CH618282A5

CH618282A5 -

Info

Publication number: CH618282A5
Application number: CH905877A
Authority: CH
Inventors: Hiroshi Kuwagaki; Kozo Yano; Sadatoshi Takechi
Original assignee: Sharp Kk
Priority date: 1976-07-23
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1980-07-15
Also published as: DE2733022A1; DE2733022C2; US4374610A

Description

Gegenstand der Erfindung ist der konstruktive Aufbau einer elektrooptischen Anzeigezelle, die ein zwischen zwei mit Elektroden versehenen Substraten eingebrachtes elektrochromes Material enthält. Die Lichtabsorptionseigenschaften solcher Anzeigezellen lassen sich bei Anlegen einer bestimmten Spannung zwischen den Elektroden reversibel ändern. Die Erfindung betrifft ein elektrochromes Anzeigeelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Unter einem elektrochromen Material wird eine Substanz verstanden, deren Farbe sich bei Anlegen eines elektrischen Felds oder Zuführen eines Stroms ändert; Beispiele für solche Materialien sind u. a. durch L. A. Goodman in dem Aufsatz «Passive Liquid Displays» in RCA Report 613258 beschrieben.

Es gibt zwei unterschiedliche Arten von elektrochromen Anzeigen, nachfolgend als ECD-Elemente oder ECD-Anzeigen bezeichnet (ECD = Electrochromic Display). Die erste Art dieser ECD-Elemente enthält einen auf Elektroden ausgebildeten anorganischen festen Film und die Farbänderungen werden durch Änderungen der Lichtdurchlässigkeit oder Opazität erzeugt. Bei der zweiten Art von ECD-Elementen entsteht durch eine elektrisch induzierte chemische Reduktion einer farblosen Flüssigkeit ein farbiger unlöslicher Film auf einer Kathodenoberfläche.

Bei herkömmlichen ECD-Elementen werden zwei platten-förmige Substrate verwendet, auf denen Elektroden ausgebildet sind. Diese beiden plattenförmigen Substrate sind mittels eines Abstandsstücks miteinander verbunden. Die Herstellung solcher Elemente ist relativ kompliziert und es ist äusserst schwierig, den erforderlichen sehr genauen Abstand zwischen den beiden Substraten exakt einzuhalten.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein elektrochromes Anzeigeelement zu schaffen, das sich insbesondere durch eine andere konstruktive Gestaltung wesentlich leichter herstellen lässt und sich gleichwohl durch sehr stabile Betriebs-5 kennwerte auszeichnet

Die Lösung dieser technischen Aufgabe erfolgt erfindungs-gemäss nach der Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind u. a. in der nachfolgenden Beschreibung und in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

In der DE-OS 2717 590 ist zwar bereits vorgeschlagen, das eine Substrat einer optischen Anzeigezelle, nämlich eine Deckplatte schalenförmig auszubilden. Die von der flachen Trägerplatte abweichende Gestaltung der Deckplatte soll dem Zweck 15 dienen, Sprünge aufgrund von Wärmespannungen zu vermeiden, wie sie bei der dort vor allem für elektronische Uhren beschriebenen Anzeigevorrichtung häufiger auftreten können. Bei der in der DE-OS vorgeschlagenen Anzeigevorrichtung tritt das Problem einer genauen Einhaltung des Abstands zwi-20 sehen einer Gegenelektrode und einer Anzeigeelektrode deshalb nicht auf, weil die Elektroden in unterschiedlichen Schichten ausschliesslich auf die Grundplatte aufgetragen werden, was jedoch zu hier nicht interessierenden anderen Schwierigkeiten bei einer anzustrebenden möglichst gleich bleibenden 25 Anzeigeintensität über die gesamte Fläche des Anzeigeelements führt

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Schüsselrand mit wenigstens einer von der Peripherie nach innen verlaufenden Nut versehen, die im Verbund der beiden 3o Substrate mit einem leitenden Material gefüllt ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem schüsseiförmigen Substrat und der Gegenelektrode zu erleichtern, was insbesondere dann möglich ist wenn die Umrandung der flachen Gegenelektrode über den Schüsselrand hinaussteht und die Anschlüsse für die 35 Elektrode(n) des schüsseiförmigen Substrats auf dem Substrat mit der Gegenelektrode ausgebildet sind. In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist es vorteilhaft, den aufragenden Bereich bzw. den Rand des schüsseiförmigen Substrats mit einer weiteren Nut zu versehen, durch die der Elektrolyt in ■«o den Hohlraum zwischen den beiden Substraten eingedrückt wird.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert Es zeigen:

« Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Festkörper-ECD-Anzeigeelements;

Fig. 2 den grundsätzlichen Aufbau eines FIüssig-ECD-Anzeigeelements;

Fig. 3 die Schnittdarstellung einer Ausführungsform einer so ECD-Zelle erfindungsgemässer Bauart;

Fig. 4 die Schnittdarstellung einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemässen ECD-Zelle;

Fig. 5 die Perspektivansicht eines schalen- oder schüsseiförmigen Substrats, das bei einer ECD-Zelle erfindungsgemässer 55 Bauart Verwendung findet;

Fig. 6 die Teilschnittansicht zur Verdeutlichung einer Nut bei dem schüsseiförmigen Substrat nach Fig. 5 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung;

Fig. 7 die Teilschnittansicht einer anders gestalteten Nut 60 zum Eindrücken eines Elektrolyten in den durch das schüsseiförmige Substrat nach Fig. 5 begrenzten Hohlraum;

Fig. 8 die Draufsicht auf das schüsseiförmige Substrat nach Fig. 5 von unten;

Fig. 9 die Schnittdarstellung einer ECD-Zelle, bei der ein 65 schüsseiförmiges Substrat etwa nach Fig. 5 Verwendung findet und

Fig. 10 das Layout eines typischen Segmentmusters für eine elektrochrome Anzeigezelle mit erfindungsgemässen Merkma-

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Zunächst wird unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 der grund- charakteristischen Eigenschaften hingewiesen:

sätzliche Aufbau von zwei möglichen Arten von ECD-Elemen- 1. Der Sicht- oder Abstrahlwinkel ist extrem weit;

ten beschrieben: 2. eine Mehrzahl von Farben ist wählbar;

Bei dem Festkörper-ECD-Element nach Fig. 1 wird die 3. für einen einzigen Betriebszyklus Färben/Bleichen beträgt

Farbänderung durch Änderung der Opazität eines anorgani- 5 die Verlustleistung mehrere bis mehrere zehn mj/cm2, wobei sehen festen Films erreicht, der mit den Anzeigeelektroden ver- die gesamte Verlustleistung proportional ist zur Anzahl der bunden ist und etwa aus dem Oxid eines Übergangsmetalls Wiederholungszyklen;

besteht Die mit Bezugshinweis 10 gekennzeichnete Gegen- 4. es lassen sich Speichereffekte erreichen, durch die der Fär-

elektrode besteht aus durchsichtigem Indiumoxid, das als elek- bungszustand für mehrere Stunden bis zu mehreren Tagen auf-

trisch leitender Film beispielsweise in einem herkömmlichen ' o rechterhalten werden kann, nachdem die Färbungsspannung

Vakuumverdampfungsverfahren oder als sogenannter NESA- abgeklemmt wurde, solange die ECD-Zellen in einem elektrisch

Film aufgebracht ist wobei im letztgenanten Fall S„02 eben- offenen Zustand gehalten werden. Für die Speicherwirkung falls in herkömmlicher Weise durch ein Vakuumverdampfungs- wird keinerlei extern zuzuführende Leistung benötigt.

verfahren oder durch ein Sprühverfahren aufgebracht wird, um Bei den soweit beschriebenen ECD-Zellen muss der hier insbesondere den sogenannten Übergangsbetriebszustand ' 5 Abstand zwischen der Anzeigeelektrode und der Gegenelek-

zu erreichen. Die Gegenelektrode kann auch durch eine trode ausserordentlich genau eingestellt und fixiert werden, um

Schicht eines Edelmetalls wie Platin und Palladium oder auch eine möglichst gute Sichtbarkeit bzw. einen guten Kontrast aus Graphit ersetzt sein. Ein Substrat 12 kann aus Glas, Kunst- sicherzustellen. Der zu bevorzugende Abstand beträgt 0,1 bis

Stoff, Metall, Keramik usw. bestehen. Die ECD-Zelle umfasst 3,0 mm.

weiterhin ein Abstandsstück 14, eine Transparentelektrode 16, 20 Um diesen genau festgelegten Abstand zwischen der ein Glassubstrat 18, einen anorganischen festen Film 20, an Anzeigeelektrode und der Gegenelektrode sicherzustellen, dem das elektrochrome Phänomen auftritt sowie einen Elek- wird mit der Erfindung vorgeschlagen, wenigstens eines der trolyten 22. Als Material für den anorganischen Film 20 wird Substrate in Form einer Schale oder einer flachen Schüssel aus-meistens Wolframoxid (WO3) in einer Schichtdicke von etwa 1 zubilden und die Substrate am Rand des schüsseiförmigen Suborni verwendet. Der Elektrolyt 22 besteht aus einer Mischung 25 strats miteinander zu verbinden.

von Schwefelsäure, einem Alkohol, etwa Glyzerin und einem Die Fig. 3 verdeutlicht eine Ausführungsform einer erfin-

feinen weissen Pulver, etwa TÌO2. Der Alkohol dient zur Ver- dungsgemässen ECD-Zelle, bei der ein W03-Film als anorgani-

dünnung der Säure und das Pigment aus TÌO2 bildet einen weis- scher Festkörperfilm verwendet wird.

sen reflektierenden Hintergrund für das Phänomen der Kolo- Ein durchsichtiger leitender Indiumoxidfilm 42 und ein rierung. 30 W03-Film 44 sind auf einem flachen Substrat 46, beispielsweise

Der amorphe W03-Film 20 verfärbt sich blau, wenn die aus Sodaglas aufgebracht. Ein Gegensubstrat 56 besteht aus lichtdurchlässige Elektrode 16 in bezug auf die Gegenelektrode Glas, Keramik, Metall oder Kunststoff und weist die erwähnte

10 mit einem negativen Potential beaufschlagt wird. Die zuzu- Schüsselform auf, die mittels einer herkömmlichen Wärmebe-führende Spannung beträgt mehrere Volt. Die Blaufärbung ver- handlung oder einer mechanischen Behandlung gewonnen schwindet, wenn der W03-Film 20 wiederum in den lichtdurch- 35 wird. Ein lichtdurchlässiger leitender Indiumoxidfilm 54 und ein lässigen Zustand zurückkehrt, d. h., wenn die Polarität der zuge- W03-Film 52 sind auf der Innenfläche des schüsseiförmigen führten Spannung umgekehrt wird. Dieser Vorgang wird auch Substrats 56 aufgebracht. Dieses Substrat 56 ist mit dem fla-

als «Bleichen» bezeichnet chen Substrat 46 mittels eines Klebemittels 48 (beispielsweise

Die Verfärbung des Films entsteht offensichtlich dadurch, R2401 und HC-11, hergestellt durch Somal Kogyo KK) fest mit-

dass Elektronen oder Protonen in den W03-Film injiziert wer- 40 einander verbunden. Nach dem Verbinden ist ein Elektrolyt 50

den. Das Bleichen entsteht andererseits dadurch, dass die Elek- in den durch das flache Substrat 46 und das damit verklebte tronen bzw. Protonen in ihren Ausgangszustand zurückkehren, schüsseiförmige Substrat 56 umgrenzten Hohlraum einge-

sobald die Polarität umgekehrt wird. Der Farbzustand kann für drückt worden.

mehrere Tage aufrechterhalten werden, auch wenn die Färbe- Die Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfin-

spannung entfernt wird, solange keine Bleichspannung zuge- 45 dungsgemässen ECD-Zelle, bei der eine farblose Flüssigkeit führt wird. Dieses Phänomen wird als «Speicherfunktion» verwendet wird, die ein EC-Material, etwa Heptylviologenbro-

bezeichnet mid enthält und bei der die Verfärbung durch eine elektrisch

Bei dem Flüssig-ECD-Element nach Fig. 2 entsteht die induzierte chemische Reduktion ausgelöst wird.

Kolorierung durch eine elektrisch induzierte chemische Reduk- Diese ECD-Zelle nach Fig. 4 umfasst ein flaches Glassub-

tion einer farblosen Flüssigkeit, die zu einer Verfärbung des 50 strat 58, einen lichtdurchlässigen leitenden Film 60 auf dem fla-

unlöslichen Films auf der Kathodenoberfläche führt. Bei Abwe- chen Glassubstrat 58, einen isolierenden Film 62, einen Klebe-senheit von Sauerstoff verbleibt der gefärbte Film unverändert, film 64, ein schüsseiförmiges Glassubstrat 68, einen lichtdurch-

solange kein Strom fliesst Die Verfärbung verschwindet lässigen leitenden Film 66 auf der Innenfläche des schüsselför-

jedoch allmählich bei Anwesenheit von Sauerstoff. Dieses Phä- migen Glassubstrats 68 sowie im Innenraum ein Heptylviolo-

nomen wird als «Fading» bezeichnet. Bei einer Umkehrung der 55 genbromid-Gemisch 70.

anliegenden Spannung löst sich der Film in der Flüssigkeit auf Ersichtlicherweise wird bei den Ausführungsformen nach und gleichzeitig verschwindet die Farbe. Als farblose Flüssig- den Fig. 3 und 4 kein Abstandsstück benötigt, um den Innen-

keit, die die gestellten Anforderungen befriedigend erfüllt, räum für den Elektrolyten festzulegen.

wurde bisher eine wässrige Lösung eines leitenden Salzes, z. B. Die Fig. 5 bis 8 zeigen das schüsseiförmige Substrat 40 in

KBr, und eines organischen Materials, z. B. Heptylviologenbro- 60 Einzelheiten:

mid verwendet. Typische Betriebsspannungen liegen bei etwa Am Rand oder am aufragenden Abschnitt des schüsselför-

1,0 Volt. migen Substrats 40 sind vier Nuten 72,74,76 und 78 ausgebildet. Die Fig. 6 zeigt insbesondere die Gestaltung der Nut 72.

Die ECD-Zelle dieses Aufbaus umfasst ein Glassubstrat 24, Eine weitere Nut 80 ist ebenfalls am Rand des Substrats 40 voreine Gegenelektrode 26, Anzeigeelektroden 28, eine flüssige m gesehen. Fig. 7 zeigt die Form der Nut 80, durch die der Elektro-Viologenmischung 30 sowie ein Abstandsstück 32. lyt in den Hohlraum zwischen den Substraten eingedrückt

Ergänzend zu den beschriebenen Arbeitsprinzipien von wird. Die Fig. 8 verdeutlicht die Innenfläche des schüsselförmi-

ECD-Zellen sei noch auf die folgenden vorteilhaften und gen Substrats 40. Auf der inneren Oberfläche des schüsselför-

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migen Substrats 40 sind Bezugs- oder Referenzelektroden 110 des schüsseiförmigen Glassubstrats 82 ausgebildet sind, auf und 112 sowie eine Gegenelektrode 114 ausgebildet. Die Nut dem flachen Glassubstrat 94 liegen.

72 ist der Referenzelektrode 110 und die Nut 78 der Referenz- Um hier eine technisch günstige Lösung zu erreichen, ist elektrode 112 zugeordnet, während die Nuten 74 und 76 mit der die Aussenumrandung des flachen Glassubstrats 94 etwas grös-Gegenelektrode 114 in Verbindung stehen. 5 ser gewählt als die des schüsseiförmigen Substrats 82, so dass

Die Fig. 9 zeigt die Schnittdarstellung eines Festkörper- die Elektroden 90 und 98 geringfügig über die Umrandung des ECD-Elements unter Verwendung des erfindungsgemässen schüsseiförmigen Substrats 82 hinausstehen, um den elektri-schüsselförmigen Substrats 40. Die Zeichnung lässt insbeson- sehen Anschluss der ECD-Zelle an eine Treiberschaltung zu dere erkennen, wo die Nut 72 vorzusehen ist. erleichtern.

Ein WCh-Film 84 und ein lichtdurchlässiger leitender In- 10 Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegen die diumoxidfilm 86 sind auf der inneren Oberfläche eines schüssel- Anschlüsse für die Gegenelektrode und die Referenzelektro-förmigen Glassubstrats 82 aufgebracht Der WOä-Film 84 und den an den Längskanten der ECD-Zelle, während die der Indiumoxidfilm 86 dienen als Referenzelektrode 110 (vgl. Anschlüsse für die Anzeigesegmente entlang der Seitenkanten Fig. 8). Ein weiterer WOä-Film 96 und ein Indiumoxidfilm 98 der Zelle angeordnet sind. Die Fig. 10 zeigt ein typisches Segsind auf ein flaches Glassubstrat 94 aufgebracht. Am Rand des 15 mentmuster. Die äusseren Anschlüsse 104 sind mit den einzelflachen Glassubstrats 94 ist ein weiterer Indiumoxidfilm 90 aus- nen Anzeigesegmenten a bis g über Zuführelektroden 102 vergebildet Die so vorbereiteten beiden Glassubstrate 82 und 94 bunden. Die Anschlüsse 104, die Zuführelektroden 102 und die sind miteinander durch eine Klebeschicht 92 verbunden, die Anzeigesegmente a bis g sind auf dem flachen Glassubstrat 94 dem Typ SE 1700, hergestellt und vertrieben durch die Firma ausgebildet

Toray Silicone KK entspricht 20 Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit der Erfin-

Nach Aushärten der Kleberschicht 92 ist ein Elektrolyt 100 dung die gestellte technische Aufgabe, nämlich die Verwen-durch die Nut 80 in den Innenraum eingebracht worden. Der dung von Abstandsstücken und damit einhergehend die Justa-Elektrolyt 100 enthält y-Butyrolacton und Litiumperchlorat. geprobleme für die genaue räumliche Zuordnung der beiden Nach dem Einbringen des Elektrolyten ist die Nut 80 durch ein Substrate zu vermeiden, in vollem Umfang dadurch gelöst Metall, etwa In, Pb oder ein geeignetes Harz verschlossen wor- 25 wurde, dass mindestens eines der beiden Substrate schüssel-den. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nut 80 oder schalenförmig ausgebildet wird, um einen sehr genauen trichterartig abgeschrägt ausgebildet, um ein Eindringen des Abstand zwischen den Elektroden der Substrate sicherstellen Füllmaterials in den Innenraum der Zelle zu verhindern. zu können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der

Rand des schüsseiförmigen Substrats einzelne Nuten auf, in die In die Nut 72 ist ein leitfähiges Klebematerial 88 so einge- 30 ein leitendes Material eingefüllt ist um die elektrische Verbin-füllt, dass die Referenzelektrode 110 oder der Indiumoxidfilm dung zwischen dem schüsseiförmigen Substrat und dem 86 kontaktiert werden. Der auf dem flachen Glassubstrat 94 Gegensubstrat zu erleichtern, wobei vorzugsweise die ausgebildete Indiumoxidfilm 90 ist ebenfalls mit dem leitenden Anschlüsse für das schüsseiförmige Substrat auf dem Gegen-Klebstoff 88 verbunden, so dass der Anschluss für die Referenz- substrat liegen. Eine weitere Nut im Randabschnitt des schüs-elektrode 110 auf dem flachen Glassubstrat 94 gegeben ist. Auf 35 selförmigen Substrats dient zum Einfüllen des Elektrolyten in diese Weise wird erreicht dass die Anschlüsse für die Gegen- den Innenraum zwischen den Substraten; die Einfüllöffnung elektrode und die Referenzelektroden, die auf der Innenfläche wird anschliessend verschlossen.

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

618282 PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrochromes Anzeigeelement mit zwei auf festgelegten Abstand voneinander fixierten Substraten, von denen eines im wesentlichen die Form einer flachen Schüssel aufweist, die entlang des Schüsselrands durch ein Verbindungsmittel mit dem anderen plattenförmigen und flachen Substrat verbunden ist, mit einer auf dem flachen Substrat aufgebrachten, wahlweise ansteuerbaren Anzeigeelektrode, sowie mit einem zwischen den durch die Schüsselmulde und das flache Substrat begrenzten Innenraum eingebrachten Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass auf der dem flachen Substrat (46; 58; 94) zugekehrten Innenfläche des schüsseiförmigen Substrats (40) eine Gegenelektrode (52,54; 66; 84; 86) aufgebracht ist, und dass der Abstand zwischen der auf das flache Substrat aufgebrachten Elektrode (44; 60; 98) und der auf die Innenfläche des schüsseiförmigen Substrats aufgebrachten Elektrode im wesentlichen durch die Tiefe des schüsseiförmigen Substrats bestimmt ist

2. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Substrate aus Glas bestehen, und dass die Anzei-geelektrode(n) (44; 60; 98) und die Gegenelektrode jeweils aus mindestens zwei Schichten bestehen, nämlich einem durchsichtigen, leitenden Film (42,54; 86,98) und einer darüber aufgebrachten anorganischen festen Filmschicht (44,52; 84,96).

3. Anzeigeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem mit der Anzeigeelektrode versehenen flachen Substrat (94) ein Anschlusselement (90) ausgebildet ist, und dass der Rand des schüsseiförmigen Substrats mit einer Einkerbung (72,74,76,78) versehen ist, die im Verbund der beiden Substrate durch ein elektrisch leitfähiges Material (88) ausgefüllt ist, um die auf der Innenfläche des schüsseiförmigen Substrats aufgebrachten Gegenelektrode (86) mit dem Anschlusselement zu kontaktieren.