oxides such as, for example, tungsten trioxide W03, which is a cathode electrochromic material used as working electrode 3, and vanadium pentoxide V205, anode electrochromic material used as counter electrode 5. The layer relating to the ion conductor 4 can be made in various ways; as described by US application 2009/0078917 A1, it can consist of polymeric electrolytes such as, for example, polyethylene oxide containing lithium salts (e.g. lithium triflate). As described in J. Chem. Phys. (2002), 117, 7373, in J. Phys. Chem. A (2005), 109, 92, in lonics (2005), 11, 220, and in Solid State lonics (2006), 177, 581, to improve the resistance to compressive and bending stresses and the conductivity of polymeric electrolytes ( and therefore the performance of the electrochromic device), various possibilities have been studied, such as: mixtures of electrolytic polymers with thermoplastic or elastomeric polymers, the nano confinement of electrolytic polymers, addition in polymeric electrolytes of ionic liquids such as (N-methyl -N-propylpyrrolidinium, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
Negli ultimi anni, i dispositivi elettrocromici, come quello mostrato in Figura 1 , sono stati realizzati usando come elettrodi di lavoro polimeri organici conduttori ed elettroattivi. Come descritto nella Domanda US 2003/0174377 A1 , l'uso di polimeri organici conduttori consente di fabbricare dispositivi elettrocromici con uno stato “colorato†selezionabile non solo nel range del visibile, ma anche nel range delle microonde e dell’infrarosso (U.S. 0174377 A1), espandendo considerevolmente il numero ed i settori delle relative applicazioni industriali. In recent years, electrochromic devices, such as the one shown in Figure 1, have been made using conductive and electroactive organic polymers as working electrodes. As described in US Application 2003/0174377 A1, the use of conductive organic polymers makes it possible to manufacture electrochromic devices with a selectable â € œcolouredâ € state not only in the visible range, but also in the microwave and infrared range (U.S. 0174377 A1), considerably expanding the number and sectors of related industrial applications.
La Figura 2 mostra una vista schematica esplosa di un dispositivo elettrocromico di tipo 1 , che comprende un numero inferiore di strati rispetto al tipo 3 (mostrato in Figura 1), precisamente cinque strati: due substrati trasparenti esterni 7, adiacenti a due rispettivi strati 8 di conduttore elettronico trasparente, tra i quali à ̈ interposto un solvente od un polimero trasparente 9 in cui sono dispersi i materiali necessari alla reazione redox; il dispositivo comprende inoltre un generatore 10 di tensione. Il processo elettrocromico coinvolge almeno una singola specie elettrocromica, che passa dallo stato trasparente a quello colorato a seguito di una reazione di riduzione o di ossidazione che avviene con l'ausilio di un altro materiale capace di donare o accettare, rispettivamente, in maniera reversibile, gli elettroni coinvolti nel processo redox elettrocromico. In particolare, i viologeni (sali di 1 , 1 '-disostituiti-4,4' bipiridinio) sono i materiali catodici più usati per i dispositivi elettrocromici di tipo 1. I viologeni hanno i seguenti stati redox, illustrati nello schema seguente: una forma dicationica (mostrata in alto); un radicale cationico (mostrato al centro); ed una forma ridotta neutra (mostrata in basso). Figure 2 shows an exploded schematic view of a type 1 electrochromic device, which includes fewer layers than type 3 (shown in Figure 1), namely five layers: two outer transparent substrates 7, adjacent to two respective layers 8 a transparent electronic conductor, between which a solvent or a transparent polymer 9 is interposed in which the materials necessary for the redox reaction are dispersed; the device further comprises a voltage generator 10. The electrochromic process involves at least a single electrochromic species, which passes from the transparent state to the colored one following a reduction or oxidation reaction that takes place with the aid of another material capable of donating or accepting, respectively, in a reversible way, the electrons involved in the electrochromic redox process. In particular, viologens (1, 1 '-isubstituted-4,4' bipyridinium salts) are the most widely used cathode materials for type 1 electrochromic devices. Viologens have the following redox states, illustrated in the following scheme: a form dicationic (shown above); a cationic radical (shown in the center); and a reduced neutral form (shown below).
Se pura, la forma dicationica dei viologeni à ̈ la più stabile ed incolore (a meno che non avvengano trasferimenti di carica che coinvolgano il controanione). Vari anioni possono essere accoppiati alla forma dicationica dei viologeni, come ad esempio quelli descritti nel brevetto US 6,045,724: tetrafluoroborato (BF4<'>), perclorato (CI04<'>), trifluorometano sultanato (CF3SO3 ) ed esafluorofosfato (PF6), tra i quali l’ultimo sembra essere l'anione che maggiormente migliora la solubilità dei viologeni. If pure, the dicationic form of the viologens is the most stable and colorless (unless there are transfers of charge involving the counteranion). Various anions can be coupled to the dicationic form of viologens, such as those described in US patent 6,045,724: tetrafluoroborate (BF4 <'>), perchlorate (CI04 <'>), trifluoromethane sultanate (CF3SO3) and hexafluorophosphate (PF6), among which the last seems to be the anion which most improves the solubility of the viologens.
La forma dicationica dei viologeni può acquistare un solo elettrone per diventare un radicale cationico: i viologeni radicali cationici sono intensamente colorati, con un alto coefficiente molare di assorbimento. La stabilità del radicale cationico à ̈ dovuta alla delocalizzazione dell’elettrone spaiato sugli anelli aromatici delle piridine. L’addizione di un altro elettrone alla fórma radicale cationica dei viologeni porta alla formazione della forma ridotta neutra, che generalmente mostra vari colori in dipendenza della natura dei gruppi R legati alla struttura del bipiridinio. L’intenso colore del radicale cationico rispetto alla forma neutra à ̈ il risultato di un trasferimento di carica intramolecolare nella forma radicalica. The dicationic form of the viologens can acquire only one electron to become a cationic radical: the cationic radical viologens are intensely colored, with a high molar absorption coefficient. The stability of the cationic radical is due to the delocalization of the unpaired electron on the aromatic rings of the pyridines. The addition of another electron to the cationic radical form of the viologenes leads to the formation of the neutral reduced form, which generally shows various colors depending on the nature of the R groups linked to the bipyridinium structure. The intense color of the cationic radical compared to the neutral form is the result of an intramolecular charge transfer in the radical form.
Viologeni con differenti gruppi R, R' mostrano forme neutre con differenti colori che si presentano in qualsiasi parte della regione visibile dello spettro elettromagnetico. Per esempio, come descritto da M. Castriota in PhD Thesis “Deveiopment and Spectroscopic Characterization of Materials for Applications in Electrochromic Devices and Novel liquid Crystalline Cells" 2004, University of Calabria, ITALY, se i gruppi R, R' sono delle semplici catene alchiliche a basso numero di atomi di carbonio, allora il colore della forma neutra dei viologeni à ̈ blu/violetto, mentre se i gruppi R,R' comprendono anelli arilici, quali ad es. 4-cianofenili, allora il colore della forma neutra à ̈ verde, e così via. Viologens with different groups R, R 'show neutral shapes with different colors which occur in any part of the visible region of the electromagnetic spectrum. For example, as described by M. Castriota in PhD Thesis â € œDeveiopment and Spectroscopic Characterization of Materials for Applications in Electrochromic Devices and Novel liquid Crystalline Cells "2004, University of Calabria, ITALY, if the groups R, R 'are simple chains alkyls with a low number of carbon atoms, then the color of the neutral form of the viologens is blue / violet, while if the groups R, R 'include aryl rings, such as 4-cyanophenyls, then the color of the neutral form is ̈ green, and so on.
Gli elettroni necessari alla riduzione della forma dicationica dei viologeni, prima alla forma cationica radicalica e successivamente alla forma neutra, sono forniti da un altro materiale che deve essere presente nell’ambiente di reazione. In particolare, dal momento che i viologeni sono materiali catodici (passano dalla stato trasparente a quello colorato durante la semi-reazione di riduzione), nell’ambiente di reazione devono essere presenti i materiali anodici al fine di bilanciare l’intera reazione redox elettrocromica. Il materiale anodico accoppiato con i viologeni può essere o non essere elettrocromico a sua volta: se durante la semireazione di ossidazione, esso cambia dallo stato trasparente a quello colorato esso à ̈ un materiale elettrocromico, se invece esso cambia da uno stato trasparente ad un altro trasparente esso non à ̈ un materiale elettrocromico. Tuttavia, se il materiale anodico à ̈ un materiale elettrocromico, allora dovrebbe essere scelto tenendo conto che la sua forma ossidata mostri un colore differente dalla forma ridotta del materiale catodico altrimenti il dispositivo elettrocromico non mostrerebbe alcuna variazione di colore durante il processo elettrocromico. In Tabella 1 sono elencati i materiali anodici più utilizzati da accoppiare con i viologeni (materiali catodici) per realizzare dispositivi elettrocromici di tipo 1. The electrons necessary for the reduction of the dicationic form of the viologens, first to the cationic radical form and subsequently to the neutral form, are supplied by another material which must be present in the reaction environment. In particular, since the viologens are cathode materials (they pass from the transparent state to the colored one during the reduction half-reaction), the anodic materials must be present in the reaction environment in order to balance the entire redox reaction electrochromics. The anodic material coupled with the viologens may or may not be electrochromic in turn: if during the oxidation semi-reaction, it changes from the transparent state to the colored one it is an electrochromic material, if instead it changes from one transparent state to another transparent it is not an electrochromic material. However, if the anode material is an electrochromic material, then it should be chosen taking into account that its oxidized form shows a different color from the reduced form of the cathode material otherwise the electrochromic device would not show any color variation during the electrochromic process. Table 1 lists the most used anodic materials to be coupled with viologens (cathode materials) to make type 1 electrochromic devices.
Indipendentemente dal tipo di configurazione (i.e., tipo 1 , tipo 2 o tipo 3), i dispositivi elettrocromici possono essere utilizzati in svariate applicazioni industriali, quali ad esempio: finestre intelligenti, specchi retrovisori, tetti parasole, indicatori di esposizione termica (per alimenti congelati), occhiali, occhiali da sole, ed inoltre per migliorare l'efficienza energetica di veicoli, aeromobili, navi e veicoli spaziali, per il controllo termico di satelliti in orbita, display, nello sviluppo di carta di scrittura elettrocromica (“electrochromic writing paper"), in cui un'immagine elettrocromica viene generata sul foglio in seguito al contatto con un elettrodo a forma di penna. Regardless of the type of configuration (i.e., type 1, type 2 or type 3), electrochromic devices can be used in various industrial applications, such as: smart windows, rear view mirrors, sun roofs, thermal exposure indicators (for frozen food ), glasses, sunglasses, and also to improve the energy efficiency of vehicles, aircraft, ships and spacecraft, for the thermal control of satellites in orbit, displays, in the development of electrochromic writing paper (â € œelectrochromic writing paper "), in which an electrochromic image is generated on the sheet upon contact with a pen-shaped electrode.
Le finestre elettrocromiche possono essere utili per il controllo del flusso di calore e luce dall'interno verso l’esterno degli edifici, e viceversa, mediante la modulazione delle proprietà di trasmissione dei materiali elettrocromici usati per realizzare le finestre stesse. Come descritto da C.M. Lampert in “Smart Windows for Energy Efficiency", New Glass Forum, Tokyo, October 16 (1995), e dallo stesso C. M. Lampert in “Solar Energy Materials & Solar Cells" (1998), 52, 207, l’impiego di vetri elettrocromici può migliorare il rendimento termico complessivo degli edifici rispetto al controllo termico statico utilizzato attualmente. Il risparmio energetico indotto dall’utilizzo delle finestre elettrocromiche arriva fino al 30% dell’energia attualmente consumata in quanto il loro impiego durante i mesi estivi consente di ridurre il riscaldamento dovuto all'irraggiamento solare e, conseguentemente, l'uso dei condizionatori, mentre durante i mesi invernali consente di ridurre il flusso di calore dall'interno verso l’esterno degli edifici e conseguentemente l’uso dei riscaldamenti. Electrochromic windows can be useful for controlling the flow of heat and light from the inside to the outside of buildings, and vice versa, by modulating the transmission properties of the electrochromic materials used to make the windows themselves. As described by C.M. Lampert in â € œSmart Windows for Energy Efficiency ", New Glass Forum, Tokyo, October 16 (1995), and by C. M. Lampert himself in â € œSolar Energy Materials & Solar Cells" (1998), 52, 207, the employment of electrochromic glass can improve the overall thermal performance of buildings compared to the static thermal control currently used. The energy saving induced by the use of electrochromic windows reaches up to 30% of the energy currently consumed as their use during the summer months allows to reduce the heating due to solar radiation and, consequently, the use of air conditioners , while during the winter months it reduces the flow of heat from the inside to the outside of the buildings and consequently the use of heating.
Tuttavia, nonostante l'importante e diffusa attività condotta da molte equipes di ricercatori in laboratori pubblici o privati in tutto il mondo ed il potenziale guadagno derivante dalle numerosissime applicazioni industriali, i prodotti basati sulle tecnologia elettrocromica non sono cosi diffusi se non come specchietti retrovisori in alcune auto di lusso. A titolo esemplificativo, le finestre elettrocromiche non hanno avuto un’ampia diffusione commerciale, in particolare, a causa degli alti costi e della breve durata garantita richiesta rispetto agli standard concernenti elementi strutturali per edifici. Infatti, le finestre elettrocromiche risultano essere costose, in quanto sia i costi dei materiali che i complessi processi di costruzione rendono la produzione industriale di grandi numeri di pezzi dispendiosa, e la loro durata à ̈ piuttosto breve rispetto alle finestre tradizionali. In particolare, le finestre elettrocromiche non possono essere garantite per venti anni, come richiesto per i prodotti strutturali dell'edilizia: attualmente, le conoscenze della tecnologia elettrocromica non consentono di garantire una durata così lunga per le finestre elettrocromiche. However, despite the important and widespread activity carried out by many teams of researchers in public or private laboratories all over the world and the potential gain deriving from the numerous industrial applications, products based on electrochromic technology are not so widespread except as rear-view mirrors in some luxury cars. By way of example, electrochromic windows have not had a wide commercial diffusion, in particular, due to the high costs and the guaranteed short duration required compared to the standards concerning structural elements for buildings. In fact, electrochromic windows turn out to be expensive, as both material costs and complex construction processes make industrial production of large numbers of parts expensive, and their lifespan is rather short compared to traditional windows. In particular, electrochromic windows cannot be guaranteed for twenty years, as required for structural building products: currently, the knowledge of electrochromic technology does not allow to guarantee such a long life for electrochromic windows.
Inoltre, un ulteriore conveniente à ̈ dovuto alla complessità di ottenere il cosiddetto scale-up della tecnologia elettrocromica, i.e. alla difficoltà di costruire dispositivi elettrocromici di grandi superfici. Infatti, à ̈ abbastanza semplice realizzare un dispositivo elettrocromico di dimensioni limitate, e.g. 10 cm x 10 cm, poiché i conduttori elettronici trasparenti (e.g. ITO) forniscono un omogeneo voltaggio di superficie, per la distanza massima di 5 cm che à ̈ la distanza tra il centro ed il bordo dell'elettrodo dove sono saldati i cavi elettrici connessi al generatore di tensione; tuttavia, quando le dimensioni del dispositivo elettrocromico aumentano, la distanza tra il centro ed il bordo dell'elettrodo (dove sono presenti le connessioni dei cavi) aumenta anch'essa ed i conduttori elettronici trasparenti diventano sempre meno capaci di fornire un voltaggio di superficie omogeneo, a causa della caduta di potenziale propria dei conduttore. Furthermore, a further advantage is due to the complexity of obtaining the so-called scale-up of the electrochromic technology, i.e. the difficulty of building electrochromic devices for large surfaces. In fact, it is quite simple to make an electrochromic device of limited size, e.g. 10 cm x 10 cm, since the transparent electronic conductors (e.g. ITO) provide a homogeneous surface voltage, for the maximum distance of 5 cm which is the distance between the center and the edge of the electrode where the electrical cables are welded. connected to the voltage generator; however, as the size of the electrochromic device increases, the distance between the center and the edge of the electrode (where the cable connections are present) also increases and the transparent electronic conductors become less and less capable of providing a homogeneous surface voltage due to the conductor's own potential drop.
Inoltre, la diffusione commerciale delle finestre elettrocromiche à ̈ molto condizionata dalla necessità di modificare le nuove e vecchie costruzioni in maniera tale da poter installare le finestre elettrocromiche. Difatti, poiché il voltaggio per il funzionamento delle finestre elettrocromiche à ̈ fornito dalla rete elettrica domestica, à ̈ necessario equipaggiare tutte le finestre con “prese" facendo passare i cavi elettrici nei muri dell'edificio. L’ultimo prerequisito richiesto agli edifici, ovvero la necessità di modifiche infrastrutturali all’edifìcio, fa aumentare i costi della prima installazione delle finestre elettrocromiche e, quindi, scoraggia i consumatori e, di conseguenza, frena la diffusione della tecnologia delle finestre elettrocromiche. Furthermore, the commercial diffusion of electrochromic windows is very conditioned by the need to modify new and old buildings in such a way as to be able to install electrochromic windows. In fact, since the voltage for the operation of the electrochromic windows is supplied by the domestic electrical network, it is necessary to equip all the windows with â € œsockets "by passing the electric cables through the walls of the building. buildings, or the need for infrastructural changes to the building, increases the costs of the first installation of electrochromic windows and, therefore, discourages consumers and, consequently, slows the spread of electrochromic window technology.
Lo scopo della presente invenzione à ̈, pertanto, quello di consentire in modo affidabile, versatile, efficiente ed economico di risolvere i summenzionati problemi dei dispositivi elettrocromici convenzionali, riducendone i costi ed aumentandone il tempo di vita in modo da permetterne un uso in moltissime applicazioni industriali. The purpose of the present invention is, therefore, to allow in a reliable, versatile, efficient and economical way to solve the aforementioned problems of conventional electrochromic devices, reducing their costs and increasing their life time so as to allow their use in many applications. industrial.
Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di consentire la realizzazione dello scale-up della tecnologia elettrocromica. A further purpose of the present invention is to allow the realization of the scale-up of the electrochromic technology.
Ancora scopo della presente invenzione à ̈ quello di facilitare l’applicazione di dispositivi elettrocromici anche a strutture già esistenti, come ad esempio finestre di edifici già esistenti. Another object of the present invention is to facilitate the application of electrochromic devices also to already existing structures, such as for example windows of already existing buildings.
Forma oggetto specifico della presente invenzione un dispositivo elettrocromico comprendente una pluralità di strati comprendenti un substrato trasparente posteriore, adiacente ad uno strato posteriore di conduttore elettronico trasparente, adiacente ad un insieme elettrocromico di uno o più strati elettrocromici, adiacente ad uno strato frontale di conduttore elettronico trasparente, adiacente ad un substrato trasparente frontale, detto insieme elettrocromico essendo atto a sviluppare un processo elettrocromico per cui almeno una porzione di detto insieme elettrocromico commuta tra uno stato trasparente ed uno stato colorato, il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere altresì una o più batterie sottili, interposte tra due strati di detta pluralità di strati, e mezzi elettronici a strato sottile di controllo a commutazione, comprendenti uno o più componenti elettronici ognuno dei quali à ̈ interposto tra due strati di detta pluralità di strati, detti mezzi di controllo a strato sottile essendo elettricamente connessi a dette una o più batterie sottili ed ai conduttori elettronici trasparenti posteriore e frontale in modo tale da essere atti a controllare un collegamento elettrico tra dette una o più batterie sottili ed i conduttori elettronici trasparenti posteriore e frontale per abilitare e/o disabilitare detto processo elettrocromico. The specific object of the present invention is an electrochromic device comprising a plurality of layers comprising a rear transparent substrate, adjacent to a rear layer of transparent electronic conductor, adjacent to an electrochromic assembly of one or more electrochromic layers, adjacent to a front layer of electronic conductor transparent, adjacent to a front transparent substrate, said electrochromic assembly being adapted to develop an electrochromic process whereby at least a portion of said electrochromic assembly switches between a transparent state and a colored state, the device being characterized in that it also comprises one or several thin batteries, interposed between two layers of said plurality of layers, and electronic means with a thin switching control layer, comprising one or more electronic components, each of which is interposed between two layers of said plurality of layers, said means of thin layer control being electrically connected to said one or more thin batteries and to the rear and front transparent electronic conductors in such a way as to be able to control an electrical connection between said one or more thin batteries and the rear and front transparent electronic conductors to enable and / or disable said electrochromic process.
Sempre secondo l’invenzione, detti mezzi di controllo a strato sottile possono comprendere mezzi commutatori, preferibilmente comprendenti almeno un interruttore e/o almeno un multiplexer. Always according to the invention, said thin layer control means can comprise switching means, preferably comprising at least one switch and / or at least one multiplexer.
Ancora secondo l’invenzione, detti mezzi di controllo a strato sottile possono comprendere mezzi ad antenna ricevente, atti a ricevere segnali di controllo da almeno un telecomando commutatori sulla base dei quali detti mezzi di controllo a strato sottile controllano il collegamento elettrico tra dette una o più batterie sottili ed i conduttori elettronici trasparenti posteriore e frontale. Still according to the invention, said thin-layer control means can comprise receiving antenna means, adapted to receive control signals from at least one remote control switch on the basis of which said thin-layer control means control the electrical connection between said one or more thin batteries and the rear and front transparent electronic conductors.
Ulteriormente secondo l’invenzione, detti mezzi di controllo a strato sottile possono comprendere almeno un sensore di luminosità , preferibilmente un fotodiodo, atto a rilevare una luminosità sulla base della quale detti mezzi di controllo a strato sottile controllano il collegamento elettrico tra dette una o più batterie sottili ed i conduttori elettronici trasparenti posteriore e frontale. Further according to the invention, said thin-layer control means can comprise at least one brightness sensor, preferably a photodiode, suitable for detecting a brightness on the basis of which said thin-layer control means control the electrical connection between said one or multiple thin batteries and transparent back and front electronic conductors.
Sempre secondo l'invenzione, detti uno o più componenti elettronici di detti mezzi elettronici a strato sottile di controllo a commutazione possono essere incorporati in chip. Always according to the invention, said one or more electronic components of said thin layer electronic switching control means can be incorporated in chips.
Ancora secondo l’invenzione, dette una o più batterie sottili e detti uno o più componenti elettronici di detti mezzi elettronici a strato sottile possono essere tutti interposti tra gli stessi due strati di detta pluralità di strati. Still according to the invention, said one or more thin batteries and said one or more electronic components of said thin layer electronic means can all be interposed between the same two layers of said plurality of layers.
Ulteriormente secondo l’invenzione, almeno una porzione di almeno uno tra lo strato posteriore di conduttore elettronico trasparente e lo strato frontale di conduttore elettronico trasparente può essere sagomata secondo una matrice bidimensionale comprendente una pluralità di pixel, detti pixel essendo collegati a detti mezzi di controllo a strato sottile tramite una pluralità di piste sub-micrometriche, detti mezzi di controllo a strato sottile controllando il collegamento elettrico tra dette una o più batterie sottili ed i conduttori elettronici trasparenti posteriore e frontale in modo tale da far funzionare almeno una porzione del dispositivo elettrocromico come un display. Further according to the invention, at least a portion of at least one between the rear layer of transparent electronic conductor and the front layer of transparent electronic conductor can be shaped according to a two-dimensional matrix comprising a plurality of pixels, said pixels being connected to said means of thin layer control through a plurality of sub-micrometric tracks, said thin layer control means controlling the electrical connection between said one or more thin batteries and the rear and front transparent electronic conductors in such a way as to make at least a portion of the device work electrochromic as a display.
Sempre secondo l’invenzione, almeno una porzione di almeno uno tra lo strato posteriore di conduttore elettronico trasparente e lo strato frontale di conduttore elettronico trasparente può essere sagomata secondo almeno un disegno, detto almeno un disegno essendo collegato a detti mezzi di controllo a strato sottile tramite una o più piste submicrometriche. Always according to the invention, at least a portion of at least one between the rear layer of transparent electronic conductor and the front layer of transparent electronic conductor can be shaped according to at least one design, said at least one design being connected to said layer control means thin through one or more submicron tracks.
Ancora secondo l'invenzione, il dispositivo elettrocromico può comprendere altresì mezzi di fissaggio planari adiacenti al substrato trasparente posteriore, detti mezzi di fissaggio planari preferibilmente comprendendo o consistendo di uno strato adesivo trasparente, detti mezzi di fissaggio planari facendo parte di detta pluralità di strati, per cui il dispositivo elettrocromico à ̈ accoppiabile mediante detti mezzi di fissaggio planari ad una struttura selezionata dal gruppo comprendente un vetro ed uno specchio. Still according to the invention, the electrochromic device can also comprise planar fixing means adjacent to the rear transparent substrate, said planar fixing means preferably comprising or consisting of a transparent adhesive layer, said planar fixing means forming part of said plurality of layers , whereby the electrochromic device can be coupled by means of said planar fixing means to a structure selected from the group comprising a glass and a mirror.
Ulteriormente secondo l'invenzione, il dispositivo elettrocromico può comprendere altresì un telaio di alloggiamento di una struttura esterna, preferibilmente comprendente una superfìcie riflettente, più preferibilmente uno specchio retrovisore, per cui il dispositivo elettrocromico à ̈ montabile su detta struttura esterna. Further according to the invention, the electrochromic device can also comprise a frame for housing an external structure, preferably comprising a reflecting surface, more preferably a rear-view mirror, whereby the electrochromic device can be mounted on said external structure.
Sempre secondo l'invenzione, detto insieme elettrocromico può comprendere tre strati elettrocromici tra loro adiacenti nell'ordine seguente. Always according to the invention, said electrochromic assembly can comprise three electrochromic layers adjacent to each other in the following order.
- uno strato elettrocromico attivo operante quale elettrodo di lavoro, - uno strato di conduttore ionico, ed - an active electrochromic layer acting as a working electrode, - an ion conductor layer, and
- uno strato di riserva ionica operante quale contro elettrodo. - a layer of ionic reserve operating as a counter electrode.
Ancora secondo l’invenzione, almeno una porzione di almeno uno di tali tre strati elettrocromici di detto insieme elettrocromico può essere sagomata secondo una matrice bidimensionale comprendente una pluralità di pixel e/o secondo almeno un disegno. Still according to the invention, at least a portion of at least one of these three electrochromic layers of said electrochromic assembly can be shaped according to a two-dimensional matrix comprising a plurality of pixels and / or according to at least one design.
Ulteriormente secondo l’invenzione, detto insieme elettrocromico può comprendere o consistere di uno strato elettrocromico che contiene materiali elettrocromici sciolti in un solvente od in una matrice polimerica. Further according to the invention, said electrochromic assembly can comprise or consist of an electrochromic layer which contains electrochromic materials dissolved in a solvent or in a polymeric matrix.
I vantaggi offerti dal dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione sono numerosi. The advantages offered by the electrochromic device according to the invention are numerous.
Esso à ̈ un dispositivo adesivo, flessibile, energeticamente autosufficiente ed eventualmente controllabile mediante tecnologia wireless, che può essere usato in tutte le applicazioni industriali sopra menzionate, anche come un elemento elettrocromico aggiuntivo e non strutturale. Infatti, il dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione può essere applicato (e.g. incollato) ai vetri già esistenti negli edifici e permette di coprire grandi superfici superando il problema di scale-up, intrinseco della tecnologia elettrocromica. It is an adhesive device, flexible, energy self-sufficient and possibly controllable by wireless technology, which can be used in all the industrial applications mentioned above, even as an additional and non-structural electrochromic element. In fact, the electrochromic device according to the invention can be applied (e.g. glued) to glass already existing in buildings and allows to cover large surfaces overcoming the scale-up problem, intrinsic to electrochromic technology.
Inoltre, un pluralità di dispositivi elettrocromici secondo l’invenzione, sincronizzati e simultaneamente controllati, possono essere usati per ricoprire grandi vetrate, trasformando così le finestre tradizionali in finestre elettrocromiche, risparmiando energia e denaro, senza avere alcuno dei problemi relativo all'uso di finestre elettrocromiche convenzionali. Se si presenta la necessità di sostituire uno o più dispositivi secondo l’invenzione, ciò può essere fatto direttamente dall’utilizzatore senza agire in alcun modo sulle proprietà strutturali dell'edificio, che dipendono dai vetri esistenti che non sarebbero influenzati nelle loro proprietà meccaniche dalla presenza o meno dei dispositivi elettrocromici secondo l’invenzione. Furthermore, a plurality of electrochromic devices according to the invention, synchronized and simultaneously controlled, can be used to cover large windows, thus transforming traditional windows into electrochromic windows, saving energy and money, without having any of the problems related to use. of conventional electrochromic windows. If the need arises to replace one or more devices according to the invention, this can be done directly by the user without acting in any way on the structural properties of the building, which depend on the existing glass which would not be affected in their properties. mechanical by the presence or absence of electrochromic devices according to the invention.
Altre applicazioni dei dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione possono essere, per esempio: specchietti retrovisori interni, parti superiori di parabrezza, tetti parasole per veicoli, vetri dei finestrini dei veicoli (automobili, autobus, treni, navi, aeroplani e così via), privacy, applicazioni decorative, segnali stradali, segnali di avvertimento, memorie ottiche e diverse applicazioni industriali nel campo dei display. Other applications of the electrochromic devices according to the invention can be, for example: interior rear-view mirrors, upper parts of windshields, sunshades for vehicles, vehicle window panes (cars, buses, trains, ships, airplanes and so on), privacy, decorative applications, traffic signs, warning signs, optical memories and various industrial applications in the field of displays.
Ulteriormente, il elettrocromico secondo l’invenzione à ̈ leggero e non ingombrante. Furthermore, the electrochromic according to the invention is light and not bulky.
Un interessante esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione in un campo differente dal risparmio energetico à ̈ la sua applicazione quale elemento elettrocromico aggiuntivo, non strut turale, agli specchietti retrovisori. In tal caso, il processo elettrocromico à ̈ attivato dalla luce dei fari abbaglianti dei veicoli che viaggiano dietro al veicolo equipaggiato con lo specchietto retrovisore provvisto del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione e spontaneamente ritorna indietro dallo stato colorato a quello trasparente quando viene rimosso l'abbagliamento. In questo modo, gli specchietti retrovisori tradizionali possono diventare specchietti retrovisori elettrocromici senza dover modificare in nessun modo l’automobile ed affrontare le relative spese, come invece si deve fare attraverso l’uso della tradizionale tecnologia elettrocromica. An interesting example of application of the electrochromic device according to the invention in a field other than energy saving is its application as an additional, non-structural electrochromic element to rear-view mirrors. In this case, the electrochromic process is activated by the light of the high beams of the vehicles traveling behind the vehicle equipped with the rearview mirror equipped with the electrochromic device according to the invention and spontaneously reverts back from the colored to the transparent state when the glare. In this way, traditional rear-view mirrors can become electrochromic rear-view mirrors without having to modify the car in any way and incur the related costs, as must be done through the use of traditional electrochromic technology.
Il processo elettrocromico del dispositivo secondo l’invenzione può avvenire automaticamente, ad esempio in risposta ad un abbagliamento, oppure può essere controllato da un utilizzatore. The electrochromic process of the device according to the invention can take place automatically, for example in response to a glare, or it can be controlled by a user.
La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle Figure dei disegni allegati, in cui: The present invention will now be described, for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the Figures of the attached drawings, in which:
la Figura 1 mostra schematicamente una vista prospettica esplosa di un primo dispositivo elettrocromico secondo la tecnica anteriore; Figure 1 schematically shows an exploded perspective view of a first electrochromic device according to the prior art;
la Figura 2 mostra schematicamente una vista prospettica esplosa di un secondo dispositivo elettrocromico secondo la tecnica anteriore; la Figura 3 mostra schematicamente una vista prospettica esplosa (Fig. 3A), una vista prospettica posteriore (Fig. 3B) ed una vista prospettica frontale (Fig. 3C) di una prima forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione; Figure 2 schematically shows an exploded perspective view of a second electrochromic device according to the prior art; Figure 3 schematically shows an exploded perspective view (Fig. 3A), a rear perspective view (Fig. 3B) and a front perspective view (Fig. 3C) of a first embodiment of the electrochromic device according to the invention;
la Figura 4 mostra schematicamente una vista prospettica esplosa (Fig. 4A), una vista prospettica posteriore (Fig. 4B) ed una vista prospettica frontale (Fig. 4C) di una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione; Figure 4 schematically shows an exploded perspective view (Fig. 4A), a rear perspective view (Fig. 4B) and a front perspective view (Fig. 4C) of a second embodiment of the electrochromic device according to the invention;
la Figura 5 mostra schematicamente una vista frontale di alcuni degli elementi disasseblati (Fig. 5A) e di un relativo assemblato (Fig. 5B) di una prima applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico se condo l’invenzione; Figure 5 schematically shows a front view of some of the disassembled elements (Fig. 5A) and of a related assembly (Fig. 5B) of a first exemplary application of the electrochromic device according to the invention;
la Figura 6 mostra schematicamente una vista frontale di alcuni degli elementi disasseblati (Fig. 6A) e di un relativo assemblato (Fig. 6B) di una seconda applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione; Figure 6 schematically shows a front view of some of the disassembled elements (Fig. 6A) and of a related assembly (Fig. 6B) of a second exemplary application of the electrochromic device according to the invention;
la Figura 7 mostra schematicamente una vista frontale di alcuni degli elementi disasseblati (Fig. 7A) e di un relativo assemblato (Fig. 7B) di una terza applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione; Figure 7 schematically shows a front view of some of the disassembled elements (Fig. 7A) and of a related assembly (Fig. 7B) of a third exemplary application of the electrochromic device according to the invention;
la Figura 8 mostra schematicamente una vista frontale di due versioni alternative di una quarta applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione (Fig. 8A), una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ disabilitato (Fig. 8B), ed una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ abilitato (Fig. 8C); Figure 8 schematically shows a front view of two alternative versions of a fourth exemplary application of the electrochromic device according to the invention (Fig. 8A), a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is disabled (Fig. 8B ), and a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is enabled (Fig. 8C);
la Figura 9 mostra schematicamente una vista frontale di due versioni alternative di una quinta applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione (Fig. 9A), una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ disabilitato (Fig. 9B), ed una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ abilitato (Fig. 9C); Figure 9 schematically shows a front view of two alternative versions of a fifth exemplary application of the electrochromic device according to the invention (Fig. 9A), a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is disabled (Fig. 9B ), and a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is enabled (Fig. 9C);
la Figura 10 mostra schematicamente una vista frontale di due versioni alternative di una sesta applicazione esemplificativa del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione (Fig. 10A), una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ disabilitato (Fig. 10B), ed una vista frontale di tali due versioni alternative quando il processo elettrocromico à ̈ abilitato (Fig. 10C); e Figure 10 schematically shows a front view of two alternative versions of a sixth exemplary application of the electrochromic device according to the invention (Fig.10A), a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is disabled (Fig.10B) , and a front view of these two alternative versions when the electrochromic process is enabled (Fig. 10C); And
la Figura 11 mostra schematicamente una vista frontale di uno specchietto retrovisore e di una terza forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione applicabile allo specchietto retrovisore (Fig. 11 A), una vista prospettica, con alcuni elementi nascosti visibili, della terza forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione, ed una vista frontale dello specchietto retrovisore cui à ̈ applicata la terza forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione quando il processo elettrocromico à ̈ disabilitato e quando il processo elettrocromico à ̈ abilitato (Fig. 11C). Figure 11 schematically shows a front view of a rear-view mirror and of a third embodiment of the electrochromic device according to the invention applicable to the rear-view mirror (Fig. 11 A), a perspective view, with some hidden elements visible, of the third embodiment of the electrochromic device according to the invention, and a front view of the rearview mirror to which the third embodiment of the electrochromic device according to the invention is applied when the electrochromic process is disabled and when the electrochromic process is enabled (Fig.11C).
Nelle Figure numeri di riferimento identici saranno utilizzati per elementi analoghi. In the Figures identical reference numbers will be used for similar elements.
Il dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione può essere realizzato in una qualsiasi delle summenzionate tre configurazioni di dispositivo elettrocromico (i.e. tipo 1 , tipo 2 e tipo 3). The electrochromic device according to the invention can be made in any of the above three configurations of electrochromic device (i.e. type 1, type 2 and type 3).
La Figura 3 mostra una prima forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione, realizzata secondo la configurazione a sandwich di tipo 3, avente una struttura sostanzialmente asimmetrica. La faccia esposta all’esterno del substrato trasparente posteriore 12a à ̈ ricoperta da ed accoppiata ad uno strato adesivo trasparente 11 , in maniera tale da poter attaccare il dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione ad un vetro, e.g. il vetro di una finestra. L'altra faccia del substrato posteriore 12a à ̈ accoppiata al conduttore elettronico trasparente 13a, a sua volta accoppiata allo strato elettrocromico attivo 14 (i.e. l'elettrodo di lavoro). Quest’ultimo à ̈ accoppiato allo strato di conduttore ionico 15 a sua volta accoppiato allo strato 16 che funge da riserva ionica (controelettrodo), il quale à ̈ spalmato sulto strato frontale 13 di conduttore elettronico trasparente realizzato attraverso il substrato trasparente frontale 12. Figure 3 shows a first embodiment of the electrochromic device according to the invention, made according to the type 3 sandwich configuration, having a substantially asymmetrical structure. The face exposed to the outside of the rear transparent substrate 12a is covered by and coupled to a transparent adhesive layer 11, in such a way as to be able to attach the electrochromic device according to the invention to a glass, e.g. the glass of a window. The other face of the rear substrate 12a is coupled to the transparent electronic conductor 13a, in turn coupled to the active electrochromic layer 14 (i.e. the working electrode). The latter is coupled to the ionic conductor layer 15 in turn coupled to the layer 16 which acts as an ionic reserve (counter electrode), which is spread on the front layer 13 of transparent electronic conductor made through the front transparent substrate 12.
Il dispositivo di Figura 3 comprende uno o più accumulatori/batterie sottili 17, il cui numero dipende dai materiali elettrocromici usati per preparare il dispositivo e dalla sua applicazione finale. Gli accumulatori 17 forniscono l’energia necessaria per permettere al dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione di funzionare, cioà ̈, per rendere possibile la reazione elettrochimica (i.e. il processo elettrocromico) che permette di passare dallo stato trasparente a quello colorato in modo reversibile. Gli accumulatori 17 sono collegati agli elettrodi 12a e 13 tramite un interruttore 18 che accende (o spegne) il processo elettrocromico. L'interruttore 18 à ̈ collegato ad un’antenna 19 a strato sottile in grado di ricevere segnali trasmessi da un telecomando 20 azionato da un utilizzatore, i quali segnali controllano l'interruttore 18, così accendendo o spegnendo il dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione da remoto. Preferibilmente, l’interruttore 18 e l'antenna 19 sono incorporati in un chip elettronico, eventualmente provvisto altresì di unità di elaborazione controllo (ed una unità di memoria) per la gestione del funzionamento del dispositivo, in particolare dell’interruttore 18 e dell’antenna 19. Nella forma di realizzazione mostrata in Figura 3, i componenti elettronici, i.e. gli accumulatori 17, l’interruttore 18 e l’antenna 19, sono interposti tra il controelettrodo 16 ed il conduttore elettronico trasparente frontale 13; tuttavia, si deve tenere presente che tali componenti elettronici possono essere posizionati tra due strati qualsiasi di quelli mostrati in Figura 3, ed ognuno può anche essere posizionato tra due strati differenti da quelli tra i quali sono posizionati gli altri, consentendo ancora al dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione di funzionare. The device of Figure 3 comprises one or more thin accumulators / batteries 17, the number of which depends on the electrochromic materials used to prepare the device and on its final application. The accumulators 17 provide the energy necessary to allow the electrochromic device according to the invention to function, that is, to make possible the electrochemical reaction (i.e. the electrochromic process) which allows to pass from the transparent to the colored state in a reversible way. The accumulators 17 are connected to the electrodes 12a and 13 by means of a switch 18 which turns the electrochromic process on (or off). The switch 18 is connected to a thin layer antenna 19 capable of receiving signals transmitted by a remote control 20 operated by a user, which signals control the switch 18, thus turning the electrochromic device on or off according to the € ™ remote invention. Preferably, the switch 18 and the antenna 19 are incorporated in an electronic chip, possibly also provided with a control processing unit (and a memory unit) for managing the operation of the device, in particular of the switch 18 and of the antenna 19. In the embodiment shown in Figure 3, the electronic components, i.e. the accumulators 17, the switch 18 and the antenna 19 are interposed between the counter electrode 16 and the front transparent electronic conductor 13; however, it must be borne in mind that such electronic components can be positioned between any two layers of those shown in Figure 3, and each can also be positioned between two layers different from those between which the others are positioned, still allowing the electrochromic device according to the invention of working.
Altre forme di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione possono essere realizzate secondo la configurazione di tipo 1 , per la quale à ̈ richiesto un numero inferiore di strati ed i materiali elettrocromici coinvolti nella reazione redox elettrocromica sono sciolti in un solvente od in una matrice polimerica trasparente. La Figura 4 mostra una seconda forma di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione, realizzata secondo tale configurazione di tipo 1 , avente pure una struttura asimmetrica. Il dispositivo di Figura 4 comprende un substrato trasparente posteriore 22a, la cui faccia esposta all’esterno à ̈ ricoperta da ed accoppiata ad uno strato adesivo trasparente 21 , mentre l’altra faceia à ̈ accoppiata ad uno strato posteriore 23a di conduttore elettronico trasparente. Il substrato trasparente frontale 22 à ̈ accoppiato ad uno strato frontale 23a di conduttore elettronico trasparente adiacente allo strato elettrocromico 24 che contiene i materiali elettrocromici sciolti in un solvente od in una matrice polimerica; preferibilmente, lo strato elettrocromico 24 à ̈ realizzato mediante una matrice polimerica trasparente che permette lo svolgimento della reazione elettrochimica (processo elettrocromico). Anche il dispositivo di Figura 4 comprende uno o più accumulatori/batterie sottili 25, il cui numero dipende dai materiali elettrocromici usati e dall'applicazione finale, collegati agli elettrodi 22a e 23 tramite un interruttore 26, che accende (o spegne) il processo elettrocromico, a sua volta collegato ad un’antenna 27 a strato sottile in grado di ricevere segnali trasmessi da un telecomando 28 in grado di controllare il processo elettrocromico del dispositivo da remoto. Anche in questo caso, l’interruttore 18 e l’antenna 19 sono incorporati in un chip elettronico, eventualmente provvisto altresì di unità di elaborazione e memoria per la gestione del funzionamento del dispositivo. Nella forma di realizzazione mostrata in Figura 4, i componenti elettronici, i.e. gli accumulatori 25, l’interruttore 26 e l’antenna 27, sono interposti tra lo strato elettrocromico 24 ed il conduttore elettronico trasparente frontale 23; tuttavia, si deve tenere presente che tali componenti elettronici possono essere posizionati tra due strati qualsiasi di quelli mostrati in Figura 4, ed ognuno può anche essere posizionato tra due strati differenti da quelli tra i quali sono posizionati gli altri. Other embodiments of the electrochromic device according to the invention can be made according to the type 1 configuration, for which a smaller number of layers is required and the electrochromic materials involved in the electrochromic redox reaction are dissolved in a solvent or in a matrix transparent polymer. Figure 4 shows a second embodiment of the electrochromic device according to the invention, made according to this type 1 configuration, also having an asymmetrical structure. The device of Figure 4 comprises a rear transparent substrate 22a, whose face exposed to the outside is covered by and coupled to a transparent adhesive layer 21, while the other face is coupled to a rear layer 23a of electronic conductor transparent. The front transparent substrate 22 is coupled to a front layer 23a of transparent electronic conductor adjacent to the electrochromic layer 24 which contains the electrochromic materials dissolved in a solvent or in a polymeric matrix; preferably, the electrochromic layer 24 is made by means of a transparent polymeric matrix which allows the carrying out of the electrochemical reaction (electrochromic process). The device of Figure 4 also comprises one or more thin accumulators / batteries 25, the number of which depends on the electrochromic materials used and on the final application, connected to the electrodes 22a and 23 by means of a switch 26, which turns the electrochromic process on (or off) , in turn connected to a thin-layer antenna 27 capable of receiving signals transmitted by a remote control 28 capable of remotely controlling the electrochromic process of the device. Also in this case, the switch 18 and the antenna 19 are incorporated in an electronic chip, possibly also provided with a processing unit and memory for managing the operation of the device. In the embodiment shown in Figure 4, the electronic components, i.e. the accumulators 25, the switch 26 and the antenna 27 are interposed between the electrochromic layer 24 and the front transparent electronic conductor 23; however, it must be kept in mind that such electronic components can be positioned between any two layers of those shown in Figure 4, and each can also be positioned between two layers different from those between which the others are positioned.
Per meglio comprendere la presente invenzione, nel seguito si descrivono a titolo esemplificativo, e non a titolo limitativo, alcune applicazioni e le relative modalità di funzionamento del dispositivo elettrocromico. In order to better understand the present invention, some applications and the relative operating modes of the electrochromic device are described below by way of example, and not by way of limitation.
Un primo esempio riguarda l’applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione per ricoprire vetrate di edifici per ottenere un risparmio energetico fino al 30%. In Figura 5A sono mostrati schematicamente una finestra, avente un telaio 29 ed un vetro 30, ed un dispositivo elettrocromico 31 secondo l'invenzione (che può indifferentemente essere quello di Figura 3 o quello di Figura 4), mostrato frontalmente, avente forma rettangolare. Il dispositivo 31 , che à ̈ in grado di essere applicato per coprire i vetri 30 della finestra, comprende uno o più accumulatori/batterie sottili 32, l'interruttore 33, e l’antenna 34 a strato sottile. In Figura 5A à ̈ inoltre mostrato il telecomando 35. La Figura 5B mostra schematicamente quattro dispositivi elettrocromici 31 utilizzati per ricoprire la metà sinistra del vetro 30, in modo tale che i componenti elettronici siano sistemati in corrispondenza del telaio 29; in questo modo, il problema delle dimensioni, tipico della tecnologia elettrocromica, à ̈ superato attraverso l’utilizzo di una pluralità di dispositivi elettrocromici 31 in numero sufficiente a ricoprire i vetri 30 della finestra, indipendentemente dalla sua dimensione. In particolare, i dispositivi elettrocromici 31 sono attaccati al vetro 30 della finestra attraverso lo strato adesivo trasparente (11 o 21) presente sulla faccia esposta all’esterno del substrato trasparente posteriore (12a o 22a) del dispositivo elettrocromico 31. L’applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione sul vetro 30 della finestra può essere effettuato dall’utilizzatore senza il coinvolgimento di personale specializzato. A first example concerns the application of the electrochromic device according to the invention to cover the windows of buildings to obtain an energy saving of up to 30%. Figure 5A schematically shows a window, having a frame 29 and a glass 30, and an electrochromic device 31 according to the invention (which can indifferently be that of Figure 3 or that of Figure 4), shown from the front, having a rectangular shape. The device 31, which is capable of being applied to cover the window panes 30, comprises one or more thin accumulators / batteries 32, the switch 33, and the thin layer antenna 34. Figure 5A also shows the remote control 35. Figure 5B schematically shows four electrochromic devices 31 used to cover the left half of the glass 30, so that the electronic components are arranged in correspondence with the frame 29; in this way, the size problem, typical of electrochromic technology, is overcome through the use of a plurality of electrochromic devices 31 in sufficient number to cover the glass 30 of the window, regardless of its size. In particular, the electrochromic devices 31 are attached to the glass 30 of the window through the transparent adhesive layer (11 or 21) present on the face exposed to the outside of the rear transparent substrate (12a or 22a) of the electrochromic device 31. The application of the electrochromic device according to the invention on the glass 30 of the window can be carried out by the user without the involvement of specialized personnel.
I vari dispositivi elettrocromici 31 della pluralità usata per ricoprire lo stesso vetro 30 sono sincronizzati e controllati attraverso lo stesso telecomando 35. In questo modo, quando l'utente attraverso il telecomando 35 accende i dispositivi elettrocromici 31 , tutti tali dispositivi 31 cambiano simultaneamente dallo stato trasparente a quello colorato, funzionando come un solo dispositivo elettrocromico. La sincronizzazione avviene preferibilmente la prima volta che i dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione sono accesi quando i rispettivi chip (che incorporano interruttori ed antenne), a circa la stessa distanza dal telecomando 35, memorizzano lo stesso primo segnale inviato dal telecomando stesso. In questo modo, i dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione applicati al medesimo vetro 30 sono controllati solo attraverso il telecomando 35 appropriato. The various electrochromic devices 31 of the plurality used to cover the same glass 30 are synchronized and controlled by the same remote control 35. In this way, when the user through the remote control 35 turns on the electrochromic devices 31, all such devices 31 change simultaneously from the state transparent to the colored one, functioning as a single electrochromic device. The synchronization preferably takes place the first time that the electrochromic devices according to the invention are turned on when the respective chips (which incorporate switches and antennas), at approximately the same distance from the remote control 35, memorize the same first signal sent by the remote control itself. In this way, the electrochromic devices according to the invention applied to the same glass 30 are controlled only through the appropriate remote control 35.
Nel caso in cui i dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione siano quelli di tipo 3 di Figura 3, il vetro 30 cui sono applicati diventa colorato quando viene applicata la tensione degli accumulatori agli elettrodi, e rimane in tale stato, anche se la tensione viene rimossa, finché non viene applicata una tensione di segno opposto, che fa tornare il vetro allo strato trasparente; in tal caso, il telecomando può avere più dei due tasti esemplificativamente mostrati in Figura 5 e l’interruttore tramite il quale gli accumulatori vengono collegati agli elettrodi può essere un commutatore in grado di invertire la polarità della tensione applicata agli elettrodi. Diversamente, nel caso in cui i dispositivi elettrocromici secondo l’invenzione siano quelli di tipo 1 di Figura 4, il vetro 30 cui sono applicati diventa colorato quando viene applicata la tensione degli accumulatori agli elettrodi, e torna spontaneamente allo stato trasparente non appena la tensione viene rimossa. If the electrochromic devices according to the invention are those of type 3 in Figure 3, the glass 30 to which they are applied becomes colored when the voltage of the accumulators is applied to the electrodes, and remains in this state, even if the voltage is removed. , until a voltage of opposite sign is applied, which makes the glass return to the transparent layer; in this case, the remote control may have more than the two keys shown as an example in Figure 5 and the switch through which the accumulators are connected to the electrodes may be a switch capable of inverting the polarity of the voltage applied to the electrodes. Otherwise, in the case in which the electrochromic devices according to the invention are those of type 1 in Figure 4, the glass 30 to which they are applied becomes colored when the voltage of the accumulators is applied to the electrodes, and spontaneously returns to the transparent state as soon as the voltage is removed.
Alternativamente od aggiuntivamente al controllo tramite telecomando, i chip dei dispositivi 31 potrebbero altresì incorporare dei sensori di luminosità in grado di rilevare la luminosità esterna del sole che colpisce il vetro 30, in modo che una unità di elaborazione e controllo attivi automaticamente il processo elettrocromico, e dunque far passare i dispositivi dallo stato trasparente allo stato colorato, nel caso in cui la luminosità rilevata dai sensori sia superiore ad una soglia massima. Alternatively or additionally to the control via remote control, the chips of the devices 31 could also incorporate brightness sensors capable of detecting the external brightness of the sun striking the glass 30, so that a processing and control unit automatically activates the electrochromic process , and therefore to pass the devices from the transparent state to the colored state, in the event that the brightness detected by the sensors is higher than a maximum threshold.
NeH’applicazione mostrata in Figura 5, i singoli dispositivi elettrocromici secondo l’invenzione possono essere rimossi senza compromettere od intervenire sulle caratteristiche della finestra quale elemento strutturale dell’edificio. Analogamente, non essendo degli elementi strutturali dell'edificio, la installazione non richiede nessuna predisposizione dell’edificio dei dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione non richiede alcuna predisposizione dell’edificio. Inoltre, il dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione, come descritto nell’esempio di Figura 5, può essere usato anche in applicazioni riguardanti la privacy dove à ̈ necessario avere pareti con trasparenza variabile, come per esempio uffici open space e cabine doccia. In the application shown in Figure 5, the individual electrochromic devices according to the invention can be removed without compromising or intervening on the characteristics of the window as a structural element of the building. Similarly, since they are not structural elements of the building, the installation does not require any preparation of the building of the electrochromic devices according to the invention does not require any preparation of the building. Furthermore, the electrochromic device according to the invention, as described in the example of Figure 5, can also be used in privacy applications where it is necessary to have walls with variable transparency, such as open space offices and shower cubicles.
Come mostrato in Figura 6, un secondo esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione riguarda la sua applicazione nella parte superiore dei parabrezza di automobili, autobus, treni ed altri veicoli, per evitare che la luce solare abbagli i conducenti e gli altri passeggeri. Il primo vantaggio consiste nella possibilità propria dell'utente di scegliere se rendere il dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione colorato o meno (a seconda delle necessità : soleggiato, nuvoloso, notte, gallerie ecc.) contrariamente a quanto accade con i parabrezza realizzati con la parte superiore colorata in maniera permanente. La Figura 6A mostra schematicamente un parabrezza, visto dall'interno del veicolo, comprendente un telaio 36 ed un vetro 37, e lo specchietto retrovisore interno, comprendente il rispettivo telaio 38 e lo specchio 39. Sono pure mostrati quattro dispositivi elettrocromici 40-43 secondo l’invenzione (che possono indifferentemente essere come quello di Figura 3 o come quello di Figura 4), ognuno comprendente uno o più accumulatori/batterie sottili 44, l'interruttore 45, e l’antenna 46 a strato sottile, inseriti nella struttura multistrato dei dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione. Ognuno dei dispositivi 40-43 à ̈ comandato attraverso un unico telecomando 47. Con riferimento alla Figura 6B, si può osservare che il parabrezza può essere equipaggiato nella parte superiore con i quattro dispositivi sagomati 40-43 di Figura 6A. In particolare, i dispositivi 40-43 sono attaccati al vetro 37 del parabrezza tramite i rispettivi strati adesivi trasparenti, in modo tale che i rispettivi componenti elettronici siano in corrispondenza del telaio 36 del parabrezza. Analogamente all'esempio di applicazione mostrato in Figura 5, tutti i dispositivi elettrocromici 40-43 applicati sul parabrezza sono sincronizzati e controllati simultaneamente dallo stesso telecomando 47, e pertanto essi si comportano come un componente elettrocromico unico; le loro modalità di funzionamento sono simili a quelle illustrate con riferimento alla Figura 5. In particolare, i dispositivi 40-43 possono essere accesi attraverso il telecomando 47, passando cosi dallo stato trasparente a quello colorato, per proteggere conducente e passeggeri dai raggi del sole; rapidamente, disattivando la tensione applicata ai dispositivi 40-43 se questi sono di tipo 1 oppure applicando una tensione opposta se questi sono di tipo 3, la parte superiore del parabrezza ritorna trasparente. As shown in Figure 6, a second example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application in the upper part of the windshields of cars, buses, trains and other vehicles, to prevent sunlight from dazzling drivers and others. passengers. The first advantage consists in the user's own possibility to choose whether to make the electrochromic device according to the invention colored or not (according to needs: sunny, cloudy, night, tunnels, etc.) contrary to what happens with windscreens made with the upper part permanently colored. Figure 6A schematically shows a windshield, seen from inside the vehicle, comprising a frame 36 and a glass 37, and the interior rear-view mirror, comprising the respective frame 38 and the mirror 39. Also shown are four electrochromic devices 40-43 according to the invention (which can indifferently be like the one in Figure 3 or the one in Figure 4), each one comprising one or more thin accumulators / batteries 44, the switch 45, and the thin-layer antenna 46, inserted in the multilayer structure of the electrochromic devices according to the invention. Each of the devices 40-43 is controlled by a single remote control 47. With reference to Figure 6B, it can be seen that the windscreen can be equipped in the upper part with the four shaped devices 40-43 of Figure 6A. In particular, the devices 40-43 are attached to the glass 37 of the windscreen by means of the respective transparent adhesive layers, so that the respective electronic components correspond to the frame 36 of the windscreen. Similarly to the application example shown in Figure 5, all the electrochromic devices 40-43 applied to the windscreen are synchronized and controlled simultaneously by the same remote control 47, and therefore they behave as a single electrochromic component; their operating modes are similar to those illustrated with reference to Figure 5. In particular, the devices 40-43 can be switched on through the remote control 47, thus passing from the transparent state to the colored one, to protect the driver and passengers from the sun's rays. ; rapidly, by deactivating the voltage applied to the devices 40-43 if these are type 1 or by applying an opposite voltage if these are type 3, the upper part of the windscreen becomes transparent again.
Alternativamente od aggiuntivamente al controllo tramite telecomando, i chip dei dispositivi 40-43 potrebbero altresì incorporare dei sensori di luminosità in grado di rilevare la luminosità del sole (o di un abbagliamento che colpisce il parabrezza) in modo che una unità di elaborazione e controllo attivi automaticamente il processo elettrocromico, e dunque far passare i dispositivi dallo stato trasparente allo stato colorato, nel caso in cui la luminosità rilevata dai sensori sia superiore ad una soglia massima. Alternatively or additionally to remote control, the chips of devices 40-43 could also incorporate brightness sensors capable of detecting the brightness of the sun (or a glare hitting the windshield) so that a processing and control unit it automatically activates the electrochromic process, and therefore makes the devices pass from the transparent state to the colored state, in the event that the brightness detected by the sensors is higher than a maximum threshold.
Come mostrato in Figura 7, un terzo esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione riguarda la sua applicazione come elemento per oscurare anche gli altri vetri presenti nei veicoli, come per esempio i vetri delle portiere posteriori, i tettucci e cosi via. La Figura 7A mostra un generico finestrino di una portiera posteriore di una automobile, avente una cornice 48 ed un vetro 49 (preferibilmente con posizione regolabile in direzione verticale), e quattro dispositivi elettrocromici 50-53 secondo l’invenzione di forma differente, ognuno provvisto di uno o più accumulatori/batterie sottili 54, l’interruttore 55, e l’antenna a strato sottile 56. As shown in Figure 7, a third example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application as an element for obscuring the other windows present in vehicles, such as for example the rear door windows, roofs and so on. Figure 7A shows a generic window of a rear door of a car, having a frame 48 and a glass 49 (preferably with adjustable position in the vertical direction), and four electrochromic devices 50-53 according to the invention of different shape, each equipped with one or more accumulators / thin batteries 54, switch 55, and thin layer antenna 56.
Come mostrato in Figura 7B, l’intero vetro 49 viene rivestito da sette dispositivi elettrocromici secondo l'invenzione, che sono attaccati al vetro 49 tramite i rispettivi strati adesivi trasparenti: quattro di forma rettangolare 50 ed uno di ognuno degli altri tre dispositivi 51-53. Tutti i dispositivi che rivestono il vetro 49 sono controllabili da remoto attraverso il telecomando 57 in modo simile a quanto visto per l'applicazione mostrata in Figura 6; anche in questo caso, i dispositivi possono essere controllati, alternativamente od aggiuntivamente al telecomando 57, sulla base della rilevazione di luminosità effettuata da appositi sensori. As shown in Figure 7B, the entire glass 49 is coated with seven electrochromic devices according to the invention, which are attached to the glass 49 by means of the respective transparent adhesive layers: four of rectangular shape 50 and one of each of the other three devices 51 -53. All the devices that cover the glass 49 are remotely controllable through the remote control 57 in a similar way to that seen for the application shown in Figure 6; also in this case, the devices can be controlled, alternatively or additionally to the remote control 57, on the basis of the brightness detection carried out by suitable sensors.
Come mostrato in Figura 8, un quarto esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione riguarda la sua applicazione per scopi decorativi. In questo caso, à ̈ sufficiente disegnare l'immagine decorativa desiderata sul conduttore elettronico trasparente presente su (almeno) uno dei due conduttori elettronici trasparenti che realizzano gli elettrodi del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione (che può indifferentemente essere quello di Figura 3 o quello di Figura 4). Per le forme di realizzazione dei dispositivi elettrocromici secondo l’invenzione costruiti secondo la configurazione di dispositivi elettrocromici di tipo 3, lo stesso risultato à ̈ raggiunto se lo strato elettrocromico à ̈ ottenuto realizzando ì disegni desiderati. Nella Figura 8, à ̈ mostrata una forma di realizzazione in cui l’immagine desiderata à ̈ realizzata su uno dei due elettrodi del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione; in particolare, differenti metodi possono essere usati per rimuovere il conduttore elettronico trasparente in modo preciso per disegnare un’immagine su di esso, come per esempio un attacco chimico selettivo (etching chimico) e/o una litografia a fascio di elettroni (electron beam litography). As shown in Figure 8, a fourth example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application for decorative purposes. In this case, it is sufficient to draw the desired decorative image on the transparent electronic conductor present on (at least) one of the two transparent electronic conductors that make up the electrodes of the electrochromic device according to the invention (which can indifferently be that of Figure 3 or that of Figure 4). For the embodiments of the electrochromic devices according to the invention constructed according to the configuration of type 3 electrochromic devices, the same result is achieved if the electrochromic layer is obtained by realizing the desired drawings. In Figure 8, an embodiment is shown in which the desired image is made on one of the two electrodes of the electrochromic device according to the invention; in particular, different methods can be used to remove the transparent electron conductor in a precise way to draw an image on it, such as for example a selective etching and / or an electron beam lithography lithography).
La Figura 8A mostra due forme di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione in cui le medesime immagini (un sorriso, una stella ed un cuore) sono realizzate in due modi differenti sull’elettrodo trasparente frontale: mentre nell’elettrodo frontale 59 del dispositivo 58A il materiale del conduttore elettronico trasparente frontale à ̈ stato rimosso dall’interno delle immagini, nell’elettrodo frontale 59 del dispositivo 58B il materiale del conduttore elettronico trasparente frontale à ̈ stato rimosso dall’esterno delle immagini. Nel primo caso, il materiale del conduttore elettronico trasparente 59 si trova all’esterno delle immagini, mentre nel secondo caso si trova all’interno delle immagini. In entrambi i casi, il materiale del conduttore elettronico trasparente frontale 59 à ̈ collegato ai componenti elettronici del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione (uno o più accumulatori/batterie sottili 60, l'interruttore 61 , l’antenna a strato sottile 62) così da permettere l'applicazione della tensione necessaria affinché il processo elettrocromico avvenga quando il telecomando 63 viene azionato dall’ utilizzatore per accendere il dispositivo, 58A o 58B. Nel caso del dispositivo 58B, il materiale del conduttore elettronico trasparente frontale 59, sagomato in conformità alle immagini decorative, à ̈ collegato ai componenti elettronici attraverso piste sub-micrometriche di materiale conduttore elettronico trasparente, preferibilmente di larghezza inferiore a 0,5 Î1⁄4πι in modo da non essere visibile da occhio umano; eventualmente, ogni porzione del conduttore elettronico trasparente frontale 59 corrispondente ad una immagine decorativa può essere collegata alle altre e/o ai componenti elettronici tramite una pluralità di piste sub-micrometriche, per assicurare un efficiente collegamento. Figure 8A shows two embodiments of the electrochromic device according to the invention in which the same images (a smile, a star and a heart) are made in two different ways on the front transparent electrode: while in the front electrode 59 of device 58A the material of the front transparent electronic conductor has been removed from the inside of the images, in the front electrode 59 of device 58B the material of the front transparent electronic conductor has been removed from the outside of the images. In the first case, the material of the transparent electronic conductor 59 is located outside the images, while in the second case it is inside the images. In both cases, the material of the front transparent electronic conductor 59 is connected to the electronic components of the electrochromic device according to the invention (one or more accumulators / thin batteries 60, switch 61, thin layer antenna 62) so as to allow the application of the voltage necessary for the electrochromic process to take place when the remote control 63 is operated by the user to switch on the device, 58A or 58B. In the case of device 58B, the material of the front transparent electronic conductor 59, shaped in accordance with the decorative images, is connected to the electronic components through sub-micrometric tracks of transparent electronic conductor material, preferably less than 0.5 Î1⁄4Ï wide. € ι so as not to be visible to the human eye; eventually, each portion of the front transparent electronic conductor 59 corresponding to a decorative image can be connected to the others and / or to the electronic components by means of a plurality of sub-micrometric tracks, to ensure an efficient connection.
La Figura 8B mostra che i dispositivi elettrocromici 58A e 58B, quando sono spenti (i.e. non à ̈ attivo il processo elettrocromico), non mostrano alcuna differenza apprezzabile dall’utente finale. Diversamente, la Figura 8C mostra i dispositivi elettrocromici 58A e 58B quando sono accesi attraverso il telecomando 63, in cui nel primo le immagini sono trasparenti su fondo colorato, mentre nel secondo le immagini sono colorate su fondo trasparente. Figure 8B shows that the electrochromic devices 58A and 58B, when they are switched off (i.e. the electrochromic process is not active), do not show any appreciable difference to the end user. Otherwise, Figure 8C shows the electrochromic devices 58A and 58B when they are turned on through the remote control 63, in which in the first the images are transparent on a colored background, while in the second the images are colored on a transparent background.
Come mostrato in Figura 9, un quinto esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione riguarda la sua applicazione come segnale stradale, segnale temporaneo, o pannello di avvertimento. L<’>indicazione à ̈ ottenuta tramite una immagine ricavata in modo simile a quanto illustrato per le immagini di Figura 8, ovvero sagomando (almeno) uno dei due elettrodi del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione (che può indifferentemente essere quello di Figura 3 o quello di Figura 4), oppure, nel caso di dispositivi elettrocromici di tipo 3, realizzando i disegni desiderati sullo strato elettrocromico. As shown in Figure 9, a fifth example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application as a road sign, temporary sign, or warning panel. The indication is obtained through an image obtained in a similar way to that illustrated for the images of Figure 8, or by shaping (at least) one of the two electrodes of the electrochromic device according to the invention (which can indifferently be that of Figure 3 or that of Figure 4), or, in the case of type 3 electrochromic devices, making the desired designs on the electrochromic layer.
Come mostrato in Figura 10, un sesto esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione riguarda la sua applicazione come visualizzatore o display. Per questa applicazione, su (almeno) uno dei due conduttori elettronici trasparenti che realizzano gli elettrodi del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione (che può indifferentemente essere quello di Figura 3 o quello di Figura 4) deve essere realizzata una matrice bidimensionale: a ciascuna intersezione corrisponde un pixel. La distanza minima tra due pixel corrisponde alla risoluzione dello schermo. Per il dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione con la configurazione di tipo 3, ciò à ̈ ottenibile anche se la matrice à ̈ realizzata nello strato elettrocromico. Molti metodi possono essere usati per rimuovere in maniera precisa i materiali conduttori trasparenti dall’elettrodo, in modo da disegnare una griglia bidimensionale di pixel, e.g. etching e/o litografia a fascio di elettroni. La Figura 10 mostra due forme di realizzazione del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione, rispettivamente 70A e 70B, i cui strati trasparenti conduttori sono stati trattati per ottenere una griglia di pixel (la scala del disegno di Figura 10 à ̈ stata ingrandita per una migliore comprensione delle figure), ogni pixel essendo rappresentato da un cerchio: nel dispositivo 70A, il materiale conduttore elettronico trasparente 71 à ̈ stato rimosso intorno al pixel (cerchio); nel dispositivo 70B, il materiale conduttore elettronico trasparente à ̈ stato rimosso dall’interno del pixel (cerchio). Quindi, nel dispositivo 70A i pixel sono la parte elettrocromica attiva del display, mentre nel dispositivo 70B la reazione elettrocromica avviene nelle zone che circondano i pixel (i cerchi). In tal modo, accendendo un pixel nel dispositivo 70A à ̈ necessario fornire tensione solo all’area del pixel, mentre nel dispositivo 70B à ̈ necessario fornire tensione simultaneamente alle quattro aree che circondano il pixel. As shown in Figure 10, a sixth example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application as a viewer or display. For this application, on (at least) one of the two transparent electronic conductors that make up the electrodes of the electrochromic device according to the invention (which can indifferently be that of Figure 3 or that of Figure 4) a two-dimensional matrix must be made: each intersection corresponds to one pixel. The minimum distance between two pixels corresponds to the screen resolution. For the electrochromic device according to the invention with the type 3 configuration, this is obtainable even if the matrix is made in the electrochromic layer. Many methods can be used to precisely remove the transparent conductive materials from the electrode, in order to draw a two-dimensional grid of pixels, e.g. etching and / or electron beam lithography. Figure 10 shows two embodiments of the electrochromic device according to the invention, respectively 70A and 70B, whose transparent conductive layers have been treated to obtain a pixel grid (the scale of the drawing of Figure 10 has been enlarged for a better understanding the figures), each pixel being represented by a circle: in the device 70A, the transparent electronic conducting material 71 has been removed around the pixel (circle); in device 70B, the transparent electronic conducting material has been removed from the inside of the pixel (circle). Therefore, in the device 70A the pixels are the active electrochromic part of the display, while in the device 70B the electrochromic reaction takes place in the areas surrounding the pixels (the circles). In this way, turning on a pixel in the 70A device it is necessary to supply voltage only to the pixel area, while in the 70B device it is necessary to supply voltage simultaneously to the four areas surrounding the pixel.
In entrambi i casi, il materiale conduttore trasparente à ̈ connesso ai componenti elettronici (batterie 72, interruttore 73, antenna a strato sottile 74) del dispositivo elettrocromico, 70A o 70B, mediante linee submicrometriche di materiale di conduttore elettronico trasparente che permette di fornire la tensione necessario a sostenere il processo elettrocromico. Ciascun pixel nel caso del dispositivo 70A e ciascun insieme di quattro aree che circondano il pixel nel dispositivo 70B sono singolarmente controllati dal chip che incorpora il rispettivo interruttore 73 e la rispettiva antenna 74 a strato sottile; in particolare, il pilotaggio dei singoli pixel avviene in modo simile ai display convenzionali e l'interruttore 73 à ̈ preferibilmente sostituito da uno o più multiplexer. Preferibilmente, il controllo di ciascuna area attiva à ̈ operata da un computer 75 che comunica col display mediante tecnologia wireless. In both cases, the transparent conductive material is connected to the electronic components (batteries 72, switch 73, thin-layer antenna 74) of the electrochromic device, 70A or 70B, by means of submicrometric lines of transparent electronic conductor material which allows to provide the voltage necessary to support the electrochromic process. Each pixel in the case of the device 70A and each set of four areas surrounding the pixel in the device 70B are individually controlled by the chip which incorporates the respective switch 73 and the respective thin-layer antenna 74; in particular, the driving of the single pixels occurs in a similar way to conventional displays and the switch 73 is preferably replaced by one or more multiplexers. Preferably, the control of each active area is operated by a computer 75 which communicates with the display by means of wireless technology.
In Figura 10B mostra che i dispositivi elettrocromici 70A e 70B, quando sono spenti (i.e. non à ̈ attivo il processo elettrocromico), non mostrano alcuna differenza apprezzabile dall'utente finale. Diversamente, la Figura 10C mostra i dispositivi elettrocromici 70A e 70B attivati per visualizzare, a titolo esemplificativo, delle lettere; si deve comprendere che i dispositivi elettrocromici 70A e 70B possono essere usati, a seconda della risoluzione, come normali monitor a cristalli liquidi. Nel caso in cui i dispositivi 70A e 70B siano di tipo 3, una volta che sono nello stato colorato, vi rimangono, mostrando memoria ottica, finché non viene applicata una tensione opposta. Al contrario, nel caso in cui i dispositivi 70A e 70B siano di tipo 1 , una volta che à ̈ rimossa la tensione di accensione, necessaria alla transizione dallo stato trasparente a quello colorato, essi ritornano spontaneamente allo stato trasparente. In Figure 10B it shows that the electrochromic devices 70A and 70B, when they are off (i.e. the electrochromic process is not active), do not show any appreciable difference by the end user. Otherwise, Figure 10C shows the electrochromic devices 70A and 70B activated to display, by way of example, some letters; it is to be understood that the electrochromic devices 70A and 70B can be used, depending on the resolution, as normal liquid crystal monitors. In case the devices 70A and 70B are type 3, once they are in the colored state, they remain there, showing optical memory, until an opposite voltage is applied. On the contrary, if the devices 70A and 70B are type 1, once the ignition voltage, necessary for the transition from the transparent to the colored state, is removed, they spontaneously return to the transparent state.
L’uso del dispositivo elettrocromico secondo l'invenzione nel campo dei display à ̈ particolarmente vantaggioso perché non richiede una retro illuminazione, ma utilizza solo la luce esterna. The use of the electrochromic device according to the invention in the display field is particularly advantageous because it does not require a backlight, but uses only the external light.
Come mostrato in Figura 11 , un settimo esempio di applicazione del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione riguarda la sua applicazione agli specchi retrovisori dei veicoli quale elemento aggiuntivo, non strutturale. Il processo elettrocromico à ̈ attivato dal fascio di luce abbagliante proveniente dal veicolo che viaggia dietro a quello dotato del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione, e si inverte spontaneamente quando il fascio abbagliante viene abbassato. As shown in Figure 11, a seventh example of application of the electrochromic device according to the invention concerns its application to rear-view mirrors of vehicles as an additional, non-structural element. The electrochromic process is activated by the high beam of light coming from the vehicle traveling behind the one equipped with the electrochromic device according to the invention, and spontaneously reverses when the high beam is lowered.
I mezzi di controllo nel dispositivo elettrocromico 78 di Figura 11 comprende un sensore 81 di luminosità (e.g. un fotodiodo) sensibile all’eventuale fascio abbagliante che viene dal veicolo che viaggia dietro. Il dispositivo elettrocromico di Figura 11 comprende un telaio vuoto 77, preferibilmente di plastica, atto a calzare perfettamente lo specchio retrovisore 76 su cui deve essere montato. Dentro il telaio 77, nella parte vuota (la cavità ) sono inseriti i componenti elettronici del dispositivo: uno o più accumulatori/batterie sottili 79, l'interruttore 80 ed il sensore 81 di luminosità . Il materiale (preferibilmente plastica) che copre il sensore 81 di luminosità à ̈ forata, in modo che la luce arrivi al sensore 81. La parte del dispositivo 78 destinata a coprire la zona riflettente dello specchio retrovisore 76 à ̈ fatta come precedentemente descritto con riferimento alla Figura 3 o alla Figura 4 e risulta perfettamente aderente allo specchio retrovisore 76 del veicolo. The control means in the electrochromic device 78 of Figure 11 comprises a brightness sensor 81 (e.g. a photodiode) sensitive to any high beam coming from the vehicle traveling behind. The electrochromic device of Figure 11 comprises an empty frame 77, preferably of plastic, adapted to fit perfectly the rear-view mirror 76 on which it is to be mounted. Inside the frame 77, the electronic components of the device are inserted in the empty part (the cavity): one or more accumulators / thin batteries 79, the switch 80 and the brightness sensor 81. The material (preferably plastic) covering the brightness sensor 81 is perforated, so that the light reaches the sensor 81. The part of the device 78 intended to cover the reflecting area of the rear-view mirror 76 is made as previously described with reference Figure 3 or Figure 4 and perfectly adheres to the rear-view mirror 76 of the vehicle.
In Figural i a sono mostrati un generico esempio di specchio retrovisore 76, il telaio vuoto 77, in cui sono alloggiati i componenti elettronici, ed il dispositivo elettrocromico 78. La Figura 11 B mostra il telaio vuoto 77, che à ̈ dotato di ganci di fissaggio (non mostrati) allo specchio retrovisore 76, ed una vista prospettica in cui sono visibili gli alloggiamenti delle componenti elettroniche nel telaio vuoto 77 e del dispositivo elettrocromico 78. Figural i a shows a generic example of rear-view mirror 76, the empty frame 77, in which the electronic components are housed, and the electrochromic device 78. Figure 11 B shows the empty frame 77, which is equipped with fixing hooks (not shown) to the rear-view mirror 76, and a perspective view in which the housings of the electronic components in the empty frame 77 and of the electrochromic device 78 are visible.
La Figura 11C mostra il dispositivo installato sullo specchio retrovisore 76 nello stato spento (in alto), in cui risulta trasparente, e nello stato acceso (in basso) per effetto di un fascio abbagliante che arriva dal veicolo che viaggia dietro; in questo ultimo caso, l’uso del dispositivo elettrocromico secondo l’invenzione consente allo specchio retrovisore di non riflettere il fascio che acceca il guidatore e gli eventuali passeggeri presenti nel veicolo che ne à ̈ provvisto, migliorando la sicurezza alla guida. Quando il fascio abbagliante che arriva dal veicolo che viaggia dietro viene rimosso, il dispositivo elettrocromico 78 torna spontaneamente allo stato spento, tornando trasparente. Figure 11C shows the device installed on the rear-view mirror 76 in the off state (top), in which it is transparent, and in the on state (bottom) due to the effect of a high beam arriving from the vehicle traveling behind; in this last case, the use of the electrochromic device according to the invention allows the rear-view mirror not to reflect the beam that blinds the driver and any passengers present in the vehicle that is equipped with it, improving driving safety. When the driving beam arriving from the vehicle traveling behind is removed, the electrochromic device 78 spontaneously returns to the off state, becoming transparent again.
In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma à ̈ da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. In the foregoing the preferred embodiments have been described and variants of the present invention have been suggested, but it is to be understood that those skilled in the art will be able to make modifications and changes without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by claims attached.
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