SE504169C2 - Display kombinerad med solcell och batteri - Google Patents

Description

504 169 2 Kravet på omställningstid för en prismärkningsdisplay är alltså mycket lågt. On1man bestämmer sig för att inte göra prisändringar under butikens öppettid kan man göra alla prisändringar på natten då displayerna har åtskilliga timmar på sig för omställning.

Däremot är kravet på låg effektförbrukning vid oförändrad.visning mycket högt. Displayerna skall kunna sitta på hyllkanter och fungera i åratal utan.batteribyten, utan sladdanslutning och utan strålningsfält som kan ha oönskade effekter.

Likaså är kravet på god kontrast och tydlighet mycket högt för prismärkningsdisplayer. En display som skall locka till köp får inte irritera kunden med avläsningssvårigheter.

Ett sätt att uppfylla kraven på låg effektförbrukning vid oförändrad visning och på god kontrast är att använda en elektrokemisk display.

Genom att, vid utvalda segment, dra ström genmn en lämplig elektrolyt kan man åstadkoma reversibla färgförändringar som kvarstår tills man drar ström i en motsatt riktning. Man kan alltså på detta sätt, med en elektrisk signal, välja färg på displayens element.

Ett lämpligt sådant system är interkalering av litium i titan- dioxid. genom att lägga negativ spänning på porös titandioxid i en elektrolyt som innehåller litiumjoner får man färglösa litiumjoner att vandra in i titandioxiden (interkalering) och ge denna en klarblå färg. Ett annat välkänt system använder en lösning av Na,SO,|och fenolftalin. Om man placerar två elektroder i denna lösning sker en rödfärgning kring den negativa elektro- den. denna metod år välkänd för att polbeståmma batterier och dylikt och papper indränkt med denna lösning kallas "polpapper“.

Det finns alltså sätt att åstadkomma elektrokemiska displayer som skulle fungera bra som t. ex. prismärkningsdisplayer och som även 504 169 3 borde kunna bli allvarliga konkurrenter till elektromekaniska displayer för offentliga displaysystem.

Ett annat viktigt problen\ med lryllkantsdisplayer (och andra offentliga displayer) är att de behöver strömförsörjas under obegränsad tid utan sladdar eller dylikt. Det enklaste sättet att åstadkomma detta är att förse dem med någon typ av solcell, som kan utnyttja omgivningsljuset.

Det finns idag hyllkantsdisplayer där man bredvid displayen har placerat en solcell. Försök pàgàr även med att framför displayen lägga en delvis genomskinlig solcell, t.ex. en färgämnessensibi- liserad solcell med elektrolyt. Båda dessa metoder har emeller- tid klara nackdelar. Att placera en solcell bredvid displayen kräver yta utöver vad som krävs för displayen. Att lägga en halvgenomskinlig cell framför innebär att man försämrar dis- playens kontrast. Ett mycket allvarligt problem i en säljsitua- tion där man vill att displayen skall överföra ett klart och tydligt budskap till kunden.

För att hälla nere kravet pä solcellsyta behöver man även någon form av batteri. Om man använder en liten solcell behöver man kunna lagra el under lång tid för att ha tillgång till till- räcklig' effekt under" den effektkrâvande fasen. när' displayen ändrar visning.

En display för t.ex. hyllkantsmärkning behöver alltså innehålla adresserbara displayelement, solcell för energiförsörjning, batteri, logikkretsar.

Det är viktigt att huvuddelen av den tillgängliga ytan kan användas för att visa symboler, t. ex. siffror. Det är därför önskvärt att integrera.de ytkrävande funktionerna displayelement, solcell och batteri i samma enhet. 504 169 4 Genom US, A, 3 757 511 är en symbolvisande display förut känd som är kombinerad med solceller där den tillgängliga ytan uppdelats i symbolsegment och bakgrund samt att bakgrunden utnyttjas som solcell.

Speciell del Om en display skall kunna visa godtyckliga mönster mäste hela ytan utgöras av adresserbara punkter. Om den endast skall kunna visa ett begränsat antal symboler med vissa gemensamma drag minskar kravet på att varje ytelement skall vara adresserbart.

Vi har t. ex. vant oss vid att siffror visas med sjusegmentssym- boler. För att visa en siffra behöver vi alltså endast sju adresserbara ytor och mellan dem finns yta som alltid utgög bakgrund. Genom att alltid placera siffrorna pà samma plats på displayen fär vi även mellan siffrorna ytor som alltid kommer att utgöra bakgrund.

På t.ex. en hyllkantsdisplay som skall visa sjusegmentssiffror kommer alltsá att finnas bakgrundsyta såväl inom varje siffra som mellan siffrorna. Denna bakgrundsyta kan, utnyttjas som sol- cellsyta eller batteriyta.

När man skall tillverka en display där bakgrundsytan utnyttjas som solcell och/eller' batteri är det viktigt att dessa tre funktioner ástadkoms på lifiánde sätt så att man undviker att behöva förena.svárförenliga tillverkningsmetoder'i samnw.produkt.

En film av porös titandioxid har egenskapen att den kan ingà som en del i ett displayelement, en solcell eller en battericell.

En tunn, porös titandioxidfilm i en elektrolyt som innehåller litium kan fungera som ett displayelement. Om man lägger negativ spänning pà titandioxidfilmen interkaleras litium och den genomskinliga titandioxidfilmen och den genomskinliga titandioxi- den blir blá. Under detta förlopp drar elementet strönlmen då det måttats med litium kan läget bibehàllas utan strömförbrukning om 504 169 5 elementet slås av eller den pålagda spänningen hålls lika med den emk som erhålls om man låter litium återgå till elektrolyten.

Att ett titandioxidskikt i en elektrolyt kan användas som en solcell är beskrivet t. ex. i en. patentansökan. (Grätzel WO 91/16719). För att en sådan cell skall kunna omvandla synligt ljus krävs att man utnyttjar ett färgämne som tillhandahåller elektrontillstånd.i titandioxidens bandgap. För t. ex. hyllkants- displayer finns ocksårnöjligheten att använda ofärgad titandioxid som alltså endast kan tillvarata ljusets UV-del. Man måste då använda en belysning som har en viss andel UV-ljus, men om denna del är mindre än UV-delen i vanligt dagsljus bör det vara invändningsfritt.

Interkalering av litium i titandioxid är en reversibel process som kan användas för ackumulering av el. Ett segment i en display som gjorts blått genom interkalering av litium är helt enkelt en uppladdad battericell. Ansluter man titandioxiden och elektroly- ten till en yttre krets bestående av ett motstånd kommer litium att lämna titandioxiden och gå ut i elektrolyten som litiumjon.

De elektroner som litium då lämnar i titandioxiden kommer att drivas genom den yttre kretsen. Enheten fungerar alltså som en vanlig battericell.

Om man använder en del av ytan som batteri kommer denna yta alltså att vara blå när batteriet är laddat och genomskinlig eller vit (beroende på partikelstorlek) när batteriet är urladdat. Eftersom man bör ha en viss reservkapacitet kommer alla batteriytor att alltid vara blå vid normal drift av displayen.

On\man vill använda ytor i och mellan symbolsegmenten som batteri kommer man alltså att få en blå bakgrund. "Tända" symbolsegment blir alltså urladdade genomskinliga eller vita segment. Man kan t.ex. lägga en gul botten under segmenten och få gula siffror mot blå bakgrund.

Observera att denna typ av display kan göras mycket energisnål genom att man kan tillvarata energin från de element som skall 504 169 6 avfärgas och utnyttja den för de element som skall bláfärgas.

En annan typ av display baserad pà porösa TiO,-filmer är modifie- ring av TiO,-ytan med molekyler som kan vara färgade och ofärgade beroende pà den potential som är pålagd TiO2-filmen.

En kombinerad batteri-solcell-display av denna typ kan tillverkas på följande sätt: På en ledande yta läggs ett skikt av porös titandioxid. Metoder för detta finns beskrivna t.ex. i patentansökan WO 91/16719 av Grätzel. Ovanpå detta titanskikt läggs en ledande yta och elektrolyt fylls på mellan de båda ledande ytorna. Minst en av de ledande ytorna måste vara genomskinlig. För indelning i displaysegment och i sektorer med olika funktion mäste minst en av de ledande ytorna vara uppdelad i individuellt anslutbara segment.

Funktion och uppbyggnad för battericell och displaysegment är identisk och båda använder samma elektrolyttyp. Det är alltså inte för funktionens skull nödvändigt att avgränsa elektrolytut- rymmena vid gränsen mellan olika displayelement eller vid gränsen mellan displayelement och battericell. Elektronrörelse i TiO,- partiklarna kan emellertid ge en viss spridning i sidled som kan minska skärpan i avgränsningen av ett displayelement och det kan därför vid vissa utformningar vara lämpligt att avgränsa displayelementet.

När det gäller solcellsdelar kan kraven skilja sig pá elektrolyt från displayelement och battericell. Men det är också fullt tänkbart att det gär att finna en elektrolyt som kan användas för båda dessa ändamål och som alltså skulle kunna medge att man tar bort all elektrolytavgränsning.

En fördel med att pá detta sätt göra den genomskinliga ledande ytan osegmenterad är att man inte ser några anslutningsledningar.

Alla individuella anslutningar kan ju göras pá baksidan av en 504 169 7 ogenomskinlig ledande yta. En nackdel är att en genomskinlig ledande yta har stor resistans. Man kan alltså få stort spän- ningsfall när man tillför eller tar ut ström. Om man accepterar en långsam växling av presentationen blir emellertid strömmarna så små att etta inte är något allvarligt problem.

Ett annat problenxmed att ha en gemensam osegmenterad ledande yta för hela enheten är att man inte kan seriekoppla solcells- och batterielement. Man är alltså hänvisad till att arbeta med en spänning sonxmotsvarar den emk sonxlitiuminterkalerad titandioxid ger (ca 2 V mot Li). När man vill bláfärga ett displayelement måste man överskrida denna spänning för att säkerställa att den battericell som segmentet utgör verkligen laddas. För att man skall kunna använda en för hela enheten gemensam ledande yta måste man alltså ha tillgång till någon typ av spänningsomvand- lare som kan höja spänningen från ca 2 V.

Om man använder en enda, för hela enheten gemensam ledande yta, måste man tillvarata ström från solcellsdelen vid knappt 1 V och omvandla denna spänning till tillräckligt hög spänning för att ladda batteridelen, bláfärga segment och driva logikkretsar. Man måste alltså använda. spänningsomvandlare soul kan arbeta vid spänning understigande 1 V.

Onx man accepterar* en uppdelning av solcellsdelen och eller batteridelen kan elementen seriekopplas för att ge högre spänning.

Ett annat sätt att lösa spänningsproblemet är att använda displayelement som kräver lägre spänning än vad solcellsdel och batteridel ger. Det kan här nämnas att displayer på ytmodifierade TiO,-filmer inte kräver lika hög spänning som displayer baserade på Li-interkalering.

Claims (9)

504 169 8 PATENTKRAV

1. Anordning vid symbolvisande display innefattande elektro- nikkretsar och en eller flera solceller och battericeller, varvid den tillgängliga ytan uppdelats i symbolsegment och bakgrundsele- ment och där bakgrundselementens yta utnyttjas för en eller flera solceller, k ä n n e t e c k n a d av att funktion och upp- byggnad av en battericell och ett displayelement är identisk och använder sama elektrolyttyp, varvid ett icke aktiverat dis- playelement fungerar som. ett batterielement tillsammans med ytterligare bakgrundselement som använder sama elektrolyttyp, samt att den del av bakgrunden som företrädesvis använder annan elektrolyttyp tjänar som en eller flera solceller, vars icke utnyttjade energi upplagras i battericellerna, varvid vid omställninglnellan.aktiva och inaktiva displayelement den lagrade energin fördelas på de inaktiva displayelementen som tjänar som battericeller.

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att displaysegmenten, solcellsdelen och/eller batteridelen innehåller ett skikt av poröst halvledarmaterial av titandioxid, Ti0,

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att displaysegmenten innehåller en litiumelektrolyt varvid segmenten bláfärgas genom interkalering av litium i halvledar- skiktet.

4. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att färgning av displayelementen sker genom ytmodifikation av en halvledarfilm.

5. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att batteridelen innehåller en litiumelektrolyt och att battericellen laddas genom interkalering av litiun1i titandioxid- ekiktet. 504 169 9

6. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att solcellsdelen utgör en färgämnessensibiliserad solcell med elektrolyt.

7. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att solcellsdelen utgör en UV~känslig solcell med elektrolyt och ofárgad titandioxid.

8. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att displaysegmenten vid avfärgning kan anslutas på sådant sätt att den energi de avger kan tillvaratas.

9. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att displayens övre genomskinliga ledande skikt utgör en hel osegmenterad, strömavtagande yta.