DE10328377A1

DE10328377A1 - Elektrochromes Anzeigesystem

Info

Publication number: DE10328377A1
Application number: DE10328377A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Brabec; Jens Dr. Hauch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2003-06-24
Publication date: 2005-01-20
Also published as: EP1636641A1; WO2004114008A1

Abstract

Passiv-Matrix-Anzeige aus elektrochromen organischen Materialien, insbesondere organischen Polymeren, mit Pixelstruktur mit für jedes Pixel dargestelltem Schichtaufbau einer elektrochromen Zelle (11) aus erster Elektrode (5), mindestens einer elektrochromen Schicht (6, 8), Elektrolyt (7) und zweiter Elektrode (10), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Schichten mit Diodencharakter eingebracht sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Passiv-Matrix-Anzeige auf der Basis des elektrochromen Effektes von organischen Schichten, insbesondere organischen Polymeren.
Bei einer pixelweise strukturierten Matrix innerhalb der jedes Pixel ein mehr oder weniger selbständiges elektrochromes Farbsystem bildet, kann die zuverlässige Funktionsweise durch die Erscheinung des Übersprechens behindert werden. Dies begründet sich darauf, dass der elektrochrome Effekt auch bei geringen Spannungen schon eine Verfärbung zeigen kann. Insbesondere bei Passiv-Matrix-Anzeigen treten solche Probleme verstärkt auf.
Innerhalb einer Passiv-Matrix-Anzeige soll lediglich ein sogenannter primärer Strompfad, der in der Regel zweidimensional angesteuert wird, ausgebildet werden. Bilden sich daneben jedoch sekundäre Strompfade aus, so liegt bereits die Erscheinungsform des Übersprechens vor.
Die Verfärbungskurven für elektrochrome Pixel zeigen je nach verwendetem Material eine unterschiedliche Lage, wenn die Absorption in Relation zur Ansteuerspannung aufgetragen wird. So kann der elektrochrome Effekt bei negativer Spannung und im neutralen Zustand bereits eine leichte Verfärbung bewirken, welche sich beim Anlegen einer positiven Spannung verstärkt. Weiterhin sind Systeme möglich, die bei negativer Spannung und dem neutralen Zustand ein Pixel farblos erscheinen lassen. Bei Anlegen einer positiven Spannung tritt eine Verfärbung ein. Wieder andere elektrochrome Systeme führen erst zu einer Verfärbung, wenn eine bestimmte Aktivierungsspannung einen bestimmten Schwellwert übersteigt.
Bisher sind keine funktionierenden Lösungen bekannt bei Passiv-Matrix-Anzeigen ein Übersprechen zu vermeiden.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Genauigkeit eines elektrochromen Anzeigesystems zu erhöhen, indem ein Übersprechen vermieden wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die jeweilige Merkmalskombination nach Anspruch 1 oder Anspruch 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Übersprechen in einer Passiv-Matrix-Anzeige vermeidbar ist, wenn jeder einzelne Schichtaufbau innerhalb der Anordnung eine Nichtlinearität im Spannungs-/Absorptions-Verhalten aufweist, die mit einem bestimmten Wert einer Aktivierungsspannung verbunden ist, die im positiven Bereich liegt. Alternativ kann eine Diodencharakteristik in eine elektrochrome Zelle mit zusätzlichen Schichten eingebracht werden, wobei eine Schwell- oder Aktivierungsspannung zu betrachten ist. Dabei ist wesentlich, dass eine elektrochrome Schicht auf einer Elektrode aufgebracht ist, um die Stromzuführung von der farbgebenden Schicht zu trennen. Somit können insgesamt gezielt sogenannte Primärstrompfade angesteuert werden, wobei sekundäre Strompfade, die ein Übersprechen mit sich bringen, vermieden werden.

Bei der Erfindung wird ein Schichtsystem beschrieben, welches aus organischen Materialien besteht, insbesondere aus organischen Polymeren. Die Materialien sind elektrochrom. Ziel ist es, zwei Funktionen gleichzeitig zu bedienen. Zum einen soll die Verfärbung eines Schichtpaketes über den elektrochromen Effekt beim Anlegen einer elektrischen Spannung erreicht werden. Weiterhin soll ein Dioden- oder Doppeldiodenverhalten mit einseitiger bzw. zweiseitiger Durchlassspannung im gleichen Element erreicht werden.

Eine Entfärbung oder Rückfärbung der Anzeige geschieht bei der Nutzung einer einfachen Diode nach einer gewissen Warte zeit über die Diffusion von Ionen aufgrund von einem chemischen Potential.

Bei der Verwendung einer Doppeldiode wird die Ent- bzw. Rückfärbung durch Anlegen einer Rückwärtsspannung erzeugt.

Eine Passiv-Matrix-Anzeige besteht aus einer großen Anzahl von Pixeln, die jeweils aus einem Schichtpaket aufgebaut sind. Verwendet werden organische Materialien, wobei mindestens eine Schicht ein elektrochromes Verhalten zeigt und eine zweite Schicht als Elektrolyt bzw. Ionenleiter dient.

Das Diodenverhalten kann auf zwei Arten bewirkt werden. Zum einen können zusätzliche Schichten, die ein Diodenverhalten zeigen, in das Schichtpaket einer elektrochromen Zelle eingebracht werden. Zum anderen kann durch gezielte Materialauswahl und Kombination für das Schichtpaket eine elektrochrome Zelle ein Spannungs-/Absorptions-Verhalten dargestellt werden, welches eine Aktivierungsspannung ausweist, die größer Null ist. Anders ausgedrückt schneidet die Kennlinie eines derartigen Elementes die Spannungsachse im positiven Spannungsbereich. Dies bedeutet gleichzeitig, dass das lineare Verhalten des Elementes bei Erreichen der Schwellspannung bzw. Aktivierungsspannung in ein nichtlineares Verhalten übergeht.

In dieser Kombination einer organischen Diode mit dem elektrochromen Effekt von organischen Polymeren kann somit eine Passiv-Matrix-Anzeige erzeugt werden, deren Betriebssicherheit durch Übersprechverhalten nicht gestört wird.

Im Folgenden werden anhand von schematischen, die Erfindung nicht einschränkenden Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben:
1 zeigt mögliche Verfärbungskennlinien für elektrochrome Pixel,
2 zeigt die Aufsicht auf eine Passiv-Matrix-Anzeige mit primärem und sekundärem Strompfad,
3 zeigt den Stromfluss im primären Strompfad,
4 zeigt den Stromfluss in einem sekundären Strompfad (Übersprechen),
5 zeigt eine Diodenkennlinie,
6 zeigt eine Doppeldiodenkennlinie,
7 zeigt ein bestimmtes Ausführungsbeispiel eines elektrochromen Pixels für eine Passiv-Matrix-Anzeige auf der Basis von organischen Polymeren.
1 zeigt verschiedene Verfärbungskennlinien a, b und c. Die Kennlinie a sagt aus, dass ein Pixel bei negativer Spannung farblos ist und im neutralen Zustand eine leichte Verfärbung aufweist, welche sich beim Anlegen einer positiven Spannung verstärkt. Die Kennlinie b stellt dar, dass bei negativer Spannung und im neutralen Zustand das Pixel farblos ist. Beim Anlegen einer positiven Spannung tritt eine Verfärbung ein. Die Kennlinie c ist im Rahmen der Erfindung wesentlich, da die Verfärbung des Pixels erst beim Erreichen einer bestimmten Schwellspannung oder Aktivierungsspannung eintritt und sich weiter verstärkt, wenn die Spannung weiterhin ansteigt.
In 2 ist ein Ausschnitt aus einer Passiv-Matrix-Anzeige mit primärem und sekundärem Strompfad dargestellt, wobei der sekundäre Strompfad nicht erwünscht ist. Einzelne Elemente der Passiv-Matrix-Anzeige können angesteuert werden, indem zwischen einem Paar von Zuleitungen 1, 2, 3 oder 4 einerseits und den Zuleitungen A, B, C oder D andererseits eine Spannung angelegt wird. Der primäre Strompfad beim Anlegen von Spannungen zwischen z. B. 2 und C wird durch die verstärkte durchgezogene Linie dargestellt. Der unerwünschte sekundäre Strompfad wird durch eine gestrichelte Linie dargestellt und betrifft ebenfalls die Ansteuerfunktion 2-C. Die eigentlich gewünschte Verfärbung des Pixels mit den Koordinaten 2, C beim Anlagen einer Spannung zwischen den Zuleitungen 2 und C kann somit durch Übersprechen behindert werden, indem Nachbarpixel gleichzeitig eine gewisse Verfärbung zeigen. Theoretisch kann sich eine beliebig große Anzahl von sekundären Strompfaden ergeben.
Die 3 und 4 zeigen ergänzend zur 2 Strompfade in Form von verstärkten durchgezogenen Linien an Matrix-Anzeige-Systemen im Querschnitt. 3 zeigt den Stromfluss im primären Strompfad, wobei das Pixel 2C angesteuert ist. Der Standardaufbau der elektrochromen Zelle weist einen Elektrolyten, eine erste elektrochrome Schicht, eine zweite elektrochrome Schicht sowie beiderseits jeweils eine Elektrode auf.
4 zeigt den Stromfluss in einem sekundären Strompfad, der zusätzlich Pixel 2B, 3B und 3C mitverfärben kann.
Die 5 und 6 zeigen die Diodenkennlinien von einzelnen oder Doppeldioden, wobei die Spannung V_D bzw. V_D1,D2 die sogenannten Schwell- oder Aktivierungsspannungen sind.
Die 1 bis 6 zeigen insgesamt theoretische Grundlagen für die Erfindung. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein elektrochromes Pixel mit integrierter Diode für eine Passiv-Matrix-Anzeige auf der Basis von organischen Polymeren. Die wesentliche Einbringung von zusätzlichen Schichten mit Diodenverhalten bzw. die Auslegung einer elektrochromen Zelle mit positiver Aktivierungsspannung bewirken jeweils, dass als Resultat eine Verfärbungskennlinie entsprechend der Kurve c in 1 vorliegt. Werden zusätzlich Schichten mit Diodenverhalten eingebracht, so ergibt sich eine Verlagerung der Kurven a oder b in die Verfärbungskennlinie c.
In 7 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben, bei dem die zweite elektrochrome Schicht, beispielsweise bestehend aus PEDOT oder PANI, durch ihr Doppelfunktionsverhalten mit dem elektrochromen Effekt und der elektrischen Leitfähigkeit zugleich die elektrochrome Zelle, als auch die Diode, bedient. Das Material PEDOT steht in diesem Fall in Kontakt mit dem Elektrolyten 7, so dass es diese Doppelfunktion wahrnehmen kann. Somit stellt die zweite elektrochrome Schicht 8 die gemeinsame Elektrode für die elektrochrome Zelle und die Diode dar. Ohne eine derartige Doppelfunktionsschicht wäre eine gemeinsame Elektrode und zusätzlich eine elektrochrome Schicht der elektrochromen Zelle notwendig.
Wird das störende Übersprechverhalten dadurch beseitigt, dass die Schichten der elektrochromen Zelle derart abgestimmt werden, dass eine positive Aktivierungsspannung notwendig ist, um eine Verfärbung zu erzielen, so liegt in der Regel ein Schichtaufbau entsprechend der 3 vor.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht die Mischung der Materialien eine elektrochromen Schicht und eines Elektrolyten vor. Dabei wird insgesamt eine einzige Schicht aus diesem Gemisch hergestellt, was eine wesentliche Vereinfachung in der Herstellung einer Passiv-Matrix-Anzeige bedeutet.
Das sogenannte Diodenverhalten von einem Schichtaufbau kann erzeugt werden, wenn beispielsweise zwei Dioden umgekehrt gepolt parallel geschaltet werden. Hierbei ist es unerheblich, ob die positive und die negative Durchlassspannung den gleichen absoluten Wert aufweisen. Es liegt eine Doppeldiodenfunktion vor. Eine Entfärbung oder Rückfärbung der Anzeige geschieht bei der Nutzung einer einfachen Diode nach einer gewissen Wartezeit über die Diffusion von Ionen. Bei der Verwendung einer Doppeldiode wird die Ent- oder Rückfärbung durch Anlegen einer Rückwärtsspannung erzeugt.
Bei der Auswahl von Materialien für die einzelnen Schichten kann beispielsweise die Schicht des Elektrolyten 7 aus PC-LiClO₄ hergestellt sein. Eine angrenzende, elektrochrome Schicht wird beispielsweise aus Pedot oder Pani oder ähnlichem hergestellt. Die elektrochromen Schichten 6, 8 sorgen für den entsprechenden Farbeffekt. Die Schichtenfolge ist je nach Funktion einzelner Schichten aufzubauen, wobei sich jedoch eine große Variantenvielzahl ergibt. Prinzipiell ist darauf zu achten, dass der Lichteinfall nicht durch das Material einer Elektrode behindert wird. Durch die Verwendung von organischen Materialien können Schichtaufbauten entsprechend der Erfindung mit unterschiedlichsten transparenten Materialien realisiert werden. Das Material des Halbleiters 9 kann beispielsweise P3HT sein. Eine Elektrode ist beispielsweise aus Metall, ITO oder PEDOT.

Claims

Passiv-Matrix-Anzeige aus elektrochromen organischen Materialien, insbesondere organischen Polymeren, mit Pixelstruktur mit für jedes Pixel dargestelltem Schichtaufbau einer elektrochromen Zelle (11) aus erster Elektrode (5), mindestens einer elektrochromen Schicht (6, 8), Elektrolyt (7) und zweiter Elektrode (10), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Schichten mit Diodencharakter eingebracht sind.
Passiv-Matrix-Anzeige aus elektrochromen organischen Materialien, insbesondere organischen Polymeren, mit Pixelstruktur mit für jedes Pixel dargestelltem Schichtaufbau einer elektrochromen Zelle (11) aus erster Elektrode (5), mindestens einer elektrochromen Schicht (6, 8), Elektrolyt (7) und zweiter Elektrode (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau einer elektrochromen Zelle (11) derart abgestimmt ist, dass die zur Verfärbung einer elektrochromen Schicht (6, 8) notwendige Aktivierungsspannung größer Null ist.
Passiv-Matrix-Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite elektrochrome Schicht (6, 8) vorhanden sind und sich zwischen einer elektrochromen Zelle (11) und einer Diode (12) eine gemeinsame Elektrode befindet.
Passiv-Matrix-Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrochrome Schicht (8) einer elektrochromen Zelle (11) elektrochrome und elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweist und somit für elektrochrome Zelle (11) und Diode (12) gleichzeitig gemeinsame Elektrode ist.
Passiv-Matrix-Anzeige nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (8) aus einem Material wie PEDOT, PANI oder Ähnlichem besteht.
Passiv-Matrix-Anzeige nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialien einer elektrochromen Schicht und eines Elektrolyten gemischt sind, wobei die Mischung eine einzige Schicht mit beiden jeweiligen Eigenschaften darstellt.
Passiv-Matrix-Anzeige nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Diodencharakteristik eines Schichtaufbaues Doppeldiodenverhalten mit einer Durchlassspannung im positiven und im negativen Bereich aufweist.
Passiv-Matrix-Anzeige nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ent- oder Rückfärbung mittels einer Rückwärtsspannung an einer Doppeldiode erzeugbar ist.