JPS599238Y2 - エレクトロクロミツク表示装置の駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は少なくとも一方が透明な２枚の基板間に２個以
上の電極に接触した状態で挾持され、そして電流に依り
可逆的に光吸収特性の変化する材料を用いた表示装置の
駆動電源の構造に関するものである。

この種表示装置材料として代表的なものは、エレクトロ
クロミツク物質があり、このエレクトロクロミツク物質
を用いた表示装置（以下ＥＣＤと略す。

）には大別して２種類ある。一つは無機固体膜を用いた
もので、典型的な構造は第１図に示す如くである。

最も一般的に使用されている物質は、酸化タングステン
（ＷＯ３）膜６であり、その膜厚は約１μｍである。

電解液７は硫酸、グリセリン等のアルコール及び酸化チ
タン等の白い微粉末の混合液である。

アルコールは酸を希釈するためであり、粉末は呈色現象
に対して白い背景を与えるためである。

電解液層７の厚さは通常１ｍｍ程度である。

炭素粉末とバインダ層よりなるアクアダック（商品名）
１及びステンレス板２は対向電極２０を威している。

無定形酸化タングステン６は透明電極４を対向電極２０
に対して負電位にすれば青く着色する。

その時の印加電圧は１．０〜２．５ボルト程度である。

印加電圧の極性を逆転すれば酸化タングステン膜６は元
の無色透明の状態に戻る。

この着色は電子とプロトンとの酸化タングステン膜６へ
の注入に依る。

また消色は電子とプロトンとが印加電圧極性の逆転に依
って元の状態に戻るためである。

消色電圧を印加しなければ着色状態は着色電圧を取り去
った後も持続する。

なお、２はステンレス板、３はスペーサ、５はガラス基
板である。

ＥＣＤの他の一つは電気化学反応に依り無色の液体を還
元し、不溶の着色膜を陰極上に着色させるものである。

この着色膜は酸素が無ければ逆電流を流さない限り退色
することはない。

しかし酸素が残存していれば徐々に退色する。

印加電圧極性を逆転すれば着色膜は溶け同時に色も消え
る。

この種のＥＣＤ材料としては、支持電解質として臭化カ
リウム、着色を生じさせる物質としてヘブチル・ビオロ
ゲン・ブロマイドを用いた水溶液がある。

動作電圧は１ボルト程度である。基本的なセル構造を第
２図に示す。

図中、８はガラス基板、９は透明電極（対向電極）、１
０は表示電極、１１はビオロゲン溶液、１２はスペーサ
、１３は封止物質である。

液体層の厚さは１ｍｍ程度である。ビオロゲンを用いた
ＥＣＤは透明電極９を両電極に用いて透過型、また反射
用顔料を液に混合して反射型として用いることかで゛き
る。

以上ＥＣＤの動作原理・構造を簡単に述べたが、次にＥ
ＣＤの特徴を列挙する。

１ 視角が非常に広い。

２ コントラストが良好で視角に依らない。

３ 数種の色を選択することができる。

４ きわめて低電圧で駆動できる。

５ 着色電圧を除去した後も数時間〜数日間着色状態が
持続する。

というメモリー作用を持つ。６ 消費エネルギーは着色
一消色の１サイクルにつき数〜数１０ｍｊであり、サイ
クル数に比例して増加する。

以上のような特徴を持つＥＣＤは、その低電圧駆動特性
を活かし、電池駆動に依る携帯用電子機器の表示装置へ
の応用が注目され始めている。

さて本考案は、ＥＣＤの特徴の中でも特にそのメモリー
効果を積極的に利用し、駆動に要する平均電力の低減を
目指した駆動回路の直流電源と、ＥＣＤの構造とに関し
たものであり、その電源は二次電池と太陽電池との併用
を特徴としたものである。

以下にその動作性能を、特に酸化タングステン（ＷＯａ
）よりなるＥＣＤを用いた腕時計を例にして述べる。

最初に腕時計に用いられたＥＣＤの平均消費電力を概算
してみる。

我々の実験に於いて、ＥＣＤの透過率が２０％になるた
めには、約ｌ５ｍｃ／ｃｍ２の電荷量を印加電圧２■の
下で流してやる必要がある。

２０％の透過率からもとの透明な状態にするためには、
着色に必要な電荷量と同じ電荷量を着色時とは逆方向に
流してやればよい。

それ故に１回の着色もしくは消色に必要なエネルギーは
約３０？ｎＪ／ｃｍである。

現在市販されている液晶を表示に用いた腕時計に於いて
表示される数字の数が４つのものがあり、分表示及び時
間表示に各々２数字が用いられている。

各々の数字は第３図のような７セグメントより戒ってい
るが、時間表示のうち１０の位を示すものだけはｂ，Ｃ
の２セグメントより戒る。

更に市販されている液晶時計の全セグメントの合計面積
は約０．２５ｃｍ２である。

各々のセグメントは同一面積であるとすると、セグメン
ト数は、 ７ Ｘ ３ ＋ ２ ＝２３で゛あるから、１セグメン
ト当りの面積は約０．０１ｃｍ’である。

つまり１セグメント当りの面積が０．０１ｃｍ’程度よ
り大きければ実用に供することができる。

ということである。以上のことから実用になるＥＣＤの
１セグメントを着色もしくは消色するために要するエネ
ルギーは約０．３ｍＪであると概算できる。

次に１２時間において各セグメントの着色及び消色させ
る回数の必要数について述べる。

先程述べたようにＥＣＤはメモリー作用を持ち、その間
に於いては外部からエネルギーを加える必要はない。

それ故、或る一つの数字から他の数字に表示内容が変化
するに際しては、両数字に共通するセグメントは電流を
流すことなく着色もしくは消色状態に留まらせ、非共通
セグメントのみを着色もしくは消色させるために電流を
流す、という駆動方法を用いればＥＣＤの特徴を活かし
て小さなエネルギー消費で駆動できる。

この駆動方法に於いて着色及び消色の回数は１２時間で
約２４００回となる。

このことから腕時計用ＥＣＤの１回当りの平均駆動電力
は２．４ｘｌＯ３ｘ Ｏ．３÷１２÷６０÷６０ ＝
１７μＷとなる。

この値は印加電圧が２ボルトとしてあったから、平均電
流にすれば約８．５μＡとなる。

また１日２４時間に流すべき電荷量は０．２ｍＡＨ程度
となる。

更に太陽電池について考察する。

太陽から地球へのエネルギー放射量は太陽定数と呼ばれ
ており、その値は約１４０ ｒｎＷ／ｃｍ”である。

また現在市販されているシリコン太陽電池の交換効率は
約１０％である。

それ故に光源に太陽を用いた場合には太陽電池１ ｃｍ
”から１４ｍＷの電力を得ることができる。

この値は、腕時計に用いられたＥＣＤを駆動するのに必
要な１日当りのエネルギーを得るために毎日２分足らず
太陽電池を太陽光に当てればよい、ことを意味する。

しかしこの計算に用いた太陽定数は地球大気等などによ
る諸々の吸収を考慮に入れていないために、実際上では
殆んど意味をなさない。

そこで実験に依るデータに基いて妥当性を見当してみる
。

実験によれば光源に蛍光灯を用い５００ルクスの照度の
もとて約３０μＡの電流が１ ｃｍ２のシリコン太陽電
池から得られた。

１０００ルクスの照度では約６０μＡであった。

ＪＩＳ−Ｚ−９１１０に依れば学校の図書閲覧室及び事
務室での照度は５００ルクスが推薦されており、実験に
用いた照度が妥当なものであることを確認しておく。

３０μＡの電流はＥＣＤの平均電流の約３倍である。

この時の出力電圧は０．２５Ｖ程度であるから電力とし
ては７．５μＷが得られる６ここで太陽電池を腕時計本
体、更に時計バンド表面に取り付けることを考えると、
その表面積を１０ｃｍ’程度にすることは容易であり、
この場合の電力は７５μＷである。

つまり室内の５００ルクスの蛍光灯下で５．４時間１０
ｃｍ”の太陽電池を用いればＥＣＤを１日駆動するだけ
のエネルギー量を得ることができる。

次に二次電池と組み合わせた場合について簡単に触れる
。

二次電池には種々あるが、中でもニッケルーカドミウム
電池は過充電、過放電に強く内部抵抗が低い等々の特長
によりますます広く使われ始めている。

腕時計に使用するには小型であることが必要であるから
、種々ある容量の中から１０ｍＡＨのものを取り挙げる
。

この場合、ニッケルーカドミウム電池の標準電圧は１．
２■であるからエネルギーとしては約４３ Ｊが得られ
る。

先程算出した値から１日にＥＣＤの消費するエネルギー
を概算すると、それは約１．４Ｊである。

つまりこの電池では３０日程度しかＥＣＤを駆動できな
い。

しかし１０ｃｍ”の太陽電池から充電することを考えれ
ば、太陽電池を５００ルクスの蛍光灯に当てる時間に依
り次のように電池の取り換えるべき時間を長くすること
ができる。

１日 ５．４時間以上 電池の交換は不必要／／ ４
時間 １３０日 ／／ ’２時間 ５０日 〃 Ｏ時間 ３１日 このことから分かるように太陽電池と二次電茨とを組み
合わせれば相当に電池交換の間隔を長くすることが可能
である。

もちろんこれらの概算はエネルギーが理想的に二次電池
に貯えられることを仮定しており、実際上は電池交換の
間隔がもっと短かくなる。

しかし光源は室内の蛍光灯のみを仮定しているが、現実
には太陽光下の戸外に出る場合もあり、更に太陽電池の
面積を大きくすることも可能であることから、それ程実
際とがけ離れることはなく、電池交換の間隔を相当長く
できるであろう。

今度は本考案の一実施例を構戒するＥＣＤと太陽電池の
構造について述べる。

第１図に示すようにＥＣＤにはガラス基板を用いている
。

それ故に、そのガラス基板上に直接太陽電池をエポキシ
樹脂等の接着剤で貼り合わせることが可能であり太陽電
池とＥＣＤを一体化することが容易である。

その構戊の例を第４，５図に示す。

第４図に示すようにＥＣＤ ２２を構戒する表面側ガラ
ス基板１５の周囲を延長し、この延長部分２３にＥＣＤ
部分の周囲に太陽電池１４の背面を貼合せる。

又は第５図に示すようにＥＣＤ２２を構戊する背面側の
ガラス板２４を延長し、この延長部分２５にＥＣＤ部分
の周囲に太陽電池１４の背面を貼合せる。

そして太陽電池相互の間隙には第６図のように、ガラス
フリット、エポキシ等、透明絶縁物１７を充填し、その
後、酸化インジューム、酸化スズ等の透明導電膜１６に
より、太陽電池電極間の導通をとるものである。

若しくは第７図に示すように、ＥＣＤ２１の表示側ガラ
ス板を時計のフロントガラス２６として用い、時計内部
においてＥＣＤ２２の周囲に太陽電池１４を表面側を貼
合せて構或する。

２７は時計ケース、２８は時計裏蓋、２９は時計駆動回
路である。

太陽電池１４とＥＣＤ ２２と二次電池３０は第８図に
示すように互いに並列接続され、太陽電池１４と二次電
池３０の間に逆流防止ダイオード３１が挿入される。

このように太陽電池はＥＣＤの一方の基板を利用して取
付けられるので、太陽電池の取付基板が不要になり、そ
の厚さ分だけ薄くすることができる。

また太陽電池は時計のフロントガラスとして兼用される
エレクトロクロミツク表示セルの前面基板の内面にブロ
ック状の整列体として貼設されるため、受光面が汚染さ
れることなく長期使用に耐えることができる。

フロントガラスとして表示セルの前面基板が利用される
ため、時計実装作業も簡単であり太陽電池に対する光照
射も確実に行なうことができる。

最後にＥＣＤを他の表示素子と比較し、ＥＣＤと太陽電
池の組み合わせの合理性について述べる。

現在市販されているデイジタル腕時計には発光ダイオー
ドと液晶が表示素子に使用されている。

発光ダイオードの場合数ｌＱｍＡもの電流を流す必要が
あり、連続表示させることは腕時計に内蔵できる小型電
池の容量からすれば、実際的ではない。

更に発光ダイオードが自ら光を出すことから明かるい、
例えば太陽光線下では見にくくなり、太陽電池が多くの
光量を要することとは相反する。

液晶の場合にはその消費電力は１μＷよりも小さく、小
型の一次電池で１年以上動作することが確認されており
、太陽電池の必要はない。

ＥＣＤは消費電力の点から見れば先述の２種の表示素子
の中間にあり、また発光ダイオードとは異なり周囲光を
利用する受動素子であることから、その電源として太陽
電池と二次電池との組み合わせが極めて有効となるので
ある。

本考案に用いられる太陽電池素子は表示用ガラス基板面
上に配列されかつガラス基板に形或された透明電極のパ
ターン領域で構或される表示部の輪郭を形設するもので
あるため、太陽電池が表示部を明瞭に指示するとともに
その配列模様は受光面の呈する色彩と相俟って表示パネ
ル面で装飾的効果を有する。

従って本願考案のエレクトロクロミツク表示装置は表示
される文字、数字、記号等を観測者の視覚に訴える力が
強く、表示色と周囲色との対比効果が高いため、表示情
報を容易に認識することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体ＥＣＤの基本構或を示す断面図、第２図は
液体ＥＣＤの基本構戒を示す断面図、第３図は日の字型
数字表示パターンのセグメント配置図、第４図、第５図
は太陽電池とＥＣＤとを一体化した構或図、第６図は太
陽電池相互の間隙の構或を示す拡大図、第７図は本考案
の他の実施例の断面図、第８図は電気回路図を示す。 ５・・・・・・ガラス基板、６・・・・・・酸化タング
ステン膜、８・・・・・・ガラス基板、９・・・・・・
対向電極、１０・・・・・・表示電極、１４・・・・・
・太陽電池、１５・・・・・・ＥＣＤの基板。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 透光性前面基板と背面基板間にエレクトロクロミツク物
   質を内設し、該エレクトロクロミック物質に電圧を印加
   して着色及び消色を可逆的に生起せしめる１対の電極を
   設けることにより前記透光性前面基板を介して時刻表示
   を実行するエレクトロクロミツク表示セルを有する時計
   用エレクトロクロミツク表示装置に於いて、前記透光性
   前面基板を時計のフロントガラスとして兼用するととも
   に前記透光性前面基板の内面で前記エレクトロクロミツ
   ク表示セル外周領域にブロック状の太陽電池を複数個貼
   設配置し、該太陽電池の受光面を前記フロントガラス内
   面に整列せしめて電源部を構戊したことを特徴とするエ
   レクトロクロミック表示装置。