專利名稱：組裝電致變色單元的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及制造電致變色器件，尤其涉及組裝置電致變色單元的裝置和方法，該單元受到激勵時，產(chǎn)生狀態(tài)可見的變化，并可適用于多種器件。
背景技術(shù)：
已提出各種設(shè)計的電致變色單元，用于這樣一類不同的裝置，其中包括諸如圖形顯示手表顯示、可變傳輸窗和鏡以及用于電池電壓或充電狀態(tài)的指示器等。雖然，它們的具體構(gòu)造可以隨它們的用途而有明顯變化，但大多數(shù)電致變色器件具有幾個共同的特點。一般講，電致變色器件由電化學單元組成，該電化學單元具有作為陰極的第一導(dǎo)電電極、作為陽極的第二導(dǎo)電電極以及借以使第一和第二電極進行聯(lián)系以便在把直流電壓施加到包括第一和第二電極在內(nèi)的電路上時實現(xiàn)單元中可見變化的媒介。借以使諸電極得以聯(lián)系的媒介通常呈現(xiàn)固體、半固體或液體電解質(zhì)的形式。電極和電解質(zhì)的任何一個可以包含電致變色材料，它響應(yīng)于所施加直流電壓引起的電流以便在單元中產(chǎn)生所希望的變化。
電化學單元的工作可以對包含在電解質(zhì)和/或至少一個電極中的金屬產(chǎn)生永久或可逆的離子化或去離子化，后者導(dǎo)致在相應(yīng)電極上的氧化或還原(氧化還原)反應(yīng)。該單元的空間通常受到限制，其中第一和第二電極被電解質(zhì)，可能連同一間隔裝置彼此加以分開。此外，該單元通常至少包括一個可由柔性或剛性材料制成的基片，通過基片，可以觀察到在該電池內(nèi)正在發(fā)生的金屬沉積或溶解。例如，如果基片是基本透明的或如果基片包含可以觀察到可見變化的小孔或窗口，則通過該基片就可以觀察到單元中的可見變化。
由具有剛性基片和使第一與第二電極得以聯(lián)系的液體電解質(zhì)的封閉單元所組成電化學器件的例子包括美國專利號4,116,535、4,188,095、4,285,575和4,902,108。
美國專利號5,411,817揭示了一種電池充電指示器，其中，一對電極之間的層包含有抗氧化劑、照相著色劑彌散物和照相顯色劑。還揭示了該層的各種可能的組份，但在剛才所述限制范圍以內(nèi)，沒有一個專利揭示顯示具備在其中使電解質(zhì)顏色轉(zhuǎn)換的電化學過程在不反轉(zhuǎn)電極極性下是可逆的效果。所揭示的其它一些應(yīng)用，例如可自由使用的電表和“電話卡”等均表現(xiàn)出暗示電化學過程是不可逆的。
美國專利號3,720,869揭示了一種確定電電池內(nèi)電極充電狀態(tài)條件的方法，它通過測量在金屬與非金屬態(tài)之間轉(zhuǎn)換的電池電極的電阻確定。
美國專利號3,667,039揭示了一種使用液晶元件的測量儀，它響應(yīng)于高于給定閾值電平的輸入信號而顯現(xiàn)出可見的變化。
授予Warszawski的幾個美國專利揭示了光調(diào)制器件以及制造或使用該光調(diào)制器件的方法。這些美國專利是5,054,894、5,056,899、5,074,648、5,078,480、5,080,470和5,082,355。所有這六個專利所揭示的基本內(nèi)容實際上均相同。因此，為簡單起見，下面把這些專利統(tǒng)稱為“Warszawski專利”。
關(guān)于實現(xiàn)幾種不同類型的光調(diào)制器件，例如在大環(huán)境中，諸如公共場所的大型招牌之類，Warszawske專利揭示了不少實施例。這些專利強調(diào)保持所揭示光調(diào)制器件的結(jié)構(gòu)完整，尤其在大型器件的情況下，以使電解質(zhì)-電極的界面不會受到局部中斷和/或應(yīng)力的不適當影響。
為此，Warszawski專利提出使用相對電極之間的電解質(zhì)層，保持高度的柔順性，并且具體地提出電解質(zhì)材料是塑性的或粘彈性的。同樣，為了保持在結(jié)構(gòu)上的結(jié)合，提出電解層或者具備有單獨的粘接劑，或者是自粘型的，以保證與諸電極的適當粘接。
雖然Warszawski專利表示打算使用不必是平的電極，但沒有講授或建議給予電極本身具有柔順的作用。因此，看來Warszawski專利，雖然打算使用柔順的電解質(zhì)層，但應(yīng)假設(shè)側(cè)面與電解質(zhì)層(諸層)相接的電極實質(zhì)上是剛性的。在大型公共招牌的情況下，這將看來似乎是尤其真實。
關(guān)于制造Warszawski專利所揭示的光調(diào)制器件，提出了不同的技術(shù)，諸如厚膜應(yīng)用技術(shù)和切斷(cut-out)技術(shù)。厚膜應(yīng)用技術(shù)涉及絲網(wǎng)印刷、氣隙、螺旋線條等相關(guān)技術(shù)。切斷技術(shù)涉及例如生產(chǎn)包含具有電解質(zhì)的電極的合成物和然后把合成物加到另一個電極上。打算使用的技術(shù)是諸如擠壓、滾壓、碾光、涂覆等，以及沖孔、沖壓和激光切割等。
美國專利號4,497,881描述了一種電池充電指示器，它實質(zhì)上是由已存在于電池自身內(nèi)的部件形成。具體地講，在電池內(nèi)設(shè)置有產(chǎn)生顯然可以構(gòu)成電解質(zhì)、陽極膠化體、陰極材料的化合物或者兩種或多種這些化合物組合的裝料。把該產(chǎn)生化合物的裝料剛好設(shè)置在電池外殼的外圓柱表面上，并配置使用指定的顏色，例如當電池充滿電時為黑色，而當電池電荷被消耗完時，則逐漸改變成不同的顏色，例如灰色。在電池外殼的外表面上設(shè)置有小孔或窗口，以能使用戶看到產(chǎn)生化合物之裝料的顏色。該專利似乎強調(diào)使用在傳統(tǒng)電池中已存在的材料，而不另外加入指示顏色的化合物或結(jié)構(gòu)。
美國專利4,917,973揭示了一種二次電池，其中電池本身的一個電極根據(jù)電池正負電極之間的電壓而改變顏色。設(shè)置窗口或小孔，以便看到上述電極的顏色變化。該專利看來僅被限于二次電池，也即小型的通常為盤形的電池。
美國專利號5,256,500講授了一種諸如鋰電池的電池，它具有內(nèi)置的壽命指示器。該專利主要針對鋰電池，但也預(yù)期所揭示的該發(fā)明也可與其它類型的電池，例如錳電池和鎳鎘電池等結(jié)合使用。通常建議“指示元件”作為“壽命指示器”的一部分設(shè)置在電池自身內(nèi)。預(yù)期有各種類型的指示器，例如電致變色元件、電響單元和液晶單元等。在一個實施例中，相對于電池的正板容器， “壽命指示器”可以選擇成可安裝和可拆卸的。在這種方式中，可以只有當要進行讀取時才把壽命指示器安裝到電池上。對于該實施例，似乎是通過與上述正板容器螺紋嚙合來選擇可安裝和可拆卸的。沒有揭示可取下壽命指示器的其它可能的實施例。
美國專利5,250,905、5,396,177、5,339,024、5,418,086和公開的PCT申請PCT/US92/07757(國際公開號WO/93/06474)從不同方面描述了具有安裝在外面的電化學測試器件的電池。測試器件本身包括下面一些必需的電化學電池的部件、即陰極電極、電解質(zhì)和設(shè)置在直接粘到電池外殼上標簽中的陽極電極。在這些每一篇參考文獻中，測試器件與電池端子總是平行連接的，以使能連續(xù)地讀取電池的帶電狀態(tài)。在所施加直流電壓的作用下，帶電狀態(tài)根據(jù)陽極電極的消耗或溶解來確定。測試器還包括電解質(zhì)，它可以是固體，也可以含有電解質(zhì)液的多孔聚合膜陣列。如果是固體，則電解質(zhì)可能太脆，以致于經(jīng)不起外部施加的力和在電池正常運輸、裝卸和使用中受到的機械震動。在這些環(huán)境中，固體電解質(zhì)可能破碎，因而惡化了電極之間的聯(lián)系，使測試器失去作用。另一方面，當形成為膜陣列時，必須預(yù)形成電解質(zhì)，然后在分開的不同的制造步驟中加到電極上，從而使標簽制造過程變得復(fù)雜和費時以及增加其費用。
美國專利5,418,085和5,494,496描述了一種電化學電池測試器件，它可以整體固定到電池的一端。這些參考文獻一般地討論了電致變色材料，可把這些材料印刷到基片上，但沒有具體地講授如何在實際制造條件下印刷這些材料以生產(chǎn)可工作的器件的細節(jié)。更具體地說，基本上沒有討論電致變色材料的較佳組成和如何選擇這些材料和/或如何使之適于在電池正常制造、裝運和使用時可靠地進行。也沒有任何揭示在經(jīng)受電池環(huán)境周圍的測試標簽時這些材料是否有效，那個區(qū)域一般要比電池端子承受更大、更為頻繁的機械震動。
美國專利5,458,92講授了一種電致變色電池測試器件，它可以組合到附加至電池外殼圓柱壁上的電池標簽中。該專利所揭示的電致變色測試器的電解質(zhì)部件可以是固體或者增稠的溶液。如果是固體，則電解質(zhì)可能經(jīng)受如上所述在標簽和電池正常制造、運輸、裝卸和使用時發(fā)生的破碎失效。如果形成為增稠的溶液，則不能保證溶液在電池整個可用的服務(wù)壽命期間保持其電解質(zhì)特性，尤其是當溶液變干，而為了保持電解質(zhì)內(nèi)的電解活性和相伴的電致變色單元的生命力持續(xù)存在濕度的閾值水平是必需時更為如此。對組裝電致變色單元的方法參考了一般的文獻，它通過利用導(dǎo)電的和電化學活性油墨或油漆來印刷標簽基片。然而除了某些活性材料和增稠劑的鑒別之外，并沒有揭示組合這些材料以生產(chǎn)適合高速印刷用可行的油墨或油漆的具體方法或配方。
因此，對于高速生產(chǎn)便宜的能構(gòu)成加到一個或多個柔性或剛性基片上的一系列最好是非預(yù)制層的薄膜電致變色單元的方法和裝置有著一個優(yōu)點，其中這些層的每一層均可通過涂覆或印刷裝置加以沉積，而其中包括任一電極和電解質(zhì)層在內(nèi)的各層在借此單元得以使用的電致變色器件整個可用的服務(wù)壽命期間，都保持它們施加時的結(jié)構(gòu)和功能特性。
雖然現(xiàn)代高速印刷和涂覆技術(shù)看來似乎提供了生產(chǎn)電致變色單元的近似手段，但在用這種手段構(gòu)造電致變色單元時有重要的問題必須克服。例如，每種圖形和尤其是用于構(gòu)成單元的功能性油墨的組份是決定性的，這是因為油墨的組份決定了它們的電學、化學和機械特性以及可印刷特性，而且還因為油墨溶劑有時與施加有油墨的基片材料產(chǎn)生不利的反應(yīng)。由于這些困難，傳統(tǒng)的印刷和涂覆產(chǎn)品、工藝和裝置迄今尚不能用來組裝有功能性的且可靠的電致變色單元。
因此，需要一種萬用的、高速的、經(jīng)濟的工藝和裝置來制造用于各種器件的薄膜電致變色單元。還需要這樣一些工藝、裝置和電致變色材料，以生產(chǎn)具有標記接受面的電致變色單元和/或器件，在該表面上可以加上永久或暫時的彩色圖形，而不影響電致變色單元的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包含一種用一系列最好是非預(yù)制的諸層加到一個或多個柔性或剛性基片上構(gòu)成電致變色單元的方法和裝置，其中，這些層中的每一層均可以通過高速涂覆或印刷技術(shù)來沉積。把電致變色單元的功能層適用于作油墨或具有油墨特性和/或特征的材料(在此統(tǒng)稱為“油墨”)，其中每種油墨部分或完全變干，以形成固體或半固體層。本發(fā)明還包含制造各種薄膜電致變色單元和/或薄膜電致變色器件的經(jīng)濟方法，這些器件包含電致變色單元(這里統(tǒng)稱為“電致變色單元”或“單元”)。本發(fā)明還包含萬用裝置，它可以用于生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)的包括功能和/或圖形元件的電致變色單元和器件。
本發(fā)明的方法和裝置適用于任何一種印刷工藝，例如絲網(wǎng)印刷、濺射、凸版、苯胺印刷、石印、膠版印刷、絹網(wǎng)印刷或凹版印刷。這些印刷技術(shù)中的任何一種印刷都可以用來生產(chǎn)電致變色單元或器件。另一方面，也可以使用這些印刷技術(shù)中的二種或多種印刷技術(shù)生產(chǎn)電致變色單元或器件。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，一種較佳的印刷方法是凹版印刷。凹版印刷使用或者平板或者印刷滾筒，它們包含有用于把油墨加到所希望的基片上的所謂的“圖像載體”。凹版印刷中使用的圖像載體與其它印刷方法中使用的圖像載體不同，這是因為凹版圖像載體的圖像是在圖像載體的非圖像區(qū)域表面以下雕刻或腐蝕出來的。凹版印刷用于印刷貨幣和藝術(shù)復(fù)制品。雖然凹版印刷生產(chǎn)出高質(zhì)量的印刷品，但這種平板印刷使用有高度粘性的油墨，需要很高的壓力來把圖像從板上轉(zhuǎn)印到基片上。
因此，目前較佳地是用印刷滾筒，它用粘性小便于轉(zhuǎn)印到任何所?；系挠湍１景l(fā)明的印刷滾筒可以被雕刻，然后選擇性地化學腐蝕(下面將進一步詳細描述)，以增加沉積到電致變色單元的任一特定層上的油墨量。
漏印滾筒上被雕刻出的圖像。每平方英寸雕刻面約有2000至9000個被刻進表面的單元。單元的實際大小和數(shù)量由最終印刷圖像所需油墨的密度來決定。分解所有圖像至絲網(wǎng)屏幕上，使雕刻的圖像有可能持有低粘性的液體油墨，直到加上了油墨。使用這種雕刻滾筒的印刷工藝稱為“輪轉(zhuǎn)凹版”或“凹版”印刷。
因在需要稠度和均勻性的應(yīng)用或印刷層的重復(fù)印刷應(yīng)用中其所持有的稠度和適應(yīng)性，所以輪轉(zhuǎn)凹版印刷是較好的。目前的輪轉(zhuǎn)凹版印刷工藝主要集中在相對簡單的工藝和與在各種基片上印刷圖形彩色油墨有關(guān)的傳統(tǒng)油墨材料上。本發(fā)明同樣也針對這些技術(shù)，而且引入了印刷油墨的一些新穎的方法、裝置和材料，這種油墨包含有電致變色單元的功能部件。
在輪轉(zhuǎn)凹版印刷工藝中使用的圖像載體通常包含一具有鋼芯或鋁芯的滾筒。該芯子用銅進行電鍍，并以與所要印刷圖形的相反進行雕刻，以使“圖像載體區(qū)”(在應(yīng)用之前油墨沉積的區(qū)域)處在滾筒的表面以下。然后對整個滾筒鍍鉻，以提高雕版的使用壽命。
本發(fā)明人已觀察到，供傳統(tǒng)圖形印刷目的用輪轉(zhuǎn)凹版印刷機所采用的印刷滾筒不能沉積構(gòu)成薄膜電致變色單元所需要的足夠容量和厚度的各種油墨。本發(fā)明的印刷滾筒克服了這些不足，它首先進行電子雕刻，然后用例如酸(諸如HCL)或其它一類蝕刻配方進行化學蝕刻，使各圖像載體區(qū)產(chǎn)生適當?shù)娜萘亢托螤睢?br> 化學蝕刻通過增加雕刻形成的單元的表面面積，在圖像載體區(qū)的雕刻部分中增加總的容量。因此，化學蝕刻的印刷滾筒可以沉積的油墨層的厚度和均勻度將比應(yīng)用僅經(jīng)過機械蝕刻的滾筒沉積的油墨層更厚、更均勻。
輪轉(zhuǎn)凹版印刷機通常包含一個或多個印刷機組，其中每個印刷機一般包括雕刻圖像載體滾筒、墨斗、刮墨刀片、壓印墨輥和油墨干燥裝置。隨著滾筒旋轉(zhuǎn)，把油墨從墨斗涂到柱狀圖形載體上，而刮墨刀片擦抹滾筒表面，以在印刷之前進行清潔。把油墨待沉積在其上的基片通過滾筒與壓印墨輥之間。滾筒和墨輥與該基片接觸，并定位，以便把壓力加到基片上，促使油墨轉(zhuǎn)印。通常，滾筒和/或墨輥是可以調(diào)節(jié)的，以增加或減小所加的壓力(在此也稱為“印刷壓力”)。
輪轉(zhuǎn)凹版印刷機的印刷速度可以達到超過約每分鐘3000英尺，并可適用于從低于30厘米至約15英尺或以上的基片卷筒紙寬度。根據(jù)本發(fā)明的輪轉(zhuǎn)凹版印刷機對每種要加到基片上的油墨或?qū)涌梢园粋€印刷機。可以把每層油墨加到基片上，并且可通過經(jīng)個別分開的印刷和處理機使基片獨立而完整地過來對基片進行另外的處理。然而，較佳地，本發(fā)明的裝置包含多個串聯(lián)排成一列的工作機組。這些工作機組可以包括一個或多個如下的機組基片展開機、自動基片疊接機、基片表面張力增強機、一個或多個功能和/或圖形油墨機、切槽機、定位疊層機、印模切割機、重繞機和/或檢查機。
本發(fā)明的電致變色單元可以這樣構(gòu)成，把單元的圖形和功能層印刷到單個柔性或剛性基片上。另一方面，單元也可以這樣構(gòu)成，僅把選出的層印刷到兩片或多片柔性或剛性基片中選出的一片基片上，然后把各單個基片連接在一起形成完整的電致變色單元。加到每個單獨基片上的這些電致變色單元、圖形和其它東西元件的組合可以統(tǒng)稱為“通道”。在構(gòu)成一個電致變色單元期間有兩個或多個通道時，每個通道用數(shù)字表示，例如“第一通道”、“第二通道”等。
在多個通道結(jié)構(gòu)中，一旦印刷了每個通道，則對這幾個通道彼此進行精確的定位，并連接形成一個完整的單元。在本發(fā)明之前，不僅有效地把電致變色單元的功能部件印刷到基片上，而且使兩個或多個通道對齊并一致，使它們各種層都具有所希望的電學和物理接觸，這并非不可能，但也是困難的。因此，本發(fā)明的方法引入了一種高度精確和可靠的定位疊層裝置，它能以這樣的方法進行，即當從展開機組饋送出預(yù)印的第一通道時，可以印刷第二通道，并在此后立即精確地層疊到第一通道上。
如從上述討論中所顯示的，每種油墨的配方對于可靠和高速地生產(chǎn)電致變色單元來說都是決定性的。如果油墨沒有適當?shù)呐浞?，則每個通道的層不能適當?shù)馗稍?，可能與其它材料產(chǎn)生化學反應(yīng)，可能不能粘到相鄰層上，也可能在處理期間引起基片變形或斷裂。因此，構(gòu)成本發(fā)明的電致變色單元所必需的這些材料，尤其是構(gòu)成功能電極和電解質(zhì)層所用的那些材料是經(jīng)特殊配方的油墨，而不是傳統(tǒng)油墨和非油墨材料。
對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，通過下面參照附圖對本發(fā)明具體實施例的詳細解釋，本發(fā)明的進一步特征、目的和優(yōu)點將變得更為明顯。
附圖概述本發(fā)明通過下面所示僅作為例子的較佳實施例的描述將變得更易理解，附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明布置的電致變色單元的層分解圖；圖2是組裝圖1電致變色單元的裝置方法的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明布置的電致變色單元的另一個實施例的層分解圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明布置的電致變色單元的另一個實施例的層分解圖；圖5是在組裝條件下，圖4的電致變色單元的剖面放大圖；圖6是沿圖5VI-VI線的視圖；圖7是圖5箭頭VII內(nèi)所圍區(qū)域的剖面放大圖；圖8是組裝根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的電致變色單元的裝置和方法的另一個實施例的示意圖；圖9是組裝圖3的電致變色單元的裝置和方法的示意圖；圖10是組裝根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成電致變色單元的兩個通道的裝置和方法的示意圖；
圖11是組裝根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成電致變色單元的一個通道的裝置和方法的示意圖；和圖12是可以用本發(fā)明的方法和裝置生產(chǎn)的開關(guān)機構(gòu)的某些部件的平面圖。
本發(fā)明的實施方式參照附圖，其中，在所有附圖中，相同的參考符號表示相同或相應(yīng)的部件，在圖1中以示意圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的第一個較佳實施例生產(chǎn)的、包含電致變色器件的諸層的分解圖，該單元通常用參考號10表示。電致變色單元10包含基片12，其上印刷有電極材料14、電解質(zhì)材料16和反電極材料18。也可以印刷分別與電極層14和反電極18電學相聯(lián)的連接電極或端子20和22。
通過把端子20和22連接到電壓源(例如，干電池或其它電動勢產(chǎn)生源)(此后稱為“EMF 32)上來激勵單元10。EMF32可以是任可合適的電動勢源，例如能在電極14與反電極18之間產(chǎn)生電壓差的直流電壓產(chǎn)生電池，引起其中的電化學反應(yīng)，一般以電極層14內(nèi)可見的顏色變化表現(xiàn)出來。電極層14內(nèi)的可見顏色變化可以是從一種顏色變到另一種顏色，從一種顏色變成基本上清楚或透明，或從基本上清楚或透明變到有顏色。
例如，把氧化銦錫材料和鉍基材料分別用作電極14和電解質(zhì)16，存在于電解質(zhì)16內(nèi)的鉍離子獲得電子，而鉍金屬則電鍍在電極14上，導(dǎo)致在電極14內(nèi)產(chǎn)生可看到的明顯變化，即，氧化銦錫從透明轉(zhuǎn)成黑色。
端子20和22并不需要構(gòu)成單元10的一部分，只要提供這樣一個裝置，即，通過它可以把電壓差引入到電極層14與反電極層18上，使單元10內(nèi)產(chǎn)生所希望的電化學反應(yīng)。
基片12可以包含(1)適合于接受一層或多層圖形和/或功能油墨以及(2)在加上油墨層期間能被印刷機或其它適合的涂覆/印刷裝置快速地印刷的柔性或剛性材料之任何一種。例如，基片12可以用柔性但堅固的材料，例如PVC膜制成。PVC可以是可收縮或不可收縮膜，其厚度約在0.01016毫米至0.1016毫米(0.4密耳與4密耳)之間。最佳地，PVC層的厚度約為0.0254至0.0508毫米(1至2密耳)。較佳的PVC材料是Hoechst，Holland，N.V.of Weert，Holland制造的膜號為GE-15的PVC。另一些可以用作基片12的材料包括，但不限于聚丙烯、聚脂和聚丙烯膜。
選擇用于單元10每個部件材料以及組裝這些部件的次序在很大程度上由待使用單元10的具體應(yīng)用來決定。例如，圖1所示單元10的結(jié)構(gòu)示出，基片12與電極層14接觸，后者在電致變色反應(yīng)期間一般是趨向于改變狀態(tài)或顏色的材料，以為觀察者提供該反應(yīng)的可視指示。因此，對于本較佳單元10的結(jié)構(gòu)，電極層14在沒有施加電壓時基本上是透明的。而且，基片12最好基本上也為透明的，以便能觀察到電極層14上的反應(yīng)。
圖1所示的單元10實施例的另一種結(jié)構(gòu)包含反電極18，直接加到基片12上，然后，按序連接電解質(zhì)層16和電極層14。在這一改進的實施例中，基片12將基本上不必是透明的，因為電極14將不被其后任何施加的層所遮蔽。
因此，本發(fā)明的方法和裝置允許以任意順序印刷每一層，以產(chǎn)生所希望的電致變色反應(yīng)。更具體地說，印刷圖1實施例層的次序可以顛倒，以便先在基片12上印刷反電極18，然后在電解質(zhì)16上印刷電極14，形成單元10。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到印刷層14、16和18的具體特性，電極層14可以包含根據(jù)本發(fā)明配方的材料，能提供對電化學反應(yīng)可視的指示。一般講，這種指示在電極層14內(nèi)以可見的變化表現(xiàn)出來。在單元10中起到陰極作用的層14也應(yīng)當適合于粘到基片12以及最好是任何可能與之接觸的其他層上。
正如用本發(fā)明的方法印刷的所有層一樣，電極層14較佳地具有可印刷油墨的特征性質(zhì)。此外，層14的油墨較佳地具有較高的導(dǎo)電性(希望小于77500歐姆/平方毫米(50歐姆/平方密耳))，并具有與諸如電鍍等電致變色反應(yīng)有高親和性的活性成份。與用本發(fā)明的方法印刷的許多層一樣，電極14最好是易于做成任何所希望的形狀和厚度，并在單元10后續(xù)諸層施加之前快速干燥。
電極層14的厚度約在0.00127與0.127毫米(0.05與5密耳)之間，較佳地，約從0.00508毫米至0.00762毫米(0.2密耳至0.3密耳)。正如根據(jù)本發(fā)明印刷的所有層一樣，電極層14能以單層印刷，其厚度可以通過改變與后面將揭示的這種成份范圍一致的主要配方成份的相對濃度加以調(diào)節(jié)。另一方面，層14(和單元10的其它層)的厚度可以僅通過印刷后續(xù)的油墨材料層來增加。
可以用作電極層14的油墨包含下列之一氧化銦錫(”ITO“)基油墨、氧曄錫基油墨、三氧化銻基油墨以及具有與摻有氟化氫的二氧化錫的油墨。本較佳實施例計劃把ITO基油墨用作電極層14。使用具有產(chǎn)生單元10中所希望的化學反應(yīng)所必需的特性，并還具有可印刷油墨特性的ITO的配方被認為是獨特的。在這一方面，根據(jù)本發(fā)明開發(fā)的適當?shù)碾姌O油墨較佳地如下配成
從約20至約80重量百分比(wt％)，更佳地約為50wt％的至少一種電鍍劑受體；從約5至約40wt％，更佳地約為10wt％的粘合劑；從約15至約75wt％，更佳地約為40wt％的溶劑。
電鍍劑受體希望呈至少一種易與粘合劑和溶劑混合形式的材料以產(chǎn)生高導(dǎo)電性和能在加到基片上時產(chǎn)生高質(zhì)量圖像(即涂覆厚度和覆蓋稠度基本均勻)的一般為非發(fā)粘的油墨。這種材料可以適當?shù)匕ㄉ鲜龌衔锏膶?dǎo)電粉，較佳地包含ITO粉。合適的ITO粉包括由基本上為球形ITO顆粒組成的和由基本上為針形或桿形ITO顆粒組成的商用可得ITO粉。本較佳的實施例計劃使導(dǎo)電粉包含0至100％之間的具有基本上為球形顆粒的ITO粉和0至100％之間的具有基本上為針形或桿形顆粒的ITO粉。特佳的ITO粉包括有約四份基本針形或桿形顆粒和約一份基本上球形顆粒的混合物。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種混合物優(yōu)化了基本上為針形或桿形顆粒的最佳導(dǎo)電性和基本上為球形顆粒的最佳基片可覆蓋性。
合適的粘合劑包括樹脂組織，諸如聚氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸以及硝化纖維，較佳的樹脂為氯乙烯。
而合適的溶劑包括正乙酸丙酯、乙醇和水，較佳的溶劑為正乙配丙酯。
當把它用作電極14時，這種配方的ITO油墨的合適厚度范圍約在0.00127至0.127毫米(0.05密耳至5密耳)之間，較佳地約為0.00508毫米至0.00762毫米(0.2密耳至0.3密耳)。
電解質(zhì)16可以包含促使單元10電化學反應(yīng)的任何材料，它可以配制成可印刷油墨，適合于粘接到電極層14上，較佳地，粘接到將與電解質(zhì)16接觸的單元10中任何其它諸層上。電解質(zhì)16較佳地至少包含濕潤劑、電鍍劑、溶劑和粘合劑。而且，電解質(zhì)材料必須是有足夠的導(dǎo)電性，以促使單元10中在所施加EMF的作用下進行電化學反應(yīng)。電解質(zhì)層16的厚度和結(jié)構(gòu)完整性還必須足以防止電極層14與反電極18之間的電接觸。因此電解質(zhì)層16合適的厚度范圍可以約在0.00127毫米與1.27毫米(0.05密耳與50密耳)之間，較佳地約為0.0254至0.254毫米(1密耳至10密耳)之間，最佳地約為0.0762至0.1524毫米(3至6密耳)。
任何一種電解質(zhì)，無論是固體、半固體或是液體，都必須在電解質(zhì)組份中保持溫度的閾值水平，以使電解質(zhì)達到其預(yù)期的作用。因此，較佳地電解質(zhì)16至少包含一種濕潤劑。濕潤劑必須具有在所期望的單元10的可用服務(wù)壽命期間，足以吸收和保持濕氣的吸濕性質(zhì)。適用于這些目的的濕潤劑可以是幾種氯、硫和溴鹽中的任何一種，較佳的濕潤劑為溴化鋰。
電鍍劑呈現(xiàn)至少這樣一種材料的形式，在所加了EMF的作用下，它與電極層14的電鍍劑受體材料電化學地結(jié)合，或“電鍍到”該材料上。這種電化學反應(yīng)根據(jù)由電致變色單元10預(yù)期的服務(wù)準則所指定選擇的電鍍劑和電鍍劑受體材料，可以是永久性的或可逆的。
當電鍍劑與電鍍劑受體之間的電化學反應(yīng)指定后，例如是可逆的，則電鍍劑應(yīng)當是當在加上適當?shù)腅MF時，易于電鍍析出于電鍍劑受體上，而當除去或反轉(zhuǎn)EMF極性時，易于從電鍍劑受體上脫離，并返回到平衡狀態(tài)(或許要有下述“洗滌劑”的協(xié)助)的物質(zhì)。
因此，電鍍劑最好至少包含一種鹽的化合物，其構(gòu)成的離子，在存在適當?shù)姆措姌O下隨加上或除去(或反轉(zhuǎn))相對的EMF(諸如約為1.5V的直流電壓)而相應(yīng)地分開或再結(jié)合。合適的電鍍劑的例子包括，但不限于WO3、MoO3、V2O5、Nb2O3以及BiCl3(三氯化鉍)。目前可用作電鍍劑的較佳化合物是三氯化鉍，在施加的EMF的作用下，其正電荷鉍離子被取出，并暫時與電極層14上帶負電荷的電鍍劑受體，例如氧化銦錫結(jié)合，以在電極層內(nèi)產(chǎn)生通常為黑色的可見變化。同時，三氯化鉍電鍍劑的負電荷氯離子被取出，并暫時與帶正電荷的反電極層18結(jié)合(下面將更詳細地描述)。
當除去或反轉(zhuǎn)EMF時，從電極14的電極層電鍍劑受體物質(zhì)中釋放出正電荷的鉍離子，從反電極18中釋放出負電荷氯離子，在電解質(zhì)16中重新形成氯化鉍，并平衡。為了促進和加快這一過程，電解質(zhì)16可任選并較佳地進一步包含有“洗滌劑”。洗滌劑應(yīng)當包含適當?shù)奈镔|(zhì)，例如鹽化合物，當單元處理平衡狀態(tài)時，即沒有施加EMF時，或者當施加的EMF的極性與發(fā)生所希望電電致變色反應(yīng)的相反時，其正離子對電致變色層14的負電荷電鍍劑受體比上述電鍍劑的正離子具有更大的化學親合性。簡單地說，當單元處于平衡狀態(tài)時，洗滌劑的正電荷離子在電極層14的電鍍劑受體的鍵合位置上，自然地置換了電鍍劑的正電荷離子。
在電解質(zhì)16中具有有益作的洗滌劑的一個例子是氯化二銅，雖然也可以使用其它的能證明上述洗滌作用的物質(zhì)。
電解質(zhì)16一個較佳的實施例配制成兩份電解質(zhì)化合物，每份都單獨地用作可印刷的電解質(zhì)油墨。然而，當以圖10所描述的方法進行組合時，兩份東西合并成單一的物質(zhì)，它具有特別電解質(zhì)和結(jié)構(gòu)完整的特征。
電解質(zhì)成份16的第一部分(下文稱為“電解質(zhì)A”)快速干燥，接近進入到基本上非發(fā)粘狀態(tài)。因此，電解質(zhì)A也適用于高速印刷機中的后續(xù)處理。例如，在輪轉(zhuǎn)凹版印刷機中，例如，電解質(zhì)A能易于接收附加的油墨層，包括功能和彩畫油墨，而不危害到它自身，不會影響或禁止替換以后所加的油墨，并且，用電解質(zhì)A不會弄臟下游的印刷機組。
相反，電解質(zhì)16的第二部分(下文稱為“電解質(zhì)B”)保持的濕氣含量比電解質(zhì)A高，并當在基片上沉積時保持一些粘性。因此，電解質(zhì)B同時用作濕氣源，以便在兩層電解質(zhì)彼此接觸，并當兩層電解層與電極層14接觸時，與電解質(zhì)A達到堅固的機械連接，并促使電化學作用。然而，此外，由于其發(fā)粘性，故電解質(zhì)B在基膜、片或卷筒紙的典型多機組印刷通道中用作最后的油墨層。
當實施成可印刷的油墨時，每種電解質(zhì)A和B最好包含上述電鍍劑和濕潤劑，其重量百分配比(wt％)如下約從0.2至1.0wt％，更佳地約為0.6wt％的電鍍劑；約從0.4至10wt％，更佳地約為7％wt％的濕潤劑。
兩種電解質(zhì)A和電解質(zhì)B應(yīng)當具有基本均勻的稠度和可預(yù)期的厚度，以及實際上，還在能用作可印刷面的任何柔性或剛性基片上具有任何一種所希望的圖案。在本發(fā)明結(jié)束時的多方面研究和開發(fā)中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當選擇與上述電鍍劑和濕潤劑耦合時，溶劑與粘合劑的某些數(shù)量和組合生產(chǎn)出電解質(zhì)油墨材料，它具有有利的電化學性質(zhì)，且通常具有或者電解質(zhì)A或者電解質(zhì)B所希望的物理特征。
因此，電解質(zhì)A，快速干燥的基本上不發(fā)粘的電解質(zhì)油墨較佳地還包含約從10至60wt％，更佳地約為40wt％的合適的有機溶劑，它包括，但不限于諸如乙基、異丙基、正丙基或甲醇等的醇；或者諸如乙基、異丙基、正丙基或甲醇等的乙酸鹽；醇和乙酸鹽的混合物，目前較佳的混合物為80/20乙醇/正乙酸丙脂混合物；甲酮；甲苯等；以及約從2到30wt％，較佳地約為8wt％的聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯、丙烯酸、硝化纖維以及氯乙烯共聚物，例如丙烯酸乙酯酸(EAA)/氯乙烯作為粘合劑。
而電解質(zhì)B，發(fā)粘的電解質(zhì)油墨較佳地還包含約從15至50wt％，較佳地約為35wt％的水、醇(例如，乙基、異丙基、正丙基、甲烷基、丁醇)或含水酒精溶液(較佳的溶液為80/20水/異丙醇溶液)作為溶劑；以及約從2至30wt％，較佳地約為22wt％的多聚糖、硝化纖維、羥乙基纖維、丙烯酸、乙烯基或氯乙烯共聚物之一，作為粘合劑。
如果需要，電解質(zhì)成份也可以包含一種或多種顏料，以在發(fā)生預(yù)期的電致變色反應(yīng)之前、期間和/或之后，在電致變色單元10中實現(xiàn)至少一種所預(yù)期的可視效果。
用任一種合適的工藝可以組合電解質(zhì)層16和電極層14的上述基本的和任選的組份。例如，在常壓和常溫條件下可以成批或連續(xù)地以上述的數(shù)量配比對它們進行組合。
如前所述，反電極18是帶負電的，因此在單元10中可用作陽極電極。反電極18可以包含導(dǎo)電性足以促使單元10進行所希望的電化學反應(yīng)的任一種材料，并適合于粘到電解質(zhì)層16上，較佳地，適合于粘到將與反電極18接觸的單元10的任何其它層。反電極18的厚度可以約在0.00127與0.127毫米(0.05密耳與5密耳)之間，較佳地約為0.00762至0.0127毫米(0.3密耳至0.5密耳)。
可用作反電極18的油墨包括碳基、銀基、鎳基和其它合適的導(dǎo)電材料基的油墨。適用于本發(fā)明的碳基油墨是Acheson Colloids Company of Port Huron，Michigan制造的貨號為SS24600的產(chǎn)品。當把它涂成反電極層18時，這種配方的碳基油墨的較佳厚度約在0.00254與0.0254毫米(0.1與1.0密耳)之間，最好約為0.01016毫米(0.4密耳)。
圖2以示意圖的形式示出了組裝圖1的電致變色單元10的主要部件的簡單裝置和方法。基片12由第一印刷機26內(nèi)的疊層基片定位器24定位，并在那里把電極層14涂到基片12上。然后基片12由第二印刷機28內(nèi)的定位器24定位，并在其中把通?？梢詫?yīng)于上述電解質(zhì)A的電極材料層16涂到電極層14上。最后，由第三印刷機30內(nèi)的定位器24對基片進行定位，并在那里把反電極層18涂到電解質(zhì)層16上。
定位器24可以包含任何這樣一種裝置，例如機械展開機，或在印刷機組26、28和30中定位基片12所需要的人工相互配合。印刷機組26、28和30可以包含單獨的印刷裝置，或者相反，一單個多機組印刷裝置的分離的印刷機組。任一種傳統(tǒng)的印刷裝置或方法，包括但不限于濺射、橡皮版印刷屏印刷或凹版印刷裝置都可以適用于施涂這里所述的基片12、電極14、電解質(zhì)16和反電極18，以組裝單元10。目前一種較佳的印刷設(shè)備是輪轉(zhuǎn)凹版印刷裝置。因此，較佳地，定位器24和印刷機組26、28和30組合到一個通常包含一系列輪轉(zhuǎn)印刷機組的輪轉(zhuǎn)印刷機中。
作為本發(fā)明方法的一個附加步驟，可以有選擇地設(shè)置端子20和22，以分別與電極層14和反電極層18。端子20和22可以由任一種導(dǎo)電材料制成。較佳地，端子20和22由導(dǎo)電油墨組成，例如、銀、銅等，這樣可以使端子20和22通過相似于單元10中其它層一樣的手段進行印刷。
在圖1和圖2所述的本發(fā)明的實施例中，端子20可以在印刷電極層14之前、同時或之后進行印刷。同樣，端子22也可以在印刷反電極18之前、同時或之后進行印刷。
為了印刷端子20和22，還可以把另一個印刷機加到圖2所示的本發(fā)明的實施例中。例如，可以把印刷端子20的印刷機加到印刷機26之前或之后。另一方面，可以把印刷機26改成基本上同時印刷電極層14和端子20。同樣，可以把另一個印刷機加到印刷機30之前或之后，以印刷端子22。另一方面，可以把印刷機30改成基本上同時印刷反電極層18和端子22。
作為另一種選擇，當在基片12上進行印刷之前，通常較佳地對基片12進行電暈處理，以提高基片12的表面張力或“達因”水平，從而增強印刷油墨與基片12的粘結(jié)性。如已知的，電暈處理把高電壓、低電流的電荷加到基片12的表面上。同樣，利用該技術(shù)領(lǐng)域已知的等離子處理和/或其它電的、機械的和化學表面張力增強處理也可以達到相似的結(jié)果。
如果基片12的達因水平太低，則印刷油墨將趨于以非均勻的方式粘合，可能在基片12的表面上形成非均勻厚度的墨珠。然而，如果提高基片12的達因水平，則油墨將趨于更均勻和厚度更一致地粘合到基片12的表面上。
從下面本說明書和附圖的剩余部分以及權(quán)利要求可以明顯地看出，這里描述的本發(fā)明的每個特征都可以引入到所討論的任何一個實施例中。例如，如果需要，圖1和圖2所述的本發(fā)明的實施例還可以包括另一個印刷機來印刷彩畫油墨。尤其是，當基片12是基本上透明的PVC層時，它提供了極佳的標記接受面。因此，可以在印刷電極層14之前，在基片12上印刷一種或多種各種顏色的彩畫油墨。在基片12和電極層14都是基本上透明的條件下，彩畫油墨就可以印刷在電極層14上，只要它們不影響單元10內(nèi)的層14的功能即可。
而且，可以把一底部基片層34(如圖3所示)加到反電極層18上?；瑢?4可以提供多種優(yōu)點，例如保護印刷面，提供彩畫接受面，和/或提供電絕緣，防止電致變色單元10與地短路。底部基片34可以由構(gòu)成基片12的材料的任何一種構(gòu)成，包括，但并不限于此PVC膜，厚度約在0.01016與0.1016毫米(0.4與4密耳)之間。
此外，可以把單元10的每個印刷層印刷到整個前一層上，或者可以僅印刷到前一層選出的部分上。每個印刷層的形狀通常稱為“藝術(shù)品”，并由蝕刻成印刷滾筒的圖像載體的形狀和容量來決定。當各層的藝術(shù)品使電致變色單元10短路(即，電極層14變成直接與反電極層18接觸，從而電旁路了電解質(zhì)16)時，可以在電極層14與反電極層18的局部(要不然該處將會電接觸)位址上印刷一層絕緣層，例如印刷一層介電油墨。
在本發(fā)明的至少一個實施例中(圖3)，設(shè)置有介電層38，以保護端子22免受電解質(zhì)16的腐蝕。在單元10的結(jié)構(gòu)中，電解質(zhì)16為酸性的，并傾向于滲漏和破壞單元10的其它部件層。因此，如果進行適當?shù)脑O(shè)置，介電層可以基本上防止電解質(zhì)16對單元10的損壞。而且，如果進行適當?shù)亩ㄎ?，介電層還可以防止端子20與22對反電極18的短路。
當把介電油墨用作絕緣層時，為了達到合適的絕緣性，單層或多層介電油墨的總厚度較佳地約在0.00762與0.01016毫米(0.3與0.4密耳)之間。例如，把兩層介電層加到單元10上，每層約在0.00381與0.00508毫米(0.15與0.20密耳)之間。從美觀和功能來考慮，也可以把介電油墨設(shè)置成各種顏色。
而且，在一些例子中，可以把圖形或其它合適的油墨用作單元10諸層之間的絕緣。這樣一些絕緣層不僅可以提供層與層之間的電絕緣，而且可以防止化學反應(yīng)層之間發(fā)生不利的化學反應(yīng)。例如，如果底部基片34包含金屬層，反電極18包含碳基油墨，則可以把一層圖形油墨加到底部基片與反電極層之間。加了這一絕緣起到了防止反電極18與基片34的金屬層之間潛在的破壞性化學反應(yīng)。
還應(yīng)注意，包含單元10的每一層還能以各種顏色來設(shè)置，以適應(yīng)包含單元10的器件的功能和美觀要求。
也可以把合適的粘合材料，例如壓敏粘接劑加到單元10的任一層上，例如加到反電極18上，以永久或暫時地把單元10固定到單元10以外的柔性或剛性表面上。粘合層可以用輪轉(zhuǎn)凹版印刷機上的印刷機組或其它合適的印刷裝置來施加?？梢园颜澈喜牧霞拥絾卧?0相關(guān)層的整個表面上，或者以預(yù)定的圖案施加，以避免妨礙單元10的功能部件之間的電聯(lián)系，并遮蔽單元上或單元內(nèi)存在的任何圖形。
在圖1和圖2所描述的本發(fā)明的實施例中，可以在印刷機組30上或獨立的印刷機組上把粘合材料加到例如反電極層18的外表面上。當使用壓敏粘接劑時，在把粘接劑加到例如反電極18上之后，要把合適的粘性處理紙加到粘接劑上。如此結(jié)構(gòu)的單元10可有效地用作為壓敏粘接標簽。由于得到的標簽具有薄膜的特性，因此實際上可以把單元10加到任何適當?shù)谋砻?，例如標志裝置、圖形顯示、商品顯示、手表和干電池等。
因為它們能很好地適于高速印刷的應(yīng)用，可以高產(chǎn)量地快速生產(chǎn)單元10，所以輪轉(zhuǎn)凹版印刷裝置和方法對實現(xiàn)本發(fā)明是最佳的，尤其是當單元10包括了柔性基片層12。并且，由于單元10的每一層都可以印刷到卷筒紙或基片頁12上(卷筒紙寬度的范圍約從幾英寸到幾英尺)，所以根據(jù)單元10特定的尺寸可以同時印刷多個單元。也可以雕刻包含在每個印刷機組內(nèi)的印刷滾筒，以使印刷滾筒每轉(zhuǎn)一圈可以同時印刷多個單元10。每轉(zhuǎn)一圈印刷的單元的數(shù)量在很大程度上與單元10和獨立的印刷滾筒的尺寸有關(guān)。用本發(fā)明的裝置和方法，在寬度約為20英寸的基片卷筒紙上用經(jīng)約為7英寸長度為24英寸的印刷滾筒生產(chǎn)多個單元10時，卷筒紙速度可在達到超過每分鐘100英尺。當在基片卷筒紙12上生產(chǎn)多個單元10時，較佳地用壓敏粘接劑涂覆在與印刷單元10相反的卷筒紙表面上，然后用適當?shù)恼承蕴幚砑埜采w。然后通過切割技術(shù)可以容易地把包含有組裝好的單元10的卷筒紙分成單獨的單元10。因此，粘性處理紙用作披組裝單元的柔性支持和儲存媒體。當進行如此處理后，單元可以方便地保留在粘性處理紙上，以便以后人工或例如通過自動貼標設(shè)備自動地取下使用?？梢詣兿绿幚砻總€印刷單元10之間的廢料或者陣列，然后把由一卷粘性處理紙支持的單元10在重繞機組上重繞到卷軸或輥軸上，以便對完成的輥軸進行檢驗、編輯、包裝和運輸。
還打算在單元10組裝時以及完成組裝之后對電致變色單元10的各個部件進行檢查。這種檢查可以在組裝處理期間和/或完成單元10之后人工和/或自動地進行?？梢允褂迷诰€或離線檢查方法和技術(shù)。
這種檢查方法和技術(shù)可以利用在該技術(shù)領(lǐng)域已知的光學或其它自動的檢查系統(tǒng)。可以在每個印刷和/或組裝機組中、在選擇的印刷和/或組裝機組以及在組裝單元10期間或之后的任何其它點上使用光學視覺系統(tǒng)?？梢詸z測出單元10任一部件中可以看得見的特性，例如每個印刷層的縱向和/或橫向疊合，在連續(xù)基片卷筒紙上印刷多個單元10時每個單元10之間的縱向和/或橫向疊合，每層的厚度，(無論是印刷還是預(yù)制)，每層的顏色，以及每層印刷的清晰度。
還可以用在線或離線測試過程來測試電致變色單元10中各部件的電性質(zhì)。例如，在組裝過程期間可以測試電致變色單元10任一層(諸如電極層14、電解質(zhì)層16、反電極層18、端子20和22和/或其它部件)的整體電阻或壓降。在組裝期間單獨和/或累積地測試每個部件，并把結(jié)果與已知容許范圍進行比較。
如果測試指示有一部件或一系列部件超過可接受的容許量，則可以把指示必須進行調(diào)節(jié)的信號送給印刷機的操作者，以對印刷機進行人工調(diào)節(jié)。另一方面，也可以自動地把指示信號反饋給計算機化的印刷機控制系統(tǒng)，以供自動調(diào)節(jié)以校正問題。如果有一部件或一系列部件超過了可接受的容許量，則也可以人工或自動地關(guān)閉印刷機。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例所生產(chǎn)單元10諸層的又一實施例的分解圖。單元10可以用于指示端子20和22上的相對壓降。圖3還示出了本發(fā)明的方法可使用多少種所印刷藝術(shù)品的不同形式。
圖3示出的單元10的實施例可以使用在需要定量指示端子20和22上相對壓降的任何應(yīng)用中。例如，可以檢測諸如干電池等EMF32(圖1)的充電狀態(tài)，其中EMF32的電極與端子20和22接觸。
當把諸如干電池等EMF32源連接到端子20和22上時，以單個區(qū)段的形式位于分壓器36上的電極層14以顏色變化的形式進行電化學反應(yīng)。對于圖3的藝術(shù)品配置，改變顏色的電極層14的段數(shù)與端子20和22上存在的電壓成正比。換句話說，改變顏色的段數(shù)越多，則存在于端子20與22上的電壓就越高。因此，電壓越高，改變顏色的段14的數(shù)量越多，則說明正被測試的干電池中保留有較高的電荷。
本實施例的單元10包含基片12，在其上印刷有這樣一些層，電極材料14、包含端子20和22的分壓器36，以及絕緣介電材料38。較佳地，基片12包含PVC膜，電極層14包含ITO油墨，分壓器36包含傳統(tǒng)的銀油墨，絕緣層38包含介電油墨。
還可以在單元10的實施例中選擇包括有底部基片34。基片34可以包含與前述實施例一起描述的任何材料。然而，在本實施例中，基片34較佳地至少包含一層PVC層，還可包含一些圖形油墨層和/或真空沉積金屬層，例如鋁。
在一個實施例中，基片34可在一層可收縮PVC膜上包含一層鋁真空沉積層以及粘接固定在該鋁層上的非收縮PVC膜?？梢园岩粚訅好粽辰觿┘拥脚c真空沉積鋁層相對的可收縮PVC表面上。壓敏粘接劑可以把單元10粘合到所希望的表面，例如標志顯示、干電池或手表的表面。較佳地，可以增加一層粘性處理紙，覆蓋住壓敏粘接劑。
根據(jù)單元10預(yù)期的特殊應(yīng)用，基片34可以有多種其它結(jié)構(gòu)。例如，PVC可以用其它適用于通過輪轉(zhuǎn)凹版印刷機的薄膜材料來代替。這些材料可以包括其它塑性材料、紙、金屬片、金屬箔、以及，其上合成物等可以沉積油墨或其它材料。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3所示的單元10的印刷層的具體特性，電極14、電解質(zhì)16、反電極18、介電38都可以組成單元10的材料，其厚度基本上如上所述。
分壓器36可以包含與上述端子20和22相同或相似的材料。在該較佳實施例中，分壓器36包含一層傳統(tǒng)的銀油墨，它提供良好的導(dǎo)電性，且并不助長腐蝕。分壓器36的厚度較佳地約在0.00635與0.01 27毫米(0.25與0.50密耳)之間。本實施例的分壓器36配置形成兩個與電極層14和反電極層18串聯(lián)的電阻(較佳地一個為固定電阻，一個為可變電阻)。最好是，把分壓器36的配置選擇成使之不會明顯導(dǎo)致電極材料14中電化學反應(yīng)的視覺障礙。
如上所述，為了適當?shù)仄鸬饺我环N電致變色單元的作用，其電解質(zhì)部件不僅能促使在其本身與陰極和陽極之間產(chǎn)生所希望的電化學反應(yīng)，而且還必須防止電極之間的短路。后一要求在用一個或多個柔性基片(例如層12和34)制造根據(jù)本發(fā)明的電致變色單元10的應(yīng)用中顯得特別重要，尤其當電解質(zhì)層16在其服務(wù)壽命過程中基本上呈粘彈性時(它至少是根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例)更是如此。因而，在制造、運輸、裝卸和使用期間，通常為凝膠狀和粘彈性的電解質(zhì)層16可能經(jīng)受顯著的局部收縮力，這將會引起電解質(zhì)層壓縮到使電極層14與反電極層18相接觸的地步，從而導(dǎo)致電致變色單元10短路，并且或許還會造成不可逆的損害。
因此，本發(fā)明還設(shè)計了一個阻止壓縮電解層16的裝置100。根據(jù)本發(fā)明，如圖4至圖7所示，這一裝置可以是與電解層分開的，和/或與電解層成一整體。
現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖4和圖5，電致變色單元10包含基片12、電極層14、電解質(zhì)層16和反電極層18，它們的成份和厚度與前面結(jié)合圖1和圖3討論的它們的相應(yīng)物一致。因此，將不再詳細描述這些部分的進一步細節(jié)，而僅描述其結(jié)構(gòu)、組成和/或功能與它們上述對應(yīng)物明顯不同的特征，或者為理解本發(fā)明所必須的內(nèi)容。
或許在圖7中可以最清楚地看出，在其最簡單的形式中，阻止壓縮電解質(zhì)層16的裝置100可以由并入到大部分電解質(zhì)本身內(nèi)的裝置構(gòu)成，并通過減少在外部所加力的影響下其流動和壓縮的能力來提高電解質(zhì)層的結(jié)構(gòu)強度。這一裝置可以包含任一種合適的散力材料(force distributing material)，例如纖維和/或特殊材料。一種特佳的材料是多種最小化的基本上球形的顆粒，這里簡稱為“球體”102，它可以單獨(如圖所示)或與其它特種材料和/或可以與電解質(zhì)材料16組合并沉積的纖維材料在組合一起或使用。球體102可以是實心的或空心的(如圖所示)。它們可以通過該技術(shù)領(lǐng)域已知的方法，由基本上剛性的材料(例如玻璃或可以形成不小于約50μm(更佳地小于約20μm，再佳地小于約10μm)的極小球體制得。用于本發(fā)明的適當?shù)那蝮w包括空心玻璃體，它由Potter Industries，Inc.of Parsippany，New Jersey制造。為確保球體在其沉積時在整個電解質(zhì)陣列材料中均勻分布，較佳地在進行沉積之前，把球體102與根據(jù)本發(fā)明配制的電解質(zhì)材料16(例圖上述解質(zhì)A和電解質(zhì)B之一或兩者)進行組合和混合。
由于它們的形狀態(tài)大體呈球形，而這種形狀固有特殊的受力分布和傳遞特性，所以球體102提供了阻止了單元10在正常制造、運輸、裝卸和使用時可能遇到的碰撞和其它機械震動的極佳的手段。并且，由于它們通常是平滑和圓形的外觀，能使粘彈性的電解質(zhì)材料以基本上連續(xù)的陣列包裹住球體102，故在單元10工作期間，球體不會造成材料阻礙電鍍劑離子(或洗滌劑離子)遷移。
另一方面，或者除了把阻止壓縮裝置并入到電解質(zhì)層16之外，阻止壓縮電解質(zhì)層的裝置100還可以至少包含一層抗壓縮力的材料104，它設(shè)置在電解質(zhì)層16與電極層14和反電極層18兩者之一之間或電解質(zhì)層16與這兩者之間。為了簡化說明和討論，下面只詳細描述在圖4-7中所示設(shè)置在電極層14與電解質(zhì)16之間的這樣一層104的情況。應(yīng)當理解，這種結(jié)構(gòu)同樣可適用于任一層可以設(shè)置在電解質(zhì)層16與反電極層之間，或電解質(zhì)層和插入其間的任何層與電極和/或反電極層之間的抗壓縮力材料層。
根據(jù)較佳實施例，層104較佳地至少包含一層諸如可印刷和可修復(fù)的介電油墨一類的覆蓋層材料，它可以用上述印刷裝置或方法中任一種在電解質(zhì)層16之前加到電極層14上。另一方面，也可以形成層104，然后在電解質(zhì)層16之前加到電極層14上。層104較佳的厚度為約從0.0127至0.254毫米(0.5至1.0密耳)，以使單元10的剖面最小，而不損害層104的抗力特性。
層104可以構(gòu)置成連續(xù)的規(guī)則的形狀(例如實心矩形)的結(jié)構(gòu)。然而，較佳地，層104為不連續(xù)的結(jié)構(gòu)。用于描述層104的術(shù)語“不連續(xù)”僅意味著層104在其區(qū)域邊界內(nèi)限定一個實際大小的間隔空間。這一間隔空間可以使電極層14流入到這一間隔空間，以便在組裝單元10時，使電解質(zhì)材料16充分地與電致變色層14接觸。
層104不連續(xù)的結(jié)構(gòu)可以是隨機的或不定形的形狀。然而，較佳地，不連續(xù)的結(jié)構(gòu)限定了可識別的圖案，在圖6示出了一個例子，它僅作為圖示說明而已，不能用來作為限制。在該圖中，不連續(xù)的結(jié)構(gòu)組成的圖案通常是由一個或多個小區(qū)106斷開的矩形結(jié)構(gòu)。小區(qū)106可以是多邊形的或曲線形的，大小可以是相同或者不相同。限定小區(qū)106的圖案不必一定要產(chǎn)生一個或多個閉合單元的結(jié)構(gòu)。即，不連續(xù)的結(jié)構(gòu)可以僅僅是材料的多個基本平行的排，這些排可以是直線的、曲線的、正弦曲線的、鋸齒形的、或者其它限定的或提供間隔空間的可識別圖案，通過它們，電解質(zhì)16可以流過去與電極層14接觸。
而且，為了提高層104的結(jié)構(gòu)強度，這一層也可以包括輔助壓縮強度提高材料，諸如纖維材料、特殊材料或多個大小、形狀態(tài)和功能與也并入到電解質(zhì)材料16中的球體102相同的球體108(圖7)，或者是這些材料的任何結(jié)合。
圖8以示意圖的形式示出了組裝圖3電致變色單元的裝置和方法。應(yīng)當理解，可以用相似的裝置和方法來組裝這里描述的其它電致變色單元10可以根據(jù)本發(fā)明所講授的原理構(gòu)成的這種相似的單元。把各層組裝和附加到基片12的較佳方法是印刷。并且，當用印刷來組裝單元10時，最佳的印刷工藝是在輪轉(zhuǎn)凹版印刷機中進行。
首先，要用電暈處理機組40內(nèi)的定位器24對基片12進行定位，電暈處理機體基片12的達因水平增加。雖然電暈處理是本發(fā)明的方法中較佳的步驟，但，它并不是生產(chǎn)功能單元10所必須的。
然后用至少一個電極印刷機26內(nèi)的定位器24對基片12進行定位，并在26內(nèi)把電極層14附加到基片12上。接著用至少一個分壓器印刷機42內(nèi)的定位器24對基片12進行定位，并在42中附加分上壓器36，以便與電極層14進行電聯(lián)系，而單元10就將如上所述進行工作。在分壓器36和介電材料38內(nèi)設(shè)置合適的開口36a和38a，以使電解質(zhì)層16與電極段14進行聯(lián)系。
分壓器36最好與每段的每一端上的電極段14接觸，以便使段14最靠近負端20，以在電化學反應(yīng)期間首先改變顏色。下一個最靠近正端22的每個后續(xù)段14也依次改變顏色，直到電化學反應(yīng)達到穩(wěn)定的狀態(tài)。對于這種結(jié)構(gòu)，隨著端子20和22上的壓降的增加，將有更多數(shù)量的段14改變顏色。相反，當壓降趨向于零時，將只有很少或沒有段14改變顏色。
這樣，如圖3所示的電致變色單元結(jié)構(gòu)就可以看作為一種可以定量確定EMF電壓的器件。相反，如沒有指定的諸如分壓器36的分壓器，則圖1所示的單元10的實施例(以及相似的單元結(jié)構(gòu))可以歸納成能對所施加的EMF電壓提供定性。例如，與刻度型標尺不同，電極層14可以這樣來印刷，以便當施加的EMF超過或者低于預(yù)定閾值時，顯示諸如“好”或“替換”等成簡單的信息。
接著由至少一個介電印刷機44內(nèi)的定位器24對基片12進行定位，并在44內(nèi)附加上介電38，以便使電致變色段14和分壓器36絕緣，以防止與反電極層18短路。如上所述，在介電38內(nèi)設(shè)置一個開口38a，它通常與分壓器36的開口36a對齊，以便允許電解質(zhì)層16與電致變色段14進行電聯(lián)系。在介電38上還設(shè)置一第二開口或切口38b，以允許分壓器36的分支36b與反電極18進行電聯(lián)系，而不使反電極18與電極段14短路。
接著，由至少一個電解質(zhì)印刷機28內(nèi)的定位器對基片12進行定位，并在28內(nèi)通過對齊的開口36a和38a，至少把一層電解質(zhì)層16附加到電極段14上，而不與分壓器層36接觸。最后，由至少一個反電極印刷機30內(nèi)的定位器24對基片12進行定位，并在30內(nèi)附加上反電極層18，以便與電解質(zhì)層16和分壓器36進行電聯(lián)系，而不與電致變色段14短路。
接著，如圖9所示，基片12可以選擇地定位在底部基片層敷貼器46內(nèi)，并可在其中把底部基片34敷貼到單元10上，較佳地敷貼到反電極18上。在本發(fā)明的至少一個實施例中，部件14、36、38、16和18被包裹在層疊基片12與底部基片34之間，同時穿過敷貼器46?；?4也可以在敷貼器46內(nèi)通過適于把基片34固定到單元10的任何手段敷貼到單元10上，而不影響單元10的功能或美觀特性。這種固定技術(shù)可以包括層疊、壓敏粘接等。
底部基片敷貼器46可以包含能把底部基片34定位和固定到單元10上的任何部件。圖9基本上表示能實現(xiàn)本發(fā)明目的的印刷機(諸如輪轉(zhuǎn)凹板印刷機)中可以看出，底部基片敷貼器46可以包含對齊層疊裝置50。對齊層疊裝置50主要用于把底部基片34與印刷的疊層基片12排成一列、對齊，并進行層疊。
對齊層疊裝置50可以包含把底部基片34固定到印刷在層疊基片12上的單元10上的任何手段。例如，只要達到單元10的功能和美觀目的，可以使用粘合層疊、熱封或其它固定手段。
底部基片敷貼器46起到下面的作用通過底過基片定位器54把底部基片34定位在對劑層疊裝置50中。在裝置50中，對齊底部基片50，如果必要，當基片12退出反電極印刷機緩30時，把它與印刷的單元10對齊。然后，把底部基片34固定到印刷單元10上。
對底部基片定位器54與對齊層疊裝置50之間的底部基片34上可選擇進行幾步附加的處理步驟。例如可以通過與層疊基片12的電暈處理中所用的相同的方法對底部基片34進行電暈處理。也可以在切槽裝置56中在基片34上沖壓或切出開口，以產(chǎn)生例如激勵單元10的開關(guān)機構(gòu)。此外，也可以把在線或離線重繞完成的單元以及檢查、包裝和運輸功能加到圖9實施例的方法和裝置中。
圖10示出了本發(fā)明兩個通道的實施例。該實施例可以生產(chǎn)任何合適用途的單元10，但較佳地，可以把這種構(gòu)造用于構(gòu)成包含單元10的干電池的標簽，當單元10被激勵時，指示電池的充電狀態(tài)。
圖10所示本實施例的第一通道示意性地表示為區(qū)域70?！暗谝煌ǖ馈笔菍?2進行處理的處理通道。構(gòu)成第一通道70的處理裝置通常包含層疊基片定位器24、電暈處理機40、可選彩畫油墨機組58、至少一個電極印刷機26、至少一個分壓印刷機42和至少一個介電印刷機44。
圖10所示實施例的第二通道示意性地表示為區(qū)域80、“第二通道”是處理基片34的處理通道。構(gòu)成第二通道80的處理裝置通常包含底部基片定位器54、電暈處理機40、至少一個絕緣油墨印刷機60、至少一個反電極印刷機30、切槽機56、供印刷例如上述的電解質(zhì)A的至少一個電解質(zhì)印刷機28。還可以選擇設(shè)置一個層疊粘接印刷機62，緊跟其后則可為至少一個電解質(zhì)印刷機28，以印刷例如上述的電解質(zhì)B。
為了合并第一和第二通道70和80，把第一通道70饋送到對齊層疊裝置50，與第二通道80排列、對齊和層疊。在裝置50中把通道70和80粘合在一起作為一個合成結(jié)構(gòu)。包含通道70和80的合成結(jié)構(gòu)較佳地在沖切機63、重繞機64、檢查和剪輯機組66和包裝和運輸機68內(nèi)進行附加處理。
第一和第二通道70和80可以同時或單獨組裝。當同時印刷時，第一和第二通道70和80在基本上并行的輪轉(zhuǎn)凹版或類似的印刷機內(nèi)進行印刷，在對齊層疊裝置50中排列印刷通道70，并與第二通道80精確地對齊，然后固定成為一個合成結(jié)構(gòu)。而且，雖然沒有圖示，但應(yīng)當理解，在包含發(fā)粘和非發(fā)粘電解質(zhì)(諸如電解質(zhì)A和B)的兩個或更多個通道結(jié)構(gòu)中，可以把電解質(zhì)之一，例如電解質(zhì)A敷貼到一個基片上，把另一個電解質(zhì)，例如電解質(zhì)B敷貼到另一個基片上。此后，在把諸基片進行對齊層疊時，可以面對面接觸的關(guān)系結(jié)合電解質(zhì)，形成組合的電解質(zhì)層，從而使印刷基片產(chǎn)生功能性電致變色單元。
當單獨印刷時，一般先印刷第一層疊基片通道70，并以輥軸或其它適于以后進一步處理的可儲存形式放置。當要層疊時，把包含第一通道70的輥軸安裝到對齊層疊裝置50中未圖示出的橫進給單元。在印刷第二通道80時，將第一通道70展開、排列，并與裝置50上的第二通道80對齊。然后把通道70和80彼此固定和定位，以便在可選的機組63、64、66和68上進一步處理成一個合成基片。
在兩個或多個通道結(jié)構(gòu)中，對單元10的成功結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的是，在于如此對齊和連接單個通道在一起，以使單元10的各功能部件彼此進行適當?shù)碾娐?lián)系，并把單元10的圖形層對齊，產(chǎn)生所希望的視覺效果。為此，較佳地在對齊層疊裝置50上通過自動和連續(xù)地自調(diào)節(jié)對齊和層疊處理把各通道完如此對齊并連一起。
在上述的電池測試標簽的兩個通道的結(jié)構(gòu)中，通常將第一通道70稍微伸縮一下，以適配第二通道80。在一個卷筒紙上印刷多個單元10的情況下，把第一通道電致變色單元部件的重復(fù)圖案構(gòu)筑成長度稍比第二通道80內(nèi)相應(yīng)單元的重復(fù)圖案短。第一和第二通道重復(fù)之間的差異可以大到第一通道的印刷層所允許的程度，只要第一通道70的伸縮將不引起基片12斷裂即可。例如，在印刷用作待并入至固定到電池標簽內(nèi)的電池測試器的電致變色單元時，重復(fù)的差異通常約為0.01英寸。因此，第一通道70必須按每次重復(fù)伸縮約0.01英寸，以使它可以與第二通道80的相應(yīng)重復(fù)一致，以形成單元10。
根據(jù)本發(fā)明的對齊層疊可以通過協(xié)作自動卷筒紙對齊控制裝置(未圖示)與對齊層疊裝置50協(xié)調(diào)工作時使用適當結(jié)構(gòu)和協(xié)作的自動卷筒紙張力控制裝置(未圖示)來實現(xiàn)，以生產(chǎn)兩個或多個通道的電致變色器件。一種典型的結(jié)構(gòu)可以包括型號為S-3000的卷筒紙對齊控制裝置和型號為S-2152的卷筒紙張力控制裝置，這兩個裝置都是The Bobst Group，Inc.of Roseland，New Jersey制造的。這樣一種系統(tǒng)可以用來在第一通道70從對齊層疊器上的橫進給單元上展開，并在第二通道退出輪轉(zhuǎn)凹版印刷機時與第二通道結(jié)合時，控制預(yù)印刷第一通道。另一方面，可以離線處理來進行對齊層疊，那里兩個通道70和80都預(yù)先進行了印刷和重繞。
自動對齊層疊處理的關(guān)鍵之處在于在生產(chǎn)期間連續(xù)監(jiān)視每個通道的應(yīng)力特性。第一通道70上不適當?shù)膽?yīng)力可能引起一旦結(jié)合在一起的通道70和80發(fā)生脫離或卷曲。例如在組裝電致變色電池測試標簽時，放置在第一通道70上的張力大小應(yīng)在每線性英寸(pli)材料約0.5磅與約1pli之間，較佳地約為1.0pli。
為了達到基本上實時的精度控制，較佳地對齊層疊裝置50還包含卷筒紙定位傳感裝置(未圖示)，以檢測第一和第二通道經(jīng)過對齊層疊裝置50時它們的某些物理性質(zhì)。該卷筒紙傳感裝置較佳地電連接到合適的系統(tǒng)控制設(shè)備上，例如微處理器(未圖示)，它連續(xù)地監(jiān)視卷筒紙傳感裝置，并根據(jù)從卷筒紙傳感裝置接收到的卷筒紙位置數(shù)據(jù)同時控制卷筒紙張力控制裝置和卷筒紙對齊控制裝置。卷筒紙張力控制裝置和卷筒紙對齊控制裝置可以適用于控制第一和第二通道70、80之一或兩者的相對張力和對齊性。
現(xiàn)在回到圖10所示的本發(fā)明兩個通道實施例的處理步驟，第一通道70通過以下步驟構(gòu)成借助定位器24第一次定位處在電暈處理機組40內(nèi)的基片12，并在那里進行電暈處理，提高基片12的達因水平。然后，把基片12定位在一個或多個可選用的彩畫油墨印刷機58內(nèi)，涂覆彩畫油墨。所涂的油墨可以是相同或不同顏色。彩畫油墨也可以在印刷機58內(nèi)涂覆，以在單元10的各層之間提供絕緣。
于是把基片12定位在至少一個電極印刷機26內(nèi)，然后再定位在前述的至少一個分壓印刷機42上。接著，把基片12定位在至少一個介電印刷機44內(nèi)，涂覆絕緣介電油墨38。在介電印刷機44上涂覆的介電的厚度可以在約0.00508與0.0381毫米(0.2與1.5密耳)之間，較佳地約為0.0254毫米(1.0密耳)。至此，完成了第一通道70，且如上所述，可者可使之卷繞到輥軸上，以便其后處理，或者送至對齊層疊裝置50。此后，基片12在至少一個電解質(zhì)印刷機28內(nèi)接收一個或多個電解質(zhì)材料涂層，例如電解質(zhì)A涂層。
第二通道80通過定位器54把定位底部基片34定位在電暈處理機組40內(nèi)來構(gòu)成。然后把基片34定位在電絕緣印刷機60內(nèi)，把彩畫油墨或其它合適的介電材料涂覆到基片34上，作為反電極18的絕緣體。在印刷機60內(nèi)涂覆的油墨的厚度可以在約0.00508與0.0254毫米(0.2與1.0密耳)之間，較佳地約為0.01778毫米(0.7密耳)。
然后如上所述，把基片34定位在至少一個反電極印刷機30上。接著，把基片34定位在切槽機組56內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)沖切或其它合適的高速裝置在印刷基片34上設(shè)置開口。此后，把基片34定位在至少一個電解質(zhì)印刷機28上，以涂覆電解質(zhì)材料，例如電解質(zhì)A。然后可以把基片34定位在可選用的粘接印刷機上，涂覆一層層疊粘接劑。較佳地，僅把粘接劑涂覆到基片34上那些在對齊層疊裝置50中把第一和第二通道70和80層疊在一起所必需的區(qū)域上。也即，粘接劑必須印刷成使它不影響單元10的功能或美觀特性，例如，它不應(yīng)印刷在有電解質(zhì)材料16的地方。最后，把基片34傳送給至少一個另外的電解質(zhì)印刷機28，并可在其中涂覆一層或多層電解質(zhì)材料，較佳地包含最后一層電解質(zhì)B。
通常，根據(jù)本發(fā)明方法的任何手段可以在電致變色器件的一層或多層上形成開口。例如，在上述的電池測試器內(nèi)形成開關(guān)器件時，如圖12所描述的，用切槽裝置56，對第二通道的印刷基片34切割出開關(guān)觸槽或開口48?？梢允褂弥T如沖切等任一種切割裝置，較佳地使用旋轉(zhuǎn)線內(nèi)沖切技術(shù)。圖12中開口48的形狀僅是對于諸如所需要開口的大小、切割開口方法的能力、相對于電致變色器件各層來說開口的位置以及器件的期望功能等因素來說是較佳的形狀。然而，應(yīng)當注意，對于單元10的作用來說并不需要開口。即，可以利用的所希開口的數(shù)量，根據(jù)構(gòu)成的特定電致變色器件所要求的特征和功能而定。
圖12的開關(guān)觸點開口48設(shè)置成可以使分壓器36的端子20和22與固定有單元10的干電池的正電極或負電極接觸。按下開口48中的層(通常為第一通道70的層)操作開關(guān)，這樣，端子20和22與干電池的電極接觸。然而開關(guān)操作的關(guān)鍵之處在于要把單元10的層適當?shù)貙R和排列，以使端子20和22能與電池端子進行電聯(lián)系。通過研究和實現(xiàn)這里揭示的本發(fā)明將會明白，除了開口48之外，切槽處理56還有其他用途。
圖11示出了本發(fā)明的又一個實施例。在該實施例中，僅在層疊基片12上印刷單元10的所有層。如圖10的實施例一樣，由層疊基片定位器24把基片12定位在電暈處理機40內(nèi)，隨后通過至少一個可選用的彩畫油墨印刷機58、至少一個電極印刷機26、至少一個分壓印刷機42和介電印刷機44。
然而，和前述第一通道70內(nèi)的重繞印刷基片12不同，代之以把基片12直接通過電解質(zhì)印刷機(組)28、反電極印刷機(組30)和圖案粘接機62?；旧吓c基片12印刷同時，由底部基片定位器54把底部基片34定位在電暈處理機組40內(nèi)，在切槽機組56內(nèi)進行切槽，然后在對齊層疊裝置50內(nèi)與印刷基片12精確對齊和層疊。
然后在沖切機63內(nèi)把組合結(jié)構(gòu)沖切成各個單元10。本實施例的優(yōu)點是印刷基片12與非涂覆基片34之間是否對齊不再與多通道結(jié)構(gòu)中一樣成為關(guān)鍵，這是因為油墨層不必進行對準，以滿足容許量。然后把單元10在重繞機64上重繞，在機組66、68上分別檢查包裝、運輸，所有這些過程可以是手動或自動處理。
還應(yīng)注意，在預(yù)期的實施例中，每個印刷機(除沉積發(fā)粘電解質(zhì)B油墨的電解質(zhì)印刷機之外)都可以包括油墨干燥裝置，把印刷卷筒紙在涂覆了每個印刷層之后通過該油墨干燥裝置。最好是蒸發(fā)出每層油墨中的有機溶劑和/或水，以防止油墨層起泡，有助于其后面各層能高質(zhì)量地沉積。本發(fā)明中使用的干燥油墨和溶劑的方法與這幾個因素有關(guān)，例如，施加給油墨的壓力、油墨的組份、在把下一層印刷到前一層上之前這種油墨或溶劑所需要的干燥時間等。當它通過干燥器時，干燥時間可能受到加熱和/或空氣流過油墨的影響。在大多數(shù)情況下，重要的是在涂覆后面的層之前，蒸發(fā)出油墨中的水。雖然該問題主要與水基油墨有關(guān)，但對于溶劑基油墨也是相當明顯的，它通常比水基油墨具有更好的干燥特性，但也可能在溶液中含有水，或者在印刷過程中引入結(jié)露。
在輪轉(zhuǎn)凹版印刷機的情況下，允許干燥油墨層的時間隨著印刷機組之間卷筒紙長度的增加而增加。按慣例，把每個印刷機的干燥器設(shè)置在該印刷機之上將增加該長度。干燥器包含一系列可調(diào)節(jié)的輥軸或調(diào)節(jié)輥，卷筒紙通過這些輥。把卷筒紙通過調(diào)節(jié)輥增加了印刷滾筒之間卷筒紙的距離。調(diào)節(jié)輥可以構(gòu)成使該距離達到所希望的任何長度。
此外，干燥器可以含有加熱元件(較佳地為紅外線元件)以及吹風機，它提高或減少干燥器內(nèi)的空氣混流。紅外線加熱元件是較佳的，這是因為紅外線對水基或溶劑基油墨都能很好地起作用。并且，混流吹入的空氣能更好地進行冷卻和干燥。
顯然，距離、時間、溫度和氣流等干燥變量的適當組合可以隨所要的結(jié)果中使用的油墨而在很大范圍內(nèi)作變化。
應(yīng)理解，前述的內(nèi)容僅為了說明各種產(chǎn)品、材料、裝置和方法，所有這些都有助于本發(fā)明，因而，可以把可靠的電致變色單元快速而低成本地印刷到柔性或剛性基片上，以生產(chǎn)這些不同的裝置(但不限于這些)，諸如圖形顯示、手表顯示以及電池電壓或充電狀態(tài)指示器。
本發(fā)明能以其它具體的形式來實施而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)屬性。因此，應(yīng)當參照所附的權(quán)利要求書而不是上述說明來指出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于電致變色單元的可印刷的電極油墨，其特征在于，所述電致變色油墨包含電鍍劑受體；溶劑；以及粘合劑。
2.如權(quán)利要求1所述的電極油墨，其特征在于，所述電鍍劑受體從下面選擇氧化銦錫、氧化錫、三氧化錫以及摻有氟化氫的氧化錫。
3.如權(quán)利要求1所述的電極油墨，其特征在于，所述溶劑從下面選擇正乙酸丙酯、乙醇和水。
4.如權(quán)利要求1所述的電極油墨，其特征在于，所述粘合劑從下面選擇聚氯乙烯、聚乙烯醇縮丁醛、丙烯酸和硝化纖維。
5.如權(quán)利要求1所述的電極油墨，其特征在于，所述電鍍劑受體的數(shù)量為從約20至80重量百分比，所述溶劑的數(shù)量為從約15至75重量百分比，所述粘合劑的數(shù)量為從約5至40重量百分比。
6.一種電致變色單元，其特征在于，包含權(quán)利要求77的電極油墨。
7.一種用于電致變色單元的可印刷的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述電解質(zhì)油墨包含電鍍劑；濕潤劑；溶劑；以及粘合劑。
8.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述電鍍劑從下面選擇WO3、MoO3、V2O5、Nb2O3和BiCl3。
9.如權(quán)利要求8所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述電鍍劑為BiCl3。
10.如權(quán)利要求8所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述電鍍劑包含約從0.2至1.0重量百分比的所述油墨。
11.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述濕潤劑為溴化鋰。
12.如權(quán)利要求11所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述濕潤劑包含約從4至10重量百分比的所述電解質(zhì)油墨。
13.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑從下面選擇醇、乙酸鹽、醇與乙酸鹽的混合物、甲酮和甲苯。
14.如權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述醇從下面選擇乙基、異丙基、正丙基和甲基醇，所述乙酸鹽從下面選擇乙基、異丙基、正丙基和甲基醇；而所述醇與乙酸鹽的混合物是乙醇與正乙酸丙酯的混合物。
15.如權(quán)利要求14所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑是乙醇和正乙酸丙酯的混合物。
16.如權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑包含約從10至60重量百分比的所述電解質(zhì)油墨。
17.如權(quán)利要求13所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑從下面選擇聚乙烯醇縮丁醛、聚氯乙烯、丙烯酸、硝化纖維以及氯乙烯共聚物。
18.如權(quán)利要求17所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑為聚乙烯醇縮丁醛。
19.如權(quán)利要求17所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑包含約從2至30重量百分比的所述電解質(zhì)油墨。
20.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑從下面選擇水、醇和含水醇溶液。
21.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑是水和異丙醇溶液。
22.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述溶劑包含約從15至50重量百分比的所述電解質(zhì)油墨。
23.如權(quán)利要求20所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑從下面選擇多聚糖、硝化纖維、羥乙基纖維、丙烯酸、乙烯基或氯乙烯共聚物。
24.如權(quán)利要求23所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑為多聚糖。
25.如權(quán)利要求23所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述粘合劑包含約從2至30重量百分比的所述電解質(zhì)油墨。
26.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，還包含濕潤劑。
27.如權(quán)利要求26所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述濕潤劑為氯化二銅。
28.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，還包含至少一個顏料。
29.如權(quán)利要求7所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，還包含在所述電解質(zhì)油墨配置成電致變色單元的一個部件時，阻止所述電解質(zhì)油墨壓縮的裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述阻止壓縮的裝置包含多個球體。
31.如權(quán)利要求30所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述球體由基本上剛性的材料制成。
32.如權(quán)利要求30所述的電解質(zhì)油墨，其特征在于，所述球體的直徑小于約50μm。
33.一種電致變色單元，其特征在于，包含權(quán)利要83的電解質(zhì)油墨。
34.一種電解質(zhì)材料配方，其特征在于，包含第一部分，包括作為電鍍劑的三氯化鉍；作為濕潤劑的溴化鋰；作為溶劑的乙醇與正乙酸丙酯；以及作為粘合劑的聚乙烯醇縮丁醛；以及第二部分，包括作為電鍍劑的三氯化鉍；作為濕潤劑的溴化鋰；作為溶劑的水和異丙醇溶液；以及作為粘合劑的多聚糖。
35.一種電解質(zhì)材料，其特征在于，包含基本上為非發(fā)粘的第一電解質(zhì)和發(fā)粘的第二電解質(zhì)。
36.一種電致變色單元，其特征在于，包含陽極；陰極；設(shè)置在所述陽極與陰極之間的電解質(zhì)；以及由所述電解質(zhì)承載的阻止壓縮所述電解質(zhì)的裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的電致變色單元，其特征在于，所述電解質(zhì)基本上是粘彈性的。
38.如權(quán)利要求36所述的電致變色單元，其特征在于，所述阻止壓縮的裝置包含多個并入到所述電解質(zhì)內(nèi)的球體。
39.如權(quán)利要求38所述的電致變色單元，其特征在于，所述球體由基本上剛性的材料制成。
40.如權(quán)利要求38所述的電致變色單元，其特征在于，所述球體的直徑小于約50μm。
41.一種電致變色單元，其特征在于，包含陽極；陰極；設(shè)置在所述陽極和陰極之間的電解質(zhì)；以及設(shè)置在所述電解質(zhì)與所述陽極和陰極中至少一個之間的阻止壓縮所述電解質(zhì)的裝置。
42.如權(quán)利要求41所述的電致變色單元，其特征在于，所述電解質(zhì)基本上是粘彈性的。
43.如權(quán)利要求41所述的電致變色單元，其特征在于，所述阻止壓縮的裝置包含至少一層抗壓縮力的材料。
44.如權(quán)利要求43所述的電致變色單元，其特征在于，所述抗壓縮力材料包含可印刷油墨。
45.如權(quán)利要求43所述的電致變色單元，其特征在于，所述抗壓縮力材料構(gòu)置成由至少一個間隔空間限定的不連續(xù)的結(jié)構(gòu)，以接收所述電解質(zhì)。
46.如權(quán)利要求43所述的電致變色材料，其特征在于，所述抗壓縮力材料包含輔助壓縮強度增強材料。
47.如權(quán)利要求46所述的電致變色材料，其特征在于，所述輔助壓縮強度增強材料包含多個引入到所述抗壓縮力材料內(nèi)的球體。
48.如權(quán)利要求47所述的電致變色單元，其特征在于，所述球體由基本上剛性的材料制成。
49.如權(quán)利要求473所述的電致變色單元，其特征在于，所述球體的直徑小于約50μm。
50.一種制造電子器件的方法，其特征在于，所述方法包含下列步驟(a)用第一可印刷油墨印刷第一基片表面，產(chǎn)生電子器件的第一部件；(b)用第二可印刷油墨印刷第二基片表面，產(chǎn)生電子器件的第二部件；以及(c)把所述第一和第二基片的所述印刷表面，面對面連接，使所述第一和第二部件產(chǎn)生功能電子器件。
51.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述第一和第二基片用所述柔性材料制成。
52.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，所述電子器件為電致變色電池測試器件。
53.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，還包含在高速印刷機內(nèi)進行印刷步驟(a)和印刷步驟(b)。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，其特征在于所述高速印刷機為輪轉(zhuǎn)凹版印刷機。
55.如權(quán)利要求50所述的方法，其特征在于，步驟(c)包含使所述第一第二基片同時通過層疊裝置，同時連續(xù)地監(jiān)視所述第一和第二基片中至少一個基片的至少一種特性，在所述監(jiān)視下，把所述第一和第二基片中的一個基片與所述第一和第二基片中另一個基片對齊，并按所希對劑合并所述第一和第二基片。
56.一種制造電子器件的裝置，其特征在于，所述裝置包含用第一可印刷油墨印刷第一基片的表面，以產(chǎn)生電子器件的第一部件的裝置；用第二可印刷油墨印刷第二基片表面，以產(chǎn)生電子器件的第二部件的裝置；以及把所述第一和第二基片的所述印刷表面，面對面連接，使所述第一和第二部件產(chǎn)生功能電子器件的裝置。
57.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述第一和第二基片用所述柔性材料制成。
58.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述電子器件為電致變色電池測試器件。
59.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，還包含在高速印刷機內(nèi)印刷第一基片的裝置和印刷第二基片的裝置)。
60.如權(quán)利要求59所述的裝置，其特征在于所述高速印刷機為輪轉(zhuǎn)凹版印刷機。
61.如權(quán)利要求56所述的裝置，其特征在于，所述連接所述印刷面的裝置包含層疊所述第一和第二基片的裝置。
62.如權(quán)利要求61所述的裝置，其特征在于，所述層疊裝置包含在所述基片通過所述層疊裝置時，基本上連續(xù)地監(jiān)視所述第一和第二基片中至少一個基片的至少一個特性的裝置、并響應(yīng)于所述監(jiān)視，把所述第一和第二基片中一個基片與所述第一和第二基片中另一個基片對齊的裝置，以及按所希對齊合并所述第一和第二基片的裝置。
全文摘要
制造電致變色單元的裝置和方法。在基片上通過高速印刷裝置印刷多種油墨的層。電致變色單元包含這些層電極(26)，電解質(zhì)(28)，和反電極(30)油墨，這些層都印刷在至少一個基片(54)上。當在電極與反電極層之間引入電壓差時，在電致變色單元中會產(chǎn)生電化學反應(yīng)。
文檔編號G02F1/161GK1515949SQ0215578
公開日2004年7月28日 申請日期1997年10月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月1日
發(fā)明者詹姆斯·H·沙克爾特三世, 菲利普·M·享利, 理查德·斯奈德, 羅伯特·安東尼, M 享利, 安東尼, 斯奈德, 詹姆斯 H 沙克爾特三世 申請人:斯坦恩貝斯Ibl有限公司