JPH0128385B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気化学発色現象を利用したエレク
トロクロミツク表示装置において、発色、消色の
駆動に関するものである。

従来のエレクトロクロミツク表示装置は、同じ
非発光型の液晶表示装置に比べ、表示の鮮やかさ
においてははるかに優れているものの、応答が遅
い、消費電力が大きい、駆動方法が離しい等の欠
点がある。

従来のエレクトロクロミツク表示装置で、例え
ば、電解質に液体を用いたものの一般的な構造を
第１図に示す。上下二枚の基板１，２はスペーサ
３を介して対向しセルを構成している。上基板１
は透明ガラスでセル内側面上に酸化インジウム等
の透明導電膜４を設けさらにその上に酸化タング
ステン、酸化モリブデン等の電気化学発色物質の
電極５が形成されている。下基板２は不透明でも
よく、例えばガラスやセラミツクでセル内側面上
に金、白金等の金属や酸化インジウム等の導電物
質で対向電極６を設ける。上下二枚の基板１，２
間のセル空間には硫酸や過塩素酸リチウム等の電
解質を溶媒に溶かした電解液７が封入され、電気
化学発色現象の白色背景として酸化チタン等の白
色粉末または多孔質の白色板を入れる場合もあ
る。

以上で述べた構造のエレクトロクロミツク表示
装置において、電極５を対向電極６に対して負電
位にして電圧を印加すると電解液７中の陽イオン
（M⁺）と透明導電膜４から電子の両方が電極５に
注入されて、電気化学発色物質が酸化タングステ
ンであればタングステンブロンズを形成して、発
色する。電位の極性を逆にして電圧を印加すると
電極５から陽イオンと電子は引き抜かれて消色す
る。

xM⁺＋WO₃＋xe^-M⁺xWO₃e^-ｘ (1) 発色、消色のいずれの場合も電極５と対向電極
６の間に電圧を印加し、しかも発色と消色とで電
位の極性が逆であるので発色と消色を同時に行う
ことが出来ない。その分応答は遅くなる。エレク
トロクロミツク表示装置は電気化学反応で電流駆
動であるから、電界駆動のTN型液晶表示装置と
比較すれば本質的に消費電力は大きいことは止む
を得ないが、発色と消色で逆方向に各々別に電流
を流すことは消費電力を増大させている。電極５
と対向電極６の間に電圧を印加する場合、発色さ
せる電極面積が広くなると応答が遅くなること
や、温度の違いで応答が違うことによる発色濃度
の違いを補正する駆動は極めて難しく、エレクト
ロクロミツク表示装置の実用化の大きな問題点と
なつている。

本発明は、これらの欠点を大幅に改善し、エレ
クトロクロミツク表示装置の実用化を容易にする
ものである。

本発明のエレクトロクロミツク表示装置では、
電荷を保持して発色している電極と電荷を保持し
てなくて消色している電極との間に電圧を印加
し、前者の電極群が保持している全ての電荷を後
者の電極群へ転送することにより、前者の電極群
は発色から消色へ変わり後者の電極群は消色から
発色へ変わる。従つて、発色と消色は同時に行な
われ応答は速くなる。また、上記電極群間の電荷
の転送による電流のみが流れ、発色と消色とで電
流を共用していることから消費電力を減少させて
いる。さらに、前者の電極群が保持している電荷
を全て後者の電極群へ転送した後は、両電極群間
に電圧を印加し続けても電流は流れない。従つ
て、前者の電極群と後者の電極群とで電極の総面
積を等しくしておくと、予め保持していた電荷の
密度は常に一定であり、これは、発色させる電極
面積や温度による応答の違いの影響を受けず、全
ての発色している電極の発色濃度は均一である。
このことは駆動が容易になることにつながる。し
かしながら、表示画素を構成する電極の面積を任
意にとると、表示の変わる電極の、電荷を保持し
ているものと電荷を保持していないものとで総面
積に違いが生じる場合に、両電極群の電極の総面
積を等しくするように表示画素を構成しない電極
を補助的に使う際にどの電極を使うかを選ぶ自由
度が減りそれだけ駆動が難しくなるが、各電極の
面積を基準の面積の整数倍にしておけば、両電極
群の電極の総面積の差も基準の面積の整数倍であ
るから総面積を等しくするために使う電極を選ぶ
自由度が増え、従つて総電極数を減らすことがで
き、駆動も容易になる。

以下、実施例により本発明を詳述する。

実施例 １ 第１図に示す構造のエレクトロクロミツク表示
装置において、上基板１は透明ガラス基板でセル
内側面上には電子ビーム蒸着により酸化インジウ
ム透明導電膜を設け、その上に酸化タングステン
を２×10^-6Torrの真空中、基板温度100℃で、蒸
着は応答を速くするために上基板法線方向から
50゜の角度で斜め蒸着し、蒸着速度を約20Å／sec
で約0.3μｍの膜厚の電気化学発色物質の電極を形
成した。下基板は凹型のガラスを用いて下基板と
スペーサを一体化し、この凹型ガラスと上基板と
を組み合わせることにより間隙〜0.5mmのセル空
間を設けた。この凹型ガラスのセル内側面上には
クロムと金を連続蒸着して対向電極を形成した。
セル空間に充填する電解液は、寿命を長くするた
めに過塩素酸リチウムの1Mプロピレンカーボネ
ート溶液に白色背景としての酸化チタン粉末を混
合したものである。各電極の面積はnS（ｎは整
数、Ｓ＝1.75mm²）で対向電極は10×20mm²である。

電極と対向電極間に1.5Vの電圧を印加した時
の発色濃度の変化を反射率で表わしたものが第２
図である。図中のａ，ｂ，ｃは発色させた電極面
積が各々Ｓ，2S，3Sの場合に対応している。図
に示すように発色させた面積が広くなると応答が
非常に遅くなつた。

これに対し本発明により、予めいくつかの電極
に５ｍＣ／cm²の電荷密度で電荷を保持させること
により発色させておき、次に、電荷を保持してい
る電極と電荷を保持していない電極とで電極面積
の等しい電極の間に1.5Vの電圧を印加して前者
の電極が保持している電荷を後者の電極へ転送す
る。第６図ａ，ｂと第７図はこの転送の動作を原
理的に説明するものである。第６図ａ，ｂのよう
に電極Ｐに電荷（電子とLiイオン）を注入してお
く。この状態で電極Ｐは起電力約0.5Vを有し、
透明導電膜４側を陰極とした充電電池と見なせ
る。

次に第７図のように電極Ｑ（発色していない電
極）に電源の陰極を接続し、電極Ｐ（発色されて
いる電極）に電源の陽極を接続して、直流電圧
（1.5V）を印加すると、電源電圧（1.5V）は発色
酸化タングステンの保持している電荷を放電させ
る方向にかかる。即ち、電極Ｐでは電荷が引き抜
かれる。一方電極Ｑでは電荷が注入される方向に
電圧が印加され、電極Ｐから引き抜かれた電荷は
電極Ｑへ転送されることになる。従つて、電極Ｐ
の消色と電極Ｑの発色とは同時に行われる。しか
も電極Ｐから全ての電荷が引き抜かれた後は電流
は流れなくなり、電極Ｑへの電荷の転送は終了す
る。この時点で電極Ｐの保有していた電荷が全て
電極Ｑへ転送されて、電極Ｐの消色と電極Ｑの発
色が同時に終了する。

このように転送により電荷が注入された電極の
発色濃度の変化を反射率で表わしたものが第３図
である。図中のｄ，ｅ，ｆは、各々電極面積が
Ｓ，2S，3Sで等しい電極の間で電荷を転送した
場合に対応している。図に示すように表示の変わ
つた面積が広くなると応答は少し遅くなつたもの
の、表示が変化し終わるのに要した時間に大差な
く、その発色濃度は一定であつた。また、電極面
積がＳと2Sの二つの電極が保持している電荷を
電極面積が3Sの電極へ1.5Vの電圧で転送した場
合もこの逆方向へ転送した場合も、電極面積が
3Sで等しい電極間で電荷の転送をした場合（第
３図中のｆ）と同じ発色濃度の変化を示した。

実施例 ２ 実施例１と同じ構造のエレクトロクロミツク表
示装置であるが、第４図に示したように、１１〜
１８の面積Ｓ（Ｓ＝1.75mm²）の電極と、１９，２
０の面積2Sの電極とからなり、１１〜１７の７
個の電極で「８」の字の表示画素を構成し、１８
〜２０は表示画素を構成しない補助の電極であ
る。

初めは、１１〜１７の７個の電極と対向電極と
の間に1.5Vの電圧を印加して１１〜１７の各電
極に５ｍＣ／cm²の電荷密度で電荷を予め保持させ
て、発色させておいた。各電極の発色濃度は均一
であつた。１８〜２０の電極には電荷を保持させ
ず、消色させておいた。表示は「８」である。次
に、１５と１８の電極間に1.5Vの電圧を印加し
て電極１５の保持していた電荷を電極１８へ転送
すると電極１５は消色して電極１８が発色した。
表示は「９」に変わつた。続いて、１５と１７の
電極間で電極１７の保持していた電荷を電極１５
へ転送すると表示は「０」に変わつた。引き続き
１１，１４〜１６の４個の電極群と１９，２０の
２個の電極群間に1.5Vの電圧を印加して、４個
の電極群の保持していた電荷を２個の電極群へ転
送すると、１１，１４〜１６の４個の電極群は消
色し１９，２０の２個の電極群が発色して、表示
は「１」となつた。４個の電極群と２個の電極群
の電極の総面積は等しく4Sであるから、電極１
９，２０の保持した電荷の密度は当然５ｍＣ／cm²
で、この時点で発色している電極１２，１３，１
８〜２０の発色濃度は均一であつた。さらに、同
様にして１３，１８，１９の３個の電極群の保持
していた電荷を、１１，１４，１５，１７の４個
の電極群へ転送して、表示を「２」に変えた場合
も発色している電極の発色濃度は均一であつた。

上述の簡単な駆動方法により「０」〜「９」の
表示をした場合に発色濃度は均一であり、表示の
切り換わる時間も約0.5秒で一定であつた。

実施例 ３ 実施例１と同じ構造のエレクトロクロミツク表
示装置であるが、第５図に示したように、２１〜
２７，２９の面積Ｓ（Ｓ＝1.75mm²）の電極と、２
８，３０の面積2Sの電極と、３１の面積3Sの電
極とからなり、２１〜２８の８個の電極で「18」
の字の表示画素を構成し、２９〜３１は表示画素
を構成しない補助の電極である。実際の使用例と
しては、時計の12時間制の時桁の表示等である。

初めは、２１〜２７，２９の８個の電極と対向
電極との間に1.5Vの電圧を印加して２１〜２７，
２９の各電極に５ｍＣ／cm²の電荷密度で電荷を予
め保持させて発色させておいた。各電極の発色濃
度は均一で、２８，３０，３１の電極は電荷を保
持せず消色させてあり、表示は「８」である。次
に、２５，２９の２個の電極群と電極３０の間に
1.5Vの電圧を印加して２５，２９の２個で計2S
の面積の電極群の保持していた電荷を面積2Sの
電極３０へ転送すると、２５，２９の２個の電極
群は消色し電極３０が発色した。表示は「９」に
変わつた。続いて、同様にして２７，３０の２個
で計3Sの面積の電極群の保持していた電荷を２
５，２８の２個で計3Sの面積の電極群へ転送す
ると、表示は「10」に変わつた。引き続き同様に
２１，２４〜２６の４個で計4Sの面積の電極群
の保持していた電荷を２９，３１の２個で計4S
の面積の電極群へ転送すると表示は「11」に変わ
つた。

上述の簡単な駆動方法により「０」〜「12」の
表示をした場合に発色濃度は均一であり、表示の
切り換わる時間も約0.5秒で一定であつた。

以上、実施例に詳述したように、本発明のエレ
クトロクロミツク表示装置は、電極の面積を基準
の面積の整数倍にし、総面積の等しい電極群間で
電圧を印加して予め保持させておいた一定密度の
電荷を転送して表示を変えるという新規な方法に
より、発色、消色を同時に行うことが出来ること
で応答が速くなるだけでなく、発色させる電極の
面積が広くても応答は速く、また発色濃度は発色
させる電極の面積や温度に依らず均一で消費電力
も少なく、駆動も容易であるという著しく改善さ
れたエレクトロクロミツク表示装置を提供するも
のである。以上、本発明では、電解質としてイオ
ン導電性電解質溶液（例えば、過塩素酸リチウム
のプロピレンカーボネート溶液等）を用いて述べ
たか、電解質としてイオン導電性固体電解質（例
えば、CaF₂，MgF₂，Na_1+xZv₂SixP_3-xO₁₂等）
を用いても、本発明には何ら支障がないことは言
うまでもないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のエレクトロクロミツク表示装置
の一般的な構造の断面図、第２図は従来のエレク
トロクロミツク表示装置の応答特性を示すグラ
フ、第３図は本発明のエレクトロクロミツク表示
装置の応答特性を示すグラフ、第４図ならびに第
５図は本発明の実施例における電極の構成平面
図、第６図ａ，ｂは電荷注入説明図、第７図は電
極間の電荷転送説明図である。 １…上基板、２…下基板、３…スペーサ、４…
透明導電膜、５…電極、６…対向電極、７…電解
液、１１〜３１…電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも一方が透明な一対の基板間に電解
   質を挟持し、かつ、少なくとも一方の基板上に設
   けられた導電膜上には電気化学発色物質を被覆し
   て複数の電極を形成し、それら複数の電極の少な
   くとも一部が表示画素を構成しているエレクトロ
   クロミツク表示装置において、 前記複数個の電極中の一部の電極は予め規定電
   荷密度の電荷を保持していて着色状態にあり、該
   規定電荷密度の電荷を保持している着色電極の少
   なくとも一部の着色電極群と、電荷を保持してい
   ない消色電極の少なくとも一部の消色電極群との
   間に電圧を印加する手段を有し、前記少なくとも
   一部の着色電極群の保持する電荷の全てを前記少
   なくとも一部の消色電極群に転送することによつ
   て前者着色電極群を消色状態に、後者消色電極群
   を着色状態に入れ替えて表示内容を書き替えると
   ともに、前記複数個の電極の少なくとも一部の電
   極の面積を最小の表示画素面積のほぼ整数倍に形
   成し、かつ、前者電荷を転送する着色電極群の総
   面積と後者電荷を転送される消色電極群の総面積
   をほぼ等しくすることにより、表示内容を書き替
   えた後も全ての着色電極の保持する電荷がほぼ規
   定電荷密度となるようにしたことを特徴とするエ
   レクトロクロミツク表示装置。