DE2739613A1

DE2739613A1 - Verfahren zum aussteuern einer elektrochromatischen anzeigevorrichtung und elektrochromatischen anzeigevorrichtung hierfuer

Info

Publication number: DE2739613A1
Application number: DE19772739613
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Hamada; Yasuhiko Inami; Hiroshi Nakauchi; Hisashi Uede
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1976-09-03
Filing date: 1977-09-02
Publication date: 1978-03-23
Also published as: JPS5331994A; JPS5922949B2; CH619552A5; DE2739613C2; US4217579A

Description

KRAUS & WEISEIRT PATENTANWÄLTE

OR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER ■ DR.-ING. ANNEKATE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMie IRMGARDSTRASSE 15 - D-BOOO MÜNCHEN 71 -TELEFON 089/797077-79 7O78 · TELEX OS-212158 kpet d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1618

SHARP KABUSHIKI KAISHA Osaka, Japan

Verfahren zum Atissteuern einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung und elektrochromatische Anzeigevorrichtung hierfür

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung, und zwar insbesondere ein Aus3teue.rungsverfahren für eine Anzeigevorrichtung (sog. elektrochromatische bzw. elektrochemische Anzeigevorrichtung , die nachstehend aus AbkUrzungsgrUnden als ECD bezeichnet ist), und weiterhin betrifft die Erfindung eine Anzeigevorrichtung hierfür, die zwei Substrate umfaßt, von denen wenigstens eines transparent ist, sowie entsprechende Elektroden,von denen wenigstens eine ebenfalls transparent ist und die jeweils auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Substrate vorgesehen sind, und eine Substanz (sog. elektrochromatische bzw. elektrochromische Substanz, die nachstehend abgekürzt als EC-Substanz bezeichnet ist), deren Eigenschaften zur Absorbierung von sichtbarem Licht sich reversibel in Abhängigkeit von der Spannung oder dem Strom, die bzw. der an diese Elektroden angelegt ist, verändern.

In neuerer Zeit ist der Anwendung von elektro chromatischen (electrochromic) Anzeigevorrichtungen (EDC), die bei niedriger Spannung betrieben bzw. mit niedriger Spannung ausgesteuert werden können, als Anzeigevorrichtungen speziell für batteriebetriebene, transportierbare elektronische Geräte, Einrichtungen und dergl. besondere Beachtung und besonderes Interesse zugewandt worden.

Als erstes sei nachstehend eine allgemeine Übersicht der ECD gegeben. Bei den ECD gibt es allgemein zwei bekannte Arten, d.h. eine Art, in der EC-Substanz von flüssiger Phase elektrochemisch oxydiert oder reduziert wird, um ein Reaktionsprodukt auf der Elektrode abzulagern, und die andere Art, in der EC-Substanz von fester Phase, die auf der Elektrodenoberfläche vorgesehen ist, zur Änderung ihrer Charakteristika der Absorption sichtbaren Lichts zum Zwecke der Anzeige oxydiert oder reduziert wird. Die letztere Art umfaßt z.B. ein System, bei dem ein Film von Übergangsmetalloxid, wie WO, (Wolframoxid), zusammen mit einem Elektrolyten angewandt wird und wie es in RCA review, 2§, 177(1975) von B.W.Faughnan et al beschrieben ist. 80 9812/06 75

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben bzw. Aussteuern einer ECD, welche das System der vorerwähnten Art anwendet. In Fig. 1 ist schematisch eine Darstellung gegeben, die den grundsätzlichen Aufbau einer derartigen ECD-Zelle veranschaulicht , die im einzelnen ein Paar gegenüberliegender Substrate 1 aus isolierendem Material umfaßt, sowie eine Anzeigeelektrode 2, die auf die innere Oberfläche eines der Substrate 1 aufgebracht ist, eine Gegenelektrode 3» die auf die innere Oberfläche des anderen der Substrate 1 in einer Position angebracht ist, in der sie sich benachbart einer Bezugselektrode 4 befindet; Abstandshalter 5» die zwischen den Substraten 1 vorgesehen sind, einen Elektrolyten 6, der in einem Raum zwischen den Substraten 1 aufgenommen ist, Filme 7 aus EC-Substanz, die auf den Elektroden 2 und 3 ausgebildet sind, und isolierende Filme 8, die auf der Anzeigeelektrode 2 ausgebildet sind, so daß sie den Film 7 aus EC-Substanz umgeben.

Wenn bei der Einrichtung nach Flg. 1 ein Stromfluß von der Gegenelektrode 3 zur Anzeigeelektrode 2 bewirkt wird, dann wird die ECD entsprechend dem Betrag der elektrischen Ladung, der zum Strömen gebracht worden ist (nachstehend als "Schreiben¹* bezeichnet), gefärbt, und wenn der gleiche Betrag an elektrischer Ladung in entgegengesetzter Richtung zur vorerwähnten Richtung zum Fließen gebracht wird, dann wird die ECD wieder in ihren ursprünglichen, nichtgefärbten Zustand zurückgebracht (nachstehend als "Löschen" bezeichnet). Wenn das Färben nicht in sehr hoher Intensität erfolgt, dann wird die Beziehung zwischen dem Transmissionsgrad T (λ ) bei einer gegebenen Wellenlänge und dem Ladungsbetrag <T , der pro Flächeneinheit geflossen ist, durch die folgende Gleichung repräsentiert:

-log T (λ ) = £ (X) - <r

worin der Wert B-(X) eine Wellenlängenabhängigkeit besitzt, die der EC-Substanz inhärent ist, und es wurde gefunden, daß

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dieser Wert gemäß der Messung, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgenommen wurde und bei der Wolframoxid WO^ als EC-Substanz benutzt worden ist, im folgenden Bereich liegt:

S (λ =590 nm) = 3O~4O (cm²/Coulomb)

In diesem Falle erklärt sich der Mechanismus des Färbens wie folgt:

WO₃ +^M⁺ + Xe" Μχ⁺ WO₃ βχ' M⁺ :,H⁺ . Li⁺ · Na⁺ K⁺ etc.

Es ist zu beachten, daß dann, wenn die einmal gefärbte ECD nachfolgend elektrisch von der Aussteuerungsschaltung abgeschaltet wird, wobei eine hohe Impedanz zwischen der Anzeigeelektrode und der Gegenelektrode 3 aufrechterhalten wird, der gefärbte Zustand von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen ohne Verbrauch an Energie aufrechterhalten werden kann. Die Vorteile der ECD können summarisch wie folgt angegeben werden:

(a) Die ECD hat einen außerordentlich weiten Betrachtungswinkel .

(b) Die ECD hat einen guten Kontrast, der nicht vom Betrachtungswinkel abhängt.

(c) Die ECD kann mit niedriger Spannung betrieben bzw. ausgesteuert werden (weniger als einige Volt). Es sei hier angemerkt, daß die Begriffe "aussteuern" und "betreiben" im Rahmen der vorliegenden Anmeldung synonym verwendet werden).

(d) Der gefärbte Zustand der ECD wird zwischen mehreren Stunden bis zu mehreren Tagen aufrechterhalten, selbst nach Wegnahme der aufgeprägten Spannung (Speichereffekt).

(e) In der ECD wird die Dichte der Färbung allein durch die Menge an elektrischer Ladung, die zum Fließen gebracht worden ist, bestimmt.

(f) In der ECD ist der Energieverbrauch proportional der Anzeigefläche und der Anzahl der Zyklen des Färbens und des Löschens der Farbe.

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Zum Aussteuern der ECD können die folgenden drei Verfahren angewandt werden:
(1) Konstantpotential-Aussteuerungsverfahren

In Fig. 2 ist der plus-Eingang eines Verstärkere 11 über die Anschlüsse U, an die eine Spannung eines festgesetzten Werts angelegt wird, mit Masse verbunden» während der minus-Eingang des Verstärkers 11 an die Bezugselektrode 4 der ECD angekoppelt ist, wobei der Ausgang des gleichen Verstärkers mit der Gegenelektrode 3 verbunden ist. Die Anzeigeelektrode 2 ist als Hehrzahl von Segmenten bzw. Abschnitten ausgebildet, von denen jeder durch einen Segmentwählschalter 12 mit Masse verbindbar 1st.Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn eine Mehrzahl von Anzeigeäektroden 2 ausgebildet ist, damit diese Elektroden in richtiger Weise zum Zwecke des Färbens für die Anzeige von Ziffern, Symbolen, Buchstaben etc. gefärbt werden können, jede dieser Anzeigeelektroden 2 hler als die Segmente bezeichnet wird. In Fig. 3 1st ein Beispiel eines Musters veranschaulicht, bei dem sieben Segmente a, b, c, d, e, f und g zum Anzeigen von Ziffern von Null bis Neun verwendet werden.

Bei dieser Anordnung wird die Spannung, welche der Gegenelektrode 3 aufgeprägt wird, so gesteuert, daß die Potentialdifferenz zwischen der Anzeigeäektrode 2 und der Bezugselektrode 4 gleich der eingestellten bzw. festgelegten Spannung an den Anschlüssen U wird. Im obigen Falle wird, wenn das Potential der Anzeigeelektrode 2 bezüglich der Bezugselektrode 4 auf einem vorbestimmten Wert E^ (niedriger als der Schwellwert, der durch E_-01 repräsentiert wird) gehalten wird, die Färbung der ECD begonnen, während die Farbe der ECSD gebleicht wird, wenn das Potential der Anzeigeelektrode 2 bezüglich der Bezugselektrode 4 auf dem vorbestimmten Wert E₀ gehalten wird, der höher als der erwähnte Wert E^. ist. In Fig. 2 wird, da die Anzeigeelektrode 2 mit Masse verbunden ist, das Potential der Anzeigeelektrode 2 bezüglich der Bezugselek«-

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trode 4 niedrig gemacht, wenn die Spannung an den Anschlüssen U positiv ist.

In Fig. 4 ist die Beziehung zwischen dem Gleichgewicht spot ent i al E der Anzeigeelektrode 2 und dem Absorptionsgrad A [der gleich -log (Lichttransmissionsgrad) ist] dargestellt.

Zum tatsächlichen Aussteuern der ECD ist es nicht praktisch, das Schreibpotential E_w auf das Gleichgewichtspotential E„, das der Färbungsdichte entspricht, festzusetzen, da eine übermäßig lange Zeitdauer erforderlich ist, bevor der Gleichgewichtszustand erreicht wird. Demgemäß wird das Potential zur Zeit des Schreibens auf einem Potential E (positiver als der Wert an den Anschlüssen U) aufrechterhalten, der niedriger als das Gleichgewichtspotential E ist, welches der gewünschten Färbungsdichte entspricht, während zur Zeit des Löschens das Potential auf einem Potential E_ (negativer als der Wert an den Anschlüssen U) aufrechterhalten wird, das höher als das Schwellwertpotential E^_n ist, und wenn die Färbungsdichte beim Fließen des Stroms die vorbestimmte Dichte erreicht hat, dann wird der Strom unterbrochen, wobei der Segmentwählschalter 12 zum Aufrechterhalten des Speicherzustands geöffnet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß dann, wenn der Segmentwählschalter 12 während des Aussteuerns offengehalten wird, der gefärbte Zustand oder der gebleichte Zustand so beibehalten wird, wie er ist, selbst wenn andere Segmente ausgesteuert werden. Es sei weiterhin darauf hingewiesen, daß es Jedoch in dieser Art der Anzeige unmöglich 1st, andere Segmente während des Färbens eines Segments zu löschen, so daß das Schreiben und Löschen zu unterschiedlichen Zeitphasen erfolgen muß.

Das Verfahren, das vorstehend erläutert worden ist, hat den Vorteil, daß die Zersetzung des Elektrolyts und die Verschlechterung der EC-Substanz oder der Elektroden dadurch

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verhindert werden können, daß man das Schreibpotential EL· und das Löschpotential E. so wählt, daß es in einem Potentialbereich liegt, in dem unerwünschte Nebenreaktionen nicht hervorgerufen werden. Im einzelnen werden bei der obigen Auswahl das Schreibpotential E_w und das Löschpotential E_e gemäß den folgenden Beziehungen gewählt: E . <EL· und E < E «t worin E₁ und E_2 die Potentiale sind, bei denen Nebenreaktionen verursacht werden. Wenn hingegen bei dem vorstehend erläuterten Verfahren das Potential an der Gegenelektrode nicht in der genannten Weise kontrolliert wird, dann werden Mängel, wie z.B. Zersetzung des Elektrolyts, Verschlechterung der Gegenelektrode 3, etc., aufgrund der Anwendung überschüssig hoher Spannung verursacht, wenn das Laden und Entladen nicht durch richtige Wahl des Reaktionssystems in der Gegenelektrode sanft bewirkt werden. Die Schwierigkeiten, wie sie vorstehend erläutert worden sind, können jedoch dadurch verhindert werden, daß man den Bereich der an die Gegenelektrode 3 anzulegenden Spannung durch Herabsetzung der Stromquellenspannung am Verstärker 11, etc. beschränkt. Zusätzlich ist es vom Gesichtspunkt des Schaltungsaufbaus erforderlich, eine Analogschaltung vorzusehen, die in der Lage ist, einen großen elektrischen Strom bis zu einem gewissen Ausmaß (mehrere Zehner an mA/cm der Anzeigefläche) zu liefern. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wählschalter 12 durch äquivalente Halbleiterschalter zum Zweck des elektronischen Umsehaltens bei dem Konstantpotential-Aussteuerungsverfahren der Fig. 2 oder in einem Konstantstrom-Aussteuerungsverfahren und einem Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren, wie sie nachstehend erläutert sind, ersetzt werden können.

(2) Konstantstrom-Aussteuerungsverfahren

Bei dem Konstantstrom-Aussteuerungsverfahren nach Fig. 5 ist die ECD an eine Konstantstromquelle 21 angekoppelt, und zwar über Kontakte W für das Schreiben, M für Speichern und E für Löschen, und über Kontaktgeber eines Umschalters 22,

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die wahlweise mit den entsprechenden Schreib- und Löschkontakten W und E nur während des Schreibens und Löschens verbunden werden können und die während des Speicherns abgeschaltet werden. Das vorstehende Schreibverfahren, in dem der Ladungsbetrag, der fließen soll, auf den gewünschten Betrag eingestellt wird, hat den Vorteil, daß die Färbungsdichte auf einen vorbestimmten Wert eingestellt werden kann, selbst wenn ein Spannungsabfall aufgrund des Widerstandes der Ableitungsteile der Elektrode oder einer Abweichung in den Charakteristika der EC-Substanz vorhanden ist. Zusätzlich ist es, wenn die Gegenelektrode 3 mit einer Konstantstromquelle, die für jedes der Segmente 2 vorgesehen ist, mit Masse verbunden ifu, möglich, einige der Segmente 2 zu färben, während andere Segmente gleichzeitig gelöscht werden.

Die Schaltung nach Fig. 5 kann so abgewandelt werden, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, nach der eine Konstantstromquelle angewandt wird, die in der Lage ist, einen Stromwert zu liefern, der in Abhängigkeit von der Anzahl der auszusteuernden Segmente (Anzeigefläche) variiert.

Nach Fig. 6 ist die ECD mit einer Konstantstromquelle 21· verbunden, deren Stromwert durch Signale η der Anzahl von ausgesteuerten Segmenten von einer Zählschaltung 23 für die Anzahl der ausgesteuerten Segmente gesteuert wird, und an diese Schaltung 23 werden Segmentsignale "Seg" angelegt, während jede der Anzeigeelektroden oder Segmente 2 durch den Segmentwählschalter 12', der mit der Eingangsseite der Zählschaltung 23 verbunden ist, mit Masse verbunden werden.

In der vorbeschriebenen Anordnung wird, wenn irgendein leichter Unterschied im Einstellen des Ladungsbetrags für das Schreiben und Löschen vorhanden ist, dieser Fehler bei jeder Wiederholung des Schreib- und Löschzyklus akkumuliert, wobei die Reaktion in einer Richtung abweicht. Mit anderen

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27 3 Ö 6 1 3

A\

Worten bedeutet das, daß dann, wenn der Ladungsbetrag für das Schreiben größer als für das Löschen ist, bewirkt wird, daß die Färbung bis zu einem solchen Ausmaß fortschreitet, daß das perfekte Löschen nicht bewirkt werden kann. Wenn im Gegensatz hierzu der Ladungsbetrag zum Löschen größer als derjenige für das Schreiben ist, dann wird bewirkt, daß der Strom selbst nach Vollendung des Löschens einfließt, was unvermeidbar zu unerwünschten Nebenreaktionen führt, wie z.B. Zersetzung des Elektrolyten, Verschlechterung der Elektroden, etc. Im obigen Falle wird, wenn die Nebenreaktion bei nahezu vollendetem Löschen beginnt stattzufinden, das Potential an der Anzeigeelektrode plötzlich erhöht, welche Tatsache dazu benutzt werden kann, den Bereich der Spannungsänderung an der Konstantstromquelle zu beschränken, so daß das Potential der Anzeigeelektrode nicht dasjenige Potential übersteigt, bei dem die Nebenreaktion stattzufinden beginnt, wodurch eine konsequente Unterdrückung derartiger Nebenreaktionen erreicht wird.

In den Fig. 7(a), 7(b) und 7(c) sind Ausführungsbeispiele von Schaltungsausführungen der Konstantstromquelle 21^f gezeigt. Nach Fig. 7(a) ist der Eingangsanschluß S über einen Widerstand R mit den Basen der Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden, deren Emitter miteinander und mit Masse verbunden sind, während die Kollektoren der Transistoren Tr 1 und Tr2 mit den Basen der Transistoren Tr3 bzw. Tr4 verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren Tr3 und Tr4, die miteinander verbunden sind, sind weiterhin an den Ausgangsanschluß I_QU+ angeschaltet, wobei +V_cc über eine Diode D1 an eine Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors ΤΠ und der Basis des Transistors Tr3 sowie außerdem an den Emitter des Transistors Tr3 angeschaltet ist, während -V_EE über eine Diode D2 mit einer Verbindungsstelle zwischen dem Kollektor des Transistors Tr2 und der Basis des Transistors Tr4 sowie außerdem mit dem Emitter des Transistors Tr4 verbunden ist. In der abgewandelten Schaltung nach Fig. 7(b) sind die Emitter der

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-Jf-

Al

Transistoren Tr1 und Tr2 nicht mehr an Masse gelegt, während der Eingangsanschluß S, der bei der Schaltung nach Fig. 7(a) mit den Basen der Transistoren ΤΠ und Tr2 verbunden ist, bei der Schaltung nach Fig. 7(b) über den V/iderstand R mit einer Verbindung zwischen den Emittern der Transistoren Tr1 und Tr2 verbunden ist, und die Basen der Transistoren Tr1 und Tr2 sind in Fig. 7(b) an Masse gelegt, wobei ein Widerstand Re weiterhin zwischen -Vgg und den Emitter des Transistors Tr4 eingefügt ist. Der übrige Aufbau der Schaltung der Fig. 7(b) ist der gleiche wie bei der Schaltung nach Fig. 7(a). In einer weiteren Abwandlung, die in Fig. 7(c) gezeigt ist, sind die Dioden D1 und D2 sowie der Widerstand Re, die in der Schaltung nach Fig. 7(b) angewandt werden, aus Vereinfachungsgründen weggelassen. In jeder der obigen Schaltungen der Fig.7(a) bis 7(c) wird der Strom, der proportional zum Stromfluß durch den Anschluß S ist, am Ausgangsanschluß I_out erhalten.

(3) Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren

Bei dem Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren gemäß Fig. 8 ist die Konstantstromquelle 21 gemäß den Fig. 5 und 6 durch eine Schrelb-Konstantspannungsquelle 31 und eine Lösch-Konstantspannungsquelle 32 ersetzt, die mit der Gegenelektrode 3 und außerdem über einen Umschalter 33 zum Umschalten zwischen dem Schreibkontakt W, dem Speicherkontakt M und dem Löschkontakt E mit der Anzeigeelektrode oder dem Segment 2 verbunden sind. Es sei darauf hingewiesen, daß hier die Schreibspannung Vw der Spannungsquelle 31 nicht notwendigerweise gleich der Löschspannung Ve der Spannungsquelle 32 gemacht zu werden braucht. Obwohl die Schreibspannungsquelle 31 und die Löschspannungsquelle 32 in der Anordnung nach Fig. 8 getrennt vorgesehen sind, kann der Schaltungsaufbau auch so abgewandelt sein, wie in Fig. 9 gezeigt ist, in der die niedrigere Spannung von einer Konstantspannungsquelle 3^ höherer Spannung durch geeignete Teilung mittels eines Widerstands erhalten wird, wobei die Polarität mittels des Umschal-

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ters 33^f gewechselt wird.

Im Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren, wie es oben erläutert ist, muß auch eine hohe Spannung aufgeprägt werden, wenn das Laden und Entladen an der Gegenelektrode 3 nicht glatt bzw. sanft bewirkt wird, so daß auf diese Weise die Möglichkeit von unerwünschten Nebenreaktionen vorhanden ist. Hingegen ist das Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren vorteilhaft, wenn ein geringer Leistungsverbrauch gefordert wird, wie es z.B. bei der Anwendung der ECD bei elektronischen Geräten, Einrichtungen oder dergl., die mit Batterien betrieben werden, der Fall ist, da der Schaltungsaufbau für die Durchführung des Konstantspannungs-AusSteuerungsverfahrens im Vergleich mit den Schaltungsanordnungen für die Durchführung der weiter oben erläuterten Konstantpotential- und Konstantstrom-Aussteuerungsverfahren bei höchster Benutzungsrate der Stromquellenenergie einfach ist.

Das Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahren hat jedoch den Nachteil, daß dann, wenn das gleiche Material als EC-Substanz, das für die Anzeigeelektrode angewandt wird, als Reaktionssubstanz an der Gegenelektrode verwendet wird, die Dichte des Färbens der Anzeigeelektrode 2 von der Dichte des Färbens der EC-Substanz an der Gegenelektrode 3 abhängt, selbst wenn die gleiche Aussteuerungsspannung angewandt wird.

Demgemäß ist es ein wesentliches Ziel der Erfindung, ein verbessertes Betreibungs- bzw. Aussteuerungsverfahren für elektrochromatische bzw. elektrochemische (electrochromic) Anzeigevorrichtungen (ECD) und eine elektrochromatische bzw. elektrochromische Anzeigevorrichtung hierfür zur Verfügung zu stellen, und zwar durch eine weitere Verbesserung des Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahrens.

Weiterhin soll mit der Erfindung ein Betreibungsbzw. Aussteuerungsverfahren von elektrochromatisehen Anzeige-

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vorrichtungen sowie eine elektrochromatische Anzeigevorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens der vorerwähnten Art zur Verfügung gestellt werden, die frei von Ungleichmäßigkeiten in der Dichte der Färbung für die Anzeige sind.

Außerdem wird mit der Erfindung ein Betreibungsbzw. Aussteuerungsverfahren von elektrochromatischen Anzeigevorrichtungen und eine elektrochromatische Anzeigevorrichtung hierfür von der oben erwähnten Art vorgeschlagen, die einen einfachen Schaltungsaufbau mit stabilem Funktionieren haben bzw. verwenden.

Schließlich wird mit der Erfindung ein Betreibungsbzw. Aussteuerungsverfahren von elektrochromatischen Anzeigevorrichtungen sowie eine elektrochromatische Anzeigevorrichtung hierfür von der oben erwähnten Art geschaffen, die eine niedrige Betriebs- bzw. Aussteuerungsspannung und einen geringen Leistungsverbrauch haben und die insbesondere als Anzeigevorrichtungen für transportable elektronische Geräte, Einrichtungen oder dergl. geeignet sind, welche mit Batterien betrieben werden.

Diese und andere Vorteile werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung erzielt, die eine elektrochromatische Anzeigezelle aufweist, welche eine Gegenelektrode und eine Hehrzahl von Anzeigeelektroden hat, sowie eine Konstantspannungsquelle, die über eine Schaltereinrichtung mit der elektrochromatischen Anzeigezelle in einer solchen Weise gekoppelt ist, daß die Anzeigeelektroden, die gefärbt werden sollen, auf dem gleichen Potential wie dem der Gegenelektrode gehalten werden, während den Anzeigeelektroden, die gelöscht werden sollen, eine vorbestimmte positive Spannung bezüglich der Gegenelektrode mittels dieser Anordnung eingeprägt wird; durch diese Anordnung, ein verbessertes Verfahren zum Betrei-

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ben bzw. Aussteuern einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung und die elektrochromatische Anzeigevorrichtung hierfür, ergibt sich eine gleichförmige Dichte der Färbung für die Anzeige in vorteilhafter Weise aufgrund eines einfachen Aufbaus.

Die vorstehenden sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden nachfolgend anhand eines in der Zeichnung im Prinzip dargestellten, besonders bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, die den grundsätzlichen Aufbau einer elektrochromatischen Anzeigezelle (ECD) veranschaulicht, auf den bereits Bezug genommen wurde und der in einer Aussteuerungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung angewandt wird;

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild, das einen Schaltungsaufbau für die Durchführung eines konventionellen Konstantpotential-Aussteuerungsverfahrens einer ECD zeigt, worauf bereits Bezug genommen wurde;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Aufbaus eines ECD-Segmentmusters, das bereits erwähnt worden ist, in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4 eine Kurvendarstellung, die die Beziehung zwischen dem Gleichgewichtspotential von Anzeigeelektroden und dem Absorptionsgrad zeigt;

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild, das den Schaltungsaufbau für die Durchführung eines konventionellen Konstantstrom-Aussteuerungsverfahrens einer ECD zeigt, worauf ebenfalls schon Bezug genommen wurde;

Fig. 6 ein Schaltbild, das ähnlich demjenigen der Fig. 5 ist, jedoch teilweise demgegenüber abgewandelt ist;

Fig. 7(a) bis 7(c) elektrische Schaltbilder, die Beispiele von konventionellen Konstantstromquellen veranschaulichen, wie sie in den Schaltungen der Fig. 5 und 6 angewandt werden können;

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Fig. 8 ein elektrisches Schaltbild, das einen Schaltungsaufbau für die Durchführung eines konventionellen Konstantspannungs-Aussteuerungsverfahrens einer ECD zeigt, worauf bereits Bezug genommen wurde;

Fig. 9 ein der Fig. 8 ähnliches Schaltbild, das jedoch teilweise abgewandelt ist;

Fig.10 ein elektrisches Schaltbild, das einen Schaltungsaufbau für die Durchführung eines Aussteuerungsverfahrens einer ECD gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und

Fig.11 eine Kurvendarstellung, welche die Beziehung zwischen den Potentialen an den jeweiligen Elektroden und dem Absorptionsgrad zeigt, wie sie sich gemäß dem Aussteuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung ergibt.

Bevor die Erfindung näher erläutert wird, sei darauf hingewiesen, daß gleichartige Teile in den verschiedenen Figuren der Zeichnung mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Zunächst wurde die ECD, die bei dem Betreibungsbzw. Aussteuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung angewandt worden ist, wie folgt hergestellt.

Auf einem Substrat, das aus Soda-Glas hergestellt

worden war, wurde In₉O, durch Elektronenstrahlverdampfung ab-

ο gelagert, und zwar bis zu einer Filmdicke von 2000 X, um auf dem Substrat einen transparenten, leitfähigen Film mit einem Oberflächenwiderstand von 20 Ohm/Flächeneinheit bzw. cm auszubilden, und danach wurde WO- als EC-Substanz weiterhin durch thermische Verdampfung unter den Ablagerungsbedingungen einer Substrattemperatur von 35O⁰C, einer Filmdicke von 5000 Ä, eine Ablagerungsgeschwindigkeit von 10 8/sec und einem Druck von 5 x 10 Torr (O₂ Leck) abgelagert. WO, wurde über die gesamte Oberfläche des Substrats für die Gegenelektrode 3 abgelagert, während eine Maskenablagerung nur in dem

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Segmentteil bzw. den Segmentbereichen des Substrats für die Anzeigeelektrode 2 durchgeführt wurde, bei der In₂O* weiterhin durch das bekannte Photo-Ätzverfahren in Segmente unterteilt wurde, und zwar mit einer Lösung, die durch Lösen von FeCl, in HCl hergestellt worden war, als Ätzlösung für In₂O,. Nachfolgend wurde Epoxyharz auf die Ableitungsteile der Segmente zu Schutzzwecken mittels Siebdruck aufgebracht. Das Substrat für die Gegenelektrode 3 und das Substrat für die Anzeigeelektrode 2, die in der vorbestimmten Weise präpariert worden waren, wurden durch Abstandshalter aus 1 mm quadratischem Glasstab miteinander verbunden bzw. aneinander gebunden» wobei der Elektrolyt in dem Raum zwischen den Elektroden 3 und 2 eingeschlossen wurde. Der angewandte Elektrolyt wurde durch Mischen von BaSO^ für einen weißen Hintergrund in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 mit einer Lösung hergestellt, die ihrerseits durch Auflösen von LiClO^ in Cellosolve-acetat (CH, COOCp HaOC₂Hc) (die Bezeichnung wird im Handel benutzt und das Cellosolve-acetat wird von der UCC Company of U.S. A. hergestellt) in einer Konzentration von 1,0 Mol/l erhalten wurde, woraufhin die sich ergebende Mischung zu einer pastenartigen Form geknetet wurde. Im obigen Falle besteht der Grund für die Anwendung des weißen Hintergrunds darin, daß die Färbung der Gegenelektrode 3 von der Seite der Anzeigeelektrode 2 unsichtbar gemacht werden soll, und weiterhin darin» das Kontrastverhältnis zu verbessern, wenn das Schreiben mit dem gleichen Ladungsbetrag durchgeführt wird. Um aktuell ein gewisses Kontrastverhältnis zu erzielen, beträgt das Verhältnis der erforderlichen Ladungsdichte pro Einheit an Anzeigefläche zwischen Transmissions- bzw. Durchlaßtyp, spiegelnd reflektierendem Typ und diffus reflektierendem Typ jeweils 1:0,5:0,3 0,4, wobei das Kontrastverhältnis als das Verhältnis der Lichtdurchlässigkeit oder -reflexion zwischen dem Sichbefinden im gefärbten Zustand und im farbgelöschten Zustand definiert ist. Aus den obigen Ausführungen läßt sich erkennen, daß der diffusiv bzw. zerstreuend reflektierende Typ

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dem Durchlaßtyp oder dem spiegelnd reflektierenden Typ überlegen ist. Es sei hier darauf hingewiesen, daß im Falle des diffusiv bzw. zerstreuend reflektierenden Typs das Kontrastverhältnis in Abhängigkeit von der Beschaffenheit bzw. Eigenschaft der diffusiven bzw. zerstreuenden Reflexionsoberfläche verändert wird.

Es sei nun auf Fig. 10 Bezug genommen, in der eine Schaltung zum Ausführen des Betreibungs- bzw. Aussteuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, womit die ECD-Zelle, die in der oben beschriebenen Weise präpariert worden war, betrieben bzw. ausgesteuert wird. Gemäß Fig. 10 ist der negative Anschluß der Konstantspannungsquelle 3^¹ mit der Gegenelektrode 3 und dem Schreibkontakt W verbunden, während der positive Anschluß der gleichen Konstantspannungsquelle 3^' an die Segmente 2 angekoppelt ist, die durch die Segmentwählschalter 33" ausgewählt werden, von denen jeder zwischen dem Löschkontakt E und dem Schreibkontakt W umschaltbar ist. Das Aussteuerungsverfahren der Erfindung, das mit dem Schaltungsaufbau nach Fig. 10 durchgeführt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß eine vorbestimmte positive Spannung V der Konstantspannungsquelle 34· an die nichtgewählten Segmente angelegt wird, um diese im farbgelöschten Zustand zu halten, während die Gegenelektrode im geeignet bzw. richtig gefärbten Zustand gehalten wird. Danach wird das Segment, wenn der Umschalter 33" für das Segment, an dem ein Schreiben ausgeführt werden soll, umgeschaltet wird, so daß das einzelne bzw. jeweilige Segment das gleiche Potential wie die Gegenelektrode 3 erhält, schnell mit der gleichen Dichte,wie es diejenige in der Gegenelektrode 3 ist, gefärbt. In diesem Fall kann, wenn die Fläche der Gegenelektrode 3 mehrere Male so groß wie die Anzeigefläche der Segmente gemacht wird, der Unterschied der Färbungsdichte aufgrund der Anzahl der gewählten Segmente vernachlässigt werden. Es sei hier darauf hingewiesen, daß selbst dann, wenn die Löschspannung V kontinuierlich an den nichtgewählten Segmenten anliegt, der Leistungs-

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verbrauch trivial bzw. unbedeutend ist, weil der Reststromfluß sehr klein ist, nachdem das Löschen vollständig stattgefunden hat. Dieser Reststrom ist angenommenerweise von einen solchen Ausmaß, daß er die Entfärbung der Gegenelektrode 3 aufgrund von Leckstrom und restlichem Sauerstoff etc. in dem Elektrolyten kompensiert.

Es sei nun außerdem auf Fig. 11 Bezug genommen, in der die Beziehung zwischen dem Absorptionsgrad und den Gleich* gewichtspotentialen an den jeweiligen Elektroden veranschaulicht ist. In Fig. 11 wird das Schwellwertpotential durch E_th repräsentiert, das Potential der Gegenelektrode durch E , die Potentiale der Segmente in den gefärbten und gelöschten Zuständen durch E_ßin bzw. E_aus und die Spannung von der Konstantspannungsquelle durch V. Aufgrund der Untersuchungen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführt worden sind, wurde gefunden, daß die Spannung V, die für die Konstantspannungsquelle geeignet ist, im Bereich von 2 bis 3 V liegt, wobei die Ansprechzeiten sowohl für das Schreiben als auch für das Löschen geringer als 300 msec und das Kontrastverhältnis größer als 5:1 waren. Eine Abschätzung bzw. Bestimmung der Lebensdauer im Rahmen der Untersuchungen für die vorliegende Erfindung wurde laufend fortgesetzt und ist inzwischen bei mehr als 10 Zyklen angelangt. Inzwischen wurde außerdem im Rahmen der obigen Untersuchungen gefunden, daß der Reststrom nach dem Vollenden des Löschens bei 2,5 V weniger als 10/uA/cm betrug. Es sei hier darauf hingewiesen, daß das Kontrastverhältnis, das früher bereits erwähnt wurde, das Verhältnis der integrierten Intensität von diffusivem bzw. zerstreutem Reflexionslicht im gefärbten Zustand zu demjenigen im nichtgefärbten Zustand repräsentiert, wenn monochromatisches Licht von 590 nm senkrecht auf die Oberfläche der Anzeigeelektrode einfällt.

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Es sei weiterhin hier darauf hingewiesen, daß das Aussteuerungsverfahren nach der vorliegenden Erfindung, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 erläutert worden ist, äquivalent der Tatsache ist, daß man bei dem Konstantspannungsaussteuerungsverfahren, das unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert worden ist, die Schreibspannung zu Null macht, und durch diese Anordnung kann die Anzahl der Segmentumschalter herabgesetzt werden, wobei nur eine Konstantspannungsquelle erforderlich ist, während die Dichte der Färbung vorteilhafterweise gleichförmig gemacht wird, so daß auf diese Weise eine bemerkenswerte Wirkung durch einen einfachen Aufbau und ein einfaches Verfahren erzielt wird. Weiterhin kann gemäß dem Aussteuerungsverfahren nach der Erfindung sowie gemäß der erfindungsgemäßen Anzeigevorrichtung hierfür leicht ein stabiler Betrieb der ECD durch die vereinfachte Konstantspannungs-Aussteuerungs- bzw. -Betriebsschaltung erzielt werden.

Kurz zusammengefaßt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben bzw. Aussteuern einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung und eine elektroChromatisehe Anzeigevorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die eine elektroChromatisehe Anzeigezelle umfaßt, welche eine Gegenelektrode und eine Mehrzahl von Anzeigeelektroden aufweist, sowie eine Konstantspannungsquelle, die durch eine Schaltereinrichtung an die elektroChromatisehe Anzeigezelle in einer solchen Weise angekoppelt ist, daß die zu färbenden Anzeigeelektroden auf dem gleichen Potential wie demjenigen der Gegenelektrode gehalten werden, während den zu löschenden Anzeigeelektroden eine vorbestimmte positive Spannung bezüglich der Gegenelektrode eingeprägt bzw. aufgeprägt wird.

Ende der Beschreibung.

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Leerseife

Claims

PATENTANWÄLTE DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER· DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPU-ING. FACHRICHTUNG CHEMIC IRMGARDSTRASSE 1B · D-SOOO MÜNCHEN 71 · TELEFON Ο89/7Θ7Ο77-79 7O78 · TELEX OS-9121B6 kpatd TELEGRAMM KRAUSPATENT 1618 Patentansprüche

1.J Verfahren zum Betreiben bzw. Aussteuern einer elektrochromatischen Anzeigevorrichtung, die eine elektrochromatische Anzeigezelle umfaßt, welche eine Gegenelektrode und eine Hehrzahl von Anzeigeelektroden aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von den erwähnten Anzeigeelektroden diejenigen Anzeigeelektroden, die gefärbt werden sollen, auf dem gleichen Potential wie das der Gegenelektrode gehalten werden, und daß an diejenigen von den erwähnten Anzeigeelektroden, die gelöscht werden sollen, eine mit Bezug auf die Gegenelektrode positive Spannung angelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß die Fläche der Gegenelektrode mehrmals so groß wie die Anzeigefläche der Anzeigeelektroden gemacht ist bzw. wird.

3. Elektrochromatische Anzeigevorrichtung» insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, die eine elektrochromatische Anzeigezelle umfaßt, welche ein· Gegenelektrode und eine Mehrzahl von Anzeigeelektroden hat, sowie eine Konstantspannungsquelle, die durch eine Schaltereinrichtung an die elektrochromatische Anzeigezelle angekoppelt 1st, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsquelle (34*) durch die Schaltereinrichtung (33") in einer solchen Weise an die elektrochromatische Anzeigezelle angekoppelt ist, daß diejenigen von den erwähnten Anzeigeelektroden (2), die gefärbt werden sollen» auf dem gleichen Potential wie das der Gegenelektrode (3) gehalten werden, wobei denjenigen von den erwähnten Anzeigeelektroden

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(2), die gelöscht werden sollen, eine mit Bezug auf die Gegenelektrode (3) vorbestimmte positive Spannung eingeprägt ist.

4. ElektroChromatisehe Anzeigevorrichtung, insbesondere nach Anspruch 3, die eine elektrochromatische Anzeigezelle umfaßt, welche eine Gegenelektrode und eine in eine Mehrzahl von Anzeigesegmenten unterteilte Anzeigeelektrode hat, sowie eine Betriebs- bzw. Aussteuerungsschaltung, die eine Konstantspannungsquelle zum Betreiben bzw. Aussteuern der elektrochromatischen Anzeigezelle aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Konstantspannungsquelle (34') mit bzw. an ihrem negativen Anschluß mit der Gegenelektrode (3) und außerdem mit einem Schreibkontakt (W) der Schaltereinrichtung (33^W) verbunden ist, während der positive Anschluß der Konstantspannungsquelle (34·) an die auszuwählenden Anzeigesegmente (2) durch einen Löschkontakt (E) und den bzw. einen Kontaktgeber der Schaltereinrichtung (33") zum wahlweisen Aufrechterhalten der zu färbenden Anzeigesegmente auf dem gleichen Potential wie das der Gegenelektrode (3) angekoppelt ist, und daß an die zu löschenden Anzeigesegmente eine mit Bezug auf die Gegenelektrode (3) vorbestimmte positive Spannung von der Konstantspannungsquelle (34*) angelegt wird bzw. 1st.

5. Elektrochromatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinrichtung (33") ein, vorzugsweise mechanischer, Umschalter 1st.

6. Elektrochromatische Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltereinrichtung (33ⁿ) ein elektronischer Schalter, insbesondere ein Halbleiterschalter, ist.

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