DE102006039325A1 - Electrochromic formulation and device with the electrochromic formulation - Google Patents

Electrochromic formulation and device with the electrochromic formulation Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Formulierung mit hoher Lichtstabilität und eine Vorrichtung mit elektrochromer Formulierung wie beispielsweise ein elektrochrom aktives Display.The present invention relates to an electrochromic formulation having high photostability and to an electrochromic formulation such as an electrochromically active display.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Formulierung mit hoher Lichtsstabilität und eine Vorrichtung mit elektrochromer Formulierung wie beispielsweise ein elektrochrom aktives Display.The The present invention relates to an electrochromic formulation having high light stability and a device with electrochromic formulation such as an electrochromically active display.

Elektrochrome Displays auf Basis organischer Materialien sind beispielsweise aus den WO 02/075442 und WO 02/075441A2 A1 bekannt, wobei sich zwischen zwei Substratplatten oder -folien mit den Elektroden eine pastöse Formulierung, die das elektrochrome System darstellt, befindet. Die Zusammensetzung dieses elektrochromen Systems umfasst als essentielle Bestandteile ein Polymer als Festelektrolyt, ein Leitsalz, ein Redox-System, TiO2 als Weißpigment, ein Lösungsmittel und einen Farbstoff. Dieser ist in der Regel ein pH-Indikator.Electrochromic displays based on organic materials are for example from the WO 02/075442 and WO 02 / 075441A2 A1, wherein a paste-like formulation, which represents the electrochromic system, is located between two substrate plates or sheets with the electrodes. The composition of this electrochromic system includes as essential constituents a polymer as a solid electrolyte, a conducting salt, a redox system, TiO 2 as a white pigment, a solvent and a dye. This is usually a pH indicator.

Ein weiteres Prinzip elektrochrome Displays zu verwirklichen ist aus der DE 10 2005 032 316 .2 bekannt und besteht darin, die Farbänderung nicht durch die Änderung des pH-Wertes im Display herbeizuführen, sondern die ohnehin statt findenden Redoxprozesse zu nutzen, um kontrastreiche Farbwechsel durch die Bildung reduktiver und/oder oxidativer Zustände in geeigneten Materialien zu erzeugen. Dabei sind vor allem die so genannten Viologene und Polythiophene als Materialklassen bekannt geworden.Another principle to realize electrochromic displays is from the DE 10 2005 032 316 .2 known and is to bring about the color change not by changing the pH in the display, but to use the already taking place redox processes to produce high-contrast color changes by the formation of reductive and / or oxidative states in suitable materials. In particular, the so-called viologens and polythiophenes have become known as classes of materials.

Elektrochrom aktive Formulierungen sind, abhängig von der Zusammensetzung, mehr oder weniger anfällig gegen farbliche Veränderungen durch Licht. Diese Lichtempfindlichkeit drückt sich dadurch aus, dass, insbesondere im ungeschalteten Zustand der Zelle, farblose oder weiße Formulierungen eine unerwünschte Farbänderung (Vergilbung) annehmen.electrochromic active formulations are dependent from the composition, more or less susceptible to color changes through light. This photosensitivity is expressed by the fact that especially in the unswitched state of the cell, colorless or white Formulations an undesirable color change (Yellowing).

Zwar ist die Verwendung von TiO2-Nano-Partikel zum Lichtschutz für elektrochrom aktive Displays in der WO 00/48040 beschrieben. Hier wird die Lichtschutzwirkung aber nur durch die Kombination von in der Herstellung sehr kostspieliger organischer lichtabsorbierender Substanzen mit Nanopartikel erreicht und außerdem wird der Lichtschutz auf der Außenseite der als Substrat dienenden Platten aufgebracht. Nachteilig daran ist, dass zur Applikation dieser Lichtschutzschicht eine spezielle Lackformulierung hergestellt werden muss.Although the use of TiO 2 nanoparticles for light protection for electrochromic active displays in the WO 00/48040 described. Here, however, the light-shielding effect is achieved only by the combination of very costly organic light-absorbing substances with nanoparticles in the production and also the sunscreen is applied to the outside of serving as a substrate plates. The disadvantage of this is that for the application of this light protection layer, a special paint formulation must be made.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine elektrochrom aktive Formulierung mit hoher Lichtstabilität zu schaffen, sowie eine Vorrichtung mit elektrochromer Formulierung zur Verfügung zu stellen, deren Lichtstabilität gegenüber den bekannten elektrochromen Vorrichtungen verbessert ist, wobei die Vorrichtung möglichst einfach und daher kostengünstig herstellbar sein soll.task Therefore, the present invention is an electrochromically active formulation with high light stability and a device with electrochromic formulation to disposal to provide their light stability across from the known electrochromic devices is improved, wherein the Device as possible simple and therefore inexpensive should be produced.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Ansprüche zusammen mit der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen gelöst.The The object is related to the subject matter of the present claims solved with the description and the embodiments.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine elektrochrom aktive Formulierung die neben den essentiellen Bestandteilen Reduktionsmittel, Oxidationsmittel und Farbstoff, wobei diese Bestandteile in einer Verbindung vorliegen können, noch Nano-Partikel zur Lichtstabilität umfasst. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung eine elektrochrome Vorrichtung, bestehend aus zwei Substraten mit zwei leitfähigen Elektrodenschichten, wobei zwischen den beiden leitfähigen Schichten zumindest eine Schicht mit elektrochromer Formulierung ist und an einer beliebigen Stelle zwischen und/oder an den beiden Substraten Nano-Partikel zum Lichtschutz der elektrochromen Formulierung an- und/oder eingebracht sind.object The present invention therefore is an electrochromically active formulation in addition to the essential ingredients reducing agents, oxidizing agents and dye, wherein these ingredients are present in a compound can, still includes nano-particles for light stability. There is also an item the invention an electrochromic device consisting of two Substrates with two conductive Electrode layers, wherein between the two conductive layers at least one layer with electrochromic formulation is and anywhere between and / or on the two substrates Nano particles for light protection of the electrochromic formulation and / or introduced.

Unter Nano-Partikel werden ganz allgemein Teilchen in einer Größenordnung von bis zu 100 nm verstanden.Under Nanoparticles generally become particles of a magnitude of up to 100 nm understood.

Erfindungsgemäß reichen für die Lichtstabilität der elektrochromen Formulierung in der elektrochromen Vorrichtung Nano-Partikel aus. Dabei werden insbesondere anorganische Nano-Partikel und insbesondere bevorzugt Titandioxid-Nano-Partikel eingesetzt.Rich according to the invention for the light stability the electrochromic formulation in the electrochromic device Nano particles out. In particular, inorganic nano-particles and in particular preferably used titanium dioxide nano-particles.

Die Nanopartikel können als Bestandteil der elektrochrom aktiven Formulierung verwendet werden, d. h., die Partikel befinden sich zwischen den Substraten, also innerhalb des elektrochrom aktiven Bauteils. Überraschender Weise ist hierbei eine zusätzliche Lichtschutzwirkung durch organische, lichtabsorbierende Substanzen weder an den Außenseiten der elektrochrom aktiven Vorrichtung noch als Bestandteil der elektrochrom aktiven Formulierung erforderlich.The Nanoparticles can used as part of the electrochromic active formulation be, d. h., the particles are located between the substrates, ie within the electrochromic active component. surprisingly Way here is an additional Light protection effect by organic, light-absorbing substances neither on the outside the electrochromic active device still as part of the electrochromic active formulation required.

Damit ergeben sich neben der Lichtschutzwirkung für das Bauteil ausschließlich durch Nano-Partikel weitere Vorteile für die Herstellung wie eine wesentlich vereinfachte und kostengünstigere Herstellung elektrochrom aktiver Formulierungen und Displays daraus.In order to result in addition to the light protection effect for the component exclusively by nano-particles more benefits for the production as a much simplified and cheaper production electrochromic active formulations and displays thereof.

Die Titandioxid-Nano-Partikel sind kommerziell erhältlich. Sie können unbeschichtet oder beschichtet sein. Die Beschichtung kann Siliciumdioxid, Aluminiumdioxid und/oder zusätzliche organische Verbindungen umfassen.The Titanium dioxide nanoparticles are commercially available. They can be uncoated or coated. The coating may be silica, alumina and / or additional include organic compounds.

Besonders geeignete Nano-Partikel sind solche auf Basis Bornitrid (BN), SiC, TiO2, ZnO, CeO2, ZnS, SnO, In2O3, Titanate wie BaTiO3, CaTiO3, sowie weitere, aus der Literatur bekannte, Nano-Partikel, etwa solche wie sie in der WO 00/48040 beschrieben sind und die hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht werden.Particularly suitable nanoparticles are those based on boron nitride (BN), SiC, TiO 2 , ZnO, CeO 2 , ZnS, SnO, In 2 O 3 , titanates such as BaTiO 3 , CaTiO 3 , and other known from the literature, nano-particles, such as those in the WO 00/48040 are described and are hereby made the subject of the present description.

Erfindungsgemäß werden sie insbesondere als Bestandteil der Formulierung ohne den Zusatz von organischen lichtschützenden Verbindungen, also beispielsweise von UV-Blockern, verwendet.According to the invention in particular as part of the formulation without the addition of organic photoprotective Compounds, so for example of UV blockers used.

Von besonderem Interesse ist Bornitrid, da dieses wegen des p-Orbitals am Boratom als Elektronen-Akzeptor wirken kann.From Of particular interest is boron nitride, since this is due to the p orbital on the boron atom can act as an electron acceptor.

Nach einer Ausführungsform kann eines der Substrate verspiegelt sein.To an embodiment one of the substrates can be mirrored.

Nach einer weiteren Ausführungsform kann bei wenigsten einer der beiden Substrate die elektrisch leitfähige Schicht in getrennte, einzeln kontaktierte Flächensegmente aufgeteilt sein.To a further embodiment For at least one of the two substrates, the electrically conductive layer be divided into separate, individually contacted surface segments.

Die Substrate der elektrochromen Vorrichtung sind beispielsweise Glas- oder Kunststoffplatten oder Kunststofffolien, von denen mindestens eine Platte oder Folie, vorzugsweise beide Platten oder Folien auf jeweils einer Seite mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sind, von denen wenigstens eine Platte oder Folie und ihre leitfähige Beschichtung transparent sind.The Substrates of the electrochromic device are, for example, glass or plastic sheets or plastic sheets, of which at least a plate or foil, preferably both plates or foils each provided with an electrically conductive coating on one side at least one of which is a plate or foil and its conductive coating are transparent.

Ausführungsbeispieleembodiments

1 Herstellung einer lichtgeschützten elektrochrom aktiven Formulierung und einer EC-Zelle daraus1 Preparation of a light-shielded electrochromic active formulation and an EC cell thereof

6g TiO2 (Beschichtetes Titandioxid, Hombitan R611, Fa. Sachtleben) werden mit 0.6g eines polymeren 4,4'-Bipyridinium-Derivats (Poly-(dodecyl-4,4'-bipyridinium-dibromid) und 0.23g Ferrocen mittels eines Speed-Mixers intensiv miteinander vermischt. Dazu werden 2 g Diethylengklykol gegeben und ebenfalls mittels eines Speed-Mixers intensiv eingemischt. Es wird eine weiße Paste erhalten. Aus dieser wird mittels der Rakel-Technik auf einer ITO-beschichteten Folie eine Schicht der Dicke 50 μm hergestellt. Beim Kontaktieren mit einer zweiten ITO-beschichteten Folie wird beim Anlegen einer Spannung von 1-2 V an der Kathode ein blauer Farbeindruck erzeugt. Durch Umpolen der elektrochromen Zelle kann zwischen den Farbeindrücken blau und weiß reversibel hin- und herge schaltet werden. Im unbeschalteten Zustand zeigt die elektrochrom aktive Zelle einen weisen Farbeindruck, der auch infolge Exposition von Licht unverändert bleibt.6 g of TiO 2 (coated titanium dioxide, Hombitan R611, Sachtleben) are mixed with 0.6 g of a polymeric 4,4'-bipyridinium derivative (poly (dodecyl-4,4'-bipyridinium-dibromide) and 0.23 g of ferrocene using a speed 2 g of diethylene glycol are added and intensively mixed in by means of a speed mixer to obtain a white paste, from which a 50 μm thick layer is produced by means of the doctor blade technique on an ITO-coated film When contacting with a second ITO-coated film, a blue color impression is produced at the cathode when a voltage of 1-2 V is applied.) By reversing the polarity of the electrochromic cell between the color impressions, reversible blue and white can be reversibly switched State shows the electrochromic active cell a wise color impression, which also remains unchanged due to exposure to light.

2 Herstellung einer lichtgeschützten elektrochrom aktiven Formulierung und einer EC-Zelle daraus2 Preparation of a light-protected electrochromic active formulation and an EC cell thereof

6g TiO2 (Unbeschichtetes Titandioxid, Hombitan Rutil R320, Fa. Sachtleben) werden mit 0.6g eines polymeren 4,4'-Bipyridinium-Derivats (Poly-(dodecyl-4,4'-bipyridiniumdibromid) und 0.23g Ferrocen mittels eines Speed-Mixers intensiv miteinander vermischt. Dazu werden 2 g Diethylengklykol gegeben und ebenfalls mittels eines Speed-Mixers intensiv eingemischt. Es wird eine weiße Paste erhalten. Aus dieser wird mittels der Rakel-Technik auf einer ITO-beschichteten Folie eine Schicht der Dicke 50 μm hergestellt. Beim Kontaktieren mit einer zweiten ITO-beschichteten Folie wird beim Anlegen einer Spannung von 1-2 V an der Kathode ein blauer Farbeindruck erzeugt. Durch Umpolen der elektrochromen Zelle kann zwischen den Farbeindrücken blau und weiß reversibel hin- und hergeschaltet werden. Im unbeschalteten Zustand zeigt die elektrochrom aktive Zelle einen weisen Farbeindruck, der auch infolge Exposition von Licht unverändert bleibt.6 g of TiO 2 (uncoated titanium dioxide, Hombitan Rutile R320, Sachtleben) are mixed with 0.6 g of a polymeric 4,4'-bipyridinium derivative (poly (dodecyl-4,4'-bipyridinium dibromide) and 0.23 g of ferrocene by means of a Speed- Mixers are thoroughly mixed with each other by adding 2 g of diethylene glycol and mixing them intensively by means of a speed mixer to obtain a white paste from which a 50 μm thick layer is produced by means of the doctor blade technique on an ITO-coated film. When contacting with a second ITO-coated film, a blue color impression is produced on the cathode when a voltage of 1-2 V is applied, and polarity reversal between the color impressions can be reversibly reversed by reversing the polarity of the electrochromic cell the electrochromic active cell has a white color impression, which also remains unchanged due to exposure to light.

3 Herstellung einer lichtgeschützten elektrochrom aktiven Formulierung und einer EC-Zelle daraus3 Preparation of a light-protected electrochromic active formulation and an EC cell thereof

6g BN werden mit 0.6g eines polymeren 4,4'-Bipyridinium-Derivats (Poly-(dodecyl-4,4'-bipyridinium-dibromid) und 0.23g Ferrocen mittels eines Speed-Mixers intensiv miteinander vermischt. Dazu werden 8 g Diethylengklykol gegeben und ebenfalls mittels eines Speed-Mixers intensiv eingemischt. Es wird eine hellgelbe Paste erhalten. Aus dieser wird mittels der Rakel-Technik auf einer ITO-beschichteten Folie eine Schicht der Dicke 50 μm hergestellt. Beim Kontaktieren mit einer zweiten ITO-beschichteten Folie wird beim Anlegen einer Spannung von 1-2 V an der Kathode ein blauer Farbeindruck erzeugt. Durch Umpolen der elektrochromen Zelle kann zwischen den Farbeindrücken blau und weiß reversibel hin- und hergeschaltet werden. Im unbeschalteten Zustand zeigt die elektrochrom aktive Zelle einen weisen Farbeindruck, der auch infolge Exposition von Licht unverändert bleibt.6g BN are treated with 0.6g of a polymeric 4,4'-bipyridinium derivative (poly (dodecyl-4,4'-bipyridinium-dibromide) and 0.23g ferrocene using a speed mixer intensively mixed. For this purpose, 8 g Diethylengklykol be given and also by means a speed mixer intensively mixed. It turns a pale yellow Received paste. From this is by means of the squeegee technique on a ITO-coated film made a layer of thickness 50 microns. At the Contact with a second ITO-coated film is at Applying a voltage of 1-2 V at the cathode a blue color impression generated. By reversing the electrochromic cell can be between the color impressions reversible blue and white and be switched. When unplugged, the electrochromic shows active cell a wise color impression, which is also due to exposure of Light unchanged remains.

Claims (8)

Elektrochrom aktive Formulierung die neben den essentiellen Bestandteilen Reduktionsmittel, Oxidationsmittel und Farbstoff, wobei diese Bestandteile in einer Verbindung vorliegen können, wobei die Formulierung Nano-Partikel zur Lichtstabilität umfasst.Electrochrome active formulation next to the essential ingredients reducing agents, oxidizing agents and Dye, these components being present in a compound can, wherein the formulation comprises nano-particles for light stability. Formulierung nach Anspruch 1, die anorganische Nano-Partikel umfasst.A formulation according to claim 1 comprising inorganic nano-particles. Formulierung nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei die anorganischen Nanopartikel Titandioxid und/oder Bornitrid Partikel umfassen.Formulation according to one of the preceding claims 1 or 2, wherein the inorganic nanoparticles titanium dioxide and / or boron nitride Particles include. Elektrochrome Vorrichtung, bestehend aus zwei Substraten mit zwei leitfähigen Elektrodenschichten, wobei zwischen den beiden leitfähigen Schichten zumindest eine Schicht mit elektrochromer Formulierung ist und an einer beliebigen Stelle zwischen und/oder an den beiden Substraten Nano-Partikel zum Lichtschutz der elektrochromen Formulierung an- und/oder eingebracht sind.Electrochromic device consisting of two substrates with two conductive electrodes layers, wherein between the two conductive layers at least one layer with electrochromic formulation and at any point between and / or on the two substrates nano-particles for light protection of the electrochromic formulation on and / or introduced. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei eines der Substrate verspiegelt ist.Apparatus according to claim 4, wherein one of the substrates is mirrored. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Nano-Partikel anorganische Nano-Partikel sind.Device according to one of claims 4 or 5, wherein the nano-particles inorganic nano-particles are. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die anorganischen Nano-Partikel zumindest zum Teil Partikel ausgewählt aus der Gruppe folgender anorganischer Verbindungen umfassen: BN, SiC, TiO2, ZnO, CeO2, ZnS, SnO, In2O3 und Titanate.Device according to one of claims 4 to 6, wherein the inorganic nano-particles at least partially comprise particles selected from the group of the following inorganic compounds: BN, SiC, TiO 2 , ZnO, CeO 2 , ZnS, SnO, In 2 O 3 and titanates , Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Vorrichtung ein Spiegel, ein Fenster und/oder ein Display ist.Device according to one of claims 4 to 7, wherein the device a mirror, a window and / or a display.
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