DE2603200B2 - Elektrooptisches Anzeigeelement - Google Patents
Elektrooptisches AnzeigeelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Anzeigeelement mit einer Elektrode, die aus einem durchsichtigen,
elektrisch leitenden Substrat mit Beschichtung aus elektrochromem Material besteht, mit einer Gegenelektrode
und einer Elektrolytschicht aus einem in Wasser gelösten Polymer, die in Kontakt mit der Elektrode
steht und eine ionenleitende Verbindung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode gewährleistet
In der US-PS 38 79108 ist ein elektrooptisches
Anzeigeelement für die Verwendung in Datenanzeigevorrichtungen
und Bildeinrichtungen beschrieben, das übereinander angeordnet ein Elektrodenpaar enthält,
zwischen dem zwei einander entsprechende elektrochrome Schichten angeordnet sind, die durch ein
halbfestes leitfähiges Mittel getrennt sind, das in Form von Paste, Schmiere oder Gel, die leitfähige Materialien
enthalten oder selbst leitfähig sind, vorliegt und in einem Abstandhalterring untergebracht ist Als elektrochromes
Material ist Wolframoxid angegeben. Als leitfähiges Mittel ist unter anderem auch hydrolysiertes
Polyacrylamid genannt Hydro'.ysiertes Polyacrylamid in halbfester Form, wie auch die anderen oben
genannten leitfähigen Mittel, enthält eine große Menge an Wasser, wodurch Korrosionsprobleme am elektrochromem
Material (WO3) und an den Elektroden auftreten.
In den US-PS 37 04 057, 37 08 220, 38 19 252,
38 27 784 sind ebenfalls elektrooptische Anzeigeelemente beschrieben. Als Elektrolyt dient dabei — wie
unter anderem auch in der US-PS 38 79 108 angegeben — ein Gemisch aus Glycerin und Schwefelsäure. Ein
solcher Elektrolyt greift jedoch allmählich sowohl durch Erosion als auch durch Lösen die elektrochrome Schicht
an. Der Angriff macht sich sowohl nach einer gewissen Anzahl von Zyklen als auch nach einer gewissen
Lagerdauer bemerkbar. Der Mechanismus dieses Angriffs ist bislang nur unzureichend bekannt, jedoch
kann angenommen werden, daß er im wesentlichen auf die Anwesenheit von Wasserspuren oder Spuren eines
Komplexbildners zurückzuführen ist.
Weiterhin ist aus der US-PS 37 12 710 ein bei Raumtemperatur ionenleitender fester Elektrolyt bekannt
Bei Verwendung dieses festen Elektrolyten im elektrooptischen Anzeigeelement der beschriebenen
Art treten jedoch bereits nach kurzem Betrieb dadurch Kontaktprobleme an der Grenzfläche zwischen der
Elektrode und dem festen Elektrolyten auf, daß sich dieser von der Elektrode ablöst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Anzeigeelement anzugeben, das bei
Betrieb und Lagerung langfristig stabil bleibt und kurze Zykluszeiten ermöglicht
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrolytschicht fest oder pastos ist und das
ί Polymer Polystyrolsulfoissäure, Polyacrylsäure, PoIymethacrylsäure
oder Polyphenolsulfonsäure ist
Gebräuchlicherweise werden die Ionenaustauscherharze
als Schüttung eines Granulats oder kleiner Kugeln in Säulen verwendet, wobei die Schüttung ein
Leervolumen aufweist Beim Bauelement der Erfindung wird dagegen ein Ionenaustauscherharz in Form einer
kontinuierlichen, porenfreien und ein vorgegebenes Volumen leerraumfrei ausfüllenden Schicht eingesetzt
Solche Schichten sind als Ionenaustauschermembranen bekannt Diese Membrane sind zwar an sich geeignete
Elektrolyte für die Herstellung der Bauelemente, erfordern zur Herstellung ausreichender elektrischer
Kontakte zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten im Bauelement jedoch erhebliche Andruckkräfte.
Der elektrische !Contakt kann statt durch die Andruckkräfte
auch in der Weise hergestellt werden, daß die Austauschermembran bis zur Sättigung mit einem
Elektrolyt getränkt wird, der mit der elektrooptischen Schicht verträglich ist Durch dieses Verfahren ist
jedoch wieder in der zuvor beschriebenen Weise die elektrochrome Schicht dem aggressiven erodierenden
Angriff des Elektrolyten ausgesetzt
Einen guten und dauerhaften Kontakt zwischen den Elektroden und dem polymeren Ionenaustauscherharz
erhält man durch Lösung in Wasser, wobei man den Solvatationsgrad des Systems so wählt, daß die
Konsistenz fest oder pastos ist
Die vorstehende Beschreibung berücksichtigt hinsichtlich der Elektrolyte noch nicht den Fall, daß die
Ionenaustauschermembran zwischen der Elektrolytlösung im Anodenraum und der Elektrolytlösung im
Kathodenraum eine Trennfunktion ausübt Dies ist der Fall, wenn das elektrochrome Bauelement der Erfindung
mit einer Austauschermembran ausgerüstet ist, die als semipermeable Trennwand für einen oder mehrere
flüssige Elektrolyte wirkt
Der Elektrolyt wirkt häufig für sichtbares Licht streuend und bzw. oder undurchsichtig. Wenn die Zelle
zwei zueinander symmetrische und aus gleichem Material bestehende elektrochrome Elektroden besitzt,
ist der Elektrolyt undurchsichtig, denn wenn er es nicht wäre, könnte man die Farbänderung einer der
elektrochromen Schichten nicht wahrnehmen, da die andere elektrochrome Schicht gleichzeitig durch die
durchsichtige erste Elektrode hindurch gesehen würde. Ein streuender Untergrund ist beispielsweise auch dann
erforderlich, wenn die Hilfselektrode reflektierend ist, beispielsweise aus einem Metall besteht, oder schwarz
ist, beispielsweise aus Graphit besteht. Auch wenn die Hilfselektrode koplanar zur elektrochromen Elektrode
angeordnet ist, wird ein verbesserter Kontrast erhalten, wenn der Elektrolyt einen das Licht streuenden
Untergrund bildet. Diese Undurchsichtigkeit oder dieses Streuvermögen kann durch Zusatz eines
Pigmentes, beispielsweise durch Zusatz von TiO2, zum
Ionenaustauscherharz hergestellt werden. Prinzipiell kann je nach den Anforderungen des Einzelfalls jedes
beliebige Pigment zugesetzt werden, solange es mit dem Austauscherharz verträglich ist. Zur Erzielung der
verschiedensten Farbeffekte können die Farbtöne der Pigmente frei gewählt werden. Die Verwendung eines
festen oder pastösen Elektrolyten ermöglicht gegenüber der Verwendung eines flüssigen Elektrolyten den
Vorteil, daß eine mehrfarbige Anzeige in einem einzigen
Element mit einer einzigen Zelle realisiert werden kann.
Der im elektrooptischen Bauelement der Erfindung
verwendete feste oder pastose Elektrolyt weist gegenüber flüssigen Elektrolyten weiterhin den Vorteil
auf, daß er geringere Probleme beim Zusammenbau und der Abdichtung aufwirft, und zwar eben gerade wegen ■
seines Aggregatzustandes.
Um den Vorgang des lonenaustauschs mit zufriedenstellendem
Wirkungsgrad ablaufen zu lassen, mu3 das
gebräuchJicherweise körnig eingesetzte Austauscherharz in seinem gesamten Volumen aktiviert werden.
Dies führt zu einer hohen Volumenkoiizentration der austauschbaren Ionen im Austauscherharz und gleichzeitig
zu einer Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit der Ionen in der Polymerphase. Diese beiden Eigenschaften
sind gleichzeitig die wichtigsten von der festen Phase des Ionenaustauscherelektrolyts geforderten
Eigenschaften bei seiner Verwendung im Bauelement der Erfindung.
Der im elektrooptischen Bauelement der Erfindung verwendete Elektrolyt wirkt gleichzeitig als Schutzschicht
für die elektrochrome Schicht und verlängert dadurch die Betriebsdauer des Bauelements im Vergleich
zu Bauelementen, die mit bekannten Elektrolyten 2; arbeiten.
In der F i g. 1 ist der Aufbau eines elektrooptischen Anzeigeelements gezeigt Ein elektrisch selbst nicht
leitendes Substrat, eine Glasplatte 1, ist mit einer durchsichtigen dünnen elektrisch leitenden Schicht 2,
vorzugsweise aus SnC>2, bedeckt Diese Schichtstruktur
bildet insgesamt ein elektrisch leitendes durchsichtiges vorderes Substrat des Bauelementes. Auf diesem
Substrat wird die elektrochrome Schicht 3 aufgebracht, die vorzugsweise aus WO3 besteht Die elektrochrome J5
Schicht wird im Falle von Anzeigeelementen nach Maßgabe eines vorgegebenen Musters, beispielsweise
der bekannten 7-Segmentanordnung, aufgetragen. Die Dreischichtenstruktur 1,2,3 bildet die Elektrode.
Die Gegenelektrode ist eine Schicht 5, die mindestens eine elektrochrome WOrSchicht aufweist, die im Falle
des WO3 vorzugsweise mit 10%iger wäßriger Schwefelsäure
bei —1,0V gegen HgZHg2SO4 behandelt worden
ist Dta so hergestellte stark gefärbte Gegenelektrode wird vor ihrer Verwendung im Bauelement der
Erfindung gründlich gewaschen und getrocknet
Zwischen die Elektrode und die Gegenelektrode ist der feste oder pastose Elektrolyt 4 eingefügt Er wird
vorzugsweise ausgehend vom Natriumsalz der Polystyrolsulfonsäure, Molekulargewicht 7000, hergestellt Das
Salz wird mit einer Konzentration von etwa 10 g/l in deionisiertem Wasser gelöst und über einen sauren
Ionenaustauscher gegeben. Zu der so erhaltenen wäßrigen Polystyrolsulfonsäurelösung werden, bezogen
auf das Trockengewicht der Polystyrolsulfonsäure, etwa 5 bis 10Gew.-% eines sonnengelben TiO2-SbZO3-Pigmentes
gegeben, um dem Elektrolyten optisch streuende, die Hilfselektrode maskierende Eigenschaften zu
verleihen. Die das gelbe Pigment und die Polystyrolsulfonsäure enthaltende Lösung wird anschließend bis zur
Bildung einer viskos-elastischen Paste eingedampft
Die so erhaltene 5 bis 10Gew.-% gelbes Pigment
enthaltende Polystyrolsulfonsäurepaste wird auf die die Schicht 5 bildende Gegenelektrode und auf die
Dreischichtenelektrode 1, 2, 3 aufgetragen. Anschließend werden die beiden so beschichteten Elektroden
aufeinanderged rückt
Die Elektrolytschicht 4 ist in dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung als nur sehr dünne
Schicht ausgebildet und dient bei dieser Ausbildung im wesentlichen nur als Schutzschicht für die elektrochrome
Elektrode. Die ionenleitende elektrische Verbindung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode ist
durch einen zweiten Elektrolyten 6 gewährleistet der zum ersten Elektrolyten 4 in Reihe geschaltet ist Dieser
zweite Elektrolyt 6 kann praktisch beliebiger Art auch flüssig, sein. Er darf lediglich weder den Elektrolyten 4
noch die Gegenelektrode 5 angreifen.
Claims (1)
- Patentanspruch:Elektrooptisches Anzeigeelement mit einer Elektrode, die aus einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Substrat mit Beschichtung aus elektrochromen Material besteht, mit einer Gegenelektrode und einer Elektrolytschicht aus einem in Wasser gelösten Polymer, die in Kontakt mit der Elektrode steht und eine ionenleitende Verbindung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode gewährleistet, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytschicht fest oder pastos ist und das Polymer Polystyrolsulfonsäure, Polyacrylsäure, Polymethacrylsäure oder Polyphenolsulfonsäure ist
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