JPS6024950B2 - エレクトロクロミツク表示素子の駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は少なくとも一方が透明な２枚の基板と該基板の
互いに対向する面上に設けた少なくとも一方は透明な電
極とこれらの電極に印加された電圧もしくは電流により
可逆的に可視吸収特性の変化を示す物質（所謂、ェレク
トロクロミック、ディスプレイ以下ＥＣＤと略す。

）の駆動回路に関するものである。まず、ＥＣＤの概要
について述でる。

ＥＣＤには大別して２種類あることが知られている。（
例えば Ｌ ・Ａ・Ｇｏｏｄｍａｎ ‘‘Ｐａｓｓｉｖ
ｅ ＬｉｑｕｉｄＤｉｓｐｌａ＄”，ＲＣＡＲｅｐｏｒ
ｔ６１３２５８参照。）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。第１図にお
いて１は透明絶縁物基板であり、以下２は表示電極、３
は対向電極、４は参照電極、５はスべ−サ、６は電解液
、７はＥＣ物質膜、８は絶縁膜である。この例では対向
電極の上にも作用物質としてＥＣ物質の膜が設けてある
。最も一般に使用されている無機物質７は酸化タングス
テン（Ｗ０３）、酸化モリブデン（Ｍｏｏ３）であり、
その膜厚は約１仏ｍである。電解液６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
物である。アルコールは酸を希釈するためであり、粉末
は着色現象に対して白い背景を与えるためである。電解
液層の厚さは通常１肋程度である。対向電極には表示装
置として動作するに適切な物質が選ばれる。このＥＣＤ
に対向電極３から表示電極２に電流を流すと流れた電荷
量に応じて青く着色（以下書込むと称す。）し、同じ電
荷量を逆向さに流すと非着色状態にもどる。（以下消去
と称す。）この着色は電子とプロトンの酸化タングステ
ン膜への注入により起こり、脱色は電子とプロトンがも
とへ房るためである。脱色電圧を印加しなければ、着色
状態は着色電圧を取り除いた後も数日間持続する。（メ
モリー効果）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、着色不熔の膜を陰極上に生成させる
ものである。

電圧極性を逆転すれば、着色膜は熔解し、同時に色も消
える。このタイプのＥＣＤ材料としては支持電解質とし
て臭化カリウム、着色膜を生じさせる物質としてへプチ
ル・ビオロゲン・プロマイドを用いた水溶液がある。基
本的なセル糠造を第２図に示す。

液体の厚さは普通１側程度である。ビオロゲンを用いた
ＥＣＤは透明電極を両電極に用いて透過型、また反射用
願料を液に混合して反射型として用いることができる。
以上述べた事がＥＣＤの簡単な動作原理である。

第２図中９はガラス基板、１０‘ま対向電極、１１は表
示電極、１２はビオロゲン混合液、１３はスベーサであ
る。

以下ＥＣＤの特徴を列挙する。

‘１） 視角が非常に広い。

【２ー コントラストが良好で、視角に依存しない。

【３｝ 低電圧で駆動できる。（数ボルト以下）■ 印
加電圧を除去した後も数時間ないし数日間、表示状態が
維持できる。（メモリー効果）■ 着色濃度は流れた電
荷量によって一義的に決まる。｛６｝ 消費エネルギー
は表示面積及び着色・消色のサイクル数に比例する。

このような特徴をもつＥＣＤはその低電圧駆動特性を生
かして電池駆動による携帯用電子機器の表示装置として
の応用が注目されている。

このＥＣＤの駆動方法には大別して以下のごと〈の３種
類の駆動方法が知られている。

｛１｝ 定電位駆動法 この駆動法は電極反応解析に用いられる定電位電解法を
ＥＣＤ駆動に用いるものであり、第４図に示すように表
示電極２と参照電極４との電位差が設定値Ｕと等しくな
るように対向電極３に印加される電圧が制御される。

参照電極４に対して表示電極２の電位を一定値（閥電位
以下Ｅｔｈと略す。

）よりも低く保つと着色が始まり、高く保つと消色する
。なお第４図の回路では表示電極２を接地しているので
Ｕを正にすると参照電極４に対する表示電極２の電位を
低くすることになる。第４図中、１４は線形増幅器、１
５はセグメント選択スイッチである。（複数個の表示電
極２を設け、それらを適当に選択して着色させ、数字、
記号、文字等を表示する場合、個々の表示電極２をセグ
メントと称する。第３図に７セグメントを用い０〜９の
数字を表示するパターンの一例を示す。）着色及び消色
は希望するセグメント選択スイッチを閉じ上記のごとく
行なうが、セグメント選択スイッチを開いておけば、他
のセグメントを駆動しても影響は受けず、メモリー状態
となり、そのままの表示状態を保つ。

この駆動法は着色に重要な表示電極２界面の電位差を一
定に設定するため多セグメント表示の際、セグメント間
の着色濃度を同一にすることが可能な反面、参照電極と
いう第３の電極を使用することからのセル構造の複雑化
、又線形増幅器を使用するため回路が複雑でありコスト
高になる欠点がある。■ 定電流駆動法 これは第５図に示すように定電流源１６に接続して駆動
する。

この場合も書込みおよび消去時のみ書込・消去切襖連動
スイッチ１７をそれぞれの側に接続し表示状態を保つ間
は切り離しておく。

第５図中Ｗは書込、Ｍはメモリー、Ｅは消去の各端子を
示す。この駆動法の特徴は流れる電荷量を任意に設定で
き、従って着色濃度も任意に設定できるので電極引き出
し部の抵抗値による電圧降下が問題になる場合や、ＥＣ
物質自体の特性のバラッキがある場合でも着色濃度を一
定値にできる。又周囲温度が変動しても一定電流を流す
ことが可能である。反面、この駆動法においては、書込
時と消去時の電荷量の設定にわずかでも誤差があると書
込−消去のサイクルを繰り返す泰に誤差が累積され、反
応が一方向にかたよっていく。つまり、書込時の電荷量
が消去時の電荷量よりも大きければ着色が進行し、完全
に消去されなくなる。又、消去時の電荷量が書込時の電
荷量よりも大きい場合には消去が完了しても電流を流し
込まれるので必然的に電解液の分解、電極の劣化等の望
ましくない副反応がひき起こされる欠点がある。｛３’
定電圧駆動法 定電流駆動法とほぼ同様で定電流源の代りに第６図のよ
うに書込用定電圧源１８及び消去用定電圧源１９を接続
する。

そして切襖スイッチ２０で切り換える。この駆動法では
回路が前記２つの駆動法に比べて簡単であり、電源のエ
ネルギーの利用率も一番高いので電池駆動の電子機器に
ＥＣＤを利用する場合のように低消費電力を指向する場
合には有利である。又、消色時に高抵抗を示す酸化タン
グステン膜の性質より消去時には表示電極界面によく電
圧がかかるため、前記２つの駆動法に比較して望ましく
ない副反応をひき起こすほどの高電圧を印加することな
く、応答速度の遠い消去が可能である。

しかし、着色の場合は表示電極と対向電極間に印加され
た電圧のうち対向電極界面における電圧降下の影響を大
きく受け、着色に関係ある表示電極界面の電位差が変動
する。よって多セグメント表示の場合、着色面積が変化
する度に各セグメント間の着色濃度に違いがでて、表示
品位が低下する。以上、各駆動法の概略とメリット及び
デメリットをあげたが、本発明は定電流駆動にて書込み
を行い、この書込電流を各セグメントの大きさに応じて
供給することにより全てのセグメントの着色濃度を一定
にするものである。

また本発明は書込時は定電流駆動にて、消去時には定電
圧駆動にて駆動することで両者のメリットを生かし、よ
り効果的なＥＣＤの駆動回路を提供するものである。こ
れにより第３電極及びアナログ線形増幅器の使用による
セル構造及び駆動回路の複雑化を避け、着色濃度差のな
い表示品位の高い着色を得ると共に、前記の定電流駆動
法におけるデメリットをなくし、望ましくない副反応を
起こさない範囲の印加電圧にて応答速度の速い消去が簡
単な回路にて得られる。本発明の回路図を第７図に示す
。

書込時および消去時に書込・消去切換スイッチ２３によ
り書込時は定電流源２１側へ閉じ、消去時は定電圧源２
２側へ閉じ、又メモリー状態は切り離して駆動する。第
７図中Ｗは書込、Ｍはメモリー、Ｅは消去の端子である
。次に上記回路の具体的な一実施例を第８図に示す。第
９図はタイムチャートである。第８図は図面の簡単化の
ため３セグメントのみ示している。第８図中、３は対向
電極、Ｓ，〜Ｓ３はセグメント、Ｔｓ．〜Ｔｓ３はセグ
メント選択用アナログスイッチ、Ｔｃ，〜Ｔｃ３は書込
時電流値選択用スイッチ、ＴＥは消去時用スイッチＲｏ
〜Ｒ３は抵抗、Ｔｒ，〜Ｔｒ４はトランジスタ、ＤびＲ
５はトランジスタＴｒ３、を活性領域中に動作する際、
特性のバラツキを押えるためのダイオード及び抵抗、Ｒ
４は抵抗、ＣＬはフリップ・フロップ２４のクロック信
号、Ｗは着色タイミング信号、Ｅは脱色タイミング信号
、Ｓｓ，はセグメントＳ，の表示状態を指定するセグメ
ント信号であり、ｆｌレベルの場合は着色、Ｌレベルの
場合は脱色を示す。−Ｖ，，−Ｖ３，十Ｖ２，十Ｖ４は
電源、信号ＣＬ，Ｗ，Ｅは総てのセグメントに共通した
信号である。また表示パターンの変化はＣＬの後端で起
こり、その変化間隔はＣＬの周期と同じもしくは整数倍
とする。

次に第８図の動作を説明する。

セグメント信号の変化はィクスクルーシブオア２５でＤ
フリップフロップ２４のＱ出力と排他的論理和により検
出され、その信号はＣＬの周期だけＨレベルになりこの
信号カギＣｈ，である。変化がない限り信号Ｃｈ，はＬ
レベルのままである。オア２６の出力Ｇ，には信号Ｓｓ
，がＨレベルの場合には着色タイミング信号Ｗが現われ
、Ｌレベルの場合には脱色タイミング信号Ｅが現われる
。上記信号Ｃｈ，と○，との論理積が信号Ｃ，である。
つまりセグメント信号Ｓｓ．に変化が起った場合にのみ
、そしてその変化がＬ〜日の時には着色タイミング信号
ＷがＨ〜Ｌの時には脱色タイミング信号Ｅが各々１個だ
け信号Ｃ，に現われることになる。これにより、ＥＣＤ
のもつメモ１」−作用を活かし、一つの表示パターンか
ら他のパターンへ変化する際に二つの表示パターンに共
通するセグメントには電流を加えることなく着色・脱色
状態をそのまま残し、表示状態の変化すべきセグメント
のみ着色もしくは脱色させるべく電流を流すことにより
駆動電力の低減が計かられる。

一方、信号Ｃ．と書込タイミング信号Ｗとの論理積が電
流値選択用スイッチＴｃ，の入力信号日，となりこの入
力信号がＨレベルの時電源−Ｖ，と導適する。

又信号Ｃ，と脱色タイミング信号Ｅとの論理積が信号Ｐ
，となり、他の同様なＳ２，Ｓ３セグメントの信号Ｐ２
，Ｐ３と論理和をつくりこの信号が消去用スイッチＴＥ
の入力信号Ｋとなり、この入力信号がＨレベルの時電源
＋Ｖ２と導適する。この図では簡単のためセグメント信
号Ｓｓ，に関した回路しか描いていないが、実際には他
のセグメント信号も信号Ｓｓ，と同様に処理されＴｓ２
，Ｔｃ２，Ｔｓ３，Ｔｃ３を制御する。以上のことから
例えばセグメント信号Ｓｓ，がＬ一日に変化した時には
次のようになる。

信号Ｃ，及び日．に着色タイミング信号Ｗが１個だけ現
われ、スイッチＴｓ，及びＴｃ，を同時にオンにする。
これにより電源の−Ｖ，が導通し印加されるので、トラ
ンジスタＴｒ，はオンとなり、その結果ダイオードＤも
オン、更にトランジスタＴｒ３もオンとなる。ダイオー
ドＤとトランジスタＴｒ３のベース接合との特性が似て
いればトランジスタＴｒ，のコレクター電流とトランジ
スタＴｒ３のコレクター電流とが等しくなる。図から分
かるように、トランジスタＴｒ，のコレクタ電流はほぼ
Ｖ，／Ｒ，であるから、トランジスタＴ「３は定電流を
引き出すことになり、セグメントＳ，は着色する。

又セグメント信号Ｓｓ，とＳｓ２が同時にＬ−日レベル
へ変化した場合には、上記同様な経過よりＴＣ・’ＴＣ
２カギオンと地、定電胤（チ十支州対向電極へ流れ出す
こ比地、この時スイッチＴｓ．，Ｔｓ２はオン状態にな
っているためセグメントＳ，，Ｓ２が着色される。

このようにして表示状態の変化するセグメント数に応じ
て定電流の大きさを変化することにより定電流書込を行
っている。

なお、本発明の特徴をなす抵抗Ｒ，，Ｒ２，Ｒ３の値は
、これらの抵抗の逆数、即ち１／Ｒ，，１／Ｒ２，１／
Ｒ３の比が各々の関係するセグメントＳ，，Ｓ２，Ｓ３
の面積の比に一致するように選択されており、着色すべ
きセグメントの合計面積と定電流値とを比例させること
ができ、単位面積当たり流れる電荷量を一定に保つこと
ができて、総ての表示パターンにおいて着色濃度を一定
にすることができる。一方、消色の場合はセグメント信
号ＳＳ，〜ＳＳ３の少なくとも１つがＨ→Ｌレベルに変
化した時、出力Ｋ及び変化したセグメント信号に該当す
る出力Ｃ，，Ｃ２，Ｃ３信号に脱色タイミング信号Ｅが
１個だけ現れ、スイッチＴ８及び消色すべきセグメント
選択スイッチ（Ｔｓ，，Ｔｓ２，Ｔｓ３のうち該当する
スイッチ）がオンとなる。

これにより電源＋Ｖ２が導通し印加されるのでトランジ
スタＴｒ２及びＴｒ４がオンとなり、該当するセグメン
ト選択ススイツチが同時にオンになっているため電流が
流れ、該当するセグメントは消色する。トランジスタＴ
ｒ４は飽和領域にて使用するため定電圧（〜−Ｖ３）消
色になっている。以上述べてきたように本発明にすれば
、着色濃度を均一に保つことができ、表示品位の高い動
作を比較的な駆動回路にて実現できる。

また書込時に定電流駆動し、消去時に定電圧駆動するの
で、消去時に定電流回路に挿入した抵抗の影響を受ける
ことがなく、電力消費に無駄がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体ＥＣＤの基本構成を示す断面図、第２図は
液体ＥＣＤの基本構成を示す断面図、第３図ａは日の字
型教子表示パタンのセグメント配贋図、第３図ｂは日の
字型セグメントの駆動タイムャート、第４図は定電位駆
動装置の基本回路図、第５図は定電流駆動装置の基本回
路図、第６図は定電圧駆動装置の基本回路図、第７図は
本発明による駆動装置の基本回路図、第８図は本発明の
駆動装置の一実施例の回路図、第９図は第８図の各部の
信号のタイムチャートである。 １・・・透明絶縁物基板、２・・・表示電極、３・・・
対向電極、４参照電極、５…スベーサ、６・・・電解液
、７・・・ＥＣ物質膜、８・・・絶縁膜、９…ガラス基
板、１０・・・対向電極、１１・・・表示電極、１２・
・・ヒーオロゲン混合液、１３…スベーサ、１４…線形
増幅器、１５・・・セグメント選択スイッチ、１６・・
・定電流源、１７・・・書込消去切襖連動スイッチ、１
８、書込用定電圧源、１９・・・消去用定電圧源、２０
・・・書込消去切襖スイッチ、２１・・・書込用定電流
、２２・・・消去用定電圧源、２３・・・書込・消去切
換スイッチ。 う．／図 才２図 ォ３図位ソ 矛３図のソ 才夕四 才５図 才６四 才ア図 〆８図 ★９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流の印加により着色又は脱色するエレクトロクロ
   ミツク現象を用いた表示装置において、上記着色時に表
   示セグメント面積に応じて定電流源回路の電流値設定部
   の抵抗のうち１個以上の抵抗を組合せ、上記抵抗の組合
   せに対応する出力部の定電流出力により、単位表示セグ
   メント面積当り一定電流にて駆動させる手段を備えてな
   ることを特徴とするエレクトロクロミツク表示素子の駆
   動回路。 ２ 上記特許請求の範囲第１項の回路において、上記着
   色時の定電流回路の電流値設定部における上記抵抗の組
   合せは、各抵抗値の比が各セグメントの面積の比に一致
   する並列接続された抵抗からなることを特徴とするエレ
   クトロクロミツク表示素子の駆動回路。