电致变色显示装置和用于制造该装置的组合物制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种组合物和把该组合物设置在电极之间的显示装置。该组合物包括：（ａ）一种化合物，其经历可逆氧化还原反应，在两个电极之间产生ｐＨ值梯度，（ｂ）一种指示剂染料，（ｃ）一种电荷输送材料，和任选（ｄ）一种基体材料和（ｅ）一种遮光剂，以及（ｆ）次级氧化还原对，其中组分（ａ），（ｂ）和（ｃ）彼此不同，并且组分（ａ）的标准还原电位小于其它组分的标准还原电位。根据电极之间的电场，可产生显示图像。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电致变色显示装置和用于该装置的组合物及材料。电致变色用于描述某种材料在暴露于电势时改变颜色这一事实。大多数电致变色材料均以氧化/还原(氧化还原作用)化学为基础。通常，使用在其氧化态为一种颜色，而在其还原态为另一种颜色的材料。根据这个原则，如美国专利No.4,712,879中所述，利用这些材料的窗户和镜子能可逆地着色或漂白。大多数电致变色显示器使用无机或有机氧化还原染料。例如，美国专利No.3,827,784中披露了一种使用诸如钨和钼氧化物的无机氧化物作为电致变色材料的显示装置。美国专利No.3,806,229中披露了一种使用有机染料(viologen)的显示装置。这些系统在设计选择上可能缺少灵活性，因为为了从一种色系改变到另一种，需要改变该装置的整体化学性质，即需要使用一种全新的氧化还原染料。改变氧化还原染料不仅显著影响光学性质(颜色，对比度等)，而且还影响其它工作特性，如功率需要，响应时间，断路寿命等。美国专利No.3,280,701描述了一种制造镜子的可能方法，其中通过使用苯基红(phenylthalein)或其它指示剂染料，在弱酸性水溶液中在两个电极之间产生颜色改变而改变光学性质。日本专利JP 01134429建议了一种类似的方法，用于增大响应时间并防止电致变色材料膜变质。该显示装置使用两个包含pH值调节成6.0的电解质溶液的单元。这些单元串连设置在两个电极之间，并由离子交换树脂分隔开。一个单元包含多种具有不同pH值区域的酸碱指示剂用于漂白。在电极之间交替施加正电压和负电压，能通过控制电流值而控制pH值。而pH值的控制可控制着色，并限制电致变色材料变质。使用处于弱酸性水溶液中的指示剂染料的系统，虽然比使用氧化还原染料的系统在颜色和光学性质上具有更多选择，不过也具有其缺点。具体来说，如日本专利JP 0113429提到，因为这些实施方案基于使用水分解的氧化还原化学性质，必须施加至少等于理论分解电势的电压。因此，该系统具有相对较高的功率(电压)需要。此外，水分解将导致分别在阳极与阴极处形成氧气和氢气。这类汽泡将干扰光学性质，并可能阻止电极进一步反应。也许，最麻烦的因素为基于水解的pH值系统寿命有限。pH值随时间的变化限制了显示装置的寿命，因为包括氧化铟锡在内的多种电极表面对酸性和/或碱性环境敏感。另外，如JP 0113429中一个实施方案给出了将两个单元串联的教导，制造过程必然很复杂。最后，离子在阻挡层上的迁移也使该系统的响应时间变慢。尽管很长时间以来已经认识到可以通过电致变色而控制颜色，并且尽管有时会使用电致变色形成秘密窗口等，不过仍然需要一种具有相当长寿命的有效、高对比度电致变色显示器。本申请人研究出一类新型电致变色装置来显示图像。本专利技术的装置具有一个或多个下述优点易于制造，相对较低功率(电压)需要，易于获得多色和不同颜色系统而无需进行较大的重新设计，相对较快的响应时间和相对较长寿命。此外，根据一个优选实施方案，使用基体材料和或遮光剂可改善和/增强对多个系统参数(例如断路寿命，即在去除功率(电压)之后图像保持为至少50％总对比度水平的时间；分辨率；光密度和响应时间)的控制。在第一实施方案中，本专利技术的显示装置包括至少两个电极，一个为阳极一个为阴极，并且在这两个电极之间以可视方式设置一种组合物，其包括(a)非水化合物，发生可逆的电子迁移反应，随后改变其质子状态，在该装置中产生pH值梯度，(b)至少一种指示剂染料和(c)一种电荷输送材料。根据第二实施方案，本专利技术的显示装置包括至少两个电极和设置在这两个电极之间的组合物，其包括(a)一种发生可逆电子迁移反应，随后改变其质子状态，从而在两个电极之间产生pH值梯度的化合物，(b)至少一种指示剂染料和(c)一种电荷输送材料，其中组分(a)，(b)和(c)彼此不同，并且组分(a)优选经历电子迁移反应。在第三实施方案中，本专利技术的显示装置包括至少两个电极和以可视方式设置在这两个电极之间的组合物，其包括(a)一种经历可逆氧化还原反应，在两个电极之间产生pH值梯度的化合物，(b)至少一种指示剂染料和(c)一种电荷输送材料，其中组分(a)，(b)和(c)彼此不同，并且组分(a)的标准还原电位小于其它组分的标准还原电位。对于这三个实施方案中每一个，该组合物优选包括(d)一种基体材料。如果需要还可以加入遮光剂组分(e)。优选还使用次级氧化还原对组分(f)。在第四实施方案中，本专利技术的组合物包括(a)一种经历电子迁移反应，随后改变其质子态的化合物，(b)至少一种指示剂染料，其在pH值发生改变时改变颜色和(c)一种离子传导材料。该组合物任选进一步包括组分(d)一种基体材料。组分(a)，(b)，(c)和(d)彼此不同。当将电荷输送给该组合物时，组分(a)优选经历电子迁移反应。此外，如果组分(c)为液体，则该组合物还包括基体材料组分(d)。在更优选的实施方案中，加入遮光剂(e)和/或次级氧化还原对(f)。在第五实施方案中，本专利技术的组合物包括组分(a)一种经历可逆氧化还原反应产生pH值梯度的化合物，(b)至少一种指示剂染料和组分(c)一种电荷输送材料，和任选组分(d)一种基体材料。组分(a)，(b)，(c)和(d)彼此不同。组分(a)的标准还原电位小于其它组分的标准还原电位。如果组分(c)为液体，则该组合物还包括基体材料组分(d)。本专利技术的第六实施方案为包括薄膜的物品，进一步包括设置在基板上的第四或第五实施方案的组合物。在第七实施方案中，本专利技术的物品包括薄膜，还包括设置在基板上的第六实施方案的组合物。根据第八实施方案，本专利技术是组装电致变色显示装置的方法，该方法包括若干步骤。首先提供包含离子种的电致变色墨水。然后加入第一次级竞争粘合剂(competitive binder)，并与电致变色墨水混合。优选还可以加入并混合第二次级竞争粘合剂。然后，加入在室温下不溶于该电致变色墨水的胶凝聚合物，并与电致变色墨水和次级竞争粘合剂的混合物进行混合。然后通过丝网印刷或镂花印刷将该混合物涂敷在基板上，其中该基板加热到足以使该混合物凝胶温度。根据下面的描述，所附权利要求和附图，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。附图说明图1为本专利技术典型装置的示意性(未按比例)截面图。图1表示本专利技术典型装置10的横截面。该典型装置包括基板11和12和相应电极13和14。基板可以为任何已知表面，如塑料片或膜，玻璃，木材等。在每个基板上形成至少一个电极。至少一个基板11基本透明。形成在透明基板11上的电极13也基本透明。这种电极材料的例子包括氧化铟锡(ITO)或任何其它透明导电金属氧化物，以及薄透明金属膜，如金(两者都任选可被涂敷保护性阻隔层，如二氧化钛或衍生物，二氧化硅或衍生物，或任何导电聚合物及其衍生物，包括但不限于聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)(PEDOT)，聚苯胺，聚噻吩，聚吡咯和聚亚苯基亚乙烯酯(polyphenylenevinylene)(PPV))。也可以单独使用基本透明的导电聚合物作为电极，只要电阻率低到足以形成适当的电流。还可以增加其它硬质涂层，以及溶剂和/或抗氧化层，以满足系统的需要。在两个电极之间为电活化组合物15。在基板11的表面观看该装置。基板平面中的方向为纵向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种显示装置，其包括至少两个电极，一个为阳极另一个为阴极，以及以可视方式设置在这两个电极之间的组合物，该组合物包括：　　　　（ａ）一种经历可逆电子迁移反应的化合物，随后其质子状态发生改变，在所述装置中产生ｐＨ值梯度，　　　　（ｂ）至少一种指示剂染料，和　　　　（ｃ）一种电荷输送材料　　　　其中组分（ａ），（ｂ）和（ｃ）彼此不同，并且组分（ａ）优选在电极表面经历电子迁移反应。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JB文森特，SJ巴比内茨，DL德莫迪，Y陈，
申请(专利权)人：阿维艾索有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]