WO2007071534A1 - Elektrochromes display mit verbesserter auflösung und herstellungsverfahren dazu - Google Patents

Elektrochromes display mit verbesserter auflösung und herstellungsverfahren dazu Download PDF

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Roland Wagner
Roland Weiss
Istvan Jedlicska
Maria Sramek
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    • G02F1/13394—Gaskets; Spacers; Sealing of cells spacers regularly patterned on the cell subtrate, e.g. walls, pillars

Definitions

  • the invention relates to an electrochromic display with improved resolution and a production method thereof.
  • Electrochromic displays are known in which a layer construction of baking electrode, electrochromic layer and viewing electrode is realized. Due to the low overall thickness of the sandwich structure, maximum flexibility and bending performance are achieved.
  • the viewing and counter electrodes typically include plastic carrier films coated with conductive material.
  • the viewing electrode is designed as a transparent, electrically conductive electrode on a likewise transparent carrier.
  • the baking and viewing electrodes are designed as crossed line structures.
  • the color change of the flat applied layer should occur only at their crossing points.
  • the electric field with respect to the baking electrode decreases according to a simple law, the thickness of the electrochromic layer and the distance from the edge of the baking electrode line determining the strength of this field. Since the discoloration of the electrochromic layer is determined by the applied electric field, this leads to a strong smearing and discoloration beyond the actual crossing point.
  • the object of the invention is therefore, this crosstalk, which is a smearing of the discoloration of the electrochromic Layer beyond the area of the single pixel (ie, the crossing points) manifested to underprint.
  • the invention relates to an electrochromic display with at least one baking electrode, a viewing electrode and between an electrochromic active layer, baking electrode and viewing electrode are designed as crossed line structures (matrix control), characterized in that barrier strips are mounted in the electrochromic active layer , which run parallel to one of the electrodes in such a way that a barrier strip is always arranged between two adjacent electrode strips.
  • the invention relates to a method for producing a display, wherein on a support layer parallel and alternately electrode and barrier strips are formed on which a layer of electrochromic active material is applied to the crossed then applied to the lower strip, the strips of the upper electrode become.
  • the barrier strips run parallel to the baking electrode strips and / or are mounted on the upper electrode in order to completely suppress crosstalk (smearing) of the discoloration as completely as possible.
  • the barrier strips run parallel to the viewing electrode strips.
  • the barrier strips occupy the entire thickness of the electrochromic active layer, so that they connect below to the carrier of the baking electrode and the top of the viewing electrode.
  • the barrier strips are made of a material having a high specific electrical resistance.
  • the barrier strips are made of a material having a low dielectric constant.
  • the material for the barrier layer is chosen such that it has both a high resistivity and a small relative dielectric constant, as this can suppress both resistive and capacitive coupling between adjacent electrode strips.
  • the barrier strips of a plastic such as a polymeric organic material, from a glass or a ceramic.
  • a plastic such as a polymeric organic material
  • glass or ceramic fibers can also be used.
  • the plastic may be organic, organometallic and / or inorganic, may be polymeric, oligomeric, monomeric, as a blend, etc. so in any form.
  • the viewing electrode is the electrode through which photons and / or light particles or light waves can pass through in the electrochromic display. It is therefore designed as a transparent electrode on a likewise transparent carrier.
  • the viewing electrode is made of ITO on a PET / PES film, on thinnest glass and / or quartz.
  • the other electrode that is to say the electrode which is generally not transparent on the side of the display and here also called the "back electrode”
  • the electrode strips themselves are made of a metal such as a gold / nickel / copper alloy or another alloy, a pure metal or conductive composites (so-called carbon black).
  • a metal such as a gold / nickel / copper alloy or another alloy, a pure metal or conductive composites (so-called carbon black).
  • both electrodes are transparent or at least transparent and semitransparent. This may be necessary for a variety of reasons, and in this case the baking electrode will then also be transparent or semitransparent.
  • One or both electrodes may equally well be made of organic conductive plastics such as PANI or the like.
  • the material of the electrochromic active layer is in no way limited, all types of electrochromically active materials can be used. At present, preference is given to organic electrochromic materials, it being possible to use, for example, pH-active electrochromic materials, redox-active electrochromic materials or combinations of the two.
  • the organic material should not be limited to the classical organic, so carbon-containing materials, but also silicones can be used.
  • the electrochromically active material may be polymeric, oligomeric and / or monomeric.
  • a technique selected from the known printing techniques, the lithographic techniques, laser structuring, or microimprinting is selected.
  • all known additive, subtractive or reshaping processes which permit microstructuring on the respective electrode carrier can be used to produce the described strip-like topology.
  • the processes for producing the electrochromically active layer are known from the literature, for example, the electrochromic active layer can be produced by doctoring, spin coating, (spin coating), sputtering, spraying and / or by printing techniques (eg screen printing).
  • Figure 1 shows a cross section through the plane on the parallel and always alternately a barrier strip and an electrode strips are arranged.
  • Figure 2 shows a plan view of a surface with parallel barrier and electrode strips
  • Figure 3 shows the current density under the viewing electrode path with and without barrier strips
  • FIG. 4 shows the electric field strength under the viewing electrode track with and without barrier strips.
  • FIG. 1 shows a cross section through the electrochromic display
  • the substrate 1 On which the baking electrode strips 2 are arranged at a distance from each other. Between two baking electrode strips 2 is in each case a barrier strip 3. Both strips are embedded in a layer 4 of electrochromically active material. On the layer 4 of electrochromically active material is to see the length, because the baking and viewing electrode strips are designed crossed, a strip of the viewing electrode 5 to which the upper support or the encapsulation 6, which is transparent adjoins.
  • the strips 2 and 3 are shown differently in height in FIG. 1, this is a preferred embodiment in which the strips of the barrier layer measure the entire height of the layer of electrochromically active material and thus show optimum barrier effect.
  • other barrier strips that are not quite as high may still have sufficiently good barrier properties, so that the invention should not be limited to the embodiment with a continuous height of the barrier strips.
  • FIG. 2 shows the plan view of FIG. 1, with the layers 4, 5 and 6 omitted. Therefore, only the layers 2 and 3, that is to say the electrode and barrier strips that lie alternately next to one another, can be seen.
  • the barrier strips 3 are significantly narrower than and the same length as the electrode strips 2.
  • Other embodiments of the invention provide that the strips are equal in width or even more than the electrode strips and / or that the barrier strips do not extend along the entire length of the electrode tracks, but are mounted only in selected areas of the display. For example, it is conceivable that the center of the display by the attachment of barrier strips a much improved resolution as the or a peripheral region (s) of the display.
  • FIG. 3 shows test results with a display according to the invention: the current density in the layer of electrochromically active material below the
  • Viewing electrode strip 5 which in the example shown is a web of ITO.
  • the zero point is at one edge of the baking electrode 2, after about 100 ⁇ m the opposite edge of the baking electrode is reached.
  • FIG. 4 shows a similar development for the electric field strength under the viewing electrode strip, again an ITO web.
  • the curve with the dashes interrupted by dots again shows the state of the art, whereas the solid line again shows the measurement result according to the invention, that is to say with a display with barrier strips.
  • the invention relates to an electrochromic display with improved resolution and a manufacturing method thereof.
  • the resolution is improved by introducing barrier strips between the electrode strips which stop the potential flow and the current flow between the electrode strips and thus prevent a discoloration of the electrochromic material between the individual electrode strips.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrochromes Display mit verbesserter Auflösung sowie ein Herstellungsverfahren dazu. Die Auflösung wird dadurch verbessert, dass Barrierestreifen (3) zwischen die Elektrodenstreifen (2) eingebracht werden, die den Potentialfluss und den Stromfluss zwischen den Elektrodenstreifen stoppen und damit eine Verfärbung des elektrochromen Materials (4) zwischen den einzelnen Elektrodenstreifen verhindern.

Description

Beschreibung
Elektrochromes Display mit verbesserter Auflosung und Herstellungsverfahren dazu
Die Erfindung betrifft ein elektrochromes Display mit verbesserter Auflosung sowie ein Herstellungsverfahren dazu.
Bekannt sind elektrochrome Displays, in denen ein Schichtauf- bau aus Backelektrode, elektrochromer Schicht und Sichtelektrode realisiert ist. Durch die geringe Gesamtdicke der Sandwich-Struktur wird dabei größte Flexibilität und Biegefahig- keit erreicht. Die Sicht- und Gegenelektrode umfassen in der Regel Kunststoff-Trager-Folien, die mit leitfahigem Material beschichtet sind. Die Sichtelektrode ist dabei als transparente, elektrisch leitfahige Elektrode auf einem ebenfalls transparenten Trager ausgelegt.
Zum Aufbau eines Matrix-Displays für die Darstellung komple- xer Bilder kann auf eine technisch schwierige und kostenintensive Strukturierung der elektrochromen Schicht verzichtet werden, wenn Back- und Sichtelektrode als gekreuzte Linienstrukturen ausgelegt sind. Bei Anlegen einer Spannung zwischen diesen Linien der Back- und Sichtelektrode, sollte die Farbanderung der flachig applizierten Schicht ausschließlich an deren Kreuzungspunkten auftreten. Da das Potential jedoch längs der gesamten Sichtelektrodenbahn vorliegt, nimmt das elektrische Feld bezuglich der Backelektrode nach einem einfachen Gesetz ab, wobei die Dicke der elektrochromen Schicht und der Abstand vom Rand der Backelektrodenlinie die Starke dieses Feldes bestimmen. Da die Verfärbung der elektrochromen Schicht vom anliegenden elektrischen Feld bestimmt wird, fuhrt dies zu einer starken Verschmierung und Verfärbung über den eigentlichen Kreuzungspunkt hinaus.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, dieses Ubersprechen, das sich als Verschmierung der Verfärbung der elektrochromen Schicht über den Bereich des Einzelpixels (d.h. der Kreuzungspunkte) hinaus manifestiert, zu unterdrucken.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen und abhangigen Ansprüche, der Beschreibung und den Figuren gelost .
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrochromes Display mit zumindest einer Backelektrode, einer Sichtelektrode und da- zwischen einer elektrochrom aktiven Schicht, wobei Backelektrode und Sichtelektrode als gekreuzte Linienstrukturen ausgelegt sind (Matrix-Ansteuerung) , dadurch gekennzeichnet, dass Barrierestreifen in der elektrochrom aktiven Schicht angebracht sind, die parallel zu einer der Elektroden so verlau- fen, dass immer zwischen zwei benachbarten Elektrodenstreifen ein Barrierestreifen angeordnet ist. Außerdem ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Displays, wobei auf eine Tragerschicht parallel und abwechselnd Elektroden- und Barrierestreifen gebildet werden, auf die eine Schicht aus elektrochrom aktivem Material aufgebracht wird auf die dann gekreuzt zu den unteren Streifen die Streifen der oberen Elektrode aufgebracht werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlau- fen die Barrierestreifen parallel zu den Backelektrodenstreifen und/oder sind auf der oberen Elektrode angebracht, um ein Ubersprechen (Verschmierung) der Verfärbung möglichst voll- standig zu unterdrucken.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Barrierestreifen parallel zu den Sichtelektrodenstreifen .
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nehmen die Barrierestreifen die gesamte Dicke der elektrochrom aktiven Schicht ein, so dass sie unten an den Trager der Backelektrode und oben an die Sichtelektrode anschließen. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Barrierestreifen aus einem Material mit hohem spezifischem elektrischem Widerstand.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Barrierestreifen aus einem Material mit geringer Dielektrizi- tät.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Ma- terial für die Barriereschicht so gewählt, das es sowohl einen hohen spezifischen Widerstand als auch eine kleine relative Dielektrizitätskonstante hat, da dadurch sowohl resisti- ve als auch kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Elektrodenstreifen unterdrückt werden kann.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Barrierestreifen aus einem Kunststoff, wie einem polymeren organischen Material, aus einem Glas oder einer Keramik. Es können insbesondere auch Glas- oder Keramikfasern eingesetzt werden. Der Kunststoff kann organisch, metallorganisch und/ oder anorganisch sein, kann polymer, oligomer, monomer, als blend, etc. also in beliebiger Form vorliegen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des elektrochromen Displays folgt dem letzten
Verfahrensschritt zur Aufbringung der oberen Elektrodenstreifen noch eine Verkapselung des elektrochromen Displays.
Die Sichtelektrode ist die Elektrode, durch die im elektroch- romen Display Photonen und/oder Lichtteilchen bzw. Lichtwellen hindurch passieren können. Sie ist deshalb als transparente Elektrode auf einem ebenfalls transparenten Träger ausgelegt. Beispielsweise ist die Sichtelektrode aus ITO auf einer PET/PES-Folie, auf dünnstem Glas und/oder Quarz.
Die andere Elektrode, also die auf der in der Regel nicht lichtdurchlässigen Seite des Displays liegende und hier auch „Backelektrode" genannte Elektrode ist ebenfalls bevorzugt auf einer Kunststofffolie oder auf dünnstem Glas oder Quarz aufgebracht, wobei beispielsweise die Elektrodenstreifen selbst aus einem Metall wie einer Gold/Nickel/Kupfer- Legierung oder einer anderen Legierung, einem Reinmetall oder auch aus leitfähigen Compositen (sog. Carbon Black) sind. Dabei sind aber auch Formen eines Displays denkbar, in denen beiden Elektroden transparent oder zumindest transparent und semitransparent ausgebildet sind. Dies kann aus verschiedensten Gründen erforderlich sein und in diesem Fall wird dann die Backelektrode auch transparent oder semitransparent sein.
Ebenso gut können eine oder beide Elektroden aus organischen leitfähigen Kunststoffen wie PANI oder ähnlichem sein.
Das Material der elektrochrom aktiven Schicht ist in keiner Weise beschränkt, es können alle Arten elektrochrom aktiver Materialien eingesetzt werden. Bevorzugt werden zur Zeit organische elektrochrome Materialien, wobei beispielsweise pH- aktive elektrochrome Materialien, redoxaktive elektrochrome Materialien oder Kombinationen der beiden eingesetzt werden können. Das organische Material soll auch nicht auf die klassischen organischen, also Kohlenstoff enthaltenden Materialien beschränkt sein, vielmehr können auch Silicone eingesetzt werden. Darüber hinaus kann das elektrochrom aktive Ma- terial polymer, oligomer und/oder monomer vorliegen.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zur Herstellung zumindest einer der Streifen, entweder der Elektroden- und/oder der Barrierestreifen eine Technik ausge- wählt aus den bekannten Drucktechniken, den lithographischen Techniken, Laserstrukturierung, oder auch Mikroimprint- Verfahren ausgewählt. Grundsätzlich können alle bekannten additiven, subtraktive oder umformenden Verfahren, die eine Mikrostrukturierung auf dem jeweiligen Elektrodenträger zu- lassen, zur Herstellung der beschriebenen streifenartigen To- pologie eingesetzt werden. Die Verfahren zur Herstellung der elektrochrom aktiven Schicht sind aus der Literatur bekannt, beispielsweise kann die elektrochrom aktive Schicht durch Rakeln, Spin-Coating, (Aufschleudern) , Sputtern, Sprühen und/oder durch Drucktech- niken (z.B. Siebdruck) erzeugt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand schematischer Figuren, die Ausführungsformen der Erfindung beschreiben und einige Testergebnisse von Prototypen zeigen, wiedergegeben:
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch die Ebene auf der parallel und immer abwechselnd ein Barrierestreifen und ein Elektrodenstreifen angeordnet sind.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Fläche mit parallel verlaufenden Barriere- und Elektrodenstreifen
Figur 3 zeigt die Stromdichte unter der Sichtelektrodenbahn mit und ohne Barrierestreifen und
Figur 4 schließlich zeigt die elektrische Feldstärke unter der Sichtelektrodenbahn mit und ohne Barrierestreifen.
In Figur 1 ist ein Querschnitt durch das elektrochrome Dis- play zu sehen:
Ganz unten befindet sich das Substrat 1, auf dem die Backelektrodenstreifen 2 im Abstand voneinander angeordnet sind. Zwischen zwei Backelektrodenstreifen 2 befindet sich jeweils ein Barrierestreifen 3. Beide Streifen sind eingebettet in eine Schicht 4 aus elektrochrom aktivem Material. Auf der Schicht 4 aus elektrochrom aktivem Material liegt, der Länge nach zu sehen, weil die Back- und Sichtelektrodenstreifen gekreuzt ausgelegt sind, ein Streifen der Sichtelektrode 5 an den sich der obere Träger oder die Verkapselung 6, die transparent ist, anschließt. Die Streifen 2 und 3 sind in Figur 1 der Höhe nach verschieden gezeigt, dies ist eine bevorzugte Ausführungsform, bei der die Streifen der Barriereschicht die gesamte Höhe der Schicht aus elektrochrom aktivem Material durchmessen und so- mit optimale Barrierewirkung zeigen. Es können aber auch andere Barrierestreifen, die nicht ganz so hoch sind, noch ausreichend gute Barriereeigenschaften haben, so dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsform mit durchgehender Höhe der Barrierestreifen beschränkt sein soll.
Figur 2 zeigt die Draufsicht auf Figur 1, wobei die Schichten 4,5 und 6 weggelassen wurden. Zu erkennen sind deshalb nur die Schichten 2 und 3, also die Elektroden- und Barrierestreifen, die abwechselnd nebeneinander liegen. Hier ist wie- der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zu erkennen, in der die Barrierestreifen 3 deutlich schmäler als und genauso lang wie die die Elektrodenstreifen 2 sind. Andere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Streifen in der Breite gleich oder sogar mehr als die Elektrodenstrei- fen sind und/oder, dass die Barrierestreifen sich nicht die ganze Länge der Elektrodenbahnen entlang ziehen, sondern nur in ausgewählten Bereichen des Displays angebracht sind. Beispielsweise ist denkbar, dass die Mitte des Displays durch die Anbringung von Barrierestreifen eine deutlich verbesserte Auflösung zeigt wie die oder ein Randbereich (e) des Displays.
In Figur 3 sind Testergebnisse mit einem Display nach der Erfindung zu sehen: Gemessen wurde die Stromdichte in der Schicht aus elektrochrom aktivem Material unterhalb des
Sichtelektrodenstreifens 5, der im gezeigten Beispiel eine Bahn aus ITO ist. Der Nullpunkt liegt am einen Rand der Backelektrode 2, nach ca. lOOμm ist der gegenüberliegende Rand der Backelektrode erreicht. Nach der ersten Kurve, die den Stand der Technik ohne Barrieren zeigt und durch kurze
Striche mit dazwischen liegenden Punkten markiert ist, flacht die Stromdichte am Ende des Elektrodenstreifens langsam ab und fließt auch noch im Abstand von lOOμm ein messbarer Strom, wohingegen mit Barrierestreifen, nach der Erfindung gen mit Barrierestreifen, nach der Erfindung (durchgehend gezeichnete Kurve) direkt am Ende des Elektrodenstreifens die Stromdichte auf Null geht und dort bleibt.
In Figur 4 ist eine ähnliche Entwicklung für die elektrische Feldstärke unter dem Sichtelektrodenstreifen, wieder eine ITO-Bahn, gezeigt. Analog zu den Graphen aus Figur 3 zeigt auch hier die Kurve mit den durch Punkten unterbrochenen Strichen wieder den Stand der Technik, wohingegen die durch- gezogene Linie wieder das Messergebnis nach der Erfindung, also bei einem Display mit Barrierestreifen, zeigt.
Die Erfindung betrifft ein elektrochromes Display mit verbesserter Auflösung sowie ein Herstellungsverfahren dazu. Die Auflösung wird dadurch verbessert, dass Barrierestreifen zwischen die Elektrodenstreifen eingebracht werden, die den Po- tentialfluss und den Stromfluss zwischen den Elektrodenstreifen stoppen und damit eine Verfärbung des elektrochromen Materials zwischen den einzelnen Elektrodenstreifen verhindern,

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochromes Display mit zumindest einer Backelektrode, einer Sichtelektrode und dazwischen einer elektrochrom akti- ven Schicht, wobei Backelektrode und Sichtelektrode als gekreuzte Linienstrukturen ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass Barrierestreifen in der elektrochrom aktiven Schicht angebracht sind, die parallel zu einer der Elektroden so verlaufen, dass immer zwischen zwei benachbarten Elektro- denstreifen ein Barrierestreifen angeordnet ist.
2. Display nach Anspruch 1, wobei die Barrierestreifen parallel zu den Backelektrodenstreifen verlaufen.
3. Display nach Anspruch 1, wobei die Barrierestreifen parallel zu den Sichtelektrodenstreifen verlaufen.
4. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Barrierestreifen die gesamte Dicke der elektrochrom aktiven Schicht einnehmen, so dass sie unten an den Träger der Backelektrode und oben an die Sichtelektrode anschließen.
5. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Barrierestreifen aus einem Material mit hohem spezifischem Widerstand sind.
6. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Barrierestreifen aus einem Material mit geringer Dielektrizi- tät sind.
7. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Material für die Barriereschicht so gewählt ist, das es sowohl einen hohen spezifischen Widerstand als auch eine kleine relative Dielektrizitätskonstante hat.
8. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Barrierestreifen aus einem Kunststoff, aus einem Glas und/ oder aus einer Keramik sind.
9. Display nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Barrierestreifen nur in einem Teilbereich oder in mehreren Teilbereichen der elektrochrom aktiven Schicht angebracht sind.
10. Verfahren zur Herstellung eines Displays, wobei auf eine Trägerschicht parallel und abwechselnd Elektroden- und Barrierestreifen gebildet werden, auf die eine Schicht aus elektrochrom aktivem Material aufgebracht wird auf die dann gekreuzt zu den unteren Streifen die Streifen der oberen Elektrode aufgebracht werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei dem letzten Verfahrens- schritt zur Aufbringung der oberen Elektrodenstreifen noch ein eine Verkapselung des elektrochromen Displays folgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Herstellung der Elektroden- und/oder Barrierestreifen durch additive, subtraktive und/oder umformende Mikrostrukturie- rungsmethoden wie Drucktechniken, lithographische Verfahren, Laserstrukturierung, Mikroimprint-Verfahren und/oder Prägetechniken erfolgt.
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