Beschreibungdescription
Elektrochromes Bauelement mit Elektrolyt-gefülltem HydrogelElectrochromic device with electrolyte-filled hydrogel
Wie man Figur 1 entnehmen kann, besteht ein elektrochromesAs can be seen from FIG. 1, there is an electrochromic one
Bauelement 1 üblicherweise aus drei als elektrochrome Zelle 2 angeordneten Schichten: einer Ionenspeicherschicht 4, welche Ionen speichern oder freisetzen kann, einer Elektrolytschicht 5, welche Ionen für eine Oxidation bzw. Reduktion transpor- tiert, und einer elektrochromen Schicht 6, die sich in Folge der Oxidation oder Reduktion verfärbt und beispielsweise aus PEDOT (PoIy(3, 4- Ethylendioxythiophen) oder PANI (Polyanilin) besteht. Zusätzlich kann das elektrochrome Bauelement ein erstes Substrat 3 aufweisen, auf dem es hergestellt ist, und ein zweitens Substrat 7, das als Versiegelung dient.Component 1 usually consists of three layers arranged as electrochromic cell 2: an ion storage layer 4, which can store or release ions, an electrolyte layer 5, which transports ions for oxidation or reduction, and an electrochromic layer 6, which arises as a result of Oxidation or reduction is discolored and consists, for example, of PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) or PANI (polyaniline)) In addition, the electrochromic component can have a first substrate 3 on which it is produced, and a second substrate 7, which acts as a sealant serves.
Um elektrochrome Bauelemente dünn und flexibel herzustellen, werden dünne, mechanisch stabile Elektrolyten benötigt. Für manche Anwendungen, wie beispielsweise Displays, ist es wei- terhin nötig, dass diese Elektrolyten strukturierbar sind.To make electrochromic devices thin and flexible, thin, mechanically stable electrolytes are needed. For some applications, such as displays, it is still necessary that these electrolytes are structurable.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine dünne, mechanisch stabile und darüber hinaus möglichst auch noch strukturierbare Elektrolytschicht für elektrochrome Bauelemente zur Verfügung zu stellen.Based on this, the object of the invention is to provide a thin, mechanically stable and, if possible, also structurable electrolytic layer for electrochromic devices.
Diese Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the inventions specified in the independent claims. Advantageous embodiments emerge from the dependent claims.
Dementsprechend weist ein elektrisches Bauelement oder Bau¬ teil, insbesondere ein elektrochromes Bauelement, eine Hydro- gelmatrix auf, die mit Elektrolyt gefüllt ist. Die Hydrogel- matrix ist vorzugsweise vollständig mit Elektrolyt gefüllt, kann aber auch nur teilweise mit Elektrolyt gefüllt sein.
Die Hydrogelmatrix ist vorteilhaft als Schicht ausgebildet, so dass sie als Elektrolytschicht des elektrochromen Bauele¬ ments fungiert, und insbesondere fotostrukturiert.Accordingly, an electrical component or component, in particular an electrochromic component, has a hydrogel matrix which is filled with electrolyte. The hydrogel matrix is preferably completely filled with electrolyte, but may also be only partially filled with electrolyte. The hydrogel matrix is advantageously designed as a layer, so that it functions as the electrolyte layer of the electrochromic component, and in particular is photostructured.
Das Bauelement kann beispielsweise ein Display sein, insbe¬ sondere ein elektrochromes Display. Dabei kann die Hydrogel¬ matrix so fotostrukturiert sein, dass ihre Struktur mit der Pixelstruktur des Displays korrespondiert.The component can be, for example, a display, in particular an electrochromic display. In this case, the hydrogel matrix can be so photostructured that its structure corresponds to the pixel structure of the display.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements nach einer der zuvor beschriebenen Arten kann vorteilhaft analog zum Bauelement ausgestaltet sein und umgekehrt.A method for producing a component according to one of the previously described types can advantageously be designed analogously to the component and vice versa.
In dem Verfahren wird vorzugsweise eine Vorstufe der Hydro- gelmatrix verwendet, die quervernetzbare, hydrophile Polymere und/oder Monomere enthält. Darüber hinaus kann die Vorstufe mehrwertige Vernetzermoleküle, Monomere mit haftvermittelnden Gruppen, filmbildende Polymere und/oder Weichmachermoleküle enthalten bzw. aus den genannten Substanzen und üblichen Zu- satzstoffen bestehen.The process preferably uses a precursor of the hydrogel matrix which contains crosslinkable, hydrophilic polymers and / or monomers. In addition, the precursor may contain polyvalent crosslinker molecules, monomers with adhesion-promoting groups, film-forming polymers and / or plasticizer molecules or consist of the substances mentioned and customary additives.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeich¬ nung. Dabei zeigt:Further advantages and features of the invention will become apparent from the description of an embodiment with reference to the Zeich¬ statement. Showing:
Figur 1 einen Schichtaufbau eines einfachen elektrochromen Bauelementes;Figure 1 shows a layer structure of a simple electrochromic device;
Figur 2 die Herstellung eines elektrochromen Bauelementes mit großflächiger Hydrogel-basierter Elektrolytschicht;FIG. 2 shows the production of an electrochromic component with a large-area hydrogel-based electrolyte layer;
Figur 3 die Herstellung eines elektrochromen Bauelements mit fotostrukturierbarer, Hydrogel-basierter Elektrolyt¬ schicht.FIG. 3 shows the production of an electrochromic component with a photo-structurable, hydrogel-based electrolyte layer.
Zur Herstellung eines elektrochromen Bauelements wird eine Vorstufe einer Hydrogelmatrix als Lösung auf ein Substrat
aufgebracht. Das Gemisch enthält quervernetzbare, hydrophile Polymere, mehrwertige Vernetzermoleküle sowie gegebenenfalls Monomere, die zusätzlich haftvermittelnde Gruppen zum Sub¬ strat besitzen. Anstelle der quervernetzbaren hydrophilen Po- lymere können auch entsprechende Monomergemisehe verwendet werden. Dem Gemisch können zur Verbesserung der Filmbildungs¬ und Verarbeitungseigenschaften filmbildende Polymere und Weichmachermoleküle zugesetzt werden.To produce an electrochromic device, a precursor of a hydrogel matrix as a solution is applied to a substrate applied. The mixture contains crosslinkable, hydrophilic polymers, polyvalent crosslinker molecules and optionally monomers which additionally have adhesion-promoting groups to the substrate. Instead of the crosslinkable hydrophilic polymers, it is also possible to use corresponding monomer mixtures. Film-forming polymers and plasticizer molecules can be added to the mixture to improve the film-forming and processing properties.
Die eigentliche Hydrogelmatrix wird anschließend durch Poly¬ merisation erzeugt, wobei die mechanische Stabilität der Mat¬ rix durch Quervernetzung gewährleistet wird. Die Polymerisa¬ tion wird vorzugsweise durch UV-Bestrahlung in Gegenwart ei¬ nes Fotoinitiators gestartet. So können entweder großflächi- ge, dünne Hydrogeldschichten gebildet werden oder es werden durch Verwendung einer Maske bei der UV-Bestrahlung foto¬ strukturierte Muster erzeugt. Nach der Vernetzung und gegebe¬ nenfalls einem Entwicklungsschritt wird die Hydrogelmatrix mit Elektrolyten gefüllt. In dieser Weise ergeben sich dünne, mechanisch stabile Elektrolytschichten bzw. -strukturen.The actual hydrogel matrix is subsequently produced by polymerization, the mechanical stability of the matrix being ensured by cross-linking. The polymerization is preferably started by UV irradiation in the presence of a photoinitiator. Thus, either large-area, thin layers of hydrogel can be formed or photo-structured patterns are produced by using a mask during UV irradiation. After crosslinking and, if appropriate, a development step, the hydrogel matrix is filled with electrolytes. In this way, thin, mechanically stable electrolyte layers or structures result.
Dieser Ansatz bietet zusätzlich den Vorteil, dass viele ver¬ schiedene Lösungsmittel und Leitsalze in die Schicht einge¬ bracht werden können.This approach additionally offers the advantage that many different solvents and conductive salts can be introduced into the layer.
In Figur 2 ist ein Herstellungsverfahren für ein elektrochro- mes Bauelement mit Hydrogel-basierter Elektrolytschicht dar¬ gestellt. In Schritt 200 wird auf eine Ionenspeicherschicht 4, die sich auf einem Substrat 3 befindet, eine Hydrogel- vorstufe 8 in Lösung aufgebracht. In Schritt 201 wird die Hydrogelvorstufe 8 durch Hitze oder UV-Bestrahlung nach Ent¬ fernen des Lösungsmittels zu einer Hydrogelmatrix 9 vernetzt. In Schritt 202 wird die Hydrogelmatrix 9 mit Elektrolyt ge¬ füllt, so dass eine mit Elektrolyt gefüllte Hydrogelmatrix 10 entsteht. In Schritt 203 wird schließlich auf die mit Elekt- rolyt gefüllte Hydrogelmatrix 10 eine elektrochrome Schicht 6 und darauf eine Substrat- oder Versiegelungsschicht 7 aufge¬ bracht.
Figur 3 zeigt die Schritte zur Herstellung eines elektrochro- men Bauelements mit einer fotostrukturierten, Hydrogel- basierten Elektrolytschicht. In Schritt 300 wird auf eine Io- nenspeicherschicht 4, die sich auf einem Substrat 3 befindet, aus der Lösung eine Hydrogelvorstufe 8 aufgebracht. In Schritt 301 wird die Hydrogelvorstufe 8 nach Entfernen des Lösungsmittels durch UV-Strahlung selektiv vernetzt. Dabei wird die Hydrogelvorstufe 8 durch eine Maske 11 selektiv mit UV-Licht belichtet, so dass Bereiche der Hydrogelvorstufe 8 jeweils zu einer Hydrogelmatrix 9 vernetzt werden, während andere, nicht belichtete Bereiche unvernetzt bleiben. In Schritt 302 wird entwickelt, wobei die nicht vernetzte Hydro¬ gelvorstufe entfernt wird. In Schritt 303 wird die Hydrogel- matrix mit Elektrolyt gefüllt, so dass eine mit Elektrolyt gefüllte Hydrogelmatrix 10 entsteht, und eine elektrochrome Schicht 6 sowie eine Substrat- und/oder Versiegelungsschicht 7 aufgebracht.FIG. 2 shows a production method for an electrochemical component with a hydrogel-based electrolyte layer. In step 200, a hydrogel precursor 8 is applied in solution to an ion storage layer 4, which is located on a substrate 3. In step 201, the hydrogel precursor 8 is crosslinked by heat or UV irradiation after removal of the solvent to form a hydrogel matrix 9. In step 202, the hydrogel matrix 9 is filled with electrolyte, so that a filled with electrolyte hydrogel matrix 10 is formed. Finally, in step 203, an electrochromic layer 6 and, subsequently, a substrate or sealing layer 7 are applied to the hydrogel matrix 10 filled with electrolyte. FIG. 3 shows the steps for producing an electrochemical component with a photo-structured, hydrogel-based electrolyte layer. In step 300, a hydrogel precursor 8 is applied to an ion storage layer 4, which is located on a substrate 3, from the solution. In step 301, the hydrogel precursor 8 is selectively crosslinked after removal of the solvent by UV radiation. In this case, the hydrogel precursor 8 is exposed through a mask 11 selectively with UV light, so that areas of the hydrogel precursor 8 are each crosslinked to form a hydrogel matrix 9, while other unexposed areas remain uncrosslinked. In step 302 is developed, wherein the non-crosslinked Hydro¬ gelvorstufe is removed. In step 303, the hydrogel matrix is filled with electrolyte to form an electrolyte-filled hydrogel matrix 10, and an electrochromic layer 6 and a substrate and / or sealing layer 7 are applied.
Es ist nicht unbedingt zwingend, elektrochrome Anzeigeeinhei¬ ten mit drei Schichten aufzubauen. Wichtig ist die Funktiona¬ lität der Schichten. Als absolut notwendige Funktionalitäten braucht man den elektrochromen Farbstoff und den Elektroly¬ ten. Diese beiden Komponenten kann man auch zusammenmischen, so dass lediglich eine einzelne Schicht mit der komplettenIt is not absolutely necessary to construct electrochromic display units with three layers. Important is the functionality of the layers. The absolutely necessary functionalities require the electrochromic dye and the electrolyte. These two components can also be mixed together, so that only a single layer with the complete
Funktionalität vorliegt. Insofern ist auch eine Ausführungs¬ form denkbar, bei der elektrochrome Farbstoffe in das Hydro- gel eingemischt sind.Functionality is present. In this respect, an embodiment is also conceivable in which electrochromic dyes are mixed into the hydrogel.
Die Hydrogelmatrix kann also sowohl im Zusammenhang mit den zum Stand der Technik beschriebenen klassischen elektrochro¬ men Anzeigen angewandt werden, als auch mit elektrochrome An¬ zeigen, die auf ionenleitfähigen Polymeren beruhen, bei denen eine Redox-Gruppe und ein Farbstoff direkt an das Elektrolyt- molekül gekoppelt sind. Dies sind beispielsweise READ-Farben von DOW. Im Bauelementeaufbau unterscheidet sich diese zweite Alternative von herkömmlichen elektrochromen Displays da-
durch, dass hier nur noch Zuleitungselektroden, beispielswei¬ se aus ITO (Indiumzinnoxid) benötigt werden, da Farbstoff und Elektrolyt in einem Material miteinander kombiniert sind.The hydrogel matrix can thus be used both in conjunction with the classical electrochromic displays described in the prior art, and with electrochromic devices based on ion-conducting polymers in which a redox group and a dye are applied directly to the electrolyte. coupled molecule. These are, for example, READ colors from DOW. In the component structure, this second alternative differs from conventional electrochromic displays. in that here only lead electrodes, for example made of ITO (indium tin oxide), are required, since dye and electrolyte are combined with one another in one material.
Durch die Erfindung ergibt sich eine Hydrogelmatrix mit io¬ nisch leitfähigen Materialien für elektrochrome Bauteile als eine dünne, mechanisch stabile Elektrolytschicht, welche auch fotostrukturierbar ausgelegt werden kann.
The invention results in a hydrogel matrix with ionically conductive materials for electrochromic components as a thin, mechanically stable electrolyte layer, which can also be designed to be photo-patternable.