DE19622600A1 - Elektrochrome Einheit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrochrome Einheit mit
einer elektrochemischen Zelle mit zumindest zwei auf
einem Träger aufgebrachten Elektroden, einem zwischen den
Elektroden angeordneten Elektrolyten sowie mit einem auf
einer der Elektroden aufgebrachten elektrochromen Mate
rial, wie einem elektrochromen Polymer.
Bei bisher bekannten elektrochromen Einheiten handelt es
sich um elektrochrome Fenster mit transparenten Systemen,
die sich auf Wunsch einfärben lassen. Sie dienen dazu,
einfallende elektromagnetische Strahlung, vorzugsweise
sichtbares Licht, zu absorbieren. Ihr Einsatzgebiet liegt
beispielsweise im Automobilbereich, wo sie in Form von
abblendbaren Rückspiegeln Verwendung finden. Hierzu
weisen die elektrochromen Fenster zunächst eine elektro
chemische Zelle mit zwei Elektroden sowie einem dazwi
schen angeordneten Elektrolyten auf, wobei die Elektroden
jeweils auf einem eigenen Träger aufgebracht sind und
zumindest ein Träger sowie eine Elektrode transparent
sind. Auf die transparente Elektrode wird dann zwischen
Elektrode und Elektrolyt das elektrochrome Material
aufgebracht. Als transparenter Träger wird normalerweise
Glas verwendet, welches dann mit der transparenten Elek
trode beschichtet wird. Bei dem elektrochromen Material
handelt es sich zumeist um Übergangsmetalloxide, bei
spielsweise Wolframoxid. Ein solches Fenster mit Wolfram
oxid als anorganischem, elektrochromem Material wird im
Fensterbau eingesetzt werden, wo das Wolframoxid zwischen
zwei Fensterscheiben eingebracht wird und zur Abdunkelung
der gesamten Scheibe zur Verminderung der Sonneneinstrah
lung dient. Der Elektrolyt ist stets ein Ionenleiter und
befindet sich zwischen dem elektrochromen Material, z. B.
Wolframoxid, und der zweiten, parallel zur ersten ange
ordneten Elektrode. Aufgrund dieser Anordnung (transpa
renter Träger/erste transparente Elektrode/elektrochromes
Material/Elektrolyt/zweite Elektrode/Träger) ist sicher
gestellt, daß der Elektrolyt und das elektrochrome Mate
rial stets in innigem Kontakt miteinander stehen, damit
bei Stromfluß ein Stoffaustausch zwischen beiden statt
finden kann. Durch eine angelegte Spannung werden nun
Ladungen in das elektrochrome Material injiziert, wodurch
die gewünschte Farbveränderung hervorgerufen wird. Nach
teilig ist jedoch, daß zum Einfärben bzw. Entfärben des
Fensters jeweils mehrere Minuten notwendig sind.
Neben den Metalloxiden werden als elektrochrome Materia
lien elektrisch leitende Polymere eingesetzt. Auch hier
werden durch einen Stromfluß zwischen den Elektroden
Ladungen in das Polymer injiziert, die eine Farbänderung
bewirken. Als transparente Elektrode wird dabei zumeist
Indium-Zinnoxid verwendet, auf die dann das elektrochrome
Polymer aufgetragen wird. Als Ionenleiter werden azidi
sche Elektrolyte benötigt, der dann wiederum die zweite
Elektrode, die zumeist ebenfalls transparent ist, folgt.
Diese Art von Fenstern weisen jedoch eine mangelhafte
Langzeitstabilität auf, da die azidischen Elektrolyte in
bezug auf die transparente Elektrode korrosiv wirken.
Letztere verliert mit der Zeit allmählich ihre elektri
sche Leitfähigkeit, so daß das elektrochrome Material
nicht mehr aktiviert werden kann. Das elektrochrome
Fenster kann deshalb im Laufe der Zeit seine Funktion
nicht mehr erfüllen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
elektrochrome Einheit der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei der auf transparente Träger sowie transpa
rente Elektroden verzichtet werden kann und welche sich
durch eine hohe Langzeitstabilität auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch eine
elektrochrome Einheit der eingangs genannten Art gelöst,
die durch eine protonenleitende Membran als Festelektro
lyt und Träger für die beidseitig aufgebrachten Elektro
den gekennzeichnet ist, wobei das elektrochrome Material
auf der der Membran abgewandten Seite der es tragenden
Elektrode angeordnet ist. Diese erfindungsgemäße elektro
chrome Einheit zeichnet sich also im Gegensatz zu einem
elektrochromen Fenster durch einen völlig neuartigen
Aufbau aus, bei dem das elektrochrome Polymer außerhalb
der elektrochemischen Zelle aus Elektroden und protonen
leitender Membran angeordnet ist. Da das elektrochrome
Material nun außen liegt, entfällt die Notwendigkeit
transparenter Träger und Elektroden völlig. Dieses neue
elektrochrome System baut dabei auf der protonenleitenden
PEM-Membran (PEM = englisch: Proton Exchange Membrane)
auf, die zum einen als Träger für die Elektroden bzw.
elektrischen Kontaktierungen und zum anderen als Fest
ionenleiter dient, der den Ladungstransport zwischen den
beiden Elektroden ermöglicht. Ein weiterer separater
Träger für die Elektroden wie beim Stand der Technik
entfällt ebenfalls. Da die Elektroden nun nicht mehr
transparent sein müssen, erweitert sich die Anzahl der
möglichen Elektrodenmaterialien erheblich. Entsprechend
können Elektroden höherer Korrosionsbeständigkeit verwen
det werden, als dies bei den bisher verfügbaren transpa
renten Elektrodenmaterialien, wie z. B. Indium-Zinnoxid,
der Fall war. Entsprechend weist die neue, erfindungsge
mäße elektrochrome Einheit eine hohe Langzeitstabilität
auf.
In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die
protonenleitende Membran in Form einer festen Folie
ausgebildet ist. Dadurch, daß nun auf die Folie die
Elektroden und auf eine Elektrode das elektrochrome
Polymer aufgebracht werdend kann so insgesamt ein flexi
bles, biegsames elektrochromes System geschaffen werden.
Hierdurch ergeben sich breitere Anwendungsfelder, als
dies bei den bisherigen, aufgrund der Trägermaterialien
starren, unflexiblen elektrochromen Fenstern der Fall
war. Die protonenleitende Membran besteht vorzugsweise
aus einem Fluorpolymer, an dessen Seitenketten Sulfonsäu
regruppen angebracht sind. Eine solche Membran ist unter
dem Handelsnamen Nafion erhältlich. Es ist aber auch eine
Membran aus jedem anderen geeigneten Material einsetzbar.
Die Schichtdicke der Membran beträgt maximal 100 µm.
Bevorzugt ist eine Dicke von 10 µm und weniger.
Bei den Elektroden, die nun nicht mehr transparent sein
müssen, handelt es sich bevorzugt um solche aus Metall
wie Gold oder Platin. Diese Metalle weisen eine bedeutend
höhere Korrosionsbeständigkeit als die bisher verfügbaren
transparenten Elektrodenmaterialien auf und können in
Form elektrischer Kontaktierungen beidseitig auf die
protonenleitende Membran aufgebracht werden. Das Aufbrin
gen der Elektroden bzw. elektrischen Kontaktierungen auf
die ionenleitende Schicht bzw. PEM-Membran erfolgt dabei
vorzugsweise durch Bedampfen aus der Gasphase. Alternativ
ist es auch möglich, eine Seite der protonenleitenden
Membran durch einfaches Aufpressen eines Metallnetzes
oder eines Metall-beschichteten Netzes elektrisch zu
kontaktieren. Dieses alternative Verfahren ist jedoch nur
für die Gegenelektrode einsetzbar. Durch Bedampfen aus
der Gasphase ist es nun möglich, die die Elektroden
bildende Metallschicht so dünn aufzutragen, daß die
Metallschicht optisch transparent erscheint, aber immer
noch elektrische Leitung erlaubt. Insbesondere ist es auf
diese Weise möglich, dafür zu sorgen, daß die Metallelek
trode zum einen durchgehend und flächig elektrisch leit
fähig ist, zum anderen aber durchlässig für die zwischen
elektrochromem Polymer und Membran wandernden Protonen.
Ohne eine solche Ionenwanderung, in diesem Falle eine
Protonenwanderung, zwischen dem Festelektrolyten und dem
elektrochromen Polymer durch die Metallelektrode wäre
eine Farbänderung nicht möglich. Es hat sich gezeigt, daß
die Forderungen bezüglich der Protonendurchlässigkeit
sowie der durchgehenden und flächigen elektrischen Leit
fähigkeit durch eine Metallelektrode mit einer Mindest
dicke im Bereich von wenigen Nanometern erfüllt wird.
Die elektrischen Kontaktierungen bzw. die Metallschicht
weisen dabei vorzugsweise eine Dicke von mindestens 5 nm
auf. Diese Dicke kann bis zu 30 nm je nach Anwendung
variiert werden.
Bei dem elektrochromen Polymer handelt es sich in bevor
zugter Ausgestaltung um Polyanilin oder ein Derivat
desselben. Bei Polyanilin bzw. dessen Derivaten als
elektrochromem Material können unterschiedliche Färbungen
und dadurch ein unterschiedliches Absorptionsverhalten
bei den verschiedenen Wellenlängen erreicht werden,
insbesondere im sichtbaren Bereich des Spektrums. Auch
ist bei diesen Materialien ein transparenter Zustand
erreichbar. Bei den Derivaten des Polyanilins werden die
unterschiedlichen Färbungen etc. durch die Seitenketten
am Polymergrundgerüst bewirkt, da diese in Abhängigkeit
von der chemischen Struktur der Seitenketten unterschied
liche Absorptionseigenschaften aufweisen. Die Absorp
tionswellenlängen können somit verschoben werden. Auch
weisen Polyanilin und dessen Derivate eine hohe Langzeit
stabilität auf und übertreffen andere leitende Polymere
bezüglich Haltbarkeit und Standzeit bei weitem.
Das Aufbringen des elektrisch leitenden Polymers auf die
metallbeschichtete protonenleitende Membran erfolgt in
bevorzugter Ausgestaltung durch Abscheidung aus einer
Lösung. Die Dicke der Schicht kann dabei je nach Einsatz
gebiet und Anforderungen variiert werden, da durch die
Dicke jeweils auch die Farbintensität bestimmt wird. Die
Dicke beträgt dabei in der Regel 3 bis 5 µm. Die Abschei
dung des Polymers kann dabei beispielsweise durch Entfer
nen des Lösungsmittels aus der Lösung erfolgen. Es ist
auch möglich, eine Lösung zu verwenden, die die Monomer
bausteine des Polymers enthält. Durch elektrochemische
Oxidation wird dann das Monomer zum Polymer verknüpft und
schlägt sich auf der metallbeschichteten Membran nieder.
In anderer bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, daß
das elektrochrome Polymer durch Bedampfen auf die be
schichtete Membran aufgebracht ist. Auf diese Weise ist
eine gleichmäßige Beschichtung möglich.
Anstelle der Verwendung eines einzigen elektrochromen
Materials ist es aber auch möglich, mehrere verschiedene
elektrochrome Materialien mit unterschiedlichen Absorp
tionseigenschaften in einem Mehrschichtsystem übereinan
der aufzubringen. Auf diese Weise läßt sich ein breiterer
Bereich des elektromagnetischen Spektrums abdecken, als
dies für ein separates Einzelschichtsystem möglich ist.
Es werden demnach mehrere Farben gleichzeitig durch
diesen Mehrschichtaufbau abgedeckt.
Die elektrochrome Membraneinheit kann durch entsprechende
Wahl des elektrochromen Materials sowie der Elektroden
und ihrer Schichtdicken sowohl farbdeckend als auch
transparent ausgeführt sein. Die Dicke der Metallschicht
zur elektrischen Kontaktierung kann so weit reduziert
werden, daß auch sie transparent erscheint. Bei Dicken
von 5-7 nm ist dies der Fall, wobei gleichzeitig eine
genügend hohe elektrische Leitfähigkeit gewährleistet
ist. Beträgt die Dicke des aufgebrachten elektrochromen
Polymers etwa 2 µm, so besitzt das gesamte System, also
die gesamte elektrochrome Einheit einen transparenten
Charakter mit leichter Grünfärbung. Durch Einfärbung wird
das Grün intensiviert, und bei weiterer Färbung ist eine
tiefblaue Farbe erreichbar. Entsprechend ist so ein
optimaler Einsatz zur Abdunkelung von Fensterscheiben,
insbesondere zur Verminderung der Sonneneinstrahlung bei
Gebäuden oder zum Abblenden von Spiegeln im Fahrzeugbau
möglich.
Es ist auch möglich, die elektrochrome Einheit zu struk
turieren, z. B. in Form von einzelnen Segmenten, die sich
getrennt ansteuern lassen. Damit läßt sich z. B. ein
alphanumerisches Display herstellen, analog zu den be
kannten Anzeigeelementen auf LCD- oder LED-Basis. Aber
auch großflächige Anzeigeelemente sind mit der elektro
chromen Einheit realisierbar, da auch die Herstellung
größerer Flächen (einige m²) möglich ist.
Insgesamt ist so für ein farbdeckendes oder aber transpa
rentes elektrochromes Membransystem bzw. eine farbdecken
de oder aber transparente elektrochrome Membraneinheit
gesorgt, deren Farbe sich nach Wunsch verändern läßt,
indem das System durch kurzzeitigen Stromfluß eingefärbt
und durch Stromfluß in Gegenrichtung wieder entfärbt und
damit in den Ausgangszustand zurückgebracht wird. Die
Farben werden dabei durch die Höhe der angelegten Span
nung und damit die Stromstärke bestimmt. Außer einer
Farbänderung und damit einer Absorption von sichtbarem
Licht ändert sich auch das Absorptionsverhalten im infra
roten Bereich und demjenigen der Radarstrahlung. Entspre
chend können solche Einheiten bzw. Systeme im Bereich der
Tarnung von Objekten verwendet werden, indem deren Kontu
ren durch Farbänderungen "verwischt" werden, so daß ihre
Identifikation mittels bekannter Bilderkennungsgeräte
nicht mehr möglich ist.
Die Funktionsfähigkeit der elektrochromen Schicht bleibt
erhalten, obwohl diese bei dem erfindungsgemäßen neuarti
gen Aufbau nicht mehr zwischen den beiden Elektroden
liegt und damit keinen innigen Kontakt mehr zum Elektro
lyten aufweist. Die als Elektrolyt dienende protonenlei
tende Membran und das elektrochrome Polymer sind durch
die als Elektrode dienende Metallschicht voneinander
getrennt. Da die Metallschicht jedoch so dünn aufbringbar
ist, daß sie beispielsweise noch optisch transparent
erscheinen kann, gleichzeitig aber ihre elektrische
Leitfähigkeit beibehält, können Ionen durch die Metall
schicht hindurchwandern, wobei gleichzeitig die Elektro
nenleitung in der Schicht weiterhin gegeben ist. Auf
diese Weise ist der notwendige Stoffaustausch zwischen
Membran und elektrochromem Polymer ohne Beeinträchtigung
der Funktion der Elektrode gegeben. Entsprechend können
durch einen positiven Strompuls Ladungen in das elektro
chrome Polymer injiziert und dieses dann demgemäß geladen
werden. Durch die sich nun im Polymer befindlichen Ladun
gen wird dessen Struktur verändert. Diese Strukturverän
derung hat eine Farbänderung zur Folge, deren Änderungen
und Vertiefung von der Größe des Strompulses und damit
der Anzahl der injizierten Ladungen abhängt, da hierdurch
tiefergreifende Strukturänderungen erfolgen können. Durch
einen Strompuls entgegengesetzter Richtung wird der
Ladungszustand des elektrochromen Polymers rückgängig
gemacht und die ursprüngliche Farbe wiederhergestellt.
Der Stromtransport zwischen den beiden Elektroden durch
den Festionenleiter erfolgt während des Lade- und Entla
devorgangs durch Protonenwanderung. Durch eine hohe
Mobilität der Protonen in der Membran und einen geringen
Widerstand kann die Betriebsspannung der elektrochromen
Einheit herabgesetzt werden und die Ansprechzeit erhöht
werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich
aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschrei
bung, in der ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf
die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert ist.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische und perspektivische
Ansicht einer erfindungsgemäßen
elektrochromen Einheit;
Fig. 2 ein Transmissionsspektrum für eine
elektrochrome Einheit bei unter
schiedlichen Reduktions- und Oxida
tionszuständen des elektrochromen
Polymers; und
Fig. 3 die Strukturänderung eines elektro
chromen Polymers bei Zufuhr oder
Entzug von Protonen und Ladungen.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte elektrochrome
Einheit 1 weist zunächst eine als Folie ausgebildete
protonenleitende Membran (PEM-Membran) 2 auf, die an
ihrer Ober- und Unterseite jeweils mit elektrischen
Kontaktierungen 3, 4, 5 versehen ist. Diese elektrischen
Kontaktierungen bzw. Elektroden 3, 4 verlaufen parallel
zueinander und sind in Form einer dünnen Schicht auf die
Membran 2 aufgetragen. An der Unterseite der protonenlei
tenden Membran 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
von der Elektrode 4 durch einen Spalt 6 getrennt eine
Bezugselektrode 5 angeordnet. Auf der oberen Elektrode 3
ist auf ihrer der Membran 2 abgewandten Seite das elek
trochrome Polymer 7 aufgebracht. Die Dicke der zwischen
dem elektrochromen Polymer 7 und der protonenleitenden
Membran 2 angeordneten Elektrode 3 ist dabei derart
gewählt, daß die Elektrode zum einen durchgehend und
flächig elektrisch leitfähig ist, zum anderen aber eine
ausreichende Durchlässigkeit für die Protonen besitzt.
Hierzu beträgt die Dicke der die Elektrode 3 bildenden
Metallbeschichtung wenige Nanometer. Bei dem elektrochro
men Polymer 7 kann es sich um einen Mehrschichtaufbau aus
verschiedenen Materialien oder aber um ein Einschichtsy
stem handeln.
In Fig. 2 ist ein Transmissionsspektrum für Polyanilin
als elektrochromem Material dargestellt. Die unterschied
lichen Graphen a, b und c stellen dabei das Polyanilin in
unterschiedlichen Oxidations- und Reduktionszuständen
dar. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, weist das Polyanilin im
teiloxidierten Zustand zwischen 475 und 575 nm ein Trans
missionsmaximum, also Absorptionsminimum auf. Durch
weitere Oxidation verschiebt sich dieses Absorptionsver
halten, so daß das Material im volloxidierten Zustand
(Graph b) in diesem Bereich stark absorbierend wirkt.
Durch Reduktion, also Stromumkehr (Graph c) wirkt das nun
reduzierte Polyanilin für das einfallende Licht "transpa
rent". Es weist über den gesamten dargestellten Wellen
längenbereich eine hohe Transmission auf. Dieses Verhal
ten wird durch die Farbänderung des elektrochromen Mate
rials für den Betrachter der elektrochromen Einheit auch
nach außen hin sichtbar.
In Fig. 3 ist nun die Strukturänderung eines elektrochro
men Polymers (Polyanilin) unter Ladungszufuhr und -abzug
deutlich ersichtlich. Das dargestellte Polyanilin weist
bei seiner links dargestellten Struktur, bei der der Rest
R für Wasserstoff H, Alkyl, Alkoxy etc. stehen kann, eine
transparente oder gelbe Färbung auf. In diesem ungelade
nen Zustand (linke Struktur) ist das konjugierte Doppel
bindungssystem im Polyanilin voll ausgebildet und absor
biert elektromagnetische Strahlung einer bestimmten
Wellenlänge. Durch Elektronenentzug, beispielsweise durch
eine außen angelegte Spannung, und damit Entfernen des
Wasserstoffs (Abspalten vom Stickstoff N) aus dem Poly
anilin verändert sich die Farbe des Materials in grün
bzw. blau. Durch den Elektronenentzug bleiben nun positi
ve Ladungen auf der Polymerkette zurück. Das konjugierte
Doppelbindungssystem des Polyanilin mit aromatischem
Charakter geht in ein chinoides System (rechte Struktur)
über. Die durch das Wasserstoffatom am Stickstoff gegebe
ne positive Ladung kann nun entlang der Molekülkette
wandern. Das auf diese Weise entstandene chinoide System
besitzt andere Absorptionseigenschaften und erscheint
demgemäß in einer anderen Farbe. Werden dem Material die
Elektronen durch Stromumkehr wiederum zugeführt, so
lagert sich das Wasserstoffatom wiederum am Stickstoff
an, und das elektrochrome Material erhält wiederum seine
Ausgangsfarbe. Dieser reversible Vorgang kann beliebig
häufig wiederholt werden. Je nach Größe des Strompulses
und damit Anzahl der injizierten Ladungen können mehr
oder weniger Wasserstoffatome vom Stickstoff abgespalten
werden, wodurch sich die Farbe weiter verändern und
vertiefen kann.
Claims (11)
1. Elektrochrome Einheit mit einer elektrochemischen
Zelle mit zumindest zwei auf einem Träger aufge
brachten Elektroden, einem zwischen den Elektroden
angeordneten Elektrolyten sowie mit einem auf einer
der Elektroden aufgebrachten elektrochromen Mate
rial, wie einem elektrochromen Polymer, gekennzeich
net durch eine protonenleitende Membran (2) als
Festelektrolyt und Träger für die beidseitig aufge
brachten Elektroden (3, 4), wobei das elektrochrome
Material (7) auf der der Membran (2) abgewandten
Seite der es tragenden Elektrode (3) angeordnet ist.
2. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die protonenleitende Membran (2) in Form einer
festen Folie ausgebildet ist.
3. Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß die Elektroden (3, 4) aus Metall sind.
4. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metall Gold ist.
5. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Metall Platin ist.
6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden (3, 4) auf die
Membran (2) durch Bedampfen aus der Gasphase aufge
bracht sind.
7. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß das Polymer Polyanilin ist.
8. Einheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Polymer ein Derivat des Polyanilin ist.
9. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrochrome Polymer (7)
auf die beschichtete Membran (2) durch Abscheidung
aus einer Lösung aufgebracht ist.
10. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß das elektrochrome Polymer (7)
durch Bedampfen auf die beschichtete Membran
(2) aufgebracht ist.
11. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekenn
zeichnet durch ein Mehrschichtsystem aus mehreren,
verschiedenen elektrochromen Polymeren als elektro
chromem Material.
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AT (1) | ATE324614T1 (de) |
DE (2) | DE19622600C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10246607B4 (de) * | 2002-10-05 | 2014-08-14 | Volkswagen Ag | Elektrochromer Radar-Sensor |
DE102018126263A1 (de) | 2017-11-02 | 2019-05-02 | Marvin Reimer | Interferenzfolie |
Families Citing this family (15)
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---|---|---|---|---|
DE19851717A1 (de) * | 1998-11-10 | 2000-06-15 | Magna Reflex Holding Gmbh | Elektrochrome Glasbaugruppe |
DE19912307A1 (de) * | 1999-03-19 | 2000-09-28 | Michael Baumgaertner | Aus Papier oder Gewebe (Textil) aufgebauter Bildschirm |
DE19930835B4 (de) * | 1999-07-03 | 2011-03-03 | Moeller Gmbh | Signalisationsmodul zum Erkennen und Messen einer Quellenspannung oder eines Spannungszustandes |
JP4133336B2 (ja) | 2001-03-07 | 2008-08-13 | アクレオ アーベー | エレクトロクロミックデバイス |
DE60226221T2 (de) | 2001-03-07 | 2009-05-14 | Acreo Ab | Elektrochemische pixel-einrichtung |
FR2825481B1 (fr) * | 2001-05-31 | 2003-07-18 | Commissariat Energie Atomique | Structure electrochrome souple et procedes de fabrication de cette structure |
US6940497B2 (en) * | 2001-10-16 | 2005-09-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Portable electronic reading apparatus |
US20030071780A1 (en) * | 2001-10-16 | 2003-04-17 | Vincent Kent D. | High resolution display |
JP4532908B2 (ja) * | 2002-03-07 | 2010-08-25 | アクレオ アーベー | 電気化学デバイス |
CN1304897C (zh) * | 2002-03-07 | 2007-03-14 | 阿克里奥公司 | 电化学器件 |
EP1708016B1 (de) * | 2003-01-31 | 2009-03-18 | Ntera Limited | Elektrochrome Anzeigevorrichtung und deren Herstellungsverfahren |
US7504700B2 (en) * | 2005-04-21 | 2009-03-17 | International Business Machines Corporation | Method of forming an ultra-thin [[HfSiO]] metal silicate film for high performance CMOS applications and semiconductor structure formed in said method |
FR2947435B1 (fr) * | 2009-07-03 | 2011-08-26 | Oreal | Article cosmetique incluant une structure multicouche electrochromique. |
DE102011104868A1 (de) | 2011-06-22 | 2012-12-27 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) | Arbeitshandschuh und Werkzeug mit optischer Gefährdungsanzeige |
TWI578076B (zh) * | 2015-03-31 | 2017-04-11 | 國立臺灣科技大學 | 電控變色貼紙及其製作方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0027855A1 (de) * | 1979-10-29 | 1981-05-06 | International Business Machines Corporation | Elektrochrome Anzeigevorrichtung |
JPS62144145A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Teijin Ltd | 固体型エレクトロクロミツク素子 |
JPH0281032A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | エレクトロクロミック電極およびその製造方法 |
EP0495303A2 (de) * | 1990-12-17 | 1992-07-22 | Ford Motor Company Limited | Anordnung von elektroaktiven Polymeren |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3844636A (en) * | 1972-12-13 | 1974-10-29 | American Cyanamid Co | Electrochromic mirror |
US4215917A (en) * | 1976-10-27 | 1980-08-05 | American Cyanamid Company | Ion exchange-electrolyte layer for electrochromic devices |
US4116545A (en) | 1976-10-27 | 1978-09-26 | American Cyanamid Company | Polymeric electrolyte for electrochromic display devices |
JPS5662229A (en) * | 1979-10-25 | 1981-05-28 | Asahi Glass Co Ltd | Electro-optical dimming panel |
DE3008768C2 (de) | 1980-03-07 | 1985-04-04 | Schott Glaswerke, 6500 Mainz | Elektrochromer Spiegel |
US4448493A (en) * | 1981-02-25 | 1984-05-15 | Toppan Printing Co., Ltd. | Electrochromic display device |
US4749260A (en) * | 1984-08-31 | 1988-06-07 | The Board Of Governors For Higher Education, State Of Rhode Island And Providence Plantations | Variable color transparent panels |
FR2577937B1 (fr) * | 1985-02-26 | 1987-08-07 | Commissariat Energie Atomique | Procede de preparation d'un materiau electrochrome et cellule d'affichage en comportant application |
GB9109350D0 (en) * | 1991-05-01 | 1991-06-26 | Nat Res Dev | Electrochromic device |
WO1994016356A1 (en) * | 1993-01-05 | 1994-07-21 | Martin Marietta Corporation | Improved electrode for display devices |
-
1996
- 1996-06-05 DE DE19622600A patent/DE19622600C2/de not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-05-22 DE DE59712626T patent/DE59712626D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-22 EP EP97108264A patent/EP0811871B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-22 AT AT97108264T patent/ATE324614T1/de active
- 1997-06-03 US US08/868,069 patent/US6194072B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-06-03 JP JP9144380A patent/JPH1062823A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0027855A1 (de) * | 1979-10-29 | 1981-05-06 | International Business Machines Corporation | Elektrochrome Anzeigevorrichtung |
JPS62144145A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-27 | Teijin Ltd | 固体型エレクトロクロミツク素子 |
JPH0281032A (ja) * | 1988-09-19 | 1990-03-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | エレクトロクロミック電極およびその製造方法 |
EP0495303A2 (de) * | 1990-12-17 | 1992-07-22 | Ford Motor Company Limited | Anordnung von elektroaktiven Polymeren |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Heinisch, C.: Elektrochrome Fenster ein Schritt weiter, In: Physik in unserer Zeit, 1993, 24, Nr. 6, S. 257 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10246607B4 (de) * | 2002-10-05 | 2014-08-14 | Volkswagen Ag | Elektrochromer Radar-Sensor |
DE102018126263A1 (de) | 2017-11-02 | 2019-05-02 | Marvin Reimer | Interferenzfolie |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ATE324614T1 (de) | 2006-05-15 |
US6194072B1 (en) | 2001-02-27 |
JPH1062823A (ja) | 1998-03-06 |
EP0811871A2 (de) | 1997-12-10 |
EP0811871A3 (de) | 1998-04-01 |
EP0811871B1 (de) | 2006-04-26 |
DE59712626D1 (de) | 2006-06-01 |
DE19622600C2 (de) | 2001-08-02 |
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