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PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrooptische Zelle, insbesondere für Anzeigezwecke, mit einer Arbeitselektrode, deren optische Eigenschaften elektrisch steuerbar sind, einer Gegenelektrode, einem zwischen den beiden Elektroden angeordneten Elektrolyten und Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung und elektrischen Stroms, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselektrode aus einer interkalierbaren Schichtstruktur besteht.
2. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselektrode aus Graphit oder interkaliertem Graphit besteht.
3. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt transparent ist.
4. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt nicht transparent ist.
5. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt fest ist.
6. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Supraionenleiter ist.
7. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt mit einem metallischen lonenre- servoir in Verbindung steht.
8. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt aus Li3N bzw. Li-ss-Aluminat besteht.
9. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt flüssig ist.
10. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Elektrolyt aus organischen Lösungsmitteln mit einem oder mehreren gelösten Salzen besteht.
11. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssige Elektrolyt aus einem in Dimethylsulfoxid gelösten K-, Na-, Li-, Be-, Ba-Salz besteht.
12. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt gel- bzw. pastenförmig ist.
13. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Interkalation eingelagerte Substanz aus einem Elektronendonator für das Graphit besteht.
14. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Donatorsubstanz ein Metall, ein Metallgemisch oder eine Metallverbindung ist.
15. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Donatorsubstanz Metalle der Alkalioder Erdalkaligruppe enthält.
16. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Lithium, Natrium oder Kalium ist.
17. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Rubidium oder Caesium ist.
18. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Interkalation eingelagerte Substanz aus einem Elektronenakzeptor für das Graphit besteht.
19. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Akzeptorsubstanz Halogene und Halogenverbindungen enthält.
20. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Akzeptorsubstanz Säuren oder Salze enthält.
21. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode durchsichtig ist.
22. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselektrode durch die gesamte Schichtdicke interkaliert ist, wodurch die Farbreaktion rückseitig sichtbar ist.
23. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitselektrode segmentiert ist.
24. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode segmentiert ist.
25. Elektrooptische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Arbeits- und Gegenelektrode eine Referenzelektrode vorhanden ist.
Die Erfindung betrifft eine elektrooptische Zelle, insbesondere für Anzeigezwecke, mit einer Arbeitselektrode, deren optische Eigenschaften elektrisch steuerbar sind, einer Gegenelektrode, einem zwischen den beiden Elektroden angeordneten Elektrolyten und Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms. Die Zelle kann ausserdem mit einer dritten Elektrode versehen werden.
Bekannt sind als elektrochrom bezeichnete elektrooptische Zellen, deren Elektrochromieeffekt darin besteht, dass durch Anlegen eines elektrischen Feldes oder durch die Wirkung eines elektrischen Stroms die Absorptionseigenschaften der elektrochromen Schicht für durchgehendes Licht so geändert werden, dass diese Schicht beispielsweise in einem Schaltzustand für Licht durchlässig und im anderen Schaltzustand ganz oder teilweise undurchlässig ist. Die Absorption im elektrochromen Material ist in der Regel frequenzselektiv, so dass mit dem Effekt farbige Anzeigen hergestellt werden können.
Auf dem Effekt der Elektrochromie beruhende elektrooptische Zellen dieser Art sind beispielsweise beschrieben in Green, M.
et al. in Solid Films, 38 (1976) 89-100; in Chang, J. F. et al., Journal of the Electrochemical Society, 122 no. 7 (1975) 955962 und in zahlreichen weiteren Publikationen, sowie auch in einer Reihe von Patentbeschreibungen von denen hier beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 603 200 genannt werden soll. Die angegebenen Literaturstellen enthalten umfangreiche Hinweise auf die weiteren hier nicht erwähnten Druckschriften.
Auf dem oben erwähnten, bekannten Elektrochromieeffekt beruhende elektrooptische Vorrichtungen benötigen bei höheren Schaltfrequenzen eine verhältnismässig hohe Leistung, bei
1 Hz typisch etwa das 100-fache der bei Flüssigkristall-Feldeffekten üblichen Werte.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrooptische Zelle bereitzustellen, die auf einem von dem bekannten Elektrochromieeffekt verschiedenen Effekt beruht und daher nicht die Nachteile des bekannten Elektrochromieeffekts, wohl aber dessen Vorteile aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht durch eine elektroopti sche Zelle der eingangs genannten Art, die sich dadurch auszeichnet, dass die Arbeitselektrode aus einer interkalierbaren
Schichtstruktur besteht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Arbeitselektrode aus Graphit. Der Begriff Graphit soll alle bekannten Graphitformen umfassen, unter anderem beispielsweise hochorientierten pyrolytischen Graphit (HOPG), aufgedampften Graphit, glasartigen Graphit, Graphitfolie (Grafoil, Sigraflex).
Eine Schichtstruktur wird als interkalierbar bezeichnet, wenn durch chemische oder elektrochemische Reaktion Fremdatome oder -moleküle vorwiegend zwischen die Schichten des Ausgangsmaterials gebracht werden können. So ist beispielsweise bekannt, dass bei derart interkalierten Graphit-Einlagerungsverbindungen metallische Leitfähigkeiten vergleichbar mit denen von Kupfer und Aluminium erreicht werden. Auch die optischen Eigenschaften von Graphit werden durch Interkalation sehr stark verändert. Häufig erfolgt die Interkalation durch Gasphasenreaktionen [A. Herold, Bull. Soc. Chim. fr. 999 (1955)]. Die Interkalation kann jedoch auch elektrochemisch erfolgen ([M. J. Bottomley et al, J. Chem. Soc, (1963) 5674].
Die vorliegende Erfindung beruht darauf, dass die optische Reflexion der Schichtstruktur durch die elektrochemische Einlagerung von Fremdatomen elektrisch gesteuert werden kann.
Zu diesem Zweck kann die Schichtstruktur in einem vorbereite
ten Arbeitsgang teilweise interkaliert werden. Je nach Material der Schichtstruktur und der verwendeten Fremdatome und ihrer Menge ergeben sich unterschiedliche Farbeffekte. Die für Anzeigezwecke nutzbare optische Veränderung der Oberfläche der Schichtstruktur besteht in den Farbunterschieden, die eine Einlagerungsverbindung bei verschiedenen Konzentrationen eingelagerter Fremdatome aufweist, sowie in den Farbunterschieden zwischen eingelagertem und nichteingelagertem Zustand. Da man mit ein und derselben Einlagerungsverbindung in der Regel mehrere Farben herstellen kann, sind elektrooptische Anzeigen der beschriebenen Art auch als mehrfarbige Anzeigen verwendbar.
Die Injektion der Fremdatome in die Schichtstruktur kann aus den verschiedensten Ionenleitern, die sich in verschiedenen Aggregatzuständen befinden, erfolgen. Somit eignen sich also sowohl flüssige als auch feste Elektrolyten, die entweder die zur Interkalation erforderlichen Ionen enthalten oder deren Zuführung von einem Reservoir zur Schichtstruktur ermöglichen. Der Begriff Elektrolyt soll hierbei gel- bzw. pastenförmige Beschaffenheit desselben mitumfassen.
Zum Zweck der Einlagerung der Fremdatome in die Schichtstruktur wird zwischen Arbeitselektrode und Gegenelektrode eine elektrische Spannung oder ein elektrischer Strom angelegt. Der Zustand der Arbeitselektrode kann mittels einer Referenzelektrode kontrolliert werden. Zu diesem Zweck sind elektrische Zuleitungen zu den Elektroden vorgesehen.
Für die Anzeige eines bestimmten Musters beispielsweise einer Ziffer oder eines Buchstabens werden übliche Techniken der Segmentierung der Elektrode oder der Gegenelektrode angewendet. Solche Segmentierungstechniken sind von Elektrochromie-Zellen oder von Flüssigkristallzellen her bekannt.
Die Anordnung aus Elektroden, Elektrolyt und Gegenelektrode kann zwischen zwei äusseren Trägerplatten angeordnet sein, die entlang ihrem Rand miteinander verbunden und im Fall eines flüssigen Elektrolyts abgedichtet sind. Diese Trägerplatten zusammen mit ihren verbindenden Teilen, wie Ab standshaltem, Dichtung etc. sollen für den Zweck dieser Beschreibung unter dem Begriff Gehäuse zusammengefasst werden.
Es gibt grundsätzlich drei verschiedene Arten des Betriebs einer solchen Zelle. Diese sind a) die Betrachterseite ist der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Arbeitselektrode zugewandt b) die Betrachterseite ist von der Grenzfläche zwischen Elektrolyt und Arbeitselektrode abgewandt c) die Betrachterseiten sind die freien Oberflächen der Arbeitselektrode bei seitlicher Kontaktierung mit dem Elektrolyten.
Wie vorstehend erwähnt, gibt es grundsätzlich zwei verschiedene Arten des Betriebs einer solchen Zelle in Draufsicht.
Sämtliche zwischen dem Betrachter und der Arbetiselektrode liegenden Gehäuseteile und Leiter (Elektrolyt und Elektroden) müssen lichtdurchlässig sein. Lichtdurchlässige Elektroden sind bekannt und bestehen beispielsweise aus Glasplatten, die mit SnO2 oder InO2 beschichtet sind.
Nachfolgend sind anhand der beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anzeigezelle nach der Erfindung mit transparentem Elektrolyten.
Figur 2 eine Zelle für rückseitige Betrachtung mit nicht transparentem Elektrolyten.
Figur 3 eine Zelle bei der die Betrachtung von beiden Seiten möglich ist.
Der in Figur 1 im Schnitt gezeigte Ausschnitt aus einer elektrooptischen Anzeige wird auf der Betrachterseite von einem Schauglas 1 begrenzt, das mit einer transparenten Elektrode 2, beispielsweise aus Indiumoxid, beschichtet ist. Die Elektrode 2 ist zur Darstellung eines Musters geeignet segmentiert. Die einzelnen Segmente sind mit entsprechenden elektrischen Zuleitungen (nicht gezeigt) versehen.
An die Elektrode grenzt eine Schicht aus einem transparenten Elektrolyten 3. Der Elektrolyt besteht aus LiNO3, gelöst in absolutiertem Dimethylsulfoxyd mit einer Konzentration von 0,1 bis 1 Mol pro Liter.
Auf der andern Seite ist die Elektrolytschicht durch eine Graphit-Elektrode 4 begrenzt, die als Kathode geschaltet ist.
Die Graphit-Elektrode befindet sich als Schicht auf einem Deckglas 5, das die Anordnung auf der anderen Seite abschliesst. Nicht gezeigt ist in dieser schematischen Zeichnung die Abdichtung und Abstandhaltung zwischen den Rändern der beiden Platten. Diese Dichtung und Abstandshaltung wird in üblicher Weise wie von anderen Zelltechnologien her bekannt, vorgenommen.
Die Graphit-Schicht wird in einem vorbereitenden Arbeitsgang teilweise interkaliert. Dies erfolgt durch Anlegen einer Spannung von beispielsweise 3,3 Volt während 3 Stunden. Eine Erhöhung der angelegten Spannung auf 3,8 Volt liefert nach ca.
20 Minuten eine rote bis gelbe Farbe der Graphit-Schicht 4.
Damit ist die Anzeigevorrichtung betriebsbereit.
Durch Anlegen eines Spannungsimpulses mit einer Höhe von 1,5 bis 4 Volt kann die Farbe je nach Polarität der angelegten Spannung reversibel zwischen gelb, orange, rot und schwarz geändert werden. Je nach dem Aufbau der Zelle fliessen beispielsweise Spitzenströme von typisch 10 mA/cm2. Die Spannung wird nur zum Ein- und Ausschalten der Färbung benötigt, d.h. während der Farbanzeige wird für die Dauer von einigen Minuten bis mehr als 10 Minuten keine Leistung benötigt. Die Farbanzeige kann im Dauerbetrieb über längere Zeiten (Tage) durch Spannungsimpulse in bestimmten Abständen aufrechterhalten werden.
Die in Figur 2 ausschnittweise im Schnitt gezeichnete Zelle ist wie erwähnt, von der dem Elektrolyt abgewandten Seite beobachtbar. Zu diesem Zweck ist bei dieser Version das Schauglas 1 mit einer dünnen Graphit-Schicht 6 beschichtet. Die Graphit-Schicht ist auch bei dieser Ausführungsform im Herstellungsprozess vorinterkaliert worden.
An die Graphit-Schicht schliesst sich eine Schicht eines nicht transparenten Elektrolyten 7 an. Hierfür eignen sich besonders gut feste Supraionenleiter, beispielsweise Li3N oder Li-ss-AI- uminat.
Auf der anderen Seite ist der Elektrolyt durch eine Metallschicht 8 begrenzt, die als Ionenreservoir dient. Für Anzeigezwecke kann entweder die Graphitschicht 6/oder Metallschicht 8 entsprechend segmentiert werden.
Die Kontakte zwischen dem Graphit und dem Ionenleiter bzw. dem Ionenleiter und dem Metall werden vorzugsweise in einem Hochvakuum von 10-6 Torr oder in hochreiner Argonatmosphäre hergestellt. Dazu wurde im vorliegenden Fall eine Hochvakuum-Argonkammer aus rostfreiem Stahl benutzt.
Das Metall im Kontakt mit dem Ionenleiter ist als Anode geschaltet und liefert, wie erwähnt, die Fremdatome zum Injizieren in die Graphit-Schicht. Bei dieser Ausführungsform färbt sich die Grenzfläche zwischen Graphit-Schicht und Schauglas bei Anlegen einer geeigneten Spannung.
Figur 3 zeigt eine alternative Lösung mit festem Elektrolyten. Diese Zelle ist von beiden Seiten beobachtbar. Sie besteht aus zwei transparenten Trägerplatten 1, die innenseitig mit transparenten Elektrodenschichten 2 versehen sind. Auf einer der Platten ist über der Elektrode eine Graphit-Schicht 6 aufgebracht. Eine Schicht aus einem festen Supraionenleiter 7, im vorliegenden Fall Li3N, schliesst sich an die Graphitschicht an.
Des weiteren ist wiederum eine metallische Li-Schicht 8 als Ionenreservoir vorhanden. Der undurchsichtige Festelektrolyt 7 bedeckt die Graphitschicht nur teilweise, so dass eine Betrachtung von beiden Seiten möglich ist.
Infolge der einfachen und zuverlässigen Bau- und Funktionsweise, den sehr kostengünstigen Ausgangsmaterialien und besonders dem geringen Leistungsverbrauch eignet sich die Erfindung für alle Arten von Anzeigen, insbesondere jedoch für grossflächige Anzeigen. Besondere Bedeutung hat die Erfindung für mehrfarbige elektrooptische Anzeigen. Aber auch bei kleinen Anzeigen wie beispielsweise solchen für Rechner, Instrumente etc. oder auch für Videoanzeigen können die Eigenschaften der erfindungsgemässen Vorrichtung mit Vorteil ausgenutzt werden. Die Erfindung eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von mehrfarbigen Anzeigen.
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PATENT CLAIMS
1. Electro-optical cell, in particular for display purposes, with a working electrode whose optical properties are electrically controllable, a counter electrode, an electrolyte arranged between the two electrodes and means for applying an electrical voltage and electrical current, characterized in that the working electrode consists of an intercalatable Layer structure exists.
2. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the working electrode consists of graphite or intercalated graphite.
3. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is transparent.
4. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is not transparent.
5. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is solid.
6. Electro-optical cell according to claim 5, characterized in that the electrolyte is a supraion conductor.
7. Electro-optical cell according to claim 6, characterized in that the electrolyte is connected to a metallic ion reservoir.
8. Electro-optical cell according to claim 6, characterized in that the electrolyte consists of Li3N or Li-ss-aluminate.
9. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is liquid.
10. Electro-optical cell according to claim 9, characterized in that the liquid electrolyte consists of organic solvents with one or more dissolved salts.
11. Electro-optical cell according to claim 10, characterized in that the liquid electrolyte consists of a K, Na, Li, Be, Ba salt dissolved in dimethyl sulfoxide.
12. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the electrolyte is gel or pasty.
13. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the substance embedded by intercalation consists of an electron donor for the graphite.
14. Electro-optical cell according to claim 13, characterized in that the donor substance is a metal, a metal mixture or a metal compound.
15. Electro-optical cell according to claim 14, characterized in that the donor substance contains metals of the alkali or alkaline earth group.
16. Electro-optical cell according to claim 15, characterized in that the metal is lithium, sodium or potassium.
17. Electro-optical cell according to claim 14, characterized in that the metal is rubidium or cesium.
18. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the substance embedded by intercalation consists of an electron acceptor for the graphite.
19. Electro-optical cell according to claim 18, characterized in that the acceptor substance contains halogens and halogen compounds.
20. Electro-optical cell according to claim 18, characterized in that the acceptor substance contains acids or salts.
21. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the counter electrode is transparent.
22. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the working electrode is intercalated through the entire layer thickness, as a result of which the color reaction is visible from the rear.
23. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the working electrode is segmented.
24. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that the counter electrode is segmented.
25. Electro-optical cell according to claim 1, characterized in that a reference electrode is provided in addition to the working and counter electrodes.
The invention relates to an electro-optical cell, in particular for display purposes, with a working electrode whose optical properties can be controlled electrically, a counter electrode, an electrolyte arranged between the two electrodes and means for applying an electrical voltage or an electrical current. The cell can also be provided with a third electrode.
Electrochromic cells are known as electrochromic cells, the electrochromic effect of which is that the application of an electric field or the effect of an electric current changes the absorption properties of the electrochromic layer for continuous light in such a way that this layer is transparent to light, for example, in a switching state other switching state is completely or partially impermeable. The absorption in the electrochromic material is generally frequency-selective, so that colored displays can be produced with the effect.
Electro-optical cells of this type based on the effect of electrochromism are described, for example, in Green, M.
et al. in Solid Films, 38 (1976) 89-100; in Chang, JF et al., Journal of the Electrochemical Society, 122 no. 7 (1975) 955962 and in numerous other publications, as well as in a number of patent descriptions, of which German Offenlegungsschrift No. 2 603 200, for example, is to be mentioned here . The cited references contain extensive references to the other publications not mentioned here.
Electro-optical devices based on the known electrochromic effect mentioned above require relatively high power at higher switching frequencies
1 Hz typically around 100 times the values usual for liquid crystal field effects.
The invention is based on the object of providing an electro-optical cell which is based on an effect which differs from the known electrochromic effect and therefore does not have the disadvantages of the known electrochromic effect, but does have its advantages.
According to the invention, this is achieved by an electro-optic cell of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the working electrode consists of an intercalatable
Layer structure exists.
According to a preferred embodiment of the invention, the working electrode consists of graphite. The term graphite is intended to include all known forms of graphite, including, for example, highly oriented pyrolytic graphite (HOPG), vapor-deposited graphite, glass-like graphite, graphite foil (Grafoil, Sigraflex).
A layer structure is said to be intercalable if foreign atoms or molecules can be brought mainly between the layers of the starting material by chemical or electrochemical reaction. For example, it is known that with such intercalated graphite intercalation connections, metallic conductivities comparable to those of copper and aluminum are achieved. The optical properties of graphite are also very strongly changed by intercalation. The intercalation is often carried out by gas phase reactions [A. Herold, Bull. Soc. Chim. fr. 999 (1955)]. However, the intercalation can also be carried out electrochemically ([M. J. Bottomley et al, J. Chem. Soc, (1963) 5674].
The present invention is based on the fact that the optical reflection of the layer structure can be electrically controlled by the electrochemical incorporation of foreign atoms.
For this purpose the layer structure can be prepared in one
part of the work process. Depending on the material of the layer structure and the foreign atoms used and their quantity, there are different color effects. The optical change in the surface of the layer structure that can be used for display purposes consists in the color differences that an intercalation compound exhibits at different concentrations of intercalated foreign atoms, and in the color differences between the intercalated and non-intercalated state. Since it is generally possible to produce several colors with one and the same storage connection, electro-optical displays of the type described can also be used as multi-color displays.
The foreign atoms can be injected into the layer structure from a wide variety of ion conductors, which are in different states of matter. Thus, both liquid and solid electrolytes are suitable, which either contain the ions required for intercalation or enable them to be fed from a reservoir to the layer structure. The term electrolyte is intended to include the gel or paste-like nature of the same.
For the purpose of embedding the foreign atoms in the layer structure, an electrical voltage or an electrical current is applied between the working electrode and the counter electrode. The condition of the working electrode can be checked using a reference electrode. For this purpose, electrical leads to the electrodes are provided.
For the display of a specific pattern, for example a number or a letter, customary techniques of segmenting the electrode or the counter electrode are used. Such segmentation techniques are known from electrochromic cells or from liquid crystal cells.
The arrangement of electrodes, electrolyte and counterelectrode can be arranged between two outer carrier plates which are connected to one another along their edge and are sealed in the case of a liquid electrolyte. These carrier plates together with their connecting parts, such as from spacing, seal, etc. should be summarized for the purpose of this description under the term housing.
There are basically three different ways of operating such a cell. These are a) the observer side faces the interface between the electrolyte and the working electrode b) the observer side faces away from the interface between the electrolyte and the working electrode c) the observer sides are the free surfaces of the working electrode in the event of lateral contact with the electrolyte.
As mentioned above, there are basically two different ways of operating such a cell in plan view.
All housing parts and conductors (electrolyte and electrodes) lying between the viewer and the working electrode must be translucent. Translucent electrodes are known and consist, for example, of glass plates coated with SnO2 or InO2.
Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawings. Show it
Figure 1 is a schematic representation of a display cell according to the invention with transparent electrolyte.
Figure 2 shows a cell for rear viewing with non-transparent electrolyte.
3 shows a cell in which viewing from both sides is possible.
The section of an electro-optical display shown in section in FIG. 1 is delimited on the observer side by a sight glass 1 which is coated with a transparent electrode 2, for example made of indium oxide. The electrode 2 is segmented in a suitable manner to represent a pattern. The individual segments are provided with corresponding electrical leads (not shown).
A layer of a transparent electrolyte 3 borders on the electrode. The electrolyte consists of LiNO3, dissolved in absolute dimethyl sulfoxide with a concentration of 0.1 to 1 mol per liter.
On the other hand, the electrolyte layer is delimited by a graphite electrode 4, which is connected as a cathode.
The graphite electrode is located as a layer on a cover glass 5, which closes the arrangement on the other side. Not shown in this schematic drawing is the sealing and spacing between the edges of the two plates. This sealing and spacing is carried out in the usual way, as is known from other cell technologies.
The graphite layer is partially intercalated in a preparatory step. This is done by applying a voltage of, for example, 3.3 volts for 3 hours. An increase in the applied voltage to 3.8 volts provides about
A red to yellow color of the graphite layer 4 for 20 minutes.
The display device is now ready for operation.
By applying a voltage pulse with a height of 1.5 to 4 volts, the color can be reversibly changed between yellow, orange, red and black depending on the polarity of the voltage applied. Depending on the structure of the cell, peak currents of typically 10 mA / cm2 flow, for example. The voltage is only needed to switch the coloring on and off, i.e. during the color display, no power is required for a period of a few minutes to more than 10 minutes. The color display can be maintained in continuous operation over longer times (days) by voltage pulses at certain intervals.
The cell drawn in section in FIG. 2, as mentioned, can be observed from the side facing away from the electrolyte. For this purpose, the sight glass 1 is coated with a thin graphite layer 6 in this version. The graphite layer has also been pre-intercalated in this embodiment in the manufacturing process.
A layer of a non-transparent electrolyte 7 is connected to the graphite layer. Solid supraion conductors, for example Li3N or Li-ss-Aluminate, are particularly suitable for this.
On the other hand, the electrolyte is delimited by a metal layer 8, which serves as an ion reservoir. Either graphite layer 6 / or metal layer 8 can be segmented accordingly for display purposes.
The contacts between the graphite and the ion conductor or the ion conductor and the metal are preferably produced in a high vacuum of 10-6 Torr or in a high-purity argon atmosphere. In the present case, a high-vacuum argon chamber made of stainless steel was used for this.
The metal in contact with the ion conductor is connected as an anode and, as mentioned, supplies the foreign atoms for injection into the graphite layer. In this embodiment, the interface between the graphite layer and the sight glass changes color when a suitable voltage is applied.
Figure 3 shows an alternative solution with solid electrolyte. This cell is observable from both sides. It consists of two transparent carrier plates 1, which are provided on the inside with transparent electrode layers 2. A graphite layer 6 is applied to one of the plates above the electrode. A layer of a solid supraion conductor 7, in the present case Li3N, adjoins the graphite layer.
Furthermore, a metallic Li layer 8 is also present as an ion reservoir. The opaque solid electrolyte 7 only partially covers the graphite layer, so that viewing from both sides is possible.
As a result of the simple and reliable construction and functioning, the very inexpensive starting materials and in particular the low power consumption, the invention is suitable for all types of displays, but in particular for large-area displays. The invention is of particular importance for multicolored electro-optical displays. However, the properties of the device according to the invention can also be advantageously used in the case of small displays, such as those for computers, instruments, etc. or also for video displays. The invention is also particularly suitable for the production of multicolored displays.