DE2756551A1

DE2756551A1 - Elektrochrome anzeige

Info

Publication number: DE2756551A1
Application number: DE19772756551
Authority: DE
Inventors: Margie May Nicholson
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-12-20
Filing date: 1977-12-19
Publication date: 1978-06-22
Also published as: JPS6032168B2; GB1578600A; CA1089062A; JPS5377494A

Description

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, Kalifornien, V.St.A.

Elektrochrome Anzeige

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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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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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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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 erhalten_t 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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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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Beispiel

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

Patentansprüche

Elektrochrome 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,

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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-

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elektrodenmitteln (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.

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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.

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