DE102006046020A1 - Device with two electrodes and an electrochromic layer located between the electrodes, method for operating the device and use of the device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zwei Elektroden und einer zwischen den Elektroden befindlichen elektrochromen Schicht, wobei die beiden Elektroden aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei sich auf mindestens einer der Elektroden zwischen der Elektrode und der elektrochromen Schicht eine elektrisch isolierende Schicht befindet. Dieses Vorrichtung kann initialisiert werden, indem ein Spannungspuls angelegt wird, mit dem die Isolationsschicht irreversibel zerstört wird. Die Vorrichtung kann als Display oder auch als irreversibler Schalter verwendet werden.The invention relates to a device having two electrodes and an electrochromic layer located between the electrodes, wherein the two electrodes consist of different materials, wherein on at least one of the electrodes between the electrode and the electrochromic layer is an electrically insulating layer. This device can be initialized by applying a voltage pulse that irreversibly destroys the insulating layer. The device can be used as a display or as an irreversible switch.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit zwei Elektroden und einer zwischen den Elektroden befindlichen elektrochromen Schicht nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3 sowie eine Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5.The The present invention relates to a device with two electrodes and an electrochromic layer located between the electrodes the preamble of claim 1, a method of operating the Device according to the preamble of claim 3 and a use the device according to claim 4 or 5.

Es sind Displays auf Basis elektrochromer Materialien bekannt. Bei diesen besteht die Möglichkeit, schnell schaltende aber auch hoch bistabile Anzeigen zu realisieren mit einem einfachen Schichtaufbau aus Backelektrode, elektrochromer Schicht und Sichtelektrode. Die Sicht- und Backelektrode besteht in der Regel aus Kunststoff-Trägerfolien, die mit leitfähigem Material beschichtet sind. Die Sicht-Elektrode ist dabei als transparente, elektrisch leitfähige Elektrode auf einem ebenfalls transparenten Träger ausgelegt.It displays based on electrochromic materials are known. at these are the options to realize fast switching but also high bistable displays with a simple layer structure of baking electrode, electrochromic layer and sight electrode. The viewing and baking electrode consists in the Usually made of plastic carrier foils, those with conductive Material are coated. The viewing electrode is transparent, electrically conductive Electrode on a likewise transparent support designed.

Die Gegenelektrode muss nicht notwendigerweise transparent ausgelegt werden und kann deshalb aus wesentlich leitfähigeren Materialen bestehen (Metalle) als im Falle der Topelektrode (Polymere, Oxide).The The counter electrode does not necessarily have to be transparent be and can therefore consist of much more conductive materials (Metals) as in the case of the top electrode (polymers, oxides).

Nachdem das elektrochrome Materialsystem als Paste und damit als viskoses Medium vorliegt, kann man es auch als Elektrolytlösung bezeichnen, die die Eigenschaft besitzt, Ionen zu transportieren und Elektronen mit angrenzenden Systemen auszutauschen.After this the electrochromic material system as a paste and thus as a viscous Medium is present, it can also be called an electrolyte solution, the it has the property of transporting ions and electrons to exchange with adjacent systems.

Wenn das elektrochrome Device nun mit zwei unterschiedlichen Elektroden aufgebaut ist, ergibt sich durch die unterschiedlichen Standardpotentiale der elektrisch leitfähigen Front- und Backelektroden ein galvanisches Element, wo durch zeitlich variable Verfärbungen des elektrochromen Materials ohne zusätzliche elektrische Beschaltung auftreten können. Dies kann zusätzlich durch eine Photoaktivität des elektrochromen Materials verstärkt werden. Diese Vorgänge sind beispielsweise als irreversible Verfärbung prinzipiell nutzbar, können jedoch bei gemeinsamem Auftreten auch zu Mehrdeutigkeiten führen und sich somit schädlich auswirken.If the electrochromic device now with two different electrodes is constructed, results from the different standard potentials the electrically conductive Front and back electrodes a galvanic element, where by time variable discoloration of the electrochromic material without additional electrical circuitry may occur. This may be additional through a photoactivity of the electrochromic material. These operations are For example, in principle usable as irreversible discoloration, can however, in case of a common occurrence also lead to ambiguities and thus harmful impact.

Bisherige Ansätze zur elektrischen Einflussnahme (irreversible Schaltung) basieren in der Regel auf irreversibler Veränderung der Chemie des Elektrochromen Materials.Previous approaches for electrical influence (irreversible circuit) based usually on irreversible change in the chemistry of electrochromic Material.

Weitere Ansätze zur dauerhaften Verfärbung des Displays liegen im Bereich der Ansteuerung: Eine kontinuierliche Beschaltung des Displays mit einer Halteleistung von mehreren μW/cm2 oder eine regelmäßige kurze reversible Färbung des Displays in definierten Abständen mit jeweils mehreren hundert μWs/cm2 ermöglichen eine dauerhafte Verfärbung des Displays, bei allerdings dauerhaftem Energieaufwand.Other approaches to permanent discoloration of the display are in the field of control: A continuous wiring of the display with a holding power of several μW / cm 2 or a regular short reversible coloration of the display at defined intervals, each with several hundred μWs / cm 2 allow permanent discoloration the display, but with a constant energy consumption.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, derartige Verfärbungen besser handhaben zu können und dabei möglichst den Aufwand gegenüber bekannten Lösungen zu verringern.Of the The present invention is therefore based on the object, such discoloration to handle better and as possible the effort compared known solutions to reduce.

Diese Aufgabe wird nach der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 durch eine Vorrichtung gelöst, bei der sich auf mindestens einer der Elektroden zwischen der Elektrode und der elektrochromen Schicht eine elektrisch isolierende Schicht befindet.These The object is achieved according to the present invention according to claim 1 by a device in located on at least one of the electrodes between the electrode and the electrochromic layer an electrically insulating layer located.

Dadurch wird die Ausbildung der galvanischen Zelle durch die unterschiedlichen Elektrodenmaterialien verhindert.Thereby The training of the galvanic cell by the different Prevents electrode materials.

Diese Schutzschicht befindet sich zumindest auf einer der beiden Elektroden und kann zur Herstellung eines Betriebszustandes durch einen (erhöhten) Spannungspuls zerstört werden (Durch bruchspannung). Danach kann durch die Ausbildung des galvanischen Elements z.B. eine irreversible Verfärbung dauerhaft erzielt werden.These Protective layer is located on at least one of the two electrodes and can be used to establish an operating state by an (increased) voltage pulse destroyed be (break-through voltage). After that, through the training of the galvanic element e.g. irreversible discoloration permanently be achieved.

Die möglichen Herstellprozesse für diese isolierenden Dünnschichten umfassen alle Schichtabscheidungsverfahren (z.B. Drucktechniken, Sputtern, Aufdampfen, Spin-Coating, Sol-Gel, Sprühverfahren, thermische Oxidation oder andere). Darüber hinaus kommen Oberflächen-Passivierungsverfahren wie Eloxieren oder Verfahren in Frage, die geeignet sind, Isolatoren im nm-Bereich als geschlossene Schichten abzuscheiden.The potential Manufacturing processes for these insulating thin films include all the layer deposition methods (e.g., printing techniques, Sputtering, evaporation, spin-coating, sol-gel, spraying, thermal oxidation or others). Furthermore come surface passivation process such as anodizing or procedures in question, which are suitable insulators in the nm range as closed layers to deposit.

Die Vorteile liegen vor allem im Bereich des chemischen Schutzes der Elektroden. Durch die Isolationsschicht wird eine leitende Verbindung über den Elektrolyten zur anderen Elektrode verhindert und dadurch die Ausbildung eines galvanischen Elements unterdrückt. Der Grundzustand des Devices bleibt unverändert solange bis eine einmalige Aktivierung durch einen Spannungspuls erfolgt, der über der Durchbruchspannung der Isolationsschicht liegt. Nach dieser Beschaltung erfolgt die irreversible Verfärbung des Displays begünstigt durch die chemischen Reaktionen innerhalb der galvanischen Zelle.The Advantages lie above all in the area of the chemical protection of the Electrodes. The insulating layer becomes a conductive connection via the electrolyte to the other electrode prevents and thereby the formation of a suppressed galvanic element. The basic state of the device remains unchanged until a one-time one Activation by a voltage pulse, which is above the breakdown voltage the insulation layer is located. After this wiring, the irreversible discoloration the display favors by the chemical reactions within the galvanic cell.

Gemäß Anspruch 2 weist die elektrisch isolierende Schicht eine Schichtdicke von wenigstens 5 nm auf.According to claim 2, the electrically insulating layer has a layer thickness of at least 5 nm.

Dadurch ergibt sich zum einen eine hinreichende elektrische Isolierung, wobei andererseits die Durchbruchspannung zum Übergang in den Betriebszustand noch nicht zu hoch ist.Thereby results in a sufficient electrical insulation, on the other hand, the breakdown voltage for the transition to the operating state not too high.

Anspruch 3 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei an die Elektroden der Vorrichtung ein Startpuls einer elektrischen Spannung oberhalb eines Grenzwertes angelegt wird, der oberhalb der Durchbruchspannung der elektrisch isolierenden Schicht liegt.Claim 3 relates to a method for Betrei ben a device according to any one of the preceding claims, wherein the electrodes of the device, a start pulse of an electrical voltage is applied above a threshold, which is above the breakdown voltage of the electrically insulating layer.

Wie vorher bereits beschrieben, wird dadurch der Übergang in den Betriebszustand erreicht.As previously described, thereby the transition to the operating state reached.

Anspruch 4 betrifft die Verwendung einer der Vorrichtungen nach Anspruch 1 oder 2 als Display.claim 4 relates to the use of one of the devices according to claim 1 or 2 as display.

Dabei kann vorteilhaft das Eintreten einer Verfärbung vor Inbetriebnahme vermieden werden, indem die Isolationsschicht erst bei erstmaliger Inbetriebnahme vorgenommen wird.there can advantageously avoid the occurrence of discoloration before commissioning be by the insulation layer only when first commissioning is made.

Anspruch 5 betrifft die Verwendung einer der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 als irreversiblen Schalter.claim 5 relates to the use of one of the apparatus according to claim 1 or 2 as an irreversible switch.

Durch die eintretende dauerhafte Verfärbung kann festgestellt werden, ob zumindest ein Schaltvorgang mit einer Spannung oberhalb der Durchbruchspannung stattgefunden hat.By the incoming permanent discoloration can be determined whether at least one switching operation with a voltage has occurred above the breakdown voltage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.One embodiment the invention is shown in the drawing.

Die einzige Figur zeigt dabei eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die aus einer Topelektrode 1 besteht. Diese Topelektrode 1 kann ein Oxid oder ein Polymer sein. Wenn die Vorrichtung ein Display ist, ist diese Topelektrode 1 durchsichtig. Die Topelektrode 1 hat ein Standardpotential U1.The sole figure shows a device according to the present invention, which consists of a top electrode 1 consists. This top electrode 1 may be an oxide or a polymer. If the device is a display, this top electrode is 1 transparent. The top electrode 1 has a standard potential U1.

Weiterhin ist eine Schicht 2 zu sehen, die aus einem elektrochromen Material besteht.Furthermore, a layer 2 to see, which consists of an electrochromic material.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zwischen dieser elektrochromen Schicht 2 und der Backelektrode 3 eine Isolationsschicht 4 zu sehen. Diese Isolationsschicht 4 kann beispielsweise eine Schichtdicke von 40 nm aufweisen.In the illustrated embodiment is between this electrochromic layer 2 and the baking electrode 3 an insulation layer 4 to see. This isolation layer 4 may for example have a layer thickness of 40 nm.

Die Backelektrode 3 kann aus einem Metall bestehen und ein Standardpotential U2 aufweisen. Es soll in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gelten: U1 > U2.The baking electrode 3 may be made of a metal and have a standard potential U2. It should apply in the illustrated embodiment: U1> U2.

Ohne die Isolationsschicht 4 würde dass Metall der Backelektrode 3 (mit dem niedrigeren Standardpotential) in Lösung gehen und sich an der anderen Elektrode 1 (mit dem höheren Standardpotential) anlagern. Dabei würde dieses Metall den Elektrolyten (elektrochromes Material) durchqueren. Die Topelelektrode 1 würde dem Metall der Backelektrode Metall-Ionen entziehen, wodurch Elektronen frei werden. Diese Elektronen werden von dem Elektrolyten aufgenommen in Form einer Reduktion des im elektrochromen Material vorliegenden Farbstoffs, der sich dadurch blau färbt.Without the insulation layer 4 would that metal of the baking electrode 3 (with the lower standard potential) go into solution and join the other electrode 1 (with the higher standard potential). This metal would traverse the electrolyte (electrochromic material). The top electrode 1 would extract metal ions from the back electrode metal, thereby releasing electrons. These electrons are taken up by the electrolyte in the form of a reduction of the dye present in the electrochromic material, which thereby turns blue.

Durch die Isolationsschicht 4 wird diese Farbstoffreduktion unterdrückt, weil die elektrische Ankopplung der Backelektrode 3 an den Elektrolyten unterbunden wird. Dadurch wird die galvanische Zelle inaktiv und verbleibt im Ausgangszustand.Through the insulation layer 4 this dye reduction is suppressed because the electrical coupling of the baking electrode 3 is suppressed to the electrolyte. As a result, the galvanic cell is inactive and remains in the initial state.

Wird ein Spannungspuls oberhalb eines bestimmten Schwellwertes angelegt, der oberhalb der Durchbruchspannung der Isolationsschicht 4 liegen muss, wird die Isolationsschicht 4 zerstört. Diese Zerstörung ist irreversibel, so dass damit die Aktivierung der galvanischen Zelle erfolgt. Die Verfärbung läuft nun selbständig ab.If a voltage pulse above a certain threshold value is applied, which is above the breakdown voltage of the insulation layer 4 must lie, the insulation layer is 4 destroyed. This destruction is irreversible, so that thus the activation of the galvanic cell takes place. The discoloration now runs off automatically.

Der Spannungspuls kann beispielsweise 3 Volt betragen.Of the Voltage pulse can be, for example, 3 volts.

Claims (5)

Vorrichtung mit zwei Elektroden (1, 3) und einer zwischen den Elektroden befindlichen elektrochromen Schicht (2), wobei die beiden Elektroden (1, 3) aus unterschiedlichen Materialien bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf mindestens einer der Elektroden (1, 3) zwischen der Elektrode (3) und der elektrochromen Schicht (2) eine elektrisch isolierende Schicht (4) befindet.Device with two electrodes ( 1 . 3 ) and an electrochromic layer ( 2 ), the two electrodes ( 1 . 3 ) consist of different materials, characterized in that on at least one of the electrodes ( 1 . 3 ) between the electrode ( 3 ) and the electrochromic layer ( 2 ) an electrically insulating layer ( 4 ) is located. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Schicht (4) eine Schichtdicke von wenigstens 5 nm aufweist.Device according to claim 1, characterized in that the electrically insulating layer ( 4 ) has a layer thickness of at least 5 nm. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektroden (1, 3) der Vorrichtung ein Startpuls einer elektrischen Spannung oberhalb eines Grenzwertes angelegt wird, der oberhalb der Durchbruchspannung der elektrisch isolierenden Schicht (4) liegt.Method for operating a device according to one of the preceding claims, characterized in that to the electrodes ( 1 . 3 ) the device is applied a starting pulse of an electrical voltage above a limit which is above the breakdown voltage of the electrically insulating layer ( 4 ) lies. Verwendung einer der Vorrichtungen nach Anspruch 1 oder 2 als Display.Use of one of the devices according to claim 1 or 2 as display. Verwendung einer der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 als irreversiblen Schalter.Use of the device according to claim 1 or 2 as an irreversible switch.
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