JP5109735B2 - 電気化学表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、酸化還元反応を利用して情報の表示を行う電気化学表示装置に関する。

近年、パーソナルコンピュータの動作速度の向上、ネットワークインフラの普及およびデータストレージの大容量化や低価格化が進んでいる。これに伴い、紙に印刷することにより提供されてきたドキュメントや画像などの情報を、より簡便な電子情報として入手して閲覧する機会が益々増大している。

上記した電子情報の閲覧手段としては、バックライトが装着された液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイなどの発光型ディスプレイが従来から主に用いられている。しかしながら、これらの発光型ディスプレイでは、フリッカーで目が疲労する、持ち運びが不便である、画面を見るときの姿勢が制限される、および、長時間にわたって使用すると消費電力が嵩むなどの欠点がある。

また、従来では、発光型ディスプレイ以外に、外光（自然光など）を利用して表示を行い、像保持のために電力を消費しない反射型ディスプレイも用いられている。このような反射型ディスプレイとしては、偏光板を用いる反射型液晶ディスプレイ、ポリマー分散型液晶ディスプレイおよびポリマーネットワーク型液晶ディスプレイなどが従来から知られている。ただし、これらの反射型ディスプレイでは、以下のような不都合がある。

すなわち、偏光板を用いる反射型液晶ディスプレイでは、表示を行う際の反射率が低い（約４０％）ために白表示に難があるとともに、その製造が簡便ではないという不都合がある。また、ポリマー分散型液晶ディスプレイでは、高い駆動電圧を必要とし、かつ、有機物同士の屈折率差を利用して表示を行うためにコントラストが十分ではないという不都合がある。また、ポリマーネットワーク型液晶ディスプレイでは、ポリマー分散型液晶ディスプレイと同様に高い駆動電圧を必要とし、さらに、メモリ性を向上させるために複雑なＴＦＴ回路が必要となるという不都合がある。

また、従来では、電気泳動型ディスプレイも知られているが、この電気泳動型ディスプレイでは、約１０Ｖ以上の高い駆動電圧を必要とするという不都合がある。さらに、電気泳動性粒子が凝集することに起因する画質の劣化が起こりやすいという不都合もある。なお、電気泳動性粒子の凝集を抑制する方法として、電気泳動性粒子を一定量ずつ小分けするための隔壁を設けることが考えられる。しかしながら、そのような隔壁を設ける場合には、構造や製造工程が複雑になるという新たな不都合が生じる。

そこで、従来では、上記のような種々の不都合を解消するために、電気化学的な酸化還元反応を利用して情報を表示するように構成された電気化学表示装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。なお、電気化学表示装置には、酸化還元反応によるエレクトロクロミック材料の色変化を利用する方式（ＥＣＤ方式）を採用した電気化学表示装置や、金属または金属塩の溶解析出を利用するエレクトロデポジション方式（ＥＤ方式）を採用した電気化学表示装置などが存在する。このＥＣＤ方式の電気化学表示装置やＥＤ方式の電気化学表示装置は、その構造が簡便であるとともに、約３Ｖ以下の低電圧での駆動が可能であるという特徴を有している。さらに、表示品位が優れており、明るいペーパーライクな白表示と引き締まった黒表示を行うことが可能であるという特徴も有している。

上記した従来の電気化学表示装置は、一般的に、酸化還元反応する物質が含有された電解質層が一対の電極層に挟持された構造を有している。そして、一対の電極層の間に電圧が生じることによって酸化還元反応が行われる。

特開２００５−２５７９５６号公報

ところで、上記した従来の電気化学表示装置では、黒表示を行う際に、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなれば、正常に反応（黒化）しなくなってしまう。すなわち、高い品位で黒表示を行うためには、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値以上となっている必要がある。

しかしながら、従来の電気化学表示装置では、黒化すべき面積が大きい場合に、一対の電極層の間の抵抗が非常に小さくなるため、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなってしまう場合がある。その結果、従来の電気化学表示装置では、黒化すべき面積が大きい場合に、表示品位が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、表示品位が低下するのを抑制することが可能な電気化学表示装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による電気化学表示装置は、電解質層に含有されている光変調物質を酸化還元反応させることにより、複数の画素からなる表示領域に表示する情報の書き換えを行う電気化学表示装置であって、表示領域を有しているとともに、電解質層を挟んで互いに対向するように配置された一対の電極層を少なくとも含んでいる表示素子と、表示領域に表示する情報の書き換えを制御するための制御部とを備えている。そして、一対の電極層の間に電圧が生じることにより光変調物質の酸化還元反応が行われ、制御部は、書き込み動作の際に、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなるか否かの判断を行い、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなると判断した場合に、書き込み動作を複数回に分割する制御を行うように構成されている。

なお、本発明の書き込み動作とは、表示領域を構成する複数の画素のうちの所定数の画素を任意の階調で黒化する動作のことである。

この一の局面による電気化学表示装置では、上記のように構成することによって、書き込み動作の際に、黒化すべき画素の個数が多い（黒化すべき面積が大きい）と、書き込み動作が複数回に分割されることになる。すなわち、書き込み動作の際に、一度に黒化する画素の個数（一度に黒化する面積）が減少することになるので、一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなるのを抑制することができる。このため、黒化すべき画素の個数が多い（黒化すべき面積が大きい）場合に、正常に反応（黒化）しなくなってしまうという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、表示品位が低下するのを抑制することが可能となる。

上記した一の局面による電気化学表示装置において、書き込み動作を複数回に分割する場合、表示領域に表示する情報を複数のグループに分類し、その分類された複数のグループが任意の順番で書き込まれるように、制御部によって書き込み動作が制御されることが好ましい。

上記の構成において、書き込み動作を複数回に分割する場合、表示領域に表示する情報の冒頭部分から順に書き込まれるように、制御部によって書き込み動作が制御されてもよい。このように構成すれば、表示領域に表示される情報を閲覧しやすくすることが可能となる。

また、上記の構成において、書き込み動作を複数回に分割する場合、表示領域に表示する情報が種類別に分類されるように、制御部によって書き込み動作が制御されてもよい。このように構成すれば、表示領域に表示される情報を閲覧しやすくすることができる。

さらに、上記の構成において、複数の書き込みパターンを格納するためのメモリと、複数の書き込みパターンのうちのいずれか１つを選択するためのスイッチとをさらに備え、書き込み動作を複数回に分割する場合、表示領域に表示する情報が選択された書き込みパターンに応じて分類されるように、制御部によって書き込み動作が制御されてもよい。

上記した一の局面による電気化学表示装置において、表示濃度を測定するための測定部をさらに備え、黒化している画素の個数が互いに異なる複数種類の表示パターンの各々の表示濃度を測定部で測定し、複数種類の表示パターンの各々の表示濃度に基づいて、制御部において行われる判断の際に基となる所定値を算出するように構成されていることが好ましい。このように構成すれば、表示素子が劣化することにより所定値（制御部において行われる判断の際に基となる値）が変化してしまう場合に、その変化に対応することが可能となる。

上記した一の局面による電気化学表示装置において、好ましくは、一対の電極層のうちの一方の電極層は、薄膜トランジスタアレイ基板上に形成されている。この場合には、高精細な表示を行うことが可能となる。

以上のように、本発明によれば、表示品位が低下するのを抑制することが可能な電気化学表示装置を容易に得ることができる。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による電気化学表示装置の構成を示した図である。図２は、図１に示した第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の断面構造を説明するための図である。図３は、電極間電圧（一対の電極層の間に生じる電圧）と黒化率との関係を示した図である。まず、図１〜図３を参照して、第１実施形態による電気化学表示装置の構造について説明する。

第１実施形態による電気化学表示装置は、図１に示すように、表示領域１ａ（マトリクス状に配列された複数の画素１ｂからなる領域）を有する表示素子１と、表示領域１ａに表示する情報（写真、文字およびグラフなど）の書き換えなどを制御する制御部２と、制御部２からの信号を受けて画素１ｂを駆動するゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４とを少なくとも備えている。

第１実施形態の表示素子１は、酸化還元反応する光変調物質が含有された電解質層１１を少なくとも含んでおり、その電解質層１１に含有されている光変調物質を酸化還元反応させることが可能なように構成されている。そして、表示領域１ａに表示する情報の書き換えは、電解質層１１に含有されている光変調物質の酸化還元反応を制御することにより行われる。

具体的には、第１実施形態の表示素子１は、金属または金属塩の溶解析出を利用するＥＤ方式を採用したものである。そして、電解質層１１に含有する光変調物質としては、銀または銀を化学構造中に含む化合物を用いている。ところで、銀または銀を化学構造中に含む化合物とは、ヨウ化銀、酸化銀、硫化銀、金属銀、銀コロイド粒子、ハロゲン化銀、銀錯体化合物および銀イオンなどの化合物の総称であって、相の状態種（固体状態、液体への可溶化状態および気体状態など）や、荷電状態種（中性、アニオン性およびカチオン性など）は特に問わない。なお、第１実施形態では、光変調物質としてのヨウ化銀が電解質層１１に含有されている。

また、第１実施形態の表示素子１は、図２に示すように、互いに対向する所定面１２ａおよび１３ａをそれぞれ有する一対のガラス基板１２および１３をさらに含んでおり、その一対のガラス基板１２および１３の間に電解質層１１が配置された構造を有している。そして、この電解質層１１を挟み込んでいるガラス基板１２および１３のうち、ガラス基板１３の外側面（所定面１３ａとは反対側の面）が観察面となっている。なお、第１実施形態では、ガラス基板１２および１３を用いているが、ガラス基板１２および１３に替えて、透明樹脂からなる基板を用いてもよい。

一方のガラス基板１２の所定面１２ａ上には、図１および図２に示すように、各画素１ｂに１つずつ配置された薄膜トランジスタ（ＮＭＯＳトランジスタ）１４および１５が形成されている。なお、図２には、図面の簡略化のため、薄膜トランジスタ１４のみを図示しており、薄膜トランジスタ１５は図示していない。

薄膜トランジスタ１４のソース／ドレインの一方は、後述する画素電極１８に接続されているとともに、薄膜トランジスタ１４のソース／ドレインの他方は、Ｖｄｄに接続されている。薄膜トランジスタ１５のソース／ドレインの一方は、データ線駆動回路４から延びるデータ線に接続されているとともに、薄膜トランジスタ１５のソース／ドレインの他方は、薄膜トランジスタ１４のゲートに接続されている。また、薄膜トランジスタ１５のゲートは、ゲート線駆動回路３から延びるゲート線に接続されている。

上記のように薄膜トランジスタ１４および１５を接続した場合、薄膜トランジスタ１４は、画素１ｂを駆動する駆動トランジスタとして機能することになる。その一方、薄膜トランジスタ１５は、駆動する画素１ｂを選択する選択トランジスタとして機能することになる。

さらに、ガラス基板１２の所定面１２ａ上には、各画素１ｂに１つずつ配置されたキャパシタ１６も形成されている。なお、図２には、図面の簡略化のため、キャパシタ１６は図示していない。このキャパシタ１６は、薄膜トランジスタ１４のゲートとＧＮＤとの間に接続されており、薄膜トランジスタ１４のゲートに印加される電圧を保持する容量として機能する。

また、図２に示すように、薄膜トランジスタ１４は、その全面が層間絶縁膜１７によって覆われており、層間絶縁膜１７に形成されたコンタクトホール１７ａを介して、後述する画素電極１８に接続されている。なお、ガラス基板１２、薄膜トランジスタ１４（薄膜トランジスタ１５）および層間絶縁膜１７からなる構造体は、本発明の「薄膜トランジスタアレイ基板」の一例である。

画素電極１８は、不透明な電極材料である銀からなるとともに、層間絶縁膜１７の上面（薄膜トランジスタアレイ基板の上面）上に約０．８μｍの厚みで形成されている。この画素電極１８は、各画素１ｂに１つずつ独立して配置されている。すなわち、各画素１ｂは、対応する画素電極１８によって互いに別個に駆動されることになる。なお、画素電極１８は、本発明の「電極層」の一例である。

また、層間絶縁膜１７の上面上には、画素電極１８の全面を覆う散乱層１９が形成されている。この散乱層１９は、複数のビーズスペーサ（約２５μｍの直径を有するシリカ球）からなっている。

他方のガラス基板１３の所定面１３ａ上には、表示領域１ａの全てを連続して覆うように、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）からなるベタ状の透明電極２０が約２００ｎｍの厚みで形成されている。そして、ガラス基板１３側の透明電極２０は、ガラス基板１２側の画素電極１８とは異なり、各画素１ｂの間で共通使用されるとともに、ＧＮＤに接続されている。この透明電極２０の構成材料としては、ＩＴＯ以外の透明な電極材料を用いることができる。たとえば、ＩＴＯに替えて、ＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）を透明電極２０の構成材料として用いるようにしてもよい。なお、透明電極２０は、本発明の「電極層」の一例である。

また、一対のガラス基板１２および１３の間には、エポキシ樹脂からなるシール部材２１が表示領域１ａに対応する領域を取り囲むように設けられている。そして、このシール部材２１によって、電解質層１１が一対のガラス基板１２および１３の間に封止されている。

上記のように構成された第１実施形態の表示素子１では、画素電極１８と透明電極２０との間に所定の電圧が生じると、その所定の電圧の極性に応じて光変調物質が酸化還元反応することにより、表示領域１ａに表示される情報が変化する。

具体的には、還元状態となるように画素電極１８と透明電極２０との間に電圧を印加すると、透明電極２０への銀の析出が始まる。この場合には、黒表示となる。その一方、酸化状態となるように画素電極１８と透明電極２０との間に電圧を印加すると、透明電極２０に析出された銀の溶解が始まることにより、透明電極２０に析出された銀が消失する。この場合には、白表示となる。そして、このような動作を各画素１ｂ毎に行うことによって、表示領域１ａに表示する情報の書き換えを行うことが可能となる。

ところで、上記のように構成された第１実施形態の表示素子１において、黒表示を行う場合には、図３に示すように、画素電極１８と透明電極２０との間に生じる電圧（以下、単に電極間電圧と言う）が大きくなるに従って黒化率が高くなっていく。このため、良好な黒表示を得るのに必要な黒化率の下限が約９０％であるとすると、良好な黒表示を得るためには、電極間電圧がＶ１よりも小さくならないように制御する必要がある。なお、良好な黒表示を得るのに必要な電極間電圧の下限値は、本発明の「所定値」の一例である。以下の説明では、良好な黒表示を得るのに必要な電極間電圧の下限値を、単に所定値と言う。

ここで、第１実施形態の制御部２（図１参照）には、上記したような所定値が記憶されている。そして、第１実施形態の制御部２は、情報を新たに書き込む書き込み動作（複数の画素１ｂのうちの所定数の画素１ｂを任意の階調で黒化する動作）の際に、電極間電圧が所定値よりも小さくなるか否かの判断を行い、電極間電圧が所定値よりも小さくなると判断した場合に、書き込み動作を複数回に分割する制御を行うように構成されている。すなわち、黒化すべき画素１ｂの個数が多い（黒化すべき面積が大きい）場合に、電極間電圧が所定値よりも小さくなるという判断がなされると、書き込み動作が複数回に分割されるため、一度に黒化する画素１ｂの個数（一度に黒化する面積）が減少することになる。

さらに、第１実施形態の制御部２は、書き込み動作を複数回に分割する場合に、表示領域１ａに表示する情報を複数のグループに分類し、その分類された複数のグループを任意の順番で書き込む制御を行うことも可能となっている。

図４は、本発明の第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き換え動作を説明するための電圧波形図である。次に、図１および図４を参照して、第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き換え動作の一例を説明する。

第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き換え動作は、書き込まれた情報を消去するリセット動作と、情報を新たに書き込む書き込み動作とを含んでいる。このリセット動作および書き込み動作は、それぞれ、図４中のＴｒの期間およびＴｗの期間に行われる。以下の説明では、リセット動作および書き込み動作の各々が２回に分割されているとする。

リセット動作が行われるリセット期間Ｔｒは、第１リセット期間Ｔｒ１と第２リセット期間Ｔｒ２とに分割されている。そして、第１リセット期間Ｔｒ１では、まず、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線までを順次走査する（図４中のＴｒ１ａの期間）。すなわち、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に対して走査信号（約３０Ｖ）を順次供給する。また、この走査期間Ｔｒ１ａの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を約３０Ｖ（Ｍａｘ）に上げるとともに、Ｖｄｄを約−１．５Ｖに下げた状態にしておく。

このとき、走査されたゲート線（１番目のゲート線からｋ番目のゲート線）に繋がる画素１ｂでは、薄膜トランジスタ１５のゲートに約３０Ｖの電圧が印加されることにより、薄膜トランジスタ１５がオン状態となる。そして、オン状態の薄膜トランジスタ１５を介して、薄膜トランジスタ１４のゲートに約３０Ｖの電圧が印加される。このため、薄膜トランジスタ１４がオン状態となって画素電極１８が駆動される。これにより、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂでは、透明電極２０に析出していた銀の溶解が始まる。

走査期間Ｔｒ１ａの後、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖ（Ｍｉｎ）に下げ、かつ、Ｖｄｄを約−１．５Ｖのまま保持した状態で約３００ｍｓ待機する。これにより、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂでは、透明電極２０に析出していた銀が消失する。

この後、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線までを再び順次走査する（図４中のＴｒ１ｂの期間）。また、この走査期間Ｔｒ１ｂの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖのまま保持するとともに、Ｖｄｄを０Ｖに上げた状態にしておく。これにより、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂに対するリセット動作が終了する。

そして、第２リセット期間Ｔｒ２では、第１リセット期間Ｔｒ１の後に、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線までを順次走査する（図４中のＴｒ２ａの期間）。また、この走査期間Ｔｒ２ａの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を約３０Ｖに上げるとともに、Ｖｄｄを約−１．５Ｖに下げた状態にしておく。

このとき、走査されたゲート線（ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線）に繋がる画素１ｂでは、透明電極２０に析出していた銀の溶解が始まる。

走査期間Ｔｒ２ａの後、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖに下げ、かつ、Ｖｄｄを約−１．５Ｖのまま保持した状態で約３００ｍｓ待機する。これにより、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線に繋がる画素１ｂでは、透明電極２０に析出していた銀が消失する。

この後、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線までを再び順次走査する（図４中のＴｒ２ｂの期間）。また、この走査期間Ｔｒ２ｂの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖのまま保持するとともに、Ｖｄｄを０Ｖに上げた状態にしておく。これにより、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線に繋がる画素１ｂに対するリセット動作が終了する。

また、書き込み動作が行われる書き込み期間Ｔｗは、第１書き込み期間Ｔｗ１と第２書き込み期間Ｔｗ２とに分割されている。そして、第１書き込み期間Ｔｗ１では、まず、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線までを順次走査する（図４中のＴｗ１ａの期間）。すなわち、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に対して走査信号（約３０Ｖ）を順次供給する。また、この走査期間Ｔｗ１ａの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線に映像信号（階調電圧）を供給するとともに、Ｖｄｄを約＋１．５Ｖに上げた状態にしておく。なお、１番目のデータ線から最終のデータ線に供給される映像信号（階調電圧）は、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線までの走査に同期して変化する。

このとき、走査されたゲート線（１番目のゲート線からｋ番目のゲート線）に繋がる画素１ｂでは、薄膜トランジスタ１５のゲートに約３０Ｖの電圧が印加されることにより、薄膜トランジスタ１５がオン状態となる。そして、オン状態の薄膜トランジスタ１５を介して、薄膜トランジスタ１４のゲートに階調電圧が印加される。このため、薄膜トランジスタ１４が階調電圧に応じたオン状態となって画素電極１８が駆動される。なお、表示領域１ａに表示する情報によっては、薄膜トランジスタ１４がオンしない画素１ｂも存在する。これにより、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂのうちの所定数の画素１ｂでは、透明電極２０への銀の析出が始まる。

走査期間Ｔｗ１ａの後、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖ（Ｍｉｎ）に下げ、かつ、Ｖｄｄを約＋１．５Ｖのまま保持した状態で約３００ｍｓ待機する。その結果、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂのうちの所定数の画素１ｂでは、透明電極２０に銀が析出することにより任意の階調で黒化する。

この後、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線までを再び順次走査する（図４中のＴｗ１ｂの期間）。また、この走査期間Ｔｗ１ｂの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖのまま保持するとともに、Ｖｄｄを０Ｖに下げた状態にしておく。これにより、１番目のゲート線からｋ番目のゲート線に繋がる画素１ｂに対する書き込み動作が終了する。

そして、第２書き込み期間Ｔｗ２では、第１書き込み期間Ｔｗ１の後に、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線までを順次走査する（図４中のＴｗ２ａの期間）。また、この走査期間Ｔｗ２ａの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線にデータ信号（階調電圧）を供給するとともに、Ｖｄｄを約＋１．５Ｖに上げた状態にしておく。なお、１番目のデータ線から最終のデータ線に供給される映像信号（階調電圧）は、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線までの走査に同期して変化する。

このとき、走査されたゲート線（ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線）に繋がる画素１ｂのうちの所定数の画素１ｂでは、透明電極２０への銀の析出が始まる。

走査期間Ｔｗ２ａの後、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖに下げ、かつ、Ｖｄｄを約＋１．５Ｖのまま保持した状態で約３００ｍｓ待機する。その結果、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線に繋がる画素１ｂのうちの所定数の画素１ｂでは、透明電極２０に銀が析出することにより任意の階調で黒化する。

この後、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線までを再び順次走査する（図４中のＴｗ２ｂの期間）。また、この走査期間Ｔｗ２ｂの間は、１番目のデータ線から最終のデータ線の電圧を０Ｖのまま保持するとともに、Ｖｄｄを０Ｖに上げた状態にしておく。これにより、ｋ＋１番目のゲート線から最終のゲート線に繋がる画素１ｂに対する書き込み動作が終了する。

ところで、情報を新たに書き込む際には、そのときの書き込み動作を以下のように制御してもよい。

すなわち、図５に示すように、表示領域１ａに表示する情報３０を、冒頭部分を含むグループ３０ａ、中段部分を含むグループ３０ｂおよび後段部分を含むグループ３０ｃの３つに分類し、冒頭部分を含むグループ３０ａから順に書込みが行われるように制御してもよい。なお、この場合には、書き込み動作を３回に分割することになる。このように書き込み動作を制御すれば、情報３０を閲覧しやすくすることが可能となる。

また、図６に示すように、表示領域１ａに表示する情報３０を、写真、ドキュメントおよびグラフなどの種類別に４つのグループ３０ｄ〜３０ｇに分類し、その４つのグループ３０ｄ〜３０ｇが所定の順番で書き込まれるように制御してもよい。この場合には、書き込み動作を４回に分割することになる。このように書き込み動作を制御したとしても、情報３０を閲覧しやすくすることができる。

第１実施形態では、上記のように構成することによって、書き込み動作の際に、黒化すべき画素１ｂの個数が多い（黒化すべき面積が大きい）と、書き込み動作が複数回に分割されることになる。すなわち、書き込み動作の際に、一度に黒化する画素１ｂの個数（一度に黒化する面積）が減少することになるので、電極間電圧が所定値よりも小さくなるのを抑制することができる。このため、黒化すべき画素１ｂの個数が多い（黒化すべき面積が大きい）場合に、正常に反応（黒化）しなくなってしまうという不都合が発生するのを抑制することができる。その結果、表示品位が低下するのを抑制することが可能となる。

図７〜図９は、本発明の第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１、図２および図７〜図９を参照して、第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の製造プロセスについて説明する。

まず、図７に示すように、ガラス基板１２の所定面１２ａ上に、各画素１ｂに１つずつ配置される薄膜トランジスタ１４を形成する。この際、各画素１ｂに１つずつ配置される薄膜トランジスタ１５およびキャパシタ１６（図１参照）も、ガラス基板１２の所定面１２ａ上に形成する。さらに、薄膜トランジスタ１５に接続されるゲート線およびデータ線（図１参照）も、ガラス基板１２の所定面１２ａ上に形成する。その後、ガラス基板１２の所定面１２ａ上に薄膜トランジスタ１４の全面を覆う層間絶縁膜１７を形成するとともに、その層間絶縁膜１７に薄膜トランジスタ１４にまで達するコンタクトホール１７ａを形成する。

次に、スクリーン印刷法を用いて、層間絶縁膜１７の上面上に、後に画素電極１８となる銀ペースト膜を形成する。この際、層間絶縁膜１７のコンタクトホール１７ａにも銀ペーストが埋め込まれる。その後、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて、銀ペースト膜が各画素１ｂに１つずつ独立して配置されるように、銀ペースト膜の不必要な部分を除去する。これにより、図８に示すように、各画素１ｂに１つずつ独立して配置された画素電極１８が形成されるとともに、その画素電極１８が層間絶縁膜１７のコンタクトホール１７ａを介して薄膜トランジスタ１４に接続される。

なお、画素電極１８の形成では、上記した方法以外の方法を用いてもよい。たとえば、スパッタ法や真空蒸着法などを用いて成膜を行った後に、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングするようにしてもよい。また、金属ナノ粒子が分散されたインクを塗布することにより成膜を行った後に、リソグラフィ技術およびエッチング技術を用いてパターニングするようにしてもよい。さらに、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法およびインクジェット印刷法などを用いて、パターニングされた膜をダイレクトに形成するようにしてもよい。

次に、図９に示すように、スクリーン印刷法を用いて、層間絶縁膜１７および画素電極１８の上面上に、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液中に二酸化チタンの粒子が分散されたインクを塗布する。そして、そのインクを約８０℃の温度条件下で乾燥させた後、乾燥したインク上に、後に散乱層１９となる複数のビーズスペーサを散布する。これにより、層間絶縁膜１７の上面上に、画素電極１８の全面を覆う散乱層１９が形成される。

続いて、スクリーン印刷法を用いて、後にシール部材２１となるエポキシ樹脂を全面上に塗布する。そして、その塗布されたエポキシ樹脂をパターニングすることによって、表示領域１ａに対応する領域を取り囲むシール部材２１を形成する。

次に、所定面１３ａ上に透明電極２０が形成されたガラス基板１３（図２参照）を準備する。なお、透明電極２０を形成する際には、スパッタ法を用いて、ガラス基板１３の所定面１３ａ上に、表示領域１ａの全てを連続して覆うベタ状のＩＴＯ膜を成膜する。この後、ガラス基板１２および１３の各々の所定面１２ａおよび１３ａを互いに対向させた状態で、ガラス基板１２および１３を互いに貼り合わせる。

そして、真空注入法を用いて、ガラス基板１２および１３の間に、後に電解質層１１となる電解液を注入する。この電解液は、約２．５ｇのジメチルスルホキシドを含む溶媒中に、ヨウ化ナトリウム（約９０ｍｇ）とヨウ化銀（約７５ｍｇ）とを加えて完全に溶解させた後に、約１５０ｍｇのポリビニルピロリドン（平均分子量：約１５０００）をさらに加えた状態で、それを約１２０℃に加熱しながら約１時間の攪拌を行うことによって得られる。

最後に、電解液を注入するための注入口（図示せず）を、アクリルのＵＶ硬化樹脂で封止する。このようにして、図１および図２に示した第１実施形態の表示素子１が作製される。

次に、上記した第１実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。

まず、上記した第１実施形態の製造プロセスにより作製された表示素子１を含む電気化学表示装置（図１および図２参照）を準備した。その後、リセット動作および書き込み動作を繰り返し行うことによって、黒化している画素１ｂの個数（黒化している面積）が互いに異なる複数種類の表示パターンを得た。そして、その複数種類の表示パターンのそれぞれについて、良好に黒化しているかどうかを調べた。その結果を以下の表１および表２に示す。

ところで、この確認実験では、黒化する画素１ｂに対して３０Ｖ（Ｍａｘ）の映像信号（階調電圧）を供給した。また、リセット動作を４回に分割し、書き込み動作を２回に分割した。そして、１回目の書き込み動作の際に、走査するゲート線の本数（図４中のｋの値）と、３０Ｖ（Ｍａｘ）の映像信号（階調電圧）を供給するデータ線の本数とを変化させることによって、１回目の書き込み動作の際に黒化する画素１ｂの個数を１個〜７６７２０個の間で変化させた。

なお、以下の表１および表２において、「画素数」とは、黒化する画素１ｂの個数であり、「面積」とは、黒化する面積である。「抵抗１」とは、画素電極１８と透明電極２０との間の抵抗である。「抵抗２」とは、画素電極１８に接続される薄膜トランジスタ１４および１５の抵抗と、透明電極２０に電力を供給するための接続部の抵抗とを合計したものである。「電圧」とは、画素電極１８と透明電極２０との間に生じる電圧（電極間電圧）である。そして、良好に黒化した場合には、「黒化ＯＫ？」の欄をＯＫとしており、良好に黒化しなかった場合には、「黒化ＯＫ？」の欄をＮＧとしている。

表１および表２を参照して、黒化する画素１ｂの個数が１個〜３９０００個の間であれば良好に黒化する一方、黒化する画素１ｂの個数が３９０００個を超えれば良好に黒化ししなかった。これは、黒化する画素１ｂの個数（黒化する面積）が増加するのに伴って、画素電極１８と透明電極２０との間の抵抗が低くなっていき、画素電極１８と透明電極２０との間に生じる電圧（電極間電圧）が小さくなっていったためであると考えられる。すなわち、良好に黒化させるためには、電極間電圧が０．７Ｖよりも小さくなるのを抑制する必要があると考えられる。

この結果から、一度に黒化する画素１ｂの個数が３９０００個を超えないように（一度に黒化する面積が１９５０ｍｍ²を超えないように）書き込み動作を複数回に分割することによって、電極間電圧が０．７Ｖよりも小さくなることがないので、良好に黒化させることができ、表示品位が低下するのを抑制することが可能になると言える。

なお、画素電極１８に接続される薄膜トランジスタ１４および１５の抵抗と、透明電極２０に電力を供給するための接続部の抵抗とを合計した抵抗は、黒化する画素１ｂの個数を変化させても一定（１２．２５Ω）であった。

（第２実施形態）
図１０は、本発明の第２実施形態による電気化学表示装置の一例を簡略的に示した図である。次に、図１０を参照して、第２実施形態による電気化学表示装置の構造について説明する。

この第２実施形態による電気化学表示装置は、図１０に示すように、図１に示した第１実施形態と同様、表示素子１と、制御部２と、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４とを少なくとも備えている。なお、図１０には、表示素子１、制御部２、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４が所定の筐体４１に収納されている状態を図示しているが、図面の簡略化のため、制御部２、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４は省略している。

ここで、第２実施形態では、筐体４１に収納された制御部２（図１参照）に、複数の書き込みパターン４０が格納されたメモリ４２と、そのメモリ４２に格納された複数の書き込みパターン４０のうちのいずれか１つを選択するためのスイッチ４３とが接続されている。そして、第２実施形態では、メモリ４２に格納された複数の書き込みパターン４０を読み出して表示領域１ａに表示し、その表示領域１ａに表示された複数の書き込みパターン４０を見ながら複数の書き込みパターン４０のうちのいずれか１つをスイッチ４３により選択することが可能なように構成されている。

さらに、第２実施形態の制御部２（図１参照）は、書き込み動作を複数回に分割する場合に、表示領域１ａに表示する情報を選択された書き込みパターン４０に応じて複数のグループに分類し、その分類された複数のグループを任意の順番で書き込む制御を行うことも可能となっている。

上記した書き込みパターン４０としては、図１１に示すモザイク状のパターンや、図１２に示すストライプ状のパターンや、図１３に示す額縁状のパターンなどがある。なお、図１１〜図１３において、ハッチングの施されている領域が最初に書き込まれる領域である。

（第３実施形態）
図１４は、本発明の第３実施形態による電気化学表示装置の一例を簡略的に示した図であり、図１５は、図１４の１００−１００線に沿った断面に対応する図である。次に、図１４および図１５を参照して、第３実施形態による電気化学表示装置の構造について説明する。

この第３実施形態による電気化学表示装置は、図１４および図１５に示すように、図１に示した第１実施形態と同様、表示素子１と、制御部２と、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４とを少なくとも備えている。なお、図１４および図１５には、表示素子１、制御部２、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４が所定の筐体５１に収納されている状態を図示しているが、図面の簡略化のため、制御部２、ゲート線駆動回路３およびデータ線駆動回路４は省略している。

ここで、第３実施形態では、表示領域１ａの所定部分１ｃが筐体５１によって外部に露出しないように覆われており、表示領域１ａの所定部分１ｃ以外の部分１ｄのみが外部に露出された状態となっている。さらに、第３実施形態では、筐体５１に収納された制御部２（図１参照）に、表示領域１ａの所定部分１ｃにおける表示濃度（黒化している画素１ｂの表示濃度）を測定するための光学系５２が接続されている。この光学系５２は、表示領域１ａの所定部分１ｃと対向するように筐体５１に取り付けられている。なお、光学系５２は、本発明の「測定部」の一例である。

そして、第３実施形態の制御部２（図１参照）は、制御部２において行われる判断の際に基となる所定値を、表示領域１ａの所定部分１ｃにおける表示濃度に基づいて算出することも可能となっている。

ところで、所定値を算出する際には、まず、黒化している画素１ｂの個数（黒化している面積）が互いに異なる複数種類の表示パターンを、表示領域１ａの所定部分１ｃに表示する。この表示領域１ａの所定部分１ｃへの複数種類の表示パターンの表示は、制御部２によって制御を行うことが可能である。この後、光学系５２を用いて、複数種類の表示パターンの各々の表示濃度（黒化している画素１ｂの表示濃度）を測定する。そして、複数種類の表示パターンの各々の表示濃度に基づいて所定値を算出する。

第３実施形態では、上記のように構成することによって、表示素子１が劣化することにより所定値（制御部２において行われる判断の際に基となる値）が変化したとしても、その変化に対応することが可能となる。

なお、第３実施形態の構成において、２つの表示素子を別個に設け、一方の表示素子で通常の情報の表示を行い、他方の表示素子で所定値を算出するための複数種類の表示パターンの表示を行うようにしてもよい。

今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ＥＤ方式の電気化学表示装置に本発明を適用する例について説明したが、本発明はこれに限らず、ＥＤ方式の電気化学表示装置以外の電気化学表示装置にも適用可能である。具体的には、ＥＤ方式の電気化学表示装置以外に、酸化還元反応によるエレクトロクロミック材料の色変化を利用するＥＣＤ方式の電気化学表示装置にも適用可能である。

また、上記実施形態では、リセット動作および書き込み動作の各々の分割回数を２回にしたが、本発明はこれに限らず、リセット動作および書き込み動作の各々の分割回数が３回以上であってもよい。ただし、リセット動作および書き込み動作の各々の分割回数は、必要最小限に留めておくのが好ましい。

また、上記実施形態では、リセット動作および書き込み動作の各々の分割回数を互いに同じにしたが、本発明はこれに限らず、リセット動作および書き込み動作の各々の分割回数を互いに異ならせてもよい。

また、上記実施形態では、１回目のリセット動作および２回目のリセット動作を連続して行い、１回目の書き込み動作および２回目の書き込み動作を連続して行ったが、本発明はこれに限らず、１回目のリセット動作および１回目の書き込み動作を順次行い、その後に、２回目のリセット動作および２回目の書き込み動作を順次行ってもよい。

また、上記実施形態では、Ｖｄｄの値の絶対値を１．５Ｖに設定したが、本発明はこれに限らず、表示素子の材料や構造に応じてＶｄｄの値を変えてもよい。また、リセット動作時のＶｄｄの値および書き込み動作時のＶｄｄの値の各々の絶対値が互いに異なっていてもよい。なお、Ｖｄｄの値としては、その絶対値が３Ｖ以下であることが好ましい。

また、上記実施形態では、銀（Ａｇ）からなる画素電極を用いるようにしたが、本発明はこれに限らず、銀（Ａｇ）以外の材料を画素電極の構成材料として用いるようにしてもよい。画素電極に用いることが可能な銀（Ａｇ）以外の材料としては、たとえば、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｆｅ、Ｎｉ、カーボン、Ｃｒ、ＡｌおよびＭｏなどが考えられる。さらに、上記した材料のうちのいずれかを含む合金からなる画素電極を用いるようにしてもよいし、多層構造の画素電極を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、画素電極をマトリクス状に分割し、透明電極をベタ状に形成したが、本発明はこれに限らず、画素電極および透明電極の両方をマトリクス状に分割してもよい。また、画素電極および透明電極の両方をストライプ状に形成し、画素電極および透明電極が平面的に見て互いに交差するように配置してもよい。

本発明の第１実施形態による電気化学表示装置の構成を示した図である。 図１に示した第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の断面構造を説明するための図である。 電極間電圧（一対の電極層の間に生じる電圧）と黒化率との関係を示した図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き換え動作を説明するための電圧波形図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き込み動作を詳細に説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置において行われる書き込み動作を詳細に説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第１実施形態による電気化学表示装置に含まれる表示素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電気化学表示装置の一例を簡略的に示した図である。 本発明の第２実施形態による電気化学表示装置において行われる書き込み動作を詳細に説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電気化学表示装置において行われる書き込み動作を詳細に説明するための図である。 本発明の第２実施形態による電気化学表示装置において行われる書き込み動作を詳細に説明するための図である。 本発明の第３実施形態による電気化学表示装置の一例を簡略的に示した図である。 図１４の１００−１００線に沿った断面に対応する図である。

符号の説明

１ 表示素子
１ａ 表示領域
１ｂ 画素
１ｃ 所定部分
２ 制御部
１１ 電解質層
１８ 画素電極（電極層）
２０ 透明電極（電極層）
４２ メモリ
４３ スイッチ
５２ 光学系（測定部）

Claims (7)

1. 電解質層に含有されている光変調物質を酸化還元反応させることにより、複数の画素からなる表示領域に表示する情報の書き換えを行う電気化学表示装置であって、
   前記表示領域を有しているとともに、前記電解質層を挟んで互いに対向するように配置された一対の電極層を少なくとも含んでいる表示素子と、
   前記表示領域に表示する情報の書き換えを制御するための制御部とを備え、
   前記一対の電極層の間に電圧が生じることにより前記光変調物質の酸化還元反応が行われ、
   前記制御部は、書き込み動作の際に、前記一対の電極層の間に生じる電圧が所定値よりも小さくなるか否かの判断を行い、前記一対の電極層の間に生じる電圧が前記所定値よりも小さくなると判断した場合に、前記書き込み動作を複数回に分割する制御を行うように構成されていることを特徴とする電気化学表示装置。
2. 前記書き込み動作を複数回に分割する場合、前記表示領域に表示する情報を複数のグループに分類し、その分類された前記複数のグループが任意の順番で書き込まれるように、前記制御部によって前記書き込み動作が制御されることを特徴とする請求項１に記載の電気化学表示装置。
3. 前記書き込み動作を複数回に分割する場合、前記表示領域に表示する情報の冒頭部分から順に書き込まれるように、前記制御部によって前記書き込み動作が制御されることを特徴とする請求項２に記載の電気化学表示装置。
4. 前記書き込み動作を複数回に分割する場合、前記表示領域に表示する情報が種類別に分類されるように、前記制御部によって前記書き込み動作が制御されることを特徴とする請求項２に記載の電気化学表示装置。
5. 複数の書き込みパターンを格納するためのメモリと、
   前記複数の書き込みパターンのうちのいずれか１つを選択するためのスイッチとをさらに備え、
   前記書き込み動作を複数回に分割する場合、前記表示領域に表示する情報が選択された前記書き込みパターンに応じて分類されるように、前記制御部によって前記書き込み動作が制御されることを特徴とする請求項２に記載の電気化学表示装置。
6. 表示濃度を測定するための測定部をさらに備え、
   黒化している前記画素の個数が互いに異なる複数種類の表示パターンの各々の表示濃度を前記測定部で測定し、前記複数種類の表示パターンの各々の表示濃度に基づいて、前記制御部において行われる判断の際に基となる前記所定値を算出するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気化学表示装置。
7. 前記一対の電極層のうちの一方の電極層は、薄膜トランジスタアレイ基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気化学表示装置。

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