DE2523832A1 - Elektrochrome anzeigevorrichtung mit elektrolyten und verfahren zur herstellung derselben - Google Patents
Elektrochrome anzeigevorrichtung mit elektrolyten und verfahren zur herstellung derselbenInfo
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Description
6-1/75 Ka/DP
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
EJ-ektrochrome Anzeigevorrichtung mit Elektrolyten und Verfahren zur Herstellung derselben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrochrome
Anzeigevorrichtung, bei der eine in fester Form auf einer Elektrode
befindliche elektrochrome Schicht mit einem Elektrolyten in Berührung
steht, und auf ein Verfahren zur· Herstel^ng derselben.
Anzeigevorrichtungen der vorgenannten Art sind bereits aus
den deutschen Offenlegungsschriften 2 125 337, 2 201 lOU,
2 201 139 und 2 363 306 bekannt. Solche Anzeigevorrichtungen
enthalten als wesentlichen Bestandteil eine elektrisch anzusteuernde, schichtförmig aufgebaute Zelle, welche bei einer
besonders einfachen Ausführungsform auf der dem Betrachter
zugewandten Seite eine Glasplatte aufweist, auf der eine transparente Elektrode aus Zinndioxid aufgebracht ist, an
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die sich elneelektrochrome Schicht aus Wolfram- oder
Molybdäntrioxid, eine elektrolytische Flüssigkeitsschicht,
etwa aus einem Glykol-Schwefelsäuregemisch, und eine weiteres vorzugsweise metallische, Elektrode
ansehllessen. Unter der Einwirkung eines elektrischen
Feldes wird durch den unmittelbar mit der elektroehromen
Schient in Berührung stehenden flüssigen "Elektrolyten
eine-schnelle und gleichförmige Aenderung der Absorptions^
kennlinie in grossen Bereichen des elektroehromen Materials
bewirkt und somit eine schnelle und gleichförmige Anzeige ermöglicht. Es erscheint eine Färbung als farbiger Film
auf der Elektrode. Die farbaktiven Ionen der elektro- v
ehromen Schicht gehen also nicht in Lösung, sondern verbleiben in der festen elektroehromen.Schicht. Die für einerasche
Anzeige erforderlichen kurzen Umsehaltzeiten werden
jedoch nur bei Anlegen einer relativ hohen Betriebs- >
spannung (U >· 2V) an die Zellenelektroden erreicht, wodurch die Betriebssicherheit und Lebensdauer der An-"
Zeigevorrichtungen bei gleichzeitiger unerwünschter , Zunahme des Energieverbrauches ganz wesentlich herabgesetzt
werden.
Es ist daher Aufgäbe der Erfindung, eine elektrome Anzeigevorrichtung
der vorgenannten Art zu schaffen, die
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die Vorteile der bekannten Anzeigevorrichtungen aufweist, sich darüber hinaus .aber auch bei kurzen Umschaltzeiten durch
eine hohe Lebensdauer auszeichnet, und zudem in einem einfachen Verfahren in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden
kann.
Die vorgenannte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass als Elektrolyt
eine protonenfreie Substanz vorgesehen ist.
Das erfindungsgemässe .Herstellverfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass alle im Elektrolyten enthaltenen Ausgangssubstanzen entwässert werden und dem Elektrolyten ein Trocknungsmittel
beigemischt wird·.
Eine derartige Anzeigevorrichtung kann noch mit Spannungen grosser 2V betrieben werden, ohne dass die Lebensdauer ver- N
kürzt wird. Selbst nach mehreren 10 Umsehältzyklen ist bei
Betrieb der Anzeigevorrichtung mit den vorgenannten Spannungen kein Kontrastverlust auf der anzeigenden Fläche zu bemerken,
wohingegen durch Heraufsetzen der Spannung, etwa auf 5V, je- . doch eine ganz erhebliehe Verkürzung der Umsehaltzeit eintritt.
Sehr hohe Lebensdauer besitzt eine Anzeigevorrichtung,, deren
Elektrolyt ein Tockhungsmittel aufweist, da ein solches
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Trocknungsmittel eventuell im Elektrolyten vorhandenes oder
frisch hinzutretendes Wasser bindet und auf diese Weise die Bildung von Protonen im Elektrolyten unterdrückt. Wasserfreie
Salzlösungen, welche vorzugsweise'ein hygroskopisches Alkalisalz
enthalten, haben sich als Elektrolyt besonders gut bewährt .
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend
in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel.
Hierbei zeigt die Figur einen Schnitt durch eine elektrochrome Zelle.
In dieser Figur bezeichnen die Bezugsziffern eine durchsichtige Trägerplatte 1, eine erste Elektrode 2, ei.ne .elektrochrome
Schicht aus Wolframtrioxid 3j den Elektrolyten 4 und eine zweite,
metallische, Elektrode 5.
Als Trägerplatte 1 wird Glas verwendet, jedoch ist auch ein
anderes durchsichtiges Material, etwa transparenter Kunststoff, hierfür geeignet. Die auf der gläsernen Trägerplatte
1 aufgebrachte Elektrode 2 besteht aus einem Zihndioxid-Indiumoxid-Gemisch
(SnO- - In3O ), ist durchsichtig und weist
eine Dicke von einigen μ auf. Die elektrochrome ca. 5 U dicke
Ii auf. Die elektrochrome ca. 5 ü
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Schicht 3 aus Wolframtrioxid ist vor Anlegen einer Gleichspannung
an die Elektroden 2 und 5 farblos. Sie wird am bequemsten durch Aufdampfen im Hochvakuum bei ca. 300 C aufgebracht.
■
Die nachfolgende 100-500 jx dicke Elektrolytschicht steht
sowohl mit der elektrochroineh Schicht 3 als auch mit der
Gegenelektrode 5 aus Metall, etwa Pb, Au oder Ag, in Berührung.
Die Distanzierung zwischen Trägerplatte 1 mit den aufgetragenen Schichten 2 und 3 sowie der Gegenelektrode 5 wird durch in der
Zeichnung nicht dargestellte Folien bewirkt, die Abdichtung erfolgt mit einem expoxydharzhaltigen Kleber.
Als Elektrolyt 4 wird eine protonenfreie Substanz mit Hilfe
einer Injektionsnadel unter Vakuum in die zuvor durch'Vakuumerhitzen
wasserfrei gemachte Zelle eingebracht. "*■
Die Verwendung einer protonenfreien Substanz als Elektrolyt einer elektrochromen Anzeigevorrichtung beruht auf der Erkenntnis,
dass die den Verfärbungsvorgang der elektrochromen Schicht, etwa der Wolframtrioxid (WO ) -Schicht 3, bewirkende»
Reaktion
Blauverfärbung
WO-. + e +A+ ~ - AWO-. (1)
3 ^ Γ 3
Entfärbung 6098 47/0 591
wobei A=H oder Mischungen von H und weiteren Kationen,
wie Li , NIi1. ist, nur für kleine Spannungen ohne Nebenreaktionen
abläuft. Bei Spannungen oberhalb 1,6 V tritt jedoch die Reaktion
H+ + e" >
H° (2)
auf. Es bildet sich also Wasserstoff in statu nascendi, derdie
Elektroden 2,*l korrodiert, was-an der Bildung von Gas-,
bläschen in der Zelle zu erkennen ist. Durch die Verwendung protonenfreier Elektrolyse wird die Reaktion (2) unterdrückt,
so dass demnach auch bei Spannungen grosser 1,6 V die Reaktion(l) reversibel, d.h. ohne Neb enreakt ionen, abläuft
und auf diese Weise die Umschaltzeiten erheblich verkürzt werden, wobei gleichzeitig die Lebensdauer auch bei sehr kurzen
Umschaltzeiten, d.h. hohen Spannungen, noch bemerkenswert gross ist. ,
Der Elektrolyt 4 wird aus sorgfältig getrockneten Ausgangssubstanzen
unter Luftabschluss hergestellt, wobei besonders darauf zu achten ist, dass keine säurehaltigen Bestandteile
verwendet werden.
In einem ersten Ausführungsbeispiel werden ca. 0,1-1-molare
Lösungen von Lithiumperchlorat (LiCIO ) in Propylencarbonat
in die in einem Vakuumofen bei über 100 C wasserfrei gemachte
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Zelle mit Hilfe einer Injektionsspritze eingefüllt. Das verwendete
Propylenearbonat wird zuvor durch Destillation möglichst
wasserfrei gemacht und nachfolgend zur Entfernung des Restwasseranteils über einem Molekülsieb getrocknet. Der störende
Wasseranteil des Lithiumperehlorats wird durch mehrstündiges Erhitzen im Vakuumofen bis auf wenige °C unter die Zersetzungstemperatur, also auf etwa 120°C, entfernt. Der wasserfreie
Elektrolyt wird vor dem Einfüllen in die Anzeigevorrichtung durch Zugabe von .metallischen Lithiumspänen trocken gehalten.
Das wasserfreie Lithiumperchlorat erfüllt im Elektrolyten nun zwei Funktionen. Einerseits bindet es als Trockenmittel noch
eventuell im Elektrolyten oder in der Zelle vorhandene Wasserreste, so" dass eine Protonenbildung im Elektrolyten vermieden
wird, bewirkt aber andererseits auch durch Dissoziation die Leitfähigkeit des Elektrolyten,, in dem nun die für die Verfärbungsreaktion
(1) notwendigen Li -Ionen zur Verfügung stehen.
Eine mit einer vorgenannten 1-molaren Elektrolytlösung der
vorstehend beschriebenen Art k gefüllte Zelle weist bei einer
Spannung von 5V eine Umschaltzeit von 100-200 ms auf und kann
auch bei Spannungen oberhalb 5V mehrere 10 Umschaltzyklen durchlaufen, ohne dass Gasbläschenbildung auftritt und/oder
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ein merklicher Kontrastveriust auf der Anzeigefläche zu beobachten
ist.
In einer zweiten Ausfuhrungsform der Erfindung wird eine 0,1-1
Mol Lithiumehlorid LiCI enthaltende Propylencarbonatlösung
verwendet. Das in Propylencarbonat unlösliche Lithiumehlorid wird hierbei durch Komplexierung mit einem der Komplexbildner
Aluminiumchlorid, Aethylendxamxntetraessigsäure und N,N,N1N'-Tetramethyläthylendiamin
in Lösung gebracht. Alle Ausgangssubstanzen werden hierbei analog dem ersten Ausführungsbeispiel
sorgfältig getrocknet.
Neben Propylencarbonat sind auch andere organische Lösungsmittel
wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Butyrolazeton·, ■'
Tetrahydrofuran, Azetonitril und 1,2-Dimethoxyäthan für sich
alleine oder in Mischung miteinander mit Vorteil zu verwenden^
Neben den genannten Al-kalisalzen können auch andere hygroskopische
Salze, beispielsweise spezielle Erdalkalisalze wie CaCIp, im Elektrolyten enthalten sein. Als Trocknungsmittel für die
organischen Flüssigkeiten eignet sich neben Molekularsieben auch Silikagel. ■
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Claims (11)
- Patentansprüche(l·/ Elektrochrome Anzeigevorrichtung, bei der eine in fester Form auf einer Elektrode befindliche elektrochrome Schicht" mit einem Elektrolyten in Berührung steht, dadurch gekennzeichnet, dass als. Elektrolyt eine protohenfreie Substanz vorgesehen ist, ■
- 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt ein Trocknungsmittel aufweist.
- 3. Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt eine wasserfreie Salzlösung mindestens eines hygroskopischen Alkalisalzes ist. . N
- 4. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3» dadurch'gekennzeichnet, dass der Elektrolyt als AlkalisaLz, Lithiumchlorid und/oder' Lithiumperchlorat und als-Lösungsmittel.Propylencarbonat, Dime^tylformamid,- Dimethylsulfoxid, Butyrolazeton, Tetrahydrofuran, Azetonitril und Ij2-Dimethoxyäthan enthält.
- 5. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolyt eine 0,1-1-molare Lösung von Lithiumperchlorid in Propylencarbonat ist.609847/0 59161/75
- 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3a dadurch gekennzeichnet, dass das Salz in komplexierter Form gelöst ist.
- 7. Verfahren zur Herstellung einer elektrochromen Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle im Elektrolyten enthaltenen Ausgangssubstanzen entwässert werden und dem Elektrolyten ein Trockenmittel beigemischt wird.
- 8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass im Elektrolyten enthaltene Lösungsmittel destilliert- und• über Molekularsieben'nachgetrocknet, die im Elektrolyten enthaltenen Salze im Vakuum durch Erhitzen bis auf wenigeC unter ihre Zersetzungstemperaturen entwässert und alle Ausgangssubstanzen unter Luftabschluss vermischt werden und der fertige Elektrolyt unter Vakuum sodann in die wasserfreie Anzeigerichtung eingefüllt wird. . ■ · -
- 9. Verfahren nach Anspruch 8,.dadurch gekennzeichnet, dass die Löslichkeit der"Salze durch Zugabe von Komplexbildnern erhöht wird. . ·
- 10, Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass N, N, N', N'-Tetramethyläthylendiamin, Aluminiumchlorid, Aethylendiamxntetraessigsäure und Kryptate als Kömplexbild-• ner zugegeben werden·. ■6098 47/0 59 161/75
- 11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der fertige Elektrolyt durch Zugäbe von metallischen Lithiumspänen trocken-gehalten wird.BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.609847/0591 .Leerseite
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