DE2756551A1 - Elektrochrome anzeige - Google Patents
Elektrochrome anzeigeInfo
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Description
ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, Kalifornien, V.St.A.
Die Erfindung bezieht sich auf elektrisch steuerbare Anzeigen bzw. Anzeigevorrichtungen, und zwar insbesondere auf elektrochrome
Anzeigen.
Für elektrisch steuerbare Anzeigevorrichtungen gibt es viele Verwendungen. Eine Anzahl solcher Vorrichtungen ist bereits
seit einiger Zeit im Gebrauch. Zu diesen Anzeigevorrichtungen gehören Flüssigkristall-Anzeigen, Anzeigen mit lichtemittierenden
Dioden, Plasmaanzeigen, usw. Anzeigevorrichtungen mit lichtemittierenden Dioden und Plasmaanzeigen haben beide den
Nachteil, daß sie aktive lichtemittierende Vorrichtungen sind, die für ihren Betrieb eine beträchtliche Leistung benötigen.
Darüber hinaus ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, lichtemittierende Diodenanzeigen derart herzustellen, daß sie bei
heller Umgebungsbeleuchtung leicht unterscheidbar sind. Flüssigkristall-Anzeigen
haben den Nachteil, daß sie nur über einen begrenzten Temperaturbereich hinweg betrieben werden können
und das Flüssigkristallmaterial im wesentlichen keine Speicherfähigkeit besitzt. Ferner wird die Sichtbarkeit vieler Flüssigkeitskristallanzeigen
schlechter, wenn der Betrachter nicht genau axial daraufschaut.
Elektrochrome Anzeigen wurden entwickelt, um Information durch einen Farbwechsel von Teilen der Anzeige darzustellen, und zwar
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über die Elektroabscheidung eines aktiven Materials zur Erreichung
einer Farbänderung. Im allgemeinen erfolgt diese Farbänderung von Weiß auf eine Farbe, wie beispielsweise Blau.
Wegen des (elektrolytischen)Elektroabscheidungsmechanismus machen solche Anzeigen eine beträchtliche Leistung sowie Zeit
erforderlich, um zu schreiben oder um angezeigte Information zu löschen. Die erforderlichen Leistungsmengen sind insbesondere
beim Batteriebetrieb unerwünscht hoch, und die zur Änderung der angezeigten Information erforderliche Zeit macht solche Materialien
für viele Anzeige-Anwendungsfälle unbrauchbar. Keine dieser Anzeigen verwendet mehr als eine einzige Farbe gegenüber
einem Hintergrund. Dies beschränkt die Anwendbarkeit solcher Anzeigen, da die Farbe eines Zeichens nicht zur Übermittlung
von Information verwendet werden kann.
Die Diphthalocyanine seltener Erden besitzen elektrochrome Eigenschaften, wobei sich die Farbe des Diphthalocyanins über
eine Periode von acht Sekunden hinweg bein. Anlegen einer Potentialdifferenz
an eine elektrochemische Zelle ändern kann, die auf einer der Elektroden einen Diphthalocyaninfilm trägt.
Vergleiche die folgende Literaturstellen: P. N. Moskalev und I. S. Kirin in "Effect of the Electrode Potential on the
Absorption Spectrum of a Rare-Earth Diphthalocyanine Layer" , Opt, i Spektrosk, 29, 414 (1970)und P. N. Moskalev und
I. S. Kirin, "The Elektrochromism of Lanthanide Diphthalocyanines", Russian J. Phys. Chem., 46, 1019 (1972).
Die Diphthalocyanine erfordern keine großen Leistungsmengen zur Bewirkung der Farbänderung, aber die für die Farbänderung
erforderliche lange Zeitperiode macht die bekannten Diphthalocyanin-Arbeitseigenschaften
hinsichtlich Anzeigeerfordernissen unbrauchbar.
Was benötigt wird, ist eine Anzeigevorrichtung, die schnell umgeschaltet wird, mehrere Farben erzeugt, ihre Speicherfähigkeit
bei abgeschaltener Leistung beibehält, unter einem großen Bereich von Umgebungslichtbedingungen und Sichtwinkeln leicht
gelesen werden kann und für ihren Betrieb keine großen Leistungsmengen erforderlich macht.
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Zusammenfassung der Erfindung. Die erfindungsgemäße Anzeige
oder Anzeigevorrichtung löst die Probleme des Standes der Technik durch die Verwendung von Metaldiphthalocyaninkomplexen
als das elektrochromaktive Material in einer elektrochromen Anzeigezelle. Es werden dabei schnelle Farbänderungen in weniger
als 50 Millisekunden erreicht, wodurch die langsame Schaltzeit für Diphthalocyaninkomplexe seltener Erden vermieden wird. Die
Leistungsanforderungen sind gering wegen der Niedrigleistungsschalteigenschaften
des Anzeigematerials und deshalb, weil die Anzeige abhängig von ihrem Aufbau einen offenen Kreisspeicher
(open circuit memory) von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden besitzt. Eine mehrfarbige, d.h. mehr als zwei Farben
aufweisende, Anzeige wird erhalten durch die Verwendung eines Bereichs von zwischen Anzeige- und Gegen-Elektroden angelegten
Spannungen. Eine Farbumkehr der angezeigten Information und des Hintergrundes, gegenüber welchem die Anzeige erfolgt, wird erreicht
durch Verwendung von Anzeigeelektroden in den Hintergrundteilen der Betrachtungszone wie auch in den Zeichensegmenten.
Sowohl die Mehrfarbenanzeige als auch die Möglichkeiten der Farbumkehr erhöhen die Informationsübertragungsfähigkeit der
Anzeige gegenüber üblichen Anzeigevorrichtungen.
Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung
von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 den wahrscheinlichen Aufbau eines Metall-Diphthalocyaninkomplexmoleküls;
Fig. 2-5 Querschnitte durch verschiedene Ausbildungen von erfindungsgemäßen
Anzeigezellen;
Fig. 6 eine Bauart einer Farbsteuerschaltung; Fig. 7 den erfindungsgemäßen Farbumkehraspekt.
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Die wahrscheinliche Struktur der Metall-Diphthalocyaninkomplexe
ist allgemein bei 100 in Fig. 1 dargestellt. Dieses Molekül weist zwei Phthalocyanin-Ringgebilde 102 und 104 auf, von denen angenommen
wird, daß sie in im wesentlichen parallelen Ebenen mit einem Metall-Ion 106 (M) liegen, welches zwischen den von den
Phthalocyanin-Ringen eingenommenen Ebenen liegt.Beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Metall im Komplex vorzugsweise
Yttrium, Scandium oder eine seltene Erde der Lanthanid-Reihe. Es können jedoch auch andere Metalle verwendet werden,
deren Diphthalocyaninkomplexe elektrochrom sind.
Es wird angenommen, daß die Bindungen von jedem Phthalocyaninring zu dem seltenen Erden-Ion die Verbindung des Gebildes miteinander
als ein Molekül bewirken. Der detaillierte innere Mechanismus, der einen Metall-Diphthalocyaninkomplex elektrochrom
macht, ist nicht völlig klar, obwohl das Vorhandensein des Effektes deutlich ist; es wird angenommen, daß der durch das Bezugszeichen
108 bezeichnete Wasserstoff eine Rolle spielt. Für die Anwendung bei der Erfindung geeignete Metall-Diphthalocyaninkomplexe
können durch in der Literatur beschriebene Verfahren synthetisiert werden. Vorzugsweise werden die Metall-Diphthalocyaninkomplexe
durch Vakuumsublimation gereinigt, um hochreine Filme aus Diphthalocyaninkomplexen in Anzeigenzellen zu erhalten.
Der Diphthalocyaninfilm einer Anzeigezelle wird vorzugsweise durch Vakuumsublimation eines Diphthalocyanins bei Drücken
in der Größenordnung von 10 mm bis 10 inm Hg abgeschieden.
Während der Sublimation des Diphthalocyanins wird die Diphthalocyaninquelle
auf einer Temperatur gehalten, die eine vernünftige Abscheidungsrate ohne Zerstörung des Komplexes liefert. Diese
Temperatur kann vorzugsweise im Bereich von ungefähr 3000C bis
4OO°C liegen.
Die erfindungsgemäßen Anzeigezellen können in zwei allgemeine
Gruppen unterteilt werden. Zur ersten Gruppe gehören diejenigen Zellen, die nur durch reflektiertes Licht betrachtet werden
können. Aus Gründen der Einfachheit können diese Zellen als reflektierende
Anzeigezellen bezeichnet werden. Zur zweiten Gruppe gehören diejenigen Zellen, die so aufgebaut sind, daß sie mit
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durchgehendem Licht betrachtet werden. Aus Gründen der Einfachheit
können diese Zellen als Durchlassanzeigezellen bezeichnet werden. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Durchlaßanzeigezellen
sind jedoch derart, daß die durch viele Durchlasszellen angezeigte Information ohne weiteres bei Reflexionsbeleuchtung
unterschieden werden kann, wenn keine Quelle für Durchlaßbeleuchtung aktiv ist oder beim Vorhandensein von Umgebungsbeleuchtung hoher Intensität. In Fig. 2 ist bei 10 eine gemäß
der Erfindung ausgebildete bevorzugte Reflexionsanzeigezelle dargestellt.
Die Anzeigezelle 10 besitzt ein Gehäuse 12, welches eine transparente Stirnplatte 14 trägt, die die Betrachtungsoberfläche oder -zone der Anzeigezelle bildet. Gehäuse 12 und
Stirnplatte 14 bilden miteinander vorzugsweise eine abgedichtete Kammer 16,innerhalb welcher das elektrochrome Material, die
Zellenelektroden und ein Elektrolyt enthalten sind. Eine Vielzahl von transparenten Anzeigeelektroden ist vorzugsweise an
der Innenseite oder Innenoberfläche der Stirnplatte 14 abgeschieden. Die Anzeigeelektroden weisen Zeichensegmente 20 auf, deren
Zahl und Anordnung entsprechend der Menge und der Arten der Information bestimmt ist, wie sie durch die Zelle angezeigt werden
soll und wie dies bereits bekannt ist. Die Anzeigeelektroden weisen vorzugsweise auch Hintergrundsegmente 26 auf, deren Zweck
im folgenden erläutert wird. Eine dünne Lage 30 aus einem elektrochromen Metall-Diphthalocyanin ist auf den Anzeigeelektroden, und
zwar sowohl den Zeichensegmenten 20 als auch den Hintergrundsegmenten 26, angeordnet, um dem Elektrolyten 18 ausgesetzt zu
sein.Der Metall-Diphthalocyaninfilm 3O weist das elektrochrome
Material der Anzeigezelle auf. Eine Gegenelektrode 22 ist vorzugsweise an einem Teil des Gehäuses 12,der die Rückseite des
Hohlraums 16 bildet, angeordnet, wie dies auch für eine gesonderte Bezugselektrode 24 gilt.
Bei einer durch reflektiertes Licht betrachteten Anzeige ist
der Elektrolyt 18 vorzugsweise ein System, welches einen inerten weißen, porösen Feststoff aufweist, wie beispielsweise Calciumsulfatdihydrat-Gips
(CaSO4 · 2H3O) (allgemein als Stuckgips
bekannt), und zwar gesättigt mit einem inerten Elektrolyten, wie beispielsweise einer wässrigen Lösung von Kaliumchlorid
(KCl). Ein weißer Gips wird bevorzugt, damit der Gips die durch ·
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AO
den elektrochromen Film erzeugten Farben nicht nachteilig beeinflußt
und einen nicht spiegelnden Hintergrund bildet, der die Gleichförmigkeit der Anzeige über einen großen Bereich von Betrachtungswinkeln
vergrößert. Um eine effiziente, ästhetisch angenehme Zelle zu erhalten, wird bevorzugt, daß das Elektrolytsystem
vollständig den Teil der Kammer (Hohlraum) 16 füllt, der nicht von den Elektroden und dem elektrochromen Film 30 besetzt
ist. Zu diesem Zweck wird es als bevorzugt angesehen, die Anordnung der Zelle bis zu dem Punkt zu vollenden, wo das Gehäuse,
die Stirnplatte, die Elektroden und der elektrochrome Film in ihren Endpositionen vorhanden sind, worauf dann der Hohlraum
mit einer Wasseraufschlemmung von teilweise dehydriertem Calciumsulfat
angefüllt wird. Darauf läßt man den Gips aushärten. Nachdem der Gips erhärtet und hinreichend getrocknet ist, wird die
Kaliumchloridlösung in den Hohlraum eingeführt, um die Poren des Gipses anzufüllen und um eine dünne Lage zwischen dem Gips
und dem elektrochromen Film durch Kapillarwirkung zu bilden. Zur Erzeugung einer Zelle mit guten Betriebseigenschaften und
langer Betriebslebensdauer wird vorgezogen, den Gips vollständig mit der Elektrolytlösung zu sättigen, wodurch im wesentlichen
gleichförmige Elektrolyteigenschaften durch die ganze Zelle hindurch sichergestellt werden und die Möglichkeit des Einfangens
von Gasen innerhalb der Zelle minimiert wird.
Wenn ein Kaliumchloridelektrolyt verwendet wird, so kann die Bezugselektrode vorzugsweise aus Silber, Blei oder Quecksilber
bestehen und f\it dem Chlorid davon überzogen sein. Es können
für die Bezugselektrode jedoch auch viele andere Materialien verwendet werden, und der Chloridüberzug ist nicht wesentlich,
wobei aber die Tendenz zu seiner Bildung innerhalb der Zelle besteht.
Bei vielen Anzeigen sind wegen der anzuzeigenden Informationsarten, wie beispielsweise nummerischen Daten, beträchtliche
Flächen oder Zonen der Anzeige Hintergrundzonen oder -flächen gewidment, gegenüber welchen Information enthaltende Bilder
angezeigt oder dargestellt werden. Zusätzlich zu diesen "gewidmeten" Hintergrundzonen gibt es selektiv aktivierbare Zeichensegmente,
die aktiviert werden können, um Information übertra-
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./.
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gende Bilder, wie beispielsweise Buchstaben, Zahlen und Int.erpunktionssymbole,
zu bilden.Es wird im allgemeinen als zweckmäßig erachtet, diese selektiv aktivierbaren Segmente visuell mit den gewidmeten
Hintergrundzonen zu verschmelzen, mit der Ausnahme dann, wenn die Aktivierung erfolgte, um so eine Anzeige mit maximaler
ästhetischer Wirkung und Informationsklarheit zu erhalten. Zur Klarstellung der folgenden Diskussion seien die als Hintergrundzonen
gewidmeten Flächen oder Zonen der Anzeige als Hintergrundsegmente bezeichnet, wohingegen die zur Bildung von Information
übertragenden Bildern selektiv aktivierbaren Segmente als Zeichensegmente bezeichnet werden. Zeichensegmente und Hintergrundsegmente
einer sieben Segmente aufweisenden nummerischen Anzeige sind in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 sind die einzelnen Zeichensegmente
20 im Teil 704 mit den Buchstaben a bis g bezeichnet, während die Hintergrundsegmente 26 im Teil 702 mit den Buchstaben
h, i und j bezeichnet sind. Die spezielle Zahl und Anordnung der Zeichensegmente und Hintergrundsegmente wird entsprechend der
anzuzeigenden Information ausgewählt.
Wenn keine Information angezeigt wird, so sollte die gesamte Anzeigefläche oder -zone, d.h. sowohl die Hintergrundsegmente
als auch die Zeichensegmente, eine einzige gleichförmige Farbe zeigen. Infolgedessen ist es erwünscht, daß die Hintergrundsegmente
der Anzeige die "Anzeige-aus"-Farbe der Zeichensegmente als einen Hintergrund aufweisen, in den hinein sich die nicht
aktivierten Zeichensegmente vereinigen und gegenüber welchem die aktivierten Zeichensegmente konstrastmäßig hervortreten.
Es ist theoretisch möglich, eine Hintergrundfarbe vorzusehen, die genau mit der Anzeige-aus-Farbe der Zeichensegmente übereinstimmt,
und zwar durch Aufbringen eines entsprechenden Pigmentes auf die Hintergrundzonen der Anzeigestirnplatte. Es ist jedoch
schwer, wenn nicht unmöglich, eine vollkommene Farbanpassung oder -übereinstimung bei allen Beleuchtungsbedingungen für sämtliche
Betrachtungswinkel über die Lebensdauer der Anzeige hinweg zu erreichen. Wenn die Farbübereinstimmung jedoch nicht bei allen
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Beleuchtungsbedingungen vollkonunen ist, so können nicht aktivierte
Zeichensegmente im Aus-Zustand sichtbar werden, wodurch eine ästhetisch störende und möglicherweise Verwirrung hervorrufende
Anzeige entsteht.
Die Erfindung vermeidet das Problem der Pigmentanpassung oder -Übereinstimmung durch das Vorsehen von Hintergrundanzeigeelektrodensegmenten
26 überall an der Stirnplatte 14, mit der Ausnahme dort, wo die einzelnen Zeichenelektrodensegmente 20 lokalisiert
sind, und mit der Ausnahme einer schmalen elektrodenlosen Region 28, die jede Anzeigeelektrode umgibt. Die elektrodenlosen
Regionen 28 verhindern das Kurzschließen einzelner Anzeigeelektroden miteinander.
Erfindungsgemäß gestattet das Vorhandensein der Hintergrundanzeige-Elektrodensegmente
die elektrische Steuerung der Farbe der Hintergrundzone, um die Anpassung oder Übereinstimmung mit
der Anzeige-aus-Farbe der Zeichensegmente zu erreichen. Zusätzliche Vorteile erhält man dadurch, daß man das Potential der Hintergrundsegmente
extern wählbar macht, um die Hintergrundfarbe ändern zu können und die gewählte Farbe der "ein"-Zeichensegmente in
Kontrast damit zu bringen. Bei einer Mehrfarben-Anzeige ist eine beträchtliche Anzahl von Hintergrundfarbe/aktivierte Zeichensegmentfarbe-Kombinationen
möglich. Die möglichen Kombinationen umfassen die Umkehr (Wechsel) der Hintergrundfarbe mit der aktiven
Zeichensegmentfarbe (Farbe des aktivierten Zeichensegments). In gleicher Weise können bei einer Zwei farben-Anzeige, wie beispielsweise
einer, bei der Zeichensegmente die eine oder andere von zwei Farben annehmen können, die Hintergrundfarbe und die aktive
Zeichensegmentfarbe umgekehrt (ausgewechselt) werden. Somit kann bei einer Zweifarben-Anzeige, wie beispielsweise eine, bei der
die Zeichensegmente entweder Rot oder Grün gemacht werden können, die Information in roten Zeichen auf einem grünen Hintergrund
angezeigt werden oder aber in grünen Zeichen auf einem roten Hintergrund. Demgemäß kann entsprechend der Verwendung der Anzeige
eine Zweifarben-Anzeige oder -Anzeigenvorrichtung in einer Rot-auf-Grün-Betriebsart
unter Normalbedingungen verwendet werden, wohingegen
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die Verwendung in einer Grün-auf-Rot-Betriebsart bei totfällen,
Zuständen hoher Priorität oder anderen ausgewählten Bedingungen erfolgt, um so die Aufmerksamkeit einer Bedienungsperson oder
eines anderen Betrachters anzuziehen. In ähnlicher Weise kann bei einer Rechenmaschine, einem Thermometer oder einer anderen
Vorrichtung für die Anzeige von sowohl positiven als auch negativen Zahlen die Anzeige von negativen Zahlen dadurch angezeigt
werden, daß die Anzeigefarben bei einer zweifarbigen Anzeige umgekehrt werden.
Das erfindungsgemäße Farbumkehrverfahren ist in Fig. 7 dargestellt,
wobei dort zwei sieben Segmente verwendende nummerische Zeichenanzeigen abgebildet sind. Im linken Teil, dem Teil 7O2
der Fig. 7, ist das Zeichen "8" in einer ersten Farbe, beispielsweise Rot, gegenüber einem Hintergrund einer zweiten Farbe,
wie beispielsweise Grün, gezeigt. Der rechte Teil, nämlich der Teil 7O4 der Fig. 7, zeigt das Zeichen 8 in einer Farbumkehr,
wie beispielsweise Grün gegenüber einem roten Hintergrund. Da die Patentzeichnungen nur schwarz und weiß sind und lediglich
zur Darstellung der Farbe schraffiert wurden, läßt sich die volle Wirkung der Farbumkehr nicht gut veranschaulichen, obwohl
der Wechsel von einer Zeichendarstellung Rot auf Grün zu Grün auf Rot augenblicklich einem nicht farbenblinden Betrachter deutlich
wird, wohingegen dies bei der Schwarz-Weiß-Darstellung nicht so klar ist. Damit das Farbumkehrverfahren am wirkungsvollsten
ist, muß jedes angezeigte Zeichen durch steuerbare Hintergrundfläche umgeben sein, um eine wahre Farbumkehr vorzusehen,
d.h. von Grün auf Rot, von Rot auf Grün, um so die augenblickliche Wirkung des angezeigten Zeichens auf einen
menschlichen Betrachter zu maximieren.
Ein ähnliches Verfahren kann bei Mehrfarben-Anzeigen verwendet werden oder es kann eine ausgewählte Farbe (n) umgekehrt werden,
um spezielle Zustände anzuzeigen, wie beispielsweise negative Zahlen, Not- oder Hochprioritäts-Situationen, usw., um auf diese
Weise die Aufmerksamkeit eines Benutzers oder Betrachters zu erregen.
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Die Möglichkeit der Umkehr der Anzeigefarben und/oder die Möglichkeit/eine
mehrfarbige Anzeige vorzusehen, erhöht die durch die Anzeige übertragbare Informationsmenge gegenüber dem Anzeigebetrieb
des Standes der Technik, da die Farbe der Anzeige Information übertragen kann, die anderenfalls das Vorhandensein zusätzlicher
Zeichen erforderlich machen würde.
Es sei wiederum auf die Anzeige 10 der Fig. 2 Bezug genommen, wo die Zeichensegmente 20 bzw. Gegenelektrode 22 bzw. Bezugselektrode
24 bzw. Hintergrundsegmente 26 jeweils mit einem nach aussen führenden Leiter 40 bzw. 42 bzw. 44 bzw. 46 versehen sind, deren
jeder jede Elektrode mit einer externen Treiberschaltung verbindet. Wenn mehr als ein Hintergrundsegment vorhanden ist, so können,
wenn gewünscht, die Hintergrundsegmente entweder mit einzelnen externen Leitern oder einem gemeinsamen externen Leiter ausgestattet
sein.
Sämtliche Anzeigeelektroden, sowohl die Zeichensegmente 20 als auch die Hintergrundsegemente 26, sind vorzugsweise gleichzeitig
ausgebildet, und zwar durch Abscheidung eines einzigen kontinuierlichen Films aus transparentem, leitendem Material. Die Segmente
20 und 26 werden dann durch Entfernung des leitenden Materials zur Bildung der Isolierregionen 28 definiert, welche die einzelnen
Anzeigeelektroden voneinander trennen. Die elektrochromen Lagen 30 werden ebenfalls vorzugsweise als ein einziger Film ausgebildet.
Dieses Verfahren zur Bildung der Elektroden und des Filmes bewirkt, daß die Elektroden und die Filme im wesentlichen
identische elektrische und optische Eigenschaften besitzen, welches es ermöglichen, daß sich die Hintergrundsegmente und Zeichensegmente
visuell dann vereinigen, wenn sie sich beide im gleichen optischen Zustand befinden. In welchem optischen Zustand
eine Anzeigeelektrode und ihr zugehöriger elektrochromer Film sich befindet, wird durch das an die Anzeigeelektrode angelegte
Potential gesteuert. Wenn somit ein Hintergrundelektrodensegment 26 auf dem gleichen Potential wie ein Zeichenelektrodensegment
20 eines nicht ausgewählten oder "aus"-Zeichensegments gehalten wird, so sind die nicht ausgewählten Zeichensegmente von den Hintergrundsegmenten
im wesentlichen ununterscheidbar. Wenn eine Kontrast
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AS
hervorrufende Spannung an ausgewählte oder "ein"-Zeichensegmente angelegt wird, so kontrastieren die ausgewählten Zeichensegmente
mit diesem gemeinsamen Hintergrund, wodurch die ausgewählten Zeichensegmente für einen Betrachter klar sichtbar sind, solange
die Beleuchtung ausreicht, um die Anzeigefläche sichtbar zu machen.
Der elektrochrome Film kann ein einziger kontinuierlicher Film sein, der nach der Abgrenzung der einzelnen Anzeigeelektroden
abgeschieden wird und der sowohl auf den elektrodenlosen Regionen 28 als auch auf den Elektroden abgeschieden wird, wie dies in
Fig. 2 dargestellt ist. Alternativ kann der elektrochrome Film in gesonderte Segmente dadurch getrennt sein, daß Zonen 28 ohne
elektrochromen Film übrigbleiben, wie dies in Fig. 3 (die weiter unten diskutiert wird) dargestellt ist. Wenn der elektrochrome
Film die Region 28 bedeckt, so hat er die Tendenz, seine ursprüngliche Farbe in diesen Regionen beizubehalten, selbst wenn
an eine oder beide der benachbarten Elektroden ein Signal angelegt ist, welches eine unterschiedliche Farbe induziert oder
hervorruft. Die durch die nicht aktivierbaren Grenzregionen 28 hervorgerufene visuelle Störung oder Ablenkung kann minimiert
werden, wenn die Hintergrundsegmente 26 auf einer Farbe nahe derjenigen
des ursprünglichen elektrochromen Films während des Betriebs der Anzeige gehalten werden oder aber wenn kein elektrochromer
Film sich in den Regionen 28 befindet, wie dies in Fig. gezeigt ist.
Die Diphthalocyaninfxlmdicke sollte im Bereich von ungefähr 0,2 bis 1,0 Mikron liegen, und zwar abhängig von der gewünschten
Farbintensität. Zur Erhöhung der Gebrauchslebensdauer der Anzeige kann nach der Vakuumabseheidung in den Diphthalocyaninfilm ein
durchsichtiges poröses Bindemittel, wie beispielsweise Zellulosenitrat oder ein Polycarbonatharz, eingebaut werden. Das Bindemittel
kann dadurch aufgebracht werden, daß man den vakuumabgeschiedenen Film mit einer Lösung des Bindemittels in einem organischen
Lösungsmittel, wie beispielsweise Methylisobutylketon, in Berührung bringt, wobei das Lösungsmittel das Diphthalocyanin
nicht schnell genug auflöst, ohne ein Problem zu sein.
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Das transparente leitende Material, aus dem die Elektroden gebildet
sind, kann stöchiometrisches, nicht stöchiometrisches
oder dotiertes Zinnoxid, eine Zusammensetzung aus Indiumoxid und Zinnoxid oder irgendein anderes Material von ähnlicher optischer
Transparenz und elektrischer Leitfähigkeit sein, welches in dem Elektrolyten stabil ist.
Die zur Änderung der Farbe der Anzeige erforderliche Schaltzeit ist durch die Schein-RC-Zeitkonstante des Gesamtgebildes gesteuert,
welches folgendes aufweist: Die geschaltete (n) Anzeigeelektrode (η) , den elektrochromen Film darauf, das Elektrolytsystem,
die Gegenelektrode und die Leiter von der Gegenelektrode und der bzw. den Anzeigeelektrode(n) zu der externen Steuerschaltung.
Dieses Gebilde zeigt eine scheinbare Kapazität (Scheinkapazität) und einen scheinbaren Widerstand, welche
die Schaltzeit steuern oder bestimmen. Weil die Gegenelektrode und der Leiter von dieser zu der externen Schaltung außerhalb
der betrachtbaren Fläche der Anzeige liegen können, kann deren Leitfähigkeit sehr hoch durch Verwendung von Metall-Leitern gemacht
werden, ohne die visuellen Eigenschaften der Anzeige nachteilig zu beeinflussen. Infolgedessen wird bei einer ordnungsgemäß
konstruierten Zelle die Gegenelektrode und ihr Leiter zur externen Schaltung hinreichend leitend sein, daß nahezu nichts
zum scheinbaren Widerstand des Zellengebildes beigetragen wird. Wenn transparente Elektroden angeordnet werden, wo Betrachtungslicht durch diese hindurchlaufen muß, so werden die transparenten
Elektroden im allgemeinen der dominante Faktor beim scheinbaren Widerstand des Zellengebildes sein. Transparente Leiter
innerhalb der sichtbaren Zone der Anzeige, die von der externen Schaltung zu den Anzeigeelektrodensegmenten führen, werden oftmals
der begrenzende Teil des Transparentelektroden-Widerstands sein. Um eine Schaltzeit von weniger als 50 Millisekunden mit
2 einer Anzeigefläche in der Größenordnung von 5 cm zu erhaltent
sollte der Flächenwiderstand des transparenten Leiters kleiner als ungefähr 15 Ohm pro Quadrat sein, und der Widerstand der
transparenten Leiter sollte kleiner als ungefähr 30 Ohm sein. Eine Schaltzeit von weniger als ungefähr 200 Millisekunden wird als
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zweckmäßig erachtet, damit der Farbwechsel dem menschlichen Beobachter
augenblicklich in Erscheinung tritt. Schaltzeiten in dieser Größenordnung können selbst mit RC-Zeitkonstanten bis zu
einer Sekunde erreicht werden.
Eine bevorzugte Durchlaßanzeigezelle der Erfindung ist bei 310 in Fig. 3 gezeigt. Die Anzeigezelle 310 besitzt ein Gehäuse
312, welches eine transparente Stirnplatte 314 und eine lichtdurchlässige Rückplatte 315 trägt, welch letztere sich in optischer
Ausrichtung mit der Stirnplatte 314, befindet. Das Gehäuse 312, die transparente Stirnplatte 314 und die durchlässige Rückplatte
315 bilden miteinander eine bevorzugterweise abgedichtete Kammer 316, in der das elektrochrome Material, die Zellenelektroden
und ein Elektrolyt 318 enthalten sind. Die transparenten Anzeigeelektroden-Zeichensegmente 32Ο und die Hintergrundsegmente
326 sind vorzugsweise auf der Innenoberfläche oder Innenseite der Stirnplatte 314 angeordnet. Einzelne Anzeigeelektrodensegmente
sind durch schmale elektrodenlose Zonen 328 von anderen Anzeigeelektrodensegmenten isoliert oder getrennt.
Ein elektrochromer Film 330 ist über den Anzeigeelektroden auf der Seite angeordnet, die zum Elektrolyt 318 hinweist. Die Rückplatte
315 befindet sich in optischer Ausrichtung mit der Stirnplatte 314, wenn durch die Rückplatte 315 in die Zelle eintretendes
Licht die Anzeigeelektroden von hinten her beleuchtet, wodurch die Anzeige deutlich sichtbar durch das durchtretende
Licht gemacht werden kann, und zwar selbst beim Nichtvorhandensein
einer hinreichenden Umgebungsbeleuchtung, um so die Anzeige leicht verständlich durch reflektiertes Licht zu machen.
Eine der Zeichensegment- oder Hintergrund-Farben kann ohne Anlegen
einer externen elektrischen Leistung erreicht werden, wenn eine kombinierte Bezugs/Gegen-Elektrode 322 anstelle gesonderter
Gegen- und Bezugselektroden (wie bei Zelle 10 in Fig. 2) verwendet werden, und wenn die Bezugs/Gegen-Elektrode aus einem Material
ausgebildet ist, welches ein stabiles elektrochemisches Potential in dem Elektrolyt 318 besitzt, wodurch die Erzeugung der ausgewählten
Farbe hervorgerufen wird, wenn ein Anzeigeelektrodensegment mit der Bezugs/Gegen-Elektrode kurzgeschlossen ist. Wegen
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der Speichereigenschaften der Anzeigezelle ist es normalerweise
nicht erforderlich, eine Treiberspannung (oder einen Kurzschluß) langer als augenblicklich anzulegen, um eine verbleibende Farbänderung
zu erreichen. Infolgedessen wird es zur Minimierung des Leistungsverbrauchs und zur möglichen Verlängerung der Lebensdauer
der Anzeige als bevorzugt erachtet, eine stetige Anzeige durch periodisches momentanes Anlegen von Treiberpotentialen
aufrechtzuerhalten, wobei die Periode zwischen dem Anlegen der
Treiberpotentiale derart gewählt ist, daß sich die Farbe der Anzeige zwischen den Treiberanlegvorgängen nicht in feststellbarer
Weise ändert.
Die Gegenelektrode 322 ist vorzugsweise an der Innenseite der Rückplatte 315 außerhalb der sichtbaren Anzeigefläche angeordnet.
Alternativ kann gemäß dem Aufbau dieser Zelle die Gegenelektrode an einem Teil des Gehäuses 312 oder einem Teil der
Stirnplatte 314 angeordnet sein. Die Rückplatte 315 kann dann transparent sein, wenn die Anzeige durch eine diffuse Lichtquelle
von hinten beleuchtet >?ird. Eine solche diffuse Lichtquelle
kann eine von Natur aus diffuse Lichtquelle sein oder aber eine von Natur aus nicht diffuse Lichtquelle, die aber dadurch diffus
gemacht wird, daß man ein geeignetes durchscheinendes Material zwischen der Lichtquelle und der Anzeigezelle anordnet. Wenn die
Anzeigezelle mit einer nicht diffusen Lichtquelle verwendet wird, so wird die Rückplatte 315 vorzugsweise durchscheinend gemacht/
um die Anzeigebeleuchtung diffus zu machen. Es sei bemerkt, daß eine Anzeigezelle mit einer durchscheinenden Rückplatte 315
auch zusammen mit einer diffusen Lichtquelle verwendet werden kann.
In einer Anzeigezelle mit dem Aufbau gemäß Zelle 31o in Fig. 3 kann ein durchscheinender Elektrolyt, wie beispielsweise ein
Gel gesättigt mit einer ,/ässrigen Kaliumchloridlösung, verwendet
werden, um die diffuse Beleuchtung der Anzeigeflächen vorzusehen, auf welche Weise die Notwendigkeit für andere Diffusionselemente
minimiert wird. Wenn ein durchscheinender Elektrolyt verwendet wird, dann ist die Rückplatte 315 vorzugsweise transparent, um
den Durchlässigkeitswirkungsgrad der Anzeigezelle zu maximieren.
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Wenn jedoch der Durchlässigkeitswirkungsgrad der Zelle kein Problem ist, dann kann die Rückplatte 315 selbst dann durchscheinend
sein, wenn ein durchscheinender Elektrolyt verwendet wird.
Die Bezugs/Gegen-Elektrode 322 kann aus irgendeinem hinreichend leitendem Material bestehen, welches ein stabiles elektrochemisches
Potential in Berührung mit dem Elektrolyten 318 aufbaut, um einen definierten Bezugspegel in der Anzeigezelle vorzusehen,
und wobei dieses das stabile Potential mit nur kleineren Abweichungen während des Durchgangs von Strom durch die Zelle aufrechterhält,
der zur Erzeugung der Farbanzeige erforderlich ist. Wie zuvor erwähnt, wird bevorzugt, daß die Bezugs/Gegen-Elektrode
ein elektrochemisches Potential in der Elektrode besitzt, welches bewirkt daß eine der gewünschten Anzeigefarben
durch eine mit einem elektrochromen Film überzogene Elektrode, die mit der Bezugselektrode kurzgeschlossen ist, gezeigt wird.
Unter solchen Umständen oder Bedingungen ist keine von aussen gelieferte elektrische Leistung, erforderlich, um die Anzeige
in dem (Färb)Zustand,verbunden mit dem kurzgeschlossenen Zustand
der Elektrode, zu halten. In vielen Anwendungsfällen werden die Hintergrundsegmente und die Zeichensegmente, die ausgeschaltet
sind, eine wesentlich größere kumulative Fläche besitzen, als die kumulative Fläche der Zeichensegmente, die eingeschaltet
sind. Wenn es infolgedessen wichtig ist, die durch die Anzeige verbrauchte Leistung zu minimieren, so ist vorzugsweise
die Farbe bei kurzgeschlossener Elektrode die Hintergrundfarbe, da dies die durch die Anzeige verbrauchte Leistung minimiert.
Wenn der Leistungsverbrauch kein wichtiger Punkt ist, so
kann aus Gründen der Ästhetik oder Konvention eine unterschiedliche Wahl der Hintergrundfarbe (Spannung) erforderlich sein.
In einigen Fällen kann es selbst dann, wenn der Leistungsverbrauch von Wichtigkeit ist, aus Gründen der Ästhetik, aus Gründen
visueller Erfordernisse oder aus Gründen der Konvention erforderlich sein, nicht die Konstruktion für minimale Leistung
auszuwählen.
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Die in den Fig. 2 bzw. 3 gezeigten Anzeigezellen 10 bzw. 310
zeigen, wie bereits erwähnt, eine Anzahl zweckmäßiger Merkmale. Zu diesen gehört ein Hintergrund, der koplanar mit der Anzeige
verläuft, aus dem gleichen elektrochromen Material besteht und dessen Farbe elektrisch steuerbar ist. Die elektrische Steuerung
von sowohl Hintergrundsegment- als auch Zeichensegment-Farbe liefert eine exakte Farbübereinstinunung im Löschzustand. Die koplanare
Anordnung minimiert jede Änderung des Aussehens abhängig vom Anzeigebetrachtungswinkel, was infolge der Paralaxe der Anzeigen
auftreten kann, wenn Hintergrundfläche und Zeichensegmentflächen in unterschiedlichen Ebenen liegen. Zudem erzeugt das
weiße Gips-Elektrolyt-System 18 der Zelle 10 einen gleichförmigen Hintergrund, vor dem sowohl Anzeige- als auch Hintergrundfarben
gesehen werden. Die weiße Natur dieses Gipses verbessert die Betrachtungseigenschaften der Anzeigefarben. Ferner sind die
erfindungsgemäßen Anzeigezellen über einen großen Temperaturbereich
hinweg betreibbar, und zwar ohne schädliche Wirkungen auf die visuellen Eigenschaften der Anzeige. Die erfindungsgemäßen
Anzeigezellen wurden über einen Temperaturbereich von 5°C bis 65°C hinweg betrieben, ohne daß irgendeine Änderung
in den Betriebseigenschaften auftrat. Derzeit wird angenommen,
daß die Grenze des Betriebstemperaturbereichs der Gefrierpunkt des Elektrolyten und die Temperatur sind, bei der der Dampfdruck
des Elektrolyten übermäßig groß wird. Die ausgezeichneten Betriebseigenschaften bei niedriger Temperatur werden auf
die Tatsache zurückgeführt, daß die erfindungsgemäße Anzeigezelle nicht die Diffusion großer Materialmengen erforderlich
macht, wie dies bei bekannten, durch Elektroabscheidung hergestellten elektrochromen .Anzeigesystemen der Fall ist.
Die Verwendung einer kombinierten Bezugs/Gegen-Elektrode wie
in Zelle 310 vereinfacht den Zellenaufbau und die Treiberschaltung. Ferner kann dann, wenn der elektrochrome Film ein
Lutetiumdiphthalocyanin ist, eine Bleiplatte als kombinierte Bezugs/Gegen-Elektrode die Leistungserfordernisse der Anzeige
reduzieren, da das Bleielektrodenpotential in einer CaSO,-KCl-Umgebung
eine helle grüne Farbe ergibt, wenn eine mit Lutetiumdiphthalocyanin überzogene Anzeigeelektrode mit einer Bleibezuge/
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Gegenelektrode kurzgeschlossen wird. Dieses KurzschLießen kann
vorzugsweise gelegentlich erfolgen, wie es zum Auffrischen der Farbe erforderlich ist. Die helle grüne Farbe von Lutetiumdiphthalocyanin kann dadurch aufrechterhalten werden, daß man
das Auffrischen einmal alle 24 Stunden oder sogar noch weniger häufig vornimmt. Infolgedessen wird der kurzgeschlossene Elektrodenzustand als der Hintergrundzustand dann ausgewählt, wenn minimaler Leistungsverbrauch wichtig ist. Folglich wird von aussen
zugeführte Leistung nur zum Schreiben der Anzeige erforderlich, und nicht zu deren Löschen und zu deren Aufrechterhaltung in
der Hintergrundfarbe (mit Ausnahme zum Schalten der Verbindung der Elektrode anfangs und für die 'darauffolgende Auffrischung) .
Der Leistungsverbrauch dieser Anzeigezellen kann ferner dadurch
vermindert werden, daß man eine dünnere Elektrolytlage, eine höhere Elektrolytkonzentration und eine leitendere transparente
Elektrode verwendet.
Ein alternatives reflektierendes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anzeigenzelle ist bei 41O in Fig. 4 dargestellt. Die Zelle 410 besitzt viele Ähnlichkeiten mit der Zelle 10 der Fig. 2. Die Anzeigezelle 410 besitzt ein Gehäuse 412
und eine Stirnplatte 414, die zusammen einen Hohlraum 416 bilden, in dem die Zellenelektroden, das elektrochrome Material
und der Elektrolyt angeordnet sind. Anzeigeelektroden (Zeichensegmente 420 und Hintergrundsegmente 426) sind auf der Rückseite des Hohlraums 416 angeordnet. Wenn es sich bei dem Material
des Gehäuses 412 um ein geeignetes Material handelt, so kann
das Gehäuse 412 die Rückseite des Hohlraums bilden und die Elektroden können darauf angeordnet sein. Wenn jedoch das Material
des Gehäuses 412 nicht für das Bilden einer nicht spiegelnden gleichförmigen Anzeige geeignet ist, so kann eine Lage aus einem
geeigneten Material 450, wie beispielsweise aus weißem Glas, in Berührung mit der Innenrückseite des Gehäuses 412 angeordnet
werden, um die Rückseite des Hohlraums 416 zu bilden. Unter diesen Umständen sind die Zeichen- und Hintergrundsegmente 420
bzw. 426 auf dem weißen Glas 450 angeordnet. Die Gegen/Bezugselektrode 422 ist innerhalb des Hohlraums 416 vorzugsweise ausserhalb der Sichtzone oder Fläche der Anzeige angeordnet. Gegen/
Bezugs-Elektrode 422 ist angeordnet auf der Innenseite der Stirn-
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platte 414 dargestellt, kann aber auch alternativ in Berührung mit der Rückseite des Hohlraums 416 oder in Berührung mit einem
Teil des Gehäuses 412, welches eine Begrenzung des Hohlraums bildet, angeordnet werden.
Eine Lage 4 30 aus Diphthalocyaninmaterial ist auf den Oberflächen
der Anzeigeelektroden (sowohl Zeichensegmenten 420 als auch Hintergrundsegmenten 426) angeordnet, die im Hohlraum 416 freiliegen
und einen Teil der sichtbaren Zone oder Fläche der Anzeige bilden. Der Teil des Hohlraums 416, der nicht durch die
Elektroden, das elektrochromatische Material oder das weiße Hintergrundmaterial 450 eingenommen ist, wird durch einen Elektrolyt
418 angefüllt. Nach aussen führende Leiter 440, 442, und 446 sind für die Zeichensegmente 420 bzw. die Gegen/Bezugs-Elektrode
422 bzw. die Hintergrundsegmente 426 vorgesehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Elektrolyt 418 vorzugsweise transparent,
um klar definierte Kanten der verschiedenen Anzeigesegmente und ein angemessenes Ausmaß bei der Gesamtreflektivität
der Zelle vorzusehen. Wenn der Elektrolyt nicht transparent wäre, so würde die Reflektivität oder das Reflexionsvermögen der Zelle
reduziert und/oder die Kanten der Zeichensegmente würden nicht klar für einen Betrachter begrenzt sein, und zwar deshalb, weil
das Bild diffus ist, was sich durch die Verwendung eines durchscheinenden Elektrolyten ergibt.
Die reflektierende Anzeigezelle 410 ähnelt der reflektierenden
Anzeigezelle 10 in vielen Beziehungen, wurde aber derart modifiziert,
daß die Anzeigeelektroden (Zeichensegmente und Hintergrundsegmente) je auf einer unterschiedlichen Oberfläche des Anzeigezellenhohlraums
angeordnet sind. Die durchlässige Anzeigezelle 310 kann in ähnlicher Weise abgewandelt sein. Bei einer derartig abgewandelten
durchlässigen Zelle wird vorzugsweise ein transparenter Elektrolyt aus den oben unter Bezugnahme auf Zelle 410 erwähnten
Gründen verwendet.
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Bei den in den Figuren 2-4 gezeigten Anzeigezellen müssen sämtliche
innerhalb des Hohlraums der Anzeigezelle angeordneten Komponenten chemisch kompatibel sein. Dies kann die Verwendung von
Materialien verhindern, die anderenfalls zur Verwendung in der Zellenanzeige zweckmäßig wären. Wenn es zweckmäßig ist, ein Material
zu verwenden, welches mit einem anderen Material inkompatibel ist, so kann das Problem der Inkompatibilität dadurch umgangen
werden, daß man eine ionenselektive Barriere oder eine Diffusionsbarriere oder Sperre innerhalb der Anzeigezelle verwendet.
Eine Anzeigezelle zur Betrachtung bei durchgehendem Licht ist in Fig. 5 gezeigt, und zwar mit einer ionenselektiven
oder Diffusionssperre, welche chemisch inkompatible Materialien
trennt. Die Komponenten dieser Zelle sind größtenteils ähnlich denjenigen der Zelle 310 der Fig. 3. Es wurden die gleichen
Bezugszeichen mit der Ausnahme verwendet, daß sie hier im Fünfhunderter-Bereich und nicht wie bei Fig. 3 im Dreihunderter-Bereich
liegen. Die poröse ionenselektive oder Diffusions-Sperre ist durch Bezugszeichen 552 bezeichnet. Diese Sperre ist außerhalb
der Betrachtungszone angeordnet und unterteilt den Hohlraum 516 der Anzeigezelle in mindestens zwei Sub-Hohlräume 516A und
516B. Der Hohlraum 516A weist das Anzeigegesichtfeld auf und
umfaßt die Anzeigeelektroden (sowohl Zeichen- als auch Hintergrund-Segmente) , einen Teil des Zellenelektrolyten und den Anzeige-Elektrochromfilm.
Der Hohlraum 516B kann vorzugsweise konzentrisch mit dem Hohlraum 516A angeordnet sein und enthält
die Gegen/Bezugs-Elektrode 522, von der für die Zwecke dieser Figur angenommen wird, daß sie einen schädlichen Effekt auf
den Elektrolyten, die Anzeigeelektroden oder den Diphthalocyanin-Elektrochromfilm,
angeordnet im Hohlraum 516A, ausübt. Durch die
Verwendung einer ionenselektiven oder Diffusions-Sperre, die den
Transport von schädlichen chemischen Stoffen, die innerhalb des Hohlraums 516B vorhanden sein können, in den Hohlraum 516A verhindert,
verhindert der Aufbau der Zelle 510 die Verunreinigung der Sichtzone der Anzeige durch inkompatible Materialien im Seitenhohlraum
516B.
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Eine poröse ionenselektive Sperre 552 kann aus einem Material wie beispielsweise einem Ionenaustauschharz hergestellt sein.
Ein Ionenaustauschharz stört nicht die Fortpflanzung des elektrischen
Stromes durch die Zelle, sondern verhindert, daß sich jedwedes störende Material, welches sich in dem Elektrolyten 518B
des Hohlraums 516B von der Gegenelektrode 522 auflösen könnte, durch die Sperre 552 und in den Elektrolyt 518 A läuft und so
in Berührung mit einem Material im Hohlraum 516A kommt, welches nicht kompatibel ist (oder sein kann).
Eine Diffusionssperre dient einem ähnlichen Zweck durch Dazwischenlegung
eines langen und schwierigen Diffusionspfades zwischen den Abteilen, die die Sperre trennt. Eine Diffusionssperre oder -barriere könnte ein Polypropylenfilzmaterial oder
ein mikroporöser Zellophanfilm sein. Der Filz oder der mikroporöse
Film verzögert die Diffusion, hat aber nicht die chemische Spezifität einer Ionenaustauschbarriere. Wenn es bevorzugt
wird, den Hohlraum in eine vordere Hälfte und eine hintere Hälfte zu unterteilen, so daß die Barriere 552 in einem Gesichtsfeld angeordnet
ist, dann müssen die Eigenschaften des Barrierenmaterials
mit der Anordnung in einem Gesichtsfeld kompatibel sein. Für eine Zelle, die durch durchgelassenes Licht betrachtet werden soll,
bedeutet dies, daß die Barriere transparent oder durchscheinend, vorzugsweise farblos sein müßte. Wenn in ähnlicher Weise die Anzeigezelle
durch reflektiertes Licht betrachtet werden soll, so ist vorzugsweise das Sperrenmaterial weiß oder besitzt eine gleichförmige
Farbe, um einen guten Hintergrund zur Betrachtung der Anzeige zu geben, oder aber das Material muß zur Verwendung in einer
durchlässigen Zelle geeignet sein und einen weißen Hintergrund dahinter besitzen.
Obwohl Fig. 5 im Hinblick auf eine Gegen/Bezugs-Elektrode diskutiert
wurde, die inkompatibel mit dem Diphthalocyanin oder dem Elektrolyten ist, würde das Verfahren gleichfalls auch anwendbar
sein auf eine gesonderte Bezugselektrode oder gesonderte Gegenelektrode, die inkompatibel war, oder auf irgendeine andere Komponente
des Systems, die inkompatibel mit einer unterschiedlichen Komponente des Systems war, von dem diese durch eine solche
Barriere getrennt werden kann, ohne das System nachteilig zu be-
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as
einflussen.
Die zur Steuerung der Anzeigezelle erforderliche Schaltung hängt von der Anzeigezellenform ab. Wenn eine kombinierte
Gegen/Bezugselektrode verwendet wird, so ist die Anzeigesteuerung verhältnismäßig einfach. Zwei gesonderte Spannungen werden
zum Ansteuern oder Betreiben der Anzeige vorgesehen, und beide werden mit der Gegen/Bezugselektrode (vgl. Fig. 3) in Bezug gesetzt.
Die erste der Spannungen V^ wird zur Erzeugung der Hintergrundfarbe
gewählt, wenn eine Hintergrundelektrode damit verbunden ist. Die zweite Spannung V« wird derart gewählt, daß
dann, wenn ein Zeichensegment damit verbunden ist, die gewünschte gewählte Zeichensegmentfarbe erzeugt wird. Bei dieser Konfiguration
sind die Hintergrundelektrodensegmente und jegliche nicht ausgewählten Zeichenelektrodensegmente mit Spannungsversorgung V1 verbunden,
und alle die Zeichensegmente, die ausgewählt oder "EIN" sind, sind mit der Spannungsversorgung V2 verbunden. Die Farbe
der ausgewählten Zeichensegmente, des Hintergrunds und der nicht ausgewählten Zeichensegmente können umgekehrt (ausgetauscht) werden,
und zwar durch Umkehr des zweipoligen Farbumkehrschalters 356, der die Verbindung der Batterien mit den entsprechenden
Elektroden ändert.
Wenn ein Gegenelektrodenmaterial ausgewählt wird, welches die Erzeugung einer gewünschten Farbe (entweder der Hintergrundfarbe
oder der Anzeige "EIN"-Farbe) zur Folge hat, wenn eine Elektrode mit der Gegenelektrode kurzgeschlossen ist, dann kann die entsprechende
Spannung V1 oder V2 einfach ein Kurzschluß sein, wodurch
die Anzeige nur eine einzige Spannungsquelle zur Steuerung der Farbanzeige benötigt. Wie zuvor erwähnt, werden vorzugsweise
die Spannungen V1 und V2 an die entsprechenden Elektroden
periodisch auf einer augenblicklichen Basis und nicht kontinuierlich angelegt.Wenn die Anzeigezellen gesonderte Gegen- und
Bezugs-Elektroden aufweisen, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, so ist eine kompliziertere Steuerschaltung erforderlich, um die
richtige Steuerung der Anzeige vorzusehen. Eine der vielen elektrischen Schaltungen, mit der dies erreicht werden kann, ist in
Fig. 6 gezeigt. Bei dieser Schaltung wird die Spannung zwischen
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der Bezugselektrode 624 und der Anzeigeelektrode 620 derart gesteuert, daß sie gleich einer an die Eingangsklemme 622 angelegten
Steuerspannung ist. Der den Zustand des Diphthalocyanin-elektrochromen
Materials steuernde Strom fließt durch die Zelle zwischen der Anzeigeelektrode 620 und der Gegenelektrode
622. Eine zwischen der Bezugselektrode 624 und der Anzeigeelektrode 620 angelegte Spannung wird durch einen Hochimpedanz-Spannungsfolger
670 abgefühlt, der über einen Widerstand 672 mit einer Eingangsklemme 674 eines Operationsverstärkers 676 verbunden
ist. Ein Widerstand 678 verbindet die Eingangsklemmen mit der gleichen Eingangsklemme des Verstärkers 676. Ein Leistungsverstärker
680 verstärkt die Ausgangsgröße des Verstärkers 676 und betreibt die Anzeigezelle. Der Leistungsverstärker
kann dann weggelassen werden, wenn der Verstärker 676 in der Lage ist, eine hinreichende Ausgangsleistung und Signaldurchlauf
zum Betrieb der gesamten Anzeigezelle zu liefern. Der Zustand des elektrochromen Anzeigematerials in diesem Ausführungsbeispiel
kann durch Änderung der an die Eingangssteuerklemme 662 angelegten Spannung verändert werden. Diese Zellensteuerschaltung ist besonders
für diejenigen Anzeigezellen zweckmäßig, die in der Lage sind, eine Vielzahl von unterschiedlichen Farben infolge des
Anlegens von unterschiedlichen Spannungen zu erzeugen. Bei solchen Anzeigezellen kann die Farbe der Anzeige geändert werden
durch Änderung der an die Eingangsklemme 662 angelegten Steuerspannung. Wenn es nicht erwünscht ist, die Farbe der "EIN"-Zeichensegmente
zu ändern, sondern wenn es vielmehr gewünscht ist zu ändern, welche Zeichensegmente "EIN" sind, so können
Schalter vorgesehen sein, um die einzelnen Zeichensegmente vom Ausgang des Verstärkers 680 auf den Ausgang eines ähnlichen Verstärkers
oder eine feste Quelle umzuschalten, welche das Potential zur Steuerung der Anzeige-aus-oder Hintergrundfarbe liefert. Bei
Mehrfarbenanzeigezellen, wo die Darstellung von mehr als zwei Farben zu einer Zeit gewünscht ist, kann es zweckmäßig sein,
eine gesonderte Steuerschaltung für jede Farbe vorzusehen und die Anzeigesegmente mit dem Ausgang der Steuerschaltung zu verbinden,
die die gewünschte Farbe induziert.
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Eine elektrochrome Anzeigezelle, welche ein leitendes Substrat aus nicht-stöchiometrischem oder dotierten Zinnoxid auf Glas
verwendet, ein Produkt der Corning Glass Company, wurde als eine Stiftplatte für die Anzeigezelle verwendet. Die Anzeigezelle
wurde in der in Fig. 3 gezeigten Weise aufgebaut, und zwar mit einer Silberbezugselektrode mit einem Film aus Silberchlorid
darauf und einem wässrigen Kaliumchloridelektrolyten. Durch Anlegen von Spannungen im Bereich von -1,2 Volt bis 1,0 Volt der
Ag/AgCl-Skala an die Anzeigeelektroden wurden Farben in der angegebenen
Reihenfolge bei den angegebenen Potentialen erreicht: Lavendel (Blauviolett) -1,2 Volt; Blau -1,0 Volt; Türkis -0,8
Volt; Grün -0,3 Voltj Braun +0,7 Volt und Rot + 1,0 Volt. Somit
kann ohne weiteres eine farbliche Unterscheidung der Information durch Steuerung der an die Anzeigeelektroden angelegten Spannung
erhalten werden. Die scheinbare Kapazität des Anzeigelements ergab sich mit ungefähr 300 Mikrofarad pro cm . Infolgedessen muß
bei diesem Ausführungsbeispiel der Widerstandswert eines elektrischen Leiters zur Anzeigeelektrode bei einer schaltbaren
Fläche von 1 cm unterhalb ungefähr 300 0hm gehalten werden, um eine Farbanderungsansprechzeit von weniger als 1OO Millisekunden
beizubehalten. Die zum Schalten erforderliche Energie für die
Anzeige von Grün auf Rot ist ungefähr 0,5 mJ/cm aktiver geschalteter
Fläche. Diese Anzeigezelle wurde über einen Betriebsbereich von 5° bis 65°C hinweg erfolgreich betrieben, und zwar ohne sichtbare
Änderung der Betriebseigenschaften . Es wird erwartet, daß die Betriebstemperatur der Zelle nur durch den Gefrierpunkt des
Elektrolyten bei abnehmender Temperatur begrenzt ist, und durch einen übermäßigen Dampfdruck bei sich erhöhender Temperatur.
Die Verwendung einer Gegenelektrode, wie beispielsweise Blei, ist zweckmäßig, weil sie mit einer schnellen reversiblen faradischen
(Elektronenübertragungs-) Reaktion arbeitet. Aus diesem Grund kann sie elektrisch vielmals zyklisch betätigt werden, wie
bei einer wiederaufladbaren Batterie, ohne übermäßige Verschlechterung
zu erleiden. Eine faradische Gegenelektrode kann auch als
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eine Bezugselektrode, wie zuvor erwähnt, dienen. Eine andere Art von Gegenelektrode, die mit einem kapazitiven und nicht einem
faradischen Mechanismus arbeitet, ist für Anzeigezellen geeignet, die mittels einer gesonderten Bezugselektrode gesteuert
werden. Ein Beispiel einer kapazitiven Elektrode ist eine poröse Kohlenstoffplatte, wie beispielsweise die als Elektroden in
Brennstoffzellen verwendeten Platten. Eine poröse Kohlenstoffelektrode
kann ausgebildet sein, um beträchtliche Stromdichten zu führen, und zwar ohne eine signifikante Änderung des Potentials,
weil das wahre Oberflächengebiet der Elektrode um viele Größenordnungen
größer ist als die scheinbare (projizierte) Fläche, und zwar infolge der hohen Porosität des Materials. Die kapazitive
Elektrode hat den Vorteil, daß sie kein faradisches Reaktionsprodukt in den Elektrolyten einzuführen hat.
Bei einigen Anzeigezellengebilden, wie beispielsweise denjenigen mit segmentierten alphanumerischen Zeichen, werden die elektrischen
Leiter 40 zu den Zeichensegmenten innerhalb des Blicks des Betrachters angeordnet sein. In solchen Fällen sollten die Leiter
40 aus hochleitendem Material hergestellt sein, und sie sollten eine Minimalbreite konsistent mit der für die Anzeige erforderlichen
Ansprechzeit aufweisen. Die Leiter 40 sollten elektrisch von der Elektrolytlösung isoliert sein, und auch von dem elektrochromen
Film in der unmittelbaren Nachbarschaft der Leiter. Die kleine Breite dieser Leiter und ihre elektrische Isolierung von dem Film
ergibt eine minimale Sichtbarkeit der Leiter. Bei einer bevorzugten Konstruktion sind die isolierten Leiter 40 unter dem leitenden
Substrat angeordnet, das die Hintergrundelektrodensegmente bildet. Diese Leiter verschwinden dann praktisch außer Sicht,
wenn der elektrochrome Film auf der Oberseite des Hintergrundelektrodensegments
abgeschieden ist.
Obwohl die Anzeigezellen anhand von transparenten Anzeigeelektro-^
den und transparenten zu diesen führenden Leitern behandelt wurden, so ist doch darauf hinzuweisen, daß transparente Anzeigeelektroden
in der Anzeigezellenform 410 der Fig. 4 nicht wesentlich sind, wenn das Betrachtungslicht nicht durch die Anzeigeelektroden
laufen muß, um die zu betrachtende Anzeigeinformation
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anzuzeigen. Ferner sind auch dort transparente Anzeioelektroden
nicht absolut erforderlich, wenn das Betrachtungslicht durch die Elektroden laufen muß, solange nur die Anzeigelektroden
hinreichend lichtdurchlässig sind, daß die durch die Anzeigezelle angezeigte Information ohne weiteres verständlich ist.
Ferner kann anstelle der als Elektrolyt erwähnten wässrigen Kaliumchloridlösung auch irgendein anderer kompatibler Elektrolyt
verwendet werden. Zu diesen Elektrolyten gehört Na3SO4 und
NaClO.. Eine Blei-, Bleisulphat-Bezugselektrode kann zusammen mit einem Natriumsulphatelektrolyten verwendet werden.
Zusammenfassend sieht die Erfindung somit eine elektrochemische Anzeigevorrichtung vor, welche einen Metall-Diphthalocyaninkomplex
als elektrochromes Material verwendet. Dabei kann die Informationsumschaltung in weniger als1OO Millisekunden erfolgen.
Die Anzeigevorrichtung besitzt die Möglichkeiten der Mehrfarbenanzeige und der Farbumkehr.
- Patentansprüche -
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Claims (12)
- PatentansprücheElektrochrome Anzeigevorrichtung mit geringem Leistungsbedarf und schneller Umschaltzeit und mit einem eine im wesentlichen transparente Betrachtungsoberfläche aufweisenden Gehäuse, in dem durch die Betrachtungsoberfläche sichtbare Anzeigeelektrodenmittel angeordnet sind, gekennzeichnet durch elektrochromes Material, angeordnet als Film (30, 330, 430) innerhalb des Gehäuses über den Anzeigeelektrodenmitteln, wobei das elektrochrome Material einen elektrochromen Metall-Diphthalocyaninkomplex aufweist,Elektrolytmittel (18, 318, 418), angeordnet innerhalb des Gehäuses in leitender Beziehung mit dem elektrochromen Film, Gegenelektrodenmittel (22, 322, 422), angeordnet innerhalb des Gehäuses in elektrisch leitender Beziehung mit den Elektrolytmitteln,Leitermittel (40, 46, 42; 340, 346, 342; 44Ο, 446, 442) zur Verbindung der Anzeigeelektrodenmittel und der Gegenelektrodenmittel mit einer Anzeigesteuerschaltung, wobei die Leitermittel, das elektrochrome Material, die Anzeigeelektrodenmittel, die Elektrolytmittel und die Gegenelektrodenmittel zusammen ein Gebilde bilden, welches eine scheinbare Kapazität und einen scheinbaren Widerstandswert besitzt, und wobei die Leitermittel, die Anzeigeelektrodenmittel, die Elektrolytmittel und die Gegenelektrodenmittel hinreichend leitend derart sind, daß der scheinbare Widerstand des Gebildes und die scheinbare Kapazität des Gebildes miteinander eine RC-Zeitkonstante von einer Sekunde oder weniger liefern.
- 2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die RC-Zeitkonstante gleich oder kleiner als 100 Millisekunden ist.
- 3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen lichtdurchlässigen Teil in optischer Ausrichtung mit der Betrachtungsoberfläche aufweist,609825/0975ORIGINAL INSPECTED-•-l 2,und daß die Anzeigeelektrodenmittel lichtdurchlässig sind, und wobei ferner die Elektrolytmittel lichtdurchlässig sind, wodurch die Anzeige durch hindurchgehendes Licht betrachtet werden kann.
- 4. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeelektrodenmittel folgendes aufweisen:Zeichensegmentmittel (20, 320, 420), derart geformt und angeordnet, daß sie selektiv zur Bildung von aus einem vorbestimmten Satz ausgewählten Zeichen aktivierbar sind, und Hintergrundsegmentmittel (26, 326, 426), geformt und derart angeordnet, daß eine Hintergrundfläche gebildet wird, gegenüber der die durch die Zeichensegmentmittel gebildeten Zeichen betrachtet werden, so daß ausgewählte Zeichensegmentmittel, die ein erstes Zeichen definieren und sich in einem ersten optischen Zustand befinden und die nicht ausgewählten Zeichensegmentmittel und die Hintergrundmittel sich in einem zweiten optischen Zustand befinden, und wobei ferner das ausgewählte Zeichen in der Farbe des ersten optischen Zustands gegenüber einem Hintergrund in der Farbe des zweiten optischen Zustands dargestellt sind, und wobei dann, wenn sich die ausgewählten Zeichensegmentmittel in dem zweiten optischen Zustand befinden und die nicht ausgewählten Zeichensegmentmittel und die Hintergrundsegmentmittel sich in dem ersten optischen Zustand befinden, das ausgewählte Zeichen in der Farbe des ersten optischen Zustands angezeigt wird.
- 5. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolytmittel einen inerten porösen Feststoff, gesättigt mit einer wässrigen Lösung von Kaliumchlorid aufweisen.
- 6. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Bezugselektrodenmittel (24), die unterschieden von den Gegen-809825/0975elektrodenmitteln (22) angeordnet sind, um das Potential der Anzeigeelektrodenmittel in den Elektrolytmitteln aufzubauen.
- 7. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochrome Material einen Lutetiumdiphthalocyaninkomplex aufweist, daß die Elektrolytmittel einen inerten porösen Festkörper, gesättigt mit einer wässrigen Lösung von Kaliumchlorid, aufweisen, und daß die Bezugselektrode aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Silber, Blei, Quecksilber und Silber, Blei oder Quecksilber mit jeweils einem Film aus Chlorid daraus darauf.
- 8. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochrome Material ein solches ist, welches steuerbar in mindestens drei unterschiedliche optische Zustände gebracht werden kann, von denen jeder eine unterschiedliche Farbe zeigt.
- 9. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrochrome Material einen Lutetiumdiphthalocyaninkomplex aufweist, und daß die Elektrolytmittel einen inertporösen Feststoff aufweisen, der mit einer wässrigen Lösung von Kaliumchlorid gesättigt ist, derart, daß die Anzeigevorrichtung die Farben Lavendel, Blau, Türkis, Grün, Gelb oder Braun getönt und Rot zeigen kann, und zwar entsprechend dem Niveau auf der elektrochemischen Skala, auf dem die Anzeigeeiektrodenmittel gehalten werden.
- 10. Anzeigevorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochromen Materialmittel ein transparentes poröses Bindemittel aufweisen, um die Verschlechterung der Anzeigeeigenschaften des Metalldiphthalocyaninkomplexes zu verhindern.809825/0975
- 11. Elektrochrome Anzeigevorrichtung, gekennzeichnet durch Anzeigeelektrodenmittel und elektrochrome Materialmittel, angeordnet als Film über den Anzeigeelektrodenmitteln, wobei das elektrochrome Material in der Lage ist, infolge von elektrischen Steuersignalen mindestens drei unterschiedliche, sichtbar zu unterscheidende optische Zustände einzunehmen.
- 12. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der erwähnten visuell zu unterscheidenden optischen Zustände eine unterschiedliche Farbe zeigt.809825/0975
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