DE2737564A1 - Farbwiedergabevorrichtung und verfahren zum inbetriebnehmen derselben - Google Patents
Farbwiedergabevorrichtung und verfahren zum inbetriebnehmen derselbenInfo
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Description
MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL CO., LTD. Kadoma City, Osaka Pref., Japan
Farbwiedergabevorrichtung und Verfahren zum Iribetriebnehmen
derselben
beanspruchte Prioritäten:
2. September I976 - Japan - Nr. 105 538/1976
17. November 1976 - Japan - Nr. 138 9^7/1976
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Farbwiedergabe vorrichtung, welche ein paar Elektroden in einem Behälter
mit mindestens einem transparenten Teil sowie eine zwischen den Elektroden befindliche Substanz enthält, die ihre Farbe aufgrund
von Eiektrochromismus ändert.
Farbwiedergabevorrichtungen, welche eine elektrochrome Substanz
enthalten, werden in der Zukunft noch von ganz besonderem Interesse sein, well die Farbwiedergabe eine hohe Leuchtkraft aufweist, weil die zum Betrieb einer solchen Farbwiedergabevorrichtung erforderliche Spannung gering und auch der Stromverbrauoh gering ist, und weil außerdem keine Beschränkungen bezüglich des Betrachtungswinkels bestehen. Die bisher bekannten Farbwiedergabevorrichtungen, welche mittels einer elektrochrotnen
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Substanz arbeiten, haben jedoch nicht befriedigt, weil ihre Lebensdauer nicht ausreichend groß ist. Farbwiedergabevorrichtungen,
die mit einer elektrochromen Substanz arbeiten, machen von dem Phänomen Gebrauch, daß an der Indikatorelektrode infolge
einer elektrochemischen Redox-Reaktion der eingesetzten
elektrochromen Substanz Redox-Reaktionsprodukte gebildet werden,
die ein verändertes Lichtabsorptionsvermögen oder Lichtreflexionsvermögen aufweisen, so daß an der Indikatorelektrode ein
Parbwechsel stattfindet. Eine solche Redox-Reaktion läuft ab, wenn eine Spannung an die Indikatorelektrode und eine Gegenelektrode
angelegt wird und beide Elektroden mit der betreffenden elektrochromen Substanz, die im flüssigen Zustand, im Gelzustand
oder im festen Zustand vorliegen kann, in Berührung stehen. Die Farbanzeige kann gelöscht werden, indem man die
beiden Elektroden umpolt, so daß die gegenläufige Redox-Reaktion abläuft und damit das farbgebende Redox-Reaktionsprodukt
an der Indikatorelektrode aufgelöst wird.
Die dabei ablaufenden elektrochemischen Vorgänge können wie folgt mittels einer elektrochromen Substanz erläutert werden,
welche der Formel A.B. entspricht. Eine solche elektrochrome Substanz dissoziiert gemäß der nachstehenden Gleichung (1)
A.B > A+ + B" (1),
wobei dann an der Kathode die nachstehende Reduktionsreaktion abläuft
A+ + e" > A (2),
während an der Anode die entsprechende Oxidationsreaktion
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stattfindet
B" -y B + e
Wenn die Infolge der Reduktionsreaktion (2) an der Kathode
abgeschiedene Substanz A eine farbgebende Komponente 1st« so
ist die Kathode die Indikatorelektrode. Gleichzeitig findet an der Anode die Oxidationsreaktion (3) statt, wodurch auf der
zur Gegenelektrode gewordenen Anode ein Nebenprodukt B abgeschieden wird, welches aus dem Gegenion B' gebildet worden ist.
Bei einem solchen Reaktionsablauf ist also die Kathode die Indikatorelektrode
und die Anode die Gegenelektrode.
Falls dagegen die infolge der Oxidationsreaktion O) auf der
Anode niedergeschlagene Substanz B die farbgebende Komponente darstellt, dann ist in diesem Fall die Anode die Indikatorelektrode,
und an der Kathode findet gleichzeitig die Reduktionsreaktion (2) statt, wodurch auf der Kathode ein Nebenprodukt
A niedergeschlagen wird, welches aus dem Gegenion A+ gebildet
worden ist. Bei einem solchen Reaktionsablauf ist also die Anode die Indikatorelektrode und die Kathode die Gegenelektrode,
Wenn der Löschvorgang ausgelöst wird, werden die auf der jeweiligen
Gegenelektrode niedergeschlagenen Nebenprodukte unter Rückbildung der elektrochromen Substanz aufgelöst.
Bei Jeder üblichen Farbwiedergabevorrichtung, welche mittels
einer elektrochromen Substanz arbeitet, wird also infolge einer Gegenreaktion zu der farbgebenden Redox-Reaktion an der Indikatorelektrode
auf der Jeweiligen Gegenelektrode ein Nebenprodukt
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abgeschieden.
Damit eine solche elektrochemische Redox-Reaktion in einem
elektrochemischen System überhaupt ablaufen kann, muß eine Potentialdifferenz zwischen dem Redox-Potential an der jeweiligen
Kathode und dem Redox-Potential an der jeweiligen Anode vorhanden sein. Bei üblichen Parbwiedergabevorrichtungen, die
mit einer elektrochrotnen Substanz arbeiten, entspricht jedoch die an der Gegenelektrode ablaufende Redox-Reaktion nicht der
an der Indikatorelektrode ablaufenden Redox-Reaktion, wie ein Vergleich der vorstehenden Reaktionsgleichungen (2) und (3)
zeigt. Demgemäß ist für den tatsächlichen Ablauf einer Redox-Reaktion in einem solchen System eine Schwellenspannung erforderlich,
die bestimmt wird durch die Differenz des Redox-Potentials
an der Indikatorelektrode und dem Redox-Potential an der betreffenden Gegenelektrode.
In einer Farbwiedergabevorrichtung, welche beispielsweise Heptylviologenbromid als elektrochrome Substanz enthält, wird
diese erforderliche Potentialdifferenz durch die nachstehende Gleichung wiedergegeben:
-O,28V - (+0,83V) - -1,11V (5)
Demgemäß ist eine Spannung von mehr als 1,11 V erforderlich, damit in einem solchen System die farbgebende Redox-Reaktion
überhaupt in Gang gesetzt wird. Gleichzeitig schlägt sich jedoch das entsprechende Nebenprodukt an der Gegenelektrode nieder,
wodurch die Anzeigegeschwindigkeit und die Farbtiefe an der Indikatorelektrode verschlechtert werden. Es wäre daher
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außerordentlich erwünscht, eine verbesserte Parbwiedergabevorrichtung
dieses Typs zur Verfügung zu haben, bei der die farbgebende Reaktion mittels niedrigerer Spannungen erhalten werden
kann, als bei den bisher üblichen Vorrichtungen und bei der gleichzeitig eine Verunreinigung der Elektroden mit Nebenprodukten
vermieden werden kann, wie sie bisher immer auf einer Gegenelektrode abgeschieden werden. Auf diese Weise müßte es
möglich sein, die Lebensdauer einer solchen Parbwiedergabevorrichtung entsprechend zu verlängern. Diese technische Aufgabe
wird durch die erfindungsgemäße Parbwiedergabevorrichtung gelöst.
Die erfindungsgemäße Parbwiedergabevorrichtung, welche ein Paar Elektroden in einem Behälter mit mindestens einem transparenten
Teil sowie eine zwischen den Elektroden befindliche Substanz enthält, die ihre Farbe aufgrund von Elektrochromismus ändert,
wobei die eine Elektrode die Indikatorelektro.de darstellt, an der der sichtbare Parbwechsel stattfindet, während die andere
Elektrode als Gegenelektrode dient, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode eine Beschichtung aus dem Oxidationsoder Reduktionsprodukt derjenigen Komponente der elektrochromen
Substanz aufweist, welche in einer Gegenreaktion zu der farbgebenden
Reaktion entsteht.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Ausführungsform der erfindungs-
gemäßen Farbwiedergabevorrichtung.
Fig. 2a und 2b zeigen andere Ausbildungsformen der erfindungsgemäßen
Farbwiedergabevorrichtung.
Fig. 3 zeigt eine wiederum modifizierte Ausführungsform einer
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erfindungsgemäßen Parbwiedergabevorrichtung,und
Fig. 4 zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Parbwiedergabevorrichtung mit den erforderlichen Schaltkreisen.
Pig. 1 zeigt eine Grundausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, welche einen Behälter 4 aus einem transparenten Material, wie Kunststoff, Glas oder einem isolierenden Material,
aufweist, das wenigstens an einer Stelle ein Sichtfenster hat. In dem Behälter 4 sind eine Indikatorelektrode 1, eine Gegenelektrode
2, eine Hilfselektrode 7 und eine elektrouhrome Substanz
J5 angeordnet, wobei diese elektrochrome Substanz mit
allen drei Elektroden in Berührung steht. Die elektrochrome Substanz 3 kann flüssig, gelförmig oder fest sein. Die Indikatorelektrode
1 und die Gegenelektrode 2 sind über einen Wechselschalter 6 mit einer Gleichstromquelle 5 verbindbar. Für den
farbgebenden Aufzeichnungsvorgang wird der Wechselschalter 6 nach links geführt und für den Löschvorgang nach rechts. Auch
die Hilfselektrode 7 ist über einen Schalter 10 mit dem positiven Pol einer zweiten Gleichstromquelle 9 verbunden, deren
negativer Pol mit der Gegenelektrode 2 verbunden ist.
Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung wird unter der Annahme näher erläutert, daß die farbgebende Komponente Kationen A+
sind, beispielsweise Heptylviologenionen V++. Wenn die entsprechende
Redox-Reaktion abläuft, bildet sich ein Film 8 des Reduktionsprodukts
A (beispielsweise ein Ion V+*, aus den ursprünglichen
Heptylviologenionen V+"1") auf der Oberfläche der Gegenelektrode
2. Falls hingegen die farbgebende Komponente der
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Redox-Reaktion Anlonen B" sind, dann besteht der auf aer Gegenelektrode abgeschiedene Film 8 aus dem Oxidationsprodukt B.
Wenn die an der Indikatorelektrode 1 ablaufende farbgebende Redox-Reaktion durch die nachstehenden Formeln (6) oder (7)
wiedergegeben wird
A+ + e" A (6)
B" B + e" (7)
dann muß der sich auf der Gegenelektrode 2 abscheidende Überzug
das Redox-Reaktionsprodukt der farbgebenden Ionen A+ oder B"
sein.
Entsprechend müssen daher an der Gegenelektrode 2 die nachstehenden Gegenreaktionen (8) oder (9) ablaufen:
A+ + e" Ϊ8)
B + e" B" (9).
Demgemäß entsprechen die Reaktionen gemäß Gleichungen (6) und (8) bzw. (7) und (9) einander und geben ein System der gleichen
Redox-Reaktion wieder, wobei nur die Reaktionsrichtung gegenläufig 1st. Da also die identische Art von Redox-Reaktionen an beiden Elektroden 1 und 2 abläuft, ergibt sich aus der vorstehend
genannten Differenzregel, daß die Schwellenspannung in einem solchen System Null wird. Beim tatsächlichen Betrieb einer solchen Farbwiedergabevorrichtung ist es jedoch für die Erzielung
der gewünschten Reaktionsgeschwindigkeit erforderlich, daß eine geringfügige Spannung an die Indikatorelektrode und die mit ihr
verbundene Gegenelektrode 2 gelegt wird.
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Entsprechend dem vorstehend erläuterten Prinzip kann aber ein
solches System von Redox-Reaktionen schon bei einer sehr geringen Potentialdifferenz von beispielsweise 0,1 bis 1,0 V ablaufen.
Auf diese Weise ist es möglich, die an die Indikatorelektrode 1 und die erfindungsgemäß überzogene Gegenelektrode 2
angelegte Spannung so niedrig zu wählen, daß unerwünschte Redox-Reaktionen praktisch ausgeschlossen werden. Dadurch, daß erfindungsgemäß
die Gegenelektrode mit einer Schicht des Redox-Reaktionsproduktes der gegenläufigen Reaktion überzogen ist, kann
die für den Aufzeichnungs- und den Löschvorgang erforderliche Spannung an den Elektroden 1 und 2 erfindungsgemäß so niedrig
gewählt werden, daß keine unerwünschten Nebenprodukte mit abgeschieden werden, und dadurch kann eine Verunreinigung der Elektroden
weitgehend verhindert werden. Hierdurch wird eine wesentlich längere Lebensdauer der Farbwiedergabevorrichtung ermöglicht.
Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile werden nachstehend am Beispiel der elektrochromen Substanz Heptylviologenbromid der
Formel V++2Br~ näher erläutert.
In einer üblichen Farbwiedejrgabevorrichtung, in der Heptylviologenbromid
als elektrouhrome Substanz verwendet wird, läuft die nachstehende, den sichtbaren Farbwechsel herbeiführende
Redox-Reaktion ab
V4+ + e" £=>V+' (10)
in der der Punkt nach dem Pluszeichen das Vorliegen eines freien Radikals anzeigt. An der Gegenelektrode 2 läuft dagegen die
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gegenläufige Redox-Reaktlon der folgenden Art ab
Br + e" (11).
In diesen beiden Formeln (10) und (11) geben die nach rechts
gerichteten Pfeile die Richtung der farbgebenden Aufzeichungsreaktion und die nach links gerichteten Pfeile die Löschungsreaktion wieder. Bei einer solchen Parbwiedergabevorrichtung
berechnet sich die erforderliche Schwellenspannung für das Einleiten der Redox-Reaktion aus der folgenden Differenz
£-0,28v vs. Ag/AgBr für V+* Ionen)
f+0,8jJV vs. Ag/AgBr für Br" Ionen.J
Hierin bedeutet nvs. Ag/AgBr", daß die entsprechende elektromotorische
Kraft gegen eine AgBr-Standardzelle gemessen worden ist. Die erforderliche Schwellenspannung für den Ablauf der
entsprechenden Redox-Reaktion beträgt daher
0,28V - (+0,85V) = -1,11V (10a)
Dies bedeutet, daß bei einer Parbwiedergabevorrichtung des Stan· des der Technik eine Spannung von mindestens 1,11 V benötigt
wird, um zu einer Farbanzeige zu kommen.
Bei der erflndungsgemäßen Farbwiedergabe vor richtung von Fig. 1
wird die an der Indikatorelektrode 1 ablaufende farbgebende Redox-Reaktion gleichfalls durch Reaktionsgleichung (10) wiedergegeben
(10) 809812/0636
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Auf der mit der Substanz V+* beschichteten Gegenelektrode Z
läuft hingegen die folgende Redox-Reaktion ab
Der Reaktionsablauf gemäß der Pfeilrichtung nach rechts entspricht
der Anzeige-oder-Aufzeichnungsreaktion,und der nach
links gerichtete Pfeil gibt dann die Löschungsreaktion wieder.
Dies bedeutet, daß bei der erfindungsgemäßen Farbwiedergabevorrichtung
die an den Elektroden ablaufende Redox-Reaktion an sich identisch ist und nur im Richtungsverlauf voneinander verschieden
ist. Daher ist die Schwellenspannung für den Ablauf dieser Reaktion Null, wie sich aus der nachstehenden Gleichung ergibt
-O,28V - (-0,28V) = 0 V.
Der theoretische Schwellenwert für den Ablauf dieser Redox-Reaktion
ist daher tatsächlich 0. Dies bedeutet, daß in der Praxis die Parbwiedergabe und das Löschen der Farbreaktion bei
einem sehr geringen Spannungswert möglich ist. Wenn das elektrochemische Potential der Gegenelektrode 2,gemessen gegen die
Ag/AgBr-Standardzelle, niedriger als 0,83 V ist, was dem Redox-Potential
der Br~-Ionen entspricht, dann kann erreicht werden, daß dieses System nur noch auf Reaktionen anspricht, welche die
farbgebenden Ionen V+"1" betrifft, unabhängig davon, daß in der
elektrochromen Substanz auch Bromidionen vorhanden sind. Da auf diese Weise alle Reaktionen unterdrückt werden können, welche
die Br"-Ionen betreffen, läßt sich eine Verunreinigung der Elektroden
durch Bromionen vollständig vermeiden.
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Während der farbgebenden Redox-Reaktion wird die in Form eines
Films 8 vorher auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagene Substanz V+" durch die nach rechts gerichtete, an der Gegenelektrode
2 ablaufende Gegenreaktion gemäß Reaktionsgleichung (12) aufgebraucht. Gleichzeitig wird aber die entsprechende Menge
dieser Substanz V+* wieder in Form eines Films 8 auf der Gegenelektrode
2 aufgebaut, wenn anschließend die Löschreaktion gemäß dem linken Pfeil der Reaktionsgleichung (12) abläuft. Theoretisch
findet daher an der Gegenelektrode 2 keinerlei Verbrauch der Substanz V * statt. In der Praxis wird allerdings ein geringer
Teil dieser Substanz V+* infolge von Nebenreaktionen mit
Verunreinigungen oder aus sonstigen Gründen verbraucht, und daher ist es zweckmäßig, diese Substanz V+* nach einer vorher
bestimmbaren großen Anzahl von Zyklen aus AufzeichnungsVorgang
und Löschvorgang zu ergänzen, beispielsweise nach 5000 Wiederholungszyklen.
Damit an Indikatorelektrode und Gegenelektrode die gleichen Redox-Reaktionen, wenn auch im entgegengesetzten Sinn, ablaufen,
muß die als Film auf die Gegenelektrode 2 niedergeschlagene Substanz dem Oxidations- oder Reduktionsprodukt derjenigen Komponente
der elektrochromen Substanz entsprechen, welche in einer Gegenreaktion zu der farbgebenden Reaktion entsteht. Wenn
also die farbgebende Komponente aus Kationen besteht, so muß
die auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagene Substanz das Reduktionsprodukt der Kationen sein. Wenn dagegen die farbgebende
Komponente aus Anionen besteht, so muß die auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagene Substanz ein Oxidationsprodukt der Anionen
sein.
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Die Menge des in Form eines Films 8 auf der Gegenelektro
niedergeschlagenen Redox-Reaktionsproduktes der farbgebenden Ionen der elektrochromen Substanz muß größer sein, als dem chemischen
Äquivalent der während der farbgebenden Reaktion gebildeten Ionen entspricht. Wenn die niedergeschlagene Menge kleiner
ist, dann wird das entsprechende Redox-Reaktionsprodukt während des AufzeichnungsVorganges, d.h. während des Ablaufes der farbgebenden
Reaktion, durch die elektrochemischen Vorgänge vollständig aufgebraucht und die Redox-Reaktion daher abgestoppt.
Da bei der erfindungsgemäßen Farbwiedervorrichtung die angelegte
Spannung sehr niedrig ist, kann nach dem vollständigen Verbrauch des in Filmform an der Gegenelektrode niedergeschlagenen Redox-Reaktionsproduktes
an dieser Elektrode überhaupt keine andere Reaktion mehr ablaufen.
Der Film 8 aus Redox-Reaktionsprodukt der die Farbreaktion bewirkenden Ionen wird in der folgenden Weise auf der Gegenelektrode
niedergeschlagen:
Eine Hilfs-Gleichstromquelle 9 wird über den Schalter 10 mit
einer dritten oder Hilfselektrode 7 und der Gegenelektrode 2 so gepolt, daß die Stromrichtung durch die Gegenelektrode 2
der Stromrichtung während des AufzeichnungsVorganges entgegengesetzt
ist. Durch Schließen des Schalters 10, während sich der Schalter 6 in der Neutralstellung N befindet, läuft zwischen
der Hilfselektrode 7 und der Gegenelektrode 2 eine Redox-Reaktion ab, und auf der Gegenelektrode 2 bildet sich ein Film 8
aus einem Redox-Produkt, welches völlig dem entspricht, das
während des AufzeichnungsVorganges auf der Indikatorelektrode
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hervorruft. Falls
abgeschieden wird und dort die Farbanzeige als elektrochrome Substanz beispielsweise TTeptylviologenbromid
verwendet wird, dann läuft die durch Reaktionsgleichung (10) wiedergegebene Redox-Reaktion ab, und auf der Gegenelektrode 2
bildet sich ein Film 8 aus dem Reduktionsprodukt der Viologenionen
V+*, d.h. ein Film 8 aus freien Radikalen V+*. Die Gegenionen
Br" sammeln sich hingegen an der Hilfselektrode 7. Der Film 8 aus dem Redox-Reaktionsprodukt der farbgebenden Ionen
bleibt auch dann an der Gegenelektrode 2 stabil haften, wenn der Stromkreis geöffnet wird. FUr die Hilfsgleichstromquelle
kann auch die Hauptstromquelle 5 verwendet werden, wenn ein geeigneter Nebenstromkreis geschlossen wird.
Die Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Farbwiedergabevorrichtung
gemäß Fig. 1 erfolgt in der nachstehenden Weise: Nachdem die erforderliche Menge an Redox-Produkt der farbgebenden
Ionen in Form eines Films 8 auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagen worden ist, was bedeutet, daß der Schalter 10
eine bestimmte Zeit den Nebenstromkreis schließen muß, wird dieser Schalter 10 wieder in Offenstellung gebracht.
Anschließend wird der Wechselschalter 6, der sich in Ruhe- oder Neutralstellung befunden hat, während einer bestimmten Zeit in
Linksstellung eingerastet, so daß die für den AufzeichnungsVorgang
erforderliche Spannung zwischen den Elektroden 2 und 1 angelegt wird. In dieser Schalterstellung läuft die Reaktion gemäß
Formel (10) von links nach rechts an der Indikatorelektrode 1 ab,und das Reduktionsprodukt V+* der farbgebenden Komponente V++
wird an der Indikatorelektrode 1 abgeschieden, wodurch eine
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Purpurfarbe auftritt. Diese Farbe erscheint so lange, bis der Wechselschalter 6 wieder in Neutralstellung gebracht wird.
Der Löschvorgang erfolgt, indem man den Wechselschalter 6 nach rechts einrasten läßt, und zwar während des gleichen Zeitraumes
wie auch die Aufzeichnungsperiode gedauert hat. In dieser Schalterstellung ist die Stromrichtung zwischen den Elektroden 1 und
2 umgekehrt wie bei der Aufzeichnung, und daher laufen die durch die Formeln (10) und (12) wiedergegebenen Redox-Reaktionen in
Richtung des nach links gerichteten Pfeils ab. Nach 5000 Zyklen der Aufzeichnung und des Löschens wird der Schalter 10 wiederum
benutzt, um den Nebenstromkreis zwischen Gegenelektrode 2 und Hilfselektrode 7 zu schließen und damit die Menge des in Filmform niedergeschlagenen Redox-Produktes auf der Gegenelektrode
zu erneuern bzw. zu ergänzen.
Es wurde vorstehend bereits darauf hingewiesen, daß die Schwellenspannung
für das FunktAonlfiren der erfindungsgemäßen Farbwiedergabevorrichtung
theoretisch den Wert Null hat. Für die Praxis ist aber eine gewisse geringe Spannung zwischen Indikatorelektrode
und Gegenelektrode erforderlich,um die Redox-Reaktion in
Gang zu setzen. Diese Spannung kann jedoch so niedrig gewählt werden, daß keine unerwünschten Nebenreaktionen an der Indikatorelektrode
und der Gegenelektrode auftreten. Geeignete niedrige Spannungswerte liegen im Bereich von 0,1 V bis 1 V.
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Flg. 2 zeigt zwei für die Praxis gut brauchbare Ausführungsformen
der erfindungsgetnäßen Farbwiedergabevorrichtung, und
zwar zeigt Fig. 2a eine Schaltung unter Verwendung einer einzigen Batterie und Fig. 2b eine Schaltung mit zwei Batterien.
Im elektrischen Betrieb sind Jedoch beide Schaltungsarten äquivalent.
Bei beiden Schaltungsarten dienen die Stromkreise 12 und IJ,beispielsweise Transistoren, Zungenschalter oder Relais,
für die Auslösung des Aufzeichnungs- bzw. Löschungsvorganges.
Sie befinden sich in Schließstellung, während Impulse 14 und über die Eingangsenden 121 und I31 eingespeist werden. Die
eigentliche Farbwiedergabevorrichtung entspricht der Anordnung von Fig. 1, d.h. in einem Behälter 4 befindet sich die elektrochrome
Substanz 3 sowie eine Indikatorelektrode 1, eine Gegenelektrode 2 und eine Hilfselektrode 7. Die Schaltung für die
Hilfselektrode 7 kann identisch mit der Schaltung von Fig. 1 sein und ist in den beiden Fig. 2a und Fig. 2b fortgelassen.
Die Elektroden 1, 2 und 7 sind chemisch stabile Elektroden und können beispielsweise aus Platin, Palladium, Gold oder Graphit
bestehen.
Für die Farbwiedergabevorrichtung der Erfindung eignen sich als elektrochrome Substanzen nicht nur Viölogenverbindungen,
sondern auch andere bekannte Verbindungen, welche ihre Farbe aufgrund von Elektrochromismus ändern, beispielsweise Silberverbindungen,
Jodverbindungen, Polywolframsäure-Derivate usw., wobei die elektrochrome Substanz als Flüssigkeit, als Gel oder
als fester Körper vorliegen kann.
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In einer Parbwiedergabevorrichtung gemäß Pig. 1 bestehen die Indikatorelektrode 1, die Gegenelektrode 2 und die Hilfselektrode
7 aus Platin und sind hintereinander mit Zwischenabständen von 2 mm angeordnet. Die Elektroden sind in eine wäßrige
Lösung 3 eingetaucht, weJLche 0,1 Mol/Liter Heptylviologenbromid
als elektrochrome Substanz und 0,3 Mol/Liter Kaliumbromid als Elektrolyt enthält. Vor dem ersten Aufzeichnungsvorgang wird
ein Gleichstromimpuls von 2 V und 300 mSekunden Dauer an die Hilfselektrode 7 als Anode und die als Kathode geschaltete
Gegenelektrode 2 geschickt, wodurch sich auf der Gegenelektrode 2 ein purpurfarbener Film 8 aus dem Reduktionsprodukt des
Heptylviologenkations V++, nämlich das Produkt V+' abscheidet.
Wenn anschließend die Indikatorelektrode und die beschichtete Gegenelektrode 2 kurzgeschlossen werden, wird praktisch kein
Vorgang beobachtet, obwohl theoretisch eine sehr langsame Auflösung des Produktes V+* von der Gegenelektrode in die Lösung
und gleichzeitig ein sehr langsames Niederschlagen der äquivalenten Menge an V+* auf der Indikatorelektrode 1 stattfinden
sollte.
Wenn man Jedoch an die Gegenelektrode 2 als Anode und die Indikatorelektrode
1 als Kathode eine Gleichstromspannung von 0,1 V anlegt, dann findet die für den AufzeichnungsVorgang erforderliche
Redox-Reaktion statt, wodurch sich die purpurfarbene Substanz
V+* von der Gegenelektrode 2 allmählich ablöst und sich
eine äquivalente Menge der gleichen purpurfarbenen Substanz allmählich auf der Indikatorelektrode 1 niederschlägt. Wenn
die Stromrichtung zwischen Indikatorelektrode 1 und Gegenelek-
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trode 2 umgepolt wird, dann wird die purpurfarbene Substanz V
auf der Indikatorelektrode 1 gelöscht, und die äquivalente Menge purpurfarbener Substanz V+* wird auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagen.
Die Geschwindigkeit von Aufzeichnungsvorgang und Löschvorgang hängt von der Höhe der Spannung zwischen den Elektroden
1 und 2 ab.
Wenn man eine solche Farbwiedergabevorrichtung mit einer Spannung
von 0,8 V betreibt, so laufen Aufzeichnungs- und Löschvorgang
innerhalb von 200 mSekunden ab. Bei einer solchen Betriebsspannung von 0,8 V besteht auch keine Gefahr, daß die Elektroden 1
und 2 infolge der Oxidationsreaktion mit Bromidgegenionen der elektrochromen Substanz verunreinigt werden. Demgemäß ergibt
eine erfindungsgemäße Farbwiedergabevorrichtung auch nach zahlreichen
Zyklen des Aufzeichnungs- und Löschungsvorganges noch
eine klare und farbstarke Anzeige. Beispielsweise können über 500 000 solcher Aufzeichnungs- und Löschungsvorgänge vorgenommen
werden. Nach etwa 5000 Zyklen von Anzeige- und Löschvorgang ist es zweckmäßig, das auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagene
Reduktionsprodukt aufzufrischen, indem man den Nebenstromkreis mit der Hilfselektrode über den Schalter 10 schließt und jeweils
einen Strompuls von 2 V und 300 mSekunden einwirken läßt.
Es wird die gleiche Vorrichtung verwendet, wie sie in Fig. 1 beschrieben ist, wobei die Indikatorelektrode 1 und die Gegenelektrode
2 aus Gold bestehen, während die Hilfselektrode 7 aus Platin ist. Im übrigen wird der Film 8 zu Beginn niedergeschlagen,
wie es in Beispiel 1 beschrieben ist. Auch der Betrieb der
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Farbwiedergabevorrichtung erfolgt wie in Beispiel 1 beschrieben .
Wenn die Betriebsspannung auf 0,5 V eingestellt wird, laufen der Aufzeichnungsvorgang und der Löschvorgang innerhalb 200
mSekunden ab. Selbst nach 500 000 Zyklen von Aufzeichnungs- und
LöschungsVorgang liefert die Farbwiedergabevorrichtung noch klare
und normale Farbbilder. Nach jeweils 5000 Zyklen ist es zweckmäßig, den Film 8 auf der Gegenelektrode 2 aufzufrischen, indem
man Strompulse von 2 V und j50 mSekunden einwirken läßt.
Die Farbwiedergabevorrichtung entspricht der Anordnung von Fig. 1,
wobei Indikatorelektrode 1 und Hilfselektrode 7 aus Platin bestehen, während die Gegenelektrode 2 aus Graphit ist. Weitere
Einzelheiten der Inbetriebnahme und des Aufbringens des Films sind wie in Beispiel 1 angeführt.
Um den AufzeichnungsVorgang innerhalb von 200 mSekunden ablaufen
zu lassen, muß die Betriebsspannung 0,5 V betragen. Für den Löschvorgang sind 0,9 V erforderlich, wenn auch hier 200 mSekunden
Dauer erwünscht sind. Diese Farbwiedergabevorrichtung zeigt auch nach 500 000 Zyklen von Aufzeichnung und Löschung noch
klare und leuchtkräftige Bilder. Nach jeweils 5000 Zyklen ist es zweckmäßig, den auf der Gegenelektrode niedergeschlagenen
Film zu erneuern.
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PUr den Vergleich wird eine übliche Parbwiedergabevorrichtung
verwendet, bei der Indikatorelektrode 1 und Gegenelektrode 2 aus Platin bestehen. Diese Vorrichtung weist aber keine Hilfselektrode auf, und daher kann vor Inbetriebnahme der Vorrichtung
auch kein Film 8 aus dem .Reduktionsprodukt V+* auf die Gegenelektrode aufgebracht werden. Damit bei einer solchen konventionellen Farbwiedergabevorrichtung der AufzeichnungsVorgang innerhalb von 200 mSekunden abläuft, ist eine Betriebsspannung von
1,5 V erforderlich. Für den LöschungsVorgang sind 2 V erforderlich. Nach 5000 Zyklen von Aufzeichnung und Löschung zeigt sich,
daß die Farbwiedergabevorrichtung nicht mehr richtig funktioniert, und zwar deshalb, weil die Elektrode in hohem Maß durch das
Gegenion Br~ verunreinigt worden ist.
Für das Inbetriebnehmen der erfindungsgemäßen Farbwiedergabevorrichtung ist es nicht unbedingt erforderlich, daß eine Hilfselektrode verwendet wird, sondern man kann den Film des Reduktions- oder Oxidationsproduktes auf die Gegenelektrode auch in
anderer Weise aufbringen. Dies wird durch die nachstehenden Beispiele erläutert.
Es wird eine Farbwiedergabevorrichtung entsprechend einer Anordnung von Fig. 3 verwendet, wobei der Behälter 4 aus
durchsichtigem Kunststoff, Glas oder einem entsprechenden Material besteht und eine elektrochrome Substanz JJ sowie eine Indikatorelektrode 1 und eine Gegenelektrode 2* aufweist. Die Indikatorelektrode 1 besteht aus einem chemisch stabilen leitenden
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- aer-
Material, wie Platin oder Gold« die Gegenelektrode 2' besteht
hingegen aus einem Metall oder einem leitenden Material mit einem solchen Redox-Potential, daß das Redox-Reaktionsprodukt
eines farbgebenden Ions, beispielsweise das Produkt V+*, spontan
infolge der Potentialdifferenz zwischen dem Elektrodenmetall und der elektrochromen Substanz niedergeschlagen wird, sobald
die Oberfläche der Gegenelektrode 2 mit der elektrochromen Substanz in Berührung kommt.
Beispielsweise können folgende Kombinationen aus elektrochromer Substanz und Elektrodenmaterial für die Gegenelektrode verwendet
werden:
1) PUr Hexylviologen-, Heptylvlologen-, Octylviologen- oder Benzylviologenkationen als elektrouhrome Substanz eignen
sich als Elektrodenmaterial Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium, Eisen oder Legierungen aus diesen Metallen.
2) PUr p-Cyanophenylviologen- oder Silberkationen als elektrochrotne
Substanz eignen sich die nachstehenden Metalle als Elektrodenmaterial: Zink, Blei , Zinn, Indium, Cadmium,
Eisen, Aluminium, Nickel, Kupfer oder Legierungen dieser Metalle.
3) PUr Polywolframsäurekationen als farbgebende Substanz eignen
sich als Elektrodenmaterial die folgenden Metalle: Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium, Eisen, Aluminium oder
Legierungen dieser Metalle.
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4) Für farbgebende Anionen von Jodidverbindungen, wie Tetraalkylammoniumjodid,
Acetylcholinjodid oder Propionylcholinjodid eignen sich als Elektrodenmaterial Ag2O4 MnO2, NiO
und/oder PbOg.
Wenn als elektrochrome Substanz eine Verbindung gewählt wird, bei der das Anion die farbgebende Komponente ist, dann soll das
Material für die Gegenelektrode ein höheres Redox-Potential aufweisen
als das entsprechende farbgebende Anion der elektrochromen Substanz.
Wenn die vorstehend aufgeführten Kombinationen von elektrochromer Substanz und Elektrodenmaterial für die Gegenelektrode 21
ausgewählt werden, dann bildet sich beim Inberührungbringen der Gegenelektrode 2' mit der elektrochromen Substanz spontan ein
Film 8 auf der Gegenelektrode aus dem Redox-Reaktionsprodukt der farbgebenden Komponente der elektrochromen Substanz. Auf diese
Weise wird, wie vorstehend erläutert, ermöglicht, daß die an .der Indikatorelektrode 1 und an der Gegenelektrode 21 ablaufenden
Redox-Reaktionen einander entsprechen.
Wenn als elektrochrome Substanz Heptylviologenbromid 0
verwendet wird, dann dissoziiert diese in die farbbildenden Kationen V++ und die Gegenionen Br" in der im Behälter befindlichen
Lösung. In diesem Fall kann die Indikatorelektrode 1 beispielsweise aus Platin oder Gold bestehen, während die Gegenelektrode
2' aus Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium, Eisen oder Legierungen dieser Metalle sowie aus Ag2O oder MnO2 bestehen
kann. Beispielsweise kann die Gegenelektrode hergestellt werden,
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indem man die betreffenden Metalle oder leitenden Verbindungen in Form einer Platierung oder eines Überzuges auf Platin, Gold
oder ein entsprechendes chemisch stabiles Metall aufbringt. Da eine Gegenelektrode aus Zink, Blei oder Zinn ein negativeres
Redox-Potential aufweist als die elektrochrome Substanz in der Lösung, laufen an der Gegenelektrode 21 die nachstehenden Reaktionen
ab, wobei M das Metall oder die leitende Substanz bedeutet, welche die Oberfläche der Gegenelektrode 2' bildet.
(13)
J-M
2 |
s~ | + v++ |
-Lm+"1
2 |
+ e~ |
und demgemäß | ||||
ι M | s | 1M++ | ||
2 | S | 2 | ||
(14)
Eine bestimmte Menge des Metalls oder der leitenden Substanz iM
löst sich von der Gegenelektrode 2' ab und wird von der Lösung J5
der elektrochromen Substanz aufgenommen, während sich gleichzeitig das Redox-Reaktionsprodukt der farbbildenden Ionen V++,
nämlich das Produkt V+*, in Form eines violett gefärbten Films
auf der Gegenelektrode 21 niederschlägt. Wenn die gesamte Oberfläche
der Gegenelektrode 2 mit einem Film 8 aus dem Reduktionsprodukt V+* bedeckt ist, dann werden auch die Reaktionen IjJ und
14 abgestoppt, weil zu diesem Zeitpunkt die Oberfläche des Materials M von der Lösung der elektrochromen Substanz vollständig
isoliert ist.
Da auf diese Weise die Gegenelektrode 2' vollständig mit einem Film 8 des Redox-Reaktionsproduktes der farbgebenden Komponente
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überzogen 1st, 1st auch die Schwellenspannung für den Ablauf
der Aufzelchnungs- und Löschungsreaktion an der indikatorelektrode theoretisch Null geworden.
Die im Behälter 4 enthaltene Lösung 3 besteht beispielsweise
aus einer wäßrigen Lösung, welche 0,1 Mol/Liter Heptylviologenbromld als elektrochrome Substanz und 0,3 Mol/Liter Kaliumbromid als Elektrolyt enthält. Eine aus Platin bestehende Indikatorelektrode 1 und eine aus Blei bestehende Gegenelektrode 2'
werden mit einem Abstand von 2 mm in diese Lösung eingetaucht. In dem Moment, wo die Gegenelektrode 2' aus Blei mit der Lösung
der elektrochromen Substanz in Berührung kommt, überzieht sich die Oberfläche der Gegenelektrode 2* spontan mit dem violett
gefärbten Reaktionsprodukt V+* der Viologenkationen V+*. Da in
dieser Ausführungsform die farbgebende Komponente als Kationen
vorliegt, wird die Gleichstromquelle 5 mittels des Wechselschalters 6 so mit den beiden Elektroden verbunden, daß die Gegenelektrode 21 für den AufzeichnungsVorgang die Anode ist und die
Indikatorelektrode 1 die Kathode.
Bei einer Spannung von 0,1 V läuft die farbgebende Redox-Reaktion mit mäßiger Geschwindigkeit ab, und auf der Indikatorelektrode erscheint die violette Färbung, während gleichzeitig
die vorher spontan auf der Gegenelektrode gebildete Schicht aus violettem Reaktionsprodukt der farbbildenden Substanz wieder in
Lösung geht.
Beim Umpolen von Indikatorelektrode und Gegenelektrode, d.h. beim Löschvorgang, löst sich die violette Farbschicht von der
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Indikatorelektrode 1 wieder ab und wird von der Lösung der elektrochromen
Substanz aufgenommen, während sich gleichzeitig die äuqivalente Menge an violetter Substanz auf der Gegenelektrode 2'
niederschlägt.
Durch Erhöhen der Spannung zwischen Indikatorelektrode 1 und Gegenelektrode 21 läßt sich die Geschwindigkeit der Farbaufzeichnung
und des Löschvorganges beschleunigen, und bei einer Spannung von 0,6 V kann der AufzeichnungsVorgang und der Löschvorgang
jeweils innerhalb von 300 mSekunden ablaufen.
Bei einer solchen Betriebsspannung von 0,6 V besteht auch noch
keine Gefahr, daß die Gegenionen Br~ in Reaktion treten, da hierzu eine Spannung von über 1,11 V erforderlich ist. Demgemäß läßt
sich eine Verunreinigung der Elektronen durch das Gegenion Br~ vollständig vermeiden, und selbst nach 100 000 Zyklen von Aufzeichnungs-
und LöschungsVorgang arbeitet die erfindungsgemäße
Farbwiedergabevorrichtung in normaler Weise unter klarer ausgezeichneter Farbgebung. Bei dieser Ausführungsform ist es nicht
erforderlich, die Gegenelektrode nach einer Anzahl von Zyklen zu erneuern, weil diese Erneuerung mit Redox-Produkt automatisch
erfolgt.
Die gewählte Anordnung entspricht Fig. 4. Ein Behälter 4 aus
durchsichtigem Kunststoff, Glas oder einem entsprechenden Material enthält eine elektrochrooe Substanz 3· In diesem Fall bestehen
jedoch Indikatorelektrode 1 und Gegenelektrode 2 aus einem chemisch stabilen Metall, wie Platin oder Gold. Es ist außerdem
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eine Hilfselektrode 7' vorgesehen, welche aus einem solchen
Metall oder einem solchen leitenden Material besteht, daß sich das Redox-Reaktionsprodukt des farbbildenden Ions, beispielsweise
das Produkt V+* der elektrochromen Substanz V++, infolge der
Differenz der Redox-Potentiale zwischen Elektrodenmaterial und elektrochromer Substanz spontan auf der Elektrodenoberfläche
niederschlägt, wenn diese mit der elektrochromen Substanz in Berührung kommt, über einen variablen Widerstand 11 und einen
Schalter 10 kann die Hilfselektrode 7' mit der Gegenelektrode 2 kurzgeschlossen werden. In einer modifizierten Form kann der
Kurzschluß auch zwischen Hilfselektrode 7' und der Indikatorelektrode 1 erfolgen.
Wie im vorhergehenden Beispiel 5 erläutert, bedeckt sich das Metall der Hilfselektrode, beispielsweise Zink, Blei oder Zinn,
beim Eintauchen in die Lösung einer elektrochromen Substanz, wie Heptylviologenbromid, spontan mit einem Film des ReduktionsProduktes,
beispielsweise mit einem violett gefärbten Film der Substanz V+*. Daher ist während des gesamten Betriebs dieser Farbwiedergabevorrichtung
die Hilfselektrode immer mit einem Film des Reduktionsproduktes der farbgebenden Komponente überzogen.
Wenn die überzogene Hilfselektrode 71 über den variablen Widerstand
11 und den Schalter 10 mit der Gegenelektrode 2 kurzgeschlossen wird, dann bildet sich zwischen dem Film 8 und der
Gegenelektrode 2 eine Art Zelle. Demgemäß wird die Substanz V+*
infolge der elektromotorischen Kraft der Zelle, die der Differenz zwischen den Redox-Potentialen der Filmsubstanz
und der Gegenelektrode entspricht, allmählich auf die Oberfläche der Gegenelektrode 2 übertragen. Diese Übertragungsreaktion hört
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auf, sobald die Oberfläche der Gegenelektrode vollständig mit
der Substanz des Films 8 überzogen ist. Auf diese Weise ist dann eine Gegenelektrode des Typs entstanden, wie sie bei der Ausführungsform
von Beispiel 5 beschrieben worden ist.
Wenn beispielsweise bei der hier geschilderten Ausführungsform
die Indikatorelektrode 1 und die Gegenelektrode 2 aus Gold und die Hilfselektrode 7' aus Blei ist und wenn Hilfselektrode 7'
und Gegenelektrode 2 über einen Widerstand von 70 K-Q miteinander
kurzgeschlossen sind, dann können die folgenden Ergebnisse erzielt werden:
Für den Aufzeichnungsvorgang wird eine Spannung von 0,4 V und für den Löschvorgang eine gegengerichtete Spannung von 0,8 V
zwischen Gegenelektrode 2 und Indikatorelektrode 1 benötigt.
Falls diese Ausführungsform so abgewandelt wird, daß der Widerstand
11 mit der Indikatorelektrode 1 anstelle mit der Gegenelektrode 2 verbunden wird, dann wird die Indikatorelektrode 1
zu Beginn der Inbetriebnahme bereits mit der farbgebenden Komponente überzogen. Eine solche Farbwiedergabevorrichtung muß dann
in einer etwas anderen Weise gehandhabt werden. Beispielsweise kann eine Aufzeichnung erfolgen, indem die Farbe auf der Indikatorelektrode
1 gelöscht wird. Bei einer noch anderen Ausführungsfonn wird unter den vorstehend angegebenen Betriebsspannungen
beim Aufzeichnungssignal zunächst an der Indikatorelektrode 1 kein besonderer Vorgang beobachtet, weil diese bereits gefärbt
ist. Beim nächsten Signal, nämlich dem Löschsignal, wird aber die Farbe an der Indikatorelektrode 1 ausgelöscht und gleichzeitig
bildet sich das entsprechende Redox-Produkt an der Gegen-
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elektrode 2.
Venn Jetzt die Gegenelektrode 2 über den Widerstand 11 kurzgeschlossen
wird, lagert sich allmählich violett gefärbtes Reduktionsprodukt V+* der farbgebenden Komponente V"*"1* auf der Gegenelektrode
2 ab.
Bei Anwendung der vorstehend erläuterten Betriebsspannungen
erfolgen Aufzeichnungs- und Löschungsvorgang innerhalb von 200 mSekunden. Selbst nach 500 000 Zyklen von Aufzeichnen und Löschen
arbeitet diese Parbwiedergabevorrichtung völlig normal. Ein Auffrischen der Gegenelektrode 2 ist nicht erforderlich, weil das
erforderliche Redüktionsprodukt laufend über die Hilfselektrode
7' zur Verfügung gestellt wird, selbst wenn beim Betrieb an
Gegenelektrode und Indikatorelektrode etwas der Pilmsubstanz verbraucht werden sollte.
Es wird die in Beispiel 6 beschriebene Anordnung gemäß Fig. 4 verwendet, wobei die Indikatorelektrode 1 aus Platin, die Gegenelektrode
2 aus Graphit und die Hilfselektrode 7' aus Zinn besteht.
Beim Kurzechließen mittels des Schalters 10 fließt ein Strom durch den Schalter, und auf der Gegenelektrode 2 schlägt
sich ein Film 8 des Reduktionsproduktes V+* der farbbildenden
Ionen V+"1" ab. Sobald sich eine bestimmte Menge dieses Reduktions-"
Produktes V+* auf der Gegenelektrode 2 niedergeschlagen hat,
hört der Stromfluß über den Schalter 10 auf, doch wenn Reduktionsprodukt V+* aus welchen Gründen auch immer verbraucht wird,
dann beginnt der Strom wieder zu fließen und dadurch wird die
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i 273756A
Menge an niedergeschlagenem Produkt V+* auf der Gegenelektrode
ergänzt. Auf diese Weise wird automatisch sichergestellt, daß die erforderliche Menge an Reduktionsprodukt immer auf der Oberfläche
der Gegenelektrode 2 vorhanden ist, wodurch der Aufzeichnungsvorgang bei nur 0,5 V Spannung abläuft.
Bei der praktischen Prüfung zeigt sich, daß der Aufzeichnungsvorgang bei einem Gleichstrompuls von 0,5 V innerhalb von 100
mSekunden abläuft, während für den Löschvorgang ein Gleichstrompuls von 1,0 V während 200 mSekunden erforderlich ist. Selbst
nach mehr als 500 000 Zyklen der Aufzeichnung und des Löschens arbeitet die Parbwiedergabevorrichtung noch vollkommen normal,
wobei ein Erneuern der Gegenelektrode nicht erforderlich ist, weil das für den Betrieb benötigte Reduktionsprodukt automatisch
durch die Hilfselektrode 7' zur Verfügung gestellt wird, wie vorstehend erläutert.
Beispiel 8 (Vergleichsbeispiel)
Es wird mittels einer Vorrichtung gearbeitet, welche aber keine Elektrode aus einem Metall enthält, die es ermöglicht, daß das
Redox-Produkt automatisch auf der Gegenelektrode erneuert wird. Es wird für diesen Vergleichsversuch eine Anordnung gemäß Fig.
verwendet, wobei die Indikatorelektrode 1, die Gegenelektrode 2 und die Hilfselektrode 7 aus Platin als chemisch stabilem Metall
bestehen. Es wird die in den Beispielen 5 bis 7 verwendete Lösung einer elektrochromen Substanz eingesetzt. Wie in den
Beispielen 5 bis 7 wird zunächst zwischen Hilfselektrode 7 und Gegenelektrode 2 eine ausreichende Spannung angelegt, um sicherzustellen,
daß sich eine gewisse Menge an Redox-Produkt in Form
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" 3>ϊ 273756A
eines Films 8 auf der Gegenelektrode 2 niederschlägt. Nach 10 000 Zyklen von Aufzeichnungs- und Löschungsvorgang«ohne daß
zwischendurch die Gegenelektrode 2 erneuert wurde, wird die Farbanzeige aber für praktische Anwendungszwecke zu schwach.
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Claims (12)
1. Parbwiedergabevorrichtung, welche ein Paar Elektroden
in einem Behälter mit mindestens einem transparenten Teil sowie eine zwischen den Elektroden befindliche Substanz enthält, die
ihre Farbe aufgrund von Elektrochromismus ändert, wobei die eine Elektrode die Indikatorelektrode darstellt, an der der
sichtbare Farbwechsel stattfindet, während die andere. Elektrode als Gegenelektrode dient, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenelektrode eine Beschichtung aus dem Oxidationsoder Reduktionsprodukt derjenigen Komponente der elektrouhroraen
Substanz aufweist, welche in einer Gegenreaktion zu der farbgebenden Reaktion entsteht.
2. Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Menge der auf die Gegenelektrode aufgebrachten Beschichtung mindestens der an der Indikatorelektrode gebildeten
Menge an farbgebender Komponente entspricht.
3. Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Hilfselektrode vorgesehen ist, welche mit der elektrochromen Substanz in Berührung steht
und welche gegen die Indikatorelektrode oder die Gegenelektrode unter Ausbildung eines elektrischen Feldes schaltbar angeordnet
ist.
4. Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode aus einem Metall besteht,
dessen Redox-Potential von dem Redox-Potential der elektrochromen
Substanz verschieden ist, wobei die Potentialdifferenz die
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- ti -
spontane Bildung einer Schicht aus dem Oxidations- oder Reduktionsprodukt
der Gegenreaktion der farbgebenden Reaktion bewirkt,
5. -Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet,
daß die Hilfselektrode aus einem Metall besteht, dessen Redox-Potential von dem Redox-Potential der elektrochromen
Substanz verschieden ist, wobei die Potentialdifferenz die spontane Bildung einer Schicht aus dem Oxidations- oder Reduktionsprodukt der Gegenreaktion der farbgebenden Reaktion auf der
Hilfselektrode bewirkt.
6. Farbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 4 und 5* dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrochrome Substanz als farbgebende Komponente Hexyl-, Heptyl-, Octyl-τ oder Benzyl viol ogenkationen
liefert und daß die Gegenelektrode bzw. die Hilfselektrode aus Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium und/oder Eisen bzw. diese
Metalle enthaltenden Legierungen besteht.
7· Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 4 und 5» dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrochrome Substanz p-Cyanophenylviologen-
oder Silberkationen liefert und daß die Gegenelektrode bzw. die Hilfselektrode aus Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium,
Eisen, Aluminium, Nickel und/oder Kupfer bzw. diese Metalle enthaltenden Legierungen besteht.
8. Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 4 und 5* dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrochrome Substanz von Polywolframsäure gebildete Kationen liefert und daß die Gegenelektrode bzw.
die Hilfselektrode aus Zink, Blei, Zinn, Indium, Cadmium, Eisen,
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3 273756A
Aluminium und/oder diese Metalle enthaltenden Legierungen besteht.
9· Parbwiedergabevorrichtung nach Anspruch 4 und 5» dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrochrome Substanz Tetraalkylammoniumjodid-r,
Acetylcholinjodid- oder Propionylcholinjodidanionen ·
liefert und daß die Gegenelektrode bzw. die Hilfselektrode aus AgO, MnOg, NiO und/oder PbO2 besteht.
10. Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Parbwiedergabevorrichtung
nach Anspruch 1, bei der die Elektroden aus einem chemisch inerten Material, wie Gold oder Platin, bestehen, dadurch gekennzeichnet,
daß man durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen Gegenelektrode und Hilfselektrode eine Schicht aus dem
Reduktionsprodukt des farbgebenden Kations oder eine Schicht aus dem OxLdationsprodukt eines farbgebenden Anions auf der
Gegenelektrode aufbringt und dann die Verbindung zwischen den beiden Elektroden unterbricht und die Gegenelektrode mit der
Indikatorelektrode für den Parbwiedergabevorgang über eine Spannungsquelle
verbindet sowie die Spannung auf den erforderlichen Wert einregelt.
11. . Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Farbwiedergabevorrichtung
nach Anspruch 1, bei der die Gegenelektrode aus einem Metall mit unterschiedlichem Redox-Potential gemäß Anspruch 4
bis 9 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gegenelektrode so lange mit der elektrochromen Substanz in Berührung läßt, bis
sich eine Schicht aus dem Oxidations- oder Reduktionsprodukt der Gegenreaktion zur farbgebenden Komponente aufgebaut hat und
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dann eine elektrische Spannung zwischen Gegenelektrode ιϊηα
Indikatorelektrode anlegt sowie den erforderlichen Spannungswert einregelt.
12. Verfahren zum Inbetriebnehmen einer Parbwiedergabevorrichtung
nach Anspruch 1, bei der Gegenelektrode und Indikatorelektrode aus einem chemisch inerten Metall, die Hilfselektrode
aus einem Metall mit unterschiedlichem Redox-Potential gemäß Anspruch 5 bis 9 besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hilfselektrode
so lange mit der elektrouhromen Substanz in Berührung
läßt, bis sich auf dieser eine Schicht aus dem Oxidations- oder Reduktionsprodukt der Gegenreaktion zur farbgebenden Komponente
ausgebildet hat, dann diese Schicht in einem zwischen Hilfs- und Gegenelektrode angelegten Spannungsfeld auf die letztere überträgt
und schließlich die Hilfselektrode abschaltet sowie eine elektrische Spannung zwischen Gegen- und Indikatorelektrode anlegt
und den erforderlichen Spannungswert einregelt.
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Also Published As
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