CH640642A5

CH640642A5 - Elektrochrome anzeigevorrichtung und verfahren zu deren herstellung.

Info

Publication number: CH640642A5
Application number: CH65379A
Authority: CH
Inventors: Kohzo Yano; Hiroaki Kato; Yasuhiko Inami; Hisashi Uede
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1978-01-23
Filing date: 1979-01-23
Publication date: 1984-01-13
Also published as: DE2902106A1; JPS5821268B2; US4264150A; DE2902106C2; JPS5499596A

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrochrome Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und bezieht sich ausserdem auf ein Verfahren zu deren Herstellung.

Elektrochrome Anzeigevorrichtungen der genannten Art enthalten ein elektrochromes Material, welches durch Anlegen eines elektrischen Feldes reversiblen Farbänderungen unterworfen wird. Diese elektrochromen Anzeigevorrichtungen haben einen sandwichartigen Aufbau.

Eine aus der DE-OS 28 02 728 bekannte elektrochrome Anzeigezelle enthält ein poröses Trennelement und/oder ein Filter-Trennelement, das bzw. die mit einem Elektrolyten imprägniert sind. Ein vorhandener Hohlraum dient zum Ausgleich einer räumlichen Expansion des Elektrolyten bei steigender Temperatur. Das Filter oder Trennelement begrenzt mit Ausnahme des Anzeigebereichs den übrigen Hohlraum. Da das Filter oder Trennelement aus Glasfasern oder dergleichen herggestellt ist, kann keine Lichtreflexion entstehen, so dass dieses Element auch nicht als Hintergrund für die elektrochrome Materialschicht verwendet werden kann.

Ein weiteres Problem ergibt sich daraus, dass das poröse Trenn- oder Filterelement nur mit vergleichsweise grossen technischen Schwierigkeiten im Vakuum vollständig mit dem Elektrolyten imprägniert werden kann. Doch selbst bei vorheriger Imprägnierung im Vakuum zeigt sich, dass aufgrund der feinen Porosität nicht mit Elektrolyt getränkte Bereiche innerhalb des Trenn- oder Filterelements zurückbleiben können, die später im Betrieb der Anzeigevorrichtung zu Un-gleichmässigkeiten bei der Anzeige, zu Fading-Problemen und einem unbefriedigendem Sichtwinkelbereich führen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, bei einer elektrochromen Anzeigevorrichtung der eingangs genannten Gattung, die ein poröses Trennelement enthält, einerseits eine zuverlässig vollständige Imprägnierung des Trennelements mit dem Elektrolyten zu erreichen um so die genannten, insbesondere lokal auftretenden Anzeige-Fading-Probleme zu vermeiden und gleichzeitig einen guten reflektierenden Hintergrund zu erhalten.

Die erfindungsgemässe Lösung besteht darin, dass das poröse Trennelement lyophil behandelt ist, so dass es vollständig mit dem Elektrolyten imprägniert ist.

Ein vorteilhaftes Verfahren zur lyophilen Behandlung des Trennelements ist Gegenstand des Patentanspruchs 15.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ausser in der eingangs genannten DE-OS 28 02 728 sind auch in der DE-OS 25 45 391 Materialien für das zwischen eine elektrochrome Schicht auf einer Anzeigeelektrode und

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eine Gegenelektrode eingebrachte Trennelement beschrieben, Stellung von Filterpapieren angewandten hydrophilen Be-

die aus porösem Polypropylen, porösem Teflon, porösem Po- handlungen ähnlich.

lyäthylen, Nitrozellulose und Zellulosenitrat bestehen kön- Als Elektrolyt in einer elektrochromen Anzeigevorrich-nen. Solche porösen Kunststoffmaterialien sind jedoch in der tung wird vorzugsweise ein polares Lösungsmittel mit einer Regel von Haus aus lyophob, so dass die Imprägnierung mit 5 hohen Dielektrizitätskonstante verwendet. Der Kontaktwin-dem Elektrolyten auch im Vakuum schwierig ist und ohne die kel zwischen dem Trennelement 16 und dem polaren Lö-erfindungsgemässe lyophile Behandlung die oben aufgezeig- sungsmittel ist so gewählt, dass er aufgrund der lyophilen Beten Schwierigkeiten auftreten. handlung in einen unterhalb 20° liegenden Bereich fällt.

In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt die Gegen- Das so behandelte Trennelement 16 lässt sich leicht mit elektrode beim Anlegen eines elektrischen Feldes durch Bil- i0 dem Elektrolyten imprägnieren, und ausserdem hat das dung einer Pigmentschicht auf einem porösen Film eine von Trennelement 16 genügend Farbintensität, um als Hinter-

der Farbbildung auf der elektrochromen Schicht unterschied- grund für eine elektrochrome Schicht verwendet zu werden,

liehe Färbung an. Durch Auftragen eines Kunstharzes auf die Die Affinität zwischen dem Trennelement 16 und dem Elek-

Pigmentschicht wird letztere auf der Oberfläche des porösen trolyt ist gegeben. Das Trennelement 16 hat genügend elektri-

Films eingegrenzt. Dieser poröse Film wird einer lyophilen 15 sehe Leitfähigkeit, wenn es den Elektrolyt enthält. Innerhalb

Behandlung unterzogen, damit er besser mit dem Elektroly- der elektrochromen Anzeigezelle ist ein Hohlraum vorgese-

ten imprägniert werden und eine möglichst grosse Menge des hen, um die räumliche Expansion des Elektrolyten bei stei-

Elektrolyten aufnehmen kann. gender Temperatur aufzufangen. Weil das lyophil behandelte

Beim Herstellungsverfahren lässt sich der Kontaktwinkel Trennelement 16 den Elektrolyten stärker absorbiert als der zwischen der porösen Schicht und einem polaren Lösungsmit- 20 Hohlraum, ist ein Auslaufen des Elektrolyten in den in der tel wie dem Elektrolyten in der elektrochromen Anzeigevor- elektrochromen Anzeigezelle vorhandenen Hohlraum ausgerichtung so einstellen, dass er in einen Bereich fällt, der kleiner schlössen.

als 20° ist. Das polare Lösungsmittel hat eine hohe Dielektri- Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung zitätskonstante. beschrieben.

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Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung auf- Beispiel 1

weisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Die elektrochrome Anzeigevorrichtung, in welcher das

Zeichnung näher erläutert. Es zeigt zuvor beschriebene Trennelement 16 untergebracht ist, be-

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Trennelement steht aus einem ebenen Glassubstrat 32 mit einer darauf be-

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mit dem Trennele- 30 findlichen transparenten Elektrode 30, die beispielsweise aus ment von Fig. 1 versehene elektrochrome Anzeigevorrichtung Indiumoxid (InÒ2) hergestellt ist, und einer aus einem bevor-und zugten elektrochromen Material wie Wolframoxid (W03)

Fig. 3 ein Diagramm zu einer Temperaturbehandlung, hergestellten elektrochromen Schicht 28.

welcher die Anzeigevorrichtung von Fig. 2 unterzogen wurde. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel ist das Glas-Das in Fig. 1 dargestellte Trennelement 16 besteht aus ei- 35 substrat 32 eine 1 mm dicke Glasplatte, auf der die elektro-nem porösen Film 10, einem pigmentierten Film 12 und einer chrome Schicht 28 im Vakuum aufgebracht ist. Es sind aber Kunstharzschicht 14. Der poröse Film 10 ist ein aus dem un- auch andere Verfahren wie Aufsprühen, eine elektrochemi-ter der Handelsbezeichnung «Teflon» bekannten Tetraflu- sehe Ablagerung, ein Sprüh- oder Siebdruckverfahren mög-oräthylen, Polypropylen, Polyäthylen oder dergleichen herge- lieh. Diese aus dem Glassubstrat 32, der leitfähigen transpa-stelltes Filtermaterial mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm und 40 renten Elektrode 30 und der elektrochromen Schicht 28 beste-mit einer Porosität von vorzugsweise 50 bis 80 %. Der pig- hende Baugruppe ist mit einem entsprechenden Muster zur mentierte Film 12 ist durch Auftragen oder Aufsprühen eines Anzeige eines gewünschten Bildes in Form von Buchstaben, geeigneten Pigmentmaterials auf den porösen Film 10 erzeugt Zahlen, Symbolen oder dergleichen versehen.

worden. Das benutzte Pigmentmaterial enthält Titanoxid- In einem tellerförmigen Glassubstrat 22 befindet sich eine oder Bariumsulfat-Partikel, die mit 10 bis 30 Gew.-% unter 45 Gegenelektrode 20, um das elektrochrome Phänomen an der gleichmässiger Verteilung in einem geeigneten Lösungsmittel elektrochromen Schicht 28 entstehen zu lassen. Das ebene dispergiert worden sind. Der pigmentierte Film 12 ist vor- Glassubstrat 32 und das tellerförmige Glassubstrat 22 sind zugsweise 0,01 bis 0,03 mm dick. über ein Dichtungselement 26 miteinander verklebt und bil-

Die Kunstharzschicht 14 besteht entweder aus einem Co- den so die geschlossene Anzeigevorrichtung.

polymer von Tetrafluoräthylen und Äthylen oder aus einer 50 Das Dichtungselement 26 ist unter Anwendung eines Fluorid-Gummibeschichtung. Dieses Material ist durch Be- Siebdruckverfahrens mit dem Aufbringen eines Dichtungs-sprühen oder Bestreichen auf den pigmentierten Film 12 auf- mittels erzeugt worden. Die Ausnehmung in dem tellerförmi-getragen. Die Kunstharzschicht 14 ist etwa 0,01 bis 0,02 mm gen Glassubstrat 22 ist 1 mm tief. Die Gegenelektrode 20 bedick. Alternativ dazu kann auch ein Pigment in dem Kunst- steht aus zwei Filmen, die aus Nickel- und Wolframoxid be-harz gelöst werden und dieses Präparat dann direkt auf den 55 stehen und beispielsweise unter Anwendung von Vakuumporösen Film 10 aufgetragen werden. In diesem Fall wird Aufdampftechniken hergestellt sind.

man der Kunstharzbeschichtung etwa 5 Vol.-% des Pigments Das lyophil behandelte Trennelement 16 von Fig. 1 hat zusetzen. eine Dicke von etwa 0,25 mm und befindet sich in Fig. 2 zwi-

Das Trennelement 16 ist zur Aufnahme eines Elektrolyten sehen der elektrochromen Schicht 28 und der Gegenelektrode einer elektrochromen Anzeigevorrichtung einer lyophilen Be- 60 20. Der poröse Film 10 des Trennelementes 16 ist ein poröses handlung unterzogen worden, die beispielsweise in der Weise weisses Teflon-Filtermaterial. Das Trennelement 16 dient hier durchgeführt wird, dass man durch Eintauchen oder Bestrei- als wasseranziehendes Element und als Hintergrund für die chen die Oberfläche des Trennelementes mit oberflächenakti- elektrochrome Schicht 28.

ven Mitteln aus Fluorid bzw. einer Fluorverbindung be- Ein weiteres Filter 18 in Form eines Glasfaserplättchens schichtet. Anschliessend wird das Trennelement 16 entweder 65 befindet sich zwischen dem Trennelement 16 und der Gegengebrannt oder radioaktiven Strahlen ausgesetzt, damit eine elektrode 20. Das Filter 18 ist elastisch und drückt das Trenn-Reaktion mit den oberflächenaktiven Mitteln stattfindet. element 16 in Richtung auf die elektrochrome Schicht 28 und

Diese lyophile Behandlung ist den auf dem Gebiet der Her- sich selbst an die Gegenelektrode 20. Bei dem Ausführungs-

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beispiel von Fig. 2 entsteht eine elektrochemische Reaktion Schicht 28 und sich selbst gegen die Gegenelektrode 20 zu zwischen der Gegenelektrode 20 und der elektrochromen drücken. Die elektrochrome Schicht 28 verblieb in vollendeter

Schicht 28 über den Elektrolyten, mit dem das Trennelement elektrischer Relation zur Gegenelektrode 20 über den Elek-

16 u nd der Filter 18 imprägniert sind. Als Material für das troly ten.

Filter 18 eignet sich auch Asbest, Polyfrone-Papier (Handels- 5 Aufgrund des charakteristischen weissen Hintergrundes bezeichnung), ungewebtes Textilmaterial oder Olefin in Form durch das Trennelement 16 wurde bei Anwendung eines weis-einer Matte wie Polypropylen, eine poröse Gummiplatte oder sen Magnesiumoxid-Lichtes mit einer Wellenlänge von dergleichen. 590 mn ein Reflexionsgrad von 60% gemessen. Aufgrund die-

Zur Aushärtung des Dichtungselementes 26 wurde die so ser Wellenlänge von 590 nm wurde ein visuelles Kontrastver-

aufgebaute elektrochrome Anzeigevorrichtung unter einem i0 hältnis von 10:1 während 0,2 sec. zum Schreiben und 0,3 sec.

Druck von 10 kg/cm2 eine Stunde lang mit 120 °C beheizt. zum Löschen bei einer zugeführten Spannung von 1,0 V er-

Anschliessend wurde durch ein nicht dargestelltes Injektions- zielt. Diese elektrochrome Anzeigevorrichtung ist ausgezeich-

loch in den Innenraum der elektrochromen Anzeigevorrich- net geeignet für kommerzielle Zwecke.

tung ein Elektrolyt injiziert, und zwar in Form einer polaren

Lösung, bestehend aus einer molaren Lösung von 0,1 mol/1 15 Beispiel 2 Lithium-Perchlorat (LÌCIO4) in y-Butyrolacton. Dann wurde Es wurden sämtliche zuvor erwähnten Schritte bzw. die elektrochrome Anzeigevorrichtung einem verminderten Massnahmen durchgeführt, jedoch mit einer Ausnahme: Druck von etwa 0,133 mbar ausgesetzt, um einen Hohlraum Anstatt des zuvor benutzten porösen weissen Teflonfilters 24 durch Entfernen von überschüssigem Elektrolyt zu bilden, wurde ein anderes Trennelement 16 verwendet. Das hier verweicher nicht in das Trennelement 16 und das Filter 18 einge- 20 wendete weisse und poröse Trennelement 16 bestand aus ei-drungen war. Dieser Hohlraum 24 wurde mit gasförmigem nem aus Polypropylen bestehenden porösen Film 10 und ei-Stickstoff, einem anderen neutralen Gas, mit Luft oder der- ner ein Pigmentmaterial enthaltenden Beschichtung 14 aus gleichen gefüllt. Sodann wurde das Injektionsloch mit einem Fluorid-Gummi.

geeigneten Dichtungsmaterial verschlossen, beispielsweise Der poröse Film 10 hat eine Dicke von 0,1 mm. Die auf mit einem Siliconharz. 25 den porösen Film 10 aufgetragene Beschichtung 14 besteht

Anschliessend wurde die so zusammengebaute elektro- aus Fluorid-Gummi und ist 0,02 mm dick. Das Trennelement chrome Anzeigevorrichtung einer in Fig. 3 dargestellten Tem- 16 wurde zwei Stunden lang bei 150 °C beheizt. Anschliessend peraturbehandlung zwecks Prüfung unterzogen. Die horizon- wurden oberflächenaktive Mittel durch das Eintauchen auf-

tal aufgetragenen Zeiteinheiten und die vertikal aufgetrage- getragen und das Produkt wurde 30 Minuten lang bei 150 °C

nen Temperatureinheiten sind in Fig. 3 angegeben. Die rela- 30 wärmebehandelt. Das auf diese Weise entstandene weisse und tive Feuchtigkeit wurde bei Raumtemperatur gewählt. poröse Trennelement 16 erwies sich als sehr zuverlässig und

Nach Durchführung von insgesamt 40 Temperaturände- hatte ein ähnliches Ansprechverhalten wie das in Beispiel 1.

rungs-Zyklen gem. Fig. 3 wurde die elektrochrome Anzeige- Die vorstehende Beschreibung bezieht sich ausschliesslich Vorrichtung zur weiteren Prüfung in einen Thermo-Hygrostat auf EC-Anzeigen, welche einen anorganischen festen Film gesetzt. 35 etwa aus Wolframoxid (W03), enthalten.

Nach Durchführung der zuvor genannten Prüfungen Abschliessend sei jedoch bemerkt, dass die Erfindung zeigte die so behandelte elektrochrome Anzeigevorrichtung auch in anderer Form zur Bildung einer elektrochromen Anzufriedenstellende Anzeigeeigenschaften. Eine gute elektro- Zeigevorrichtung (ECD) ausgenutzt werden kann, beispiels-chrome Eigenschaft blieb erhalten, weil der Elektrolyt im weise so, dass eine farblose Flüssigkeit durch elektrochemi-Trennelement 16 absorbiert blieb und das Filter 18 elastisch 40 sehe Reaktionen in einen unlöslichen gefärbten Filmnieder-genug war, um das Trennelement 16 gegen die elektrochrome schlag auf einer Kathode reduziert wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrochrome Anzeigevorrichtung mit

- einem ersten und einem zweiten Substrat,

- mindestens einer auf dem ersten Substrat aufgebrachten Anzeigeelektrode, 5

- einer auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Gegenelektrode,

- einer auf der Anzeigeelektrode gebildeten Schicht aus einem elektrochromen Material,

- einem flüssigen Elektrolyten, :o

- einem den Elektrolyten enthaltenden, zwischen der elektrochromen Schicht und der Gegenelektrode angeordneten, den optischen Hintergrund der elektrochromen Schicht bildenden porösen Trennelement aus lyophobem Grundmaterial und mit 15

- einem kleinen Hohlraum innerhalb des durch die beiden Substrate begrenzten Raums abseits von dem durch poröses Material überbrückten Bereich zwischen Anzeige- und Gegenelektrode zur Aufnahme der thermisch bedingten Expansion des Eletrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass das 20 poröse Trennelement (16) lyophil behandelt ist, so dass es vollständig mit dem Elektrolyten imprägniert ist.
2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die lyophile Behandlung erzielte Kontaktwinkel zwischen dem porösen Trennelement (16) und 25 dem Elektrolyten in einem Winkelbereich von weniger als 20° liegt.
3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trennelement (16) eine Schicht (12) aus Pigmentmaterial aufweist, dessen Färbung sich von der 30 unterscheidet, welche die elektrochrome Schicht (28) aufgrund einer elektrochromen Erscheinung zeigt, so dass die Pigmentschicht einen optisch sich deutlich abhebenden Hintergrund für die elektrochrome Schicht bildet.
4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn- 35 zeichnet, dass die Pigmentschicht (12) durch Adhäsion des Pigmentmaterials an einer Kunstharzschicht (14) gebildet ist.
5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pigmentschicht durch Dispersion des Pigmentmaterials innerhalb einer Kunstharzschicht gebildet ist. 40
6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pigmentmaterial dem Kunstharz in einer Menge zugesetzt ist, die weniger als 50 Volumenprozent beträgt.
7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-45 zeichnet, dass zwischen dem porösen Trennelement (16) und der Gegenelektrode (20) eine weitere elastische und poröse Materialschicht (18) angeordnet ist, die das poröse Trennelement gegen die elektrochrome Schicht (28) und sich selbst gegen die Gegenelektrode (20) drückt, und gleichfalls mit dem 50 Elektrolyt imprägniert ist.
8. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trennelement (16) eine Porosität von 50 bis 80% aufweist.
9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn-55 zeichnet, dass das poröse Trennelement (16) als poröse Filmschicht (10) mit einer Dicke von 0,1 bis 0,5 mm ausgebildet ist.
10. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Trennelement (16) aus Tetra- 60 fluoräthylen, Polypropylen oder Polyäthylen besteht.
11. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Pigmentmaterial Titanoxid oder Bariumsulfat verwendet ist. 65
12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (12) aus dem Pigmentmaterial 0,01 bis 0,03 mm dick ist.
13. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunstharzschicht (14) 0,01 bis 0,02 mm dick ist.
14. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Kunstharz ein Copolymer aus Tetrafluoräthylen und Äthylen oder Fluorid-Gummi verwendet ist.
15. Verfahren zur Herstellung einer Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der lyophilen Behandlung oberflächenaktive Mittel auf die Oberfläche des porösen Trennelements durch Eintauchen oder Bestreichen aufgetragen und dann eine Reaktion durch Brennen oder Einwirkung von radioaktiven Strahlen unterzogen werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche nicht vom porösen Trennelement aufgenommenen Elektrolytreste aus dem zwischen den beiden Substraten gebildeten Raum entfernt werden.