JP2003021848A - 表示素子 - Google Patents

表示素子

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JP2003021848A
JP2003021848A JP2001206105A JP2001206105A JP2003021848A JP 2003021848 A JP2003021848 A JP 2003021848A JP 2001206105 A JP2001206105 A JP 2001206105A JP 2001206105 A JP2001206105 A JP 2001206105A JP 2003021848 A JP2003021848 A JP 2003021848A
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display element
electrodes
insulator
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English (en)
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Kenji Shinozaki
研二 篠崎
Hiroyuki Mihashi
裕之 三橋
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Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロストークがなく、表示がシャープである
低エネルギー駆動の表示素子を提供すること。 【解決手段】 電気化学的な還元若しくは酸化により析
出若しくは溶解若しくは変色する塩化ビスマス、AgI
等の着色用物質を含む高分子固体電解質層5が透明画素
電極2と対向電極6との間に配置され、少なくとも透明
画素電極2が少なくとも画素部17を除いて絶縁物14
bによって覆われている表示素子18。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電気化学的
な還元又は酸化によって析出若しくは溶解若しくは変色
する材料を表示材料とする表示素子に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、ネットワークの普及につれ、これ
まで印刷物の形状で配布されていた文書類がいわゆる電
子書類で配信されるようになってきた。更に、書籍や雑
誌等もいわゆる電子出版の形で提供される場合が多くな
りつつある。
【0003】そして、これらの情報を閲覧するために従
来行なわれているのは、ブラウン管ディスプレイ(Cath
ode Ray Tube:CRT)又は液晶ディスプレイ(Liquid Cr
ystal Display:LCD)から情報を読むことである。しか
し、これらの発光型のディスプレイでは、長時間見続け
ると、人間工学的理由から人体の疲労が著しくなり、長
時間の読書には耐えられないことが指摘されている。
又、読む場所がディスプレイのあるコンピュータの設置
場所付近に限られるという難点がある。
【0004】最近、ノート型コンピュータの普及で携帯
型のディスプレイとして使えるものもあるが、やはり発
光型のディスプレイであることに加えて消費電力の関係
で、これも数時間以上の読書に用いることはできない。
【0005】更に、近年、反射型液晶ディスプレイも開
発されており、これを用いれば低消費電力で駆動するこ
とができるが、液晶の無表示(白色表示)における反射
率は30%程度であり、これでは紙への印刷物に比べて
著しく視認性が悪くて疲労が生じ易く、これも長時間の
読書に耐えるものではない。
【0006】そこで、これらの問題点を解決するため
に、最近、いわゆるペーパーライクディスプレイ或いは
電子ペーパーと呼ばれるものが開発されつつある。これ
らは主に、電気泳動法により着色粒子を電極間で移動さ
せるか、又は二色性を有する粒子を電場で回転させるこ
とにより着色させている。しかし、これらの方法では粒
子間の隙間が光を吸収してしまい、その結果コントラス
トが悪くなり、又駆動する電圧を100V以上にしなけ
れば実用上の書き込み速度(1秒以内)が得られないと
いう難点がある。
【0007】次に、エレクトロクロミックディスプレイ
(Electrochromic Display:ECD)は、コントラストの
高さという点では上記の方式に比べて優れており、既に
調光ガラスや時計用のディスプレイに実用化されてい
る。
【0008】従来の構成においては、電子ペーパーのよ
うなディスプレイ用途に適用するにはマトリクス駆動が
必要であるが、例えば電気化学反応を利用したディスプ
レイの場合は駆動にエネルギーが多大に必要なために、
従来の方式では単純マトリクス駆動ができず、アクティ
ブマトリクス駆動をせざるを得ず、表示装置が高価なも
のにならざるを得なかった。従って、単純マトリクス駆
動を可能にする方式の装置が強く求められていた。
【0009】
【発明に至る経過】そこで、本発明者は、単純マトリク
スだけで発色可能な表示素子としてイオン伝導型の表示
素子を見出した。
【0010】この表示素子の構造及び機能は下記のよう
なものである。
【0011】即ち、電位を選択した電極交差領域におけ
る電界エネルギーによってイオンが一方の電極側へ移動
して、着色用物質の還元又は酸化反応により、イオン化
された状態から着色用物質が析出(還元)し、また溶解
(酸化)する。
【0012】この析出金属により、入射光の反射光がそ
の金属色と背景色との十分なコントラストで基板61の
側から所定パターンに観察される。この結果、発色と消
色とを繰り返す可逆的反応により、所望の反射型の素子
が可能となる。但し、入射光は透過光として基板67の
側から観察できる透過型とすることもできる(以下、同
様)。
【0013】この場合、イオン伝導には、例えば高分子
固体電解質として金属イオン含有のポリビニルアルコー
ル等が、金属イオンには塩化ビスマス等が好適に用いら
れる。
【0014】このイオン伝導型の表示素子によって、従
来の表示素子の抱えていた問題が解決され、表示素子を
電子ペーパーに使用可能な程度にまで薄くできるだけで
なく、単純マトリクス駆動条件下においても駆動可能と
なる。
【0015】次に、上記のイオン伝導型の表示素子の構
造の一例を説明する。
【0016】図12及び図13に示すように、ガラス基
板などの透明支持体61上に、ITO(Indium Tin Oxi
de)膜からなる透明画素電極62が蒸着、スパッタリン
グ後のパターニングによって形成される。そして、この
透明画素電極62からなる各画素部57が透明支持体6
1上にドット状又はマトリクス状に配列されている。
【0017】また、透明支持体61上に高分子固体電解
質層65が形成される。先ず、高分子固体電解質層65
のマトリクス(母材)用高分子となる合成樹脂と電解質
を構成する材料とが混合され、更に着色材として白色粒
子が分散されて、溶液が調製される。そして、この高分
子固体電解質の溶液が塗布される。
【0018】その後、予め共通電極66が形成された支
持体67が、対向電極66の側で高分子固体電解質の溶
液を透明画素電極62付きの透明支持体61との間に挟
持するように貼り合わせられ、この状態で乾燥、ゲル化
して高分子固体電解質65を有し、マトリクス電極21
を構成した表示素子68が完成する。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】次に、図12及び13
に示すように、このイオン伝導型の表示素子68を使用
して、支持体67上の任意の対向電極66の側から電界
の作用下で、発色用の金属イオンを対向する透明画素電
極62の画素部57に向かって高分子固体電解質65
(イオン伝導体)中を拡散、移動(泳動)させ、透明画
素電極62上にて還元して金属を析出させる。この場
合、イオンの拡散範囲Aは、電極66−62間の等電位
面をほぼ直交する方向であって有効な移動を可能とする
範囲であって、近似的に電極66からほぼ45度の角度
θで拡がるものとする(以下、同様)。
【0020】しかし、両電極66と62において、例え
ばX2電極と対向するY2電極との双方の電極をONに
し、これらの交差部に電界(電位差)を生じさせると、
電極66間のピッチ等の条件によっては、電極X2−Y2
間のイオン拡散範囲(メッシュ状の実線で表す。)と、
隣接した電極X1−Y2間のイオン拡散範囲(破線で表
す。)とが一部重複し、隣接する画素部57同士が混色
し、クロストーク部分69が生じて、シャープな表示が
困難となる。また、例えばX1電極−Y2電極間に電界が
存在している場合に、この画素部がX2電極側からのイ
オンの拡散で幾分着色してしまうこともある。
【0021】本発明は、上記のような実情に鑑みてなさ
れたものであって、その目的は、画素への着色効率が良
好であり、クロストークのないシャープな表示が可能で
あり、かつ低エネルギーで単純マトリクス駆動が可能な
表示素子を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、電気化
学的な還元若しくは酸化により析出若しくは溶解若しく
は変色する着色用物質と、電解質とが、第一電極と第二
電極との間に配置され、これらの電極の少なくとも一方
の電極が少なくとも画素領域を除いて絶縁物によって覆
われている表示素子に係るものである。
【0023】本発明は又、電気化学的な還元若しくは酸
化により析出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質
と、高分子固体電解質とが、第一電極と第二電極との間
に配置されている表示素子において、隣接し合う前記第
一電極における実効電極面間の距離をL、前記第二電極
面と前記第一電極における前記実効電極面との間の距離
をGとすると、 L≧2G の関係が成り立つ表示素子に係るものである。
【0024】本発明によれば、少なくとも一方の電極が
少なくとも画素領域を除いて絶縁物によって覆われてお
り、又隣接し合う第一電極における実効電極面間距離L
が第二電極と第一電極における実効電極面との距離Gの
2倍以上あるために、それぞれの第一電極側から第二電
極側に向かって拡散移動するイオンが第二電極側の画素
領域以外に拡散しようとしても、この拡散を上記絶縁物
によって効果的に阻止でき、或いは隣接する画素へのイ
オンの侵入を効果的に防止できることになる。従って、
所望の画素の着色を十分に行えると共に、イオンの拡散
範囲が画素間で相互に重複せず、また着色すべきでない
画素の着色もなくなり、クロストークがなく、色のにじ
み(又は混色)もない高品質で明確な表示が得られる。
【0025】しかも、第一電極と第二電極との間におい
て着色用物質の電気化学的な還元、酸化によって選択的
に着色、消色させ、これを高分子電解質が促進し、また
イオンを運ぶ作用をなすため、着色及び消色が低エネル
ギーでも迅速かつ十分に行われ、コントラスト及び着色
濃度(例えば黒色濃度)を高くし、長時間使用した場合で
もメモリー効果によって褪色等の問題が発生せず、また
アクティブマトリクス駆動は勿論のこと単純マトリクス
駆動も可能となる。
【0026】
【発明の実施の形態】本発明においては、電気化学的な
還元若しくは酸化により析出若しくは溶解若しくは変色
する着色用物質と、高分子固体電解質とが、第一電極と
第二電極との間に配置され、これらの電極の少なくとも
一方の電極が少なくとも画素領域を除いて絶縁物によっ
て覆われている表示素子において、クロストーク現象を
確実に防止するためには、少なくとも前記第二電極側の
一部が絶縁物によって覆われる場合に、隣接し合う前記
第一電極における実効電極面間の距離をL、前記第二電
極側の前記絶縁物の厚さをt、前記第二電極面と前記第
一電極における前記実効電極面との間の距離をGとする
と、 L≧G或いはL≧G−t の関係が成り立つのが望ましい。但し、Lが余りにも大
きくなると、画素間の距離が大きくなりすぎて画素密度
が低下するので、L≦3G、更にはL≦2.5Gとする
のが望ましい。
【0027】又、電気化学的な還元若しくは酸化により
析出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、高分
子固体電解質とが、第一電極と第二電極との間に配置さ
れ、これらの電極の少なくとも一方の電極が少なくとも
画素領域を除いて絶縁物によって覆われている表示素子
において、クロストーク現象を確実に防止するために
は、少なくとも前記第二電極側が少なくとも画素領域を
除いて前記絶縁物によって覆われており、前記第一電極
側における実効電極面幅をb、前記第二電極における画
素の周囲に存在する前記絶縁物の外側端間の距離をl、
前記絶縁物の厚さをt、前記第二電極面と前記第一電極
における前記実効電極面との間の距離をGとすると、マ
トリクス配置にした場合、前記第一及び第二の電極はピ
ッチが等しくなければならないから、 l−a=L+b、即ちl=L+a+b とする必要がある。
【0028】又、隣接し合う第一電極における実効電極
面間の距離をL、前記第二電極面と前記第一電極におけ
る実効電極面間との距離をGとするとL≧2Gとすべき
であるが、Lが余りにも大きくなると、画素間の距離が
大きくなりすぎて画素密度が低下するので、L≦3G、
更にはL≦2.5Gとするのが望ましい。
【0029】又、前記絶縁物がSiO2等の酸化ケイ素
又は樹脂からなるのが望ましい。
【0030】又、例えばマトリクス状電極の形成のため
に、前記第一及び第二の電極が、それぞれ所定の基板上
に所定の間隔を置いて形成され、これらの第一及び第二
の電極が電解質を介して互いに対向配置されるのが望ま
しい。
【0031】この場合、表示をシャープにするために、
電極面に対して垂直方向から見た時に、少なくとも前記
第一及び第二の電極の交差部分以外が前記絶縁物で覆わ
れているのが望ましい。
【0032】そして、画素領域の確保のために、前記第
一及び第二の電極がストライプ状であり、これらのスト
ライプ状電極において前記絶縁物を形成していない領域
の大きさが互いに等しいか或いは異なるのが望ましい。
【0033】又、画素領域の確保のために、前記第一の
電極が所定の基板上に周期的に配列された画素電極とし
て形成され、対向する前記第二の電極において、画素に
対応する部分以外が前記絶縁物で覆われているのが望ま
しい。
【0034】この場合、効果的な画素領域の確保のため
に、前記絶縁物で覆われていない前記第二の電極の面積
が、画素としての前記第一電極の実効電極面積よりも大
きいのが望ましい。
【0035】又、電気化学的な還元若しくは酸化により
析出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、電解
質とが、第一電極と第二電極との間に配置され、これら
の電極の少なくとも一方の電極が前記着色用物質の連続
した層で覆われる場合、表示をシャープにするために、
この着色用物質層が前記電解質と接触する状態で、前記
少なくとも一方の電極が少なくとも画素領域を除いて絶
縁物によって覆われているのが望ましい。
【0036】この場合、マトリクス状電極の形成のため
に、前記絶縁物で覆われていない前記着色用物質層の部
分が所定間隔を置いて形成され、所定間隔を置いて形成
された対向電極と交差しているのが望ましい。
【0037】又、着色濃度やコントラストを高めるため
に、前記着色用物質が金属イオン又はエレクトロクロミ
ズム材料であるのが望ましい。
【0038】この金属イオンは、銀、ビスマス、クロ
ム、鉄、ニッケル及びカドミウム等からなる群より選ば
れた少なくとも一種の陽イオンであるのが望ましい。
【0039】この場合、前記エレクトロクロミズム材料
が前記第一及び第二の電極の少なくとも一方の面上に連
続する層として形成されてよい。
【0040】そして、このエレクトロクロミズム材料
は、酸化タングステン、スピネル化合物、ビオロゲン化
合物及び電気活性を有する高分子材料等からなる群より
選ばれた少なくとも一種からなるのが望ましい。
【0041】この電気活性を有する高分子材料は、ポリ
ピロール、ポリアズレン、ポリチオフェン及びポリアニ
リン等からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる
のが望ましい。
【0042】又、表示素子の形成のために、前記第二の
電極の側が表示パターンを形成するように構成するのが
望ましい。
【0043】この場合、アクティブマトリクス駆動のた
めに、前記第一の電極が、同一基板上に設けられた駆動
トランジスタに接続されているのが望ましい。
【0044】以下に、本発明の好ましい実施の形態を図
面の参照下に説明する。
【0045】まず、図1(1)に示す表示素子18は、
透明画素電極2及び対向電極6のそれぞれの電極面の所
定の位置に絶縁膜14a、14bを設けたものである。
【0046】ガラス基板などの透明支持体1上に、IT
O膜からなる透明画素電極2を画素部17毎に形成す
る。この透明画素電極(ITO膜)2は蒸着又はスパッ
タリング等の物理的成膜及びフォトエッチングによって
形成する。そして、各画素部17は透明支持体1上にド
ット状(又はマトリクス状)に配列する。
【0047】透明支持体1の材質としては、石英ガラス
板、白板ガラス板等の透明ガラス基板を用いることが可
能であるが、これに限定されず、ポリエチレンナフタレ
ート、ポリエチレンテレフタレート等のエステル類、ポ
リアミド、ポリカーボネート、酢酸セルロース等のセル
ロースエステル類、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラ
フルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等のフッ
素ポリマー類、ポリオキシメチレン等のポリエーテル
類、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、メチルペンテンポリマー等のポリオレフ
ィン類、及びポリイミドアミドやポリエーテルイミド等
のポリイミド類等を例として挙げることができる。
【0048】そして、これらの合成樹脂を透明支持体1
として用いる場合には、容易に曲がらないような剛性基
板にすることも可能であるが、可撓性を持ったフィルム
状の構造体とすることも可能である。
【0049】又、透明画素電極2の材質としては、In
23とSnO2との混合物であるITO、SnO2、In
23、MgO又はZnO等をスパッタ法や真空蒸着法等
で成膜してなる膜を用いることが好ましい。又、これら
の膜にSnやSbをドーピングしたものでもよい。
【0050】さらに、透明画素電極2においては、幅、
厚さ、隣接する透明画素電極2との間隔等は、所定の効
果が有れば、自由にしてよい。
【0051】次に、このドット状(又はストライプ状)
の透明画素電極(例えばITO膜)2の上に、TEOS
(ケイ酸エチルSi(OC254:Tetra-Ethoxyortho
-Silicate)とO2とを使用したプラズマCVD法等、更
にはパターニングにより、所定パターンの絶縁膜14b
(SiO2)を200nmの厚さに成膜する。
【0052】なお、絶縁膜14bの材質、幅、厚さ、形
成方法、長さ、隣接する絶縁膜14bとの間隔等は、所
定の効果が有れば、自由にしてよい。
【0053】次に、絶縁膜14bの形成された透明支持
体1上に、電解質を含むポリマーの溶液を所定厚みに塗
布し、しかる後に、対向電極6及び絶縁膜14aを有す
る支持体7を被せ、この状態で乾燥して高分子固体電解
質層5を形成する。
【0054】ここで、高分子電解質となるポリマー分子
を予め適切な非水溶媒(有機溶媒等)に溶解させて用い
る。その際に、適用可能な有機溶媒は特別なものではな
く、例えば汎用電池溶媒として公知となっているもので
あってよい。
【0055】こうした汎用電池溶媒としては、例えばエ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレ
ンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカー
ボネート、エチルメチルカーボネート、酢酸メチル、酢
酸エチル、プロピオン酸エチル、ジメチルスルホキシ
ド、γ−ブチロラクトン、ジメトキシエタン、ジエトキ
シエタン、テトラヒドロフラン、ホルムアミド、ジメチ
ルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセ
トアミド、アセトニトリル、プロピオニトリル、メチル
ピロリドン等の非プロトン性非水溶媒が適当である。
【0056】又、上記の溶媒の選択においては、表示素
子の作製環境下において、例えば揮発性の高い材料を用
いて表示素子を作製する時に減圧又は加温することによ
って溶媒を除去することができる。或いは、一部の溶媒
を内部に残して表示素子を作製してもよい。
【0057】そして、高分子電解質を形成するためのポ
リマーとしては、骨格ユニットがそれぞれ−〔(C
2mO−〕n−、−〔(CH2mN〕n−、又は−
〔(CH2mS−〕n−で表される、ポリエチレンオキ
サイド等のポリアルキレンオキサイド、ポリエチレンイ
ミン等のポリアルキレンイミン、ポリエチレンスルフィ
ド等のポリアルキレンスルフィドの各ポリマー、又はこ
れらを主鎖構造として枝分かれした高分子材料のポリマ
ー、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリアクリロ
ニトリル、ポリビニルアルコールの各ポリマー、及びこ
れらの混合物からなる群より選ばれた少なくとも1種を
使用できる。
【0058】又、上記の汎用電池溶媒に溶解させる、電
気化学的な析出と溶出とによって発色と消色とを行うこ
とのできる着色用物質としての金属イオン(電解質)の
材質としては、特に限定されるのもではないが、ビスマ
ス、銅、銀、リチウム、鉄、クロム、ニッケル、カドミ
ウム等の各金属イオン又はこれらの組み合わせからなる
金属イオン等を例示することができる。特に好ましい金
属イオンはビスマスイオン、銀イオンである。ビスマス
や銀が好適である理由は、例えば可逆的な反応(発色と
消色とを繰り返す反応)を容易に進めることができ、か
つ析出時の変色度が高く、電析後のメモリー効果(表示
色の保持)が良好であるためである。
【0059】さらにこの着色用物質としては、硝酸銀、
ホウフッ化銀、ハロゲン化銀(AgIなど)、過塩素酸
銀、シアン化銀及びチオシアン化銀等から選ばれた少な
くとも1種からなる銀塩を用いるのがよい。
【0060】こうした銀塩類の他に、着色用物質を安定
化させるために、四級アンモニウムハライド(ハロゲン
はF、Cl、Br、I等)、アルカリ金属ハライド(L
iCl、LiBr、Lil、NaCl、NaBr、Na
I等)、シアン化アルカリ金属塩及びチオシアン化アル
カリ金属塩(いずれもアルカリ金属はNa、Li、Kな
ど)等から選ばれた少なくとも1種からなる支持電解質
を溶解させるのがよい。
【0061】その他の支持電解質として、LiBF4
LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3等のリチウム
塩や、KCl、KI、KBr等のカリウム塩や、ホウフ
ッ化テトラエチルアンモニウム、過塩素酸テトラエチル
アンモニウム、ホウフッ化テトラブチルアンモニウム、
過塩素酸テトラブチルアンモニウム、テトラブチルアン
モニウムハライド等のテトラアルキルアンモニウム塩を
挙げることができる。なお、これらのテトラアルキルア
ンモニウム塩のアルキル鎖長は互いに異なっていてもよ
い。
【0062】次に、高分子固体電解質層5を形成する際
には、高分子化合物の加工性を良くするために所定量の
可塑剤を加えるのが好ましい。そして、好ましい可塑剤
としては、例えばポリマーが親水性の場合には、水、エ
チルアルコール、イソプロピルアルコールおよびこれら
の混合物が好ましく、また疎水性の場合には、エチレン
カーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、エチルメチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、
アセトニトリル、プロピオニトリル、スルホラン、ジメ
トキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラ
ン、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、ホ
ルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムア
ミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、
n−メチルピロリドン等(特に非プロトン性溶媒)、お
よびこれ等の混合物からなる群より選ばれた少なくとも
1種が挙げられる。
【0063】又、高分子固体電解質層5には、コントラ
ストを向上させるために着色剤が添加される。前述のよ
うに、金属イオンの発色が黒色の場合には、背景色とし
ては白色の隠蔽性の高い材料が添加される。このような
材料として、例えば、白色布、白色紙、着色用の白色粒
子等が用いられ、例えば着色用の白色粒子としては二酸
化チタン、炭酸カルシウム、二酸化珪素(シリカ)、酸
化マグネシウム、酸化アルミニウム等からなる群より選
ばれた少なくとも1種を使用することができる。又、着
色のための色素を用いることもできる。
【0064】この着色剤の混合割合としては、無機粒子
による場合、約1〜20重量(wt)%が好ましく、よ
り好ましくは約1〜10wt%であり、さらに好ましく
は約5〜10wt%である。
【0065】二酸化チタン等の無機の白色粒子は、高分
子材料への溶解性がなくて分散するだけであるために、
混合する割合が増えると無機粒子が凝集してしまい、光
学濃度が不均一になってしまうからである。又、無機粒
子はイオン導電性がないため、混合割合の増加は高分子
電解質の導電性の低下を招いてしまう。そこで、両者を
考慮すると、混合割合の上限はおよそ20wt%とする
のがよい。
【0066】又、着色剤として色素を用いる場合には、
その混合量は10wt%でもよい。これは、色素の発色
効率が無機粒子に比べてはるかに高いためである。従っ
て、電気化学的に安定した色素であれば、少ない量でも
コントラストを出すことができる。通常は、色素として
油溶性染料が好ましい。
【0067】また、無機粒子を着色剤として混合する場
合、高分子固体電解質層5の膜厚は20μm〜200μ
mであることが好ましく、より好ましくは50μm〜1
50μmであり、さらに好ましくは70μm〜150μ
mである。
【0068】これは、高分子固体電解質層5の膜厚が薄
い方が電極間の抵抗が小さくなるために、発色及び消色
時間の低減や消費電力の低下につながり、好ましいから
である。しかし、20μm未満になると、機械的強度が
低下してピンホールや亀裂が生じ易くなり、またあまり
に薄い場合には、白色粒子の混合量が少なくなるため
に、白色性(コントラスト)が十分でなくなる。
【0069】次に、高分子固体電解質層5を形成するポ
リマー溶液の作成と並行して、ポリエチレンテレフタレ
ートフィルムなどからなる支持体7上に、所要の膜厚の
パラジウム膜等からなる対向電極6をスパッタリング等
の物理的成膜法によって形成する。
【0070】この対向電極6は、電気化学的に安定な金
属であれば何でもよいが、白金、クロム、アルミニウ
ム、コバルト、パラジウム等によって形成されるのが好
ましく、支持体7上に良導体としてスパッタ法や真空蒸
着法で成膜することができる。
【0071】なお、対向電極6の幅、厚さ、隣接する対
向電極6との間隔等は、所定の効果が有れば、自由にし
てよい。
【0072】又、主反応に用いる金属を予め或いは随時
十分に補うことができれば、カーボンを対向電極6に使
用することも可能である。このためのカーボンは例えば
金属電極上に担持させてよいが、この方法として、例え
ば樹脂を用いてインク化したカーボン塗料を基板面に印
刷する方法がある。このようにカーボンを使用すること
によって、対向電極6の低価格化を図れる。
【0073】又、対向電極6に十分な剛性がある場合に
は、支持体7を設けなくともよい。次に、支持体7の材
質は、必ずしも透明である必要はなく、対向電極6や高
分子固体電解質層5を確実に保持できる基板やフィルム
等を用いることができる。
【0074】例示すると、石英ガラス板、白板ガラス板
等のガラス基板、セラミック基板、紙基板、木材基板等
を用いることが可能であるが、これに限定されず、合成
樹脂基板を使用可能であり、これには、ポリエチレンナ
フタレート、ポリエチレンテレフタレート等のエステル
類、ポリアミド、ポリカーボネート、酢酸セルロース等
のセルロースエステル類、ポリフッ化ビニリデン、ポリ
テトラフルオロエチレン−コヘキサフルオロプロピレン
等のフッ素ポリマー類、ポリオキシメチレン等のポリエ
ーテル類、ポリアセタール、ポリスチレン、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、メチルペンテンポリマー等のポリ
オレフィン類、及びポリイミド−アミドやポリエーテル
イミド等のポリイミド類を挙げることができる。
【0075】ドット状(又はストライプ状)の対向電極
6の所定の位置に、TEOS(ケイ酸エチルSi(OC
254:Tetra-Ethoxyortho-Silicate)とO2とを使用
したプラズマCVD法等及びパターニングにより、所定
形状の絶縁膜14a(SiO 2)を200nm厚に成膜
した。
【0076】次に、透明支持体1に塗布したポリマー溶
液上から支持体7を被せて、この支持体7と透明支持体
1との間に両電極6及び2に接して高分子電解質のポリ
マー溶液を挟持する。
【0077】この際、高分子電解質のポリマー溶液を挟
持する各電極間を所定距離(ギャップ)に確保すること
が必要である。このためには、例えばポリマー溶液中
に、予め素子の強度維持のために任意の粒径又は長さを
持つロッド状の補強材等を混入し(或いは支持体1上に
載置し)、これをスペーサとして使用してもよい。
【0078】或いは、例えば不織布や紙等からなるスペ
ーサ等を挟持することによって電極間にギャップを確保
して、高分子電解質のポリマー溶液をこの不織布や紙等
からなるスペーサーに染み込ませることによって、各電
極間の最適な距離を確保することもできる。
【0079】次に、対向電極6側がポリマー溶液に接す
るように、支持体7を透明支持体1上に重ね、ポリマー
溶液を両支持体7−1間に挟持した状態とする。
【0080】次に、この状態で加熱、乾燥等の処理によ
って、溶媒を蒸発させてポリマー溶液を硬化させ、高分
子固体電解質層5を支持体7と透明支持体1との間に形
成する。
【0081】なお、上記のポリマー分子(又は線状高分
子化合物)間を互いに化学結合させて、三次元網状構造
の高分子化合物とするために、架橋剤を用いてもよい。
この架橋剤の使用法としては、例えば予め構成モノマー
分子(単量体)に混合して重合反応と同時に架橋反応を
起こさせてもよい。
【0082】こうした架橋剤には、ジビニルベンゼン、
1,5−ヘキサジエン−3−イン、ヘキサトリエン、ジ
ビニルエーテル、ジビニルスルホン等のジビニル化合
物、フタル酸アリル、2,6−ジアクリルフェノール、
ジアリルカルビノール等のジアリル化合物等がある。
【0083】架橋剤はイオン的機構による架橋や、縮合
反応、付加反応によるものであってよい。縮合反応によ
るものとしては、アルデヒド、ジアルデヒド、尿素誘導
体、グリコール、ジカルボン酸、モノ及びジアミン等が
用いられ、付加反応によるものとしてジイソシアナー
ト、ビスエポキシ化合物、ビスエチレンイミン化合物等
が用いられる。
【0084】次に、本発明の好ましい実施の形態を具体
的に例示する。
【0085】例1 本例の表示素子18によれば、図1に示すように、透明
画素電極2及び対向電極6の双方の電極上の所定位置に
SiO2からなる絶縁膜14b、14aが配置されてい
る。
【0086】そして、この表示素子18の透明画素電極
2において、絶縁膜14bによって覆われた部分は、電
解質である上記金属イオンと透明画素電極2との間での
電子の授受が遮断されるために、高分子固体電解質層5
に含有される金属イオンの電析が生じず、着色表示され
ない(以下、同様)。従って、イオンの拡散範囲Aは、
実質的に絶縁膜14bの内側に規制され、画素部17の
みに金属が析出(着色)することになる。
【0087】絶縁膜14bの設置パターンは、開口部
(画素部17)が透明画素電極2と対向電極6とが重な
る部分に存在するように、二次元的に周期配列するもの
とする。又、電極の重なった部分の面積や形状と画素部
17の面積及び形状とが同じでなくてよく、概して後者
を大きくする。そして、電極の幅自体は、絶縁膜の開口
部より大きくし、その電気抵抗を低減しておくのがよ
い。
【0088】透明画素電極2上に、絶縁膜14bを設け
る目的は、開口部(画素部17)以外を着色しないよう
にし、画素部17間のクロストーク現象や色のにじみを
防ぐことにある。また、対向電極6上に絶縁膜14aを
設けるのは、図4にも明示するように、対向電極6を幅
広にして電気抵抗を小さくすること(導電性の確保)
と、イオン拡散範囲Aの規制のためである。
【0089】次に、例えば、透明画素電極2の電極面2
2と対向電極6における実効電極面23との間の距離
(但し、対向電極6の電極面上に絶縁膜14aがある時
は、イオンの拡散が生じる絶縁膜14aの開口部上端面
を実効電極面とする。)をG、隣接し合う対向電極6に
おける実効電極面間の距離をL、透明画素電極2におけ
る画素部17の周囲に存在する絶縁物14bの外側端間
の距離をl、透明画素電極2の電極面上の絶縁膜14b
の厚さをt、透明画素電極2の電極面上の絶縁膜14b
の幅(長さ)をa、対向電極6側における実効電極面2
3の幅をbとする(以下の他の例においても同様)。
【0090】なお、透明画素電極2面上の絶縁膜14b
の長さaは限りなくゼロに近い値であれば画素領域の確
保には望ましいが、最終的にこの長さaは表示素子の画
素数によって決めてよい。
【0091】又、透明画素電極2面上の絶縁膜14bの
厚さtについては、実際には絶縁膜14bが微細な形成
工程を経て形成されるために、図1に示すように、厚さ
tは均一ではなく、絶縁膜14bの角部や断面形状が様
々なものとなる可能性がある。ここでは、この厚さtに
関する後述の各式は実質的には、設計上の関数とし、実
際にはそれと近似するものとする。
【0092】又、対向電極6の実効電極面と透明画素電
極2の電極面との間で透明画素電極2側へ拡散するイオ
ンは、透明画素電極2の画素部17に向かってほぼ45
度の角度範囲内で拡散移動(泳動)する。実際のイオン
の拡散範囲は45度を超える領域にも及ぶことがある
が、これは極端に少ないものであるから、イオンの拡散
範囲はほぼ45度以内とする(以下の他の例においても
同様とする)。
【0093】そして、絶縁膜14b、14aが透明画素
電極2と対向電極6とにそれぞれ設けられた場合に、図
1(1)に示すように、例えば隣接し合う対向電極6上
のイオン拡散範囲Aが互いに重複しない(クロストーク
が生じない)ように対向電極6を配置して、イオンの拡
散領域の重複によって生じるクロストーク現象を防止で
きるようにしている。
【0094】そして、この表示素子18においては、透
明画素電極2面に設けられ且つ絶縁膜14bによって区
切られた画素部17全域に無駄無くイオンが拡散し、析
出(着色)することから、表示効率のよい理想的な画素
部17の状態となる。
【0095】次に、図1(2)に示すように、絶縁膜1
4b、14aが透明画素電極2と対向電極6とにそれぞ
れ設けられ且つ対向電極6が互いに接近しすぎている場
合、隣接し合う対向電極6における実効電極面間の距離
LはL<G−tであれば、隣接する対向電極6上のイオ
ン拡散領域が一方から他方へ一部侵入することになり、
これを透明画素電極2側の絶縁膜14bによって防ぎき
れなくなり、クロストーク現象や色のにじみ(又は混
色)(以下、クロストーク現象等と称する。)が生じ
る。
【0096】従って、これを防止するには、L≧G−t
とすべきである。理論的にも、L≧G−tとすれば、一
方から他方へイオンが拡散するのを絶縁膜14bが阻止
するからである。
【0097】また、図1(3)に示すように、図1
(2)と同様の状態であって、マトリクス配置とした場
合、透明画素電極2及び対向電極6はピッチが等しくな
ければならないので、 l−a=L+b、即ちl=L+a+b とする必要がある。
【0098】また、上記したクロストーク現象等の防止
のためには、透明画素電極2における画素部17の周囲
に存在する絶縁物14bの外側端間の距離lの範囲は、
l≧2G+b−2tとするのがよい。仮に、l<2G+
b−2tであれば、透明画素電極2上の絶縁膜14bの
外側端間が接近しすぎて、やはりイオンの拡散が隣接す
る画素部へ及ぶのを絶縁膜14bによって防ぎきれなく
なり、クロストーク現象等が起きる。
【0099】上記の表示素子18において、L≧G−t
とl=L+a+bのいずれかを満たせばよいが、それら
の2つの条件が同時に満たされることによって、クロス
トーク現象や色のにじみ(又は混色)を一層確実に防止
でき、かつ画素領域及び画素密度も良好に確保できる。
【0100】しかも、透明画素電極2上では、金属イオ
ンからなる着色用物質の電気化学的な還元、酸化によっ
て選択的に着色、消色させ、これを高分子電解質が促進
するため、コントラスト及び着色濃度を高くし、長時間
使用した場合でも電析物のメモリー効果により褪色等の
問題が発生しない反射型表示素子となる(以下、同
様)。これは単純マトリクス(パッシブマトリクス)駆
動方式でも、アクティブマトリクス駆動方式でもよい。
【0101】図4及び図5には、本例に基づく表示素子
の具体例を示すものである。透明画素電極2と対向電極
6との双方に絶縁膜14b、14aが設けられ、且つ上
記のL≧G−tとl≧2G+b−2tとの一方又は双方
の条件を満たすことによって、クロストーク現象等の防
止と画素領域の確保を実現することができる。
【0102】更に、それぞれの電極がマトリクス状に配
置された図1と同様の形態の表示素子18に構成すると
共に、例えば、ストライプ状に形成された対向電極6の
幅を十分に確保しているので、画素部に対向する実効電
極面15が絶縁膜14aによって小さくなっても、対向
電極6の配線としての電気抵抗を小さくし、導電性を確
保することができる。
【0103】又、画素部17中央の対向電極6の実効電
極面15の面積を狭くして、クロストーク現象等を一層
効果的に防止することもできる。
【0104】なお、図6に示すように、実効電極面15
(絶縁膜14aの開口部上端面)の形状は可能ならば、
四角形状よりも円形状等の曲線状である方がよい。何故
ならば、円形状の場合は角の部分がないために、電界集
中がなく、等電位面が生じ易い。角の部分があると、こ
こに表示の消え残りが発生し易いが、曲線状の場合はこ
れが発生しない。
【0105】例2 本例は、図2(1)に示すように、透明画素電極2に絶
縁膜14bが全く設けられない場合であり、隣接する対
向電極6上のそれぞれのイオン拡散領域が互いに重複し
ないように、隣接し合う対向電極6における実効電極面
間の距離Lを大きくして、クロストーク現象等が生じな
いようにしている。
【0106】即ち、隣接し合う対向電極6上のそれぞれ
のイオンの拡散領域が重複してクロストーク現象等を生
じさせないために、隣接し合う対向電極6における実効
電極面間の距離Lの範囲は、 L≧2G とする。
【0107】仮に、L<2Gであれば、隣接する対向電
極6が互いに接近しすぎて、イオン拡散領域が重複し、
クロストーク現象等が起きる。
【0108】次に、図2(2)に示すように、透明画素
電極2に絶縁膜14bが設けられずに対向電極6側にの
み絶縁膜14aが設けられた場合は、隣接し合う対向電
極6における実効電極面間の距離Lの範囲も L≧2G とする。
【0109】仮に、L<2Gであれば、隣接する対向電
極6が互いに接近しすぎて、イオン拡散領域が重複し、
クロストーク現象等が起きる。
【0110】それゆえに、図2(1)及び図2(2)の
いずれの場合も、上記のL≧2Gの条件が満たされるこ
とによって、クロストーク現象等の防止と共に画素領
域、画素密度も十分に確保できる。
【0111】例3 次に、図3(1)に示すように、絶縁膜14bが透明画
素電極2側のみに設けられた場合に、この表示素子18
においては、透明画素電極2面に設けられ且つ絶縁膜1
4bによって区切られた画素部17全域に、無駄無くイ
オンが到達するように対向電極6が配置されているため
に、表示効率のよい画素部17の状態となる。
【0112】即ち、図2(2)に示すように、隣接し合
う対向電極6が接近した場合は、隣接し合う対向電極6
における実効電極面間の距離Lの範囲は、 L≧G とすべきである。これによって、図7に示すように、隣
接する画素間のクロストークがなく、色のにじみや混色
も生じない。
【0113】仮に、L<Gであれば、隣接する対向電極
6が互いに接近しすぎて、イオン拡散が一方から他方へ
の画素へも生じるのを透明画素電極6側の絶縁膜14b
によって防ぎきれなくなり、クロストーク現象等が起き
る。
【0114】次に、図3(3)に示すように、図3
(2)と同様の状態の場合に、透明画素電極2における
画素部17の周囲に存在する絶縁物14bの外側端間の
距離lの範囲は、上述した理由と同様の理由から、 l=L+a+b とする必要があり、 l≧2G+b−2t とするのがよい。
【0115】仮に、l<2G+b−2tであれば、やは
り隣接する対向電極6が互いに接近しすぎて、イオン拡
散が一方から他方の画素へ生じるのを透明画素電極6側
の絶縁膜14bによって防ぎきれなくなり、クロストー
ク現象等が起きる。
【0116】そして、上記のL≧Gとl=L+a+bの
いずれかが満たされればよいが、それらの2つの条件が
満たされることによって、クロストーク現象等を一層効
果的に防止でき、画素領域及び画素密度も一層良好に確
保できる。
【0117】例4 次に、図8(1)に示す表示素子18は、図3に示した
例3の表示素子18とほぼ同様であり、着色用物質であ
る金属イオンが高分子固体電解質層5内(イオン伝導体
内)に含有され、これの電析によって着色表示する例え
ばパッシブマトリクス方式で駆動されるものである。
【0118】また、図8(2)及び(3)に示す表示素
子18は、上記の構造とは違って、着色用物質に金属イ
オンを用いずに、着色用物質の層であるエレクトロクロ
ミズム(EC)層4を透明画素電極2と電解質含有の高
分子固体電解質層5との間に連続した層として接合した
ものである。
【0119】なお、この表示素子18においては、絶縁
膜14bを透明画素電極2上(図8(2))或いはエレ
クトロクロミズム(EC)層4上(図8(3))のいず
れに設けてもよい。
【0120】これらの図8(2)、図8(3)の構造に
よれば、透明画素電極2はエレクトロクロミズム(E
C)層4に接しているが、このエレクトロクロミズム層
4は、電気活性を有する高分子材料であるエレクトロク
ロミック材料によって形成されている。
【0121】このエレクトロクロミズム層4は、電気化
学的な酸化もしくは還元により変色する性質を有し、透
明画素電極2と他方の電極6との間に電圧を印加し、こ
れらの間に電位差が生じた時に、絶縁膜14bの内側の
透明画素電極2上において例えば黒色Bに変色する。こ
の黒色パターンは、透明支持体1の側から表示色として
視認することができる。この際、絶縁膜14bによっ
て、画素領域内でのみ、エレクトロミズム材料4が着色
することになるが、印加電圧を逆にすれば、消色する。
【0122】上記のエレクトロクロミズム材料には、酸
化タングステン、スピネル化合物、ビオロゲン化合物及
び電気活性を有する高分子材料等からなる群より選ばれ
た少なくとも一種を用いることができる。
【0123】さらに、エレクトロクロミズム層4の材質
としては、特に電解合成によって得られる導電性高分子
も好ましい。これは導電性があるために、電子の授受反
応が速やかであり、さらに着色及び消色の反応も速やか
に行われるからである。
【0124】こうした高分子材料の好ましい例を次の表
1に掲げるが、ピロール、アニリン、アズレン、チオフ
ェン、インドール、カルバゾール、又はこれらの誘導体
等を電解酸化重合(平均分子量は1000〜10万がよ
い。)して得ることができる。又、次の表1に掲げる高
分子材料やその誘導体を組み合わせた(併用した)材料
等を使用できる。
【0125】
【表1】表1
【0126】この表に挙げられた高分子材料(ポリピロ
ール、ポリアニリン、ポリアズレン、ポリチオフェン、
ポリインドール、ポリカルバゾール)の中でも特に好ま
しいものの1つは、ポリピロールである。この理由は、
酸化還元電位が低いこと、クーロン効率が高いこと、酸
化時の発色が黒いこと、繰り返し寿命が長いことといっ
た理由が挙げられる。
【0127】酸化電位の低いものが好まれる理由として
は、酸化電位の低い方が発色状態において安定している
からである。
【0128】又、クーロン効率が高いものが望ましいと
される理由としては、これにより、有害な副反応が抑え
られることであるが、このポリピロールのクーロン効率
が高くて100%に近いということは、有害な副反応が
殆ど起っていないことを意味するのであり、表示素子と
しての寿命が長くなることを意味する。
【0129】又、酸化時の発色が黒いという点において
は、ドキュメントのディスプレイとして重要な性質であ
る。なぜならば、他のポリマーによる発色が緑色もしく
は赤みがかった黒色であるのに対し、完全な酸化時にお
いてポリピロールの発色は黒色である。このために、ポ
リピロールを採用することにより、黒色濃度を高くする
ことができると共にコントラストをも良くできる。
【0130】更に、繰り返し使用状態における寿命が長
いのも、ポリピロールの有益な特徴の1つである。
【0131】この発色を行うエレクトロクロミズム層4
に接するように高分子電解質層5が形成されているの
で、例えば、この高分子電解質層5を構成する高分子電
解質とエレクトロクロミック材料である高分子材料から
なるエレクトロクロミズム層4とを複合して形成するこ
とにより、発色及び消色に伴った高分子材料の体積変化
による電極からの脱落や微粉化が生じにくくなり、耐久
性が増すので好ましい。
【0132】そして、この構造の表示素子18において
は、アクティブマトリクス駆動が可能であり、またエレ
クトロクロミズム層4の材料を選択することによりコン
トラスト及び黒色濃度を高くすることができる。
【0133】しかも、透明画素電極2と共通電極6との
間において着色用物質としてエレクトロクロミズム材料
を含む層4の電気化学的な酸化、還元によって選択的に
着色させ、これを高分子電解質5が促進するため、コン
トラスト及び着色濃度を高くし、長時間使用した場合で
も褪色等の問題が発生しない。
【0134】例5 まず、図11に、比較のための表示素子38を示すが、
この表示素子は、駆動素子である薄膜トランジスタ(T
FT:Thin Film Transistor)3によって制御される透
明画素電極2と、金属イオン(着色用物質としての電解
質)、高分子電解質及び白色化剤等を含有した高分子固
体電解質層5と、透明画素電極2に対向して1ラインの
各画素に共通に設けられたストライプ状の対向電極6と
で構成された表示画素部17の複数個が面状に配列され
た平面型ディスプレイとして構成されている。
【0135】この表示素子38は、透明画素電極2と薄
膜トランジスタ(以下、TFTと略す。)3との組みに
よって1画素部17を構成し、これらの画素部17が透
明支持体1上に例えばドット状(又はマトリクス状)に
配列されている。
【0136】透明画素電極2は、略矩形若しくは正方形
パターンに形成された透明導電膜からなり、各画素17
間が分離されており、その一部には各画素17ごとにT
FT3が配設されている。
【0137】各画素17ごとに形成されたTFT3は図
示しない配線によって選択され、対応する透明画素電極
2の駆動を制御する。なお、TFT3は、画素部17間
のクロストークを防止するのに有効である。さらに、T
FT3は、例えば透明画素電極2の一角を占めるように
形成されるが、透明画素電極2がTFT3と重なる構造
であってもよい。
【0138】又、TFT3には、ゲート線とデータ線と
が接続され、各ゲート線に各TFT3のゲート電極が接
続され、各データ線には各TFT3のソース及びドレイ
ンの一方が接続され、そのソース及びドレインの他方は
透明画素電極2に電気的に接続されている。
【0139】この表示素子38においては、高分子固体
電解質層5に着色用物質としての金属イオン(電解質)
が含有され、これが変色に用いられる。この変色のため
に用いられるハロゲン化銀などの金属イオン(電解質)
は、変色又は電気化学的な析出である電解めっき(発
色)12と、その逆反応である溶出(消色)とを可逆的
に生じ、これによって表示が行われる。この発色パター
ンは例えば析出銀12からなり、透明支持体1の側から
表示色として視認することができる。
【0140】透明画素電極2と対向する側には、対向電
極6が形成されているが、この対向電極6を支持するた
めに支持体7が設けられている。支持体7の材質は、画
素部17側に設けられていないために必ずしも透明であ
る必要はなく、共通電極6や高分子固体電解質層5を確
実に保持できる基板やフィルム等を用いることができ
る。
【0141】透明画素電極2と電極6とを対向させるた
めに、両支持体1及び7を保持する封着樹脂部10及び
シール材13が周囲に形成される。この封着樹脂部10
及びシール材13によって、両支持体1及び7と、これ
らの間に配設された透明画素電極2とTFT3と高分子
固体電解質層5及び対向電極6とが確実に保持されるこ
とになる。
【0142】上述のように構成された表示素子38にお
いては、TFT3を用いてアクティブマトリクス駆動が
可能であり、高分子固体電解質層5に含有された金属イ
オン(電解質)の析出、溶解によりコントラスト及び着
色濃度を高くすることができる。
【0143】しかしながら、この表示素子38において
は、透明画素電極2の側方に表示部とはならないTFT
3があるために、画素部17の面積を減少させて開口率
を低下させ、画素部17の明るさに悪影響を及ぼす。
【0144】このような影響を無くすために、本例で
は、図9及び図10に示すように、上記の例3の表示素
子18を用いて電極の配置をドット状(ストライプ状で
あってもよい。)にし、隣接する駆動電極(対向電極)
36における実効電極面間の距離Lを少なくともTFT
3が設置できるほどに大きくして(但し、L≧G及び/
又はl=L+a+b、l≧2G+b−2t)、それぞれ
の駆動電極36の側方にTFT3を接続して設けたもの
である。
【0145】この構造によれば、透明画素電極2側にT
FT3が設けられないために、画素部17の開口率にT
FT3が悪影響を及ぼすことはなく、画素部17におけ
る表示効率(明るさを含む。)を高めることができる。
【0146】次に、主反応を司る透明画素電極2及び駆
動電極36の電位をそれぞれ検知するために、反応に全
く関与しない第三の電極があるのが好ましい。
【0147】この第三の電極の材質としては、反応に全
く関与しない、そして透明画素電極2と駆動電極36と
に挟まれた媒質である高分子固体電解質層5中への自然
溶出がない安定した金属材料を選ぶことが好ましく、駆
動電極と同様な白金、クロム、アルミニウム、コバル
ト、パラジウム、銀等を選ぶことができる。
【0148】又、これを設置するにあたっては、透明画
素電極2又は駆動電極36と同一平面状における電気的
に絶縁された部分に形成することが好ましい。
【0149】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。
【0150】実施例1 上記の例1(図1(1)、図4及び図5)と同様の表示
素子18を作製した。即ち、大きさが10cm×10c
mであり、厚さが2mmのポリカーボネート基板(透明
支持体1)上に以下の手順でストライプ状の透明画素電
極(表示極)2及び絶縁膜14bを形成した。
【0151】まず、ストライプの幅を150μmとし、
ストライプの設置間隔を170μmピッチとし、開口部
(絶縁膜14bに覆われていない部分である画素部1
7)の大きさは140μm角とした。
【0152】次に、スパッタ法により、膜厚500nm
でありかつシート抵抗値が12Ω/cm2であるITO
をポリカーボネート基板(透明支持体1)上に成膜し
た。
【0153】次に、このITO膜上にフォトレジストを
塗布し、その後にリソグラフィー法によりフォトレジス
トを所望のストライプ形状に形成した。
【0154】次に、このポリカーボネート基板をITO
エッチング液に侵食させて、フォトレジストで覆われて
いない部分のITO膜を除去した。その後、フォトレジ
ストはアセトン等の有機溶剤で除去した。
【0155】次に、このようにストライプ状に形成され
た透明画素電極2(ITO膜)の上に、TEOS(ケイ
酸エチルSi(OC254:Tetra-Ethoxyortho-Silic
ate)とO2とを使用したプラズマCVD法により、絶縁
膜14bとなるSiO2を200nm厚に成膜した。
【0156】次に、このSiO2膜上にフォトレジスト
を塗布した後にリソグラフィー法によりこのフォトレジ
ストを所望の形状に形成し、更にフッ化アンモニウムや
フッ酸等から成る混合液にこの基板を侵食させてフォト
レジストで覆われていない部分のSiO2膜を除去し
た。その後、フォトレジストはアセトン等の有機溶剤で
除去した。このようにして絶縁膜14bを所定パターン
に形成した。
【0157】他方、大きさが10cm×10cmであ
り、厚さが0.2mmのポリカーボネート基板(支持体
7)上に以下の手順でストライプ状金属電極(対向電極
6)及び絶縁膜14aを形成した。なお、開口部(絶縁
膜14aに覆われていない部分)の大きさは20μm角
とした。
【0158】まず、スパッタ法により、膜厚300nm
のアルミニウム膜をポリカーボネート基板(支持体7)
上に成膜した。
【0159】次に、このアルミニウム膜上にフォトレジ
ストを塗布し、その後リソグラフィー法によりフォトレ
ジストを所望のストライプ形状に形成した。
【0160】次いで、このポリカーボネート基板をBC
3とCl2との混合ガスを使ったRIE(Reactive Ion
Etching)法によりフォトレジストで覆われていない部
分のアルミニウム膜を除去した。その後、フォトレジス
トはアセトン等の有機溶剤で除去した。
【0161】次に、このようにストライプ状に形成され
たアルミニウム膜(対向電極6)の上に、TEOS(ケ
イ酸エチルSi(OC254:Tetra-Ethoxyortho-Sil
icate)とO2とを使用したプラズマCVD法により絶縁
膜14aとなるSiO2を200nm厚に成膜した。
【0162】次に、このSiO2膜上にフォトレジスト
を塗布した後にリソグラフィー法によりこのフォトレジ
ストを所望の形状に形成し、更にフッ化アンモニウムや
フッ酸等から成る混合液にこの基板を侵食させてフォト
レジストで覆われていない部分のSiO2膜を除去し
た。その後、フォトレジストはアセトン等の有機溶剤で
除去した。このようにして絶縁膜14aを所定パターン
に形成した。
【0163】次に、高分子電解質の調製及び塗布につい
て説明する。
【0164】まず、分子量約35万のポリビニルアルコ
ール1重量部と、水とイソプロピルアルコールとの混合
比が1:1である混合溶媒10重量部と、臭化リチウム
(支持電解質)1.7重量部と、塩化ビスマス(着色用
物質)1.7重量部とを混合し、この混合液を120℃
に加熱して均一溶液を調製した。
【0165】次に、これに、平均粒径0.5μmの二酸
化チタン0.2重量部を添加し、ホモジナイザー(均一
分散機)で均一に分散せしめた。そして、これを上記透
明基板(透明画素電極2付き)の上にドクターブレード
法により厚さ60μmに塗布した後に、対向電極6付き
の支持体を直ちに貼り合わせ、これを110℃、0.1
MPaの条件下で1時間減圧乾燥し、ゲル化した高分子
固体電解質層5を二つの電極間に形成した。そして、こ
の貼り合わせの端面をシール材13及び封着樹脂部10
によって封止した。
【0166】以上のようにして作製した表示素子18
(イオン伝導型ディスプレイ)の構造は図1に示す様な
ものであった。
【0167】更に、この表示素子18においては、Lが
150μm、lが200μm、tが200nm、b=2
0μm、Gが約60μm(正確には59.5μm)とな
り、L≧G−tというクロストーク現象防止条件を満た
していた。
【0168】<表示特性の評価>所望のストライブ状電
極(透明画素電極及び対向電極)の組を公知の方法で選
択し、発色時には透明画素電極2(表示極)に1画素部
17当りに、定電圧を1.2〜1.5Vとして5μCの
電気量を0.1秒間流し、透明画素電極2(表示極側)
で還元反応を起こさせ、又消色時には同一電気量で酸化
することにより、着色表示と無色(白色)表示とを切り
替えた。
【0169】この結果、無色(白色)時の反射率は70
%となり、着色(黒色)時の表示部の光学濃度(OD)
は約1.4(反射率4%)であった。そして、選択して
いない画素が発色或いは消色することはなかった。
【0170】更に、発色状態に置いた後に回路を開放し
て放置したところ、1週間後の表示部の光学濃度に変化
はなく、メモリー性を有していた。
【0171】更に、発色及び消色のサイクルを繰り返し
行なったところ、発色時の黒色濃度が1.0以下(実使
用時は1.5以上が望ましい。)になるまでの繰り返し
サイクル回数は約800万回であり、良好な特性を示し
た。
【0172】実施例2 本実施例においては、透明画素電極2上にエレクトロク
ロミズム(EC)層4である酸化タングステン膜を1μ
mの厚さで、スパッタリング法により形成し、更に下記
のように実施した以外は、実施例1と同様にして表示素
子を作製した。
【0173】但し、高分子固体電解質の調製と塗布にお
いて、分子量約35万のポリフッ化ビニリデン1重量
部、アセトニトリル10重量部、チオシアン酸カリウム
(KSCN)1.7重量部をそれぞれ混合し、120℃
に加熱して、均一溶液を調製した。
【0174】そして、これに平均粒径0.5μmの二酸
化チタン0.2重量部を添加し、ホモジナイザーで、こ
れを均一に分散せしめた。そして、これを基板(透明画
素電極2)の上にドクターブレード法により厚さ20μ
mで塗布した後に、これを150℃、0.1Mpaの条
件下で24時間減圧乾燥して高分子固体電解質を得た。
【0175】上記以外は実施例1と同様とし、表示素子
18として図8(2)の構造を作製した(上記のLやl
も実施例1と同様でよい)。
【0176】<表示特性の評価>実施例1と同様に測定
した結果、無色(白色)時の反射率は70%となり、着
色(青色)時の表示部の光学濃度(OD)は約1.3
(反射率4%)であった。そして、選択していない画素
が発色或いは消色することはなかった。
【0177】更に、発色状態に置いた後に回路を開放し
て放置したところ、1週間後の表示部の光学濃度に変化
はなく、メモリー性を有していた。
【0178】更に、発色及び消色のサイクルを繰り返し
行なったところ、発色時の黒色濃度が1.0以下になる
までの繰り返しサイクル回数は約800万回であり、良
好な特性を示した。
【0179】実施例3 本実施例は、大きさが10cm×10cmで厚さが1.
1mmであり、片面の全面にシート抵抗値が7Ω/cm
2の透明導電膜(ITO)が形成されたガラス基板を用
い、絶縁膜として140μm角の開口部が170μm間
隔(150dpi)で2次元的に配列し、また、厚さ
1.1mmで10cm×10cmの大きさのガラス基板
上に、170μmピッチで、20μm角の平面的に配列
された駆動電極36(ITO膜)とTFT3とを公知の
方法により作成した以外は実施例1と同様にし、図9及
び図10に示した表示素子18と同様のディスプレイデ
バイスを作製した。
【0180】<表示特性の評価>実施例1と同様に測定
した結果、表示極側にはTFTがないため、無色(白
色)時の反射率は、実施例1と同等の70%が得られ
た。着色(黒色)時の表示部の光学濃度(OD)は約
1.4(反射率4%)であった。選択していない画素が
発色、あるいは消色することはなかった。
【0181】発色状態に置いた後、回路を開放して放置
したところ、1週間後の表示部の光学濃度に変化はな
く、メモリー性を有していた。
【0182】発色、消色のサイクルを繰り返し行なった
ところ、発色時の黒色濃度が1.0以下になるまでの繰
り返しサイクル回数は約800万回であった。
【0183】比較例1 高分子固体電解質層5の厚さGを120μmとした以外
は実施例1と同様のディスプレイを作製した。なお、こ
の表示素子18においては、L≧G−tの条件が満たさ
れずに、L<G−tとなった。
【0184】そして、ある1画素部17を着色状態と
し、隣接する画素部17を非着色状態として、実施例1
と同様の条件で駆動したところ、隣接する画素部17
の、着色画素部17に近い側が幅約10μmにわたって
着色してクロストーク現象が生じてしまった。
【0185】比較例2 画素電極2及び対向電極6上のいずれにも絶縁膜14
b、14aを形成しない以外は比較例1と同様のディス
プレイを製作した。なお、この表示素子18において
は、L≧2Gの条件が満たされずに、L<2Gとなっ
た。
【0186】そして、ある1画素部17を着色状態と
し、隣接する画素部17を非着色状態として、実施例1
と同様の条件で駆動したところ、電圧印加中に着色領域
が次第に拡大し、想定していた140μmのサイズ(画
素部17)を超え、0.1sで170μmのサイズとな
った。
【0187】以上に説明した実施の形態及び実施例は、
本発明の技術的思想に基づいて更に変形が可能である。
【0188】例えば、上記の表示素子18において、絶
縁膜14a、14bのパターンやサイズ、材質等は上述
したものに限定されない。また、対向電極6側の材料が
不透明であるために透明画素電極2側からしか表示が見
えないが、表示素子18の対向電極6や支持体7等を透
明化して透過型の表示素子18にすることによって、片
面のみならず、両面からも見えるようにしてもよい。
【0189】
【発明の作用効果】本発明は上述したように、少なくと
も一方の電極が少なくとも画素領域を除いて絶縁物によ
って覆われており、又隣接し合う第一電極における実効
電極面間距離Lが第二電極と第一電極における実効電極
面との距離Gの2倍以上あるために、それぞれの第一電
極側から第二電極側に向かって拡散移動するイオンが第
二電極側の画素領域以外に拡散しようとしても、この拡
散を上記絶縁物によって効果的に阻止でき、或いは隣接
する画素へのイオンの侵入を効果的に防止できることに
なる。従って、所望の画素の着色を十分に行えると共
に、イオンの拡散範囲が画素間で相互に重複せず、また
着色すべきでない画素の着色もなくなり、クロストーク
がなく、色のにじみや混色もない高品質で明確な表示が
得られる。
【0190】しかも、第一電極と第二電極との間におい
て着色用物質の電気化学的な還元、酸化によって選択的
に着色、消色させ、これを高分子電解質が促進し、また
イオンを運ぶ作用をなすため、着色及び消色が低エネル
ギーで迅速かつ十分に行われ、コントラスト及び着色濃
度(例えば黒色濃度)を高くし、長時間使用した場合で
もメモリー効果によって褪色等の問題が発生せず、また
単純マトリクス駆動も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における表示素子の断面図
である。
【図2】本発明の他の実施の形態における表示素子の断
面図である。
【図3】本発明の他の実施の形態における表示素子の断
面図である。
【図4】図1(1)の実施の形態における表示素子の平
面図及び断面図である。
【図5】同、表示素子の分解斜視図である。
【図6】同、他の表示素子の部分平面図である。
【図7】図2(1)の実施の形態における表示素子の平
面図及び断面図である。
【図8】本発明の他の実施の形態における表示素子の断
面図である。
【図9】本発明の更に他の実施の形態における表示素子
の斜視図である。
【図10】同、表示素子の平面図及び断面図である。
【図11】従来例における表示素子の断面図である。
【図12】同、表示素子とクロストーク発生状態の平面
図である。
【図13】同、表示素子の図12のXIII−XIII線に相当
の断面図である。
【符号の説明】
1…透明支持体、2…透明画素電極、3…TFT(薄膜
トランジスタ)、4…エレクトロクロミズム(EC)
層、5…高分子固体電解質層、6…対向電極、7…支持
体、10…封着樹脂部、13…シール材、14a、14
b…絶縁膜、15…実効電極面、17…画素部、18、
38…表示素子、20…表示装置、21…マトリクス電
極、22…電極面、23…実効電極面、36…駆動電
極、A…イオン拡散範囲、a…透明画素電極2面上の絶
縁膜14bの幅、b…対向電極6側における実効電極面
幅、G…透明画素電極2面と対向電極6における実効電
極面との間の距離(但し、対向電極6面上に絶縁膜14
aがある時は絶縁膜14aの上端面を実効電極面とす
る)、L…隣接し合う対向電極6における実効電極面間
の距離、l…透明画素電極2における画素部17の周囲
に存在する絶縁物14bの外側端間の距離、t…透明画
素電極2面上の絶縁膜14bの厚さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G09F 9/30 380 G09F 9/30 380 Fターム(参考) 2H048 CA04 CA05 CA14 CA19 2K001 AA02 BA12 BA20 BB30 BB37 CA37 CA41 5C094 AA09 AA22 BA03 BA52 CA18 DA15 EA04 EA05 EA07 HA08

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気化学的な還元若しくは酸化により析
    出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、電解質
    とが、第一電極と第二電極との間に配置され、これらの
    電極の少なくとも一方の電極が少なくとも画素領域を除
    いて絶縁物によって覆われている表示素子。
  2. 【請求項2】 電気化学的な還元若しくは酸化により析
    出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、高分子
    固体電解質とが、第一電極と第二電極との間に配置さ
    れ、これらの電極の少なくとも一方の電極が少なくとも
    画素領域を除いて絶縁物によって覆われている表示素子
    において、少なくとも前記第二電極側の一部が絶縁物に
    よって覆われる場合に、隣接し合う前記第一電極におけ
    る実効電極面間の距離をL、前記第二電極側の前記絶縁
    物の厚さをt、前記第二電極面と前記第一電極における
    前記実効電極面との間の距離をGとすると、 L≧G或いはL≧G−t の関係が成り立つ、請求項1に記載の表示素子。
  3. 【請求項3】 電気化学的な還元若しくは酸化により析
    出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、高分子
    固体電解質とが、第一電極と第二電極との間に配置さ
    れ、これらの電極の少なくとも一方の電極が少なくとも
    画素領域を除いて絶縁物によって覆われている表示素子
    において、少なくとも前記第二電極側が少なくとも画素
    領域を除いて前記絶縁物によって覆われており、隣接し
    合う前記第一電極における実効電極面間の距離をL、前
    記第一電極側における実効電極面幅をb、前記第二電極
    における画素の周囲に存在する前記絶縁物の外側端間の
    距離をl、前記絶縁物の幅をaとすると、 l=L+a+b の関係が成り立つ、請求項1に記載の表示素子。
  4. 【請求項4】 電気化学的な還元若しくは酸化により析
    出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、高分子
    固体電解質とが、第一電極と第二電極との間に配置され
    ている表示素子において、隣接し合う前記第一電極にお
    ける実効電極面間の距離をL、前記第二電極面と前記第
    一電極における前記実効電極面との間の距離をGとする
    と、 L≧2G の関係が成り立つ表示素子。
  5. 【請求項5】 前記絶縁物が酸化ケイ素又は樹脂からな
    る、請求項1に記載の表示素子。
  6. 【請求項6】 前記第一及び第二の電極が、それぞれ所
    定の基板上に所定の間隔を置いて形成され、これらの第
    一及び第二の電極が電解質を介して互いに対向配置され
    た、請求項1又は4に記載の表示素子。
  7. 【請求項7】 電極面に対して垂直方向から見た時に、
    少なくとも前記第一及び第二の電極の交差部分以外が前
    記絶縁物で覆われている、請求項6に記載の表示素子。
  8. 【請求項8】 前記第一及び第二の電極がストライプ状
    であり、これらのストライプ状電極において前記絶縁物
    を形成していない領域の大きさが互いに等しいか或いは
    異なる、請求項7に記載の表示素子。
  9. 【請求項9】 前記第一の電極が所定の基板上に周期的
    に配列された画素電極として形成され、対向する前記第
    二の電極において、画素に対応する部分以外が前記絶縁
    物で覆われている、請求項1又は4に記載の表示素子。
  10. 【請求項10】 前記絶縁物で覆われていない前記第二
    の電極の面積が、画素としての前記第一電極の実効電極
    面積よりも大きい、請求項9に記載の表示素子。
  11. 【請求項11】 電気化学的な還元若しくは酸化により
    析出若しくは溶解若しくは変色する着色用物質と、電解
    質とが、第一電極と第二電極との間に配置され、これら
    の電極の少なくとも一方の電極が前記着色用物質の連続
    した層で覆われ、この着色用物質層が前記電解質と接触
    する状態で、前記少なくとも一方の電極が少なくとも画
    素領域を除いて絶縁物によって覆われている、請求項1
    又は4に記載の表示素子。
  12. 【請求項12】 前記絶縁物で覆われていない前記着色
    用物質層の部分が所定間隔を置いて形成され、所定間隔
    を置いて形成された対向電極と交差している、請求項1
    1に記載の表示素子。
  13. 【請求項13】 前記着色用物質が金属イオン又はエレ
    クトロクロミズム材料である、請求項1又は4に記載の
    表示素子。
  14. 【請求項14】 前記金属イオンが、銀、ビスマス、ク
    ロム、鉄、ニッケル及びカドミウム等からなる群より選
    ばれた少なくとも一種の陽イオンである、請求項13に
    記載の表示素子。
  15. 【請求項15】 前記エレクトロクロミズム材料が前記
    第一及び第二の電極の少なくとも一方の面上に連続する
    層として形成される、請求項13に記載の表示素子。
  16. 【請求項16】 前記エレクトロクロミズム材料が、酸
    化タングステン、スピネル化合物、ビオロゲン化合物及
    び電気活性を有する高分子材料等からなる群より選ばれ
    た少なくとも一種からなる、請求項13に記載の表示素
    子。
  17. 【請求項17】 前記電気活性を有する高分子材料が、
    ポリピロール、ポリアズレン、ポリチオフェン及びポリ
    アニリン等からなる群より選ばれた少なくとも一種から
    なる、請求項16に記載の表示素子。
  18. 【請求項18】 前記第二の電極の側が表示パターンを
    形成するように構成した、請求項1又は4に記載の表示
    素子。
  19. 【請求項19】 前記第一の電極が、同一基板上に設け
    られた駆動トランジスタに接続されている、請求項18
    に記載の表示素子。
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