DE102008024260B4

DE102008024260B4 - Elektrochrome Formulierung und organisches elektrochrom schaltbares elektronisches Bauteil

Info

Publication number: DE102008024260B4
Application number: DE102008024260A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Kanitz; Wolfgang Dr. Roth
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-05-20
Filing date: 2008-05-20
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-05-21
Also published as: EP2276821B1; US20110128606A1; ES2375020T3; WO2009141302A1; DE102008024260A1; EP2276821A1; PT2276821E; US8300296B2; ATE534716T1

Abstract

Elektrochrome Formulierung, die zumindest einen elektrochrom aktiven Farbstoff, der die folgende Struktur hat

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Formulierung mit einem neuartigen Farbstoff und ein organisches elektrochrom schaltbares elektronisches Bauteil mit hoher Schaltgeschwindigkeit. Diese Bauteile werden zum Aufbau von elektrochromen Displays eingesetzt.
Elektrochrome Displays auf Basis organischer Materialien umfassen im Normalfall eine aktive elektrochrome Schicht, die sich im Falle eines Displays zwischen senkrecht zueinander angeordneten Elektroden befindet. Wesentliche Bestandteile der aktiven Schicht sind ein Redox-System und ein pH-aktiver Farbstoff. Durch das Anlegen einer Spannung wird das Konzentrationsverhältnis der Redox-Partner zueinander im Material verschoben. Bei dieser Reaktion werden im Material Protonen und/oder Ionen freigesetzt bzw. gebunden, welches sich auf den pH-Wert auswirkt. Wenn eine Spannung an das Material angelegt wird, dann läuft die Verschiebung des Gleichgewichts der Redox-Partner an den beiden Elektroden in entgegen gesetzter Richtung. Dies führt dazu, dass an der einen Elektrode der pH-Wert steigt, während er an der Gegenelektrode sinkt. Über einen pH-Farbstoff wird die Änderung des pH-Wertes dann in eine Farbänderung des Materials umgesetzt und das Anlegen der Spannung sichtbar gemacht.
Ein Prinzip elektrochrome Displays zu verwirklichen besteht darin, die Farbänderung nicht durch die Änderung des pH-Wertes im Display herbeizuführen, sondern die ohnehin stattfindenden Redoxprozesse zu nutzen, um kontrastreiche Farbwechsel durch die Bildung reduktiver und/oder oxidativer Zustände in geeigneten Materialien zu erzeugen. Dabei sind vor allem die sogenannten Viologene und Polythiophene als Materialklassen bekannt geworden.
In der WO 2007/006767 A1 werden entsprechende Farbstoffe, die sich bewährt haben, offenbart.
Elektrochrom aktive Formulierungen schalten reversibel zwischen zwei Farbzuständen, die durch die Art des elektrochrom aktiven Farbstoffs vorgegeben sind. Beispielsweise ist ein auf einer Viologenstruktur basierender Farbstoff im ungeschalteten Zustand farblos bzw. wegen des Weißpigments weiß, im geschalteten Zustand dagegen violett.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Farbeffekte in elektrochromen Bauteilen durch Variation der Farbstoffe zu ermöglichen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung und Lösung der Aufgabe ist die Herstellung eines elektrochrom aktiven Farbstoffes vom Viologentyp, der jedoch durch Substituenteneffekte nicht wie gewöhnlich von farblos nach violett schaltet, sondern zu einem brillanten Blau.
Gemäß der Erfindung wird eine elektrochrome Formulierung vorgeschlagen, die zumindest einen elektrochrom aktiven Farbstoff, der die folgende Struktur hat
mit n = beliebig, je nach Polymerisationsgrad, umfasst.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem noch ein organisches elektrochromes elektronisches Bauteil, zumindest zwei Elektroden und dazwischen eine organische aktive Schicht umfas send, wobei die organische aktive Schicht zumindest eine Formulierung mit dem oben genannten Farbstoff enthält.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Wert des Index n im Bereich zwischen 5 und 300.
Die neue Farbe wird vermutlich durch Verhinderung der Stapelung der 4,4'-Bipyridineinheiten (die auch π-Merisation genannt wird) erreicht und dadurch lässt sich der Farbstoff zu einem brillanten Blau schalten. In diesem Fall blockieren die Hydroxyfunktionen die Stapelung zu π-Meren.
Weiterer Vorteil der Formulierung mit dem neuartigen Farbstoff ist, dass der Farbstoff in seiner Formulierung im Display durch die Substituenteneffekte ein sehr schnelles An- und Ausschaltverhalten im Bereich 60–100 ms (gewöhnlich im Bereich von 0,5 bis 2 Sekunden) aufweist. Gleichzeitig erhöhen die Substituenteneffekte im geschalteten Zustand auch die Farbtiefe, wodurch bei einer geringeren Leistungsaufnahme ein höherer Kontrast erreicht werden kann.
Der neue Typ viologener Farbstoffe zeigt daher einige Vorteile gegenüber den bisher bekannten, von der neuartigen Farbe über die höhere Farbtiefe bei geringerer Leistungsaufnahme und dadurch Belastung des Bauteils und schließlich das schnelle Schaltverhalten.
Ausführungsbeispiele
1) Herstellung des elektrochrom aktiven Farbstoffs: Poly-2,2-dihydroxymethylpropylen-4,4'-bipyridylium-dibromid
15,6 g 4,4'-Bipyridyl und 26,2 g 1,3-(2,2-Dihydroxymethyl)propylenbromid werden 6 h unter Rühren bei 180°C in Diethylenglykol erwärmt. Nach dem Abkühlen ist die entstandene Lösung bereit zur Herstellung einer elektrochromen Formulierung.
2) Herstellung einer elektrochrom aktiven Farbstoffformulierung
In 3 g der nach 1 hergestellten Farbstofflösung werden 6 g Titandioxid und 0,125 g Ferrocen mittels eines Speedmixers dispergiert. Es wird eine hellweiße Paste erhalten.
3) Herstellung einer elektrochrom aktiven Zelle.
Die nach 2 erhaltene Paste wird mittels Rakeln auf ein ITO-Substrat appliziert. Ein weiteres ITO-Substrat dient als Gegenelektrode. Beim Anlegen einer Spannung entsteht an der Kathode ein blauer Farbeindruck, der nach dem Umpolen wieder weiß wird. Die Schaltgeschwindigkeit (an) beträgt 80 ms bzw. 100 ms (aus).
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochrome Formulierung mit einem neuartigen Farbstoff und ein organisches elektrochrom schaltbares elektronisches Bauteil mit hoher Schaltgeschwindigkeit. Diese Bauteile werden zum Aufbau von elektrochromen Displays eingesetzt. Der neue Farbstoff hat Substituenten, die eine π-Merisierung der aromatischen Einheiten einschränkt oder verhindert.

Claims

Elektrochrome Formulierung, die zumindest einen elektrochrom aktiven Farbstoff, der die folgende Struktur hat
mit n = beliebig, je nach Polymerisationsgrad, umfasst.
Formulierung nach Anspruch 1, wobei der Wert des Indexes n im Bereich zwischen 5 und 300 liegt.
Organisches elektrochromes elektronisches Bauteil, zumindest zwei Elektroden und dazwischen eine organische aktive Schicht umfassend, wobei die organische aktive Schicht zumindest eine Formulierung nach Anspruch 1 enthält.